EA201990608A1 20190830 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2019\PDF/201990608 Полный текст описания EA201990608 20170822 Регистрационный номер и дата заявки EP16187062.1 20160902 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок EP2017/071165 Номер международной заявки (PCT) WO2018/041679 20180308 Номер публикации международной заявки (PCT) EAA1 Код вида документа [PDF] eaa21908 Номер бюллетеня [**] СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКЕ БИОМАССЫ Название документа [8] C10L 9/00 Индексы МПК [DE] Хюнлайн Бьёрн, [DE] Хоппе Томас, [DE] Хорч Ральф Сведения об авторах [CH] КЛАРИАНТ ИНТЕРНЭШНЛ ЛТД Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201990608a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Настоящее изобретение относится к способу снижения потребления энергии при предварительной обработке биомассы.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Настоящее изобретение относится к способу снижения потребления энергии при предварительной обработке биомассы.


Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201990608 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2019.08.30
(22) Дата подачи заявки 2017.08.22
(51) Int. Cl. C10L 9/00 (2006.01)
(54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКЕ БИОМАССЫ
(31) (32)
16187062.1 2016.09.02
(33) EP
(86) PCT/EP2017/071165
(87) WO 2018/041679 2018.03.08 (71) Заявитель:
(72)
КЛАРИАНТ ИНТЕРНЭШНЛ ЛТД (CH)
Изобретатель:
Хюнлайн Бьёрн, Хоппе Томас, Хорч Ральф (DE)
(74)
Представитель: Фелицына С.Б. (RU) (57) Настоящее изобретение относится к способу снижения потребления энергии при предварительной обработке биомассы.
1-H I
1910204
СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКЕ БИОМАССЫ
Настоящее изобретение относится к способу снижения потребления энергии при предварительной обработке биомассы.
Многие виды органической биомассы претерпевают сложные процессы предварительной обработки с целью обеспечения возможности полного использования её компонентов. Традиционные процессы предварительной обработки биомассы включают в себя использование пара для разрушения структуры органического материала. Эффективным способом предварительной обработки, очень часто применяемым, например, в отношении лигноцеллюлозной биомассы, является паровой взрыв. В условиях предварительной обработки указанного типа требуются большие количества пара для повышения давления в области биомассы до определённого избыточного давления перед началом самопроизвольного расширения, приводящего к разрушению волокон. Следовательно, необходимы значительные энергетические затраты, что делает многие процессы предварительной обработки нерентабельными для вариантов применения в промышленном масштабе.
Такой процесс известен, например, из обзора Chiaramonti D. et al, Review of pretreatment processes for lignocellulosic ethanol production, and development of an innovative method. Biomass and Bioenergy, 2012, 46:25-35.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что потребление пара в ходе такого процесса предварительной обработки можно минимизировать путём оптимизации обработки сырья в ходе процесса.
С учётом вышесказанного, авторы настоящего изобретения предлагают способ снижения потребления энергии при предварительной обработке биомассы, отличающийся
Kr*V%
тем, что параметр обработки сырья, FPP, выбран в пределах диапазона от 1,50 до 7,00 цЯ,мм2-Параметр обработки сырья определяют следующим образом:
FPP =
х 100
Таким образом, оптимизацию обработки сырья осуществляют путём подбора площади выходного отверстия реактора, заключающего в себе биомассу под давлением, в соответствии с конкретным параметром стойкости биомассы при предварительной обработке. Стойкость при предварительной обработке зависит от содержания лигнина и ксилозы, а также содержания влаги и скорости массопереноса соответствующей биомассы.
"Параметр обработки сырья", FPP, также может называться "параметром переработки биомассы" или "параметром перехода биомассы". Следует считать, что все три термина употребляются в качестве синонимов. В связи с этим, параметр стойкости при предварительной обработке, PRP, определяется следующим образом:
PRP = лигнин (мас.о/0) _ х ^
(ксилоза(мас.%) х л/влага(мас.%) х m (-))
С учётом вышесказанного, авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что стойкость при предварительной обработке определённого источника сырья зависит от конкретного отношения содержания лигнина к содержанию ксилозы, содержания влаги и скорости массопереноса. Скорость массопереноса обычно предопределена соответствующей системой предварительной обработки, а также размерами реактора и трубопровода.
После определения PRP оптимальное и наиболее энергетически эффективное потребление пара будет определяться путём доведения площади выходного отверстия, например, реактора предварительной обработки методом парового взрыва, до значения, соответствующего PRP согласно способу по изобретению. В пределах настоящего изобретения предпочтительной является предварительная обработка методом парового взрыва.
В рамках предпочтительного варианта осуществления FPP выбирают в пределах
КГ * д/% КГ * д/%
диапазона от 2,00 до 4,50 ( -), предпочтительно от 2,50 до 4,00 ( -), особенно
ч*мм? ч*мм?
предпочтительно от 2,25 до 3,90 ( -), при этом также предпочтительны диапазоны от
КГ * д/% КГ * д/%
2,25 до 3,80 ( -) и от 2,25 до 3,75 ( -). В связи с этим, осуществление выбора FPP в
ч*ммг ч*ммг
пределах диапазона от 2,5 до 4,0 (ч <-мм2) особенно предпочтительно, так как достигается
максимальная экономия пара, при этом одновременно общие условия процесса оказываются наиболее эффективными, с низким риском закупоривания и с экономически благоприятной массовой скоростью потока.
В рамках дополнительного предпочтительного варианта осуществления биомасса представляет собой лигноцеллюлозную биомассу. Лигноцеллюлозная биомасса включает в себя (но не ограничивается этим) растительный материал, такой как пшеничная солома, ячменная солома, рисовая солома, древесина, древесные щепки, отходы лесопильного завода и бумажной фабрики, кукурузный стебель, жмых сахарного тростника и другие сельскохозяйственные остатки, целевые энергетические сельскохозяйственные культуры, муниципальные бумажные отходы и любой другой материал биомассы, содержащий целлюлозу, гемицеллюлозу, ксилозу и лигнин. Материал биомассы предпочтительно имеет
содержание сухого вещества (СВ) от 30 до 95 мае. %, более предпочтительно от 40 до 90 мае. %, а также предпочтительно от 50 до 85 мае. %.
В рамках предпочтительного варианта осуществления параметр PRP выбирают из
Ч Ч
диапазона от 0,002 до 1,000 ( ==), предпочтительно от 0,003 до 0,800 более
кг*у% кг*у% ч ч
предпочтительно от 0,004 до 0,550 тогда как диапазоны от 0,003 до 0,010 ¦= и от
кг*у% кг*у%
0,004 до 0,009 -^т=, а также от 0,250 до 0,850 -и от 0,300 до 0,750 -^= также являются
Kr*V%' ' ' Kr*V% ' ' кг*\АкГ
ч ч
предпочтительными. Диапазоны от 0,250 до 0,850 ¦= и от 0,300 до 0,750 ¦= являются
кг*у% кг*у%
предпочтительными для малых производственных объектов и так называемых пилотных установок со скоростью массопереноса, выбранной из диапазона от 50 кг/ч до 5 т/ч.
Ч Ч
Диапазоны от 0,003 до 0,010 ¦= и от 0,004 до 0,009 ¦= являются предпочтительными
кг*у% кг*у%
для крупных производственных объектов со скоростью массопереноса, выбранной из диапазона от значения больше 5 т/ч до 100 т/ч.
В рамках дополнительного предпочтительного варианта осуществления содержание влаги в биомассе предпочтительно составляет от 5 до 60 мае. %, предпочтительно от 8 до 55 мае. %, а наиболее предпочтительно от 10 до 50 мае. %, тогда как диапазоны от 10 до 25 мае. % и от 30 до 60 мае. % также являются предпочтительными.
В рамках дополнительного предпочтительного варианта осуществления содержание ксилозы в биомассе выбрано в пределах диапазона от 10,0 до 30,0 мае. %, предпочтительно от 17,0 до 27,0 мае. %, особенно предпочтительно от 20,0 до 25,0 мае. %, тогда как диапазоны от 17,0 до 24,0 мае. % и от 18,0 до 23,0 мае. % тоже являются предпочтительными.
В рамках дополнительного предпочтительного варианта осуществления давление пара выбрано в пределах диапазона от 8,0 до 15,0 бар, предпочтительно от 8,5 до 12,5, а наиболее предпочтительно от 9,0 до 12,0 бар.
В рамках дополнительного предпочтительного варианта осуществления температура в течение предварительной обработки предпочтительно выбрана в пределах диапазона от 150 до 200 °С, предпочтительно от 160 до 190 °С, а наиболее предпочтительно от 165 до 185 °С.
В рамках дополнительного предпочтительного варианта осуществления массовая скорость потока, rh, выбрана из диапазона от 50 до 100 000 кг/ч, предпочтительно от 100 до 50 000 кг/ч, более предпочтительно от 250 до 35 000 кг/ч, а наиболее предпочтительно от 400 до 25 000 кг/ч. Диапазоны от 50 кг/ч до 5 000 кг/ч и от 250 кг/ч до 1 000 кг/ч являются предпочтительными для малых производственных объектов и так называемых пилотных
установок. Диапазоны от 5 ООО кг/ч до 50 ООО кг/ч и от 10 ООО до 25 ООО кг/ч являются предпочтительными для крупных так называемых производственных объектов промышленного масштаба.
В рамках дополнительного предпочтительного варианта осуществления предварительную обработку биомассы осуществляют в течение периода времени, выбранного из диапазона от 1 минуты до 20 минут, предпочтительно от 5 минут до 15 минут, а наиболее предпочтительно от 8 минут до 10 минут.
В пределах настоящей заявки "площадь выходного отверстия" (OA) описывается как площадь (измеряемая в мм2), изображённая на фиг. 1 (позиция (1)). Таким образом, "площадь выходного отверстия" согласно настоящему изобретению образует участок, где биомасса, находящаяся под давлением, покидает реактор, и измеряется данная площадь на внешней стенке реактора (также см. фиг. 1).
В рамках предпочтительного варианта осуществления площадь выходного отверстия выбрана из диапазона от 10 до 17 ООО мм2, предпочтительно от 30 до 10 000 мм2, ещё предпочтительнее от 50 до 6 700 мм2, особенно предпочтительно от 55 до 5500 мм2, также особенно предпочтительно от 60 до 4 750 мм2 и от 63 до 4 500 мм2. При этом диапазоны от 55 до 90 мм2 и от 60 до 75 мм2, а также от 3 000 до 17 000 мм2 и от 4 000 до 6 300 мм2 также являются предпочтительными. Диапазоны от 55 до 90 мм2 и от 60 до 75мм2 являются предпочтительными для малых производственных объектов и так называемых пилотных установок со скоростями массопереноса, выбранными из диапазона от 50 кг/ч до 5 т/ч. Диапазоны от 3 000 до 17 000 мм2 и от 4 000 до 6 300 мм2 являются предпочтительными для крупных производственных объектов со скоростями массопереноса, выбранными из диапазона от значения больше 5 т/ч до 100 т/ч.
В рамках дополнительного предпочтительного варианта осуществления площадь выходного отверстия представляет собой круг с диаметром, выбранным из диапазона от 2 до 150 мм, предпочтительно от 4 до 100 мм, а наиболее предпочтительно от 8 до 75 мм, тогда как диапазоны от 2 до 15 мм и от 4 до 20 мм, а также от 35 до 150 мм и от 40 до 100 мм, и от 45 до 75 мм также являются предпочтительными. Диапазоны от 2 до 15 мм и от 4 до 20 мм являются предпочтительными для малых производственных объектов и так называемых пилотных установок со скоростью массопереноса, выбранной из диапазона от 50 кг/ч до 5 т/ч. Диапазоны от 35 до 150 мм и от 40 до 100 мм, а также от 45 до 75 мм являются предпочтительными для крупных производственных объектов со скоростью массопереноса, выбранной из диапазона от значения больше 5 т/ч до 100 т/ч.
В рамках конкретного предпочтительного варианта осуществления площадь выходного отверстия снабжена соплом, например, как изображено на фиг. 2.
Сопло включает в себя трубчатое тело с первым открытым концом и вторым открытым концом. Сопло выполнено с возможностью быть вставленным в выходное отверстие реактора парового взрыва и соединённым с ним, при этом второй открытый конец соединён с трубопроводом для подачи предварительно обработанной биомассы по меньшей мере в одно из вторичных устройств, предпочтительно включающих в себя сепаратор, а первый открытый конец располагается на одной линии с внутренней стенкой сосуда реактора или простирается в сосуд реактора. Внутренняя поверхность трубчатого тела сопла заключает в себе нарезную винтовую структуру.
Нарезная винтовая структура сопла в значительной степени дополнительно снижает потребление пара системой гидротермальной предварительной обработки.
В предпочтительном варианте осуществления шаг нарезной винтовой структуры находится в диапазоне от 1 до 300 мм, предпочтительно от 10 до 150 мм, более предпочтительно от 20 до 100 мм, а наиболее предпочтительно от 30 до 60 мм. Особенно предпочтительными являются 30, 40, 50 и 60 мм.
Длина сопла находится в диапазоне от 1 до 3500 мм, предпочтительно от 10 до 1000 мм, а более предпочтительно от 30 до 600 мм, ещё предпочтительнее от 60 до 500 мм. Наиболее предпочтительными являются значения длины, равные 50, 60, 80, 100, 200, 300, 400 и 500 мм. Длина и шаг нарезной винтовой структуры соответствующим образом могут быть выбраны так, чтобы получалось примерно от 1 до 5 полных витков, а предпочтительно 2 полных витка.
Площадь сечения, ограниченная внутренней поверхностью сопла, находится в диапазоне от 10 до 17 000 мм2, предпочтительно от 10 до 9 000 мм2, ещё предпочтительнее от 20 до 8 000 мм2, более предпочтительно от 50 до 700 мм2, также предпочтительно от 60 до 5 000 мм2. Дополнительными предпочтительными диапазонами являются диапазоны от 10 до 150 мм2, от 30 до 100 мм2 и от 50 до 80 мм2, а также диапазоны от 1 000 мм2 до 8 000 мм2, от 1 500 до 7 000 мм2 и от 2 000 до 6 000 мм2. Чем меньше площадь сечения, ограниченная внутренней поверхностью сопла, тем меньше общее потребление пара.
Сопло может иметь любую подходящую форму. Однако предпочтительно форма сечения, ограниченного внутренней поверхностью сопла, является круглой или эллиптической с целью уменьшения турбулентности потока материала биомассы.
Глубина нарезной винтовой структуры находится в диапазоне от 0,1 до 15 мм, предпочтительно от 0,5 до 10 мм, а более предпочтительно от 1 до 5 мм, тогда как значения от 1,5 до 3 мм также являются предпочтительными.
Ширина нарезной винтовой структуры находится в диапазоне от 0,1 до 3 мм, предпочтительно от 0,5 до 2 мм, а более предпочтительно от 1,0 до 1,5 мм.
Сопло, как правило, может быть изготовлено из любого материала, известного специалисту в данной области техники в качестве подходящего для настоящего изобретения. Сопла предпочтительно изготовлены из материала с высокой стойкостью к истиранию, такого как керамический материал, как, например, оксид алюминия, а предпочтительнее из алюмооксидного материала высокой чистоты, и наиболее предпочтительно из оксида алюминия, имеющего чистоту выше 92 %, а предпочтительнее имеющего чистоту 99,7 %, особенно предпочтительно чистоту от 99,50 до 99,99 %. Предпочтительной является стойкость к истиранию, равная по меньшей мере 1 800 МПа по шкале твёрдости Виккерса. Особенно предпочтительно стойкость к истиранию составляет по меньшей мере 2 ООО МПа по шкале твёрдости Виккерса, при этом наиболее предпочтительными являются величины, составляющие по меньшей мере 2 500 МПа.
В предпочтительном варианте осуществления сопло исполнено таким образом, как изображено на фиг. 2. Сопло 16 заключает в себе в общем цилиндрическое трубчатое тело 30 с первым открытым концом 32 и вторым открытым концом 34. Трубчатое тело 30 имеет в целом круглое сечение. Внутренняя поверхность 36 стенки трубчатого тела 30 снабжена нарезной винтовой структурой. Структуры, изображённые на фиг. 2, необязательно соответствуют действительным размерам сопла 16. Изображена только нижняя половина части сопла 16, так что видна нарезная винтовая структура на внутренней поверхности 36 стенки. Винтовая структура состоит из множества канавок 40, имеющих глубину 1 мм и ширину 1,5 мм. Шаг канавок 40 составляет 30 мм, так что каждая канавка 40 образует два витка по всей длине сопла 16, равной 60 мм.
Сопло 16, изображённое на фиг. 2, предпочтительно изготовлено из промышленно доступного алюмооксидного материала высокой чистоты (АЬОз 99,7%). В случае сопла 16, изготовленного из указанного материала, не обнаружено никакого истирания по истечении 200 ч работы. Таким образом, сопло 16 не только уменьшает требуемое количество пара при гидротермальной предварительной обработке биомассы, но также керамическое сопло 16 позволяет осуществлять более ровный режим работы, поскольку процесс предварительной обработки не должен прерываться во время эксплуатации.
Без ограничения объёма настоящего изобретения особенно предпочтительны следующие ниже варианты осуществления, приведённые в таблицах 1-4:
25-45
4000-5500
0,0040-0,0065
10-20
30-90
0,40-0,70
10-20
4000-5000
0,007-0,009
10-18
60-75
0,50-0,60
10-18
4000-5500
0,007-0,009
15-30
60-70
0,40-0,70
15-30
3000-4500
0,008-0,010
25-45
65-80
0,250-0,375
400
25-45
4000-5500
0,0040-0,0065
25000
10-20
30-90
0,40-0,70
400
10-20
4000-5000
0,007-0,009
25000
10-18
60-75
0,50-0,60
400
10-18
4000-5500
0,007-0,009
25000
15-30
60-70
0,40-0,70
400
15-30
3000-4500
0,008-0,010
25000
Фигуры и примеры
Следующие ниже примеры и фигуры иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления изобретения, но не ограничивают объём или формулу изобретения.
На фиг. 1 показано предпочтительное расположение и вариант воплощения зоны OA выходного отверстия реактора предварительной обработки методом парового взрыва.
На фиг. 2 показан предпочтительный вариант воплощения соплового оборудования.
На фиг. 1 позиция (1) указывает зону OA выходного отверстия, позиция (2) указывает трубопровод для подачи материала предварительно обработанной биомассы во вторичное устройство, позиция (3) указывает внешнюю стенку реактора (4) предварительной обработки, а позиция (5) указывает фланец для крепления трубопровода (2) к реактору (4).
Состав материала биомассы анализировали в соответствии с методом NREL (Национальная лаборатория возобновляемой энергии, США) и ASE (Альянс за устойчивую энергетику, ООО Министерства энергетики): "Determination of Structural Carbohydrates and Lignin on Biomass", Version 08-03-2012.
Обнаружены следующие компоненты:
Содержание сухого вещества (СВ)
Глюкоза (целлюлоза, глюкан)
Ксилоза(ксилан)
Зола
Лигнин (нерастворимый в кислоте)
Для точного сопоставления результаты корректировали путём вычитания содержания
золы.
Типовой расчёт для примера 1-0: Содержание сухого вещества: 85,0%
Глюкоза (целлюлоза, глюкан): 33,2% => 33,2% / ((100-6,0%) / 100) = 35,3% Ксилоза (ксилан) 21,3% => 21,3% / ((100-6,0%) / 100) = 22,7%
Зола 6,0%
Лигнин (нерастворимый в кислоте) 15,6% => 15,6% / ((100-6,0%) / 100) = 16,6% Содержание влаги вычисляли путём вычитания измеренного значения СВ: 15 мае. %.
КГ*"\/%
Пример 1-0 (сравнительный). Пшеничная солома (влага 15 мае. %). FPP 0,7
^ 4*MMZ
Тюки пшеничной соломы разминали в дробилке тюков (фирма Tietjen), снабжённой ротационными скребками, работающими со скоростью 3000 об/мин, что давало на выходе частицы размерами от 10 до 40 см. Указанный размер частиц обеспечивает ровную транспортировку материала и режим работы на следующей стадии измельчения. Пневматическим способом материал биомассы перемещали в молотковую мельницу (модель Tietjen VDK 4.1) с 30-миллиметровыми ситами, работающую со скоростью 3 000 об/мин, где пшеничную солому резали на кусочки со средними размерами частиц от 1 до 5 см.
Резаную пшеничную солому транспортировали в реактор предварительной термальной обработки при помощи подающего устройства в виде игольчатого барабана (фирма Metso; PDF 2545) с последующим транспортировочным винтом (фирма Metso; FFS 211) и запорным винтом (фирма Metso; ADI 180). В подающем устройстве в виде игольчатого барабана задавали массовую скорость потока, rh, равную 400 кг (СВ)/ч. Пшеничная солома имела содержание сухого вещества, равное 85 мае. %, содержание ксилозы 22,7 мае. % и содержание лигнина 16,6 мае. %, что в результате приводило к достижению значения PRP, равного 0,47 (-^==).
В сосуде реактора (фирма Metso; RHA 740) предварительной обработки пшеничную солому подвергали непрерывной предварительной обработке паром при температуре 160 °С в течение 5 мин без добавления каких-либо химических веществ. Потребление пара измеряли при помощи вихревого расходомера Vortex Flowmeter Proline(r) от фирмы Endress & Hauser при скорости 1,755 кг/ч. После указанной предварительной гидротермальной обработки предварительно обработанную пшеничную солому перемещали в циклон (фирма Schrader; DN1200) для отделения органических материалов от газов.
Сосуд реактора предварительной обработки имел выходное отверстие с площадью
сечения около 283 мм2, a FPP (параметр обработки сырья) был выбран равным 0,7 ^~7-
Определено, что потребляемое количество пара на 1 кг СВ составляло 4,4 кг. Результаты приведены в таблице 5.
КГ* V*%
Пример 1-А. Пшеничная солома (влага 15 мае. %). FPP 3,3
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 1-0. Состав был идентичен составу, использованному в примере 1-0 (PRP = 0,47 (-^ф)-
КГ*"\/%
Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли на 3,3 - путём доведения
площади выходного отверстия до 65 мм2. Было измерено, что потребление пара составляло 403 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,0 кг на 1 кг СВ, что представляло собой эффективное снижение потребления пара на 77% по сравнению с примером 1-0. Результаты приведены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 1-В. Пшеничная солома (влага 15 мае. %). FPP 2,3
ч*мм^
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 1-0. Пшеничная солома имела содержание сухого вещества, равное 85 мае. %, содержание ксилозы 21,3 мае. %, а содержание лигнина 15,6 мае. %, что в результате приводило к достижению значения PRP,
равного 0,47 (^^=). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли на 2,3 htmm2
путём доведения площади выходного отверстия до 90 мм2. Было определено, что потребление пара составляло 558 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,4 кг на 1 кг СВ, что представляло собой эффективное снижение потребления пара на 68,2% по сравнению с примером 1-0. Результаты приведены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 1-С. Пшеничная солома (влага 15 мае. %). FPP 7,0
ч*мм^
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 1-0. Состав был идентичен составу, использованному в примере 1-В (PRP= 0,47 (-^ф)-
КГ*"\/%
Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли на 7,0 путём доведения
площади выходного отверстия до 30 мм2. Было измерено, что потребление пара составляло 186 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 0,5 кг на 1 кг СВ. Результаты приведены в таблице 5.
кг*д/%
Пример 1-D. Пшеничная солома (влага 20 мае. %). FPP 3,7
ч*мм^
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 1-0. Пшеничная солома
имела содержание сухого вещества, равное 80 мае. %, содержание ксилозы 21,3 мае. %, а
содержание лигнина 15,6 мае. %, что в результате приводило к достижению значения PRP,
равного 0,41 ( ==).
КГ*"\/%
Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли на 3,7 путём доведения
площади выходного отверстия до 65 мм2. Было определено, что потребление пара составляло 403 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,0 кг на 1 кг СВ, что
представляло собой эффективное снижение потребления пара на 77,0% по сравнению с примером 1-0. Результаты приведены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 1-Е. Пшеничная солома (влага 10 мае. %). FPP 2,3
ч*мм^
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 1-0. Пшеничная солома
имела содержание сухого вещества, равное 90 мае. %, содержание ксилозы 20,0 мае. %, а
содержание лигнина 17,0 мае. %, что в результате приводило к достижению значения PRP,
равного 0,67 ( ==).
КГ*"\/%
Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли на 2,3 путём доведения
площади выходного отверстия до 65 мм2. Было определено, что потребление пара составляло 403 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,0 кг на 1 кг СВ, что представляло собой эффективное снижение потребления пара на 77,0% по сравнению с примером 1-0. Результаты приведены в таблице 5.
кг*д/%
Пример 2-0 (сравнительный). Пшеничная солома (влага 15 мае. %). FPP 0,8
^ Ч*ММ^
Тюки пшеничной соломы разминали в дробилке тюков (фирма Tietjen), снабжённой ротационными скребками, работающими со скоростью 3000 об/мин, что давало на выходе частицы размерами от 10 до 40 см. Указанный размер частиц обеспечивает ровную транспортировку материала и режим работы на следующей стадии измельчения. Пневматическим способом материал биомассы перемещали в молотковую мельницу (фирма Tietjen) с 30-миллиметровыми ситами, работающую со скоростью 3000 об/мин, где пшеничную солому резали на кусочки со средними размерами частиц от 1 до 5 см.
Резаную пшеничную солому транспортировали в реактор предварительной термальной обработки при помощи подающего устройства в виде игольчатого барабана (фирма Metso) с последующим транспортировочным винтом (фирма Metso) и запорным винтом (фирма Metso). В подающем устройстве в виде игольчатого барабана задавали массовую скорость потока, rh, равную 25 000 кг (СВ)/ч. Состав был идентичен составу в
примере 1-В (PRP= 0,008 (^=)).
В сосуде реактора предварительной обработки (фирма Metso) пшеничную солому подвергали непрерывной предварительной обработке паром при температуре 160°С в течение 5 мин без добавления каких-либо химических веществ. Потребление пара измеряли при помощи вихревого расходомера Vortex Flowmeter Proline(r) от фирмы Endress & Hauser при скорости 1,755 кг/ч. После указанной предварительной гидротермальной обработки предварительно обработанную пшеничную солому перемещали в циклон (фирма Schrader) для отделения органических материалов от газов.
КГ* V*%
Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли на 0,8 путём доведения
площади выходного отверстия до 16 ООО мм2. Было измерено, что потребление пара составляло 99 200 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 4,0 кг на 1 кг СВ. Результаты приведены в таблице 5.
Kr*V%
ч*ммг
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 2-0. Состав был
Пример 2-А. Пшеничная солома (влага 15 мае. %). FPP 3,1 Подготовку биомассы осуществляли, как ог идентичен составу в примере 2-0 (PRP= 0,008 (^^-)
КГ*"\/%
Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли на 3,1 путём доведения
площади выходного отверстия до 4 200 мм2. Было измерено, что потребление пара составляло 26 040 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,0 кг на 1 кг СВ, что представляло собой эффективное снижение потребления пара на 73,8 % по сравнению с примером 2-0. Результаты приведены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 3-0 (сравнительный). Кукурузные стебли (влага 17 мае. %). FPP 0,6
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 1-0. Кукурузные стебли имели содержание сухого вещества, равное 83 мае. %, содержание ксилозы 19,7 мае. %, а содержание лигнина 17,8 мае. %, что в результате приводило к достижению значения PRP,
Ч КГ*"\/%
равного 0,547 (^^=). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли на 0,6 ч <-мм2
путём доведения площади выходного отверстия до 283 мм2. Было определено, что потребление пара составляло 1811 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 4,5 кг на 1 кг СВ. Результаты приведены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 3-А. Кукурузные стебли (влага 17 мае. %). FPP 0,6
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 1-0. Кукурузные стебли были идентичны использованным в примере 3-0 (PRP равен 0,547 (-Значение FPP
КГ*"\/%
(параметр обработки сырья) заменяли на 2,9 путём доведения площади выходного
отверстия до 63 мм2. Было измерено, что потребление пара составляло 403 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,0 кг на 1 кг СВ, что представляло собой эффективное снижение потребления пара на 77,7% по сравнению с примером 3-0. Результаты приведены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 3-В. Кукурузные стебли (влага 30 мае. %). FPP 0,6
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 1-0. Кукурузные стебли имели содержание сухого вещества, равное 70 мае. %, содержание ксилозы 19,7 мае. %, а
содержание лигнина 17,8 мае. %, что в результате приводило к достижению значения PRP,
Ч КГ* V*%
равного 0,412 (^^=). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли на 3,6 vmm2
путём доведения площади выходного отверстия до 67 мм2. Было определено, что потребление пара составляло 429 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,1 кг на 1 кг СВ, что представляло собой эффективное снижение потребления пара на 76,3 % по сравнению с примером 3-0. Результаты приведены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 4-0 (сравнительный). Кукурузные стебли (влага 17 мае. %). FPP 0,7
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 2-0. Кукурузные стебли были идентичны использованным в примере 3-0, что в результате приводило к достижению значения PRP, равного 0,009 (^^-). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли
на 0,7 кг ^ путём доведения площади выходного отверстия до 16 000 мм2. Было измерено,
что потребление пара составляло 102 400 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 4,1 кг на 1 кг СВ. Результаты приведены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 4-А. Кукурузные стебли (влага 17 мае. %). FPP 3,0
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 4-0. Кукурузные стебли были идентичны использованным в примере 3-0, что в результате приводило к достижению значения PRP, равного 0,009 (^^-). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли
на 3,0 кг ^ путём доведения площади выходного отверстия до 3 800 мм2. Было измерено,
что потребление пара составляло 24 320 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,0 кг на 1 кг СВ, что представляло собой эффективное снижение потребления пара на 76,3 % по сравнению с примером 4-0. Результаты приведены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 5-0 (сравнительный). Ячменная солома (влага 13 мае. %). FPP 0,7
^ ч*ммг
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 1-0. Ячменная солома имела содержание сухого вещества, равное 87 мае. %, содержание ксилозы 18,8 мае. %, а содержание лигнина 14,2 мае. %, что в результате приводило к достижению значения PRP,
Ч КГ*"\/%
равного 0,521 (^^=). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли на 0,7 vmm2
путём доведения площади выходного отверстия до 283 мм2. Было определено, что потребление пара составляло 1 641 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 4,1 кг на 1 кг СВ. Результаты приведены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 5-А. Ячменная солома (влага 13 мае. %). FPP 2,9
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 5-0. Ячменная солома была идентичной использованной в примере 5-0, что в результате приводило к достижению значения PRP, равного 0,521 (^^-). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли
- " Kr*V% .. /г/г 2 г-
на 2,9 - путем доведения площади выходного отверстия до 66 мм . Было измерено, что
потребление пара составляло 383 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,0 кг на 1 кг СВ, что представляло собой эффективное снижение потребления пара на 76,7% по сравнению с примером 5-0. Результаты приведены в таблице 5.
КГ* V*%
Пример 6-0 (сравнительный). Ячменная солома (влага 13 мае. %). FPP 0,7
^ 4*MMZ
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 2-0. Ячменная солома была идентична использованной в примере 5-0, что в результате приводило к достижению значения PRP, равного 0,008 (^^-). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли
на 0,7 кг ^ путём доведения площади выходного отверстия до 16 000 мм2. Было измерено,
что потребление пара составляло 92 800 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 3,7 кг на 1 кг СВ. Результаты приведены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 6-А. Ячменная солома (влага 13 мае. %). FPP 2,7
ч*мм^
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 6-0. Ячменная солома была идентична использованной в примере 6-0, что в результате приводило к достижению значения PRP, равного 0,008 (^^-). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли
на 2,7 кг ^ путём доведения площади выходного отверстия до 4 500 мм2. Было измерено,
что потребление пара составляло 26 100 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,0 кг на 1 кг СВ, что представляло собой эффективное снижение потребления пара на 71,9% по сравнению с примером 6-0. Результаты приведены в таблице 5.
Пример 7-0 (сравнительный). Жмых сахарного тростника (влага 40 мае. %). FPP 1,0
Kr*V% ч*мм2
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 1-0. Жмых имел содержание сухого вещества, равное 60 мае. %, содержание ксилозы 22,0 мае. %, а содержание лигнина 19,2 мае. %, что в результате приводило к достижению значения PRP,
Ч КГ*"\/%
равного 0,345 (^^=). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли на 1,0 ч <-мм2
путём доведения площади выходного отверстия до 283 мм2. Было определено, что потребление пара составляло 1557 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 3,9 кг на 1 кг СВ. Результаты приведены в таблице 5.
КГ* V*%
Пример 7-А. Жмых сахарного тростника (влага 40 мае. %). FPP 3,9
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 7-0. Жмых был идентичным использованному в примере 7-0, что в результате приводило к достижению значения PRP, равного 0,345 (^^-). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли
" п KT*V% .. -7/1 2 г-
на 3,9 - путем доведения площади выходного отверстия до 74 мм . Было измерено, что
потребление пара составляло 407 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,0 кг на 1 кг СВ, что представляло собой эффективное снижение потребления пара на 73,9% по сравнению с примером 7-0. Результаты представлены в таблице 5.
Пример 8-0 (сравнительный). Жмых сахарного тростника (влага 40 мае. %). FPP 1,1
Kr*V% ч*мм2
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 2-0. Жмых был идентичным использованному в примере 7-0, что в результате приводило к достижению значения PRP, равного 0,006 (^^-). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли
на 1,1 кг ^ путём доведения площади выходного отверстия до 16 000 мм2. Было измерено,
что потребление пара составляло 88 000 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 3,5 кг на 1 кг СВ. Результаты представлены в таблице 5.
КГ*"\/%
Пример 8-А. Жмых сахарного тростника (влага 40 мае. %). FPP 3,8
Подготовку биомассы осуществляли, как описано в примере 8-0. Жмых был идентичным использованному в примере 8-0, что в результате приводило к достижению значения PRP, равного 0,006 (^^-). Значение FPP (параметр обработки сырья) заменяли
на 3,8 кг ^ путём доведения площади выходного отверстия до 4 750 мм2. Было измерено,
что потребление пара составляло 26 125 кг/ч и соответствовало удельному потреблению пара 1,0 кг на 1 кг СВ, что представляло собой эффективное снижение потребления пара на 70,3% по сравнению с примером 8-0. Результаты приведены в таблице 5.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ снижения потребления энергии при предварительной обработке биомассы,
отличающийся тем, что параметр обработки сырья, FPP, выбирают в пределах диапазона от
1 с " _ Kr*V%
1,5 до 7,0 j.
2. Способ по п. 1, в котором параметр обработки сырья, FPP, выбирают в пределах
О Л /1С Kr*V%
диапазона от 2,0 до 4,5
ч*мм?
3. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором биомасса представляет собой лигноцеллюлозную биомассу.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором параметр стойкости биомассы при предварительной обработке, PRP, выбирают в пределах диапазона от 0,002 до 1,000 -^=.
кг*у%
5. Способ по п. 4, в котором параметр стойкости биомассы при предварительной
обработке, PRP, выбирают в пределах диапазона от 0,003 до 0,80
кг*у%
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором биомасса характеризуется отношением лигнина к глюкозе, составляющим от 0,35 до 0,60 мае. %.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором содержание влаги в биомассе выбирают в пределах диапазона от 5 до 60 мае. %.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором содержание ксилозы в биомассе выбирают в пределах диапазона от 10,0 до 30,0 мае. %.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором давление пара выбирают в пределах диапазона от 8,0 до 15,0 бар.
10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором предварительную
обработку биомассы осуществляют в течение периода времени, выбранного из диапазона
от 1 минуты до 20 минут.