RS63096B1 - Kontinuirani proces za predobradu lignocelulozne sirovine - Google Patents
Kontinuirani proces za predobradu lignocelulozne sirovineInfo
- Publication number
- RS63096B1 RS63096B1 RS20220343A RSP20220343A RS63096B1 RS 63096 B1 RS63096 B1 RS 63096B1 RS 20220343 A RS20220343 A RS 20220343A RS P20220343 A RSP20220343 A RS P20220343A RS 63096 B1 RS63096 B1 RS 63096B1
- Authority
- RS
- Serbia
- Prior art keywords
- steam
- pressure
- reactor
- raw material
- temperature
- Prior art date
Links
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
- D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
- D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
- D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
- D21B1/30—Defibrating by other means
- D21B1/36—Explosive disintegration by sudden pressure reduction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
- Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Paper (AREA)
Description
Opis
STANJE TEHNIKE
[0001] Za pretvaranje lignocelulozne sirovine u korisna jedinjenja, kao što su biogoriva i biohemikalije, predobrada je obično potrebna da se razbije lignocelulozna struktura kako bi se povećala dostupnost ugljenih hidrata sadržanih u njoj. Predobrađena lignocelulozna sirovina može se zatim dalje obraditi, na primer, pomoću enzimske hidrolize, da bi se dobila hidrolizovana smeša koja sadrži monomerne šećere.
[0002] Tipično, mehaničke, termičke i hidrotermalne, fizičke, biološke i hemijske predobrade su korišćene.
[0003] Ekspolozija pare je dobro poznata tehnika predobrade u kojoj je lignocelulozna sirovina prvo podvrgnuta hidrotermalnoj obradi u prisustvu pare na visokoj temperaturi i pritisku, praćenoa brzim oslobađanjem pritiska pare da bi se proizvelo eksplozivno narušavanje lignocelulozne strukture. Na taj način, sirovina se ubacuje u reaktor pod pritiskom, pri čemu se pritisak obično dobija dodavanjem zasićene pare u reaktor. Para se koristi za zagrevanje sirovine do temperature procesa, idealno dostizanjem temperature koja je približna temperaturi pare. Relevantni deo pare će se dakle kondenzovati u tečnu vodu uzrokujući značajno smanjenje pritiska u reaktoru. Dovoljno pare mora se dodati u posudu reaktora da bi se postigao željeni pritisak za pulpiranje eksplozijom pare, kao što je 15 bara. Poteškoća sa ovim pristupom je u tome što zahteva veliku količinu pare za zagrevanje materiala i za njegovo efikasno eksplodiranje parom izvan posude reaktora. Potrebna velika zapremina pare je skupa u smislu potrošnje energije, posebno u slučaju kada se sirovina uvodi u posudu reaktora na niskoj temperaturi.
[0004] Dakle, prvi problem koji treba rešiti je smanjti količinu pare potrebnu u procesu eksplozije pare, dok se istovremeno postiže efikasna parna eksplozija sirovine.
[0005] Drugi problem koji treba rešiti je smanjiti količinu kondenzovane tečne vode prisutne zajedno sa sirovinom tokom eksplozije pare. Naime, kondenzovana voda, ima veću gravimetrijsku gustinu od sirovine, smanjuje efektivnost eksplozije pare i može da izazove začepljenje izduvnih vodova koji se obično koriste za sprovođenje eksplozije pare.
[0006] Prvo rešenje za smanjenje količine pare uz očuvanje efikasnisti eksplozije pare predstavljeno je u US20080277082, koji stavlja na uvid javnosti metodu i uređaj za pulpiranje eksplozije pare uključujući: impregniranje sirovinskog materijala celulozne biomase u posudi reaktora pod pritiskom; ispuštanje impregniranog sirovinskog materijala iz posude u kompresor visokog pritiska; podizanje pritiska sirovinskog materijala u kompresoru; ispuštanje sirovinskog materijala pod pritiskom iz kompresora do provodnika spojenog sa izduvnim ventilom; brzo smanjujući pritisak sirovinskog materijala pod pritiskom; brzo smanjenje pritiska sirovinskog materijala pod pritiskom dok sirovinski materijal prolazi kroz izduvni ventil, i pulpiranje sirovinskog materijala ekspanzijom fluida u sirovinskom materijalu tokom brzog smanjenja pritiska. Ispusni kompresor visokog pritiska primenjuje centrifugalnu silu kako bi se povećao pritisak struje sirovinskog materijala iz posude reaktora pod pritiskom. Centrifugalna sila primenjena na struju povećava pritisak na, na primer, najmanje 0.5-1 bara iznad pritiska unutar reaktora za pripremanje. Prvi nedostatak ponuđenog rešenja je taj da je potrebna odgovarajuća količina mehaničke energije da bi se obezbedila centrifugalna sila struji materijala za napajanje da bi se postigao dovoljno visok pritisak kako bi se obezbedila efikasna naknadna, eksplozija pare. Drugi nedostatak je taj što ulazni materijal može začepiti rotirajuće komponente kompresora. Kako je brzina rotacije velika, može doći do oštećenja.
[0007] Dalje rešenje za smanjenje količine pare uz očuvanje efikasnosti eksplozije pare prvobitno je stavljeno na uvid u Boehm, R.M. „The Masonite process“, Industrial and Engineering Chemistry, 22(5), str.493-497, 1930, i opisano u Fiberboard Manufacturing Practices in the United States, od strane Otto Suchslanda i George E. Woodsona, Agriculture Handbook br. 640, 1984, str.62, službe za šume odeljenja poljoprivrede Sjedinjenih Država. Prikazani redosled rada je sledeći: 1) Pištolj se puni zelenim strugotinama kroz otvor na vrhu; 2) Ulazni ventil za strugotine je čvrsto zatvoren; 3) Para niskog pritiska 350 bara - nešto više od 221°C (350 Ib/in<2>-nešto više od 430 °F) se odmah pušta. Ovo dovodi strugotine do temperature od oko 191°C (375°F); 4) Strugotine ostaju 5 na 191°C (375°F) 30 do 40 s; 5) Para visokog pritiska je dozvoljena i pritisak pištolja se podiže u roku od oko 2 do 3 s do 69 bara (1000 lb/in2) što je ekvivalentno temperaturi od oko 282°C (540°F); 6) Strugotine ostaju na ovom pritisku oko 5 s; 7) Hidraulični ispusni ventil se otvara; 8) Strugotine eksplodiraju zbog razlike u pritisku i istovremeno se potiskuju parom koja se širi kroz donju ploču sa prorezima gde se usitnjavaju u masu snopova vlakana; 9) Para i vlakna se odvajaju u ciklonu. Prema tome, opisani proces je šaržni proces koji koristi dva izvora pare, naime paru niskog pritiska i paru visokog pritiska, uzastopno. Poznato je da je ove vrste šaržnih procesa teško implementirati u industrijskom obimu.
[0008] Upotreba pregrejane pare za tretman lignocelulozne biomase je poznata u oblasti.
[0009] Kao primer, Dave Barchyn, Stefan Cenkowski, „Process analysis of superheated steam pretreatment of wheat straw and its relative effect on ethanol selling price“, Biofuel Research Journal 4 (2014) 123-128, ispitao je upotrebu pregrejane pare kao procesnog medijuma kojim se lignocelulozni materijal pšenične slame prethodno obradi kao alternativa eksploziji pare. U radu, navodi se da je pregrejana para uspešno implementirana u industrijske procese kao što su prerada i sušenje hrane i dekontaminacija biomase i da je dovela do značajnog povećanja energetske efikasnosti zbog velike penetracije i isporuke energije. U opisanoj predobradi, uzorci su podvrgnuti 15 minutnoj obradi toplom vodom u toploj vodi pod pritiskom (193 kPa, 119°C), nakon čega je usledilo 2, 5 ili 10 minutna obrada pregrejanom parom u šaržnom procesu.
[0010] WO2011044282A2 stavlja na uvid javnosti proces za termičko-mehaničku predobradu biomase. Proces uključuje podvrgavanje sirovine biomase termičkoj reakciji u uslovima koji prelaze atmosferski pritisak, na temperaturi koja prelazi temperaturu okoline, pri unapred određenom sadržaju vlage i tokom unapred određenog vremenskog perioda. Zatim, pritisak pomenute termičke reakcije smanjuje se pod uslovima koji rezultiraju eksplozivnom dekompresijom navedene biomase. Dekompresovana biomasa se zatim podvrgava aksijalnim silama smicanja kako bi se mehanički smanjila veličina vlakana biomase da bi se dobila obrađena biomasa. Dobijena obrađena biomasa ima visok nivo enzimske svarljivosti i nisku koncentraciju produkata razgradnje. Uslovi termičke reakcije su obezbeđeni ubrizgavanjem žive pare. U jednom tehničkom rešenju, ubrizgavanje pare je obezbeđeno pri minimalnom pritisku od 290 psig i adijabatski smanjeno na radni pritisak termičkog reaktora, čime se dozvoljava pari da uđe u reaktor blago pregrejana kako bi se kompenzovao bilo koji gubitak toplote okoline u reaktoru. Generalno, što je veći pritisak pare, to se više pregrevanja može preneti na reaktor.
[0011] WO 2012/042498 stavlja na uvid javnosti proces natapanja lignocelulozne biomase u kome se sirovina lignocelulozne biomase natapa u više zona natapanja orijentisanih u nizu, a svaka se napaja parom na određenom pritisku i temperaturi sa odvajanjem tečnosti između jedne zone natapanja i sledeće. Ozbiljnost uslova natapanja se progresivno povećava tako da poslednja zona natapanja ima jačinu veću od jačine najmanje jedne od zona koje su pre nje u procesu.
[0012] Veruje se da predmetni pronalazak na efikasan način rešava gore pomenute probleme koji se javljaju u procesima eksplozije pare stavljenim na uvid javnosti u oblasti tehnike.
KRATAK OPIS PRONALASKA
[0013] Kontinuirani proces za predobradu lignocelulozne sirovine je stavljen na uvid javnosti, koji obuhvata sledeće korake: uvođenje lignocelulozne sirovine u posudu reaktora pod pritiskom; hidrotermičku obradu lignocelulozne sirovine sa parom pod pritiskom reaktora, umetanjem najmanje prve struje pare koja sadrži prvu paru i druge struje pare koja sadrži drugu paru u posudi reaktora pod pritiskom, pri čemu prva para ima temperaturu prve pare, a druga para ima temperaturu druge pare, pri čemu je temperatura druge pare veća od temperature prve pare; i eksplozija pare lignocelulozne sirovine.
[0014] Dalje je stavljeno na uvid javnosti da se prva struja pare može dodati u posudu reaktora pod pritiskom kroz prvi ulaz ili ulaze za paru, a druga struja pare dodaje se u posudu reaktora kroz drugi ulaz ili ulaze za paru, pri čemu najmanje jedan drugi ulaz za paru ima rastojanje od izlaza za sirovinu iz posude reaktora pod pritiskom koje je manje od rastojanja od ulaza za sirovinu posude reaktora pod pritiskom.
[0015] Takođe je stavljeno na uvid javnosti da makar deo pare u posudi reaktora pod pritiskom može biti pregrejana para.
[0016] Dalje je stavljeno na uvid javnosti da temperatura najmanje dela pregrejane pare u posudi reaktora pod pritiskom može biti za najmanje 10°C veća od temperature zasićenja parom pri pritisku reaktora.
[0017] Takođe je stavljeno na uvid javnosti da pregrejana para može biti uključena u pregrejanu zonu posude reaktora pod pritiskom, pri čemu pregrejana zona ima zapreminu koja je manja od procentualne vrednosti izabrane iz grupe koja se sastoji od 50%, 30% i 10% ukupne zapremine posude reaktora pod pritiskom.
[0018] Takođe je stavljeno na uvid javnosti da pregrejana zona može biti smeštena u blizini izlaza za sirovinu posude reaktora pod pritiskom.
[0019] Dalje je stavljeno na uvid javnosti da hidrotermalna obrada lignocelulozne sirovine može biti sprovedena za vreme zadržavanja, čija je vrednost u opsegu izabranom iz grupe koja se sastoji od 1 minuta do 30 minuta, od 2 minuta do 20 minuta, i od 3 minuta do 10 minuta.
[0020] Takođe je stavljeno na uvid javnosti da temperatura prve pare može biti u opsegu izabranom iz grupe koja se sastoji od od 170°C do 230°C, od 175°C do 210°C, i od 180°C do 195°C.
[0021] Dalje je stavljeno na uvid javnosti da temperatura druge pare može biti veća od temperature prve pare za najmanje vrednost izabranu iz grupe koj se sastoji od 10°C, 30°C, 50°C, i 100°C.
[0022] Takođe je stavljeno na uvid javnosti da prva para i druga para mogu biti zasićena para.
[0023] Dalje je stavljeno na uvid javnosti da druga para može biti pregrejana para.
[0024] Takođe je stavljeno na uvid javnosti da pritisak u reaktoru može biti veći od vrednosti izabrane iz grupe koja se sastoji od 13 bara, 15 bara, i 18 bara.
[0025] Dalje je stavljeno na uvid javnosti da se prva struja pare može dodati pri prvom pritisku pare, a druga struja pare se dodaje pri drugom pritisku pare, a pritisak u reaktoru je najmanje procentualna vrednost izabrana iz grupe koja se sastoji od 60%, 80 %, 90% i 95% i manje od 100% nižeg od prvog pritiska pare i drugog pritiska pare.
[0026] Takođe je stavljeno na uvid javnosti da reaktor pod pritiskom može biti homogen.
[0027] Dalje je stavljeno na uvid javnosti da druga struja pare ima srednji protok koji može biti veći od 0 i manji od procentualne vrednosti izabrane iz grupe koja se sastoji od 70%, 50%, 30%, 10% srednjeg protoka prve struje pare i druge struje pare.
[0028] Takođe je stavljeno na uvid javnosti da ukupna količina pare po kg lignocelulozne sirovine na suvoj osnovi koja se uvodi u posudu reaktora pod pritiskom može biti u opsegu od 0.2 Kg/Kg do 2 Kg/Kg, od 0.4 Kg/Kg do 1.5 Kg/Kg i od 0.6Kg/Kg do 1Kg/Kg.
[0029] Dalje je stavljeno na uvid javnosti da para koja eksplodira lignoceluloznu sirovinu može da obuhvata oslobađanje pritiska koji se primenjuje na sirovinu kroz izduvnu cev koja je operativno povezana sa izlazom za sirovinu iz posude reaktora pod pritiskom.
[0030] Takođe je stavljeno na uvid javnosti da lignocelulozna sirovina može biti uvedena u posudu reaktora pod pritiskom na temperaturi koja je u opsegu izabranom iz grupe koja se sastoji od 20° do 100°C, od 40° do 95°C, i od 60° do 90°C.
[0031] Dalje je stavljeno na uvid javnosti da lignocelulozna sirovina koja se uvodi u reaktor može imati sadržaj vlage u opsegu od 40% do 70%mase lignocelulozne sirovine na mokroj osnovi.
KRATAK OPIS SLIKA NACRTA
[0032]
Slika 1 je primer tehničkog rešenja opisanog procesa
Slika 2 je još jedan primer tehničkog rešenja opisanog procesa
DETALJAN OPIS
[0033] Na uvid javnosti je stavljen proces predobrade lignocelulozne sirovine koja sadrži ugljene hidrate i lignin. Proces predobrade povećava dostupnost ugljenih hidrata biološkom agensu kao što je enzim ili smeša enzima. Prema tome, prethodno obrađena lignocelulozna sirovina može biti podvrgnuta naknadnom koraku hidrolize, da bi se proizvela hidrolizovana smeša koja sadrži monomerne šećere rastvorljive u vodi. Detaljan opis lignocelulozne sirovine može se naći u WO2015028156A1, str.11-14.
[0034] Poželjna lignocelulozna sirovina se bira iz grupe poljoprivrednih ostataka, posebno slame kao što je pšenična slama, pirinčana slama, ili bagasa, kao što je bagasa šećerne trske. Tvrdo i meko drvo takođe imaju koristi od ovog procesa.
[0035] Proces stavljen na uvid javnosti je kontinuirani proces, koji se sastoji od uvođenja lignocelulozne sirovine u posudu reaktora pod pritiskom kroz ulaz za sirovinu i podvrgavanje lignocelulozne sirovine hidrotermičkoj obradi dok se sirovina kreće, ili transportuje, do izlaza za sirovinu reaktora pod pritiskom. Hidrotermička obrada se realizuje dodavanjem najmanje dve pare različite temperature u posudu reaktora pod pritiskom, koja se na taj način stvara pod pritiskom reaktora od najmanje dve pare ubačene u njega. Lignocelulozna sirovina se zatim podvrgava eksploziji pare brzim otpuštanjem pritiska koji se primenjuje na sirovinu.
[0036] Prema jednom aspektu, proces stavljen na uvid javnosti značajno smanjuje ukupnu količinu pare koja je potrebna za predobradu lignoceluloznoe sirovine, u odnosu na količinu pare koja je potrebna za predobradu lignoceluloznoe sirovine parom na jedinstvenoj temperatura.
[0037] Prema drugom aspektu, proces stavljen na uvid javnosti u velikoj meri smanjuje količinu tečne vode koja se formira u posudi reaktora pod pritiskom usled kondenzacije pare. Zbog visokog pritiska, teško je odvojeno povući tečnu vodu iz posude reaktora pod pritiskom, i njeno prisustvo tokom eksplozije pare može snažno da smanji ometajuće efekte eksplozije pare na lignoceluloznu sirovinu.
[0038] Prema daljem aspektu pronalaska, proces stavljen na uvid javnosti sprečava ili snažno smanjuje pad pritiska pare u posudi reaktora pod pritiskom usled kondenzacije pare. Pad pritiska može nastati u posudi reaktora pod pritiskom, tipično u slučaju kada se lignocelulozna sirovina ubacuje na niskoj temperaturi dok se para ubacuje pri malom protoku da bi se ograničila potrošnja pare.
[0039] Kako bi proces bio kontinuiran, nije neophodno da se lignocelulozna sirovina kontinuirano unosi u posudu reaktora pod pritiskom, ali se može unositi u stalnim alikvotima ili impulsima. Dakle, postoje trenutci kada nema lignocelulozne sirovine koja ulazi u posudu reaktora pod pritiskom. Ali, tokom vremena, ukupna masa unešena u posudu reaktora pod pritiskom jednaka je ukupnoj masi podvrgnutoj eksploziji pare. U slučaju da se deo lignocelulozne sirovine povuče u tečnom i/ili čvrstom obliku iz posude reaktora pod pritiskom iz pomoćnih ispusta bez parne eksplozije, bilans mase se primenjuje na ukupnu količinu povučene i parom eksplodirane lignocelulozne sirovine. Jedna karakteristična crta između kontinuiranog i šaržnog procesa je ta da se, u kontinuiranom procesu, svež deo lignocelulozne sirovine unosi u posudu reaktora pod pritiskom u isto vreme kada je hidrotermički obrađen deo lignocelulozne sirovine podvrgnut eksploziji pare. Takva eksplozija pare se vrši na kontinuiran način koji uključuje alikvotno ili impulsno uklanjanje.
[0040] Lignocelulozna sirovina, poželjno je, podvrgnuta prethodnom procesu natapanja ili koraku kako bi se uklonio deo nelignoceluloznih jedinjenja sadržanih u sirovoj lignoceluloznoj sirovini kao što su neorganske soli, voskovi i organske kiseline pre nego što se unesu u reaktor pod pritiskom. U koraku ili procesu natapanja, spoljni zagađivači, kao što su zemlja, kamenje i ostaci žetve takođe se mogu odvojiti. Postupak natapanja poželjno sadrži uvođenje lignocelulozne sirovine u tečnost za natapanje koja sadrži vodu na temperaturi od 20°C do 100°C, poželjnije od 40°C i 70°C i tokom vremena natapanja koje je od 30 sekundi do 30 minuta, poželjnije od 3 minuta do 15 minuta. Korak ili proces natapanja poželjno da se sprovodi na atmosferskom pritisku. Nakon natapanja, neka tečnost se uklanja iz lignocelulozne sirovine ispuštanjem i/ili primenom mehaničkih sila smicanja/kompresije. Poželjno je da se sva slobodna tečnost i bar deo natopljene tečnosti u biomasi ukloni pre ubacivanja sirovine u reaktor pod pritiskom. Zbog toga, u opisanom procesu, lignocelulozna sirovina se može uvesti u posudu reaktora pod pritiskom na temperaturi u opsegu od 20°C do 100°C, poželjnije od 40°C do 95°C, a najpoželjnije od 60°C do 90°C. Sadržaj vlage u lignoceluloznoj sirovini može biti od 40% do 70%, poželjnije od 45% do 65%, a najpoželjnije od 50% do 60% na vlažnoj osnovu.
[0041] U drugom tehničkom rešenju, lignocelulozna sirovina se podvrgava preliminarnoj hidrotermičkoj obradi u vodi ili tečnosti koja sadrži vodu kako bi se rastvorio deo ugljenih hidrata nerastvorljivih u vodi, sadržanih u lignoceluloznoj sirovini pre nego što se unese u posudu reaktora pod pritiskom. Preliminarna hidrotermička obrada se izvodi u uslovima pod pritiskom u prisustvu vode u parnoj ili tečnoj fazi, ili njihove mešavine, na temperaturi od 100°C do 190°C, poželjno od 130°C do 180°C, a najpoželjnije od 140°C do 170°C. Preliminarna hidrotermička obrada se sprovodi tokom vremena u rasponu od 10 minuta do 3 sata, poželjno od 15 minuta do 3 sata, a najpoželjnije od 20 minuta do 60 minuta. Preliminarna hidrotermička obrada rastvara uglavnom hemiceluloznu komponentu lignocelulozne sirovine, koja može biti podvrgnuta termičkoj degradaciji na visokoj temperaturi, i tečnost koja sadrži vodu i u vodi rastvorljive polimere i oligomere ksiloze i opciono druge šećere dobijene od hemiceluloze, na taj način se odvaja od čvrste lignocelulozne sirovine, pre obrade čvrste lignocelulozne sirovine prema postupku stavljenom na uvid javnosti.
[0042] Kako bi se opisao otkriveni proces, upućuje se na sliku 1 i sliku 2, koje predstavljaju dva primerna sklopa reaktora koji se mogu koristiti za implementaciju procesa. Svaki reaktorski sklop sadrži posudu reaktora pod pritiskom, u kojoj se odvija hidrotermička obrada, i uređaj za eksploziju pare za brzo smanjenje pritiska koji se primenjuje na sirovinu.
[0043] Lignocelulozna sirovina se unosi u posudu reaktora pod pritiskom iz zone koja je pod nižim pritiskom od pritiska u reaktoru. Sirovina se može uvesti iz zone pod atmosferskim pritiskom, tj.
1 bar, ili iz okruženja već pod pritiskom, pod pritiskom većim od 1 bar. Zbog toga se za uvođenje sirovine u posudu reaktora pod pritiskom koristi uređaj za zaptivanje pod pritiskom. Uređaj za zaptivanje pod pritiskom je poželjno uređaj za kontinualno formiranje čepa, kao što je kompresor za biomasu, takođe poznat kao vijčani transporter sa čepom ili pužni transporter. U ovom slučaju, sirovina se prenosi od ulaza uređaja za zaptivanje pod pritiskom koji je povezan sa zonom niskog pritiska do izlaza uređaja za zaptivanje pod pritiskom pomoću unutrašnjeg vijka, koji komprimuje sirovinu kako bi formirao čep sposoban da dinamički održava razliku pritiska između dve zone na različitom pritisku, dok se sirovina neprekidno uvodi u posudu reaktora pod pritiskom. Čep za sirovinu može biti mehanički fragmentovan na izlazu uređaja za zaptivanje pod pritiskom, a sirovina poželjno ulazi u posudu reaktora pod pritiskom pod dejstvom gravitacije. Rotaciona ćelija, koja radi u diskontinualnom ili polukontinualnom režimu, takođe se može koristiti za uvođenje sekvencijalnih alikvota sirovina u posudu reaktora pod pritiskom. Uređaj za zaptivanje pod pritiskom je povezan sa posudom reaktora pod pritiskom, odnosno izlaz uređaja za zaptivanje pod pritiskom može biti direktno ili indirektno povezan sa ulazom za sirovinu u posudu reaktora pod pritiskom. U slučaju direktnog povezivanja, obično su izlaz uređaja za zaptivanje pod pritiskom i ulaz posude reaktora pod pritiskom spojeni pomoću jedne ili više prirubnica zategnutih da bi se izbeglo curenje pare. U slučaju indirektne veze, sistem povezivanja je umetnut između izlaza uređaja za zaptivanje pod pritiskom i ulaza u posudu reaktora pod pritiskom. Sistem povezivanja može da sadrži jednu ili više cevi, sudova ili aparata.
[0044] Posuda reaktora pod pritiskom sadrži ulaz za sirovinu, izlaz za sirovinu i dva ili više ulaza za paru za dodavanje pare u posudu reaktora pod pritiskom, i projektovan je da radi na maksimalnom unutrašnjem pritisku od najmanje 20 bara, poželjno najmanje 40 bara, a poželjnije najmanje 50 bara, prema dobro poznatim pravilima projektovanja reaktora. U zavisnosti od specifičnog tipa posude reaktora pod pritiskom, ulaz za sirovinu i izlaz za sirovinu na posudi reaktora pod pritiskom mogu se nalaziti na različitim pozicijama. Posuda reaktora pod pritiskom koja se koristi za sprovođenje opisanog procesa može biti bilo koja vrsta reaktora pod pritiskom.
[0045] Na slici 1, predstavljen je prvi primer reaktorskog sklopa koji se sastoji od vertikalne posude reaktora pod pritiskom, pri čemu je ulaz za sirovinu postavljen na višoj visini od izlaza za sirovinu u odnosu na gravitaciju, poželjno na vrhu reaktora, na takav način da je protok lignocelulozne sirovine od ulaza za sirovinu do izlaza za sirovinu podstaknut dejstvom sile gravitacije. Posuda reaktora pod pritiskom može da sadrži sredstvo za transport ili pomeranje lignoceluloznoe sirovine od ulaza za sirovinu do izlaza za sirovinu. Ugao nagiba posude reaktora pod pritiskom može biti različit od vertikalnog, bez ograničavanja obima pronalaska.
[0046] Na slici 2, predstavljen je drugi primer reaktorskog sklopa koji se sastoji od cevaste posude reaktora pod pritiskom, poželjno cilindričnog oblika. Cevasta posuda reaktora pod pritiskom, poželjno je da je postavljena u horizontalnom ili približno horizontalnom položaju, pri čemu glavna osa posude reaktora pod pritiskom može biti pod uglom manjim od 15°, poželjno manjim od 10°, a poželjnije manjim od 5° u odnosu na horizontalnu ravan. Ako je ugao nagiba različit od 0°, poželjno je da je cevasta posuda reaktora pod pritiskom orijentisana na takav način da podstiče protok kondenzovane vode ili tečnosti do izlaza sirovine pod dejstvom gravitacije, što odgovara uglu nagiba u smeru kazaljke na satu na slici 2. Ulaz za sirovinu i izlaz za sirovinu poželjno je da se nalaze na ili blizu suprotnih krajeva cevaste posude reaktora pod pritiskom. Ulaz i izlaz za sirovinu mogu biti locirani na kružnim osnovama ili na bočnoj površini cevaste posude reaktora pod pritiskom. Poželjno je da se ulaz za sirovinu nalazi na višoj visini od izlaza za sirovinu u odnosu na gravitaciju, tako da se lignocelulozna sirovina ubacuje i uklanja pod dejstvom gravitacije, čak i ako se može koristiti mehanički ili pneumatski ekstraktor za prinudno uklanjanje lignocelulozne sirovine iz cevastog posude reaktora pod pritiskom. Posuda reaktora pod pritiskom može da sadrži unutrašnji pužni transporter koji ima os rotacije koja se poklapa sa glavnom osom posude reaktora pod pritiskom. Osovina pužnog transportera je povezana sa sredstvom za rotaciju, koje se obično sastoji od motora i stepena spojnice za prenos van posude reaktora pod pritiskom. Pužni transporter prenosi lignoceluloznu sirovinu od ulaza za sirovinu do izlaza za sirovinu. Poželjno je da su pokretne trake dizajnirane da promovišu mešanje lignocelulozne sirovine sa parom dok se ona transportuje od ulaza za sirovinu do izlaza za sirovinu.
[0047] Ulazi za paru nalaze se na posudi reaktora pod pritiskom, pri čemu je svaki ulaz za paru povezan sa izvorom pare kroz parovod. U odnosu na primere posuda reaktora na slikama 1 i 2, ulazi za paru, ili većina ulaza za paru, poželjno je da su locirani na bočnoj površini cevaste posude reaktora pod pritiskom, sa nekim ulazima za paru raspoređenim duž uzdužnog preseka posude reaktora pod pritiskom tako da progresivno ulivaju paru na lignoceluloznu sirovinu koja napreduje u posudi reaktora pod pritiskom. Ulaz za paru je tipično povezan sa uređajem za kontrolu pare, koji se poželjno nalazi na liniji za paru u blizini ulaza za paru. Pogodan uređaj za kontrolu pare koji se može koristiti je ventil za paru, označen kao V1 i V2 na slikama 1 i 2. Cevi za paru povezuju ulaze za paru najmanje sa izvorom pare. Poželjno je da je svaki ulaz za paru povezan sa jednim izvorom pare, dok je izvor pare povezan sa jednim ili više ulaza za paru. Izvor pare može biti bilo koji pogodan aparat za stvaranje pare pod visokim pritiskom i temperaturom, kao što je parni kotao. Linija za paru je pod pritiskom pri pritisku pare većem od pritiska u reaktoru i uređaj za kontrolu pare obično reguliše protok pare koji ulazi u posudu reaktora pod pritiskom kroz određeni ulaz za paru. Kako para koja ulazi u posudu reaktora pod pritiskom može biti podvrgnuta turbulentnom toku neposredno nizvodno od uređaja za kontrolu pare, pritisak pare svake pare koja ulazi u posudu reaktora pod pritiskom definiše se kao pritisak pare uzvodno od uređaja za kontrolu pare i može se meriti pomoću sredstva za merenje pritiska, poželjno postavljenog neposredno ispred uređaja za kontrolu pare. Na isti način, temperatura pare svake pare koja ulazi u posudu reaktora pod pritiskom je definisana kao temperatura pare uzvodno od uređaja za kontrolu pare i može se meriti pomoću merača temperature postavljenog poželjno neposredno uzvodno od uređaja za kontrolu pare.
[0048] Ulazi za paru raspoređeni na površini posude reaktora pod pritiskom, kako bi se lignocelulozna sirovina progresivno ulivala parom, dok lignocelulozna sirovina progresivno napreduje od ulaza za sirovinu do izlaza za sirovinu iz posude reaktora pod pritiskom. Na taj način, svaki ulaz za paru pozicioniran je na određenoj udaljenosti od ulaza za sirovinu i od izlaza za sirovinu. Pošto su ulaz za sirovinu i ulaz za paru dve geometrijske površine, sa geometrijske tačke gledišta, rastojanje ulaza za paru od ulaza za sirovinu može se definisati kao minimalno linearno rastojanje bilo koje tačke ulaza za paru do bilo koje tačke ulaza za sirovinu. Sa alternativne fizičke tačke gledišta, rastojanje od ulaza za paru od ulaza za sirovinu može se definisati kao minimalna dužina koju molekul pare putuje u posudi reaktora pod pritiskom da bi stigao do ulaza za sirovinu. Ekvivalentno, rastojanje ulaza za paru od izlaza za sirovinu može se geometrijski definisati kao minimalno linearno rastojanje bilo koje tačke ulaza za paru do bilo koje tačke izlaza za sirovinu. Sa alternativne fizičke tačke gledišta, rastojanje ulaza za paru od izlaza za sirovinu može se definisati kao minimalna dužina koju molekul pare putuje u posudi reaktora pod pritiskom da bi stigao do izlaza za sirovinu. Pozivajući se na sliku 1 i sliku 2, rastojanje ulaza S2 za paru od izlaza za sirovinu je manje od udaljenosti ulaza S2 za paru od ulaza za sirovinu, dok je rastojanje ulaza S1 za paru od ulaza za sirovinu manje od rastojanje ulaza S1 za paru od izlaza za sirovinu.
[0049] Posuda reaktora pod pritiskom može dalje da sadrži pomoćne ulaze za uvođenje tečnosti ili gasa u posudu reaktora, i izlazne otvore za uklanjanje tečnosti iz reaktora, kao što je, na primer, kondenzovana voda.
[0050] U procesu stavljenom na uvid javnosti, lignocelulozna sirovina se uvodi u reaktor pod pritiskom i podvrgava se kontinuiranoj hidrotermičkoj obradi dok se kreće kroz posudu reaktora pod pritiskom od ulaza za sirovinu do izlaza za sirovinu. Hidrotermička obrada, poželjno je da se izvodi za kratko vreme zadržavanja, koje može biti od 1 minuta do 30 minuta, poželjno od 2 minuta do 20 minuta, a najpoželjnije od 3 minuta do 10 minuta. Da bi se postigao efikasna hidrotermička obrada lingocelulozne sirovine za kratko vreme, koriste se najmanje dve pare u posudi reaktora pod pritiskom, pri čemu pare imaju različite temperature. Čak i ako se može koristiti više od dve pare, proces se može opisati radi jasnoće u poželjnoj realizaciji dve pare. Pri tome, prva struja pare koja sadrži prvu paru koja ima temperaturu prve pare ubacuje se u posudu reaktora pod pritiskom kroz najmanje prvi ulaz za paru, dok se drugi protok pare koji sadrži drugu paru koja ima temperaturu druge pare ubacuje u posudu reaktora pod pritiskom kroz najmanje drugi ulaz za paru. Poželjno je da se svaka para ubacuje kroz set ulaza za paru, da bi se postiglo homogeno mešanje pare sa lignoceluloznom sirovinom. Poželjno da su, prvi ulazi za paru uzvodno povezani sa jedinstvenim prvim generatorom pare, ili izvorom pare, koji obezbeđuje prvu paru, a drugi ulazi za paru povezani sa jedinstvenim drugim generatorom pare koji obezbeđuje drugu paru. Napominje se da je redundantnost generatora pare uvedena otkrivenim procesom očigledna, jer pravo postrojenje za konverziju lignoceluloznih sirovina, ili biorafinerija, obično uključuje glavni generator pare i dodatni kotao za proizvodnju toplotne i električne energije sagorevanjem lignoceluloznih ostataka i nusproizvoda. U slučaju da je dostupan samo jedan generator pare koji proizvodi paru na jedinstvenoj temperaturi, prva para i druga para mogu biti izvedene iz jedinstvenog generatora pare, opciono ponovo koristeći reciklirane struje pare iz postrojenja za konverziju.
[0051] Prva para se karakteriše time što ima temperaturu prve pare i pritisak prve pare koji se poželjno mere neposredno uzvodno od uređaja za kontrolu pare. U skladu sa tim, druga para se karakteriše time što ima temperaturu druge pare i pritisak druge pare koji se poželjno mere neposredno uzvodno od uređaja za kontrolu pare. Poželjno je da je temperatura prve pare u opsegu od 170°C do 230°C, poželjnije od 175°C do 210°C, i najpoželjnije od 180°C do 195°C. Temperatura druge pare je veća od temperature druge pare, odnosno temperatura druge pare je veća od temperature prve pare za najmanje 10°C, poželjnije 30°C, još poželjnije 50°C, a najpoželjnije 100°C. Čak i ako će maksimalna dozvoljena vrednost za temperaturu druge pare varirati u skladu sa specifičnom konfiguracijom i uslovima procesa, poželjno je da temperatura druge pare bude manja od 300°C. U jednom tehničkom rešenju, prva para i druga para su zasićena para, odnosno u ravnoteži su sa zagrejanom vodom na istom pritisku, tj. nije zagrejana preko tačke ključanja za taj pritisak. Opet, podsećamo da se ovo svojstvo odnosi na paru pre ubacivanja u posudu reaktora pod pritiskom. Na taj način, pritisak prve pare i pritisak druge pare su fiksirani uslovima termodinamičke ravnoteže i lako se definišu tabelama konverzije temperature i pritiska zasićene pare. U drugom tehničkom rešenju, najmanje druga para je pregrejana para, pri čemu je pritisak druge pare manji od pritiska zasićenja na temperaturi druge pare. Pregrejana para se može dobiti od zasićene pare izvučene iz kotla prolaskom kroz poseban uređaj za grejanje (supergrejač) koji prenosi dodatnu toplotu pari kontaktom ili zračenjem.
[0052] Prva para i druga para se uvode u posudu reaktora pod pritiskom u obliku struje. Dok je kontinualna struja pare poželjna, budući da se lakše operativno kontroliše, struja takođe može biti pulsirana. U poželjnom tehničkom rešenju, prva para je glavna para koja se koristi za hidrotermičku obrade lignocelulozne sirovine, dok se druga para koristi kao para za rafinaciju. Na taj način, u ovompoželjnom tehničkom rešenju, količina prve pare premašuje ili znatno premašuje količinu druge pare. Količina druge pare uvedene u posudu reaktora pod pritiskom može se definisati u smislu srednjeg protoka druge struje pare u odnosu na srednji protok prve struje pare i druge struje pare uvedene u posudu reaktora pod pritiskom. Trenutni protok pare može da varira u velikoj meri, kao što se dešava u slučaju pulsirajućeg protoka pare. Na taj način, srednji protok se meri tokom vremena koje je jednako ili uporedivo sa vremenom zadržavanja lignocelulozne sirovine u posudi reaktora pod pritiskom. Čak i ako srednji protok druge struje pare može biti manji od 70% srednjeg protoka ukupnih struja pare, poželjno je da je manji od 50%, poželjnije manji od 30%, a najpoželjnije manji od 10 % srednjeg protoka prve struje pare i druge struje pare. Jedno od poboljšanja procesa stavljenog na uvid javnosti u odnosu na postupke iz stanja tehnike je smanjenje ukupne količine pare potrebne za hidrotermičku obradu, a time i smanjenje kondenzovane vode ili tečnosti u posudi reaktora pod pritiskom. Količina pare koja se koristi u procesu može se kvantifikovati kao ukupna količina pare koja se koristi za prethodnu obradu Kg lignocelulozne sirovine na suvoj osnovi, što je u slučaju dve pare zbir količine prve pare i druge pare. Ukupna količina pare po Kg lignocelulozne sirovine na suvoj bazi koja se uvodi u reaktor poželjno je da je u opsegu od 0.2Kg/Kg do 2Kg/Kg, poželjnije od 0.4Kg/Kg do 1.5Kg/Kg, i najpoželjnije od 0.6Kg/Kg do 1Kg/Kg.
[0053] Poželjno je da lignocelulozna sirovina ne ispunjava u potpunosti posudu reaktora pod pritiskom na takav način da se hidrotermička obrada izvodi u prisustvu pare. Stoga, poželjno je da je u delu posude reaktora pod pritiskom prisutna samo para. Faktor punjenja posude reaktora pod pritiskom, koji je procenat zapremine posude reaktora pod pritiskom koju zauzima lignocelulozna sirovina, može biti manji od 80%, poželjno manji od 60%, a najpoželjnije manji od 50%. Pri tome, prva para i druga para, ulazeći u posudu reaktora pod pritiskom, mešaće se sa parom koja je već prisutna u posudi reaktora pod pritiskom kako bi dostigao pritisak u reaktoru, a to je pritisak pare u posudi reaktora pod pritiskom. Pritisak reaktora u posudi reaktora pod pritiskom je poželjno prostorno homogen. U određenom trenutku, prostorne varijacije pritiska u reaktoru mogu se pojaviti u ograničenom delu posude reaktora pod pritiskom, posebno u blizini ulaza za paru zbog dinamičkih turbulencija fluida koje nastaju ubacivanjem pare. Pritisak u reaktoru se može meriti pomoću seta manometara koji uzimaju uzorke unutrašnjeg pritiska. Manometri su poželjno homogeno pozicionirani u reaktorskom sudu pod pritiskom, vodeći računa da se izbegnu delovi reaktora u blizini ulaza za paru, koji nisu statistički reprezentativni za pritisak u reaktoru. Pritisak u reaktoru je predstavljen aritmetičkom sredinom uzorkovanog pritiska, a reakcioni pritisak se smatra homogenim ako je standardna devijacija uzorkovanog pritiska manja od 10%, poželjno manja od 5%, a najpoželjnije manja od 2% od reakcionog pritiska.
[0054] Poželjno je da je, pritisak u reaktoru veći od 13 bara, poželjnije veći od 15 bara, a najpoželjnije veći od 18 bara.
[0055] Pritisak prve pare i pritisak druge pare veći su od pritiska u reaktoru, da bi se omogućilo da obe struje pare uđu u posudu reaktora pod pritiskom, ali poželjno je da je pritisak u reaktoru blizu nižeg pritiska prve pare i pritiska druge pare. U poželjnom tehničkom rešenju u kojem su prva para i druga para zasićena para, reaktorski pritisak je blizak pritisku prve pare, a to je para na nižoj temperaturi. Pritisak u reaktoru je najmanje 60%, poželjnije, najmanje 80%, još poželjnije, najmanje 90%, a najpoželjnije, najmanje 95% donje vrednosti pritiska prve pare i pritiska druge pare.
[0056] Prva i druga struja pare se ubacuju kroz odvojene ulaze koji se nalaze na različitim pozicijama na površini posude reaktora pod pritiskom, tako da je poželjno da temperatura pare u posudi reaktora pod pritiskom nije homogena. Naime, u zoni posude reaktora pod pritiskom u blizini drugog ulaza za paru temperatura pare će biti bliska temperaturi druge pare. Pri tome će u toj zoni temperatura pare biti veća od temperature pare u zoni koja se nalazi u blizini prvog ulaza za paru. Kako druga para difunduje iz drugog ulaza za paru u posudi reaktora pod pritiskom, temperatura unutrašnje pare će se postepeno smanjivati. Zbog toga, u opisanom procesu, najmanje deo pare u posudi reaktora pod pritiskom može biti u pregrejanom stanju. Prisustvo pare u pregrejanom stanju, ili pregrejane pare, može se proveriti lokalnim merenjem temperature pare na različitim pozicijama u posudi reaktora pod pritiskom. Temperatura pare veća od temperature zasićenja pare na pritisku reaktora ukazuje da je para u mernoj poziciji u pregrejanom stanju. Pregrejana para može da dostigne temperaturu koja daleko premašuje temperaturu zasićenja parom, što je još jedna važna prednost koju nudi opisani proces za smanjenje količine kondenzovanih tečnosti u posudi reaktora pod pritiskom. Naime, dodatna energija pregrejane pare, u odnosu na zasićenu paru pri istom pritisku, može zagrejati lignoceluloznu sirovinu bez stvaranja kondenzovane vode ili tečnosti. Zbog toga je poželjno da, najmanje deo pregrejane pare ima temperaturu koja je najmanje 10°C veća od temperature zasićenja parom na pritisku reaktora, poželjnije najmanje 30°C veća od temperature zasićenja parom na pritisku reaktora, a najpoželjnije najmanje 50°C više od temperature zasićenja parom na pritisku reaktora. Dodatna temperatura pregrejane pare u posudi reaktora pod pritiskom u odnosu na temperaturu zasićenja zavisiće od mnogih faktora i stoga se može kontrolisati u određenoj meri. Prvi faktor je razlika drugog pritiska pare i pritiska u reaktoru. Drugi faktor je način na koji se druga struja pare ubacuje u posudu reaktora pod pritiskom: naime, što je ubacivanje brže, to će manje pasti temperatura druge pare koja ulazi u posudu reaktora pod pritiskom. Poželjno je da se druga struja pare ubaci pomoću adijabatskog ili skoro adijabatskog širenja, pri čemu nema značajne razmene toplote sa okolinom. U jednom tehničkom rešenju, druga para je u pregrejanom stanju pre ulaska u reaktorsku posudu pod pritiskom, u kom slučaju će bar deo druge pare ostati u pregrejanom stanju u reaktorskoj posudi pod pritiskom. Primećuje se da ako je druga para u pregrejanom stanju, drugi pritisak pare može biti blizu pritiska u reaktoru, pod uslovom da je veći da bi se omogućilo ubacivanje pare. U ovom slučaju, para u posudi pod pritiskom je u pregrejanom stanju jer je druga para već u pregrejanom stanju pre nego što se ubaci u posudu pod pritiskom.
[0057] U jednom tehničkom rešenju, para u posudi reaktora pod pritiskom može biti u pregrejanom stanju takođe u zoni koja se nalazi u blizini prvog ulaza za paru, a prva para može biti odabrana na odgovarajući način kao u slučaju druge pare.
[0058] U poželjnom tehničkom rešenju, prva para je zasićena para pri prvom pritisku pare koji je nešto veći od pritiska reaktora da bi se omogućilo ubacivanje u posudu reaktora pod pritiskom, pri čemu je para u posudi reaktora najviše u pregrejanom stanju u veoma ograničenoj zoni blizu prvog ulaza za paru. Pri tome, u zoni u blizini prvog ulaza za paru, para u posudi reaktora je zasićena para. U ovom slučaju, pritisak u reaktoru je najmanje 60%, poželjnije najmanje 80%, još poželjnije najmanje 90%, a najpoželjnije najmanje 95% od pritiska prve pare.
[0059] Pronalazači su otkrili da se odgovarajućim ubacivanjem dve ili više para koje imaju različite temperature pare, lokalna temperatura pare u jedinstvenoj posudi reaktora pod pritiskom može kontrolisati u velikoj meri, i da se deo unutrašnje pare može održavati u pregrejanom stanje. Stoga, u jedinstvenoj posudi reaktora pod pritiskom, može postojati prisustvo pare u zasićenom stanju i pregrejanom stanju u različitim zonama posude reaktora pod pritiskom. Obim i položaj različitih zona mogu se kontrolisati odgovarajućim lociranjem prvih ulaza za paru i drugih ulaza za paru na reaktorskoj posudi pod pritiskom. Ovo se može ostvariti, na primer, koncentrisanjem drugih ulaza za paru, ili većine drugih ulaza za paru, na određenom delu površine posude reaktora pod pritiskom, na takav način da se u posudi reaktora pod pritiskom ima proširena zona tople pare, pri čemu je para poželjno u pregrejanom stanju. Na osnovu sadašnje objave, položaj i opseg različitih temperaturnih zona može lako da definiše ili promeni prosečan stručnjak u oblasti.
[0060] U poželjnom tehničkom rešenju, pregrejana para je uključena u malu zonu posude reaktora, koja je pregrejana zona, na takav način da se lignocelulozna sirovina tretira pregrejanom parom kratko vreme pregrevanja, koje može biti reda veličine nekoliko minuta, ili manje od 2 minuta, ili manje od 1 minuta, ili manje od 30 sekundi. Vreme pregrevanja može biti manje od 50% ukupnog vremena zadržavanja hidrotermičke obrade, poželjno manje od 30%, a najpoželjnije manje od 10%. U ovom tehničkom rešenju, temperatura druge pare može biti izuzetno visoka, tj. veća od 250°C, bez izazivanja značajne degradacije šećera pošto se izlaganje lignoceluloznog sirovina pari visoke temperature dešava za kratko vreme. Štaviše, mala pregrejana zona može da se održava korišćenjem ograničene količine druge pare, pri čemu je u ovom tehničkom rešenju procenat protoka druge struje pare manji od 20% protoka ukupnih struja pare. Pregrejana zona može imati zapreminu koja je manja od 20%, poželjnije manja od 10% ukupne zapremine posude reaktora.
[0061] U poželjnom tehničkom rešenju, druga para se ubacuje kroz drugi ulaz za paru na posudi reaktora pod pritiskom koji ima udaljenost od izlaza sirovine koja je manja od udaljenosti od ulaza sirovine. U slučaju da se druga para ubacuje kroz više ulaza za paru, poželjno je da najmanje jedan od drugih ulaza za paru ima rastojanje od izlaza za sirovinu koje je manje od rastojanja od ulaza za sirovinu, još poželjnije je da je većina ulaza za drugu paru postavljena tako da imaju rastojanje od izlaza za sirovinu koje je manje od rastojanja od ulaza za sirovinu, a najpoželjnije da svi drugi ulazi za paru imaju rastojanje od izlaza za sirovinu koje je manje od rastojanja od ulaza za sirovinu. Čak i ako se prvi ulazi za paru mogu postaviti bez posebnih zahteva, najmanje jedan od prvih ulaza za paru ima rastojanje od ulaza za sirovinu koje je manje od rastojanja od izlaza za sirovinu, još poželjnije da je većina prvih ulaza za paru postavljena tako da imaju rastojanje od ulaza za sirovinu koje je manje od rastojanja od izlaza za sirovinu, a najpoželjnije da svi prvi ulazi za paru imaju rastojanje od ulaza za sirovinu koje je manje od rastojanja od izlaza za sirovinu. U ovom tehničkom rešenju, temperatura pare u zoni posude reaktora pod pritiskom u blizini izlaza za sirovinu je veća od temperature pare u zoni posude reaktora pod pritiskom u blizini ulaza za sirovinu, poželjnije dostižući pregrejano stanje na ili u blizini izlaza za sirovinu. Prema tome, pregrejana zona je poželjno locirana u blizini izlaza za sirovinu, što znači da najmanje 50% pregrejane zone, tj. tačake pregrejane zone, ima rastojanje od izlaza za sirovinu koje je manje od udaljenosti od izlaza za sirovinu. Poželjno, najmanje 80%, poželjnije najmanje 90%, a najpoželjnije najmanje 99% pregrejane zone ima rastojanje od izlaza sirovine koje je manje od rastojanja od ulaza sirovine.
[0062] Prema tome, prema poželjnom tehničkom rešenju, lignocelulozna sirovina se ubacuje u posudu reaktora pod pritiskom kroz ulaz za sirovinu i podvrgava se hidrotermičkoj obradi u prisustvu pare, pri čemu se temperatura pare povećava dok sirovina napreduje do izlaza za paru. Poželjno je da se lignocelulozna sirovina prvo tretira parom pomoću zasićene pare u većini posude reaktora, ili tokom većine vremena zadržavanja, a naknadno se tretira parom pomoću pregrejane pare tokom preostalog vremena zadržavanja. Pronalazači su otkrili da sa progresivnom obradom lignocelulozne sirovine parom na rastućoj temperaturi, a posebno stvaranjem pregrejane zone u blizini izlaza za sirovinu, sledeći korak procesa, koji je eksplozija pare lignocelulozne sirovine, se znatno poboljšava.
[0063] Tokom eksplozije pare, pritisak koji se primenjuje na lignoceluloznu sirovinu u posudi reaktora pod pritiskom naglo se smanjuje dok se lignocelulozna sirovina uklanja iz posude reaktora ili sklopa posude reaktora u zonu niskog pritiska nizvodno. U oblasti je opšte poznato da fizički efekti izazvani eksplozijom pare na lignoceluloznu sirovinu, čime se proizvodi prethodno obrađena lignocelulozna sirovina, mogu varirati i mogu se u određenoj meri kontrolisati odgovarajućim izborom radnih parametara, koji uključuju apsolutni pad pritiska primenjen na sirovinu i vreme eksplozije pare, to je vreme koje se koristi za oslobađanje pritiska primenjenog na sirovinu. Iako je vreme eksplozije pare teško kvantitativno izmeriti i može zavisiti od korišćenog podešavanja, prosečan stručnjak u oblasti može lako da definiše kako da upravlja eksplozijom pare da bi se dobila eksplozija pare lignocelulozne sirovine. Na primer, jedan od načina da se to uradi je da se uporedi enzimska dostupnost prethodno obrađene lignocelulozne sirovine sa enzimskom dostupnošću referentnog slučaja, pri čemu se nakon hidrotermičke obrade pritisak primenjen na sirovinu oslobađa na 1 bar u veoma dugo vreme od 1 minuta ili više. Povećanje enzimske dostupnosti za više od 10% u odnosu na referentni slučaj može se smatrati indikacijom parne eksplozije lignocelulozne sirovine. Enzimska dostupnost je procentualni odnos ukupnih monomernih šećera dobijenih u referentnom testu hidrolize prema ukupnoj količini šećera prisutnih u prethodno tretiranoj sirovini. Ukupna količina šećera uključuje šećere nerastvorljive u vodi, uglavnom glukane i ksilane, i oligomere i monomere rastvorljive u vodi koji su već prisutni u predobrađenoj lignoceluloznoj sirovini. Enzimska dostupnost može biti sprovedena prema mnogim protokolima poznatim u oblasti, koji tipično zahtevaju hidrolizu predobrađene lignocelulozne sirovine u prisustvu velike količine enzima ili enzimskog koktela. Na primer, dostupnost se može obaviti korišćenjem referentne količine od 10 ml Cellic Ctec3 kompanije Novozymes A/S, Bagsvaerd, Danska, po gramu celuloze u prethodno tretiranoj sirovini, tokom vremena hidrolize od 48 sati, na temperaturi na 45°C i na pH 5 uz mešanje.
[0064] U poželjnom tehničkom rešenju, parna eksplozija lignocelulozne sirovine nakon hidrotermičke obrade proizvodi parnu eksploziju ćelije, čime se suštinski razbijaju ćelijski zidovi. Ovaj rezultat obično odgovara kratkom vremenu eksplozije pare i velikom padu pritiska, i enzimska dostupnost je poboljšana. U određenim tehničkim rešenjima, pritisak koji se primenjuje na lignoceluloznu sirovinu može se osloboditi u vremenu da bi se proizvela ćelijska ekspanzija, izazivajući tako ono što je u oblasti poznato kao bljesak pare, pod uslovom da enzimska dostupnost predobrađene lignocelulozne sirovine je povećana u odnosu na referentni slučaj. U daljim tehničkim rešenjima, uređaj za eksploziju pare može da se koristi da bi se dobila rafinacija sirovine, što znači da se dobija predobrađena sirovina sa manjom srednjom veličinom čestica, opet pod uslovom da je enzimska dostupnost prethodno obrađene sirovine povećana u odnosu na referentni slučaj.
[0065] Eksplozija pare se izvodi pomoću uređaja za eksploziju pare koji poželjno sadrži izduvni ventil, koji je ventil postavljen između posude reaktora pod pritiskom ili reaktorskog sklopa i nizvodne zone ekspanzije niskog pritiska. Izduvni ventil može automatski da radi u zatvorenim i otvorenim položajima, pri čemu otvoreni položaj može da varira od potpuno otvorenog položaja do određenog nivoa delimično otvorenog položaja. Kod određenih ventila za uduvavanje može se regulisati i vreme prebacivanja, odnosno vreme potrebno da pređe iz zatvorenog u otvoreni položaj. Uređaj za eksploziju pare može da radi u kontinualnom ili polukontinualnom režimu. U slučaju kontinualnog rada, lignocelulozna sirovina se kontinuirano propušta u uređaj za eksploziju pare da bi otišla u zonu niskog pritiska. Ako se koristi izduvni ventil, izduvni ventil se drži u otvorenom položaju tokom stacionarnog rada. U polukontinualnom režimu, izduvni ventil radi sa radnim ciklusom koji odgovara odnosu između vremena otvorenog položaja i ukupnog vremena ciklusa.
[0066] Uređaj za parnu eksploziju je uzvodno operativno povezan sa izlazom za sirovinu iz posude reaktora pod pritiskom. Pod izrazom „ operativno povezan “podrazumeva se da uređaj za eksploziju pare može biti direktno ili indirektno povezan sa izlazom za sirovinu iz posude reaktora pod pritiskom. U slučaju da je uređaj za eksploziju pare direktno povezan sa izlazom za sirovinu posude reaktora, sirovina se eksplodira parom dok se uklanja iz izlaza za sirovinu. U slučaju da je uređaj za eksploziju pare indirektno povezan sa izlazom za sirovinu iz posude reaktora pod pritiskom, sistem povezivanja je postavljen između izlaza za sirovinu iz posude reaktora pod pritiskom i ulaza uređaja za eksploziju pare. Sistem za povezivanje može da sadrži jednu ili više cevi, sudova ili aparata, pod uslovom da se pritisak u sistemu za povezivanje ne razlikuje značajno od pritiska reaktora u posudi reaktora pod pritiskom. Pri tome, pritisak u sistemu za povezivanje može biti najmanje 80%, poželjno najmanje 90%, a još poželjnije najmanje 95% pritiska reaktora u posudi reaktora pod pritiskom. Kao primer, u reaktorskom sklopu sa slike 1 predstavljen je uređaj za eksploziju pare koji je direktno povezan sa izlazom sirovine.
[0067] Na slici 2 predstavljen je uređaj za eksploziju pare koji je operativno povezan sa izlazom za sirovinu pomoću vertikalne priključne cevi ili posude, tako da se lignocelulozna sirovina transportuje do izlaza za sirovinu iz posude reaktora pod pritiskom, a zatim pada gravitacijom na dno priključne cevi ili posude kako bi bila eksplodirana parom pomoću uređaja BV za eksploziju pare. Jedan ili više opcionih ulaza S3 za paru mogu se nalaziti na površini priključne cevi ili posude. Kako se ovi opcioni ulazi za paru karakterišu kraćim rastojanjem od izlaza sirovine nego od ulaza sirovine u reaktor pod pritiskom, u alternativnom tehničkom rešenju najmanje deo druge pare se ubacuje kroz opcione ulaze S3 za paru. Druga para stoga ne može direktno ući u posudu reaktora pod pritiskom, već može ući kroz priključnu cev ili posudu.
[0068] Na slici 2, uređaj za eksploziju pare može dalje da sadrži uređaj za distribuciju sirovine za razdvajanje lignocelulozne sirovine na delove sirovine i uzastopno izlaganje dela lignoceluloze sirovine izduvnom ventilu, čime se uzastopno oslobađa pritisak primenjen na svaki deo sirovine. Time, uređaj za distribuciju sirovine se nalazi uzvodno od izduvnog ventila u zoni visokog pritiska. Poželjni uređaj za distribuciju sirovine je stavljen na uvid javnosti kao kompresor visokog pritiska u US2008277082A.
[0069] Sastoji se od rotirajućeg diska koji je predviđen sa radijalno raspoređenim zidovima koji definišu lopatice kružnog sektora. Uređaj za distribuciju sirovine primao je sirovinu iz izlaza za sirovinu iz posude reaktora pod pritiskom dok je oko vertikalne ose, čime se sirovina deli na lopatice.
[0070] Uređaj za eksploziju pare je nizvodno povezan sa ekspanzionom zonom niskog pritiska koja je pod pritiskom nižem od pritiska u reaktoru, poželjno pomoću jedne ili više izduhnih cevi. Poželjno je da zona ekspanzije niskog pritiska sadrži ciklon za separaciju, gde se prethodno obrađena lignocelulozna sirovina sakuplja a para izvlači. Ekspanziona zona niskog pritiska je poželjno pod pritiskom u opsegu od 0.2 bara do 4 bara, poželjnije od 0.9 bara do 2 bara. Stoga, u određenim tehničkim rešenjima, zona ekspanzije niskog pritiska može biti pri podatmosferskim pritiskom, a zona ekspanzije pritiska može biti obezbeđena od sistema za ekstrakciju da dinamički održava pritisak manji od 1 bara. Poželjno, nizak pritisak je atmosferski pritisak, to jest 1 bar, ili blago nadatmosferski, a smanjenje pritiska na pritisak ekspanzije se poželjno dešava u jednom koraku.
Claims (16)
1. Kontinuirani proces za predobradu lignocelulozne sirovine, koji sadrži korake:
a) uvođenje lignocelulozne sirovine u posudu reaktora pod pritiskom;
b) hidrotermalna obrada lignocelulozne sirovine sa parom pod pritiskom reaktora, ubacivanjem najmanje prve struje pare koja sadrži prvu paru i druge struje pare koja sadrži drugu paru u posudu reaktora pod pritiskom, pri čemu prva para ima temperaturu prve pare i druga para ima temperaturu druge pare, pri čemu je temperatura druge pare veća od temperature prve pare; i
c) eksplozija pare lignocelulozne sirovine
pri čemu je najmanje deo pare u posudi reaktora pod pritiskom pregrejana para, pri čemu je pregrejana para uključena u pregrejanu zonu posude reaktora pod pritiskom, pri čemu se pregrejana zona nalazi u neposrednoj blizini izlaza sirovine posude reaktora pod pritiskom.
2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, pri čemu je prva struja pare ubačena u posudu reaktora pod pritiskom kroz prvi ulaz pare ili ulaze, a druga struja pare ubačena je u posudu reaktora kroz drugi ulaz pare ili ulaze, pri čemu najmanje jedan drugi ulaz pare ima rastojanje od izlaza sirovine iz posude reaktora pod pritiskom, koje je manje od rastojanja od izlaza sirovine posude reaktora pod pritiskom.
3. Postupak prema patentnom zahtevu 1 ili 2, pri čemu temperatura najmanje dela pregrejane pare u posudi reaktora pod pritiskom je najmanje 10°C veća od temperature zasićenja parom u pritisku reaktora.
4. Postupak prema bilo kojem od patentnih zahteva 1 do 3, pri čemu se hidrotermalna obrada lignocelulozne sirovine sprovedi za vreme zadržavanja, čija je vrednost u opsegu izabranom iz grupe koja se sastoji od 1 minuta do 30 minuta, od 2 minuta do 20 minuta, i od 3 minuta do 10 minuta.
5. Postupak prema bilo kojem od patentnih zahteva 1 do 4, pri čemu temperatura prve pare je u opsegu izabranom iz grupe koja se sastoji od 170°C do 230°C, od 175°C do 210°C, i od 180°C do
6. Postupak prema patentnom zahtevu 5, pri čemu temperatura druge pare je veća od temperature prve pare za najmanje vrednost izabranu iz grupe koja se sastoji od 10°C, 30°C, 50°C, i 100°C.
7. Postupak prema bilo kojem od patentnih zahteva 5 do 6, pri čemu su prva para i druga para zasićene pare.
8. Postupak prema bilo kojem od patentnih zahteva 5 do 6, pri čemu je druga para zasićena para.
9. Postupak prema bilo kojem od patentnih zahteva 5 do 8, pri čemu je pritisak reaktora veći od vrednosti izabrane iz grupe koja se sastoji od 13 bara, 15 bara, i 18 bara.
10. Postupak prema patentnom zahtevu 9, pri čemu je prva struja pare ubačena pod prvim pritiskom pare i druga struja pare je ubačena pod drugim pritiskom pare, i pritisak reaktora je najmanje procentualna vrednost izabrana iz grupe koja se sastoji od 60%, 80%, 90% i 95% i manje od 100% nižeg od prvog pritiska pare i drugog pritiska pare.
11. Postupak prema bilo kojem patentnom zahtevu 9 do 10, pri čemu je pritisak u reaktoru homogen.
12. Postupak prema bilo kojem od patentnih zahteva 5 do 11, pri čemu druga struja pare ima srednji protok koji je veći od 0 i manji od procentualne vrednosti izabrane iz grupe koja se sastoji od 70%, 50%, 30 %, 10% srednjeg protoka prve struje pare i druge struje pare.
13. Postupak prema bilo kojem od patentnih zahteva 5 do 12, pri čemu ukupna količina pare po Kg liglocelulozne sirovine na suvoj bazi uvedene u posudu reaktora pod pritiskom je u opsegu izabranom iz grupe koja se sastoji od 0.2Kg/Kg do 2Kg/Kg, od 0.4Kg/Kg do 1.5Kg/Kg, i od 0.6Kg/Kg do 1Kg/Kg.
14. Postupak prema bilo kojem od patentnimh zahteva 1 do 13, pri čemu eksplozija pare lignocelulozne sirovine obuhvata oslobađanje pritiska primenjenog na sirovinu kroz izduvni vod koji je operativno povezan sa izlazom sirovine posude reaktora pod pritiskom.
15. Postupak prema bilo kojem od patentnih zahteva 1 do 14, pri čemu lignocelulozna sirovina je uvedena u posudu reaktora pod pritiskom pri temperaturi koja je u opsegu izabranom iz grupe koja se sastoji od 20°C do 100°C, od 40°C do 95°C, i od 60°C do 90°C.
16. Postupak prema patentnom zahtevu 15, pri čemu lignocelulozna sirovina uvedena u posudu reaktora pod pritiskom ima sadržaj vlage u opsegu od 40% do 70% po masi lignocelulozne sirovine na vlažnoj osnovi.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP15425084.9A EP3156539B1 (en) | 2015-10-16 | 2015-10-16 | Continuous process for pretreating a ligno-cellulosic feedstock |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RS63096B1 true RS63096B1 (sr) | 2022-04-29 |
Family
ID=55027676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RS20220343A RS63096B1 (sr) | 2015-10-16 | 2015-10-16 | Kontinuirani proces za predobradu lignocelulozne sirovine |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20170107664A1 (sr) |
| EP (1) | EP3156539B1 (sr) |
| DK (1) | DK3156539T3 (sr) |
| ES (1) | ES2909451T3 (sr) |
| HR (1) | HRP20220454T1 (sr) |
| HU (1) | HUE058078T2 (sr) |
| LT (1) | LT3156539T (sr) |
| PL (1) | PL3156539T3 (sr) |
| PT (1) | PT3156539T (sr) |
| RS (1) | RS63096B1 (sr) |
| SI (1) | SI3156539T1 (sr) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE541950C2 (en) * | 2018-05-24 | 2020-01-07 | Valmet Oy | System for treatment of a biomass material and a method for connecting a valve to a transporting pipe |
| CA3109120A1 (en) * | 2018-08-08 | 2020-02-13 | Robert C. CASAD, Jr. | Methods and devices for processing lignocellulosic biomass with recovery of purified lignin and purified wax fractions |
| FR3087790B1 (fr) * | 2018-10-29 | 2021-06-25 | Europeenne De Biomasse | Procede de fabrication en continu d'une matiere combustible pour chaudiere industrielle, matiere et installation correspondantes |
| CN109868212A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-11 | 青岛汇君环境能源工程有限公司 | 一种秸秆破壁制浆机及秸秆破壁制浆的方法 |
| EP3858968A1 (en) * | 2020-02-03 | 2021-08-04 | Sekab E-Technology AB | Pretreatment arrangement comprising a sluice vessel |
| CN113996414A (zh) * | 2020-07-28 | 2022-02-01 | 阮正富 | 一种用于物料汽爆的装置及方法 |
| SE2051303A1 (en) * | 2020-11-09 | 2022-05-10 | Ikea Supply Ag | Apparatus for recycling of lignocellulosic fibers from fiberboards |
| SE2250551A1 (en) * | 2022-05-06 | 2023-11-07 | Ikea Supply Ag | Apparatus for recycling of lignocellulosic fibres from fibreboards |
| CN117918544A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-26 | 扬州大学 | 一种秸秆或牧草热爆加工装置及加工方法 |
| SE547490C2 (en) * | 2024-04-16 | 2025-10-07 | Valmet Oy | A process for steam treatment of non-wood plant material |
| CN119344191A (zh) * | 2024-10-25 | 2025-01-24 | 南宁普田润生物有机肥有限公司 | 一种栽培营养基质及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080277082A1 (en) | 2007-05-07 | 2008-11-13 | Andritz Inc. | High pressure compressor and steam explosion pulping method |
| NZ578113A (en) * | 2009-07-01 | 2010-07-30 | Lignotech Developments Ltd | Processing of lignocellulosic and related materials |
| BRPI1002758A2 (pt) * | 2009-10-06 | 2012-10-30 | Kl Energy Corp | processo para o pré-tratamento termomecánico de biomassa e combinador de pré-tratamento de biomassa |
| IT1402202B1 (it) * | 2010-09-29 | 2013-08-28 | Chemtex Italia S R L Ora Chemtex Italia S P A | Procedimento migliorato per recuperare zuccheri da un flusso di pretrattamento di biomassa lignocellulosica |
| ITTO20130711A1 (it) | 2013-09-02 | 2015-03-03 | Biochemtex Spa | Composizioni di glicole etilenico bioderivato per bottiglie di poliestere |
-
2015
- 2015-10-16 PL PL15425084T patent/PL3156539T3/pl unknown
- 2015-10-16 ES ES15425084T patent/ES2909451T3/es active Active
- 2015-10-16 LT LTEP15425084.9T patent/LT3156539T/lt unknown
- 2015-10-16 EP EP15425084.9A patent/EP3156539B1/en active Active
- 2015-10-16 RS RS20220343A patent/RS63096B1/sr unknown
- 2015-10-16 HU HUE15425084A patent/HUE058078T2/hu unknown
- 2015-10-16 PT PT154250849T patent/PT3156539T/pt unknown
- 2015-10-16 SI SI201531808T patent/SI3156539T1/sl unknown
- 2015-10-16 HR HRP20220454TT patent/HRP20220454T1/hr unknown
- 2015-10-16 DK DK15425084.9T patent/DK3156539T3/da active
-
2016
- 2016-10-14 US US15/293,712 patent/US20170107664A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3156539B1 (en) | 2022-03-02 |
| US20170107664A1 (en) | 2017-04-20 |
| DK3156539T3 (da) | 2022-04-04 |
| EP3156539A1 (en) | 2017-04-19 |
| SI3156539T1 (sl) | 2022-05-31 |
| PL3156539T3 (pl) | 2022-05-02 |
| ES2909451T3 (es) | 2022-05-06 |
| LT3156539T (lt) | 2022-04-11 |
| HUE058078T2 (hu) | 2022-06-28 |
| HRP20220454T1 (hr) | 2022-05-27 |
| PT3156539T (pt) | 2022-03-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RS63096B1 (sr) | Kontinuirani proces za predobradu lignocelulozne sirovine | |
| Chundawat et al. | Ammonia fiber expansion (AFEX) pretreatment of lignocellulosic biomass | |
| US8512512B2 (en) | System and method for preextraction of hemicellulose through using a continuous prehydrolysis and steam explosion pretreatment process | |
| JP2022070920A (ja) | 植物性材料およびリサイクルされた材料から、パルプ、エネルギーおよびバイオ派生物を製造するための、方法およびシステム | |
| RS62578B1 (sr) | Postupak obrade ligno-celulozne biomase impregnacijom | |
| CA2783201C (en) | Pre-treatment of cellulosic material | |
| CN109563271B (zh) | 通过浸渍和水蒸气爆破处理木质纤维素生物质的方法 | |
| WO2008135783A1 (en) | Biomass treatment process | |
| BR112014031084B1 (pt) | Método para remoção de líquido de um chorume | |
| WO2010055647A1 (ja) | リグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置 | |
| RS62648B1 (sr) | Hidrotermalno-mehaničko pretvaranje lignocelulozne biomase u etanol ili druge proizvode fermentacije | |
| CN102084055A (zh) | 生物质的处理方法 | |
| CN111770952B (zh) | 处理木质纤维素生物质的方法 | |
| JP2021508355A (ja) | リグノセルロースのバイオマスの処理方法 | |
| US9902982B2 (en) | Continuous countercurrent enzymatic hydrolysis of pretreated biomass at high solids concentrations | |
| JP6004313B2 (ja) | リグノセルロース系バイオマスからの樹脂原料の製造方法及びその装置における反応器出口ラインの固形物による閉塞を回避する方法 | |
| US12291731B2 (en) | Methods and systems for enzymatic hydrolysis of pretreated biomass at high solids concentrations | |
| JP2013163796A5 (sr) | ||
| CN108690859B (zh) | 一种低压蒸汽加热的木质纤维素原料干法稀酸预处理方法 | |
| TW201114913A (en) | Multi-function continuous combined apparatus for lignocellulosic biomass pretreatment and its application process | |
| FI128936B (en) | RECOVERY OF VALUE COMPONENTS FROM BIOMASS | |
| EP3450622A1 (en) | Method and apparatus for the treatment of lignocellulosic biomasses | |
| WO1997007688A1 (en) | A method of disrupting fibrous biomass by treatment with a gas |