JP2023545265A - 圧力弁の処理 - Google Patents

Abstract

バルブアセンブリにおいて、弁体の内壁が、管またはパイプからのスラリーまたは液体の流出口以下の圧力下で液体を投入するための少なくとも１つの開口を含む。バルブアセンブリは、押出機からの半連続的または連続的な加圧されたバイオマスの流れを維持し、押出機から下流に反応区間を延ばすのに特に有用である。延ばした反応区間を有する利点は、押出機にさらなる摩耗を生じることなく、材料の完全な処理を可能にし、管またはパイプにおける材料の上流処理の操作も可能にすることである。【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]多くの産業プロセスにおいて、材料の流れを制御するために弁が使用されている。リリーフ弁の内側は、弁が加圧されると材料源の流出口を阻止または低減するプラグを含む。プラグの後ろの圧力が解放されると、プラグはこの流出口からの圧力の力によって押し戻される。これにより、プラグの後ろの圧力が流出口の力以上になるまで、弁を開くことが可能になる。弁が流出口に応答して動作するアクチュエータに結合されている場合、手動動作式またはばね動作式の弁だけを用いた場合より精密な連続運動が可能である。

[0003]圧力下で材料を動かすとき、材料が輸送される容器内の圧力を制御することが困難になる可能性がある。これは、媒体の処理に起因する臨界動作状態において一方向に動く材料スラリーの連続的または半連続的な流れにとって困難である。動いている材料の一定の圧力および速度を維持するために、パイプまたはバレル内の圧力を一定に保持するように動作しながら特定の速度を可能にするように弁を設計しなければならない。これは特に、高圧下において液体中で動くバイオマスなどの粒子状物質に当てはまり、弁はさらなる処理に関与し、材料の流れは急速に押し寄せてくる。そのような過酷な動作条件は、バルブアセンブリの早すぎる段階の障害および漏れを誘発する可能性があり、その結果、噴出および過度の摩耗を生じさせる。さらに、スラリー粒子は弁封止サイクルに閉じ込められる可能性があり、その結果、バルブアセンブリの性能劣化をもたらす。一般に、圧力リリーフ弁は、そのような動作に対処するように設計されていない。

[0004]一態様では、バイオマスを前処理するためのシステムであって、１つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、１つまたは複数のスクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによってバイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリであり、反応区間の下流端を形成し、反応区間に液体を加える、バルブアセンブリとを備えるシステムが、本明細書に提供される。

[0005]別の態様では、バイオマスを前処理するためのシステムであって、１つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、１つまたは複数のスクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによってバイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリとを備え、バルブアセンブリが、大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための１つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、弁体内には弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、小さい円形カラーの内径が大きい円形部分より小さい、弁体と、弁体のチャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、弁体の放出端に取り付けられており、弁針が弁体から切り離されると弁針を密閉するハウジングとを備える、システムが、本明細書に提供される。

[0006]いくつかの実施形態では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。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、反応区間内の温度は、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、反応区間内の圧力は、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する。いくつかの実施形態では、システムは、蒸気および１つまたは複数の化学物質を反応区間に供給するための手段をさらに備える。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の化学物質は酸を含む。いくつかの実施形態では、酸は硫酸である。

[0007]いくつかの実施形態では、バルブアセンブリは、大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための１つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、弁体内には弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、小さい円形カラーの内径が大きい円形部分より小さい、弁体と、弁体のチャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、弁体の放出端に取り付けられており、弁針が弁体から切り離されると弁針を密閉するハウジングとを備える。いくつかの実施形態では、ハウジングは、取外し可能な放出リングを含む。いくつかの実施形態では、放出リングは先細りしている。いくつかの実施形態では、弁体は環状リングを含む。いくつかの実施形態では、環状リングは取外し可能である。いくつかの実施形態では、弁針が弁体上で閉じられると、チャンバ内で弁体と弁針との間に環状空間が形成される。いくつかの実施形態では、液体投入のためのノズルは、チャンバ内へ水を伝達する。いくつかの実施形態では、液体投入のためのノズルは、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する。いくつかの実施形態では、液体は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径は、その放出端における弁体の内径より少なくとも７％大きい。いくつかの実施形態では、弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径は、その放出端における弁体の内径より約７％大きい。いくつかの実施形態では、弁針は円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する。いくつかの実施形態では、円錐形は、４５度～７５度の範囲内で先細りしている。いくつかの実施形態では、円錐形は、約４５度で先細りしている。いくつかの実施形態では、弁針の広い端部の直径は、その放出端における弁体の内径より少なくとも４％大きい。いくつかの実施形態では、弁針の広い端部の直径は、その放出端における弁体の内径より約４％大きい。いくつかの実施形態では、押出機は２軸スクリュー押出機である。いくつかの実施形態では、押出機は、蒸気および／または酸を加えるためのポートを有する。

[0008]別の態様では、本明細書に開示するシステムによってバイオマスを前処理する方法が、本明細書に提供される。

[0009]別の態様では、バイオマスを前処理する方法であって、押出機によって押出機の供給区間から押出機の反応区間へバイオマスを運搬するステップであり、供給区間および反応区間が、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、反応区間内のバイオマスに蒸気および／または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、部分的に処理されたバイオマスを、押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリ内へ運搬し、部分的に処理されたバイオマスをバルブアセンブリ内で処理し、それによって前処理されたバイオマスを作製し、前処理されたバイオマスをバルブアセンブリによって放出するステップとを含む方法が、本明細書に提供される。

[00010]この方法のいくつかの実施形態では、バイオマスは、押出機によって、部分的に処理されたバイオマスがバルブアセンブリによって運搬される速度と同じ速度で運搬される。いくつかの実施形態では、反応区間内の温度は、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、反応区間内の圧力は、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する。いくつかの実施形態では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。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、化学物質は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、押出機は、１つまたは複数のスクリューを含む。いくつかの実施形態では、押出機は、２つのスクリューを含む。

[00011]別の態様では、バイオマスを前処理する方法であって、押出機によって押出機の供給区間から押出機の反応区間へバイオマスを運搬するステップであり、供給区間および反応区間が、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、反応区間内のバイオマスに蒸気および／または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、部分的に処理されたバイオマスを、押出機の流出端に取り付けられた延長室内へ運搬するステップと、部分的に処理されたバイオマスを延長室内で処理し、それによって前処理されたバイオマスを作製するステップとを含む方法が、本明細書に提供される。

[00012]いくつかの実施形態では、この方法は、バイオマスが押出機を出るとき、押出機の下流端で酸を加えるステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、延長室は、管によって形成される。いくつかの実施形態では、延長室は、容器によって形成される。いくつかの実施形態では、延長室は、バルブアセンブリによって形成される。いくつかの実施形態では、延長室は、前処理されたバイオマスを連続的に放出することが可能である。いくつかの実施形態では、延長室は、前処理されたバイオマスを半連続的に放出することが可能である。いくつかの実施形態では、延長室は、前処理されたバイオマスを大量に放出することが可能である。バイオマスは、押出機によって、部分的に処理されたバイオマスが延長室によって運搬される速度と同じ速度で運搬される。いくつかの実施形態では、延長室は加圧される。いくつかの実施形態では、延長室は、液体投入のための１つまたは複数のノズルを備える。いくつかの実施形態では、液体投入のためのノズルは、チャンバ内へ水を伝達する。いくつかの実施形態では、液体投入のためのノズルは、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する。いくつかの実施形態では、液体は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、反応区間内の温度は、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、反応区間内の圧力は、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する。いくつかの実施形態では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。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、化学物質は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、押出機は、１つまたは複数のスクリューを含む。いくつかの実施形態では、押出機は、２つのスクリューを含む。

[00013]一態様では、押出機およびバルブアセンブリによってバイオマスを処理するためのシステムであって、１つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、スクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによって加圧反応区間の一端を形成する、押出機と、蒸気および１つまたは複数の化学物質を反応区間に供給する方法と、押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリであり、反応区間の下流端を形成し、反応区間に液体を加える、バルブアセンブリとを備え、バルブアセンブリが、加圧処理されたバイオマスを非加圧放出区域内へ急速に放出することが可能である、システムが提供される。

[00014]いくつかの実施形態では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。さらなる態様では、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。別の実施形態では、反応区間内の温度は、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、圧力は蒸気によって、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する。別の態様では、化学物質は酸である。別の態様では、酸は硫酸である。さらなる実施形態では、バルブアセンブリは、ハウジングと、大きい円形部分、中間の円錐形部分、液体投入のための１つまたは複数のノズルを含むより小さい円形カラーを含む弁体と、弁針とを備える。

[00015]別の実施形態では、弁針が設置されているとき、弁体と弁針との間に空間が存在する。一態様では、液体投入のためのノズルは、弁体と弁針との間の空間内へ水を伝達する。別の態様では、液体投入のためのノズルは、弁体と弁針との間の空間内へ水以外の液体を伝達する。一実施形態では、液体は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。

[00016]一態様では、バルブアセンブリに取り付けられたパイプまたはバレル内でスラリーまたは液体を処理するための方法であって、パイプまたはバレルが反応区間の一端を形成するプラグを有するステップと、パイプまたはバレルによって液体またはスラリーを運搬するステップと、バルブアセンブリをパイプまたはバレルの流出端に取り付けて反応区間の下流端を形成しながら、蒸気の投入によって反応区間内の圧力を維持するステップと、液体またはスラリーがバルブアセンブリに入るとき、バルブアセンブリの上流端内へ物質を加えるステップと、バルブアセンブリを使用して、処理された液体またはスラリーを非加圧区域内へ放出するステップとを含む方法が提供される。一態様では、液体またはスラリーはバイオマスを含む。別の態様では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。別の態様では、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。

[00017]一実施形態では、反応区間内の温度は、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、圧力は蒸気によって、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する。別の実施形態では、物質は酸である。さらなる実施形態では、酸は硫酸である。

[00018]一態様では、押出機の下流に反応区間を延ばすシステムであって、反応区間部分を含む押出機を備え、前記押出機反応区間部分が、隣接する内側空間を含む下流バルブアセンブリに取り付けられ、押出機内の反応区間部分が、バルブアセンブリの隣接する内側空間と組み合わされて、押出機の下流に反応区間を延ばす、システムが提供される。別の態様では、押出機の反応区間部分を通って動く材料の速度は、バルブアセンブリを通って動く材料の速度と一定で維持される。

[00019]一実施形態では、バルブアセンブリは、弁体の一部である環状リングを有する。別の実施形態では、環状リングは交換可能である。一実施形態では、弁体は、液体の投入のためのノズルを含む。一実施形態では、弁針は、弁体内で閉じられたとき、放出リングに設置される。さらなる態様では、弁針は、アクチュエータに取り付けられる。一実施形態では、アクチュエータは、弁針にかかる圧力を維持し、弁針にかかる前記圧力は８１６．４７ｋｇｆ（１，８００ｌｂｆ）超で維持される。別の実施形態では、アクチュエータは、弁針にかかる圧力を２２，６７９．６２～２２６，７９６．１９ｋｇｆ（５０，０００～５００，０００ｌｂｆ）で維持する。

[00020]一実施形態では、押出機は２軸スクリュー押出機である。別の実施形態では、押出機は、蒸気および／または酸を加えるためのポートを有する。

[00021]一態様では、押出機の下流に反応区間を延ばす方法であって、反応区間内のバイオマスを処理するステップを含み、反応区間が押出機から取り付けられた下流バルブアセンブリ内へ延びる、方法が提供する。一実施形態では、バルブアセンブリは、ハウジングと、大きい円形部分、中間の円錐形部分、液体投入のための１つまたは複数のノズルを含むより小さい円形カラーをさらに含む弁体と、弁針とを備える。

[00022]一実施形態では、ハウジングは、取外し可能な放出リングを含む。別の実施形態では、放出リングは先細りしている。さらなる実施形態では、弁体は環状リングを含む。さらなる実施形態では、環状リングは取外し可能である。一態様では、弁針が設置されているとき、弁体と弁針との間に空間が存在する。別の態様では、液体投入のためのノズルは、弁体と弁針との間の空間内へ水を伝達する。さらなる態様では、液体投入のためのノズルは、弁体と弁針との間の空間内へ水以外の液体を伝達する。別の実施形態では、ノズル内の液体は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。別の実施形態では、液体は酸である。さらなる実施形態では、酸は硫酸である。別の実施形態では、蒸気および１つまたは複数の化学物質が押出機の反応区間に加えられる。さらなる実施形態では、反応区間内の温度は、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇する。圧力は蒸気によって、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する。別の実施形態では、速度が、反応区間全体にわたって一定で維持される。

[00023]一態様では、バイオマスを処理する方法であって、押出機によってバイオマスを運搬するステップであり、押出機が２つの区間、すなわち投入区間および反応区間に分割され、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、反応区間内のバイオマスに蒸気および／または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、部分的に処理されたバイオマスを、取り付けられたバルブアセンブリ内へ一時的に運搬して、処理を継続するステップと、バルブアセンブリによってバイオマスを放出するステップとを含む方法が提供される。別の態様では、運搬されるバイオマスの速度は、押出機およびバルブアセンブリ内と同じである。一実施形態では、反応区間内の温度は、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇する。圧力は蒸気によって、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する。さらなる実施形態では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。一態様では、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。別の態様では、化学物質は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。
参照による組込み
[00024]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。

[00025]本開示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。本開示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、本開示の特徴および利点をよりよく理解することができよう。

[00026]修正された圧力弁アセンブリを示す図である。 [00027]弁およびそのハウジングの長手方向図である。 [00028]図３Ａは上面（３Ａ）および側面（３Ｂ）からのバルブアセンブリの長手方向図である。図３Ｂは上面（３Ａ）および側面（３Ｂ）からのバルブアセンブリの長手方向図である。 [00029]上面から見たバルブアセンブリの長手方向図である。 [00030]図４に見える断面Ａの拡大図である。 [00031]弁針を通る弁体の横断面図である。 [00032]図７Ａは閉位置の環形における弁の横断面図である。図７Ｂは行程０．５ｍｍの環形における弁の横断面図である。図７Ｃは行程１．０ｍｍの環形における弁の横断面図である。図７Ｄは行程１．５ｍｍの環形における弁の横断面図である。

[00033]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。

[00034]「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。

[00035]「たとえば」、「など」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」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、エタノール製造」は、「それだけに限定されるものではないが、たとえばエタノール製造」を意味する。

[00036]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。
定義
[00037]「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。

[00038]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。

[00039]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性物質である。植物性物質はたとえば、木質植物性物質、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、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。

[00040]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。

[00041]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。

[00042]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。
説明
[00043]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。

[00044]一態様では、本明細書に記載するバルブアセンブリは、管またはパイプを流れる材料の処理された液体またはスラリーの高圧の流れにおいて受ける崩壊応力に対処する構造および設計を有する。バルブアセンブリは、流れが取り付けられた管またはパイプから上流へバルブアセンブリに入り、バルブアセンブリを通って下流へ放出区域に入るとき、そのような液体またはスラリーの処理の一部を組み込むように設計される。

[00045]本明細書に記載するものなどのバルブアセンブリを使用する別の主な利点は、押出機バレル内で材料が処理される時間を低減させることが可能になることである。反応区間を通る材料の圧力および速度は、押出機およびエンドバルブアセンブリのサイズにかかわらず、ほぼ一定に保持される。弁のサイズを増大させると、弁内の環状空間により反応区間の長さも増えるため、反応区間の体積も増大し、それによって材料処理時間も増大するが、押出機バレル内の保持期間は増えない。

[00046]一実施形態では、流体端で使用するためのバルブアセンブリが提供される。別の態様では、本明細書に開示するバルブアセンブリは、圧力下で液体、材料スラリー、高密度液体、または任意の液化物質を連続的または半連続的に処理するために使用することができる。プロセスとは、熱、圧力、および／もしくは化学物質の追加によって単独で、または圧力下での混合、加熱、２つ以上の成分の組合せ（同時または後の追加）による化学反応、酸、塩基、混合成分、染料などの化学成分の追加などによって、材料を修正することができることであると理解される。そのような成分の例には、プラスチック、植物材料、食糧、ポリマー、ポリウレタンなどが含まれる。

[00047]一態様では、材料のスラリーは、前処理されたバイオマスまたは部分的に加水分解されたバイオマスを含むことができる。この構成を使用して、材料が管またはパイプなどの通路を通るときに一定の速度および圧力を得ることができる。中間プラグおよび出口におけるバルブアセンブリによって、通路内で一定の圧力を増大させて維持するように水または蒸気を加えることができる。プラグとバルブアセンブリとの間の部分が、材料の修正が行われる反応区間である。この区間は、弁針の端部を通って材料を押し流すことを含む。

[00048]一実施形態では、押出機およびバルブアセンブリを使用して、材料を処理することができる。押出機は、スクリュー要素によって、バレルを通って液体、スラリー、固体、および粘性材料を動かす。要素の形状に応じて、材料はバレルを通って減速、混合、または押圧される。押出機は、１軸スクリュー押出機、２軸スクリュー押出機、または３軸スクリュー押出機とすることができる。バイオマス材料の場合、２軸スクリュー押出機が使用されることが好ましい。圧力を増大させるために非常に大量の蒸気を加えることを可能にするように設計された特別な構成のスクリューを有する押出機により、バイオマスを高速で前処理することが可能になる。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、米国特許出願第２０１６／０２７３００９（Ａ１）号またはＷＯ２０１８／１５１８３３（Ａ１）に記載されているものなどの急速押出機前処理システムは、バイオマスの脱構築ならびに他のバイオマス成分からのセルロースおよびリグニンの放出のための独特の経路を提供する。機械的フィブリル化、希酸加水分解、および蒸気爆発の組合せは、すべて２０秒未満で実現され、可溶性糖質、微結晶セルロース、およびリグニンの非常にきれいなスラリーをもたらす。短いが集中的な処理継続時間は、ほとんどの他のプロセスで発生する過熱またはスルホン化を生じることなく、高反応状態にされた独特なセルロース、ヘミセルロース、およびリグニン生成物をもたらす。

[00049]過去には、パイプまたはバレルを通る液体および材料の制限および除去デバイスが提案されてきた。これらのいくつかは、押出機バレル自体に中間弁を含む。米国特許出願第２００７／０２３７０２２（Ａ１）号に記載されている１つのそのようなデバイスは、バレル中央の調整可能なバルブアセンブリである。他には、米国特許出願第２００９／００５３８００（Ａ１）号、ＷＯ２０１０／０５６９４０Ａ２、または米国特許第１０，３４４，７５７（Ｂ１）号に見られるものなどの端部弁が挙げられる。これらの機能はいずれも、処理システムの一部として、高速連続処理が可能でない。

[00050]押出しは連続的または半連続的に行うことができ、プロセスは材料が高温でも低温でも行うことができる。一般的な押出し材料には、金属、ポリマー、セラミック、コンクリート、細工用粘土、および食糧が含まれるが、バイオマスは押出機で同様に処理することができる。押出機は、１つまたは複数のシャフトを有することができる。２軸スクリュー押出機は、２つの同時に貫通する自己洗浄式の同一のスクリューを有する機械であり、これらのスクリューは、「バレル」と呼ばれる固定されて閉じたハウジング内でシャフトに取り付けられており、同じ方向に回転する。２軸スクリュー押出機は、高温および高圧下で非常に短い滞留時間内に連続的に動作することができる。

[00051]一実施形態では、バイオマス成分を抽出するための酸、熱、および爆発による前処理プロセスは、蒸気爆発を含む急速処理プロセスである。この処理は、小さいサイズのバイオマス粒子が加圧された酸加水分解および蒸気による高温で処理され、次いで蒸気爆発にかけられることによって実施される。全プロセスが全体を通して均一であり、数秒しかかからないため、連続処理のための圧力を維持するために、急速に動く効果的なバルブシステムが必要とされる。

[00052]バイオマスの処理では、温度および圧力を増大させるために、蒸気がバレル内へ注入される。一実施形態では、スクリュー要素はまた、材料の流れを減速させて中間プラグを形成するように機能し、中間プラグは、投入後にバレル内に材料を封止し、バレル内に圧力をさらに構築するように機能する。たとえば、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願第１５／９３２，３４０号を参照されたい。

[00053]バルブアセンブリの例は、押出機を限定することを意味するものではなく、その機能値を実証する実例として提供される。このシステムでは、圧力弁アセンブリの１つの機能的実施形態は、押出機内に弁体を通って一定の圧力を開始して維持することを助けることである。これは、バイオマスの処理の多くが行われる反応区間である。押出機内の中間プラグは、特定のスクリューを使用することによって減速を容易にし、反応区間内に圧力を構築するために蒸気が使用される。アクチュエータが、押出機および弁体内の必要とされる圧力を維持するように、弁針にかかる圧力を設定する。手動またはばね動作式の弁ではなく、パイプまたはバレルの端部における内部圧力に応答して動作するアクチュエータに弁が結合されている場合、精密な連続運動が可能である。

[00054]アクチュエータは、Ｋｙｎｔｒｏｎｉｃｓ（Ｓｏｌｏｎ、ＯＨ４４１３９、米国）によって製造されているものなどの油圧または空気圧アクチュエータであることが好ましい。アクチュエータは、長手方向軸に沿って非常に小さい動きで無限かつ迅速に出入りする弁針を維持する。押出機バレルの本体の反応区間内のバイオマスのために針弁が維持しなければならない実際の力は、８１６．４７ｋｇｆ（１，８００ｌｂｆ）～３７，１９４．５７ｋｇｆ（８２，０００ｌｂｆ）およびそれ以上（２２６，７９６．１９ｋｇｆ（５００，０００ｌｂｆ）超）の範囲とすることができる。処理されたバイオマス材料または液体が流れる環状空間を制御することによって、一定の力が実現される。アクチュエータシステムは、作動機構へ電気信号を直接送る。アクチュエータシステムは、特定の圧力で機能し、管または押出機から流れ出る材料によって及ぼされる力に反応するように設定される。

[00055]一態様では、液体またはスラリーが環状リングの外側（環状と放出リングとの間の境界（以下参照））で押し流されるとき、反応区間は弁体を通ってプラグと蒸気爆発区域との間の区域を含むため、管またはパイプ内で必要とされる反応区間の長さはより短くなる。押出機におけるバイオマス処理の例では、これにより、押出機反応区間の長さが短くなり、押出機の処理に必要な冶金のコストが削減される。

[00056]図１に示すように、圧力弁アセンブリの一例では、弁は、円錐形の弁針１１を備えた弁体１０と、放出パイプ１３を備えたハウジング１２とを有する。弁体および弁針は、上流投入口３０から弁体およびハウジングを通って放出パイプ１３へ進む異なる化学物質の液体またはスラリーの摩耗に耐えることができる任意の材料から作ることができるが、不活性金属または不活性被覆を有する金属から構築される。弁針は、シャフト１４に取り付けられる。図２の縦断面図に示す弁体１０は、円筒形部分１５と、中間の円錐形部分１６と、第１の部分１５より小さい直径の別の略円筒形のカラー１７とを有する。弁体は、その最も広い部分に環状（摩耗）リング１９を含む。環状リング１９は、弁体部分１５内の凹状空洞内に設置される。環状リング１９の内面は、弁体１０の残り部分と位置合わせされ、交換することができる摩耗部分として機能する。環状リング１９は、弁の反応区間の内側に設置され、最小環状空間２１（図７Ａ参照）へ延びており、最小環状空間２１の後に大気へ押し流される（蒸気爆発）。

[00057]先細りした放出リング２０は、ハウジング１２内で弁体１０の外側に設置されており、反応区間の一部ではない。放出リング２０は、液体またはスラリーが放出パイプ１３へ誘導されてフラッシュタンク（図示せず）に入ることを確実にする手段である。放出リング２０は摩耗部分でもあり、容易に交換される。放出リング２０の先細り（図３Ａおよび図３Ｂ参照）により、材料の蓄積を生じさせて針の先端から出口へ流れる物質の動きに干渉する可能性のある弁体への直角接続が回避される。

[00058]図３Ａおよび図３Ｂは、弁およびそのハウジングのそれぞれ上面および側面の縦断面図である。材料は上流で圧力下において管、バレル、またはパイプから弁体を通って部分１７内へ流れ（流体力）、下流でハウジング１２内へ放出される。アクチュエータからの力は、シャフト１４を通って弁針に印加される。

[00059]弁体１０と弁針１１との間に環状空間２１が存在する。またハウジング１２の空洞２２の直径は、放出された液体またはスラリー（材料）が受け取られる場所で、材料が押し出される場所の弁体１０の内径と比較すると、７％増大する。

[00060]動作の際、弁針１１に作用する差圧により、弁針１１はその長手方向軸７５に沿って変位する。バルブシャフト１４の圧力により、弁は弁体部分１５に入り、針１１の最も広い端部の直前に設置される。

[00061]弁針１１の最も広い部分は、弁体１０の最も広い部分よりわずかに大きく、したがって閉じられたとき、弁体部分１５内で環状リング１９の位置に設置される。一実施形態では、針の広い端部の直径は、放出端における弁体の直径より少なくとも４％大きい。一実施形態では、針の広い端部の直径は、放出端における弁体の直径より約４％大きい。一実施形態では、針の広い端部の直径は４１６ｍｍであり、弁体の放出端の直径は４００ｍｍである。針の広い端部の直径は、それより大きくても小さくてもよい。一実施形態では、円錐形は、その最も広い直径から針先端１８まで４５度先細りしている。他の実施形態では、円錐形の先細りは、４５度から７５度の範囲とすることができる。この測定は、材料、供給原料、プロセス要件、空間要件、および弁針を動かすために必要な力に基づいて行われる。

[00062]カラー１７は、圧力リリーフ弁を押出機または他の管に接続する手段である。弁が完全に設置され、押出機が取り付けられたとき、弁針先端１８は、ちょうど円錐形部分１６の端部にあるカラーの先端まで延び、針の先端およびパイプまたは押出機の放出端３５とスクリュー３８の端部との間に空間が存在する。押出機内でバイオマスを前処理するプロセスにおいて、材料が押出機を離れたが弁針先端１８に到達する前に、カラー１７内の注入ノズル３６を通って水が注入される（図４および図５参照）。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。

[00063]弁の閉位置において、弁針先端１８は弁体１０の内側空間内で、中間の円錐形部分１６とより小さい円筒形カラー１７との境界付近に静止する。図５を参照されたい。弁針先端１８は、液体注入部の下流約３～６ｍｍに位置する。

[00064]図６は、２軸スクリュー３８を有する押出機の放出端の方を向いている弁針１８のない弁体１０の横断面図である。材料が押出機を出た後、投入ノズル３６がカラー１７内へ液体を射出する。

[00065]図７Ａは、環状リング１９における円錐形の針１１と円錐形の弁体１５との間の封止の横断面図である。この箇所で、バルブシャフト１４の後ろの圧力は、パイプから流れ出る流体および／または材料の圧力以上であり、流れを止める働きをする。図７Ｂは、パイプ内側の圧力が増大し、弁針１１がハウジングの方へ約０．５ｍｍ動いたときの弁針１１の動きを示す。弁針１１は、環状リング１９内でその設置位置から分離され、したがって流体および／または材料が弁針１１および通路（空間）２１を通って放出区域２２（図３に示す）の方へ流れることができる。パイプからの圧力を増大させると、弁針１１が放出区域の方へさらに動き、針と環状リング１９との間の間隙を広げ、流体および／または材料のより大きい流れが可能になる。弁針１１はすなわち１．０ｍｍ（図７Ｃ）および１．５ｍｍ（図７Ｄ）動く。

[00066]動作の際、弁針１８は１秒に数回出入りして、必要とされる設定点圧力を維持し、したがって完全に閉じた状態と、２ｍｍの最大環状空間を可能にする状態との間を動く。弁針に取り付けられた油圧アクチュエータは、長手方向軸に沿って非常に小さい動きで、弁針を非常に迅速に無限に出入りさせ続ける。

[00067]通路により、押出機バレルの端部を越えて反応区間を延ばす独自の機会が与えられる。いくつかの実施形態では、反応区間は、本明細書に開示するバルブアセンブリの通路以外の延長室によって延ばされる。たとえば、延長室は、押出機の流出端に取り付けられた容器または管によって形成される。処理は押出機および通路２１によって連続しており、前処理時間を測定するときは空間２１の体積が考慮されなければならない。押出機のバレル部分ならびにマニホルドおよび注入器アセンブリは、位置および／または向きを変えることができるように設計される。したがって、反応区間の長さの変更が必要とされる場合、たとえば蒸気および酸の注入が押出機バレルの端部に向かってさらに下流で実現されるように、蒸気注入および酸注入ポートを動かすことができ、それにより通路２１内に同じ空間体積を維持しながら、押出機部分内で材料が前処理される期間を短くすることができる。この結果、高価な押出機部分および被覆の摩耗が少なくなり、全体的な前処理のコストが削減される。

[00068]別の実施形態では、バルブアセンブリのサイズを増大させることによって通路の体積空間を増大させることで、押出機の摩耗を増大させることなく、前処理期間が長くなるはずである。さらなる実施形態では、より短い酸処理でより長い蒸気期間が必要とされる場合、酸バレルを下流に動かすことができ、それによって蒸気に接触する時間を増大させて、理論的には必要とされる酸の量を低減させ、さらに下流に酸を有することができる。同様に、阻害物質が生成されるような反応温度における酸との接触時間が長すぎる場合、酸バレルを下流に動かすことができ、かつ／または通路２１内のより後ろで加えることができ、それによって生成される阻害物質をより少なくすることができる。

[00069]押出機システムのサイズに応じて、３０ｍｍの弁、６３ｍｍの弁、９８ｍｍの弁、および４００ｍｍの弁によって、安定した連続するバイオマス前処理動作が実施される。他の実施形態では、５００～６００ｍｍおよびそれ以上の弁を使用することができる。

[00070]このシステムは、バレルおよび端部弁のサイジングとともに注入器から構成されており、相当量の柔軟性を提供し、注入の可能性および前処理の継続時間に関してほぼ有限の制御を提供する。弁を通って流れ出る材料の速度は一定で維持されており、したがって弁のサイズが増大するにつれて、空間２１内の材料の滞留時間も増大する。

[00071]上記の例から、バイオマスの前処理の効率を最大にしながら、前処理のコストを最小にするために、通路２１の異なる体積と組み合わせたバレル部分の多数の組合せを達成することができることが、当業者には明らかである。システムを通る材料の速度が維持されるとき、温度および化学物質は変動することができる。

[00072]特定の状況下で、一定の圧力下で材料、液体、または両方の連続処理を有することが望ましい。たとえば、バイオマスの前処理は、大量では経済的でない。これは時間がかかり材料を無駄にする。問題は、処理中に一定の厳密な圧力を維持しながら、同時にパイプまたはバレルに物質を通して加圧された材料を大気圧へ放出する方法である。スラリーを扱うときは、混合物の性質が不均質であることから脈打つ可能性があるため、これを行うことはさらに困難である。

[00073]本明細書に記載する弁は、高速で使用することができる。たとえば、環状リング１９で測定される連続バイオマス処理は、０．５ｍｍの行程で１８５～１９０ｍ／秒である。可能な範囲は約９０ｍ／秒～２５０ｍ／秒である。他の実施形態では、９５ｍ／秒、１００ｍ／秒、１１０ｍ／秒、１２０ｍ／秒、１３０ｍ／秒、１４０ｍ／秒、１５０ｍ／秒、１６０ｍ／秒、１７０ｍ／秒、１８０ｍ／秒、１９０ｍ／秒、２００ｍ／秒、２１０ｍ／秒、２２０ｍ／秒、２３０ｍ／秒、２４０ｍ／秒、およびそれ以上の速度が可能である。

[00074]バイオマス材料がシステムを通る速度は、３０ｍｍの弁に対する５５ｋｇ／時から４００ｍｍの弁に対する９６ＤＭＴ／日で確立されている。より大きい弁の場合、より速い速度を実現することができる。

[00075]いくつかの実施形態では、液体またはスラリーは、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内で約５～１５秒で処理され、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。

[00076]別の実施形態では、液体またはスラリーを高圧で処理することができる。一実施形態では、バイオマスは、約０．０７０３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（１ｐｓｉ）～約２．１０９（ｋｇｆ／ｃｍ^２）（３０ｐｓｉ）の圧力範囲で前処理される。別の実施形態では、バイオマスは、約３．５１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０ｐｓｉ）、７．０３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００ｐｓｉ）、１０．５５ｋｇｆ／ｃｍ^２（１５０ｐｓｉ）、１４．０６ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００ｐｓｉ）、１７．５８ｋｇｆ／ｃｍ^２（２５０ｐｓｉ）、２１．０９ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００ｐｓｉ）、２４．６１ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０ｐｓｉ）、２８．１３ｋｇｆ／ｃｍ^２（４００ｐｓｉ）、３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（４５０ｐｓｉ）、３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（５００ｐｓｉ）、３８．６７ｋｇｆ／ｃｍ^２（５５０ｐｓｉ）、４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（６００ｐｓｉ）、４５．７ｋｇｆ／ｃｍ^２（６５０ｐｓｉ）、４９．２２ｋｇｆ／ｃｍ^２（７００ｐｓｉ）、５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（７５０ｐｓｉ）、５６．２５ｋｇｆ／ｃｍ^２（８００ｐｓｉ）、または最大６３．２８ｋｇｆ／ｃｍ^２（９００ｐｓｉ）の圧力で前処理される。いくつかの実施形態では、バイオマスは、バイオマスを含む容器内へ蒸気を注入することによって、高圧で処理することができる。一実施形態では、バイオマスは、アルカリもしくは酸処理または本明細書に提供する任意の他の処理方法の前または後に、真空条件で処理することができる。
例示的な実施形態
実施形態１．押出機およびバルブアセンブリによってバイオマスを処理するためのシステムであって、
（ａ）１つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、スクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによって加圧反応区間の一端を形成する、押出機と、
（ｂ）蒸気および１つまたは複数の化学物質を反応区間に供給する方法と、
（ｃ）押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリであり、反応区間の下流端を形成し、反応区間に液体を加える、バルブアセンブリとを備え、
（ｄ）前記バルブアセンブリが、加圧処理されたバイオマスを非加圧放出区域内へ急速に放出することが可能である、システム。

実施形態２．バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、実施形態１に記載のシステム。

実施形態３．バイオマスが、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、実施形態１に記載のシステム。

実施形態４．反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、実施形態１に記載のシステム。

実施形態５．１つの化学物質が酸である、実施形態１に記載のシステム。

実施形態６．酸が硫酸である、実施形態１に記載のシステム。

実施形態７．バルブアセンブリが、
実施形態８．ハウジングを備え、ハウジングが、
（ａ）弁体であり、
ｉ．大きい円形部分、
ｉｉ．中間の円錐形部分、
ｉｉｉ．液体投入のための１つまたは複数のノズルを含むより小さい円形カラーを含む弁体と、
（ｂ）弁針とを備える、実施形態１に記載のシステム。

実施形態９．弁針が設置されているとき、弁体と弁針との間に空間が存在する、実施形態７に記載のバルブアセンブリ。

実施形態１０．液体投入のためのノズルが、弁体と弁針との間の空間内へ水を伝達する、実施形態７に記載のバルブアセンブリ。

実施形態１１．液体投入のためのノズルが、弁体と弁針との間の空間内へ水以外の液体を伝達する、実施形態７に記載のバルブアセンブリ。

実施形態１２．液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、実施形態１０に記載のノズル。

実施形態１３．バルブアセンブリに取り付けられたパイプまたはバレル内でスラリーまたは液体を処理するための方法であって、
ａ．前記パイプまたはバレルが反応区間の一端を形成するプラグを有するステップと、
ｂ．パイプまたはバレルによって液体またはスラリーを運搬するステップと、
ｃ．バルブアセンブリをパイプまたはバレルの流出端に取り付けて反応区間の下流端を形成しながら、蒸気の投入によって反応区間内の圧力を維持するステップと、
ｄ．液体またはスラリーがバルブアセンブリに入るとき、バルブアセンブリの上流端内へ物質を加えるステップと、
ｅ．バルブアセンブリを使用して、処理された液体またはスラリーを非加圧区域内へ放出するステップとを含む方法。

実施形態１４．液体またはスラリーがバイオマスを含む、実施形態１２に記載の方法。

実施形態１５．バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、実施形態１３に記載の方法。

実施形態１６．バイオマスが、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、実施形態１４に記載の方法。

実施形態１７．反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、実施形態１４に記載の方法。

実施形態１８．物質が酸である、実施形態１４に記載の方法。

実施形態１９．酸が硫酸である、実施形態１４に記載の方法。

実施形態２０．押出機の下流に反応区間を延ばすシステムであって、
（ａ）反応区間部分を含む押出機を備え、前記押出機反応区間部分が、隣接する内側空間を含む下流バルブアセンブリに取り付けられ、
（ｂ）押出機内の反応区間部分が、バルブアセンブリの隣接する内側空間と組み合わされて、押出機の下流に反応区間を延ばす、システム。

実施形態２１．押出機の反応区間部分を通って動く材料の速度が、バルブアセンブリを通って動く材料の速度と一定で維持される、実施形態１９に記載のシステム。

実施形態２２．環状リングが弁体の一部である、実施形態１９に記載のバルブアセンブリ。

実施形態２３．環状リングが交換可能である、実施形態１９に記載のバルブアセンブリ。

実施形態２４．弁体が、液体の投入のためのノズルを含む、実施形態１９に記載のバルブアセンブリ。

実施形態２５．弁針が、弁体内で閉じられたとき、放出リングに設置される、実施形態１９に記載のバルブアセンブリ。

実施形態２６．弁針が、アクチュエータに取り付けられる、実施形態２４に記載のバルブアセンブリ。

実施形態２７．アクチュエータが、弁針にかかる圧力を維持する、実施形態２５に記載のアクチュエータ。

実施形態２８．アクチュエータが、弁針にかかる圧力を８１６．４７ｋｇｆ（１，８００ｌｂｆ）超で維持する、実施形態２５に記載のアクチュエータ。

実施形態２９．アクチュエータが、弁針にかかる圧力を２２，６７９．６２～２２６，７９６．１９ｋｇｆ（５０，０００～５００，０００ｌｂｆ）で維持する、実施形態２５に記載のアクチュエータ。

実施形態３０．押出機が２軸スクリュー押出機である、実施形態１９に記載の押出機。

実施形態３１．押出機が、蒸気および／または酸を加えるためのポートを有する、実施形態１９に記載の押出機。

実施形態３２．押出機の下流に反応区間を延ばす方法であって、
（ａ）反応区間内のバイオマスを処理するステップを含み、反応区間が押出機から取り付けられた下流バルブアセンブリ内へ延びる、方法。

実施形態３３．バルブアセンブリが、
（ａ）ハウジングと、
（ｂ）弁体であり、
ｉｖ．大きい円形部分、
ｖ．中間の円錐形部分、
ｖｉ．液体投入のための１つまたは複数のノズルを含むより小さい円形カラーを含む弁体と、
（ｃ）弁針とを備える、実施形態３１に記載の方法。

実施形態３４．ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、実施形態３２に記載のバルブアセンブリ。

実施形態３５．放出リングが先細りしている、実施形態３３に記載のバルブアセンブリ。

実施形態３６．弁体が環状リングを含む、実施形態３２に記載のバルブアセンブリ。

実施形態３７．環状リングが取外し可能である、実施形態３５に記載のバルブアセンブリ。

実施形態３８．弁針が設置されているとき、弁体と弁針との間に空間が存在する、実施形態３２に記載のバルブアセンブリ。

実施形態３９．液体投入のためのノズルが、弁体と弁針との間の空間内へ水を伝達する、実施形態３２に記載のバルブアセンブリ。

実施形態４０．液体投入のためのノズルが、弁体と弁針との間の空間内へ水以外の液体を伝達する、実施形態３８に記載のバルブアセンブリ。

実施形態４１．液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、実施形態３９に記載のノズル。

実施形態４２．蒸気および１つまたは複数の化学物質が押出機の反応区間に加えられる、実施形態３１に記載の方法。

実施形態４３．反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、実施形態３１に記載の方法。

実施形態４４．液体が酸である、実施形態４１に記載の方法。

実施形態４５．酸が硫酸である、実施形態４１に記載の方法。

実施形態４６．速度が、反応区間全体にわたって一定で維持される、実施形態３１に記載の方法。

実施形態４７．バイオマスを処理する方法であって、
（ａ）押出機によってバイオマスを運搬するステップであり、押出機が、２つの区間、すなわち投入区間および反応区間に分割され、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、
（ｂ）反応区間内のバイオマスに蒸気および／または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、
（ｃ）部分的に処理されたバイオマスを、取り付けられたバルブアセンブリ内へ一時的に運搬して、処理を継続するステップと、
（ｄ）バルブアセンブリによってバイオマスを放出するステップとを含む方法。

実施形態４８．運搬されるバイオマスの速度が、押出機およびバルブアセンブリ内と同じである、実施形態４６に記載の方法。

実施形態４９．反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、実施形態４６に記載の方法。

実施形態５０．バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、実施形態４６に記載の方法。

実施形態５１．バイオマスが、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、実施形態４６に記載の方法。

実施形態５２．化学物質が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、実施形態４６に記載の方法。

［１］バイオマスを前処理するためのシステムであって、
（ａ）１つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、１つまたは複数のスクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによってバイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、
（ｂ）押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリであり、反応区間の下流端を形成し、反応区間に液体を加える、バルブアセンブリとを備えるシステム。

［２］バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、段落［１］に記載のシステム。

［３］バイオマスが、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、段落［１］または［２］に記載のシステム。

［４］反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、反応区間内の圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、段落［１］から［３］のいずれか一項に記載のシステム。

［５］システムが、蒸気および１つまたは複数の化学物質を反応区間に供給するための手段をさらに備える、段落［１］から［４］のいずれか一項に記載のシステム。

［６］１つまたは複数の化学物質が酸を含む、段落［５］に記載のシステム。

［７］酸が硫酸である、段落［６］に記載のシステム。

［８］バルブアセンブリが、
大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための１つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、弁体内には弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、小さい円形カラーの内径が大きい円形部分より小さい、弁体と、
弁体のチャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
弁体の放出端に取り付けられており、弁針が弁体から切り離されると弁針を密閉するハウジングとを備える、段落［１］から［７］のいずれか一項に記載のシステム。

［９］ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、段落［８］に記載のシステム。

［１０］放出リングが先細りしている、段落［９］に記載のシステム。

［１１］弁体が環状リングを含む、段落［８］から［１０］のいずれか一項に記載のシステム。

［１２］環状リングが取外し可能である、段落［１１］に記載のシステム。

［１３］弁針が弁体上で閉じられると、チャンバ内で弁体と弁針との間に環状空間が形成される、段落［８］から［１２］のいずれか一項に記載のシステム。

［１４］液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水を伝達する、段落［８］から［１３］のいずれか一項に記載のシステム。

［１５］液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、段落［８］から［１４］のいずれか一項に記載のシステム。

［１６］液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落［１５］に記載のシステム。

［１７］弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも７％大きい、段落［８］から［１６］のいずれか一項に記載のシステム。

［１８］弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より約７％大きい、段落［８］から［１７］のいずれか一項に記載のシステム。

［１９］弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、段落［８］から［１８］のいずれか一項に記載のシステム。

［２０］円錐形が、４５度～７５度の範囲内で先細りしている、段落［１９］に記載のシステム。

［２１］円錐形が、約４５度で先細りしている、段落［１９］に記載のシステム。

［２２］弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも４％大きい、段落［１９］から［２１］のいずれか一項に記載のシステム。

［２３］弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より約４％大きい、段落［１９］から［２２］のいずれか一項に記載のシステム。

［２４］押出機が２軸スクリュー押出機である、段落［１］から［２３］のいずれか一項に記載のシステム。

［２５］押出機が、蒸気および／または酸を加えるためのポートを有する、段落［１］から［２４］のいずれか一項に記載のシステム。

［２６］バイオマスを前処理するためのシステムであって、
（ａ）１つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、１つまたは複数のスクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによってバイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、
（ｂ）押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリとを備え、バルブアセンブリが、
大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための１つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、弁体内には弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、小さい円形カラーの内径が大きい円形部分より小さい、弁体と、
弁体のチャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
弁体の放出端に取り付けられており、弁針が弁体から切り離されると弁針を密閉するハウジングとを備える、システム。

［２７］バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、段落［２６］に記載のシステム。

［２８］バイオマスが、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、段落［２６］または［２７］に記載のシステム。

［２９］反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、段落［２６］から［２８］のいずれか一項に記載のシステム。

［３０］弁体のチャンバが、加圧反応区間の下流部分を形成する、段落［２６］から［２９］のいずれか一項に記載のシステム。

［３１］システムが、蒸気および１つまたは複数の化学物質を反応区間に供給するための手段をさらに備える、段落［２６］から［３０］のいずれか一項に記載のシステム。

［３２］１つまたは複数の化学物質が酸を含む、段落［３１］に記載のシステム。

［３３］酸が硫酸である、段落［３２］に記載のシステム。

［３４］ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、段落［２６］から［３３］のいずれか一項に記載のシステム。

［３５］放出リングが先細りしている、段落［３４］に記載のシステム。

［３６］弁体が環状リングを含む、段落［２６］から［３５］のいずれか一項に記載のシステム。

［３７］環状リングが取外し可能である、段落［３６］に記載のシステム。

［３８］弁針が弁体上で閉じられると、チャンバ内で弁体と弁針との間に環状空間が形成される、段落［２６］から［３７］のいずれか一項に記載のシステム。

［３９］液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水を伝達する、段落［２６］から［３８］のいずれか一項に記載のシステム。

［４０］液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、段落［２６］から［３９］のいずれか一項に記載のシステム。

［４１］液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落［４０］に記載のシステム。

［４２］弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも７％大きい、段落［２６］から［４１］のいずれか一項に記載のシステム。

［４３］弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より約７％大きい、段落［２６］から［４２］のいずれか一項に記載のシステム。

［４４］弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、段落［２６］から［４３］のいずれか一項に記載のシステム。

［４５］円錐形が、４５度～７５度の範囲内で先細りしている、段落［４４］に記載のシステム。

［４６］円錐形が、約４５度で先細りしている、段落［４４］に記載のシステム。

［４７］弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも４％大きい、段落［４４］から［４６］のいずれか一項に記載のシステム。

［４８］弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より約４％大きい、段落［４４］から［４６］のいずれか一項に記載のシステム。

［４９］押出機が２軸スクリュー押出機である、段落［２６］から［４８］のいずれか一項に記載のシステム。

［５０］押出機が、蒸気および／または酸を加えるためのポートを有する、段落［２６］から［４９］のいずれか一項に記載のシステム。

［５１］段落［１］から［５０］のいずれか一項に記載のシステムによってバイオマスを前処理する方法。

［５２］バイオマスを前処理する方法であって、
（ａ）押出機によって押出機の供給区間から押出機の反応区間へバイオマスを運搬するステップであり、供給区間および反応区間が、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、
（ｂ）反応区間内のバイオマスに蒸気および／または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、
（ｃ）部分的に処理されたバイオマスを、押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリ内へ運搬し、部分的に処理されたバイオマスをバルブアセンブリ内で処理するステップと、
（ｄ）バルブアセンブリによってバイオマスを放出するステップとを含む方法。

［５３］バイオマスが、押出機によって、バイオマスがバルブアセンブリによって運搬される速度と同じ速度で運搬される、段落［５２］に記載の方法。

［５４］反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、反応区間内の圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、段落［５２］または［５３］に記載の方法。

［５５］バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、段落［５２］から［５４］のいずれか一項に記載の方法。

［５６］バイオマスが、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、段落［５２］から［５５］のいずれか一項に記載の方法。

［５７］化学物質が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落［５２］から［５６］のいずれか一項に記載の方法。

［５８］押出機が、１つまたは複数のスクリューを含む、段落［５２］から［５７］のいずれか一項に記載の方法。

［５９］押出機が、２つのスクリューを含む、段落［５８］に記載の方法。

［６０］バルブアセンブリが、
大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための１つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、弁体内には弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、小さい円形カラーの内径が大きい円形部分より小さい、弁体と、
弁体のチャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
弁体の放出端に取り付けられており、弁針が弁体から切り離されると弁針を密閉するハウジングとを備える、段落［５２］から［５９］のいずれか一項に記載の方法。

［６１］ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、段落［６０］に記載の方法。

［６２］放出リングが先細りしている、段落［６１］に記載の方法。

［６３］弁体が環状リングを含む、段落［６０］から［６２］のいずれか一項に記載の方法。

［６４］環状リングが取外し可能である、段落［６３］に記載の方法。

［６５］弁針が弁体上で閉じられると、チャンバ内で弁体と弁針との間に環状空間が形成される、段落［６０］から［６４］のいずれか一項に記載の方法。

［６６］液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水を伝達する、段落［６０］から［６５］のいずれか一項に記載の方法。

［６７］液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、段落［６０］から［６６］のいずれか一項に記載の方法。

［６８］液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落［６７］に記載の方法。

［６９］弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも７％大きい、段落［６０］から［６８］のいずれか一項に記載の方法。

［７０］弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より約７％大きい、段落［６０］から［６９］のいずれか一項に記載の方法。

［７１］弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、段落［６０］から［７０］のいずれか一項に記載の方法。

［７２］円錐形が、４５度～７５度の範囲内で先細りしている、段落［７１］に記載のシステム。

［７３］円錐形が、約４５度で先細りしている、段落［７２］に記載の方法。

［７４］弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも４％大きい、段落［７１］から［７３］のいずれか一項に記載の方法。

［７５］弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より約４％大きい、段落［７１］から［７３］のいずれか一項に記載の方法。

［７６］バルブアセンブリにおける部分的に処理されたバイオマスの処理が、部分的に処理されたバイオマスを、反応区間と同じ高い圧力および／または温度にかけるステップを含む、段落［５２］から［７５］のいずれか一項に記載の方法。

［７７］バルブアセンブリにおける部分的に処理されたバイオマスの処理が、バルブアセンブリの上流端において、部分的に処理されたバイオマスに物質を加えるステップを含む、段落［５２］から［７６］のいずれか一項に記載の方法。

［７８］物質が酸を含む、段落［７７］に記載の方法。

［７９］酸が硫酸を含む、段落［７８］に記載の方法。

［８０］押出機が２軸スクリュー押出機である、段落［５２］から［７９］のいずれか一項に記載の方法。

［８１］押出機が、蒸気および／または酸を加えるためのポートを有する、段落［５２］から［８０］のいずれか一項に記載の方法。

［８２］バイオマスを前処理する方法であって、
（ａ）押出機によって押出機の供給区間から押出機の反応区間へバイオマスを運搬するステップであり、供給区間および反応区間が、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、
（ｂ）反応区間内のバイオマスに蒸気および／または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、
（ｃ）部分的に処理されたバイオマスを、押出機の流出端に取り付けられた延長室内へ運搬するステップと、
（ｄ）部分的に処理されたバイオマスを延長室内で処理し、それによって前処理されたバイオマスを作製するステップとを含む方法。

［８３］バイオマスが押出機を出るとき、押出機の下流端で酸を加えるステップをさらに含む、段落［８２］に記載の方法。

［８４］延長室が、管によって形成される、段落［８２］または［８３］に記載の方法。

［８５］延長室が、容器によって形成される、段落［８２］または［８３］に記載の方法。

［８６］延長室が、バルブアセンブリによって形成される、段落［８２］または［８３］に記載の方法。

［８７］延長室が、前処理されたバイオマスを連続的に放出することが可能である、段落［８２］から［８６］のいずれか一項に記載の方法。

［８８］延長室が、前処理されたバイオマスを半連続的に放出することが可能である、段落［８２］から［８６］のいずれか一項に記載の方法。

［８９］延長室が、前処理されたバイオマスを大量に放出することが可能である、段落［８２］から［８６］のいずれか一項に記載の方法。

［９０］バイオマスが、押出機によって、部分的に処理されたバイオマスが延長室によって運搬される速度と同じ速度で運搬される、段落［８２］から［８９］のいずれか一項に記載の方法。

［９１］延長室が加圧される、段落［８２］から［８９］のいずれか一項に記載の方法。

［９２］延長室が、液体投入のための１つまたは複数のノズルを備える、段落［８２］から［８９］のいずれか一項に記載の方法。

［９３］液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水を伝達する、段落［９２］に記載の方法。

［９４］液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、段落［９２］に記載の方法。

［９５］液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落［９４］に記載の方法。

［９６］反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、反応区間内の圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、段落［８２］から［９５］のいずれか一項に記載の方法。

［９７］バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、段落［８２］から［９６］のいずれか一項に記載の方法。

［９８］バイオマスが、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、段落［８２］から［９７］のいずれか一項に記載の方法。

［９９］化学物質が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落［８２］から［９８］のいずれか一項に記載の方法。

［１００］押出機が、１つまたは複数のスクリューを含む、段落［８２］から［９９］のいずれか一項に記載の方法。

［１０１］押出機が、２つのスクリューを含む、段落［１００］に記載の方法。

[00077]本開示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。本開示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。本開示を実施する際、本明細書に記載する本開示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開示の範囲を画定し、それによって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。

Claims (101)

1. バイオマスを前処理するためのシステムであって、
   （ａ）１つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、前記１つまたは複数のスクリューの作用によって前記バイオマスの内部プラグが形成され、それによって前記バイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、
   （ｂ）前記押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリであり、前記反応区間の下流端を形成し、前記反応区間に液体を加える、バルブアセンブリとを備えるシステム。
2. 前記バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記バイオマスが、前記反応区間内で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、請求項１に記載のシステム。
4. 前記反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、前記反応区間内の圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、請求項１に記載のシステム。
5. 前記システムが、蒸気および１つまたは複数の化学物質を前記反応区間に供給するための手段をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
6. 前記１つまたは複数の化学物質が酸を含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記酸が硫酸である、請求項６に記載のシステム。
8. 前記バルブアセンブリが、
   大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための１つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、前記弁体内には前記弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、前記小さい円形カラーの内径が前記大きい円形部分より小さい、弁体と、
   前記弁体の前記チャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
   前記弁体の前記放出端に取り付けられており、前記弁針が前記弁体から切り離されると前記弁針を密閉するハウジングとを備える、請求項１に記載のシステム。
9. 前記ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、請求項８に記載のシステム。
10. 前記放出リングが先細りしている、請求項９に記載のシステム。
11. 前記弁体が環状リングを含む、請求項８に記載のシステム。
12. 前記環状リングが取外し可能である、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記弁針が前記弁体上で閉じられると、前記チャンバ内で前記弁体と前記弁針との間に環状空間が形成される、請求項８に記載のシステム。
14. 液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水を伝達する、請求項８に記載のシステム。
15. 液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、請求項８に記載のシステム。
16. 前記液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも７％大きい、請求項８に記載のシステム。
18. 前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より約７％大きい、請求項８に記載のシステム。
19. 前記弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、請求項８に記載のシステム。
20. 前記円錐形が、４５度～７５度の範囲内で先細りしている、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記円錐形が、約４５度で先細りしている、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも４％大きい、請求項１９に記載のシステム。
23. 前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より約４％大きい、請求項１９に記載のシステム。
24. 前記押出機が２軸スクリュー押出機である、請求項１に記載のシステム。
25. 前記押出機が、蒸気および／または酸を加えるためのポートを有する、請求項１に記載のシステム。
26. バイオマスを前処理するためのシステムであって、
    （ａ）１つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、前記１つまたは複数のスクリューの作用によって前記バイオマスの内部プラグが形成され、それによって前記バイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、
    （ｂ）前記押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリとを備え、前記バルブアセンブリが、
    大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための１つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、前記弁体内には前記弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、前記小さい円形カラーの内径が前記大きい円形部分より小さい、弁体と、
    前記弁体の前記チャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
    前記弁体の前記放出端に取り付けられており、前記弁針が前記弁体から切り離されると前記弁針を密閉するハウジングとを備える、システム。
27. 前記バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、請求項２６に記載のシステム。
28. 前記バイオマスが、前記反応区間内で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、請求項２６に記載のシステム。
29. 前記反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、請求項２６に記載のシステム。
30. 前記弁体の前記チャンバが、前記加圧反応区間の下流部分を形成する、請求項２６に記載のシステム。
31. 前記システムが、蒸気および１つまたは複数の化学物質を前記反応区間に供給するための手段をさらに備える、請求項２６に記載のシステム。
32. 前記１つまたは複数の化学物質が酸を含む、請求項３１に記載のシステム。
33. 前記酸が硫酸である、請求項３２に記載のシステム。
34. 前記ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、請求項２６に記載のシステム。
35. 前記放出リングが先細りしている、請求項３４に記載のシステム。
36. 前記弁体が環状リングを含む、請求項２６に記載のシステム。
37. 前記環状リングが取外し可能である、請求項３６に記載のシステム。
38. 前記弁針が前記弁体上で閉じられると、前記チャンバ内で前記弁体と前記弁針との間に環状空間が形成される、請求項２６に記載のシステム。
39. 液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水を伝達する、請求項２６に記載のシステム。
40. 液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、請求項２６に記載のシステム。
41. 液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項４０に記載のシステム。
42. 前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも７％大きい、請求項２６に記載のシステム。
43. 前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より約７％大きい、請求項２６に記載のシステム。
44. 前記弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、請求項２６に記載のシステム。
45. 前記円錐形が、４５度～７５度の範囲内で先細りしている、請求項４４に記載のシステム。
46. 前記円錐形が、約４５度で先細りしている、請求項４４に記載のシステム。
47. 前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも４％大きい、請求項４４に記載のシステム。
48. 前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より約４％大きい、請求項４４に記載のシステム。
49. 前記押出機が２軸スクリュー押出機である、請求項２６に記載のシステム。
50. 前記押出機が、蒸気および／または酸を加えるためのポートを有する、請求項２６に記載のシステム。
51. 請求項１から５０のいずれか一項に記載のシステムによってバイオマスを前処理する方法。
52. バイオマスを前処理する方法であって、
    （ａ）押出機によって前記押出機の供給区間から前記押出機の反応区間へ前記バイオマスを運搬するステップであり、前記供給区間および前記反応区間が、前記投入区間の下流で前記反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、
    （ｂ）前記反応区間内の前記バイオマスに蒸気および／または化学物質を加えて、前記バイオマスを部分的に処理するステップと、
    （ｃ）前記部分的に処理されたバイオマスを、前記押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリ内へ運搬し、前記部分的に処理されたバイオマスを前記バルブアセンブリ内で処理し、それによって前処理されたバイオマスを作製するステップと、
    （ｄ）前記前処理されたバイオマスを前記バルブアセンブリによって放出するステップとを含む方法。
53. 前記バイオマスが、前記押出機によって、前記部分的に処理されたバイオマスが前記バルブアセンブリによって運搬される速度と同じ速度で運搬される、請求項５２に記載の方法。
54. 前記反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、前記反応区間内の圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、請求項５２に記載の方法。
55. 前記バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、請求項５２に記載の方法。
56. 前記バイオマスが、前記反応区間内で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、請求項５２に記載の方法。
57. 前記化学物質が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項５２に記載の方法。
58. 前記押出機が、１つまたは複数のスクリューを含む、請求項５２に記載の方法。
59. 前記押出機が、２つのスクリューを含む、請求項５８に記載の方法。
60. 前記バルブアセンブリが、
    大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための１つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、前記弁体内には前記弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、前記小さい円形カラーの内径が前記大きい円形部分より小さい、弁体と、
    前記弁体の前記チャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
    前記弁体の放出端に取り付けられており、前記弁針が前記弁体から切り離されると前記弁針を密閉するハウジングとを備える、請求項５２に記載の方法。
61. 前記ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、請求項６０に記載の方法。
62. 前記放出リングが先細りしている、請求項６１に記載の方法。
63. 前記弁体が環状リングを含む、請求項６０に記載の方法。
64. 前記環状リングが取外し可能である、請求項６３に記載の方法。
65. 前記弁針が前記弁体上で閉じられると、前記チャンバ内で前記弁体と前記弁針との間に環状空間が形成される、請求項６０に記載の方法。
66. 液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水を伝達する、請求項６０に記載の方法。
67. 液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、請求項６０に記載の方法。
68. 前記液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項６７に記載の方法。
69. 前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも７％大きい、請求項６０に記載の方法。
70. 前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より約７％大きい、請求項６０に記載の方法。
71. 前記弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、請求項６０に記載の方法。
72. 前記円錐形が、４５度～７５度の範囲内で先細りしている、請求項７１に記載のシステム。
73. 前記円錐形が、約４５度で先細りしている、請求項７１に記載の方法。
74. 前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも４％大きい、請求項７１に記載の方法。
75. 前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より約４％大きい、請求項７１に記載の方法。
76. 前記バルブアセンブリにおける前記部分的に処理されたバイオマスの前記処理が、前記部分的に処理されたバイオマスを、前記反応区間と同じ高い圧力および／または温度にかけるステップを含む、請求項５２に記載の方法。
77. 前記バルブアセンブリにおける前記部分的に処理されたバイオマスの前記処理が、前記バルブアセンブリの上流端において、前記部分的に処理されたバイオマスに物質を加えるステップを含む、請求項５２に記載の方法。
78. 前記物質が酸を含む、請求項７７に記載の方法。
79. 前記酸が硫酸を含む、請求項７８に記載の方法。
80. 前記押出機が２軸スクリュー押出機である、請求項５２に記載の方法。
81. 前記押出機が、蒸気および／または酸を加えるためのポートを有する、請求項５２に記載の方法。
82. バイオマスを前処理する方法であって、
    （ａ）押出機によって前記押出機の供給区間から前記押出機の反応区間へバイオマスを運搬するステップであり、前記供給区間および前記反応区間が、前記投入区間の下流で前記反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、
    （ｂ）前記反応区間内の前記バイオマスに蒸気および／または化学物質を加えて、前記バイオマスを部分的に処理するステップと、
    （ｃ）前記部分的に処理されたバイオマスを、前記押出機の流出端に取り付けられた延長室内へ運搬するステップと、
    （ｄ）前記部分的に処理されたバイオマスを前記延長室内で処理し、それによって前処理されたバイオマスを作製するステップとを含む方法。
83. 前記バイオマスが前記押出機を出るとき、前記押出機の下流端で酸を加えるステップをさらに含む、請求項８２に記載の方法。
84. 前記延長室が、管によって形成される、請求項８２に記載の方法。
85. 前記延長室が、容器によって形成される、請求項８２に記載の方法。
86. 前記延長室が、バルブアセンブリによって形成される、請求項８２に記載の方法。
87. 前記延長室が、前記前処理されたバイオマスを連続的に放出することが可能である、請求項８２に記載の方法。
88. 前記延長室が、前記前処理されたバイオマスを半連続的に放出することが可能である、請求項８２に記載の方法。
89. 前記延長室が、前記前処理されたバイオマスを大量に放出することが可能である、請求項８２に記載の方法。
90. 前記バイオマスが、前記押出機によって、前記部分的に処理されたバイオマスが前記延長室によって運搬される速度と同じ速度で運搬される、請求項８２に記載の方法。
91. 前記延長室が加圧される、請求項８２に記載の方法。
92. 前記延長室が、液体投入のための１つまたは複数のノズルを備える、請求項８２に記載の方法。
93. 液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水を伝達する、請求項９２に記載の方法。
94. 液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、請求項９２に記載の方法。
95. 前記液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項９４に記載の方法。
96. 前記反応区間内の温度が、５０～５００℃、７５～４００℃、１００～３５０℃、１５０～３００℃、２００～２５０℃、または１５０～３００℃まで上昇し、前記反応区間内の圧力が、３．５１６～７０．３１ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０～１０００ＰＳＩ）、７．０３１～５２．７４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１００～７５０ＰＳＩ）、１４．０６～４２．１９ｋｇｆ／ｃｍ^２（２００～６００ＰＳＩ）、２１．０９～３５．１６ｋｇｆ／ｃｍ^２（３００～５００ＰＳＩ）、または２４．６１～３１．６４ｋｇｆ／ｃｍ^２（３５０～４５０ＰＳＩ）まで上昇する、請求項８２に記載の方法。
97. 前記バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、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、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、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、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、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、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、請求項８２に記載の方法。
98. 前記バイオマスが、前記反応区間内で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、請求項８２に記載の方法。
99. 前記化学物質が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項８２に記載の方法。
100. 前記押出機が、１つまたは複数のスクリューを含む、請求項８２に記載の方法。
101. 前記押出機が、２つのスクリューを含む、請求項１００に記載の方法。

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