JP2023545264A - 押出機器のための注入システム - Google Patents

Abstract

押出機およびバルブシステムは、複数の注入器アセンブリを使用してバイオマス流を運搬し、前処理のために水もしくは他の流体および／または蒸気を提供するための導管を備える。アセンブリ内の各注入器は、押出機内の対応するポートに接続される。ポートは、バイオマスまたは他の材料の処理のために適当な量の流体または蒸気を送達するように、押出機またはそれより後ろの個別の場所に位置決めすることができる。【選択図】図１

Description

相互参照
[0001]本出願は、各々全体として参照により本明細書に組み込まれている、２０２０年１０月２日出願の米国仮出願第６３／０８７，０７７号、２０２１年２月６日出願の米国仮出願第６３／１４６，６０８号、および２０２１年２月２５日出願の米国仮出願第６３／１５３，７４０号の利益を主張する。

[0002]リグノセルロース系バイオマスの前処理は、そのようなバイオマスから糖類およびリグニンを得るために不可欠なステップであり、リグノセルロースの扱いにくい構造を破壊して、酵素加水分解剤による炭水化物へのアクセスを容易にすることを目的とする。過去数年で研究された様々な前処理技術のなかでも、押出は有望な熱機械的前処理である。押出は、非常に多用途の連続プロセスとすることができ、良好な混合および熱伝達能力を有し、高い固体負荷で動作することが可能である。しかし、バイオマス処理に対するその潜在性を解放するには、その設計をさらに改良する必要がある。たとえば、数トンのバイオマスの連続脱構築は、押出機のサイズを拡大させる必要があるだけでなく、必要とされる圧力、温度、および化学物質を維持するために、大量の液体および蒸気の投入を増大させる必要もある。

[0003]バイオマス処理において、押出機は、１つまたは複数の反応区間を作製し、蒸気の追加により前処理中にこれらの区間内の圧力および温度を増大させることを可能にするように設計されたスクリューによって構成することができる。しかし、商業的使用のためにバレルの直径または押出機の長さが増大されると、バレル内で高い圧力および温度を維持して材料を処理するために、追加の蒸気の投入が必要とされる。材料が処理されるときに生じる圧力が小さすぎる場合、または達成される温度が低すぎる場合、最終生成物は十分に加熱されておらず、好ましい生成物の収率が失われる。処理中の様々な時間に、水、酸、または塩基などの他の液体が必要とされることもある。商業的に実行可能な押出システムによって送られるバイオマス材料の体積および速度を考慮すると、従来の注入器アセンブリでは不十分であり、目詰まりまたは逆流が発生しやすくなる。

[0004]押出機バレル内で適当なレベルの圧力、処理制御、および液体を実現して維持するために、様々な手法が過去に使用されてきた。たとえば、押出機スクリューの長さに沿って、１つまたは複数の剪断ロックデバイスを設置することが知られている。しかし、これらのデバイスは調整可能でない。流量制限における活動中の変動を可能にするために、可変制限デバイスも過去に提案されてきた。たとえば、米国特許第４，１３６，９６８号は、２軸スクリュー押出機とともに使用するために特に適合された流量制限デバイスを記載しているが、これは他の押出機タイプとは使用することはできず、もたらすことができる制限度が制限される。

[0005]したがって、従来のシステムの設計および目詰まりの問題なく、高流出のバイオマス押出システムで効率的に動作することができる改善された押出注入器アセンブリが、当技術分野で必要とされている。

[0006]１つまたは複数の添加物を材料に導入するためのシステムであって、注入器のアセンブリであり、注入器が直径２～６ｍｍの範囲の内孔を含む、アセンブリと、前記注入器のアセンブリ内の物質の流れを制御するためのマニホルドと、各注入器が注入器内の物質の流れを独立して制御するようにマニホルドに組み込まれた弁と、添加物の供給部とを備えるシステムが、本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、添加物は液体または蒸気である。いくつかの実施形態では、添加物は水である。いくつかの実施形態では、添加物は酸である。いくつかの実施形態では、添加物は蒸気であり、蒸気の圧力は約５．６２５～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（８０～６００ｐｓｉ）である。いくつかの実施形態では、添加物は蒸気であり、蒸気の圧力は約１０．５５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０ｐｓｉ）である。いくつかの実施形態では、添加物は蒸気であり、蒸気の圧力は約１４．０６ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００ｐｓｉ）である。いくつかの実施形態では、添加物は蒸気であり、蒸気の圧力は約１７．５８ｋｇｆ／ｃｍ^２（２５０ｐｓｉ）である。いくつかの実施形態では、添加物は蒸気であり、蒸気の圧力は約２１．０９ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００ｐｓｉ）である。

[0007]いくつかの実施形態では、材料はバイオマスを含む。いくつかの実施形態では、材料はバイオマスを含み、材料は導管内に位置する。いくつかの実施形態では、導管は押出機を備える。いくつかの実施形態では、導管は放出弁をさらに備える。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約２ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約２．５ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約３ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約３．５ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約４ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約４．５ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約５ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約５．５ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約６ｍｍである。

[0008]いくつかの実施形態では、注入器のアセンブリは２つ以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、注入器のアセンブリは４つ以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、注入器のアセンブリは６つ以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、注入器のアセンブリは８つ以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、注入器のアセンブリは１０個以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、注入器のアセンブリは１２個以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、注入器のアセンブリは１４個以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、注入器のアセンブリは１６個以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、材料は反応区間内のバイオマスからなる。

[0009]液体または蒸気を押出機バレルまたは弁体に注入する方法であって、複数の注入ポートを設けるステップであり、注入ポートが押出機バレルの外壁または弁体の外壁を貫通する、設けるステップと、注入器を複数の注入ポートに導入するステップと、前記押出機バレルまたは前記弁体に蒸気を注入して、前記押出機バレルまたは前記弁体内で１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力を維持するステップと、前記押出機バレルまたは弁体に液体を注入するステップとを含む方法が、本明細書に提供される。

[00010]押出機バレルまたは弁体に液体および蒸気を注入する方法であって、複数の注入ポートを設けるステップであり、注入ポートが押出機バレルまたは弁体を貫通する、設けるステップと、注入器を複数の注入ポートに導入するステップと、前記押出機バレルまたは前記弁体に液体および蒸気を注入して、前記押出機バレルまたは前記弁体内で１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力を維持するステップとを含む方法が、本明細書に提供される。

[00011]いくつかの実施形態では、注入器は、２～６ｍｍの直径を有するノズル孔を含む。いくつかの実施形態では、注入器は、２～４ｍｍの直径を有するノズル孔を含む。いくつかの実施形態では、注入器は、２～３ｍｍの直径を有するノズル孔を含む。いくつかの実施形態では、注入器は、約２ｍｍの直径を有するノズル孔を含む。いくつかの実施形態では、１日当たり少なくとも１乾燥トンのバイオマスを前処理するために、この方法は、１日当たり少なくとも１乾燥メートルトン（ＭＴ）のバイオマスの割合で、バレルを備えた押出システムにバイオマスを供給するステップをさらに含み、バレルは、供給区間および反応区間を含む内側チャンバを備えており、押出システムは、供給区間および反応区間を分離する高圧区間内でバイオマスを圧縮することによって、蒸気不透過性プラグが形成され、６ｍｍ以下の内部ノズル孔径を有する蒸気注入器のアセンブリが、反応区間に圧力および高温を提供するように構築および配置される。

[00012]１つまたは複数の注入器のアセンブリを備えた押出システムであって、注入器が６ｍｍ以下の直径を有するノズル孔を含む、システムが、本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、注入器は、１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力で押出機孔に蒸気を提供する。いくつかの実施形態では、注入器の内径は４ｍｍ以下である。いくつかの実施形態では、注入器の内径は２ｍｍ以下である。いくつかの実施形態では、押出システムは、少なくとも２つの注入器アセンブリ、少なくとも３つの注入器アセンブリ、または少なくとも４つの注入器アセンブリを備える。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約２ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約２．５ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約３ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約３．５ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約４ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約４．５ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約５ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約５．５ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器の内孔の直径は約６ｍｍである。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の注入器のアセンブリは２つ以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の注入器のアセンブリは４つ以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の注入器のアセンブリは６つ以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の注入器のアセンブリは８つ以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の注入器のアセンブリは１０個以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の注入器のアセンブリは１２個以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の注入器のアセンブリは１４個以上の注入器を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の注入器のアセンブリは１６個以上の注入器を含む。

[00013]注入器ノズルのアセンブリのために螺旋形または同心円状のポートを有するバレル部分を備えた押出システムが、本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、バレル部分は少なくとも４つのポートを備える。いくつかの実施形態では、バレル部分は少なくとも６つのポートを備える。いくつかの実施形態では、バレル部分は少なくとも８つのポートを備える。いくつかの実施形態では、バレル部分は少なくとも１０個のポートを備える。いくつかの実施形態では、バレル部分は少なくとも１２個のポートを備える。いくつかの実施形態では、バレル部分は少なくとも１４個のポートを備える。いくつかの実施形態では、バレル部分は少なくとも１６個のポートを備える。いくつかの実施形態では、押出システムは２つ以上のバレル部分を含む。いくつかの実施形態では、バレル部分は他のバレル部分と交換可能である。いくつかの実施形態では、螺旋形または同心円状のポートはバレル部分に直交する。いくつかの実施形態では、注入器は、材料の乾燥重量当たり３０～５０％の蒸気を注入するように事前に配置される。

[00014]１つまたは複数の添加物を材料に導入するためのシステムであって、直径２～６ｍｍの範囲の内孔を有する注入器の少なくとも１つのアセンブリと、前記アセンブリ内の物質の流れを制御するためのマニホルドと、各注入器が注入器内の物質の流れを独立して制御するようにマニホルドに組み込まれた弁と、少なくとも１つの添加物の供給部とを備えるシステムが、本明細書に開示される。いくつかの実施形態では、添加物は液体または蒸気である。別の実施形態では、添加物は水または酸である。他の実施形態では、添加物は、５．６２５～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（８０～６００ｐｓｉ）の圧力の蒸気である。他の実施形態では、添加物は、５．６２５～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（８０～６００ｐｓｉ）の圧力の蒸気である。他の実施形態では、添加物は、１０．５５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０ｐｓｉ）の圧力の蒸気である。他の実施形態では、添加物は、１４．０６ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００ｐｓｉ）の圧力の蒸気である。他の実施形態では、添加物は、１７．５８ｋｇｆ／ｃｍ^２（２５０ｐｓｉ）の圧力の蒸気である。他の実施形態では、添加物は、２１．０９ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００ｐｓｉ）の圧力の蒸気である。一実施形態では、材料は導管内のバイオマスからなる。別の実施形態では、導管は押出機である。別の実施形態では、導管は押出機および放出弁を備える。

[00015]上述したシステムも本明細書に開示され、注入器の内孔の直径は２ｍｍ、または２．５ｍｍ、または３ｍｍ、または３．５ｍｍ、または４ｍｍ、または４．５ｍｍ、または５ｍｍ、または５．５ｍｍ、または６ｍｍである。いくつかの実施形態は、２つ以上の注入器、４つ以上の注入器、６つ以上の注入器、８つ以上の注入器、１０個以上の注入器、１２個以上の注入器、１４個以上の注入器、またはさらには１６個以上の注入器からなるアセンブリをさらに備える。別の実施形態では、材料は反応区間内のバイオマスからなる。

[00016]押出機バレルまたは弁体に液体または蒸気を注入する方法であって、複数の注入ポートを押出機バレルの外壁または外側弁壁にその孔まで貫通させるステップと、注入ポートに注入器を含むステップと、前記押出機バレルまたは弁に蒸気を注入して、導管内で１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力を維持するステップと、前記押出機バレルまたは弁に液体を注入するステップとを含む方法も本明細書に開示される。

[00017]さらなる実施形態では、押出機バレルまたは弁体に液体および蒸気を注入する方法であって、複数の注入ポートを押出機バレルまたは弁体にその孔まで貫通させるステップと、注入ポートに注入器を含むステップと、前記押出機バレルまたは弁に液体および蒸気を注入して、前記区間の内側で１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力を維持するステップとを含む方法が開示される。

[00018]いくつかの実施形態では、注入器のノズル孔の直径は２～６ｍｍである。いくつかの実施形態では、注入器ノズル孔の直径は２～４ｍｍである。他の実施形態では、注入器ノズル孔の直径は２～３ｍｍである。別の実施形態では、注入器ノズル孔の直径は２ｍｍである。

[00019]１日当たり少なくとも１乾燥トンのバイオマスを前処理するための方法であって、１日当たり少なくとも１乾燥メートルトン（ＭＴ）のバイオマスの割合で、供給区間および反応区間を含む内側チャンバを画定するバレルを備えた押出システムにバイオマスを供給するステップを含み、押出システムが、供給区間および反応区間を分離する高圧区間内でバイオマスを圧縮することによって、蒸気不透過性プラグが形成され、６ｍｍ以下の内部ノズル孔径を有する蒸気注入器の少なくとも１つのアセンブリが、反応区間に圧力および高温を提供するように構築および配置される、方法も開示される。

[00020]６ｍｍ以下の内部ノズル孔径を有する１つまたは複数の注入器の少なくとも１つのアセンブリを有する押出システムも開示される。いくつかの実施形態では、注入器は、１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力で押出機孔に蒸気を提供する。いくつかの実施形態では、注入器の内径は４ｍｍ以下である。他の実施形態では、注入器の内径は２ｍｍ以下である。

[00021]いくつかの実施形態では、システムは、少なくとも２つの注入器アセンブリ、少なくとも３つの注入器アセンブリ、または少なくとも４つの注入器アセンブリからなる。別の実施形態では、注入器の内孔の直径は２ｍｍである。別の実施形態では、注入器の内孔の直径は２．５ｍｍ、または３ｍｍ、または３．５ｍｍ、または４ｍｍ、または４．５ｍｍ、または５ｍｍ、または６ｍｍである。

[00022]いくつかの実施形態では、アセンブリは２つ以上の注入器からなる。いくつかの実施形態では、アセンブリは４つ以上の注入器からなる。いくつかの実施形態では、アセンブリは６つ以上の注入器からなる。いくつかの実施形態では、アセンブリは８つ以上の注入器からなる。いくつかの実施形態では、アセンブリは１０個以上の注入器からなる。いくつかの実施形態では、アセンブリは１２個以上の注入器からなる。いくつかの実施形態では、アセンブリは１４個以上の注入器からなる。いくつかの実施形態では、アセンブリは１６個以上の注入器からなる。

[00023]注入器ノズルのアセンブリのために螺旋形または同心円状のポートを有する少なくとも１つのバレル部分を備えた押出システムも、本明細書に開示される。いくつかの実施形態では、バレル部分は少なくとも４つのポートを有する。他の実施形態では、バレル部分は少なくとも６つのポートを有する。いくつかの実施形態では、バレル部分は少なくとも８つのポートを有する。いくつかの実施形態では、バレル部分は少なくとも１０個のポートを有する。さらなる実施形態では、バレル部分は少なくとも１２個のポートを有する。別の実施形態では、バレル部分は少なくとも１４個のポートを有する。いくつかの実施形態では、バレル部分は少なくとも１６個のポートを有する。

[00024]いくつかの実施形態では、押出システムは少なくとも２つのバレル部分を含む。いくつかの実施形態では、バレル部分は他のバレル部分と交換可能である。いくつかの実施形態では、螺旋形または同心円状のポートはバレル部分に直交する。

[00025]注入器が材料の乾燥重量当たり３０～５０％の蒸気を注入するように事前に配置された押出システムも、本明細書に開示される。参照による組込み
[00026]本明細書に記載のすべての公開、特許、および特許出願は、個別の各公開、特許、または特許出願が参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示されている場合と同様に、参照により本明細書に組み込まれる。

[00027]本発明の新規な特徴について、添付の特許請求の範囲に具体的に記載する。本発明の原理が使用される例示の実施形態を記載する以下の詳細な説明と、添付図面とを参照することによって、本発明の特徴および利点をよりよく理解することができよう。

[00028]バルブアセンブリを有する２軸スクリュー押出機の縦断面図である。 [00029]注入器のための押出機バレル部分および孔の長手方向図である。 [00030]図３Ａはバレル部分内の異なる注入器に対する孔の長手方向図である。図３Ｂはバレル部分内の異なる注入器に対する孔の横断面図である。図３Ｃはバレル部分内の異なる注入器に対する孔の長手方向図である。図３Ｄはバレル部分内の異なる注入器に対する孔の横断面図である。図３Ｅはバレル部分内の異なる注入器に対する孔の長手方向図である。図３Ｆはバレル部分内の異なる注入器に対する孔の横断面図である。 [00031]注入器の配置を示す弁体の長手方向図である。 [00032]図５Ａは注入器の長手方向図である。図５Ｂは注入器の長手方向図である。 [00033]注入器アセンブリがマニホルドに取り付けられた状態で押出機および放出弁を示す図である。

[00034]本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上別途明白に指定しない限り、複数の参照物も含む。したがって、たとえば「精製モノマー」への言及は、２つ以上の精製モノマーの混合物を含む。本明細書では、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、または「～を特徴とする（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ）」と同義であり、包括的かつオープンエンドであり、追加の記載されていない要素または方法ステップを除外しない。

[00035]「約」とは、言及される数値表現が、その言及された数値表現のプラスまたはマイナス１０％の範囲内にあることを意味する。たとえば、約４という用語は、３．６～４．４の範囲を含むはずである。本明細書で使用する成分、反応条件などの数量を表すすべての数は、いかなる場合も「約」という用語で修飾されたものとして理解されたい。したがって、逆の内容を示さない限り、本明細書に記載する数値パラメータは、取得しようとする所望の特性に応じて変動しうる近似値である。少なくとも、本出願に対する優先権を主張するいずれかの出願におけるいずれかの請求項の範囲に均等論の適用を限定しようとするものではないが、各数値パラメータは、有効桁数および通常の丸め方に照らして解釈されるべきである。

[00036]「たとえば」、「など」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」などの語句が本明細書で使用されるときはいつでも、別途明示的に指定されない限り、「それだけに限定されるものではないが（ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ）」という語句が続くものとして理解される。したがって、「たとえばリグニン生産」は、「それだけに限定されるものではないが、たとえばリグニン生産」を意味する。

[00037]本明細書およびそれに続く特許請求の範囲では、以下の意味を有すると定義されるものとする複数の用語を参照する。

[00038]「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意選択で（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、次に記載する事象または状況が発生しても発生しなくてもよく、その説明は、前記事象または状況が発生した事例および前記事象または状況が発生しなかった事例を含むことを意味する。たとえば、「媒体が任意選択でグルコースを含むことができる」という語句は、媒体が成分としてグルコースを含んでも含まなくてもよく、その説明は、グルコースを含む媒体およびグルコースを含まない媒体の両方を含む。

[00039]別途特徴付けしない限り、本明細書で使用される技術的および科学的な用語は、当業者には一般に理解されるものと同じ意味を有する。

[00040]定義
[00041]本明細書では、「バイオマス」という用語は、当業者には知られている通常の意味を有し、バイオ燃料、化学物質、または他の生成物に変換することができる１つまたは複数の炭素質の生物由来物質を含むことができる。本明細書では、バイオマスは、「供給原料」という用語と同義であり、サイレージ、農業残渣（トウモロコシ茎、イネ科植物、麦わら、穀物殻、バガスなど）、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、動物排泄物（ウシ、家禽、およびブタからの堆肥）、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料（木材または樹皮、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、およびミルスクラップ）、都市廃棄物（古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくずなど）、およびエネルギー作物（ポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、ウシクサ、緑藻、褐藻、紅藻の一部などの大型藻類を含む藻類など）を含む。１つの例示的なバイオマスの供給源は植物である。植物はたとえば、木質植物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、サトウキビ、イネ科植物、スイッチグラス、モロコシ、高バイオマスソルガム、タケ、藻類、およびこれらから導出された材料とすることができる。植物は、その自然状態とすることができ、あるいはたとえば、細胞壁のセルロースもしくはヘミセルロース部分を増大させるために、または追加の外因性もしくは内因性酵素を産生して細胞壁成分の分離距離を増大させるために、遺伝子組み換え植物とすることができる。植物性物質については、タンパク質、多糖類、および油などの存在する化学種を参照することによってさらに説明することができる。多糖類は、グルコース、フルクトース、ラクトース、ガラクツロン酸、ラムノースなどを含む様々な単糖のポリマーおよび単糖の誘導体を含む。植物性物質はまた、搾りかす、コーンスティープリカー、トウモロコシ穂軸、トウモロコシ繊維、コーンスティープソリッド、蒸留穀物、皮、種、発酵廃棄物、麦わら、挽材、下水汚物、生ごみ、および食べ残しなどの農業廃棄物、副産物、または副産を含む。皮は、それだけに限定されるものではないが、タンジェリン皮、グレープフルーツ皮、オレンジ皮、タンジェリン皮、ライム皮、およびレモン皮を含む柑橘類とすることができる。これらの材料は、農場、森林、産業供給源、家庭などに由来することができる。バイオマスの別の非限定的な例には、たとえば乳、骨、肉、脂肪、動物加工廃棄物、および動物排泄物を含む動物性物質が挙げられる。「供給原料」は、多くの場合、本明細書に記載するものなどのプロセスに使用されるバイオマスを指すために使用される。

[00042]本明細書において、「前処理」または「前処理された」は、バイオマスが酵素および／または微生物による攻撃の影響を受けやすくなるようにバイオマスの破砕または膨張を実現する任意の機械的、化学的、熱的、生化学的プロセス、またはこれらのプロセスの組合せを指すために使用され、そのようなプロセスは組み合わせてまたは順次実行され、放出された炭水化物ポリマーまたはオリゴマーをモノマーに酵素加水分解することを含むことができる。一実施形態では、前処理は、たとえば酸または塩基による処理によって、植物バイオマス内のセルロースおよびヘミセルロースポリマーがセルロース分解酵素および／または微生物にとってより利用しやすくなるように、リグニンを除去または破砕することを含む。一実施形態では、前処理は、セルロース系および／またはヘミセルロース系材料の破砕または膨張を含む。別の実施形態では、前処理は、グルコースへの澱粉放出および／または酵素加水分解を指すことができる。蒸気爆発およびアンモニア繊維膨張（または爆発）（ＡＦＥＸ）は、よく知られている熱的／化学的技法である。酸、塩基、および／または酵素を利用する方法を含む加水分解を使用することができる。他の熱的、化学的、生化学的、酵素学的技法を使用することもできる。

[00043]本明細書では、「蒸気爆発」とは、高圧蒸気を使用してポリマー成分間の結合を破砕し、減圧を使用してリグノセルロース構造を破壊する物理化学的方法である。この方法では、リグノセルローススラリーが高圧蒸気でしばらくの間処理され、次いで大気圧まで急速に減圧される。

[00044]本明細書で意図されるように、「液体」組成物は固体を含むことができ、「固体」組成物は液体を含むことができる。液体組成物は、材料が主に液体である組成物を指し、固体組成物は、材料が主に固体である組成物を指す。「スラリー」は、液体に溶解したまたは溶解していない固体を指す。

[00045]説明
[00046]以下の説明および例は、本開示のいくつかの例示的な実施形態を詳細に示す。本開示の多数の変形例および修正例が本開示の範囲によって包含されることが、当業者には認識されよう。したがって、特定の例示的な実施形態の説明は、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。

[00047]食糧押出処理の歴史は１８００年代末期まで遡るが、このプロセスの制御および新しい押出生成物の設計は、依然として大部分が制限された経験的知識に基づいている。バイオマスの前処理に関しては、押出はそれでもなお比較的新規な前処理であり、材料が混合、加熱、および剪断にかけられて、物理的および化学的修正が加えられる。バッチモードにおいても、結果は一貫しないことあがり、高糖質で不純物のないリグニン収率が提供されるのではなく、圧力の変動、化学物質、および一貫しない材料のサイジングによって、副産物および低い収率がもたらされる。

[00048]食糧、動物飼料、およびプラスチック材料の押出処理は、何年にもわたって実施されてきた。押出機を使用するバイオマス処理も試行されてきたが、そのような扱いにくい異質の材料および変動する水分含量を扱うことは困難であるため、最近まであまり成功していない。バイオマスは通常、主にリグニン、セルロース、およびヘミセルロースの架橋マトリックスである植物細胞壁から構成される。これらの材料の割合および組成は、植物の種類によって、さらには環境変数によって変動する可能性がある。

[00049]しかしより最近では、大量前処理が経済的なそのような材料を扱うための押出機プロセスが改善された。たとえば、米国特許第１０，８４４，４１３号を参照されたい。バイオマス材料をチャンバ内に長期間保持する現在の方法とは異なり、これらの材料の処理により、熱および化学処理下での長時間の保持を回避することができ、それによってＣ５糖、タンパク質、およびリグニンが劣化してヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）およびフルフラールなどの望ましくない生成物になることを回避しながら、どちらもモノマーおよびポリマー糖の炭水化物材料を他のバイオマス成分から分離することが可能になることが発見された。一般に前処理中に形成される阻害物質には、酢酸（Ｃ５糖の放出中に形成される）、ギ酸、フルフラール、およびＨＭＦが含まれる。後者３つの化合物の形成は、主に前処理中の温度、圧力、およびバイオマス滞留時間に依存する。

[00050]バイオマス材料をうまく処理するために、プロセス中の厳密な時間に正確な量の蒸気または液体を投入する必要がある。しかし、一態様では、米国特許第１０，８４４，４１３号に示されているように、プロセス全体にわたって均一な処理の重要性を理解することで、他の前処理手段で見られる阻害物質レベルを生じることなく、所望の生成物の非常に高い収率を得ることができる。これは特に、バイオマスが投入される圧力、温度、および前処理時間に当てはまる。

[00051]しかし、このプロセスを拡大するとき、注入器ノズルの目詰まりの問題がより顕著になり、連続または大量の前処理に干渉する可能性がある。従来の注入器には１２ｍｍを上回る大きい孔が製造され、多くの場合は制限要素を含む。押出機で使用されるそのようなノズルの例は、米国特許第７，５２１，０７６号、第７，９８８，８８４号、第９，９３１，６０３号、第８．８５８，０６５号、および第８，９６７，８４９号に記載されている。典型的に、これらの注入器を組み込む記載のプロセスでは、バイオマスをうまく処理するために必要とされるものより少ない蒸気および化学物質の使用が教示される。バイオマスを迅速かつ効率的に処理するには、前処理時間を削減し、反応期間にわたって材料を通常より多くの蒸気および化学物質に均一にさらさなければならない。しかし、これらの条件下では、より大きい孔が容易に詰まる。さらに、押出機バレル部分を通って急速に動く材料に迅速に到達するには、少数の注入器では十分でない。

[00052]一態様では、本明細書に記載する注入器アセンブリは、上記で略述した問題を克服し、２０重量％を上回る大量の植物および繊維性材料を含むバイオマスのバッチまたは連続モードにおける経済的な大量生産を可能にする。

[00053]さらに、短い露出時間によって結晶セルロースの可溶化が妨害されないことが発見された。本明細書に提供する方法はまた、処理反応物質によるバイオマスへの改善されたアクセスのために、バイオマスを均一に加熱および加圧することを可能にする。このプロセス中、集中質量（プラグ）を作製することができ、それによりバイオマスをより小さい粒子に剪断することができ、反応物質によるアクセスをさらに増大させて、Ｃ５ポリマーを加水分解および放出しながら、Ｃ６ポリマーを放出および可溶化することができる。一実施形態では、バイオマスは反応区間を通り、反応区間には蒸気および圧力が印加され、それに続いて酸が追加され、最後に端部弁を急速に開閉することによって材料が大気圧に放出される。全プロセスは数秒以内に発生することができ、その結果、熱機械的かつ／または化学的に加水分解されたバイオマスが得られ、当技術分野で知られている前処理方法と比較すると、阻害物質のレベルがより低くなりまたは低減される。

[00054]いくつかの実施形態では、バイオマスは、反応区間内で６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１９、１８、１７、１６、１５、１４、１３、１２、１０、９、８、７、６、５、４、３、２、または１秒未満で処理される。いくつかの実施形態では、バイオマスは、反応区間において約５～１５秒間で処理され、より大きいシステムの場合、バイオマスは３０秒以下で処理され、または６０秒以下で処理される。別の実施形態では、バイオマスを高い温度および／または圧力で前処理することができる。一実施形態では、バイオマスは２０℃～４００℃の温度範囲で前処理される。別の実施形態では、バイオマスは、約２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、８０℃、９０℃、１００℃、１２０℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、またはそれ以上の温度で前処理される。別の実施形態では、蒸気、高温の水、または高温のガスを使用することによって、高い温度が提供される。一実施形態では、バイオマスを含む容器内に蒸気を注入することができる。別の実施形態では、容器のジャケットに蒸気、高温の水、または高温のガスを注入することができ、したがってジャケットは熱くなるが、バイオマスに直接接触しない。

[00055]概して、本発明による押出機は細長いバレルを備えており、バレルの一端には入口が隣接し、反対の端部には材料がバルブアセンブリに流れ込むための開口が取り付けられている。この目的の押出機は、１軸スクリュー、２軸スクリュー、またはさらには３軸スクリュー押出機とすることができ、これは、押出機バレルの入口と出口との間において、それぞれ１つから３つの軸方向に回転可能なシャフトにスクリュー要素が組み立てられることを意味する。

[00056]押出機内のスクリュー要素は、端部と端部が位置合わせされた状態で入口構成要素および出口構成要素を含む、各々細長いシャフトを含む複数のスクリュー構成要素と、フライティング径、入口部分、および放出部分を示すシャフトの長さに沿って外方へ延びるつるまき状のフライティングとを備える。スクリュー構成要素は、入口スクリュー構成要素の放出部分が出口スクリュー構成要素の入口部分の近位に位置するように、端部間でさらに配置される。

[00057]押出機の部分において流量制限およびより大きい剪断を提供するために、スクリューアセンブリ構成要素の放出部分と入口部分との間に、流量制限要素および／または混錬要素が設けられる。これらの要素は、材料からプラグを形成して押出機内に区間を形成するための手段を備えることができる。好ましい態様では、供給区間を反応区間から分離する高圧区間内でバイオマスを圧縮することによって、蒸気不透過性プラグが形成される。これらは、バイオマスを圧縮することによって形成された１つまたは複数の蒸気透過性プラグであり、スクリュー要素ではなくバイオマスが、反応区間内へ送られる蒸気および／または酸に対する障壁を形成する。

[00058]この区間内で実現される圧力は、蒸気の直接注入を出口の流量制限弁と組み合わせることから生じ、方向性の流れを支援し、システム内の乱流および徹底的な混合を容易にし、プラグは押出機供給部への逆流（上流への流れ）から蒸気を防ぎ、それによって端部弁と協働して反応区間内の高い圧力および温度を維持する。変換プロセスを加速させるために、希酸（または場合により塩基、または場合によりイオン液体）も反応区間内に加えられる。さらに、形成された高圧区間は、反応区間内の反応性材料および液体を維持し、運搬区間内のバレルライナおよびスクリュー要素の製造により安価で耐久性のある金属を使用することを可能にする。

[00059]後述する放出（端部）弁と高圧区間の構成を結び付けることで、押出機内の高圧反応区間の実際の構成でループを閉じる。反応区間内では、高圧区間において蒸気の逆流を生じることなく、０．０７０３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（１ｐｓｉ）～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（８００ｐｓｉ）、さらには７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（１０００ｐｓｉ）を上回る高い圧力が達成される。一態様では、蒸気は、少なくとも約３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（５００ｐｓｉ）、少なくとも約４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（６００ｐｓｉ）、少なくとも約４９．２２ｋｇｆ／ｃｍ^２（７００ｐｓｉ）、少なくとも約５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（８００ｐｓｉ）、少なくとも約６３．２８ｋｇｆ／ｃｍ^２（９００ｐｓｉ）、または少なくとも約７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（１０００ｐｓｉ）の圧力に到達しそれを維持する。この圧力は、少なくとも約１時間、少なくとも約２時間、少なくとも約４時間、少なくとも約５時間、少なくとも約６時間、少なくとも約８時間、少なくとも約１０時間、少なくとも約１２時間、少なくとも約１３時間、少なくとも約１４時間、少なくとも約１５時間、少なくとも約１６時間、少なくとも約１７時間、または少なくとも約１８時間、またはそれ以上にわたって維持される。これらの事例では、バイオマス供給速度は、約６０～約３５０乾燥ｋｇ／時の範囲内である。

[00060]注入ポートを介して蒸気を直接注入すると、特にバイオマスの粒径が小さい場合、バイオマスの非常に急速かつ均一の加熱が可能になる。高い温度、徹底的な混合、小さい粒径、およびさらには反応性溶液（希酸、イオン液体など）の組合せにより、わずかな阻害物質が生じない非常に迅速な前処理プロセスが得られる。

[00061]いくつかの場合、本明細書に提供する前処理方法は、非常に急速な時間枠で糖類の放出および解重合を可能にする。このプロセスは、押出機のサイズに応じて２０秒未満から最大数分で生じる。概して、反応区間内の時間は、１秒から２０秒未満、好ましくは１０秒未満の範囲とすることができる。より大規模なシステムでは、数分にわたって前処理を行うことができる。こうして短縮された前処理期間量により、バイオマスは管および端部弁区間を通って連続的に動き、その結果、急速に前処理されたバイオマスは、阻害物質をほとんど含まず、阻害物質をふくまず、または阻害物質を実質的に含まない。

[00062]酵素加水分解前のリグノセルロース、セルロース、ヘミセルロース、および同様のバイオマス材料の急速処理のための改善された低コストでエネルギー効率のよい前処理デバイスおよび方法が本明細書に記載され、そのような処理には、化学物質および反応押出が高圧区間および圧力駆動式の可変端部弁によって制御されるか否にかかわらず、熱機械的処理が含まれる。本明細書に開示する方法は、管状区間に分割された円筒形チャンバを含むデバイスの使用を含むことができ、円筒形チャンバを通ってバイオマスを連続的または大量に動かすことができ、バイオマスのサイズを低減させることができ、急速な温度差および差圧（たとえば、爆発的減圧）にかける前に、異なる管状区間内で圧力、熱、化学物質、またはこれらの組合せによってバイオマスを処理することができる。バイオマスは、押出機で見られるような１軸スクリュー、２軸スクリュー、またはさらには３軸スクリューなどのスクリュー式の機構によって動かすことができる。別法として、バイオマスは、空気、油、ピストン、真空、または重力によって管理されるブロックまたは他の機械圧力、静水圧差などの機構によって動かすことができる。これらの機構はまた、材料の特定の処理または追加のために、バイオマスを前進させる機能、またはバイオマスをチャンバまたは区間に分離する機能を有することができる。

[00063]概して、このシステムで使用するための押出機は、細長いバレルを含み、バレルの両端に隣接して材料入口および材料出口が位置し、バレル内の１つまたは複数の細長い軸方向に回転可能なスクリューが、バレルの入口端から出口端へ材料を前進させる働きをする。スクリューは、材料の流れを滑らかにしながら、流れのサイズを低減させるように設計され、様々なスクリュー要素が、流れを増大もしくは減少させるように、またはバレル内にバイオマスのプラグを形成するように配置される。出口において圧力下で端部弁に結合されたスクリューは、バイオマスがバレルを通ってバレルの外へ動くとき、バイオマスに印加される速度、圧力、および部分的に温度を制御する。

[00064]本明細書に開示するシステムおよび方法は、高処理量でバイオマスの産業規模の前処理に使用することができる。たとえばバイオマスは、本明細書に開示する方法のいくつかによる２軸スクリュー押出機を通って動くことができ、そのような２軸スクリュー押出機の連続動作によって、以下の表１に従って処理することができることが推定される。

表１

[00065]バレルスクリュー反応器は、金属の円筒形バレル（セラミック、ガラス、アルミニウム、ハステロイ、チタンなどの特殊材料で裏打ちすることができる）備えることができ、バレルのサイズは、たとえば直径３０ｍｍ～２２０ｍｍまたはそれ以上の範囲とすることができ、水平または垂直に向けられた１つまたは複数のスクリューを備える。バレルは、別個の部分（バレル部分）に分割することができ、頂面、側面、および／または底面に沿って複数の使用ポートを備えることができる。そのような複数の使用ポートは、封止可能なポートとすることができる。複数の使用ポートは、水、蒸気、酸、または他の化学物質の注入を可能にすることができる。複数の使用ポートは、バレルの内側の温度および圧力の測定のために、熱電対および／または圧力計の挿入を可能にすることができる。必要とされる場合、追加のポートを加えることもできる。反応器バレルは、バレルをさらに加熱するために、電気加熱要素または蒸気ジャケットを備えることができる。別法または追加として、蒸気の注入によって加熱を供給することができる。反応器バレルは、フラッシュタンクまたは他の容器内へ放出するパイプに取り付けることができる。フラッシュタンクは、ステンレス鋼を使用して構築することができる。バレルは、パイプによってフラッシュタンクから分離することができ、圧力作動式の放出弁機構を有する設置端が、弁にかかる背圧およびシステム内の圧力に応じて、位置を連続的に調整することが可能である。放出弁機構は、バイオマスの爆発的放出を可能にするために、金属またはセラミックの封止シートを間に備えることができる。圧力作動式の弁機構は、シャフトに接続された円錐形ノズルを備えることができる。端部弁の直径は、機械のサイズとともに変動することができ、典型的には３０ｍｍ～２２０ｍｍまたはそれ以上の範囲である。円錐形ノズルは、背圧生成器内のアクチュエータに取り付けられたシャフトに接続することができる。アクチュエータは、空気圧を提供することができ、この空気圧は、圧力を監視する背圧生成器によって調節される。圧力は、逆流が生じないように高い圧力とすることができ、管から出る材料の流れが制限される。円錐形ノズルおよびシートにかかる背圧は、調整可能とすることができる。たとえば、端部剪断弁の円錐形ノズルに接続されたシャフトにかかる３．５１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０ｐｓｉ）～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（６００ｐｓｉ）（ゲージ圧）またはそれ以上の背圧を使用して、動作を実行することができる。端部剪断弁の円錐形は、完全に閉じた位置および完全に開いた位置と、あらゆる中間位置との間を移動することができる。端部剪断弁の出口にあるパイプは、処理された固体をフラッシュタンクの底部まで誘導することができ、そこで固体および蒸気を分離して容易に除去することができる。

[00066]バレル部分から構成された完全な押出機は通常、バレルの範囲内に蒸気および／または酸を注入するための複数のポートを備え、これらのポートは、スクリュー構成要素の少なくともいくつかの入口部分に隣接して位置する。好ましい形態では、注入ポートは、バレルの長手方向軸に対して９０°の角度で位置し、ノズルを有する蒸気注入アセンブリを備え、ノズルの端部はバレルの内壁と同一平面であり、またはバレルの内壁にわずかに貫入する。バレル部分には、１６個以上の注入アセンブリが存在することができる。これは、１つのバレル部分につき２～４つのノズルを利用する当技術分野の他のシステムとは異なる。数を増大させることで、それが必要とされる場合に厳密に求められる量で、大量の蒸気、化学物質、または水を注入することが可能になる。バレル部分は交換可能であり、したがって処理するべきバイオマスの性質によって必要とされる場合、物質の導入を修正することができる。一実施形態では、バレル部分内のノズルの数は、バレル部分内で少なくとも２、少なくとも４、少なくとも６、少なくとも８、少なくとも１０、少なくとも１２、少なくとも１４、少なくとも１６、またはそれ以上である。これらのノズルはまた、液体の均一の分布を確実にするために、端部弁円筒部分の周りに円形パターンで配置される。

[00067]押出機の出口すぐ後ろで端部弁の針の前に位置する注入区間において、ノズルは端部弁体の開口内へさらに延びることができる。本発明の特徴は、押出機器が、従来の機器と比較して、ノズルアセンブリの逆流または目詰まりを生じることなく、バレル内で必要とされるレベルの圧力に到達するために、比較的高レベルの特有の熱エネルギーから導出された蒸気／水の注入および酸を使用してバイオマス材料を処理するように設計されることである。この目的で、押出機バレル内の押出スクリューアセンブリは、バイオマス材料の運搬、プラグ形成、および作業を交互に行いながら、相当量の蒸気のバレルへの注入を可能にするように設計される。したがって、押出機は、材料が均一に水和されて処理されるように、蒸気注入区間に高い摩擦および剪断の区間を提供する。同時に、押出機の動作はそれほど高い馬力を必要とせず、その結果、押出機部分に過度の摩耗を生じさせない。

[00068]エンドバルブアセンブリには、少なくとも２つの目的がある。第１の目的は、蒸気および材料の流出を制限することによって、押出機バレル内の圧力を維持することである。このようにして、バルブアセンブリから放出された材料は、大気圧より高い圧力から大気圧への圧力の急激な低下を受ける。突然の放出の目的は、材料を、押出機によって処理されたバイオマスをさらに分解する蒸気爆発にかけることである。第２の目的は、蒸気で分解された材料を、接続されたフラッシュタンクへ誘導することである。

[00069]下流でエンドバルブアセンブリに入る材料に水または別の化学物質を加えて、端部弁を通る平滑な流れを可能にするために、ノズルおよびバルブアセンブリが設けられる。これらの投入の数は、バレルのサイズ、流れの速度、および材料の密度に応じて、バレルまたは弁部分内で４～１６またはそれ以上の範囲とすることができる。一実施形態では、投入部分内のノズルの数は、端部弁部分内で少なくとも２、少なくとも４、少なくとも６、少なくとも８、少なくとも１０、少なくとも１２、少なくとも１４、少なくとも１６、またはそれ以上である。これらのノズルはまた、液体の均一の分布を確実にするために、端部弁円筒部分の周りに円形パターンで配置される。

[00070]図１は、縦断面図で提供された反応器の１つのタイプの設計の一実施形態を示す。反応器は、商業規模の反応器とすることができる。反応器は、シャフト３８上に組み立てられたスクリュー要素５１、５２を備えた２軸スクリューを有する水平の円筒形バレル４５と、部分的に示されている放出弁体１０および針１１とを備える。押出機および放出弁は導管を構成し、バイオマスはこの導管を通って放出ユニット（図示せず）へ動く。

[00071]バレルは絶縁することができ、不透過性の壁を有することができる。押出機のための支持体７が図６に示されている。スクリューを動かすためのモータ２４または他の手段を、第１の端部付近に取り付けることができる。モータは、たとえば、スクリューを回すためのプーリおよびＶベルトまたは任意の他の機構の有無にかかわらず、電気駆動式のモータおよびギアボックスの組合せとすることができる。モータはまた、たとえば、限定ではないが、同期トルクモータとすることができる。バレル４５の入口には、ホッパ（図示せず）を取り付けることができる。ホッパの開口を通して、バイオマスを加えることができる。バイオマスは、上述した任意のバイオマスとすることができる。ホッパからバレル４５へのバイオマスの追加を制御するために、クランマなどの非圧縮式または圧縮式の流れ生成（図示せず）のための供給器を設けることができる。圧縮式および／または非圧縮式の供給器は、当技術分野で知られている任意の圧縮式および／または非圧縮式のローダとすることができる。たとえば、非圧縮式の流れ励起供給器は、非圧縮式の供給器または様々なタイプのライブボトムビン流れ誘起装置とすることができ、それに続いて、様々なタイプのドラッグチェーン、バケットエレベータ、または回転ヘリックスなどの流れ計測コンベアを設けることができる。最も簡単な形態では、非圧縮式の供給器は、円筒形バレルの開いている第１の端部にバイオマスを手で装填することを指すことができる。圧縮式の供給器は、機械的な圧縮を含むことができる。機械的な圧縮は、往復プランジャまたはスクリュー供給器などの機械的圧縮デバイスを提供することによって実現することができる。

[00072]本発明の重要な実施形態は、投入注入器の内孔径である。通常、投入注入器の内孔径はより大きいが、目詰まりを引き起こしうるバレル内の高い圧力および材料の小さい粒径により、これらは従来の設計よりはるかに小さい孔で構築される。水または酸を注入する場合、この孔は直径２～３ｍｍの範囲であり、１１３ｍｍ以上の押出機バレルの場合、蒸気注入器は２ｍｍから４．５または５ｍｍの孔を有する。バレルに対する注入器の角度は、概してバレルに直交しているが、上流または下流の流れに対して角度を付けることもできる。また、蒸気または液体の投入を伴う従来の押出機は概して、材料の乾燥重量当たり３～１５％の蒸気の蒸気注入を行うように設計される。本発明の実施形態では、蒸気注入器は、材料の乾燥重量当たり３０～５０％の蒸気を注入し、１日当たり１００乾燥メガトンを超える量を処理するように事前に配置される。押出機バレルで生成される圧力は、ノズルの目詰まりにつながり、したがってより大きい孔を有する従来の設計では実現することができない。代わりに、追加の蒸気または液体を生成するために、システムに追加の注入器を加えるか、または流れを増大させなければならない。

[00073]一実施形態では、図１に示すように、押出機バレル４５は、複数のポート５５（図２）内に注入器２９、３２、３４、３６のアレイを備えており、これらの注入器は、バイオマスを処理するように設計された流れ経路のために、押出機バレル４５および弁体１０の周りに螺旋形または円形のパターンで編成されている。図１で、注入器は、図６に集合Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４としてよりはっきりと示すように、４つの集合にグループ化される。第１の集合Ｓ１は注入器２９からなり、混錬要素５２によって開始されるプラグ形成の前に位置する。これらの注入器は、トルク、処理量、および熱の制御のためにプラグ（図示せず）内で特定の最小湿気（最大固体）を維持するように、プラグの上流に水の追加を提供する。

[00074]押出機バレル４５のこの上流部分は、水を注入して入ってくる材料を水和するために、一連のポート５５（図３Ａおよび図３Ｂのそれぞれ縦断面図および横断面図）を備え、バレルポートの各々は細長い水注入器２９を収容する。一連のポート５５は、押出機の外壁を貫通してバレルの孔３０と連通するように位置する。ポートは、図２、図３、および図４に示すように、流れ経路の周りに導管に沿って螺旋形パターンで配置することができる。

[00075]注入器３２の第２の集合Ｓ２は、反応区間Ｒ内で混錬要素５２の下流に位置する。この集合Ｓ２は、必要とされる処理の程度および圧力／温度の大きさに応じて、プラグ形成の直後に反応区間のほぼ全体にわたって均一に、または反応区間の端部まで、蒸気を投入するように、バレル部分内に配置することができる。別の実施形態では、これらの配置の組合せを使用することができる。図３Ｃ（縦断面図）および図３Ｄ（横断面図）は、プラグ形成の直後に蒸気を提供するように配置された注入器を収容するように設計されたポート５５を有するバレル部分の一実施形態を示す。

[00076]注入器３４の第３の集合Ｓ３もまた、反応区間Ｒ内で混錬要素５２の下流に位置する。この集合Ｓ３は、必要とされる処理の程度に応じて、プラグ形成後に反応区間のほぼ全体にわたって押出機バレル４５の端部まで酸を均一に投入するように、バレル部分内に配置することができる。他の実施形態では、これらの注入器３４の異なる組合せを使用することができる。図３Ｅ（縦断面図）および図３Ｆ（横断面図）は、プラグ形成の直後で材料が弁体に入る前に酸を提供するように配置された注入器を収容するように設計されたポート５５を有するバレル部分の一実施形態を示す。

[00077]注入器３６の第４の集合Ｓ４は、押出機バレル４５の直後であるが弁体１０内の針１１の前に編成される（図１および図４）。注入器３６は、バイオマス材料が押出機から出るときに水を注入するために使用され、スクリュー要素５１の端部の後ろに配置されるが、任意のシャフトキャップ３９がこの空間２１内へ突出することもできる。この水を使用して材料を薄め、蒸気爆発によるレオロジーを改善し、したがって弁を通過させるために押出機にかかるトルクを低減させる。処理の際、材料、特にスラリーはあまり流動しないが、パイプまたはバレルを通って処理されるとわずかに流れる。出口での流れは乱れるが、水と混ざり合うと、滑らかに層流になり、弁の空間２１内を下流へ進む。バルブシステムを通る材料の流れを容易にするために、かつ／または材料をさらに処理するために、管から出る直前に任意の液体を加えることができる。一実施形態では、この目的で、水、酸、塩基、アルコール、溶媒、アルデヒド、ケトンなどの液体を使用することができる。

[00078]注入器は、注入器アセンブリが材料の流れ経路またはスクリュー要素に対して所望の角度で配置されるように、ポート５５に接続される。したがって、図１に示すように、注入器２９（注入器の組合せの第１の集合）は、押出機バレルおよび流れ経路に対して約９０°の角度で配置されるように、ポート５５（図２および図３Ｂ）に接続することができる。また、注入器３２（注入器アセンブリの第２の集合）は、押出機バレル４５および材料の流れ経路に対して約９０°の角度で配置されるように、ポート５５（図２および図３Ｄ）に接続することができる。

[00079]図１に示すシステムでは注入器アセンブリが特定の角度で設置されているが、注入器アセンブリが互いにまたはスクリュー要素の動きに物理的に干渉しない限り、用いられる角度を変更することができる。したがって、注入器アセンブリ間の角度は、たとえば注入器アセンブリの物理的寸法が減少するにつれて減少させることができ、またはたとえば注入器アセンブリの物理的寸法が増大するにつれて増大させることができる。ポートは、個々のポート間に角度方向および長手方向の両方の分離を提供するように、材料の流れ経路の周りの個別の場所に押出機または弁体の長さに沿って螺旋形またはつるまき状のパターンで配置される。

[00080]図５Ａおよび図５Ｂは、個々の注入器を示す。注入器は、押出機の内側チャンバへの孔７３が開いている遠位端と、近位端７０と、注入器の遠位端および近位端を接続するダクト７１とを備える。マニホルド（図６）内には、マニホルドに注入器を接続する導管を取り付ける前に、調整可能な弁（図示せず）が収容される。注入器管のノズル７２は、スクリュー要素または他の可動部分の動きに干渉しない限り、任意の好適な距離だけ押出機の流れ経路内へ突出することができる。したがって、ノズル７２は、押出機の内壁４５とほぼ同一平面であり、押出機の内壁４５にほとんど突出していないが、機械的な動きを妨げることなく、弁体１０内へさらに延びることができる。

[00081]各注入器ノズル７２は、ノズルへの付随する配管によって、その独自の固有マニホルド／ヘッダから供給される。したがって、水がバレル内へ注入された場合、水はその独自のポンプから、使用中のノズルのすべてが接続されたマニホルド内へ供給される。ポンプの設定によって、流れを制御することができる。注入器の管に制限はない。同じことが、酸および他の流体にも当てはまり、各々独自のポンプおよび独自のマニホルド／ヘッダを有する。蒸気は、供給源において６９ｂａｒｇの圧力で動作する蒸気供給部から供給され、押出機の圧力低減システムによって４９ｂａｒｇに引き下げられる。蒸気の流れは、流れ制御弁（図示せず）の開放によって調節される。

[00082]マニホルドから出る弁は、注入器ノズルへの各線に対して個々に調整可能である。したがって、各注入器の特有のノズルへの流れも同様に調整可能である。任意の特定の集合で必要とされる注入器がより少ない場合、注入器を除去することができ、孔は弁がオフに切り換えられた後に塞がれ、したがってマニホルドからそのノズルへ流れる材料はなく、その孔を通って押出機から出る材料もない。

[00083]弁は、弁へ添加物を供給するための少なくとも１つの入口を備えており、手動または自動で作動する双方向弁などの任意の好適な弁を備えることができる。好適な弁には、それだけに限定されるものではないが、各々参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第６，２２０，２９６号（Ｒａｇｓｄａｌｅら）、米国特許第６，２４７，８３９号（Ｋｏｃｈａｎｏｗｉｃｚら）、米国特許第６，３１６，０５３号（Ｒａｇｓｄａｌｅら）、および米国特許第６，５４１，５３１号（Ｒａｇｓｄａｌｅ）に記載されている弁が含まれる。

[00084]マニホルドの導管は、任意の好適な材料から構築することができる。たとえば、導管は、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、耐食性合金などの金属から、またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネートなどのプラスチック材料（より低い圧力を使用する場合）から構築することができる。

[00085]マニホルドには、ポリマー発泡体（たとえば、ポリウレタン発泡体）の製造で使用されるシステムなどの好適なシステムに取り付けるための任意の好適な手段を設けることができる。たとえば、マニホルドを好適なシステムに結合する手段を提供するために、導管の端部のねじ山を設けることができる。別法として、マニホルドをシステムに結合する手段を提供するために、導管の端部にフランジ付きの取付け具を設けることができる。

[00086]本発明の好ましい実施形態について本明細書に図示および説明したが、そのような実施形態は例示のみを目的として提供されることが、当業者には明らかである。本発明から逸脱することなく、多数の変形例、変更例、および置換えが当業者には想到されよう。本発明を実施する際、本明細書に記載する本発明の実施形態に対する様々な代替手段を用いることができることを理解されたい。以下の特許請求の範囲は本発明の範囲を画定し、それによってこれらの特許請求の範囲およびその均等物の範囲内の方法および構造が包含されることが意図される。

[00087]例示的な実施形態
[00088]実施形態１．１つまたは複数の添加物を材料に導入するためのシステムであって、
ａ．直径２～６ｍｍの範囲の内孔を有する注入器の少なくとも１つのアセンブリと、
ｂ．前記アセンブリ内の物質の流れを制御するためのマニホルドと、
ｃ．各注入器が注入器内の物質の流れを独立して制御するようにマニホルドに組み込まれた弁と、
ｄ．少なくとも１つの添加物の供給部とを備えるシステム。

[00089]実施形態２．添加物が液体または蒸気である、実施形態１に記載のシステム。

[00090]実施形態３．添加物が水である、実施形態１に記載のシステム。

[00091]実施形態４．添加物が酸である、実施形態１に記載のシステム。

[00092]実施形態５．添加物が５．６２５～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（８０～６００ｐｓｉ）の圧力の蒸気である、実施形態１に記載のシステム。

[00093]実施形態６．添加物が１０．５５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０ｐｓｉ）の圧力の蒸気である、実施形態１に記載のシステム。

[00094]実施形態７．添加物が１４．０６ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００ｐｓｉ）の圧力の蒸気である、実施形態１に記載のシステム。

[00095]実施形態８．添加物が１７．５８ｋｇｆ／ｃｍ^２（２５０ｐｓｉ）の圧力の蒸気である、実施形態１に記載のシステム。

[00096]実施形態９．添加物が２１．０９ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００ｐｓｉ）の圧力の蒸気である、実施形態１に記載のシステム。

[00097]実施形態１０．材料がバイオマスからなる、実施形態１に記載のシステム。

[00098]実施形態１１．材料が導管内のバイオマスからなる、実施形態１に記載のシステム。

[00099]実施形態１２．導管が押出機である、実施形態１１に記載のシステム。

[000100]実施形態１３．導管が押出機および放出弁を備える、実施形態１２に記載のシステム。

[000101]実施形態１４．注入器の内孔の直径が２ｍｍである、実施形態１に記載のシステム。

[000102]実施形態１５．注入器の内孔の直径が２．５ｍｍである、実施形態１に記載のシステム。

[000103]実施形態１６．注入器の内孔の直径が３ｍｍである、実施形態１に記載のシステム。

[000104]実施形態１７．注入器の内孔の直径が３．５ｍｍである、実施形態１に記載のシステム。

[000105]実施形態１８．注入器の内孔の直径が４ｍｍである、実施形態１に記載のシステム。

[000106]実施形態１９．注入器の内孔の直径が４．５ｍｍである、実施形態１に記載のシステム。

[000107]実施形態２０．注入器の内孔の直径が５ｍｍである、実施形態１に記載のシステム。

[000108]実施形態２１．注入器の内孔の直径が５．５ｍｍである、実施形態１に記載のシステム。

[000109]実施形態２２．注入器の内孔の直径が６ｍｍである、実施形態１に記載のシステム。

[000110]実施形態２３．アセンブリが２つ以上の注入器からなる、実施形態１に記載のシステム。

[000111]実施形態２４．アセンブリが４つ以上の注入器からなる、実施形態１に記載のシステム。

[000112]実施形態２５．アセンブリが６つ以上の注入器からなる、実施形態１に記載のシステム。

[000113]実施形態２６．アセンブリが８つ以上の注入器からなる、実施形態１に記載のシステム。

[000114]実施形態２７．アセンブリが１０個以上の注入器からなる、実施形態１に記載のシステム。

[000115]実施形態２８．アセンブリが１２個以上の注入器からなる、実施形態１に記載のシステム。

[000116]実施形態２９．アセンブリが１４個以上の注入器からなる、実施形態１に記載のシステム。

[000117]実施形態３０．アセンブリが１６個以上の注入器からなる、実施形態１に記載のシステム。

[000118]実施形態３１．材料は反応区間内のバイオマスからなる、実施形態１に記載のシステム。

[000119]実施形態３２．押出機バレルまたは弁体に液体または蒸気を注入する方法であって、
ａ．複数の注入ポートを押出機バレルの外壁または外側弁壁にその孔まで貫通させるステップと、
ｂ．注入ポートに注入器を含むステップと、
ｃ．前記押出機バレルまたは弁に蒸気を注入して、導管内で１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力を維持するステップと、
ｄ．前記押出機バレルまたは弁に液体を注入するステップとを含む方法。

[000120]実施形態３３．押出機バレルまたは弁体に液体および蒸気を注入する方法であって、
ａ．複数の注入ポートを押出機バレルまたは弁体にその孔まで貫通させるステップと、
ｂ．注入ポートに注入器を含むステップと、
ｃ．前記押出機バレルまたは弁に液体および蒸気を注入して、前記区間の内側で１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力を維持するステップとを含む方法。

[000121]実施形態３４．注入器ノズル孔の直径が２～６ｍｍである、実施形態３２に記載の方法。

[000122]実施形態３５．注入器ノズル孔の直径が２～４ｍｍである、実施形態３２に記載の方法。

[000123]実施形態３６．注入器ノズル孔の直径が２～３ｍｍである、実施形態３２に記載の方法。

[000124]実施形態３７．注入器ノズル孔の直径が２ｍｍである、実施形態３２に記載の方法。

[000125]実施形態３８．１日当たり少なくとも１乾燥トンのバイオマスを前処理するために、
（ａ）１日当たり少なくとも１乾燥メートルトン（ＭＴ）のバイオマスの割合で、バレルを備えた押出システムにバイオマスを供給するステップを含み、バレルが、供給区間および反応区間を含む内側チャンバを画定し、押出システムが、
（ｉ）供給区間および反応区間を分離する高圧区間内でバイオマスを圧縮することによって、蒸気不透過性プラグが形成され、
（ｉｉ）６ｍｍ以下の内部ノズル孔径を有する蒸気注入器の少なくとも１つのアセンブリが、反応区間に圧力および高温を提供するように構築および配置される、実施形態３２に記載の方法。

[000126]実施形態３９．６ｍｍ以下の内部ノズル孔径を有する１つまたは複数の注入器の少なくとも１つのアセンブリを有する押出システム。

[000127]実施形態４０．注入器が、１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力で押出機孔に蒸気を提供する、実施形態３８に記載のシステム。

[000128]実施形態４１．注入器の内径が４ｍｍ以下である、実施形態３９に記載のシステム。

[000129]実施形態４２．注入器の内径が２ｍｍ以下である、実施形態３９に記載のシステム。

[000130]実施形態４３．システムが、少なくとも２つの注入器アセンブリ、少なくとも３つの注入器アセンブリ、または少なくとも４つの注入器アセンブリからなる、実施形態３８に記載のシステム。

[000131]実施形態４４．注入器の内孔の直径が２ｍｍである、実施形態４３に記載のシステム。

[000132]実施形態４５．注入器の内孔の直径が２．５ｍｍである、実施形態４３に記載のシステム。

[000133]実施形態４６．注入器の内孔の直径が３ｍｍである、実施形態４３に記載のシステム。

[000134]実施形態４７．注入器の内孔の直径が３．５ｍｍである、実施形態４３に記載のシステム。

[000135]実施形態４８．注入器の内孔の直径が４ｍｍである、実施形態４３に記載のシステム。

[000136]実施形態４９．注入器の内孔の直径が４．５ｍｍである、実施形態４３に記載のシステム。

[000137]実施形態５０．注入器の内孔の直径が５ｍｍである、実施形態４３に記載のシステム。

[000138]実施形態５１．注入器の内孔の直径が５．５ｍｍである、実施形態４３に記載のシステム。

[000139]実施形態５２．注入器の内孔の直径が６ｍｍである、実施形態４３に記載のシステム。

[000140]実施形態５３．アセンブリが２つ以上の注入器からなる、実施形態４３に記載のシステム。

[000141]実施形態５４．アセンブリが４つ以上の注入器からなる、実施形態４３に記載のシステム。

[000142]実施形態５５．アセンブリが６つ以上の注入器からなる、実施形態４３に記載のシステム。

[000143]実施形態５６．アセンブリが８つ以上の注入器からなる、実施形態４３に記載のシステム。

[000144]実施形態５７．アセンブリが１０個以上の注入器からなる、実施形態４３に記載のシステム。

[000145]実施形態５８．アセンブリが１２個以上の注入器からなる、実施形態４３に記載のシステム。

[000146]実施形態５９．アセンブリが１４個以上の注入器からなる、実施形態４３に記載のシステム。

[000147]実施形態６０．アセンブリが１６個以上の注入器からなる、実施形態４３に記載のシステム。

[000148]実施形態６１．注入器ノズルのアセンブリのために螺旋形または同心円状のポートを有する少なくとも１つのバレル部分を備えた押出システム。

[000149]実施形態６２．バレル部分が少なくとも４つのポートを有する、実施形態６１に記載の押出システム。

[000150]実施形態６３．バレル部分が少なくとも６つのポートを有する、実施形態６１に記載の押出システム。

[000151]実施形態６４．バレル部分が少なくとも８つのポートを有する、実施形態６１に記載の押出システム。

[000152]実施形態６５．バレル部分が少なくとも１０個のポートを有する、実施形態６１に記載の押出システム。

[000153]実施形態６６．バレル部分が少なくとも１２個のポートを有する、実施形態６１に記載の押出システム。

[000154]実施形態６７．バレル部分が少なくとも１４個のポートを有する、実施形態６１に記載の押出システム。

[000155]実施形態６８．バレル部分が少なくとも１６個のポートを有する、実施形態６１に記載の押出システム。

[000156]実施形態６９．少なくとも２つのバレル部分を備える、実施形態６１に記載の押出システム。

[000157]実施形態７０．バレル部分が他のバレル部分と交換可能である、実施形態６１に記載の押出システム。

[000158]実施形態７１．螺旋形または同心円状のポートがバレル部分に直交する、実施形態６１に記載の押出システム。

[000159]実施形態７２．注入器が、材料の乾燥重量当たり３０～５０％の蒸気を注入するように事前に配置される、実施形態６１に記載の押出システム。

Claims (72)

1. １つまたは複数の添加物を材料に導入するためのシステムであって、
   ａ．注入器のアセンブリであり、前記注入器が直径２～６ｍｍの範囲の内孔を含む、アセンブリと、
   ｂ．前記注入器のアセンブリ内の物質の流れを制御するためのマニホルドと、
   ｃ．各注入器が前記注入器内の前記物質の流れを独立して制御するように前記マニホルドに組み込まれた弁と、
   ｄ．添加物の供給部とを備えるシステム。
2. 前記添加物が液体または蒸気である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記添加物が水である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記添加物が酸である、請求項１に記載のシステム。
5. 前記添加物が蒸気であり、前記蒸気の圧力が約５．６２５～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（８０～６００ｐｓｉ）である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記添加物が蒸気であり、前記蒸気の圧力が約１０．５５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０ｐｓｉ）である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記添加物が蒸気であり、前記蒸気の圧力が約１４．０６ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００ｐｓｉ）である、請求項１に記載のシステム。
8. 前記添加物が蒸気であり、前記蒸気の圧力が約１７．５８ｋｇｆ／ｃｍ^２（２５０ｐｓｉ）である、請求項１に記載のシステム。
9. 前記添加物が蒸気であり、前記蒸気の圧力が約２１．０９ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００ｐｓｉ）である、請求項１に記載のシステム。
10. 前記材料がバイオマスを含む、請求項１に記載のシステム。
11. 前記材料がバイオマスを含み、前記材料が導管内に位置する、請求項１に記載のシステム。
12. 前記導管が押出機を備える、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記導管が放出弁をさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記注入器の前記内孔の直径が約２ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
15. 前記注入器の前記内孔の直径が約２．５ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
16. 前記注入器の前記内孔の直径が約３ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
17. 前記注入器の前記内孔の直径が約３．５ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
18. 前記注入器の前記内孔の直径が約４ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
19. 前記注入器の前記内孔の直径が約４．５ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
20. 前記注入器の前記内孔の直径が約５ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
21. 前記注入器の前記内孔の直径が約５．５ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
22. 前記注入器の前記内孔の直径が約６ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
23. 前記注入器のアセンブリが２つ以上の注入器を含む、請求項１に記載のシステム。
24. 前記注入器のアセンブリが４つ以上の注入器を含む、請求項１に記載のシステム。
25. 前記注入器のアセンブリが６つ以上の注入器を含む、請求項１に記載のシステム。
26. 前記注入器のアセンブリが８つ以上の注入器を含む、請求項１に記載のシステム。
27. 前記注入器のアセンブリが１０個以上の注入器を含む、請求項１に記載のシステム。
28. 前記注入器のアセンブリが１２個以上の注入器を含む、請求項１に記載のシステム。
29. 前記注入器のアセンブリが１４個以上の注入器を含む、請求項１に記載のシステム。
30. 前記注入器のアセンブリが１６個以上の注入器を含む、請求項１に記載のシステム。
31. 前記材料が反応区間内のバイオマスからなる、請求項１に記載のシステム。
32. 押出機バレルまたは弁体に液体または蒸気を注入する方法であって、
    ａ．複数の注入ポートを設けるステップであり、前記注入ポートが前記押出機バレルの外壁または前記弁体の外壁を貫通する、設けるステップと、
    ｂ．注入器を前記複数の注入ポートに導入するステップと、
    ｃ．前記押出機バレルまたは前記弁体に蒸気を注入して、前記押出機バレルまたは前記弁体内で１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力を維持するステップと、
    ｄ．前記押出機バレルまたは前記弁体に液体を注入するステップとを含む方法。
33. 押出機バレルまたは弁体に液体および蒸気を注入する方法であって、
    ａ．複数の注入ポートを設けるステップであり、前記注入ポートが前記押出機バレルまたは前記弁体を貫通する、設けるステップと、
    ｂ．注入器を前記複数の注入ポートに導入するステップと、
    ｃ．前記押出機バレルまたは前記弁体に液体および蒸気を注入して、前記押出機バレルまたは前記弁体内で１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力を維持するステップとを含む方法。
34. 前記注入器が、２～６ｍｍの直径を有するノズル孔を含む、請求項３２に記載の方法。
35. 前記注入器が、２～４ｍｍの直径を有するノズル孔を含む、請求項３２に記載の方法。
36. 前記注入器が、２～３ｍｍの直径を有するノズル孔を含む、請求項３２に記載の方法。
37. 前記注入器が、約２ｍｍの直径を有するノズル孔を含む、請求項３２に記載の方法。
38. １日当たり少なくとも１乾燥トンのバイオマスを前処理するために、前記方法が、
    （ｂ）１日当たり少なくとも１乾燥メートルトン（ＭＴ）のバイオマスの割合で、バレルを備えた押出システムにバイオマスを供給するステップをさらに含み、前記バレルが、供給区間および反応区間を含む内側チャンバを備えており、前記押出システムが、
    （ｉ）前記供給区間および前記反応区間を分離する高圧区間内で前記バイオマスを圧縮することによって、蒸気不透過性プラグが形成され、
    （ｉｉ）６ｍｍ以下の内部ノズル孔径を有する蒸気注入器のアセンブリが、前記反応区間に圧力および高温を提供するように構築および配置される、請求項３２に記載の方法。
39. １つまたは複数の注入器のアセンブリを備えた押出システムであって、前記注入器が６ｍｍ以下の直径を有するノズル孔を含む、押出システム。
40. 前記注入器が、１０．５５～５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０～８００ｐｓｉ）の圧力で押出機孔に蒸気を提供する、請求項３９に記載の押出システム。
41. 雁木注入器の内径が４ｍｍ以下である、請求項３９に記載の押出システム。
42. 前記注入器の内径が２ｍｍ以下である、請求項３９に記載の押出システム。
43. 前記押出システムが、少なくとも２つの注入器アセンブリ、少なくとも３つの注入器アセンブリ、または少なくとも４つの注入器アセンブリを備える、請求項３９に記載の押出システム。
44. 前記注入器の前記内孔の直径が約２ｍｍである、請求項４３に記載の押出システム。
45. 前記注入器の前記内孔の直径が約２．５ｍｍである、請求項４３に記載の押出システム。
46. 前記注入器の前記内孔の直径が約３ｍｍである、請求項４３に記載の押出システム。
47. 前記注入器の前記内孔の直径が約３．５ｍｍである、請求項４３に記載の押出システム。
48. 前記注入器の前記内孔の直径が約４ｍｍである、請求項４３に記載の押出システム。
49. 前記注入器の前記内孔の直径が約４．５ｍｍである、請求項４３に記載の押出システム。
50. 前記注入器の前記内孔の直径が約５ｍｍである、請求項４３に記載の押出システム。
51. 前記注入器の前記内孔の直径が約５．５ｍｍである、請求項４３に記載の押出システム。
52. 前記注入器の前記内孔の直径が約６ｍｍである、請求項４３に記載の押出システム。
53. 前記１つまたは複数の注入器のアセンブリが２つ以上の注入器を含む、請求項４３に記載の押出システム。
54. 前記１つまたは複数の注入器のアセンブリが４つ以上の注入器を含む、請求項４３に記載の押出システム。
55. 前記１つまたは複数の注入器のアセンブリが６つ以上の注入器を含む、請求項４３に記載の押出システム。
56. 前記１つまたは複数の注入器のアセンブリが８つ以上の注入器を含む、請求項４３に記載の押出システム。
57. 前記１つまたは複数の注入器のアセンブリが１０個以上の注入器を含む、請求項４３に記載の押出システム。
58. 前記１つまたは複数の注入器のアセンブリが１２個以上の注入器を含む、請求項４３に記載の押出システム。
59. 前記１つまたは複数の注入器のアセンブリが１４個以上の注入器を含む、請求項４３に記載の押出システム。
60. 前記１つまたは複数の注入器のアセンブリが１６個以上の注入器を含む、請求項４３に記載の押出システム。
61. 注入器ノズルのアセンブリのために螺旋形または同心円状のポートを有するバレル部分を備えた押出システム。
62. 前記バレル部分が少なくとも４つのポートを備える、請求項６１に記載の押出システム。
63. 前記バレル部分が少なくとも６つのポートを備える、請求項６１に記載の押出システム。
64. 前記バレル部分が少なくとも８つのポートを備える、請求項６１に記載の押出システム。
65. 前記バレル部分が少なくとも１０個のポートを備える、請求項６１に記載の押出システム。
66. 前記バレル部分が少なくとも１２個のポートを備える、請求項６１に記載の押出システム。
67. 前記バレル部分が少なくとも１４個のポートを備える、請求項６１に記載の押出システム。
68. 前記バレル部分が少なくとも１６個のポートを備える、請求項６１に記載の押出システム。
69. 前記押出システムが２つ以上のバレル部分を含む、請求項６１に記載の押出システム。
70. 前記バレル部分が他のバレル部分と交換可能である、請求項６１に記載の押出システム。
71. 前記螺旋形または同心円状のポートがバレル部分に直交する、請求項６１に記載の押出システム。
72. 前記注入器が、材料の乾燥重量当たり３０～５０％の蒸気を注入するように事前に配置される、請求項６１に記載の押出システム。

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