将木质纤维素原料压缩成离散单元的方法及相关系统技术方案

本发明专利技术涉及加工木质纤维素原料的方法，其包括研磨木质纤维素原料以提供碎木质纤维素原料；并压缩所述碎木质纤维素原料的至少一部分以形成至少一个离散单元。在一些实施例中，多个离散单元的体积密度为4磅/立方英尺至25磅/立方英尺。本发明专利技术也包括相关的系统。

A method for compressing lignocellulosic materials into discrete elements and related systems

The invention relates to a method for processing lignocellulosic raw materials, including grinding lignocellulosic materials to provide broken wood cellulose raw materials, and compressing at least part of the broken lignocellulosic raw material to form at least one discrete unit. In some examples, the volume density of multiple discrete units is 4 pounds / cubic feet to 25 pounds / cubic feet. The invention also includes a related system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将木质纤维素原料压缩成离散单元的方法及相关系统相关申请本非临时申请要求2015年4月3日提交的系列号为62/142,773的共有临时申请的权益，该临时申请的全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及用于加工木质纤维素原料以形成至少一个离散单元的方法和/或系统。更具体地，本专利技术涉及用于压缩碎木质纤维素原料以形成具有期望的体积密度的多个离散单元的方法和/或系统。
技术介绍
木质纤维素原料可用在生物精炼厂中制备一种或多种生物化学物质(例如，乙醇)。例如，木质纤维素原料可以包括使用各种技术可以分解以产生单糖的一种或多种多糖分子(例如，半纤维素和/或纤维素)。单糖可以被微生物(例如，酵母)用于经由生化转化过程如发酵产生一种或多种生物化学物质。该生物化学物质可以通过各种技术如蒸馏来浓缩。在生物精炼厂中处理和/或加工木质纤维素原料以形成单糖和/或生物化学物质如乙醇可能涉及例如，由木质纤维素原料的尺寸和/或体积密度引起的一个或多个挑战。例如，可以研磨木质纤维素原料如农业残留物(例如玉米秸秆)以便于对其进行处理，从而产生一种或多种生物化学物质。在某些情况下，可以将玉米秸秆收集、捆包并运送至生产生物化学物质的设施。玉米秸秆捆包可以在生物精炼厂中拆捆并研磨至平均尺寸为10英寸或更小，甚至4英寸或更小。碎玉米秸秆可以在生物精炼厂内通过输送系统转运。如果碎玉米秸秆通过开口转移，碎玉米秸秆可能桥接开口，且过度堆积。在一些实施例中，碎玉米秸秆堆积的方式会阻止碎玉米秸秆流过开口，这可能破环输送系统的设备。由于碎秸秆的体积密度，这种输送系统可能相对较大，并且在生物精炼厂内占据大量的空间。另一个与处理木质纤维素原料相关挑战的例子涉及在将液体从固体中分离出来的装置中处理木质纤维素原料。例如，可以将木质纤维素原料如玉米秸秆研磨并与液态水性组合物如水混合以形成浆料并处理碎玉米秸秆。可以处理浆料中碎玉米秸秆以将多糖(例如，半纤维素和/或纤维素)分解成寡糖和/或单糖(例如，戊糖和/或己糖)。将在浆料中的碎玉米秸秆处理之后，至少一部分来自碎玉米秸秆的残留固体可以与浆料中的至少一部分液体分离。在一些情况下，可以使用筛网从液体中分离残留固体。残留的碎玉米秸秆固体可能是相对较直的纤维材料，相对较直的纤维材料可能过度堵塞该筛网。在一些实施例中，残留的玉米秸秆固体可能堆积至基本上阻止液体通过该筛网的程度。
技术实现思路
本文的实施例中公开了处理木质纤维素原料的方法，所述方法包括研磨木质纤维素原料以提供碎木质纤维素原料；以及压缩至少一部分碎木质纤维素原料以形成多个离散单元，其中根据ASAES269.4测得的所述多个离散单元的体积密度为4磅/立方英尺至25磅/立方英尺。本文的实施例中公开了用于处理木质纤维素原料的系统，其包括木质纤维素原料的来源；研磨系统，所述研磨系统配置为研磨木质纤维素以提供碎木质纤维素原料；以及压缩系统，所述压缩系统配置为压缩至少一部分木质纤维素原料以形成多个离散单元，其中根据ASAES269.4测得的所述多个离散单元的体积密度为4磅/立方英尺至25磅/立方英尺，其中，所述研磨系统与所述压缩系统流体连通。附图说明图1示意性展示了根据本专利技术的由木质纤维素原料形成的离散单元的实施例。图2显示根据本专利技术的系统的实施例的示例性流程图。图3显示根据本专利技术的清洁系统的实施例的示例性流程图。图4A显示放射状挤压模具的示例性实施例的俯视草图。图4B显示图4A中的模具的剖视草图。图4C显示图4A中的模具的第二剖视草图。图5显示示例性放射状挤出机的草图。图6A显示放射状挤压模具的实施例的俯视草图。图6B显示图6A中的模具的剖视草图。图6C显示图6A中的模具的第二剖视草图。图7显示图6C中的模具的缩短版的剖视草图。具体实施方式本文实施例公开了加工木质纤维素原料以形成离散单元的方法和/或系统。木质纤维素原料木质纤维素原料可以包括木质素、半纤维素和纤维素。在生物化学转化过程如使用微生物制备生物化学物质(例如乙醇)的背景下，可以通过水解作用处理木质纤维素原料以产生糖。在示例性实施例中，木质纤维素原料可以包括玉米秸秆(叶和茎和穗轴)、苜蓿、禾本科植物、大豆茬、中拱木(hoggedwood)、柳枝稷(switchgrass)、芒草、稻草、木屑等。本文所用的“原料”(如果有的话)是指在研磨和压缩前最低程度地加工的木质纤维素材料。例如，木质纤维素原料可以指处于“绿色状态”的木质纤维素材料，这意味着该原料最近才从其生长的农场或种植园收集。作为另一个例子，木质纤维素原料可以指(例如，在储存系统中或在其生长的田地中)老化的木质纤维素材料。在研磨和压缩之前木质纤维素原料可能经历的最低程度的加工包括拆捆、清洁(例如，从而去除污垢和其它异物)、润湿(例如，从而控制水分)，干燥(例如，从而控制水分)，及其组合，等等。此外，木质纤维素原料是指可以压缩以形成体积密度为4磅/立方英尺至25磅/立方英尺的多个离散单元的木质纤维素材料。木质纤维素原料可以作为木质纤维素原料的来源而获得以进行磨碎。例如，木质纤维素原料可以以捆包或松散材料运输至生物精炼厂。木质纤维素原料的捆包可以包括可以缠绕木质纤维素原料的麻线、网等，并以捆包(例如，矩形包)的形式固定木质纤维素原料。如果木质纤维素原料以捆包的形式提供，则在研磨前可以将捆包拆捆。可手动地将木质纤维素原料的捆包拆捆或可在拆捆系统中的拆捆装置下移除麻线或网状物，使得木质纤维素原料变得松散以便进入到研磨系统中。研磨木质纤维素原料可以研磨木质纤维素原料以提供碎木质纤维素原料。研磨木质纤维素原料可有助于提供后续压缩想要的尺寸的木质纤维素原料。例如，可以基于挤出机模具的尺寸将木质纤维素原料研磨至一定尺寸，以压缩碎原料，反之亦然(将在下文加以讨论)。此外，研磨可以提供相对较均一的木质纤维素原料的尺寸，其可以促进形成相对均一的离散单元。可以在配置为研磨木质纤维素原料以提供碎木质纤维素原料的研磨系统中研磨木质纤维素原料。在一些实施例中，研磨系统可以包括一个或多个研磨装置，如饲料切碎机、锤式粉碎机、筒式粉碎机、刀式粉碎机等，及其组合。可以通过筛网尺寸、转子转速、进料速率等中的一种或多种控制碎木质纤维素原料的粒径。清洁木质纤维素原料可选地，可以在压缩之前清洁木质纤维素原料。清洁涉及从木质纤维素原料中除去非木质纤维素材料。示例性的非木质纤维素材料包括污垢、淤泥、沙子、岩石、杂质金属、玻璃等。在一些实施例中，这种清洁出现在压缩之前。在一些实施例中，清洁发现在研磨之后和压缩之前。下文将结合图3进一步描述清洁木质纤维素原料。压缩碎木质纤维素原料在研磨后，可以压缩至少一部分碎木质纤维素原料以形成至少一个离散单元。虽然不受理论的束缚，但据信压缩的碎木质纤维素原料的离散单元可以包括多个碎木质纤维原料的单独块体，原料由于压缩而弯曲且使得单独块体形成互锁结构从而形成离散单元。图1示意性展示从木质纤维素原料形成的离散单元的例子。如图1所示，离散单元100包括压缩的碎木质纤维素原料的单独块体105，该原料由于压缩而具有弯曲形状，使得块体105彼此互锁。虚线101表示离散单元100的大致矩形形状。在一些实施例中，据信可能特别需要木质纤维素原料如玉米秸秆和类似于玉米秸秆的那些原料，因为其天然形式可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工木质纤维素原料的方法，包括：研磨木质纤维素原料以提供碎木质纤维素原料；以及压缩该碎木质纤维素原料的至少一部分以形成多个离散单元，其中，根据ASAES269.4测得的所述多个离散单元的体积密度为4磅/立方英尺至25磅/立方英尺。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.03 US 62/142,7731.一种加工木质纤维素原料的方法，包括：研磨木质纤维素原料以提供碎木质纤维素原料；以及压缩该碎木质纤维素原料的至少一部分以形成多个离散单元，其中，根据ASAES269.4测得的所述多个离散单元的体积密度为4磅/立方英尺至25磅/立方英尺。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碎木质纤维素原料的至少一部分包括具有长度和宽度的颗粒，并且其中所述颗粒的平均长度为12英寸或更小。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碎木质纤维素原料的至少一部分的水分含量为占碎木质纤维素原料总重量的10％至50％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括使所述木质纤维素原料和/或所述碎木质纤维素原料与水性组合物接触，以使得所述碎木质纤维素原料的至少一部分的水分含量为占所述碎木质纤维素原料总重量的10％至50％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述木质纤维素原料包括半纤维素和纤维素，并且所述方法还包括：使所述多个离散单元与水性组合物接触，以水解至少一部分半纤维素和/或纤维素并形成液体组分和固体组分。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在研磨之前清洁所述碎木质纤维素原料，以从该碎木质纤维素原料中去除至少一部分非木质纤维素原料材料，其中所述非木质纤维素原料材料选自：污垢、淤泥、沙子、岩石、杂质金属、玻璃及其组合。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩包括：使所述木质纤维素原料通过一个或多个挤出机模具以形成所述多个离散单元。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩包括：使所述木质纤维素原料通过放射状挤出装置以形成所述多个离散单元。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述木质纤维素原料包括玉米秸秆。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在研磨前，将成捆的木质纤维素原料拆捆，以提供木质纤维素原料进行研磨。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据ASAE5269.4测得的多个离散单元的颗粒耐久性指数小于90。12.一种用于处理木质纤维素原料的系统，包括：木质纤维素原料来源；研磨系统，该研磨系统配置为研磨所述木质纤维素原料以提供碎木质纤维素原料，其中所述木质纤维素原料来源与所述研磨系统流体连通；以及压缩系统，该压缩系统配置为压缩所述碎木质纤维素原料的至少一部分，以形成多个离散单元，其中，根据ASAES269.4测得的该多个离散单元的体积密度为4磅/立方英尺至25磅/立方英尺，其中所述研磨系统与所述压缩系统流体连通。13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括润湿系统，所述润湿系统连接至所述用于处理木质纤维素原料的系统并配置为将水性组合物施加至所述木质纤维素原料和/或碎木质纤维素原料的至少一部分。14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·G·雷德福，托德·L·彼得森，
申请(专利权)人：波特研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US