構造成用于高產量生物質處理的消解單元制造技術

本發明專利技術公開了一種用于處理纖維素生物質的消解單元，該消解單元包括：室，所述室的高度大于其寬度，所述室具有適于引入固體的開口并且所述開口位于室高度的上20％內；一根或多根第一流體導管，其在室高度的下20％內連接到所述室，所述第一流體導管中的至少一根延伸到所述室內并且位于所述室的底部上方；一根或多根第二流體導管，其在室高度的上20％內連接到所述室，所述第一流體導管中的至少一根流體連接到所述第二流體導管中的至少一根；多孔介質，所述多孔介質在室高度的下20％內位于所述室內；和可動壓力隔離裝置，其覆蓋所述開口；其中，所述消解單元能夠操作以保持至少30bar的壓力。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利摘要】本專利技術公開了一種用于處理纖維素生物質的消解單元，該消解單元包括：室，所述室的高度大于其寬度，所述室具有適于引入固體的開口并且所述開口位于室高度的上20％內；一根或多根第一流體導管，其在室高度的下20％內連接到所述室，所述第一流體導管中的至少一根延伸到所述室內并且位于所述室的底部上方；一根或多根第二流體導管，其在室高度的上20％內連接到所述室，所述第一流體導管中的至少一根流體連接到所述第二流體導管中的至少一根；多孔介質，所述多孔介質在室高度的下20％內位于所述室內；和可動壓力隔離裝置，其覆蓋所述開口；其中，所述消解單元能夠操作以保持至少30bar的壓力。【專利說明】構造成用于高產量生物質處理的消解單元相關申請的交叉引用本申請要求在2012年6月28日提交的美國專利申請N0.61/665，717的權益。
本公開總體涉及消解單元，并且更加具體地涉及一種構造成用于由纖維素生物質高產量生產穩定的水解產物的消解單元。
技術介紹
可以由包括生物質的天然源生產出具有商業意義的多種物質。纖維素生物質就這一點而言尤為有利，這是因為在其中發現的多種形式的大量碳水化合物用途廣泛。如在此所使用時，術語“纖維素生物質”指的是包含纖維素的活的生物材料或剛死的生物材料。在高等植物的細胞壁中發現的木質纖維素材料是世界上最大的碳水化合物源。通常由纖維素生物質生產的材料可以包括例如經由部分消解作用而生產的紙和木質紙漿以及通過發酵而生產的生物乙醇。 對于發展源自可再生能源的化石燃料替代物已經給予很大關注。在這一點上特別備受關注的是纖維素生物質，原因在于其成分的碳水化合物含量豐富且具有實用價值。盡管有成功的希望并且備受關注，但是基于生物質的燃料技術的發展和實施仍然緩慢。迄今為止，現有技術生產的燃料具有低能量密度(例如，生物乙醇)和/或不能完全與現有發動機設計和運輸基本設施相兼容(例如，甲醇、生物柴油、費舍爾-托勒普茨合成柴油、氫氣和乙醇)。用于將纖維素類生物材料處理成成分與化石燃料類似的燃料混合物的節能其成本有效益的處理對于解決前述問題而言是非常令人期望的。 消解是一種可將纖維素生物質中的復合碳水化合物轉換成更加適于處理成燃料混合物形式的方法。具體地，消解可將纖維素生物質中的復合碳水化合物分解成包含更簡單的、可溶的碳水化合物的水解產物，所述水解產物可以通過下游重整反應而轉變成含氧有機化合物。盡管理解消解復合碳水化合物以及將簡單的碳水化合物轉換成有機化合物之后的基本化學令人聯想到那些存在于化石燃料中的基本化學，但是尚未研發出適于將纖維素生物質轉變成燃料混合物的高產量且節能的消解處理。就這一點而言，與使用消解和其它處理將纖維素生物質轉變成燃料混合物有關的最基本要求是實施轉變所需的能量輸入不應當大于產物燃料混合物的可獲得的能量輸出。而且，理想地，每單位質量纖維素生物質進料所生產的燃料混合物量應該盡可能高。 如將在下文進一步討論的那樣，與以高產、節能且、有成本效益的方式消解纖維素生物質和將水解產物轉變成燃料混合物有關的問題極其復雜。另外，這些問題與通常在造紙和木質紙漿工業中使用的消解處理中遇見的那些問題完全不同。因為在造紙和木質紙漿工業中的纖維素生物質消解的目的是保持固體材料(例如，木漿)，通常在低溫條件(例如，低于100°C)下實施不完全消解一非常短的時間段。與之相反，理想地，適于將纖維素生物質轉變成燃料混合物的消解處理被構造成通過溶解盡可能多的原始纖維素生物質來使產量最大化。 出于多種原因，經由對紙和木質紙漿消解處理進行常規修改造來生產用于在燃料混合物中使用的更大量可溶碳水化合物并不可行。僅僅通過運行造紙和木質紙漿工業的消解處理更長的時間段來生產更多的可溶碳水化合物從生產量的角度來看并不理想。使用諸如強堿、強酸或亞硫酸鹽的消解促進劑來加快消解率可增大處理成本和復雜性，這是因為存在后處理分離步驟而且可能需要將下游部件與這些試劑隔離開。由于可溶碳水化合物會在升高的消解溫度下發生熱降解，因此通過升高消解溫度來加速消解率實際上會降低產量。從能耗的觀點來看，使用更高的消解溫度可能也是不理想的。另外，在升高溫度和壓力條件下延長消解時間有時可能導致消解單元出現結構失效問題。這些困難中的任意一個均會有損源自纖維素生物質的燃料混合物的經濟可行性。 可防止水解產物內的可溶碳水化合物熱降解的一種方法是通過使得可溶碳水化合物經受催化還原反應處理，所述催化還原反應處理可以包括加氫反應和/或氫解反應。這種催化還原反應處理的產物可以易于通過下游重整反應而轉換成燃料混合物。通過引入催化還原反應處理來穩定水解產物內的可溶碳水化合物可以允許在更高的溫度下進行纖維素生物質的消解，而不會過度犧牲產量。 一種可以非常有效地穩定源自纖維素生物質的水解產物的方法是理想地在進行消解處理的同一容器中在消解處理的同時實施催化還原反應處理。在進行消解處理的同一容器中發生的催化還原反應處理在此將被稱作“就地催化還原反應處理”。除了穩定水解產物之外，實施就地催化還原反應處理從節能的角度來看也是非常可行的。具體地，纖維素生物質的消解是吸熱過程，而催化還原反應是放熱過程。因此，可以利用由催化還原反應處理產生的多余熱來驅動消解處理，由此降低進行消解所需的額外能量輸入量。因為在就地催化還原反應處理中既發生消解又發生催化還原，所以發生傳熱損失的機會極小，如果要在分離位置中執行所述催化反應處理，則可能發生傳熱損失。另外，在分離位置中實施催化還原反應處理可能增大在運輸期間發生可溶碳水化合物降解的風險。 盡管實施就地催化還原反應處理對于水解產物的穩定和節能尤為有利，但是成功實施這種聯合處理在其它方面可能仍有問題。一個可能遇到的顯著問題是消解纖維素生物質裝載物內的催化劑分布。在催化劑沒有充分分布的情況中，可能發生可溶碳水化合物的穩定無效。另外，保持消解單元內的流體流動可能是另一個顯著問題。在此提出的實施例解決了前述問題中的多個問題并且提供了相關優勢。
技術實現思路
本公開總體涉及消解單元，并且更加具體地涉及構造用于由纖維素生物質高產量生產出穩定水解產物的消解單元。 在一些實施例中，本公開提供了消解單元，所述消解單元包括:室，所述室的室高度大于室寬度，所述室具有適于引入固體的開口，所述開口位于室高度的上20%內；一根或多根第一流體導管，所述一根或多根第一流體導管在室高度的下20%內連接到室，所述第一流體導管中的至少一根延伸到室中并且位于室的底部上方；一根或多根第二流體導管，所述一根或多根第二流體導管在室高度的上20%內連接到室，所述第一流體導管中的至少一根流體連接到所述第二流體導管中的至少一根，以便建立流體循環回路；多孔介質，所述多孔介質在高度的下20%內位于室內；和可動壓力隔離裝置，所述可動壓力隔離裝置覆蓋開口 ；其中，消解單元能夠操作以保持至少30bar的壓力。 在一些實施例中，本公開提供了消解單元，所述消解單元包括:室，室高度大于室寬度，所述室具有適于引入固體的開口，所述開口位于室高度的上20%內；篩，所述篩在室高度的下20%內且位于室的底部上方處固定到室；一根或多根第一流體導管，所述一根或多根第一流體導管在篩的下方連接到室，所述第一流體導管本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種消解單元，包括：室，所述室的室高度大于室寬度，所述室具有適于引入固體的開口，所述開口位于室高度的上20％內；一根或多根第一流體導管，所述一根或多根第一流體導管在室高度的下20％內連接到所述室，所述第一流體導管中的至少一根延伸到所述室內并且被升高成位于所述室的底部上方；一根或多根第二流體導管，所述一根或多根第二流體導管在室高度的上20％內連接到所述室，所述第一流體導管中的至少一根流體連接到所述第二流體導管中的至少一根，以便建立流體循環回路；多孔介質，所述多孔介質在室高度的下20％內位于所述室內；和可動壓力隔離裝置，所述可動壓力隔離裝置覆蓋所述開口；其中，所述消解單元能夠操作以保持至少30bar的壓力。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：E·J·登頓，T·L·弗勞爾斯，G·C·科姆普林，J·B·鮑威爾，
申請(專利權)人：國際殼牌研究有限公司，
類型：發明
國別省市：荷蘭;NL