RU2686467C2

RU2686467C2 - Способ обработки древесины

Info

Publication number: RU2686467C2
Application number: RU2016150320A
Authority: RU
Inventors: Арне Йоханнес ГРЁНН
Original assignee: Гломмен Ског Са
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2019-04-26
Also published as: GB2528832A; US20180072960A1; BR112016028535A2; EP3152279B1; RU2016150320A3; BR112016028535B1; PL3152279T3; LT3152279T; US10435640B2; RU2016150320A; EP3152279A1; WO2015185751A1; GB201410101D0; BR112016028535A8

Abstract

Изобретение описывает способ получения твердого материала на основе древесины и материала, полученного из гемицеллюлозы, из древесного сырья, включающий: i) паровую обработку или паровой взрыв древесного сырья с получением тем самым текучего компонента, содержащего гемицеллюлозу, и твердого материала на основе древесины, содержащего обработанный паром древесный материал; при этом указанный способ включает стадии: a) введение древесного сырья в сосуд высокого давления; b) нагревание древесного сырья путем нагнетания пара и поддержания температуры при от 150 до 280° C в течение промежутка времени от 60 до 2400 секунд; c) снижение давления на одной или более стадий и удаление взорванного древесного материала из сосуда; ii) отделение указанного текучего компонента от указанного твердого компонента; iii) обработку по меньшей мере части указанного твердого компонента с получением твердого материала на основе древесины; и iv) обработку указанного жидкого компонента с получением материала, полученного из гемицеллюлозы, включающую отделение текучей фракции по меньшей мере в две стадии: I) первая стадия для удаления суспендированного материала; и II) вторая стадия (нано- или ультрафильтрация) для увеличения концентрация растворенного материала; где после последней фильтрации концентрация растворенного материала в фильтрате составляет выше 10%. Технический результат заключается в получении топлива из древесного сырья высокого качества с низким содержанием золы. 28 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к получению топлив и других ценных материалов из древесного сырья.

Область техники - древесные гранулы

Древесное топливо всегда имело большое значение. В настоящее время усовершенствованное древесное топливо в форме гранул представляет собой альтернативу ископаемым топливам. Широкий круг печей можно модифицировать для использования вместо угля древесных топливных гранулы. В значительной части таких печей древесное топливо сжигают в виде порошка. Указанный порошок получают путем дробления древесных топливных гранул, но такой порошок также можно получить просто путем перемалывания сухой древесины.

Большинство древесных топливных гранул представляют собой так называемые «белые гранулы», изготавливаемые из древесины, которая была высушена до влагосодержания примерно 10%, измельчена и спрессована в прессах для гранулирования в гранулы, диаметр которых обычно составляет 6 или 8 мм, а длина обычно составляет от 5 до 20 мм. Такие гранулы возвращаются в форму в виде древесного порошка при воздействии воды, что является недостатком. Большой интерес представляет обнаружение способа получения гидрофобных древесных топливных гранул.

Прокаленные гранулы представляют собой одно из решений для обеспечения гидрофобных древесных топливных гранул. Другим решением являются гранулы, изготовленные из древесины, которая была обработана паровым взрывом. Такие гранулы также в большой степени являются гидрофобными, но не полностью.

Поскольку количество древесины, применяемой в качестве сырьевого материала для получения древесных топливных гранул увеличивается, затраты на сырьевые материалы могут возрасти. Хотя раньше древесные опилки являлись основным сырьевым материалом для древесных топливных гранул, в настоящее время в качестве сырьевого материала для получения древесных топливных гранул используют обычные целлюлозные хлопья и балансовую древесину. Это требует, чтобы применение древесины осуществлялось, таким образом, чтобы получить от нее максимальную пользу.

Настоящее изобретение представляет собой способ обеспечения повышенной полезности древесины. Это достигается путем отделения гемицеллюлозы от тех частей древесины, которые подлежат грануляции, и применения гемицеллюлозы для получения других продуктов. Кроме того, полученный материал может иметь дополнительные свойства, которые улучшают его пригодность, например, в качестве топлива.

Уровень техники - настоящее изобретение

Уровень техники, касающийся изготовления древесных топливных гранул из древесины, обработанной паровым взрывом, описан в BRUSLETTO (WO/2006/006863A1), GR∅NN (US 20110302832 А1) и HARRIS (US 20110296748 А1). В указанных патентах описаны различные способы обработки древесины с помощью пара перед изготовлением гранул.

Хотя предыдущие способы являются эффективными с точки зрения изготовления древесных топливных гранул, очевидно, что было бы значительным преимуществом получить дополнительную пользу от сырьевого материала при производстве древесных топливных гранул. В отличие от предыдущих способов авторы настоящего изобретения установили в данной работе, что с помощью соответствующих процедур разделения и обработки древесное сырье можно разделить на высокоэнергетические компоненты для получения топлива и высокоценные компоненты для дополнительных применений. Способы согласно настоящему изобретению могут также обеспечить другие преимущества, в частности, в отношении топливного материала.

В настоящем изобретении гемицеллюлозу выделяют из древесины. После этого гемицеллюлозу подвергают дальнейшей обработке для применений, отличных от применения в качестве компонента древесных топливных гранул. Оставшиеся компоненты древесины, состоящие главным образом из целлюлозы и лигнина, превращают в древесные топливные гранулы или древесное порошкообразное топливо или другие продукты.

Соответственно, согласно первому аспекту в настоящем изобретении предложен способ получения из древесного сырья твердого материала на основе древесины (такого как топливный материал) и материала, полученного из гемицеллюлозы, включающий:

i) обработку древесного сырья в водных условиях при повышенных температуре и давлении для получения, тем самым, текучего компонента, содержащего гемицеллюлозу, и твердого компонента;

ii) отделение указанного текучего компонента от указанного твердого компонента;

iii) обработку по меньшей мере части указанного твердого компонента с получением твердого материала на основе древесины (например, топлива); и

iv) обработку указанного жидкого компонента с получением материала, полученного из гемицеллюлозы.

Основными компонентами древесины являются целлюлоза, лигнин и гемицеллюлоза, из которых целлюлоза представляет собой самый многочисленный компонент. Процентное распределение меняется в зависимости от породы древесины. Энергетическая плотность указанных основных компонентов является очень разной. Тогда как целлюлоза имеет энергетическую плотность, приблизительно соответствующую средней энергетической плотности древесины, энергетическая плотность лигнина на единицу массы значительно выше такого среднего значения. Энергетическая плотность гемицеллюлозы на единицу массы значительно ниже среднего значения для древесины. Приблизительное энергосодержание лигнина составляет примерно 27 МДж/кг, целлюлозы примерно 18 МДж/кг и гемицеллюлозы ниже 15 МДж/кг. Таким образом, удаление гемицеллюлозы повышает энергетическую плотность остатка.

Следовательно, при отделении гемицеллюлозы (с более низкой энергетической плотностью) от остальной древесины (например, перед гранулированием) мы повышаем Энергетическую плотность топлива (например, топливных гранул или порошкообразного топлива), изготовленного из таких оставшихся частей древесины. Если затем мы можем использовать гемицеллюлозу для получения продуктов, имеющих большую ценность, чем при применении ее в качестве части древесного топлива (или древесных топливных гранул), то мы увеличили общую полезность древесины.

После паровой обработки большая часть содержащейся в древесине золы становится водорастворимой. Таким образом, способ согласно настоящему изобретению служит для растворения водорастворимой части золы, которую затем удаляют из твердой фракции, и, соответственно, из готового продукта, представляющего собой твердый материал на основе древесины. Поэтому топливный продукт имеет очень низкое содержание золы по сравнению с другими видами топлива на основе древесины. Установлено, что содержание золы в твердой фракции древесины даже ниже, чем в тяжелом дизельном топливе. Следовательно, ее можно применять в топочном оборудовании, предназначенном для нефтяных или газовых топлив, которое, как правило, нельзя использовать для обычных видов древесного топлива, и даже в топочном оборудовании без золоудаления.

Согласно одному из вариантов реализации, соответствующему всем аспектам настоящего изобретения, твердый материал на основе древесины представляет собой топливо с содержанием золы не более 0,25% по массе. Такой твердый материал на основе древесины предпочтительно будет содержать золу в количестве не более 0,15% масс, (что является максимальным количеством золы, разрешенном в тяжелой топливной нефти), более предпочтительно не более 0,1% масс, и наиболее предпочтительно не более 0,08%, 0,06%, 0,05%, или 0,04% масс. Наиболее предпочтительно, если твердый материал на основе древесины будет представлять собой топливо (например, топливные гранулы или порошкообразное топливо) с указанным содержанием золы и наиболее предпочтительно с содержанием золы не более 0,3% по массе. Топлива, полученные из древесины, с содержанием золы ниже 0,25% масс. в целом не являются доступными и, таким образом, согласно дополнительному аспекту в настоящем изобретении предложено древесное топливо (например, древесная топливная гранула или древесное порошкообразное топливо) с содержанием золы, указанным в настоящем документе.

Краткое описание фигур

На фигуре 1 показано схематическое изображение типичного способа согласно настоящему изобретению.

На фигуре 2 приведены четыре микрофотографии а) - d), на каждой из которых показаны частицы, полученные способом согласно настоящему изобретению. Минимальные размеры некоторых из более крупных частиц приведены в микронах (мкм).

На фигуре 3 показано распределение по размеру древесных частиц согласно настоящему изобретению, измеренное с помощью рассеяния лазерного излучения с применением лазерного дифракционного анализатора Malvern Mastersizer 2000.

Подробное описание изобретения

Основные элементы одного из ключевых вариантов реализации способа согласно настоящему изобретению проиллюстрированы на схеме, показанной на фигуре 1.

На фигуре 1 можно видеть, что реализация предложенного способа обычно начинается с паровой обработки (парового взрыва) древесной стружки. Такая обработка выполняет несколько функций, как описано в настоящем документе, включая помощь в высвобождении гемицеллюлозы и/или помощь в растворении золы. Далее на второй стадии типичного способа выполняют отделение гемицеллюлозы от целлюлозы и лигнина путем промывки и фазового разделения. Затем жидкую фазу отфильтровывают и используют для получения раствора сахара, сиропа или сахарсодержащего порошка или подвергают ферментации и необязательно перегоняют с получением этанола. Твердый компонент по меньшей мере частично высушивают и применяют для получения твердых материалов, таких как топливо. Топливо может быть в форме гранул, как показано на фигуре 1, или, что в равной степени удобно, может быть в других формах, таких как порошок (как описано в настоящем документе).

Предыдущие способы отделения гемицеллюлозы от древесины были описаны, например, RETSINA (US 8518672 B2, US 20130244291 A1, US 20130309728 A1). Однако Retsina не использует настоящий способ или не касается выгодной комбинации способа получения топлива и способа получения продукта, содержащего гемицеллюлозу.

Паровая обработка (паровой взрыв)

Первой стадией является паровая обработка (также называемая паровым взрывом) древесины. В приведенном ниже тексте оба термина паровой взрыв и паровая обработка будут использоваться взаимозаменяемо, что подразумевает их одинаковое значение. Древесина может представлять собой древесину твердых пород или древесину мягких пород в форме древесной стружки или более мелких частиц. Древесина может содержать природную влагу или быть в той или иной степени высушенной.

Основными параметрами парового взрыва являются:

- Температура от 150 до 230°С (например, от 180 до 230°С)

- Температура, достигаемая при нагнетании пара в сосуд высокого давления, содержащий древесину

- Продолжительность варки от 120 до 1200 секунд.

Температуру обеспечивают путем нагнетания пара в сосуд высокого давления, содержащий древесину. Если пар является насыщенным, давление и температура будут следовать определенной траектории. Если пар является перегретым, то давление будет ниже при заданной температуре, чем в случае насыщенного пара.

Предпочтительная продолжительность варки для древесины твердых пород составляет от 120 до 720 секунд при температуре в диапазоне от 195 до 215°С. Предпочтительная продолжительность варки для древесины мягких пород составляет от 180 до 600 секунд при температуре в диапазоне от 200 до 212°С.

Снижение давления в конце цикла паровой обработки осуществляют в одну или более (например, по меньшей мере в две) стадий. Давление можно сначала уменьшить путем выпуска пара в другой сосуд без выдувания какого-либо значительного количества древесных частиц. После этого давление сбрасывают и доводят до давления окружающей среды путем выдувания оставшегося пара и древесины за одну продувку. Альтернативно, давление можно сбросить в одну стадию.

Чем ниже температура варки, тем больше должна быть продолжительность варки для обработки древесины. Указанные технологические параметры необходимо отрегулировать в зависимости от породы обрабатываемой древесины. Размер частиц и содержание влаги также влияют на оптимальные параметры. Оптимальные параметры представляют собой такие параметры, которые приводят к максимальному выходу при выделении гемицеллюлозы без снижения качества для последующих стадий отработки твердой и жидкой фракций.

В одном из вариантов часть давления снижают путем нагнетания воды в сосуд высокого давления. Далее при опорожнении сосуда обработанная древесина будет находиться в форме суспензии, при этом указанную суспензию направляют на промывку и стадию разделения.

Древесное сырье, применяемое в способах согласно настоящему изобретению, может содержать древесину твердых пород, древесину мягких пород или их смесь. Указанный материал, как правило, будет находиться в форме кусков, таких как стружка, пыль или другие частицы. Типичные размеры частиц в их максимальном размере будут варьировать от примерно 10 см до примерно 1 мм.

Промывка и разделение твердой фазы и жидкости

Гемицеллюлоза становится водорастворимой при воздействии паровой обработки (парового взрыва), явление, которое хорошо известно. Вторая стадия включает промывку и разделение твердой и жидкой фракций. Во время этого процесса гемицеллюлоза выделяется из древесины и находится в растворе. Стадия промывки также может служить для удаления по меньшей мере части золы, которую можно привести в растворимое состояние посредством стадии паровой обработки.

В некоторых вариантах после промывки, но перед разделением, добавляют ферменты, способные гидролизовать части целлюлозы, при этом разделение можно отложить на до 36 часов, пока протекает гидролиз. В таком варианте части целлюлозы будут превращаться в глюкозу и становиться водорастворимыми.

В некоторых вариантах разделение происходит при применении, например, шнеков для обезвоживания, которые доводят содержание влаги в твердой фракции до уровня ниже 50% в расчете на сырую массу.

Обезвоживание и сушка твердой фазы

Указанная стадия включает стадию сушки, для которой можно использовать широкий ассортимент различного типа сушилок. Такая стадия до применения сушилки может также включать механическое обезвоживание, например, с помощью шнека для обезвоживания.

Содержание золы

При применении способа согласно настоящему изобретению большая часть золы переходит в растворимое состояние и удаляется на стадии промывки. Соответственно, твердый компонент имеет очень низкое содержание золы, которое может составлять менее 0,15% или даже менее 0,1, 0,08, 0,07 или 0,05%. Достижимыми являются даже более низкие значения содержания золы, как указано в настоящем документе.

Вследствие низкого содержания золы твердый компонент соответствует требованиям в отношении зольности для традиционных газовых турбин или порошкообразный твердый компонент можно смешать с жидкими углеводородами в жидкотопливных горелках. Таким образом, настоящее изобретение дополнительно Обеспечивает топливо, например, газообразное или жидкое топливо, содержащее древесные частицы с очень низким содержанием золы, как описано в настоящем документе. Такие древесные частицы можно получить или их можно сформовать при применении способов, описанных в настоящем документе. Указанное топливо может представлять собой газообразное топливо, в котором древесные частицы, такие как твердый компонент, описанный в настоящем документе, суспендированы в топливном газе (например, метане), окислительном газе (например, кислороде или воздухе) или инертном газе (например, азоте). Подобным образом, указанное топливо может представлять собой жидкое топливо, в котором древесные частицы, такие как твердый компонент, описанный в настоящем документе, суспендированы в топливной жидкости (например, жидком углеводороде или углеводородной смеси, такой как топливная нефть).

Топливо, содержащее твердый компонент

Дополнительное преимущество способа согласно настоящему изобретению состоит в том, что полученные частицы твердого компонента (также называемые в настоящем локументе древесными частицами) могут иметь очень выгодный размер и/или распределение по размерам. Было установлено, что порошок, полученный с применением предложенного способа, имеет мелкозернистый гранулометрический состав, при этом наименьший размер по меньшей мере 80% (предпочтительно по меньшей мере 90%) частиц составляет менее 250 мкм (например, как измерено с помощью микроскопа). В целом, наименьший размер будет составлять менее 200 мкм у 80% или предпочтительно 90% частиц (по количеству) и наиболее предпочтительно менее 150 мкм. Такие частицы обычно являются ассиметричными вследствие структуры волокна в древесном сырье и обычно имеют один более длинный размер и два более маленьких размера. Не желая быть связанными теорией, подходящие параметры горения по меньшей мере частично приписывают частицам, которые являются мелкими в их наименьшем размере, как указано в настоящем документе, поскольку фронт горения будет проходить через частицы с наименьшим размером. Таким образом, древесные частицы согласно настоящему изобретению могут претерпевать немедленное и полное сгорание, там, где порошки с более крупными частицами могут иногда демонстрировать несгоревшие частицы. Такое измерение наименьшего размера можно эффективно выполнить с помощью микроскопа (см. фигуру 2).

С учетом такого мелкого гранулометрического состава и при условии низкого содержания золы, приведенного выше, порошкообразную форму топлива, содержащего твердый компонент, можно непосредственно использовать в газовых турбинах и/или топливных горелках (смешанную с жидким топливом) без модификации турбины/горелки. Это обеспечивает очень полезную гибкость при загрузке горелок.

На фигуре 2 а)-d) показаны микрофотографии типичных древесных частиц, полученных с применением способа согласно настоящему изобретению, с размерами, приведенными в микрометрах (микронах). Можно видеть, что были измерены только более крупные частицы и их наименьший размер, как правило, составляет менее 250 мкм и часто еще меньше.

Размеры частиц также измеряли с применением лазерного дифракционного анализатора Malvern Mastersizer 2000, типичный результат такого измерения показан на фигуре 3. Можно видеть, что по объемному % примерно 90% образца имеют размеры менее 400 мкм, но такой лазерный дифракционный анализатор не позволяет эффективно измерять наименьший размер, который является наиболее подходящим размером в настоящем контексте. Соответственно, при измерении с помощью рассеяния лазерного излучения максимальный или средний размер вероятно будет представлен более полно, чем наименьший размер. Размер более крупных частиц также может быть переоценен вследствие особенности прибора и склонности волокнистых частиц к агломерации.

Таким образом, согласно связанному варианту реализации древесные частицы согласно настоящему изобретению могут представлять собой такие частицы, по меньшей мере 60% по объему которых имеют размер меньше 250 мкм при измерении с помощью рассеяния лазерного излучения.

Необязательные добавки

Необязательные добавки представляют собой добавки разных типов. Один тип относится к веществам, богатым жиром или маслом, которые будут улучшать энергосодержание, связывание и гидрофобные свойства гранул.

Другой тип добавки представляет собой вещества, богатые углеродом, которые увеличивают энергосодержание и количество связанного углерода в твердой фазе (например, гранулах). К числу таких веществ относятся уголь и древесноугольная пыль. Гранулы, изготовленные с применением указанных добавок, можно использовать в качестве восстановителей в металлургической промышленности.

Гранулирование высушенной твердой фазы

Вследствие низкого содержания гемицеллюлозы или ее отсутствия свойства, подходящие для гранулирования, отличаются от свойств древесины, обработанной паровым взрывом. Если гемицеллюлоза присутствует во время гранулирования, она является до некоторой степени связующим веществом. Для обеспечения точно таких же хороших связывающих свойств древесины, обработанной паровым взрывом, из которой была выделена гемицеллюлоза, продолжительность варки при паровом взрыве должна быть достаточно большой, или температура в пресс-форме при прессовании для получения гранул должна быть более высокой, или могут быть использованы добавки, богатые жиром или маслом.

Поскольку гемицеллюлоза является водорастворимой, отсутствие гемицеллюлозы повышает гидрофобные свойства гранул.

Согласно альтернативному варианту реализации изобретения высушенную твердую фазу можно формовать с получением любого твердого материала, такого как строительный материал, для конструктивных и/или декоративных применений. Такие строительные материалы будут хорошо известны в данной области техники и включают балки, листы, плиты, отлитые изделия и т.п. Формование указанных материалов можно осуществить с помощью хорошо известных технических средств и может необязательно включать применение связующего вещества, такого как смолянистое связующее вещество.

Ферментативная обработка

В способах согласно настоящему изобретению твердый компонент или фракцию можно обработать на любой подходящей стадии для инициирования частичного гидролиза целлюлозы. Такой гидролиз, например, может иметь протекать после стадии парового взрыва или после отделения твердого компонента от текучего компонента.

Указанный гидролиз обычно будут осуществлять в течение промежутка времени от 1 до 72 часов, в частности, от 1 до 36 часов и затем будет следовать стадия разделения. Далее твердый компонент, полученный в результате такого разделения, будут обрабатывать с получением твердого материала, как описано в настоящем документе, при этом жидкость может быть обработана отдельно или может быть объединена с фракцией, содержащей гемицеллюлозу, и обработана вместе с указанной фракцией. Как правило, гидролизованную фракцию будут обрабатывать с получением аналогичных продуктов, как описано в настоящем документе в отношении гемицеллюлозной фракции, таких как раствор сахара, сироп, сахарсодержащий порошок и/или продукты ферментации (например, этанол, метанол, уксусная кислота и т.п.).

Фильтрация

Фильтрацию можно осуществлять на любом количестве стадий, обычно продвигаясь от самой грубой фильтрации к самой тонкой фильтрации. Можно использовать одну стадию разделения, но обычно будет необходимо применять по меньшей мере две стадии разделения; первая стадия для удаления суспендированного материала и вторая стадия (нано- или ультрафильтрация) для увеличения концентрации растворенного материала. В зависимости от природы текучего компонента и конечного продукта можно использовать несколько стадий, в том числе стадии все более тонкой фильтрации, и/или множество стадий ультрафильтрации.

Первая стадия фильтрации предназначена для удаления волокон и других частиц. Последняя стадия представляет собой нанофильтрацию или ультрафильтрацию, служащую нескольким целям:

- Одна из целей состоит в концентрировании жидкости экономически эффективным способом до консистенции твердой фазы от 20 до 30%

- Некоторые ингибиторы ферментации будут удалены во время такой фильтрации

- Вкус оставшегося раствора, богатого гемицеллюлозой, улучшается при применении такой фильтрации, поскольку вкус становится менее горьким.

После фильтрации мы получаем раствор гемицеллюлозы, обычно содержащий от 20 до 30% твердой фазы, главным образом гемицеллюлозы. В древесине мягких пород основной частью гемицеллюлозы являются олигосахариды.

В древесине мягких пород галактоглюкоманнан является самым многочисленным из указанных олигосахаридов, тогда как в древесине твердых пород самым многочисленным является глюкуроноксилан.

Гемицеллюлозу из древесины мягких пород можно наряду с другими вариантами применения использовать в качестве исходного сырья для ферментации и после дистилляции с получением этанола, или в качестве корма для животных. Гемицеллюлоза из древесины твердых пород подходит для применения в качестве корма для животных и в качестве исходного сырья для производства различных продуктов.

Свойства гемицеллюлозы можно сравнить с мелассой, и сахара, полученные из древесины, иногда называют «древесной мелассой».

Необязательное выпаривание и сушка

Раствор с содержанием гемицеллюлозы от 20 до 30% может сам по себе представлять собой коммерческий продукт. Необязательная дополнительная обработка путем выпаривания будет увеличивать его ценность вследствие более высокой концентрации раствора. Раствор превращается в сироп, если процентное содержание твердой фазы существенно увеличивают путем выпаривания, поскольку вязкость возрастает с повышением процентного содержания твердой фазы.

Раствор гемицеллюлозы можно высушить с получением порошка, используя такие методы, как распылительная сушка. Такая форма является наиболее удобной, если продукт предполагают использовать в качестве корма для животных.

Необязательная ферментация и дистилляция

Ферментация и дистилляция представляют собой дополнительную возможность для гемицеллюлозы, полученной из древесины мягких пород, но не из древесины твердых пород, если не предпринимается дополнительная обработка.

Поскольку некоторые ингибиторы ферментации удаляют во время нано- или ультрафильтрации, и имеется достаточное количество присутствующих моносахаридов для начала процесса ферментации, при этом ферментацию можно осуществить непосредственно после стадий фильтрации (в частности, в гемицеллюлозе, полученной из древесины мягких пород). Но для обеспечения более высокого выхода одна из возможностей состоит в наличие после фильтрации стадии гидролиза, стадии, которая включает применение тепла, кислоты или ферментов. Такая стадия будет дополнительно понижать уровень ингибиторов ферментации и/или увеличивать уровень моносахаридов с тем, чтобы усилить ферментацию.

После ферментации можно осуществить дистилляцию с получением этанола. Такой этанол попадает под понятие целлюлозного биоэтанола, производство которого в ряде стран является приоритетным.

Различные варианты реализации настоящего изобретения включают следующее:

1. Способ получения из древесного сырья твердого материала на основе древесины и материала, полученного из гемицеллюлозы, включающий:

i) обработку древесного сырья в водных условиях при повышенных температуре и давлении с получением, тем самым, текучего компонента, содержащего гемицеллюлозу, и твердого компонента;

iii) обработку по меньшей мере части указанного твердого компонента с получением твердого материала на основе древесины; и

2. Способ согласно варианту реализации 1, отличающийся тем, что твердый материал на основе древесины содержит топливо, предпочтительно топливные гранулы или порошкообразное топливо.

3. Способ согласно варианту реализации 2, отличающийся тем, что указанные топливные гранулы или порошкообразное топливо представляют собой древесные топливные гранулы, обедненные гемицеллюлозой.

4. Способ согласно варианту реализации 2 или варианту реализации 3, отличающийся тем, что указанные топливные гранулы имеют более высокую энергетическую плотность, чем полностью древесные топливные гранулы. Подобным образом, энергетическая плотность порошкообразного топлива может быть выше, чем плотность полностью древесных опилок и/или гранул.

5. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что указанный материал, полученный из гемицеллюлозы, содержит по меньшей мере один материал, выбранный из: раствора сахара, сиропа, сахарсодержащего порошка, водного раствора этанола и этанола.

6. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что указанное древесное сырье содержит древесную стружку, древесную пыль и/или древесные частицы.

7. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что стадия i) включает паровой взрыв древесного сырья с получением, тем самым, взорванного древесного материала и необязательно промывку указанного взорванного древесного материала с помощью водного материала, такого как вода.

8. Способ согласно варианту реализации 7, отличающийся тем, что указанный паровой взрыв включает:

a) введение древесного сырья в сосуд высокого давления;

b) нагревание древесного сырья путем нагнетания пара и поддержания температуры при от 150 до 280°С в течение промежутка времени от 60 до 2400 секунд;

c) снижение давления на одной или более стадий и удаление взорванного древесного материала из сосуда.

9. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что стадия ii) включает:

d) промывку взорванного древесного материала;

e) разделение взорванного древесного материала и влаги с получением твердой фракции, содержащей большую часть (например, больше 90%) твердой фазы, и текучей фракции, содержащей большую часть (например, больше 70%, предпочтительно больше 80%) жидкости.

10. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что стадия iii) включает:

f) обезвоживание и сушку твердой фракции до содержания влаги ниже 20% с получением, тем самым, указанного твердого компонента.

11. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что стадия iv) включает:

g) фильтрацию текучей фракции в по меньшей мере две стадии;

I) первая стадия фильтрации, после которой остается жидкий компонент; и

II) вторая стадия фильтрации, включающая ультрафильтрацию или нанофильтрацию указанного жидкого компонента, на которой концентрация гемицеллюлозы в фильтрате увеличивается;

h) необязательно ферментацию фильтрата с последующей дистилляцией с получением этанола, или

i) необязательно выпаривание фильтрата с получением сиропа с повышенной концентрацией гемицеллюлозы; и

j) необязательно сушку указанного сиропа с получением порошка.

12. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что древесное сырье содержит древесину мягких пород.

13. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что древесное сырье содержит древесину твердых пород.

14. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что на стадии i) температура составляет от 180 до 230°С или от 195 до 215°С.

15. Способ согласно варианту реализации 9, отличающийся тем, что промывку осуществляют как противоточную промывку.

16. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что по меньшей мере один фермент, способный гидролизовать части целлюлозы, вводят между стадиями i) и ii) с последующим инкубационным периодом до 36 часов перед стадией ii).

17. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что по меньшей мере один фермент, способный гидролизовать части целлюлозы, вводят между стадиями ii) и iii) с последующим инкубационным периодом до 36 часов перед стадией iii).

18. Способ согласно варианту реализации 16 или варианту реализации 17, отличающийся тем, что гидролизованную целлюлозу отделяют после инкубации и необязательно обрабатывают с получением раствора сахара, сиропа и/или сахарсодержащего порошка.

19. Способ согласно варианту реализации 9, отличающийся тем, что влагосодержание твердой фракции составляет ниже 50% в расчете на сырую массу.

20. Способ согласно варианту реализации 10, отличающийся тем, что твердую фракцию обезвоживают и высушивают до влагосодержания ниже 10% в расчете на сырую массу.

21. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что на стадии iii) твердый компонент гранулируют после введения добавки, богатой углеродом, что тем самым увеличивает количество связанного С в гранулах.

22. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что на стадии iii) твердый компонент гранулируют после введения добавки, богатой жиром или маслом.

23. Способ согласно любому предыдущему варианту реализации, отличающийся тем, что на стадии iii) по меньшей мере часть твердой фракции прессуют с получением строительного материала, такого как балки, плиты или листы, необязательно после добавления связующих агентов.

24. Способ согласно варианту реализации 11, отличающийся тем, что после последней фильтрации концентрация растворенного материала в фильтрате составляет выше 10%.

25. Способ согласно варианту реализации 11, отличающийся тем, что после последней фильтрации концентрация растворенного материала в фильтрате составляет выше 20%.

26. Способ согласно варианту реализации 11, отличающийся тем, что после последней фильтрации концентрация растворенного материала в фильтрате составляет выше 25%.

27. Способ согласно варианту реализации 11, отличающийся тем, что фильтрат гидролизуют с помощью тепла, кислот или ферментов до того, как указанный фильтрат необязательно подвергают ферментации.

28. Способ согласно варианту реализации 8, отличающийся тем, что понижение давления в сосуде высокого давления частично осуществляют путем нагнетания воды в указанный сосуд высокого давления.

29. Способ согласно варианту реализации 11, отличающийся тем, что сушку сиропа с получением порошка осуществляют в распылительной сушилке.

Claims

1. Способ получения твердого материала на основе древесины и материала, полученного из гемицеллюлозы, из древесного сырья, включающий:

i) паровую обработку или паровой взрыв древесного сырья с получением тем самым текучего компонента, содержащего гемицеллюлозу, и твердого материала на основе древесины, содержащего обработанный паром древесный материал; при этом указанный способ включает стадии:

b) нагревание древесного сырья путем нагнетания пара и поддержания температуры при от 150 до 280° C в течение промежутка времени от 60 до 2400 секунд;

c) снижение давления на одной или более стадий и удаление взорванного древесного материала из сосуда;

iv) обработку указанного жидкого компонента с получением материала, полученного из гемицеллюлозы, включающую отделение текучей фракции по меньшей мере в две стадии:

I) первая стадия для удаления суспендированного материала; и

II) вторая стадия (нано- или ультрафильтрация) для увеличения концентрация растворенного материала; где после последней фильтрации концентрация растворенного материала в фильтрате составляет выше 10%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что древесное сырье содержит древесину мягких пород и/или древесину твердых пород, и на стадии i) b) древесное сырье нагревают путем нагнетания пара и поддержания температуры при от 195 до 215° C в течение промежутка времени от 120 до 720 секунд для древесины твердых пород и температуры при от 200 до 212° C в течение промежутка времени от 180 до 600 секунд для древесины мягких пород.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанный твердый материал на основе древесины содержит топливо, предпочтительно топливные гранулы или порошкообразное топливо.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что указанное топливо представляет собой древесные топливные гранулы или порошок, обедненный гемицеллюлозой.

5. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что указанные топливные гранулы имеют более высокую энергетическую плотность, чем полностью древесные топливные гранулы.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что указанный материал, полученный из гемицеллюлозы, содержит по меньшей мере один материал, выбранный из: раствора сахара, сиропа, сахарсодержащего порошка, водного раствора этанола и этанола.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что указанное древесное сырье содержит древесную стружку, древесную пыль и/или древесные частицы.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что стадия i) включает промывку указанного обработанного древесного материала с помощью водного материала, такого как вода.

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что стадия ii) включает:

e) разделение взорванного древесного материала и влаги с получением твердой фракции, содержащей большую часть твердой фазы, и текучей фракции, содержащей большую часть жидкости.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что стадия iii) включает:

f) обезвоживание и сушку твердой фракции до влагосодержания ниже 20% с получением тем самым указанного твердого компонента.

11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что стадия iv) включает:

I) первая стадия отделения с удалением частиц и/или нерастворимого материала, после которой остается жидкий компонент; и

II) вторая стадия фильтрации, включающая ультрафильтрацию или нанофильтрацию указанного жидкого компонента, на которой концентрация гемицеллюлозы в фильтрате увеличивается.

12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что стадия iv) включает

h) ферментацию фильтрата с последующей дистилляцией с получением этанола.

13. Способ по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что стадия iv) включает

i) выпаривание фильтрата с получением сиропа с повышенной концентрацией гемицеллюлозы; и

14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что фильтрат гидролизуют с помощью тепла, кислот или ферментов до того, как указанный фильтрат подвергают ферментации.

15. Способ по п. 13, отличающийся тем, что сушку сиропа с получением порошка осуществляют в распылительной сушилке.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что понижение давления в сосуде высокого давления частично осуществляют путем нагнетания воды в указанный сосуд высокого давления.

17. Способ по любому из пп. 1-16, отличающийся тем, что на стадии i) температура составляет от 150 до 230°C или от 195 до 215 °C.

18. Способ по любому из пп. 1-17, отличающийся тем, что по меньшей мере один фермент, способный гидролизовать части целлюлозы, вводят между стадиями i) и ii) с последующим инкубационным периодом до 36 часов перед стадией ii).

19. Способ по любому из пп. 1-18, отличающийся тем, что по меньшей мере один фермент, способный гидролизовать части целлюлозы, вводят в твердый компонент между стадиями ii) и iii) с последующим инкубационным периодом до 36 часов перед стадией iii).

20. Способ по п. 18 или 19, отличающийся тем, что гидролизованную целлюлозу отделяют после инкубации и необязательно обрабатывают с получением раствора сахара, сиропа и/или сахарсодержащего порошка.

21. Способ по п. 9, отличающийся тем, что влагосодержание твердой фракции составляет ниже 50% в расчете на сырую массу.

22. Способ по п. 10, отличающийся тем, что твердую фракцию обезвоживают и высушивают до влагосодержания ниже 10% в расчете на сырую массу.

23. Способ по любому из пп. 1-22, отличающийся тем, что на стадии iii) твердый компонент гранулируют после введения добавки, богатой углеродом, с увеличением тем самым количества связанного C в гранулах.

24. Способ по любому из пп. 1-23, отличающийся тем, что на стадии iii) твердый компонент гранулируют после введения добавки, богатой жиром или маслом.

25. Способ по любому из пп. 1-24, отличающийся тем, что на стадии iii) по меньшей мере часть твердой фракции прессуют с получением строительного материала, такого как балки, плиты или листы, необязательно после добавления связующих агентов.

26. Способ по любому из пп. 1-25, отличающийся тем, что после последней фильтрации концентрация растворенного материала в фильтрате составляет выше 20%.

27. Способ по любому из пп. 1-26, отличающийся тем, что содержание золы в твердом материале на основе древесины составляет менее 0,15 % масс.

28. Способ по любому из пп. 1-27, отличающийся тем, что твердый материал на основе древесины находится в форме частиц, из которых по меньшей мере 80% по количеству имеют наименьший размер менее 250 мкм.

29. Способ по любому из пп. 1-28, отличающийся тем, что твердый материал на основе древесины находится в форме частиц, из которых по меньшей мере 60% по объему имеет размер менее 250 мкм, измеренный с помощью рассеяния лазерного излучения.