SE538262C2 - Arrangemang för matning och tvättning av lignocellulosahaltigt material och system för tvåstegsanalys innefattandearrangemanget - Google Patents

Abstract

Sammandrag Ett arrangemang (1) fOr matning och avvattning av lignocellulosahaltigt material i ett hydrolysforfarande mellan en forsta reaktorenhet (10), van i materialet hydrolyseras partiellt, och en andra reaktorenhet (12), varvid den fOrsta reaktorenhe- ten (10) 'cores vid ett fOrsta tryck (P1) och den andra reaktorenheten (12) '

Description

ARRANGEMANG FOR MATNING OCH TVATTNING AV LIGNOCELLULOSAHALTIGT MATERIAL OCH SYSTEM FOR TVASTEGSANALYS INNEFATTANDE ARRANGEMANGET Tekniskt omrade Foreliggande uppfinning avser behandling av lignocellulosahaltigt material i ett hydrolysforfarande och narmare bestamt arrangemang for matning och avvattning av partiellt hydrolyserat lignocellulosahaltigt material mellan reaktorenheter i ett system for hydrolys, och system for tvastegshydrolys av lignocellulosahaltigt material innefattande sadana arrangemang.

Uppfinningens bakgrund Lignocellulosahaltig biomassa är ymnigt forekommande och kan tillhandahalla en hallbar resurs for framstallning av branslen, kemiska och biobaserade material. Hemicellulosa- och cellulosainnehallet i biomassan kan overforas till pentosoch hexossocker medelst syrahydrolys med lignin sasom en aterstod. Genom att man utfOr syrahydrolysen i tva steg vid olika temperaturer kan det totala utbytet av socker okas jamfort med ett enstegsforfarande. I ett sadant forfarande är det forsta steget en mildare behandling inriktad pa hemicellulosadelen som är lattare att hydrolysera an cellulosan. I det andra reaktorsteget anvands strangare betingelser for att bryta ned cellulosan till socker. Om forfarandet kordes med hjalp av en enda reaktorenhet, skulle de frisatta hemicellulosasockren sonderdelas ytterligare och ge upphov till oonskade biprodukter. Foljaktligen är det fordelaktigt att k6ra hydrolysforfarandet i tva reaktorenheter i stallet for en enda enhet. Van ligen anvands enzymatisk hydrolys efter ett forbehandlingssteg for att over-fora lignocellulosahaltig biomassa till socker. Sadana overforingsforfaranden är forenade med hoga driftskostnader till foljd av forbrukningen av kostsamma en- zynner.

Nar fOrfarandet 'cores i tva steg erfordras ett avskiljande av fast substans Than vatska mellan de !pada reaktorenheterna for att bortskaffa hemicellulosasockren fOre den andra reaktorenheten. Gangse utrustning fOr avskiljande av vatska fran fiberformig biomassa, t.ex. filter och pressar, 'cores vid atnnosfarstryck. Detta medfor att trycket maste sankas mellan de bada reaktorenheterna till atmosfarstryck fran trycket i det forsta reaktorsteget for att utfora tvattningen och detta 1 innebar i sin tur att bionnassannaterialet nnaste ateruppvarnnas till den onskade temperaturen i den andra reaktorn eller i en forvarmningsenhet innan det gar in i den andra reaktorn.

Denna trycksankning och tryckokning mellan reaktorenheterna forbrukar bade energi och tid. Darfor foreligger det ett behov i bioraffineringsbranschen av for- battrade arrangemang fOr matning och avvattning av partiellt hydrolyserat material mellan reaktorenheterna i ett system for ett hydrolysforfarande och for bortskaffande av hemicellulosa och socker som harror fran hemicellulosa Than materialet i tvastegshydrolysforfarandet.

I EP 2 247 781 presenteras ett tvastegssystem f6r forbehandling av cellulosa- haltigt biomassamaterial. Forbehandlingen, som innefattar ett steg med angexplosion, forbereder bionnassan for det foljande steget nned enzynnatisk hydrolys for frisattande av sockren.

Det foreligger dock alltjannt ett behov i branschen av forbattrade system och arrangemang for matning och avvattning av partiellt hydrolyserat material i tvastegsforfaranden.

Sammanfattning av uppfinningen Enligt ett andarnal f6r foreliggande uppfinning tillhandahalles ett forbattrat arrangemang for matning och avvattning av atminstone partiellt hydrolyserat lignocellulosahaltigt material mellan reaktorenheter i ett system for ett hydro- lysforfarande.

Enligt ett annat andarnal f6r foreliggande uppfinning tillhandahalles ett forbattrat arrangemang for bortskaffande av hemicellulosa Than atminstone partiellt hydrolyserat material mellan reaktorenheter i ett tvastegshydrolysforfarande.

Enligt ett andarnal f6r foreliggande uppfinning tillhandahalles ett forbattrat arrangemang for matning och avvattning av atminstone partiellt hydrolyserat material mellan reaktorenheter i ett system for ett hydrolysforfarande vid bibehallet hogt tryck eller vid okat tryck fran det initiala hoga trycket.

Enligt ett annat andarnal for foreliggande uppfinning tillhandahalles ett forbattrat arrangemang for bortskaffande av hemicellulosa Than atminstone partiellt hydro- 2 lyserat material mellan reaktorenheter i ett tvastegshydrolysforfarande vid bibehallet hogt tryck eller vid okat tryck fran det initiala hoga trycket.

Enligt ytterligare ett andamal f6r foreliggande uppfinning tillhandahalles ett fOrbattrat system och arrangemang fOr matning och avvattning av atminstone partiellt hydrolyserat material i ett hydrolysforfarande som utfores vid hoga temperaturer och korta behandlingstider.

Enligt annu ett annat andarnal for foreliggande uppfinning tillhandahalles ett forbattrat system och arrangemang for matning och avvattning av atminstone partiellt hydrolyserat material i ett hydrolysforfarande som utfores vid hoga tryck.

Detta och andra andarnal uppnas i enlighet med bifogade patentkrav.

I sammanhanget for foreliggande uppfinning avser termen "pluggskruv" en matare innefattande en skruv eller liknande roterande anordning som har formaga att mata eller transportera lignocellulosahaltigt material genom mataren vid Okad eller bibehallen densitet hos materialet och som ger upphov till en vasentligen gas- och fluidtat propp av det lignocellulosahaltiga materialet i rikt- ning mot anden pa mataren. Exempelvis minskar enligt en utforingsform av en sadan pluggskruv en tvarsektionsarea i det cirkelformiga holjet i mataren och skruvdiametern i matningsriktningen for att darigenom ge upphov till ett minskande utrymme mellan skruven och holjet och salunda leda till en vasentligen gas- och fluidtat propp av det lignocellulosahaltiga materialet i riktning mot anden pa mataren. Enligt en annan utf6ringsform av en pluggskruv är tvarsektionsarean i det cirkelformiga holjet i mataren konstant medan skruvdiametern och skruvaxeln 6kar i matningsriktningen vilket darigenonn ger upphov till ett minskande utrynnme mellan skruven och holjet och salunda leder till en vasent- ligen gas- och fluidtat propp av det lignocellulosahaltiga materialet i riktning mot anden pa mataren. Sasom är uppenbart for fackmannen finns det andra utforingsformer av matare som uppfyller detta andamal och salunda innefattas i definitionen av termen "pluggskruv".

Vidare avser i sammanhanget f6r foreliggande uppfinning termen "trycklas" en trycksaker barriar som mojliggor olika tryck pa respektive sida av barriaren.

Enligt en aspekt av foreliggande uppfinning tillhandahalles ett arrangemang for 3 nnatning och avvattning av lignocellulosahaltigt material i ett hydrolysforfarande mellan en forsta reaktorenhet, van i materialet hydrolyseras partiellt, och en andra reaktorenhet, van i det partiellt hydrolyserade materialet hydrolyseras ytterligare, lampligen innefattande fullstandig hydrolys till frisatta monosocker. Den forsta reaktorenheten 'cores vid ett forsta tryck och den andra reaktorenheten 'cores vid ett andra tryck som är h6gre an det f6rsta trycket. Arrangemanget innefattar en forsta pluggskruv arrangerad for att ta emot det partiellt hydrolyserade materialet fran den forsta reaktorenheten och arrangerad for att sammanpressa, avvattna och transportera materialet, varvid den fOrsta pluggskruven är arrangerad for att koras vid ett tryck av minst det forsta trycket. En spadningsanordning är inkopplad for att ta emot material fran den forsta pluggskruven och innefattar ett vatskeinlopp for att ta emot tvattvatska, varvid spadningsanordningen är arrangerad for att bibehalla eller oka trycket. En andra pluggskruv är arrangerad for att ta emot det spadda materialet och är arrangerad for att sammanpressa, avvattna och transportera materialet till den andra reaktorenheten, varvid den andra pluggskruven är arrangerad for att k6ras vid ett tryck av minst det f6rsta trycket.

Enligt en annan aspekt av foreliggande uppfinning tillhandahalles ett system for ett tvastegshydrolysforfarande innefattande en forsta reaktorenhet van i det lignocellulosahaltiga materialet hydrolyseras partiellt och en andra reaktorenhet for vidare bearbetning av det partiellt hydrolyserade materialet, varvid den fOrsta reaktorenheten 'cores vid ett forsta tryck och den andra reaktorenheten 'cores vid ett andra tryck som är hOgre an det fOrsta trycket. En fOrsta pluggskruv är inkopplad till den forsta reaktorenheten och är arrangerad for att ta emot det partiellt hydrolyserade materialet fran den forsta reaktorenheten och samnnan- pressa, avvattna och transportera materialet ytterligare, varvid den forsta skruvmataren är arrangerad for att koras vid ett tryck av minst det forsta trycket. Spadningsanordningen är inkopplad f6r att ta emot material fran den forsta pluggskruven och ett vatskeinlopp är arrangerat for att ta emot vatska for att tvatta materialet, varvid spadningsanordningen är arrangerad f6r att bibehalla eller Oka trycket. En andra pluggskruv är arrangerad for att ta emot det spadda materialet, sammanpressa, avvattna och transportera materialet till den andra reaktorenheten, varvid den andra skruvmataren är arrangerad for att koras vid ett 4 tryck av minst det forsta trycket.

FOreliggande uppfinning är baserad pa insikten att man med hjalp av minst tva pluggskruv for matning, sammanpressning och avvattning av det partiellt hydrolyserade biomassamaterialet mellan reaktorenheter som ' FOreliggande uppfinning tillhandahaller stora fOrdelar jamfOrt med tvastegs- metoderna enligt kand teknik. Exempelvis kan det initiala trycket, t.ex. trycket i den forsta reaktorn, bibehallas eller okas mellan den forsta och den andra reaktorn, vilket innebar att biomassamaterialet inte erfordrar flagon ny uppvarmning innan det gar in i en andra reaktor. Vidare har foreliggande system och arrangemang formaga att hantera ett hogtemperaturforfarande, vilket i sin tur mojliggor kortare behandlingstider i reaktorerna. Dessutom kan systemet enligt foreliggande uppfinning koras vid hoga temperaturer och tryck, och det är mojligt att uppna en fullstandig hydrolys av biomassamaterialet till oligo- och monosocker med hjalp av endast den forsta och den andra reaktorenheten.

Arrangemanget och systemet enligt foreliggande uppfinning avser behandling av lignocellulosahaltigt biomassamaterial i ett hydrolysforfarande och narmare be- stamt arrangemang for matning och avvattning av partiellt hydrolyserat bio- massamaterial mellan reaktorenheter i ett system for hydrolys och system for tvastegshydrolys av biomassamaterial innefattande sadana arrangemang, varvid biomassamaterialet exempelvis innefattar trabaserad ravara sasom traflis, sag-span, flisade eller i hammarkvarn malda skogsrester, jordbruksavfall sasom bagasse, sockerrorshalm, vetehalm, majsstjalkar och majsblad, majskolvar och rester av oljepalmsfrukt (sa kallade tomma fruktklasar). Andra typer av lignocellulosahaltigt biomassamaterial som kan anvandas i enlighet med foreliggande uppfinning innefattar gras, vass och energisockerror.

I en utforingsform av arrangemanget enligt foreliggande uppfinning innefattar spadningsanordningen ett spadningskarl och kan innefatta en spadningsskruv.

Enligt utforingsformer av foreliggande uppfinning är spadningsanordningen arrangerad for att Oka trycket fran trycket i den forsta pluggskruven.

Enligt utf6ringsformer av arrangemanget innefattar spadningsanordningen ett inlopp for att ta emot anga, varvid det mottagna materialet blandas med anga och 15 vatska.

Enligt utforingsformer av arrangemanget är den andra pluggskruven arrangerad for att koras vid ett tryck av minst trycket i spadningsanordningen.

Enligt utfOringsformer av arrangemanget är spadningsanordningen arrangerad for att Oka trycket till det andra trycket.

Enligt utforingsformer av arrangemanget är en pluggbrytningsanordning anord- nad i arrangemanget. Enligt en lannplig utforingsform är pluggbrytningsanordningen inkopplad till den andra pluggskruven.

Enligt utfOringsformer av systemet är spadningsanordningen arrangerad for att Oka trycket fran trycket i den forsta pluggskruven.

Enligt utforingsformer av systemet innefattar spadningsanordningen ett inlopp for att ta emot anga, varvid det mottagna materialet blandas med anga och vatska.

Enligt utf6ringsformer av systemet är den andra pluggskruven arrangerad f6r att koras vid ett tryck av minst trycket i spadningsanordningen.

Enligt utfOringsformer av systemet är spadningsanordningen arrangerad fOr att 6 oka trycket till det andra trycket.

Enligt utfOringsformer av systemet är den forsta pluggskruven direkt inkopplad till den forsta reaktorenheten for att ta emot det part iellt hydrolyserade materialet och är arrangerad fOr att sammanpressa och transportera materialet till spadningsanordningen och den andra pluggskruven är direkt inkopplad till spadningsanordningen och är arrangerad fOr att sammanpressa och transportera materialet till den andra reaktorenheten.

Enligt utforingsformer av systemet är den forsta reaktorenheten arrangerad for att koras vid en ternperatur over 180 °C.

Enligt utforingsformer av systemet är den andra reaktorenheten arrangerad for att koras vid en temperatur over 235 °C.

Enligt utfOringsformer av systemet är den forsta reaktorenheten arrangerad for att koras med en behandlingstid mindre an 5 minuter.

Enligt utforingsformer av systemet är den andra reaktorenheten arrangerad for att koras med en behandlingstid mindre an 1 minut.

Enligt utforingsformer av systemet är den forsta reaktorenheten arrangerad for att koras vid ett tryck inom ett intervall av 5-20 bar, lannpligen nner an 10 bar, och foretradesvis inom ett intervall av 13-16 bar.

Enligt utf6ringsformer av foreliggande uppfinning är den andra reaktorenheten arrangerad fOr att kOras vid ett tryck inom ett intervall av 25-50 bar, lampligen minst 30 bar, och foretradesvis inom ett intervall av 35-45 bar.

Enligt utforingsformer av systemet innefattar den forsta reaktorenheten en horisontell eller vertikal eller lutande reaktor.

Enligt utforingsformer av systemet innefattar den andra reaktorenheten en hori- sontell eller vertikal eller lutande reaktor.

Enligt utfOringsformer av systemet innefattar den fOrsta och den andra reaktorn en transportskruv med en justerbar rotationshastighet for att transportera materialet i riktning mot ett utslappsutlopp med en Onskad hastighet.

Enligt utforingsformer av systemet är en pluggbrytningsanordning inkopplad 7 nnellan den forsta och den andra reaktorenheten. Enligt en lannplig utforingsform är pluggbrytningsanordningen inkopplad mellan den andra pluggskruven och den andra reaktorenheten. Darigenom är det mojligt att kora den andra reaktorenheten vid hoga temperaturer och med korta behandlingstider eftersom det fasta biomassamaterial som gar in i den andra reaktorenheten krossas till sma part iklar.

Enligt utforingsformer av foreliggande uppfinning innefattar pluggbrytningsanordningen en roterbar pluggbrytningskomponent sasom en roterande skiva.

Enligt utforingsformer av systemet har biomassamaterialet en hog halt fast sub- stans pa minst 30% (dvs. ett forhallande vatska-till-fast substans pa 2,3:1) och lampligen mer an 50 `)/0 (dvs. ett forhallande vatska-till-fast substans pa 1:1) in i den forsta reaktorenheten och den andra reaktorenheten är arrangerad for att koras med en behandlingstid mindre an 1 minut.

Sasom diskuterat i det foregaende tillhandahaller foreliggande uppfinning stora fordelar jamfort med tvastegsmetoderna enligt kand teknik. Ytterligare fordelar hos fOreliggande uppfinning blir uppenbara genom den detaljerade beskrivningen.

Kort beskrivning av ritning Foreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas sasom exempel mer i detalj med hjalp av utforingsformer och med hanvisning till bifogade ritning, pa vilken: Fig. 1 är en schematisk vy av ett arrangemang for matning och avvattning av partiellt hydrolyserat material enligt en utforingsform av foreliggande uppfinning; Fig. 2 är en schematisk vy av ett system for en tvastegshydrolys enligt en utforingsform av foreliggande uppfinning; Fig. 3 ar ett schematiskt diagram Over trycket i olika enheter eller anordningar i ett arrangemang eller ett system enligt utforingsformer av foreliggande uppfinning; Fig. 4 är ett schematiskt diagram Over trycket i olika enheter eller anord- ningar i ett arrangemang eller ett system enligt andra ufforingsformer av 8 foreliggande uppfinning; Fig. 5 är ett schematiskt diagram over trycket i olika enheter eller anordningar i ett arrangemang eller ett system enligt ytterligare utforingsformer av fOreliggande uppfinning; Fig. 6 är en schematisk vy av ett system for behandling av lignocellulosa- haltigt material i ett hydrolysforfarande van i arrangemanget och systemet enligt foreliggande uppfinning kan vara implementerade; och Fig. 7 är en schematisk vy av ett arrangemang for matning och avvattning av partiellt hydrolyserat material enligt en annan ufforingsfornn av fore- liggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av lampliga utf6ringsformer Pa ritningen betecknas liknande eller motsvarande element med samnna hanvisningssiffror.

For andarnalet med denna beskrivning avser termen longitudinell den riktning langs vilken en kropp, en del eller ett element har sin storsta utstrackning. Vidare, nar termen longitudinell anvands i sam band med skruvaxlar, motsvarar den longitudinella axeln skruvens rotationsaxel.

Med hanvisning forst till fig. 1 och 2 diskuteras de allmanna principerna for ett arrangemang enligt en ufforingsform av foreliggande uppfinning. Fig. 1 askad- liggOr schematiskt en allman vy av arrangemanget 1 enligt en utfOringsform av foreliggande uppfinning.

I fig. 1 är foreliggande uppfinning implementerad i ett system f6r tvastegshydrolys for att hydrolysera lignocellulosahaltigt material. Det lignocellulosahaltiga materialet kan exennpelvis innefatta trabaserad ravara sasom traflis, sagspan, flisade eller i hammarkvarn malda skogsrester, jordbruksavfall sasom bagasse, socker- rorshalm, vetehalm, majsstjalkar och majsblad, majskolvar och rester av oljepalmsfrukt (sa kallade tomma fruktklasar). Andra typer av lignocellulosahaltigt material innefattar gras, vass och energisockerror. Lannpligen har det lignocellulosahaltiga material som gar in i forfarandet en partikelstorlek eller partikel- tjocklek pa maximalt 6 mm. 9 Arrangennanget for nnatning och avvattning av patent hydrolyserat biomassamaterial är arrangerat for att ta emot det partiellt hydrolyserade biomassamaterialet vid ett forsta tryck P1 och avlamna det avvattnade biomassamaterialet langre fram i systemet dar biomassamaterialet behandlas vid ett hogre tryck P2. Exempelvis, sasom beskrives i det foljande med hanvisning till fig. 2, kan arrangemanget vara arrangerat mellan en f6rsta reaktorenhet 10 som 'cores vid ett tryck P1 och en andra reaktorenhet 12 som kOres vid ett tryck P2, varvid det andra trycket P2 är h6gre an det f6rsta trycket P1. Den f6rsta reaktorenheten kan vara arrangerad fOr att kOras i ett temperaturintervall mellan 1°C och 2 °C, lampligen over 180 °C, med en behandlingstid i ett intervall mellan 30 se- kunder och 20 minuter, lampligen mindre an 5 minuter. Vidare är den forsta reaktorenheten 10 arrangerad for att koras vid ett tryck inom ett intervall av 5-20 bar, lampligen mer an 10 bar, och foretradesvis inom ett intervall av 13-16 bar. Den andra reaktorenheten kan vara arrangerad for att koras i ett temperaturinter- vall mellan 2°C och 300 °C, lampligen over 2°C, med en behandlingstid i ett intervall mellan 10 sekunder och 10 minuter, lampligen mindre an 1 nninut. Vidare är den andra reaktorenheten 12 arrangerad for att koras vid ett tryck inom ett intervall av 25-50 bar, lampligen minst 30 bar, och foretradesvis inom ett intervall av -45 bar.

I lampliga ufforingsformer av foreliggande uppfinning är trycket i hela arrange- manget minst 13 bar. Vidare är i lampliga utforingsformer av foreliggande uppfinning tryckOkningen, dvs. tryckskillnaden mellan P2 och P1, minst 20 bar. En fOrsta pluggskruv 14 är inkopplad fOr att ta emot partiellt hydrolyserat material och den f6rsta pluggskruven 14 är arrangerad for att sammanpressa, avvattna och transportera materialet vid minst ett bibehallet tryck P1. Foljaktligen är trycket PPSF1 i den forsta pluggskruven 14 atnninstone pa samma niva som trycket Pi i den forsta reaktorenheten 10.

Den forsta pluggskruven 14 innefattar ett utlopp 21 for bortskaffande av filtrat.

Enligt specifika utforingsformer av foreliggande uppfinning tomnner pluggskruven 14 ut materialet. Filtratet Than skruvmataren, som innehaller hemicellulosasocker, kan overforas till en varmevaxlare (ej visad) innan det tillvaratas f6r vidare bearbetning.

Arrangennanget 1 innefattar vidare en spadningsanordning 16 inkopplad for att ta emot material fran den forsta pluggskruven 14. Spadningsanordningen 16 innefattar ett vatskeinlopp 17 fOr att ta emot tvattvatska, varvid spadningsanordningen är arrangerad for att bibehalla eller oka trycket. I utforingsformer är spadningsanordningen 16 en spadningsskruv.

En andra pluggskruv 18 är inkopplad fOr att ta emot materialet och är arrangerad for att sammanpressa, avvattna och transportera materialet vidare till ett steg vani drifttrycket är P2.

Den andra skruvmataren 18 är arrangerad for att koras vid ett bibehallet eller okat tryck, dvs. vid trycket Ppm i spadningsanordningen 16 eller vid ett hogre tryck. Trycket PPSF2 i den andra pluggskruven 18 är salunda atminstone pa sannnna niva som trycket Ppm i spadningsanordningen 16.

Den andra pluggskruven 18 innefattar ett utlopp 22 for bortskaffande av filtrat. Enligt specifika utforingsformer av foreliggande uppfinning tOmnier pluggskruven 18 ut materialet. Filtratet Than skruvmataren, som innehaller hemicellulosasocker, kan overforas till en varmevaxlare (ej visad) innan det tillvaratas for vidare bearbetning.

Den forsta pluggskruven 14, spadningsanordningen 16 och den andra pluggskruven 18 uppnar tillsammans tvattning av det partiellt hydrolyserade lignocellulosahaltiga materialet. Foljaktligen foreligger det ej nagot behov av ytterligare tvattutrustning, sasom en gangse filtertvatt, tvattpress eller trumforskjutningstvatt, mellan reaktorerna.

Enligt utforingsformer av systemet är en pluggbrytningsanordning 25 arrangerad for att krossa materialet, exempelvis nedstroms om den forsta pluggskruven 18 (fig. 6). Enligt en lamplig utf6ringsform är en pluggbrytningsanordning inkopplad mellan den andra pluggskruven 18 och den andra reaktorenheten 12. Darigenom är det mojligt all kora den andra reaktorenheten 12 vid hoga temperaturer och med korta behandlingstider eftersom biomassamaterialet som gar in i den andra reaktorenheten kan ha mindre partikelstorlekar an biomassamaterialet som gar in i forfarandet och den forsta reaktorenheten. Enligt utf6ringsformer av foreliggande uppfinning innefattar pluggbrytningsanordningen 11 en roterbar pluggbrytningskonnponent sasonn en roterande skiva.

Enligt de allnnanna principerna for foreliggande uppfinning innefattar arrangemanget foljaktligen en forsta transportenhet van i material tas emot vid ett forsta tryck och transporteras, avvattnas och sammanpressas, och trycket bibehalles eller 6kas i minst en pluggskruv. Darefter är en spadningsanordning arrangerad van i tvattvatska tillsattes och trycket bibehalles eller Okas, men lampligen Okas. En andra transportenhet är arrangerad for att ta emot spatt material van i material transporteras, avvattnas och sammanpressas och trycket bibehalles eller okas i minst en pluggskruv innan materialet matas vidare till ett steg van i drifttrycket är hogre an trycket vid den mottagande anden.

Det bor betonas att arrangemanget enligt foreliggande uppfinning kan innefatta mer an tva pluggskruv. Exennpelvis kan den forsta transportenheten innefatta mer an en pluggskruv och den andra transportenheten kan innefatta mer an en pluggskruv. Ett exempel pa en annan utforingsform av arrangemanget är visat i fig. 7.

Skruvarna i proppskruvmatarna är arrangerade f6r att rotera med varierande hastighet. Rotationshastigheten fOr skruvarna bestammer hastigheten for flOdet av material. Om produktionsflodet ska okas, maste rotationshastigheten for skruven okas for att bibehalla samma densitet i pluggskruven. Om rotations- hastigheten for proppskruven bibehalles medan produktionsflodet okas, kommer densiteten att Oka. Genom en okning av materialets densitet i pluggskruven astadkommes en vasentligen gas- och fluidtat propp av det lignocellulosahaltiga materialet i riktning mot anden pa pluggskruven.

Med hanvisning nu till fig. 2 kommer ett tvastegssystem for hydrolys av bio- massamaterial enligt foreliggande uppfinning att diskuteras. Enligt utforingsfor- mer av systemet har det inkommande biomassamaterialet en hog halt fast substans pa minst (:)/0 och lampligen mer an °A), t.ex. -85 %.

Systemet fOr tvastegshydrolys innefattar en fOrsta reaktorenhet 10 som kOres vid ett f6rsta tryck Pi och en andra reaktorenhet 12 som k6res vid ett andra tryck P2.

Det andra trycket P2 ar hogre an det forsta trycket Pi, exempelvis kan den forsta reaktorn 10 koras vid ett tryck av cirka 13-16 bar, och den andra reaktorn 12 12 'cores vid ett tryck av cirka 35-45 bar.

Den forsta reaktorn 10 kan vara en horisontell reaktor, en vertikal reaktor eller en lutande reaktor. I denna utforingsform är reaktorn horisontell och biomassamaterialet fOrflyttas i longitudinell riktning mot en utslappsande med hjalp av exempelvis en transportskruv. Skruvhastigheten är justerbar for att Ora det mOjligt att variera en kvarhallningstid eller produktionshastighet genom reaktorn. Den forsta reaktorenheten 10 innefattar ett inlopp 24 for tillsats av anga. Vidare kan syror sasom svavelsyra, fosforsyra, saltsyra, attiksyra eller andra syror tillsattas i forfarandet.

Den forsta reaktorenheten 10 är arrangerad for att koras i ett temperaturintervall mellan 140 °C och 220 °C, lampligen over 180 °C, med en behandlingstid i ett intervall mellan 30 sekunder och 20 nninuter, lannpligen nnindre an 5 nninuter. Vidare är den forsta reaktorenheten 10 arrangerad for att koras vid ett tryck inom ett intervall av 5-20 bar, lampligen mer an 10 bar, och fOretradesvis inom ett intervall av 13-16 bar.

Den andra reaktorn 12 kan vara en horisontell reaktor, en vertikal reaktor eller en lutande reaktor. I denna utfOringsform är reaktorn horisontell och biomassamaterialet forflyttas i longitudinell riktning mot en utslappsande med hjalp av exempelvis en transportskruv. Skruvhastigheten är justerbar for att Ora det mojligt att variera en kvarhallningstid eller produktionshastighet genom reaktorn.

Ett blandningselement kan vara arrangerat for att krossa materialet och blanda det med anga. Den forsta reaktorenheten 12 innefattar ett inlopp 26 for tillsats av anga. Vidare kan syror sasom svavelsyra, fosforsyra, saltsyra, attiksyra eller andra syror tillsattas i forfarandet.

Den andra reaktorenheten är arrangerad for att koras i ett temperaturintervall mellan 225 °C och 300 °C, lampligen over 235 °C, med en behandlingstid i ett intervall mellan 10 sekunder och 10 minuter, lampligen mindre an 1 minut. Vidare är den andra reaktorenheten 12 arrangerad for att k6ras vid ett tryck inom ett intervall av 25-50 bar, lannpligen minst 30 bar, och foretradesvis morn ett intervall av 35-45 bar.

Systemet 20 enligt denna utforingsform innefattar ett arrangemang 1 enligt fig. 1 13 beskrivet i det foregaende och foljaktligen är en forsta pluggskruv 14 inkopplad till den forsta reaktorenheten 10 for att ta emot partiellt hydrolyserat material. Den forsta pluggskruven är arrangerad for att sammanpressa och transportera materialet vid minst ett bibehallet tryck Pi.

Enligt specifika utforingsformer av foreliggande uppfinning tomnner pluggskruven 14 ut materialet, och filtratet -Iran skruvmataren kan OverfOras till en varmevaxlare (ej visad) innan det tillvaratas for vidare bearbetning.

Systemet 20 innefattar vidare en spadningsanordning 16 inkopplad for att ta emot material fran den forsta pluggskruven 14. Spadningsanordningen 16 innefattar ett vatskeinlopp 17 for att ta emot vatska for att tvatta materialet, varvid spadningsanordningen 16 är arrangerad for att bibehalla eller oka trycket. En andra pluggskruv 18 är inkopplad for att ta emot det spadda materialet och är arrangerad for att sammanpressa och transportera materialet till den andra reaktorenheten 12. Den andra skruvmataren 18 är arrangerad for att koras vid ett bibehallet eller okat tryck, dvs. vid trycket i spadningsanordningen 16 eller vid ett hOgre tryck.

Enligt utfOringsformer av systemet är en pluggbrytningsanordning 25 inkopplad mellan den f6rsta och den andra reaktorenheten, 10 och 12 (se fig. 6). Enligt en lamplig utforingsform är pluggbrytningsanordningen 25 inkopplad mellan den andra pluggskruven 14 och den andra reaktorenheten 12 f6r att krossa proppen och sonderdela biomassamaterialet innan det gar in i den andra reaktorenheten 12. Darigenom är det mojligt att kora den andra reaktorenheten 12 vid hoga temperaturer och med korta behandlingstider. Enligt utforingsformer av foreliggande uppfinning innefattar pluggbrytningsanordningen en roterbar pluggbrytningskomponent sasom en roterande skiva.

I fig. 3 är ett diagram som askadliggor trycket i enheterna eller anordningarna i ett arrangemang eller ett system enligt utforingsformer av fOreliggande uppfinning visat. Som synes är drifttrycket i den forsta reaktorenheten 10 P1, trycket bibehalles under transporten i den forsta pluggskruven 14 och i spadningsanordningen 16. Trycket okas darefter till P2 vid ingangen till den andra reaktorenheten 12 fran den andra pluggskruven 18. Det bOr emellertid betonas att denna tryckkurva är given sasom exempel och att andra utf6ringsformer av systemet enligt 14 foreliggande uppfinning kan uppvisa andra tryckkurvor sasonn askadliggjort i fig. 4 och 5.

I fig. 4 är ett diagram som askadliggor trycket i enheterna eller anordningarna i ett arrangemang eller ett system enligt utfOringsformer av fOreliggande uppfinning visat. Som synes är drifttrycket i den forsta reaktorenheten 10 P1, trycket bibehal- les i den fOrsta pluggskruven 14 och okas i eller vid ingangen till spadningsanordningen 16 Than P1 till Ppm. Trycket okas darefter ytterligare till P2 vid ingangen till den andra reaktorenheten 12 fran den andra pluggskruven 18.

I fig. 5 är ett diagram som askadliggor trycket i enheterna eller anordningarna i ett arrangemang eller ett system enligt utf6ringsformer av foreliggande uppfinning visat. Denna utforingsfornn beskrives mer i detalj i det foljande med hanvisning till fig. 7. Sonn synes i fig. 5 ar drifttrycket i den forsta reaktorenheten IOP1, trycket okas i spadningsanordningen 16 till Ppm och okas ytterligare i den tredje pluggskruven 130 Than PPM till PpsF3. Trycket bibehalles vid PPSF3 under transport- en i den tredje pluggskruven 130 och okas slutligen till P2 vid ingangen till den andra reaktorenheten 12.

Med hanvisning nu till fig. 6 beskrives ett system 100 fOr behandling av lignocellulosahaltigt material i ett hydrolysforfarande van i foreliggande uppfinning kan vara implementerad. I detta sasonn exempel givna system är en forberedande ang- fling det f6rsta steget och slutsteget är en slurry av fullstandigt hydrolyserad biomassa. Salunda tas biomassamaterialet emot i systemet i ett steg 102 med forberedande angning. Karlet for fOrberedande angning fungerar sasom en buffed fOr biomassan och tillhandahaller exempelvis en kvarhallningstid pa 10 minuter.

Efter karlet fOr forberedande angning foljer en matningsenhet sasom en pluggskruv 104. Allt eftersom biomassan forflyttas framat genom pluggskruven 104, sammanpressas biomassan och avvattnas. Det sammanpressade materialet bildar en fast propp som fungerar sasom en trycktatning.

Biomassamaterialet matas darefter till ett system for tvastegshydrolys enligt foreliggande uppfinning, dvs. biomassamaterialet matas till en forsta reaktor- enhet 10.

Efter den forsta reaktorenheten 10 matas biomassamaterialet vidare till ett arrangemang 1 enligt foreliggande uppfinning, dvs. biomassamaterialet matas till en forsta pluggskruv 14 kir sammanpressning och avvattning.

En pluggbrytningsanordning 25 kan vara inkopplad mellan den forsta och den andra reaktorenheten 10, 12. Enligt en lamplig utfOringsform är pluggbrytnings- anordningen 25 inkopplad mellan den andra pluggskruven 18 och den andra reaktorenheten 12 for att krossa proppen och tillhandahalla en trycktatning om proppen gar forlorad. Genom att man krossar materialet kommer materialet att ha mindre partikelstorlek nar det gar in i den andra reaktorenheten 12 och det är darigenom mojligt att kora den andra reaktorenheten 12 vid hoga temperaturer och med korta behandlingstider. Det är aven mojligt att tillsatta anga och/eller syra till biomassan.

Ett spadningskarl 16 är arrangerat for att ta emot det sammanpressade och avvattnade biomassamaterialet. I utforingsformer av foreliggande uppfinning okas trycket i spadningskarlet 16 innan biomassamaterialet overfores till den andra pluggskruven 18. Spadningskarlet är arrangerat fOr att blanda spadningsvatten och anga med biomassamaterialet. Spadningsvattnet tillsattes fOr att ytterligare tvatta och bortskaffa hemicellulosasocker Man biomassan medelst avvattning/uttomning fOre behandling i den andra reaktorenheten 12. Det är aven mOjligt att tillsatta anga och/eller syra till biomassan i spadningsanordningen 16.

I den andra pluggskruven 18, som är trycksatt, avvattnas och sammanpressas biomassamaterialet innan det matas till den andra reaktorenheten 12. Lampligen tillfores filtratet fran bade den forsta och den andra pluggskruven, 14 och 18, vilket filtrat är rikt pa hemicellulosasocker, till en varmevaxlare (ej visad) innan det tillvaratas for vidare bearbetning.

Efter den andra reaktorenheten 12 overfores det bearbetade biomassamaterialet till en angavskiljare 106. Angavskiljaren 106 kan vara en cyklon van i angan och biomassamaterialet, eller hydrolysslurryn, fran den andra reaktorenheten 12 gar in i karlet tangentiellt langs vaggen. Biomassannaterialet faller langs vaggen i riktning mot bottnen och anga avskiljes medelst flashning och ror sig uppat.

Trycket i 'cadet regleras med en reglerventil pa angutloppet. Det avskilda materialet utslappes genom bottnen via en utblasningsventil. Angan kan tillvara- 16 tas och anvandas i steget 102 med forberedande aligning. I en utforingsform innefattar angavskiljaren ett karl innefattande en avskiljande del eller ett avskiljande avsnitt arrangerade med minst ett inlopp for att ta emot biomassamaterial blandat med anga och minst ett reglerutlopp for utslappande av angan. Den inkommande strom men av biomassa och anga gar in i det avskiljande avsnittet tangentiellt i den ovre delen. Tryckcyklonen kan k6ras vid ett tryck av 3-50 bar och vid en temperatur av 130-26°C. Ett avsnitt for tillvaratagande av biomassa är arrangerat for att fyllas atminstone partiellt med vatska under drift och är arrangerat for att ta emot biomassamaterialet efter avskiljande Iran anga. Av- snittet for tillvaratagande av biomassa är arrangerat vid en undre del av holjet och lampligen under det avskiljande avsnittet. Vatskenivan fungerar som ett trycklas mellan karlet och utslappet, vilket mojliggor trycksattning av karlet. En omrorare anvands for att blanda in biomassamaterialet i vatskan. Minst en reglerventil och/eller en reglerventil f6r vatsketillsats kan anvandas for att reglera nivan av vatskan i avsnittet for tillvaratagande av biomassa for att astadkomma tryck- laset. Ventilerna samarbetar tillsammans med en angreglerventil for att astad- komma ett justerbart angtryck i det inre av avsnittet for avskiljande av anga.

Efter spadning tillvaratas utmatningen av biomassamaterial fran angavskiljaren 106 i en utblasningstank 108 som fungerar som en buffert mellan reaktordelen i forfarandet och de foljande stegen f6r avskiljande och tvattning. Den fasta ater- stoden, som framst innehaller lignin, kan exempelvis overforas till ytterligare raffinering eller anvandas f6r att producera branslepellets.

I fig. 7 är foreliggande uppfinning implementerad i ett system f6r tvastegshydrolys van i arrangemanget for matning och avvattning av partiellt hydrolyserat bio- massamaterial är arrangerat for att ta emot det partiellt hydrolyserade bio- massamaterialet vid ett forsta tryck P1 och avlamna det avvattnade biomassamaterialet senare i systemet dar biomassamaterialet behandlas vid ett hogre tryck P2. Exempelvis, sasom beskrives med hanvisning till fig. 2, kan arrangennanget vara arrangerat mellan en forsta reaktorenhet 10 som 'cores vid ett tryck P1 och en andra reaktorenhet 12 som 'cores vid ett tryck P2, varvid det andra trycket P2 ar hogre an det forsta trycket P1, exempelvis '

Claims (25)

Patentkrav

1. Arrangemang (1) for matning och tvattning av lignocellulosahaltigt material i ett hydrolysfOrfarande mellan en fOrsta reaktorenhet (10) van i materialet hydrolyseras partiellt och en andra reaktorenhet (12) van i materialet hydrolyseras ytterligare, varvid den forsta reaktorenheten (10) kores vid ett forsta tryck (P1) och den andra reaktorenheten (12) kores vid ett andra tryck (P2) som är hogre an det forsta trycket (P1), vilket arrangemang innefattar: en forsta pluggskruv (14) arrangerad for att ta emot det partiellt hydrolyserade nnaterialet tan den forsta reaktorenheten (10) och arrangerad fOr att sammanpressa, avvattna och transportera materialet, varvid den forsta pluggskruven (14) ar arrangerad for att k6ras vid ett tryck (Ppsn) som är h6gre an det forsta trycket (Pi); en spadningsanordning (16) inkopplad for att ta emot material fran den forsta pluggskruven (14) och innefattande ett vatskeinlopp (17) kir att ta emot vatska for att tvatta materialet, varvid spadningsanordningen an arrangerad for att bibehalla eller aka trycket (Ppm); och en andra pluggskruv (18) arrangerad for att ta emot det spadda materialet och arrangerad for att sammanpressa, avvattna och transportera materialet till vidare bearbetning, varvid den andra pluggskruven (18) är arrangerad for att koras vid ett tryck (PpsF2) som är hogre an trycket (PpsFi) hos den forsta pluggskruven (14).

2. Arrangemang enligt patentkrav 1, varvid spadningsanordningen (16) innefattar ett spadningskarl (16) arrangerat for att Oka trycket (Ppm) Than trycket (Ppsn) i den fOrsta pluggskruven (14).

3. Arrangemang enligt patentkrav 1 eller 2, varvid spadningsanordningen (16) innefattar ett inlopp (19) for att ta emot anga, varvid det mottagna materialet blandas med anga och vatska.

4. Arrangennang enligt nagot av patentkraven 1-3, varvid den andra pluggskruven (18) an arrangerad fOr att k6ras vid ett tryck (PpsF2) av minst trycket (Ppm) i spadningsanordningen (16). 19

5. Arrangennang enligt nagot av patentkraven 1-4, varvid spadningsanordningen är arrangerad for att oka trycket (Ppm) till det andra trycket (P2).

6. Arrangemang enligt nagot av foregaende patentkrav, varvid en tredje pluggskruv (130) är arrangerad fOr att sammanpressa, avvattna och transportera materialet vidare, varvid den tredje pluggskruven (130) är arrangerad f6r att k6ras vid ett tryck (PpsF3) som är hOgre an trycket (PpsF2) hos den andra pluggskruven (18).

7. Arrangemang enligt nagot av foregaende patentkrav, varvid en pluggbrytningsanordning (25) är inkopplad till den andra pluggskruven (18).

8. Arrangennang enligt patentkrav 7, varvid pluggbrytningsanordningen (25) innefattar en roterbar pluggbrytningskomponent.

9. Arrangemang enligt nagot av foregaende patentkrav, varvid biomassamaterialet har en halt fast substans av minst 30 %, och lampligen av minst 50 %.

10. System (20) for tvastegshydrolys innefattande: en forsta reaktorenhet (10) van i ett lignocellulosahaltigt material hydrolyseras partiellt och en andra reaktorenhet (12) for ytterligare hydrolys av det partiellt hydrolyserade materialet, varvid den forsta reaktorenheten (10) 'cores vid ett forsta tryck (Pi) och den andra reaktorenheten (12) '

11. System enligt patentkrav 10, varvid spadningsanordningen (16) är arrangerad fOr att Oka trycket (Ppm) fran trycket (Ppsn) i den fOrsta pluggskruven (14).

12. System enligt patentkrav 10 eller 11, varvid spadningsanordningen (16) innefattar ett inlopp (19) for att ta emot anga, varvid det mottagna materialet blandas med anga och vatska.

13. System enligt nagot av patentkraven 10-12, varvid den andra pluggskruven (18) är arrangerad for att kOras vid ett tryck (PpsF2) av nninst trycket (Ppm) i spadningsanordningen (16).

14. System enligt nagot av patentkraven 10-13, varvid spadningsanordningen (16) är arrangerad fOr att Oka trycket (Ppm) till det andra trycket (P2).

15. System enligt nagot av patentkraven 10-14, varvid den forsta pluggskruven (14) är direkt inkopplad till den forsta reaktorenheten (10) for att ta ennot det partiellt hydrolyserade nnaterialet och är arrangerad for att sammanpressa och transportera materialet till spadningsanordningen (16); och den andra pluggskruven (18) är direkt inkopplad till spadningsanordningen (16) och är arrangerad for att sammanpressa och transportera materialet till den andra reaktorenheten (12).

16. System enligt nagot av patentkraven 10-15, varvid den forsta reaktorenheten (10) är arrangerad for att koras vid en temperatur over 180 °C.

17. System enligt nagot av patentkraven 10-16, varvid den andra reaktorenheten (12) är arrangerad for att koras vid en temperatur over 235 °C.

18. System enligt nagot av patentkraven 10-17, varvid den fOrsta reaktorenheten (10) är arrangerad for att kOras med en behandlingstid mindre an 5 minuter.

19. System enligt nagot av patentkraven 10-18, varvid den andra reaktorenheten (12) är arrangerad fOr att kOras med en behandlingstid mindre an 1 minut.

20. System enligt nagot av de foregaende patentkraven 10-19, varvid den fOrsta 21 reaktorenheten (10) innefattar en horisontell eller vertikal eller lutande reaktor.

21. System enligt nagot av de foregbende patentkraven 10-20, varvid den andra reaktorenheten (12) innefattar en horisontell eller vertikal eller lutande reaktor.

22. System enligt nagot av de foregaende patentkraven 10-21, varvid den forsta och den andra reaktorn innefattar en transportskruv med en justerbar rotationshastighet for att transportera materialet i riktning mot ett utslappsutlopp med en onskad hastighet.

23. System enligt nagot av de foregaende patentkraven 10-22, varvid en pluggbrytningsanordning (25) är inkopplad nnellan den andra pluggskruven (18) och den andra reaktorenheten (12).

24. System enligt patentkrav 23, varvid pluggbrytningsanordningen (25) innefattar en roterbar pluggbrytningskomponent.

25. System enligt nagot av de foregaende patentkraven 10-24, varvid biomassamaterialet har en halt fast substans av minst 30 %, eller lampligen minst 50%. 22 14 1 / 16 18 / 21 17 19