用于将木材颗粒送入浸渍的布置的制作方法

1.本发明涉及在工业规模下将生物质转化为化学生物制品的一般技术领域。特别是本发明涉及预处理木材颗粒和在不同的预处理阶段之间移动它们的技术。


背景技术：

2.生物质基化学品的生产可以使用例如木材颗粒作为主要原料。在生物质转化为糖的工序中，木材颗粒可能要经过各种预处理，如清洗、用水和/或其他液体浸渍、和加热，以便为该工序的在后阶段做准备。
3.预处理工序可能包括将木材颗粒浸泡在蒸汽或热水中，而后将其浸泡在稀酸中，随后将经过稀酸浸渍的木材颗粒带入半水解反应器，其中蒸汽爆破反应将颗粒打碎为反应产物，如纤维素、半纤维素(所谓的c5糖)和木质素。机械传送装置，诸如螺旋式给料机在预处理工序的各个阶段之间传送经过浸渍的木材颗粒。
4.螺旋给料器是压缩传送器的示例，压缩传送器向所传输的材料施加挤压力。当材料的液体含量需要受到影响时这是有用的特性。当材料通过螺旋式给料器时，它被压缩，去除一些先前吸收的液体，并造成一些至少是部分地弹性的压缩变形。当被压缩的材料从螺旋给料器中释放出来，该弹性变形会放松，使其轻松吸收新的浸渍液体(如果有的话)。
5.不仅是实际的预处理阶段，还有在此工序中将木材颗粒向前移动的阶段之间的输送方案，都对该工序如何工作有影响，所以必须对其进行相应的设计和设置尺寸。


技术实现要素：

6.根据第一方面，提供了一种用于将木材颗粒送入木材处理工序的浸渍阶段的布置。该装置包括给料仓、用于将木材颗粒接收到所述浸渍阶段的至少一个浸渍容器，以及在所述给料仓和所述至少一个浸渍容器之间的两个或更多个传送器。传送器用于将木材颗粒从所述给料仓传送到所述至少一个浸渍容器。所述传送器各为压缩传送器，用于在木材颗粒通过相应的传送器时对其施加压力。
7.根据第二方面，提供了一种用于将木材颗粒从给料仓送入木材处理工序的浸渍阶段的方法。该方法包括使用至少两个压缩传送器将木材颗粒传送到用于所述浸渍阶段的至少一个浸渍容器中，压缩传送器在木材颗粒通过所述至少两个传送器的途中对其施加压力。
附图说明
8.附图提供对所描述的实施例的进一步理解并且构成本说明书的一部分，示出了各种有利特征和它们的结合的示例。在附图中：
9.图1示出了一般水平的化学精炼工序，
10.图2示出了预处理中工序阶段的示例，
11.图3示出了工序阶段和设备的示例，
12.图4示出了工序阶段和设备的另外的示例，
13.图5示出了工序阶段和设备的另外的示例，以及
14.图6示出了工序阶段和设备的另外的示例。
具体实施方式
15.本说明和所附权利要求书中使用了诸如第一、第二、第三等数字性属性，目的是为概念赋予明确的名称。除非另有明确说明，否则它们并不指任何特定的顺序。
16.在本说明书的上下文中，术语木材颗粒是指主要通过切割或削切较大的木块形成的木块组成的材料，该较大的木块诸如树木、树枝、伐木残留物、树桩、树根和木材废料。木材颗粒的尺寸可以从几毫米到几厘米宽度范围不等，所以这里所指的木材颗粒通常比锯末这个术语所指的更大。用于制造木材颗粒的木材可以是去皮的，也可以主要包含树皮。对于木材制糖工序来说，优选的原材料是阔叶木，因为其内在含糖量比较高，但也不排除使用其他种类的木材。术语木材屑、木屑、或仅仅是屑，可以用来表示与木材颗粒相同的东西。由于简短，屑这个术语在附图中被使用。
17.图1示意性地说明了在由于处理木材颗粒的方法和布置中，木材颗粒可以进行预处理，其示意性地示出为101。预处理101的目的是通过去除一些不需要的杂质、补偿材料特性的一些自然波动、以及分解木材材料的自然结构，使进入的木材颗粒在加工工序中得到有效利用。半纤维素(c5糖)可以从预处理101中收集，而纤维素(或木质素
‑
纤维素材料)可以进一步进入水解102来生产所需种类的碳水化合物。
18.图2示出了产品流经各种阶段的示例，这些阶段都属于图1的预处理101。清洗201用水完成，去除一些主要无机杂质，诸如沙子。经过清洗的木材颗粒被带往蒸汽处理202，其目的是去除木材颗粒内部的空气，并将其预热到升高的温度。经过蒸汽处理的木材颗粒被带往稀酸处理203，以使用稀酸溶液浸渍这些木材颗粒。稀酸处理203的目的是使稀酸溶液尽可能均匀地渗透到木材颗粒中。
19.经过酸浸的木材颗粒被带往半水解(图2中没有单独显示)，在那里其处于高压和高温状态下。在半水解的输出端，木材颗粒经历蒸汽爆破204，这打破了其结构。来自蒸汽爆破204的输出流经过蒸汽分离(未单独显示)行进到混合205，在此加水并且所产生的物质被机械均质化以打破附聚物。然后，固体和液体可以在206处分离，以便送入之后的工序阶段。
20.已经发现，在商业上可行的预处理工序中，使用已知的塞式螺旋给料器将木材颗粒送入浸渍阶段，可能会导致浸渍效果不理想。这是重要的发现，因为木材颗粒中稀酸溶液的均匀吸收是高度期望的：这会影响到工序中之后的产品的质量。商业可行的木材制糖工序的流速相对大，这意味着假设木材颗粒在浸渍容器401中的时间超过几分钟是不可行的。以更长的时间为目标意味着浸渍容器401需要比实际建造的更大。然而，仅仅几分钟处于酸性溶液的作用下，木材颗粒可能还没有被完全渗透，或者至少木材颗粒内部的酸液空间分布并不完全均匀。如果进入浸渍阶段的木材颗粒不处于吸收稀酸溶液的最佳条件(形状、尺寸、未去皮原料中的树皮量、不够压缩)，这个问题就会更严重。
21.商业上可用的塞式螺旋给料器的压缩比在1.5和6之间，而且对于更大的设备和更大的材料流，压缩比趋于变得更低。这是导致这一问题的根本原因，即在商业上可行的工业规模的工序中，在浸渍阶段之前，在压缩容器中对木材颗粒所做的工作对于有效的浸渍可
能不足。
22.人们已知，通过在预蒸仓和浸渍容器之间使用两个或更多的传送器，可以实现更有效的压缩，并因此获得更好的用于浸渍的木材颗粒的初始条件。这样一来，单独的传送器对每个木材颗粒的压缩功就会变大。
23.图3示意性地示出了在木材处理工序中用于预处理木材颗粒的布置的一部分。作为其一部分，有用于将木材颗粒送入木材处理工序的浸渍阶段的布置。该布置包括给料仓，在图3的实施例中为预蒸仓301，用于用蒸汽处理木材颗粒。该布置包括浸渍容器305，用于在此处讨论的浸渍阶段中接收木材颗粒。浸渍容器305包括输入口，用于输入酸的稀溶液，诸如硫酸，将接收的木材颗粒浸泡在所述的稀酸溶液中，以便为它们在工序下游的反应器307中的半水解和蒸汽爆破做准备。可用于所述浸渍的其他酸包括但不限于硝酸、磷酸、乳酸、乙酸、甲酸和碳酸。
24.该布置包括两个或更多个位于预蒸仓301和浸渍容器305之间的传送器302、303和304，用于将木材颗粒从预蒸仓301输送到浸渍容器305。这些传送器各是压缩传送器，用于在木材颗粒通过相应的传送器时对其施加压力。
25.关于给料仓，在图3中是预蒸仓301，其用于预蒸，不是必要的需求。正如上文参照图2所描述的，预蒸的有利效果包括去除木材颗粒内部的空气和预加热。这些或相关的效果可以通过施加蒸汽以外的方式实现；例如，可以使用各种真空和微波相关技术。如果该仓是预蒸仓，其中使用的蒸汽可以是纯水蒸汽，也可以含有添加剂，诸如一些酸，以加强所需的效果。传送器302至304从料仓给料具有有利的效果，因为通过使用料仓来给料和通过保持料仓内物料的表面高度足够高，就很容易实现塞式螺旋送料器的强制送料螺杆(为压缩传动器的示例)所输送的材料的稳定的操作和恒定效果。
26.商业可行的木材制糖工序采用的流速相对大，假设木材颗粒在浸渍容器305中的时间超过几分钟是不可行的。以更长的时间为目标意味着浸渍容器305需要比实际建造的更大。然而，在酸性溶液的影响下仅几分钟后，酸可能没有完全渗透到木材颗粒，或者至少酸在木材颗粒中的空间分布可能不完全均匀。人们已知，提供浸泡仓作为临时仓库是很有利的，在该临时仓库中，酸在木材颗粒内部有均衡其空间分布的时间。在图3的示意图中，浸泡仓出现在块306。在浸泡仓502中的停留时间可以是几十分钟的量级。在一实施例中，在浸泡仓502中的停留时间不超过60分钟。在另一优选实施例中，在浸泡仓502中的停留时间不超过30分钟。
27.在图3的布置中，两个或更多的传动器平行运行。也就是说，两个或更多的传送器302至304中的每个都包括相应的传送器输入端和相应的传送器输出端，并且传送器输入与预蒸仓301并联，以接收来自预蒸仓301的木材颗粒的相应组成流。只有一个共同的浸渍容器305，它与至少两个(此处：所有的)传送器输出端相联接，用于接收至少两个(此处：所有的)组成流。
28.假设有一定的总材料流通过该工序，n个平行的压缩传送器(n＝2，3，......)中的每个都要输送总材料流的1/n分量。总的来说，单独的压缩传动器的n倍工作量是形成在材料流上。这就保证了在浸渍容器305中的浸渍阶段起始处，比起只用压缩传送器来输送，木材颗粒的调节更加彻底。
29.图4展示了与图3类似的实施例，但在给料仓(预蒸仓301)和的传送器输入端之间
提供了分隔器401，用于将给料仓的木材颗粒分成组成流。在图3中假设传动器的输入端只是安装在预蒸仓301的底部。分隔器401可以是静态的、机械的分隔器，如机械地将木材颗粒从预蒸仓301引导到传送器输入端的楔形障碍。附加地或者替代地，可以包括其自身的传送器，如双螺旋给料器，其从中间的料仓接收木材颗粒流，并呈现出朝向其两端的相对旋向的螺旋线。
30.图5示出了其中压缩传送器串联运行的实施例。也就是说，两个或更多个传送器501至503中的每个都包括相应的传送器输入端和相应的传送器输出端，其中只有第一传送器501的传送器输入端联接到给料仓(预蒸仓301)，用于接收来自给料仓的木材颗粒。第一传送器501的传送器输出端联接到第二传送器502的传送器输入端，用于将木材颗粒从给料仓依次通过所述第一传送器501和第二传送器502输送到浸渍阶段。图5示意性地示出了有两个以上串联的压缩传送器的可能性(见图5中的块503)。
31.在一实施例中，两个或更多的压缩转换器串联运行，为了充分实现施加在木材颗粒上的双重压缩的有利效果，压缩阶段应该足够直接地相互跟随，其间的延迟最小，使得在先压缩中实现的机械变形在紧接的压缩之前不会放松太多。因此，在前的传送器的传送器输出端直接联接到紧接传送器的传送器输入端，其间几乎没有或没有间歇的装置。
32.图6示出了其他与图3或图4类似的实施例(分隔器401是可选的)，但存在单独的浸渍容器联接到至少两个压缩传送器302至304。也就是说，第一浸渍容器601联接到第一传送器302的传送器输出端，以接收第一组成流，第二浸渍容器602联接到第二传送器303的传送器输出端，以接收第二组成流。该布置包括在所述第一浸渍容器601和第二浸渍容器602之后的组合器阶段，用于将第一浸渍容器601和第二浸渍容器602的输出端结合到木材处理工序的后期阶段。在图6的示意图中，结合阶段包括在块306中。
33.当更详细地考虑该工序的一些进一步的阶段时，已经发现在浸渍阶段之前使用至少两个压缩传送器的附加的有利效果。图7示意性地示出了用于预处理木材颗粒的装置。预蒸仓701设置用于用蒸汽处理木材颗粒，即实施图2中示出为阶段202的至少部分阶段。至少有两个压缩传送器702设置用于将经过蒸汽处理的木材颗粒从预蒸仓701输送到一个或多个浸渍容器703，在该容器中实施图2的稀酸处理阶段203。在一个或多个浸渍容器703的下游，可以提供一个或多个浸泡仓704，使稀酸溶液有更多的时间进入木材颗粒的内部部分。一个或多个进一步的压缩传送器705可用于将经过酸浸渍的木材颗粒输送到反应器706中，在反应器中进行半水解反应，并在反应器的输出端进行蒸汽爆破。
34.进入反应器706的材料的干物质含量和酸含量是重要的工序参数，因为它们影响着所需的反应在反应器706中以及在其下游如何进行。反应器706是加压的，紧接在前的压缩传送器705的压缩能力可用于帮助将材料流送入反应器706。
35.现在，当在浸渍容器703之前使用了两个或更多的压缩传送器702时，稀酸溶液对木材颗粒的渗透可能比在702阶段处只使用一个压缩传送器时更彻底；材料可以被稀酸"更加湿润"。这种情况发生的程度可以通过控制包括压缩传送器702的运行来控制。为了在反应器706的输入端达到所需的干物质含量和酸含量，可以控制在后的压缩传送器的运行。由于在阶段702处使用了两个或更多的压缩传送器，因此有了最后所述的更大的控制范围，即更精确的控制可能性。
36.对于本领域的技术人员来说，显而易见的是，随着技术的进步，上述的想法可以用
各种方式实现。因此，权利要求的范围并不局限于以上所列举的例子。