TW201114913A - Multi-function continuous combined apparatus for lignocellulosic biomass pretreatment and its application process - Google Patents

Description

201114913 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種多功能連續式生質物前處理組合裝 置及其細方法’尤指涉及—種可連續操作且能廣泛應用於多 =同纖_精前處理程序’特難摘餘包含酸或驗催化 =爆裂前處理程序、二階段前處理程序、及水紐處理配合 洛汽爆裂祕難序之多魏連續式生f物前處理組合裝置。 L无刖技術】 ❿ &近年來’崎酒精已被視為—深具潛力取代石化燃料之再 生能源，由於使用穀類作物及蔗糖作為酒精之生產原料，一直 存在^與t爭糧之爭議，恐有影響糧食供需之虞，而玉米芯、 玉米桿U、稻稈及稻殼等這些纖維農業廢棄物，只有少數 =成肥料’大錄娜採掩埋或焚化村處理，非但對環境造 暂衝擊’且就資源或國土利用而言實為-大浪費。因此木 潛業廢棄物、軟木及硬木等已被視為未來最具有 及15^^維ί質原料ΐ要含有⑼〜戰之纖維素、半纖維素 生物箸方:f素’這麵維生質原料可·物理、化學與 供後，酵Γί使纖維素及半纖維素水解，進而提取單糖，以 石_ At_素於_ ’同時 菽气鮮^ U化、W驗慨等化學法及研磨、 …/谓裂雜縣與錄法，射，觀·时先溶出木質 201114913 樹嫩恤_;而該酸 半纖維Ϊ 於量產之前處财法，因其可提取 素之刹田玄糖’以提升木質纖維原料中之纖維素與半纖維 '、利用率進而提高纖維酒精之競爭力。 =㈣酒難序整體效錄決於祕理之處理效 姨生^^酉精前處理程序往往需依纖維生質原料之特性及後 Ϊ理最合適之方法。然而，現今纖維酒精前 +合Γ@疋麟雜及前處_麵行設計與建置，因 :木質纖維原料改變或於·前處理最適朗程序時，往往 ^於雜或固定程序，因而限制其應用範圍，若要開發其他 ㈣再建置—敍應設備，缺增加設備成本。 又’1用者係無法符合使用者於實際使用時可隨原料特性 求選擇最適合之前處理程序之所需，實有必 置一套可應用於多種前處理程序之多功能生質物 【發明内容】 本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之 2提供-種可連續操作且能廣泛應用於多種柯纖維酒精 刚處理程权多魏連續式生懸祕理組合震置。 本發明之次要目的係在於，提供一種不僅可應用於料 几件之開發外’亦可隨原料特性與水解發_序絲 、 合之前處理程序，進而達到降低成本及提升纖維酒 ^ 質物前處 為達以上之目的，本發明係—種多功能連續式生 201114913 理組合裝置及其應用方法，其特徵在於包括由一高壓栗進料槽 組、一壓力隔離進出料模組、一低溫螺旋輸送反應器組、一擠 壓輸送器組、一高溫螺旋輸送反應器組、一壓力釋放器組、一 閃化槽組、一蒸汽注入模組及一藥劑注入模組所構成，係將進 料、輸送、混酸或驗、高溫高壓反應、固液分離及高壓閃化之 手段結合連續操作模式應用於纖維生質原料，俾利適用於多種 生產纖維酒精前處理程序者，包含酸或鹼催化蒸汽爆裂前處理 程序、二階段前處理程序、及水熱前處理配合蒸汽爆裂前處理 程序。 【實施方式】 請參閱『第1圖〜第3圖』所示，係分別為本發明之結構 立體示賴、本發明之·連桿組之關侧—示_、及本 發明之閃化連桿組之開關作動二示意圖。如圖所示：本發明係 -種多功能連續式生質物前處理組合裝置及錢用方法，其特 徵在於包括由-高壓栗進料槽組JL、一壓力隔離進出料模組 • 2、一低溫螺旋輸送反應器組3、一擠壓輸送器組4、一高溫 2^累旋輸送反應驗5 ' -壓力釋放n組6、—閃化槽組7、一 蒸汽注入模組8及-藥劑注入模組9所構成，係將進料、輸 送、混酸或驗、高溫高壓反應、固液分離及高壓閃化之手段結 合連續操作模式應用於纖維生質原料，俾利適用於多種生產^ 維酒精前處理程序者。 上述高壓泵進料槽組1係用以供纖維生質原料投入。 該壓力隔離進出料模組2係包含第-壓力隔離進出料組 2 1及第—壓力隔離進出料組2 2，其中該第—壓力隔離進出 201114913 料組21係連接該高壓泵進料槽組1與該低溫螺旋輸送反鹿 器組3，而該第二壓力隔離進出料組2 2係連接該擠壓輸送 組4與該高溫螺旋輸送反應器組5，用以將該纖維生質原料由 常壓輸送至高壓。 、μ 該低溫螺旋輸送反應器組3係具備連續式之螺旋輸送器 葉片，配合外加注入之酸或鹼藥劑及飽和蒸汽加熱進行蒸煮' 俾使該纖維生質原料與酸或鹼混合及低溫低壓反應後輸送至 該擠壓輸送器組4。

該擠壓輸送器組4係用以在高溫高壓環境下對含 生質原舰行賴擠舰相齡離歸，俾以取得含有= 物料有㈣質之液體，而分離後之麟生質原酬經該第二壓 力隔離進㈣組2 2輸送至該高溫職輸送反應器組5。 *該高溫螺旋輸送反應驗5係具備連續式之螺旋輸送器 葉片，配合外加注人之酸或驗藥劑及飽和?4汽加熱進行基者°， 俾使該纖社㈣料無或麟合及高溫縫輸送 該麗力釋放器組6。 職廷主 該塵力釋放脸6係連接於該高溫螺旋輸送反應器组5 航爆裂，俾使該纖·f婦隨之迸流出 關彳雜社質原料 具有-閃化連敎7 i，由_錢桿 ;里: 組6連接’且該閃化連桿組?1 器厂= 端=r:u，於該_組7内-通 一常關7 1 2。當該纖維生質祕送 在既定時__料喊，紐動 201114913 該常閉閥7 1 2，其令，兮當, 0广 推動一連桿舰71: °亥吊閉閥7 12係以-氣壓缸7 13 時，腎心歹〜弓4控__動，當該氣獻71 3收縮 Η^ Γ 1 2閥門之連桿侧，此閥門將關差瞬 俾使賴輕細猶杨細卩彻組7 間化動作完賴差消除後，該常_ 7 i 2 _將自動回復原 立由δ亥祕缸7 1 3伸長將連桿堡緊閥門，並由該常閉閥7 12閥門上具有之〇型環作密封動作。

…該Hi人触8倾絲溫螺赌送反應器組3及該 问’皿螺旋輸送反應驗5管路連通’用以供蒸汽注人於其内。 一该藥劑注人模㈣係與該低溫職輸送反應器組3及該 高溫螺旋輸敍應H邮管路連通，_供酸紐藥劑注入於 其内。以上所述，係構成—全新之多魏連續式生質物前處理 組合裝置。 本發明之主要目的係在於可連續操作，並應用於多種生產 纖維酒精前處理程序，包含酸或鹼催化蒸汽爆裂前處理程序、 二階段前處理程序、及水熱前處理配合蒸汽爆裂前處理程序， 其中s玄一階段剛處理程序係於溫和條件下先提取半纖維素中 之木糖水解液後’其固渣在經激烈條件下處理後再進行蒸汽爆 裂，藉以破壞纖維生質原料結構，俾利提升後續酵素水解效率 者。當運用時，所適用之纖維生質原料係可選自稻稈（Rice Straw )、嚴渔（Bagasse )、芒草（Silvergrass )、狼尾草 (Napiergrass )、柳枝稷（Switchgrass )、玉米稈（Com stover )、 木材（Wood)、竹子（Bamboo)及海藻（Algae)等纖維生質 原料。於一較佳實施例中，本發明係以上述酸或鹼催化蒸汽爆 裂前處理程序、及二階段前處理程序為例說明應用之情形。 201114913 明參閱『苐4圖』所示，係本發明應 爆裂前處理程岸$、，4 “ 驗催化蒸η 中，俘本於明座田桃王不忍圖。如圖所不：於一較佳實施例 二=本㈣翻於酸或鹼·蒸汽前處理程料，其至 y匕含進料、預熱軟化、固液 、 二及_閃化核理步驟。首先，係將纖維生質原料 、，科槽組1施以連續進料操作，經第—動隔離進出料组u =，溫_輸送反應験3内後，由蒸汽注人模組8注入低

敎1 空制溫度約.80〜100〇c之間反應20〜30分鐘進行預 .'、、t、’轉壓輸送11組4把多餘7]c份移除後，再經第二壓 f，離進出/料組2 2輸送至高溫螺旋輸送反應器組5内，由該 洛〜主入她8注人高壓蒸汽，控制溫度約⑽〜聊c之間 反應5〜10分鐘，合由藥敝人模組9注人定量酸或驗使 該^維生質物料進行水解反應；最後，送至壓力釋放器組6進 订洛汽爆裂’使該纖維生質物料隨之迸流出至閃化槽組7内， 即為則處理產物。 °月參閱『第5圖』所示，係本發明應用於二階段前處理程 序之流程示意圖。如騎示：於另―較佳實關中，係本發明 應用於二階段前處理程序中，其至少包含進料、添加稀酸進行 水解反應、固液分離提取木糖水解液、固渣高溫處理及爆裂閃 化等處理步驟。首先，係將纖維生質原料由高壓泵進料槽組工 施以連續進料操作，經第一壓力隔離進出料組2 1送入低溫螺 旋輸送反應器組3内後，由蒸汽注入模組8注入低壓蒸汽，控 制溫度約130〜160。(：之間反應10〜30分鐘，配合由藥劑注入 模組9注入濃度介於1〜3% (W/W)之間之定量稀酸，使該纖 維生質物料進行酸解反應’並經擠壓輸送器組4把所得水解液 201114913 壓前處理液體產物。繼之，再經第二 進出料組22輸送至高溫螺旋輸送反應器組5内，由 8注人高壓蒸汽，控制溫度約⑽〜2就之 i最後’送至壓力釋放器組6進行蒸汽爆 理固=維生質物料隨之迸流出至閃化槽組7内，^

纖維’本發_可連續操作城歧朗於多種不同 處理程序之多魏連續式生質物前處理組合裝 解發龄1應用於料源多元件之·外，亦可隨補特性與水 提升^摘懸適合之前_序，躺達断低成本及 k升纖維酒精之競爭力。 綜上所述’本發鴨—種多魏_式生_前處理組合 ▲ ’、應用方法’可有效改善習用之種種缺點，係可連續操 ^且能廣泛翻於多種不_箱精前處理程序之多功能連 續式生質物前處理组合裝置，不僅可應用於料源多元件之開發 夕^亦可隨麵特性與水解發_序需求選擇最適合之前處理 私序以達到降低成本及提升纖維酒精之競爭力，進而使本發 明之產生缺進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合 發明專利申請之要件，纽法提出專利申請。 准、上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以 此限疋本發明實施之範圍；故，凡依本發财請專利範圍及發 明說明書Θ容所作之解的等效變倾修飾，t應仍屬本發明 專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 201114913 第1圖，係本發明之結構立體示意圖。 第2圖，係本發明之閃化連桿組之開關作動一乔意圖。 第3圖，係本發明之閃化連桿組之開關作動二示意圖。 第4圖，係本發明應用於酸或驗催化蒸汽爆裂前處理程序 之流程示意圖。 4 第5圖’係本發明應用於二階段前處理程序之流程示意 圖。 ^ 【主要元件符號說明】 •高壓泵進料槽組1 壓力隔離進出料模組2 第一壓力隔離進出料組21 第二壓力隔離進出料組2 2 低溫螺旋輸送反應器組3 擠壓輸送器組4 高溫螺旋輸送反應器組5 • 壓力釋放器組6 閃化槽組7 閃化連桿組71 常開閥71 1 常閉閥712 氣壓紅713 連桿機構714 蒸汽注入模組8 藥劑注入模組9

Claims (1)

1. 201114913 七、申請專利範圍： 1 · 一 ^功能連續式生質物祕驰合裝置，其特徵在於包括 ==泵進料槽組、―®力隔離進出料模組、—低溫職 輪^餘組一擠壓輸送器組、—高溫螺旋輸送反應器組、 一壓力釋放m视敎一蒸妓人模缺-華劑注 =_構成’係將鱗、輸送、鱗麵、高溫高壓反應、 刀離及两類化之手段結合連續操作模式翻於纖維生 質原料’俾利翻於録生產纖_精前處理程序者

   酸^驗催化航前處輝序、二階段前處理程序、及水 熱刖處理配合蒸汽爆裂前處理程序，其中： 該高壓泵進料槽組係用以供纖維生質原料投入； >該動隔離進㈣模組係包含第—壓力^進出料组及 弟二壓力隔離進出料組，其中該第—壓力隔離進出料植係連 接該高銳進料槽組與該低溫螺旋輸送反應驗，而該第二 壓力，離進㈣_連接贿壓輸送器組與該高溫螺=輸: 反應器組，用以將該纖維生質原料由常壓輸送至高壓. 該低溫螺旋輸送反應H組係具備連續式之螺旋輸送器葉 片，配合外加注入之酸或鹼藥劑及飽和蒸汽加熱進行基煮'，、 俾使該纖維生質職與酸級混合及低溫低壓反 該擠壓輸送n組； 該雛輸送器組係用以在高溫高廢環境下對含水 質原料進行連續漏脫水隨分離料，俾以取得含敏 物料有職質之液體，而分離後之纖維生質原料則經該第： 壓力隔離進出料組輸送至該高溫螺旋輸送反應器組； ~ 該高溫螺旋輸送反應n組係具備連續式之螺旋輸送器葉 12 3 201114913 片，配合外加注入之酸或鹼藥劑及飽和蒸汽加熱進行蒸煮， 俾使該纖維生質原料與酸或鹼混合及高溫高壓反應後輸送至 該壓力釋放器組； 該屋力釋放n _連接於該高溫職輸送反應器組之出 口 ’用以進行&汽縣，俾使該纖維生㈣醜之迸流出至 該閃化槽組； β該間化槽組係具有-閃化連桿组，由該閃化連桿組與該 壓力釋放H組連接，且_化連桿組於該壓力釋放器組内一 通道端係具有-常’，於糊化槽_—通道端則具 =閉閥、係以-氣虔峰動—連桿機構控制開關作 動，用以對該纖維生質原料進行閃化處理； 該秦汽注入模組係與該低溫螺旋 螺旋輸奴應器組管路連通，用以供蒸汽注入於;内⑽ 螺旋模組係與該低溫螺旋輪送反應器組及該高溫 内^及、 官路連通’用以供酸或驗藥劑注入於其 時間内經讀^力釋放器组，在既定 當該氣壓虹收缩時，該常開闊即啟動該常閉闕， 將關差瞬Η舶1_之連桿·，此閥門 槽組，原机之呀流至該閃化 .依據將連縣緊闕門。 f申4利項所述之 組合褒置，射，t_n㈣物前處理 作密封動作。 ]健有—0 _，用以供 13 S] 2 201114913 3·依據申請專利範圍第1項所述之多功能連續式生質物前處理 組合裝置，其中，該纖維生質原料係選自稻稃（RiceS贫aw)、 蔗渣（Bagasse)、芒草（Silvergrass)、狼尾草（Napiergmss)、 柳枝稷（Switchgrass )、玉米桿（Com stover )、木材（Wood)、 竹子（Bamboo)及海藻（Algae)。 4·依據申請專利範圍第1項所述之多功能連續式生質物前處理 組合裝置，其中，該酸或鹼催化蒸汽爆裂前處理程序係至少 包含下列步驟： φ (A 1)進料； (B1)預熱軟化； (C1)固液分離移除水份； - (D1)添加藥劑進行反應；以及 (E1)爆裂閃化。 5·依據申靖專利範圍第4項所述之多功能連續式生質物前處理 組合裝置，其中，該步驟（A ；[)係為連續進料操作。 6 ·依據申請專利範圍第4項所述之多功能連續式生質物前處理 • 級合裝置，其中，該步驟（B1)預熱軟化反應溫度係介於 80〜100oC之間。 7 .依據ΐ請專概圍第4項所述之多魏連續式生質物前處理 組合裝置，其巾，該倾（Β 1 )雜軟化反麟間係介於 20〜30分鐘之間。 8 ·依射請專利範圍第4項所述之多功能連續式生質物前處理 組合裝置’射，該步驟（D丄添加藥劑進行反應溫度係 介於180〜200oC之間。 9·依據申請專利範圍第4項所述之多功能連續式生質物前處理 201114913 農置’其中’該步驟（D丄）添加藥劑進行反應時間 ;丨於5〜10分鐘之間。 1〇王，據申睛專利範圍第i項所述之多功能連續式生質物前處 ^、、且二裝置，其中，該二階段前處理程序係於溫和條件下先 :取半纖維素中之木糖水解液後，其_在經激烈條件下處 理後再進行蒸汽爆裂，藉以破壞纖維生質原料結構，俾利提 升後續酵素水解效率者，其至少包含下列步驟： (A 2)進料； (B 2)添加稀酸進行水解反應； (C 2)固液分離提取木糖水解液； (D2)固渣高溫處理；以及 (E 2)爆裂閃化。 1 1依據申凊專利範圍第丄〇項所述之多功能連續式生質物前 處理組合裝置，其中，該步驟（A 2)係為連續進料操作。 1 2 ·依射請專利_第丄◦項所述之多功能連續式生質物前 處理組合裝置，其巾’該步驟（B 2 )添加稀舰行水解反 應’其稀酸濃度係介於1〜3% (w/w)之間。 13 ·依據f請專利範圍第丄Q項所述之多功能連續式生質物前 處理組合裝置’其中，該物（B 2 )添加賊進行水解反 應溫度係介於130〜160oC之間。 1 4 ·依射請專利範圍第χ ◦項所述之多功能連續式生質物前 處理組合裝置’其中，紗驟（B 2 )添加職進行水解反 應時間係介於10〜30分鐘之間。 1 5 .依射請專利範圍第i Q項所述之多功能連續式生質物前 處理組合裝置，射，該麵（D 2 )贿高溫處理反應溫 201114913 度係介於180〜220°C之間。 16·依據申請專利範圍第10項所述之多功能連續式生質物前 處理組合裝置，其中，該步驟（D 2 )固渣高溫處理反應時 間係介於5〜20分鐘之間。