專利名稱：將植物生物質連續分離為液體相和稠漿狀含固體相的方法
技術領域：
本發明涉及將植物生物質連續分離為液體相和稠漿狀含固體相的方法。所述液體相和含果肉相的固體都可再利用，即它們都具有工業上的價值。該方法的起始原料是處于濕潤狀態的植物生物質。
本發明方法使用的植物生物質或者為自然濕潤狀態，或者為工業加工的濕潤狀態。
一種采用工業加工濕潤狀態的植物生物質的例子是廢谷物，更具體地說是用于制造啤酒、威士忌等的廢谷物。
一種采用自然濕潤狀態的植物生物質的例子是從中可產出飼料的新鮮起始原料，更具體地說是來自牧場的草。通常，人們考慮處于自然濕潤狀態的植物生物質的例子是具有高蛋白質含量和/或糖含量的新鮮植物或植物成分或它們的新鮮渣。這具體地包括三葉草、苜蓿草和草(上面提到的)，但是還可以是豆類植物、大豆、高梁、芥菜、羽衣甘藍草、蕪菁、香蕉葉、甘蔗渣、葡萄皮、外殼/皮、果渣如柑橘類水果和無核水果的渣，以及富水植物(ranking water plants)如浮萍屬和風眼藍，及幾種其他的植物。
從美國專利US3684520A和/或FR2294647A和/或FR2294648A中已知加工新鮮的碎葉綠植物或其他碎植物生物質，所述植物處于自然濕潤狀態，首先在一個混合機中與目標添加劑相結合，然后在一個壓榨機中產生壓榨的汁液，蛋白質和/或葉綠素從所述汁液中分離出來，及壓榨餅可以被經濟地干燥。
在美國專利US3684520A中更具體地描述了壓榨促使自然植物的結構被破壞，使不同的物質(所述物質一般通過植物的結構組織作用被分離出來)相互接觸，這會使這些物質中的一些被降解。
在FR2294647A和/或FR2294648A中更具體地描述了用來自壓榨機的循環的榨出汁向混合機進料，從而將循環的榨出汁與待壓榨的物質相混合，其目的是利用循環汁液的熱量及其包含的化學物質(如果存在的話)。從公開的內容看出，循環的榨出汁的重量約為處理的生物質干重的3倍，及小于用于產品分離的榨出汁輸出量之重量。還公開了在進行混合操作之前對生物質進行機械裂解處理，如在錘式粉碎機進行撕裂或粉碎處理。
另外，一種類似于現有技術提到的方法如EP0213605A公開的方法，在該專利中來自甘蔗(非甘蔗渣)的生物質被進行干餾以生產纖維和非纖維部分；與厚壁組織細胞相對應的纖維部分包括外殼和維管束，及與軟組織細胞相對應的非纖維部分。甘蔗塊首先被刀片切碎以得到剁碎的物料，粒徑為2-6cm，然后干燥，然后分餾。非纖維部分是高糖含量的固體物料，適宜用作動物的飼料或制糖的起始原料。纖維的制備不是本發明的目的。
在GB1377438A中更具體地公開了輸入自然濕潤狀態的植物生物質至裝配有旋轉刀片的容器中，及將從所述植物生物質中分離出的含水汁液的一部分再循環，從而減少懸浮于綠色汁液中起始原料的尺寸；從所述綠色汁液中分離葉綠體核蛋白質，留下清汁液的殘留物；從清汁液中分離胞漿蛋白留下以棕色汁液為特征的殘留物；所述棕色汁液的濃縮物或者用于生產糖漿，或者再循環到所述第一操作。再循環液的重量是所述植物生物質(是紫花苜蓿)重量的1-3倍。據說該方法能產生有價值的汁液并留下適宜用作動物飼料的干燥蛋白質。纖維的制備不是該方法的目的。
在US4468463A中更具體的公開了輸入肥料到粉碎機及再循環從所述肥料中分離出的一部分含水汁液。
為了處理植物生物質在含水汁液中的流動懸浮物以制備纖維，及由于生物質的纖維形成細胞壁(該細胞壁封住了有價值的有機物如蛋白質和其他位于細胞中的目標產品)，需要對所述細胞壁進行粉碎操作，從而釋放并回收有價值的有機物。
在前面所提到的現有技術中，該粉碎操作是通過沖壓、碾壓和/或切碎完成的，上述操作會使纖維散亂地變短。此外，這種處理不能將纖維相互地分離開來和挑選出來。另外，當運用該方法處理包含適宜百分比的完整細胞(該細胞具有不可破碎的細胞壁)的植物原料時，沖壓是一種相當低效的干燥方法。
一種已知類型的粉碎機用于分裂細胞壁并將小直徑的纖維挑選出來，同時維持纖維的長度，至少達到適宜的程度。這種特別類型的粉碎機例如被公開在各自的公報專利或專利申請或實用新型文獻DE2338964A、DE3231168B、DE3533255A、EP0134697B、DE7819825B和DE7808695U中，所述粉碎機例如可以從Siefer Maschinen-fabrikGmbH 3 Co.KG，D-42551 Velbert(Germany)購得，cf.例如(其中)它們的工業實例為TRIGONAL(R)type SM 290。重要的是，這種特別類型的粉碎機是具有至少一個粉碎段的旋轉粉碎機，所述粉碎段包括相互聯系的定子和轉子部件，它們具有各自的操作表面并被所述粉碎段的相聯操作隙間隔開，所述表面通過相聯操作隙相對設置，所述表面的每個都裝配了切割部件，所述切割部件直接進入所述相聯操作隙并止于切割緣，粉碎段的有效保護隙被定義為如下位置的最小距離當所述粉碎機運轉時在各段的相聯操作隙中其中一個切割緣與另一個操作面之間的距離。
傳統上，這種特別類型的粉碎機被給入產品懸浮液，該懸浮液由所述產品被切碎后置入載體流或介質中形成。當使用植物生物質時，需要加入一些含水液體，因為植物生物質的自然濕度不足以提供所需要的懸浮液，及粉碎操作會產生易于堵塞所述粉碎機的漿料。然而，基于經濟的原因通常加入含水液體的量被保持在盡可能低的水平以有利于粉碎機的操作，即不高于適宜處理所述物質所需要的量，這意味著植物生物質在含水液體中以相當濃的懸浮液形式被輸入粉碎機；cf.例如根據上面提到的GB1377438A的教導，其中循環液的重量是植物生物質重量的1-3倍。然后，所述粉碎機制造懸浮在含水汁液中的粉碎生物質物料的漿料。該漿料最終被分離為含水汁液和糊狀物，然后它們都被最大程度地使用。
令人驚奇地是，已經發現上面所提到的粉碎機類型的慣用操作模式被改變，從而使得含水液體的加入量多于完全處理該物料所需要的量，即所述粉碎機的正確操作，這種改變(即使用更多的添加含水液體)提高了粉碎機挑選小直徑纖維的處理能力，同時維持了纖維在所得到的漿液中的長度，及還會對所述植物生物質的細胞起作用以打開它們，使它們所含的物質釋放到含水汁液中。
為了達到上面所述效果，優選地，所述粉碎機的最后粉碎段具有一個有效的剪切隙，其寬度10倍于所產生的預定最大纖維厚度并在含固體相中結束。
所述驚人效果是由流動懸浮物內部一定流速梯度產生，該成分足以產生一種剪切效應，作用于植物生物質的細胞以打開它們并使其所含的物質釋放到含水汁液中，留下的殘渣主要由纖維組成。相信所述剪切效應促使所述纖維與流動方向相一致，及因此防止它們在粉碎機通過縱向被切斷。
然而，在切割設備中類似的驚人效果是沒有使用任何切割部件。這樣一種切割設備至少有一個切割段，由相互連接在一起的定子和轉子部件組成，通過所述級一個相連的有效切割隙將各自切割面分隔開，所述切割面通過相連的有效切割隙面對面設置。
因此，所述驚人效果不僅由于通過處理設備的載體流的流速提高，還由于所述漿料一同被稀釋；象上面所說的，所述驚人效果主要是由于懸浮流通過處理設備時產生了一定流速梯度，該梯度產生的切割效應作用于所述植物生物質的細胞。相信所述強切割效應還破壞了生物質中細胞的結構，這是從該處理設備的含水汁液中以高百分比回收有價值產品的原因，所述產品如蛋白質和/或葉綠素及其他有機產物(如用于制造發酵產品和/或生物氣的產物)。這也說明了在糊狀物(所述糊狀物由流出處理設備的漿料產生)中例如通過壓榨作用容易達到相當低的含水量——相信纖維中的細胞經切割破壞后使后者含有較少量的水，因此相對于現有技術中達到的含水量更容易被干燥。
最后，當經過處理的稀釋漿料被分割后，所得到的含水汁液和糊狀物都具有現有技術不能達到的特征，從而使它們比從濃縮漿料中得到的含水汁液和糊狀物更具有價值，下面將要做出詳細地解釋。
因此，本發明的一個目的是提供一種如上面所描述的方法來處理植物生物質，包括在流動懸浮液內部產生一定流速梯度，該梯度足以作用于植物生物質的細胞以打開所述細胞，并允許其中所含物質釋放到含水汁液中，而主要由纖維組成并最終為含固體相的殘渣被留下來，所產生的含水汁液和糊狀物更具有工業價值，更具體地說，它們的應用相對于現有技術的情況在技術上和/或經濟上更有利。
本發明的另一個目的是提供一種如上面所描述的方法，將所述漿料分離為稠漿狀(即含糊狀物的纖維)含固體相和液體相(即含水的汁液)，所述糊狀物含有大量有價值的細長纖維，該糊狀物相對于現有技術能被更經濟地干燥并能更有意義地使用，所述含水汁液能容易分離或直接使用來自細胞的有價值的有機物如蛋白質、葉綠素、發酵產品等。
本發明的另一個目的是提供一種如上面所描述的方法，其中能量代謝、輸入和輸出物料的經濟方面都可以被最佳化，及更具體地說，當前送往所述系統的新鮮水大大地小于與通過產生梯度(gradient-generating)的處理設備的水流對應的水量，另外，其中所有得到的產品(即所有含水汁液和湖狀物)被利用及沒有產生明顯數量的廢產物。
根據本發明，通過將權利要求1描述的方法步驟相結合這些目的可以被實現，該方法優選的技術方案被記載在后面的權利要求書中。
本發明方法一些具體的方面如下所述載體流中生物質的懸浮物優選被大于載體流4倍的水稀釋，所需要的載體流量僅僅取決于傳統的技術條件和經濟因素。換句話說，所使用的載體流量比一般地用量要大，優選5倍于一般用量。
任選地，為有利于進料，作為起始原料供應的植物生物質在被送入所述處理設備之前先被預切割以減小其尺寸，更具體地說在與載體流混合之前。典型地，所述起始原料的尺寸被減小后由長度不超過約5厘米的細長片組成。當所述植物生物質由短纖維材料(如廢谷物)組成時所述預切割操作可以被省去。
為了節省處理設備，可含在起始原料中的任何比植物生物質密度大的雜質可以通過重力從起始原料和含水汁液的混合物中分離，所述雜質如石頭、沙礫、沙子、灰和其他類似的物料，在所述混合物中通過高度稀釋起始原料當然有利于分離。
經過所述處理設備的通道之后，流出所述處理設備的懸浮在載體流中的生物質漿料被分離為含水漿液和糊狀物，及接下來含水汁液被分離成兩部分。其中第一部分再循環使用以作為所述處理設備的載體流。另一部分(或第二部分)例如被用于分離出有價值的產品。另外，直接離開所述系統的含水汁液的第二部分具有如下水含量，該水含量約維持了水的平衡及補償進入所述系統的水量和離開所述系統的水量，其中前者為作為起始原料的植物生物質所含的水分，后者為所述糊狀物包含的水分。
簡單地說，在本發明的方法中，(a)約同樣數量的流體(主要是水)將于當前以植物生物質(作為起始原料)中所含水分的形式進入該處理設備中，及以含水流體殘留物(從含水汁液中分離有價值的產品)和糊狀物中所含水分的形式離開所述處理設備；及(b)更大數量的流體將于當前通過所述處理設備流動，數量大于上面所述當前進入和離開所述處理設備的流體。
實際上，通過所述處理設備流動的液體數量取決于所提供的植物生物質的干物含量(即所提供的當前進入所述處理設備的起始原料)，該液體數量將被調到約為所述物料干物含量的20-500倍，優選50-200倍(W/W)。因此，通過所述處理設備流動的液體數量遠大于進入和離開所述處理設備的液體數量，所述進入的液體數量與離開的液體數量大致相等。
不論所述處理設備是一種旋轉粉碎機還是一種如上面所描述的剪切裝置，在所述處理設備內進行旋轉的大量流體都會構成和調整較后者，使其最后階段具有相當大的有效的切割隙。實際上，根據如下參數所述有效切割隙會被最佳化，所述參數包括但不限于作為起始原料的植物生物質的種類，所使用的處理設備的類型，后者的旋轉速度及其操作表面的相互位置關系。所述有效切割隙一般被調整到寬度大于所制得的最終含固體相中的預定最大纖維寬度的10倍，及優選地，在所述處理設備的任何操作階段所述切割隙的寬度大于約1毫米。
考慮到液體流動和在所述流動懸浮物內部一定流速梯度，即使相當大的有效切割隙對懸浮在含水汁液中的生物質物料也具有強剪切作用，該剪切作用產生了預定纖維長度的生物質物料的纖維，例如對于細長纖維典型地為幾厘米長及直徑為十分之幾個毫米。直到現在，這種生物質物料的細長纖維不能在粉碎機中由生物質物料經濟地制造，及人們不知道它們完全可以在切割設備中被制造。
現在通過本發明可以從生物質物料中制造該細長纖維，該細長纖維使得以新的方式使用所述生物質物料的纖維部分及獲得不同于以前的新產品成為可能。通過實施例，現在可能超過通常制造的小生物相容性小球(如飼料小球)，制造出高強度的大生物相容性產品以用于園藝、建筑物及類似用途，例如墊子、無紡布、板、模塑部件和擠壓部件。
下面參照附圖對本發明進行描述及對更詳細的細節做出例示，其中


圖1顯示根據EP0134697B公開的旋轉粉碎機的粉碎段的縱向剖視圖，用于介紹該技術的技術背景；及圖2是系統地介紹本發明的方法步驟的系統流程圖。
在
圖1中，根據EP0134697B公開的處理設備實例顯示了旋轉粉碎機的技術背景，一般地指1。圖中顯示了旋轉粉碎機1各部件的縱向剖視圖，所述粉碎機相對應的一個粉碎段標示為2。在所述粉碎段2中一個定子部件3與一個轉子部件4相連并具有各自的操作表面5和6，表面5和6被粉碎段2的一個相聯操作隙7間隔開，操作面5和6通過相聯操作隙7面對面設置。所述操作面5和6裝配了各自的切割部件8和9，部件8和9導入相聯操作隙7并止于各自的切割緣10和11。
當所述旋轉粉碎機1被操作時，在所述切割緣10和11之間的距離會發生變化，所述切割緣10和11分別在定子3和轉子4上，及相應地設置在一操作面5和6及另一操作面5和6。因此，一個有效地切割隙可以被定義為在所述粉碎段2的相聯操作隙7的內部后切割緣10和11之間通道的最小距離。所述有效切割隙具有
圖1中兩個輔助線所示的寬度，作為各自切割緣10和11延長線的兩個輔助線相互平行，其間隔距離以x表示，因此，應該理解到所述有效切割隙以x表示，及所述有效切割隙的寬度是x的值或測量值。
然而，在附圖中沒有顯示的另一個處理設備實例是上面所提到類型的切割設備，其中的數據可以在下面的實施例4中發現。
在圖2中參照流程圖介紹本發明的方法步驟。
應該理解到雖然下面本發明的方法按順序描述，但是本發明的方法是連續進行的，因此，在連續地操作中該方法步驟同時發生，所指示的數量應被理解為流量，各種流量的流速可以相互作比(如以每單位時間重量計)。
應該理解到在下文中對本發明方法步驟的描述參照了一種處理設備，該設備可以是上文所述類型的粉碎機及如
圖1所示，但這只是本發明的一個實施例，該處理設備實施方案另一個實施例是上面所描述類型的切割設備。
方框21說明了提供的起始原料，該起始原料由處于自然濕潤狀態的植物生物質組成，其最終接受本發明的方法步驟的處理。
例如所提供的起始原料可以是來自牧場的草。在這種情況下，箭頭22提示了所提供的起始原料被送到任何已知和適宜類型的切割機23中，對其進行預切割操作，從而減小其尺寸，該操作對于進行下面的方法步驟是必需的。典型地，預切割草料的尺寸被減小后由草料的斷片組成，其長度不超過如約5厘米。
如圖所示預切割起始原料從所述切割機23出來后被送往調整容器(一般地表示為25)。如圖2的系統流程圖所示，在所述調整容器25的上部設置有一個裝配了攪拌設備27的混合區26，及在所述混合區26的下面還有一個沉淀區28。
更準確地說，如箭頭24所示從所述切割機23排出的預切割起始原料被送到所述調整容器25的混合區26。如箭頭29所示，如方框30所示還向混合區26輸送一種含水汁液。象下面所要解釋的，所述含水汁液從該方法的后面步驟再循環到調整容器25的混合區26。如圖所示分別通過箭頭24和29被送往調整容器25之混合區26的物料和含水汁液在攪拌設備27的作用下被攪拌，從而在調整容器25的混合區26的內部制造一種混合物。
將來自牧場的草作為起始原料是為了舉例說明，如上面所述，通過在切割機23中提前進行預切割操作這種混合也是可能的。
在這里為了舉例說明采用由短纖維物料自然組成的起始原料，例如當所述起始原料是廢谷物時，所述預切割操作和切割機23可以被省略。因此，在這種情況下箭頭22將直接進入箭頭24，即所提供的起始原料21將直接進入調整容器25的混合區26。
一些雜質如石頭、沙礫、沙子、灰和其他類似的物料可以與所提供的起始原料21一起進入調整容器25。這種伴隨雜質一般比植物生物質密度大，在混合過程中它們將通過重力從所述起始原料和含水汁液的混合物中分離出來。然后分離出來的雜質將從調整容器25的混合區26下降到調整容器25的沉淀區28，在這里被收集起來，接下來如箭頭31所示被排出和處理。
如上所述已經被除去雜質的起始原料和含水汁液的混合物從調整容器25的混合區26被送往粉碎機33，如箭頭32所示，粉碎機33處于操作狀態。粉碎機33可以是如上所述同樣類型的旋轉粉碎機1(參見
圖1)，或者是任何相當類型的粉碎機，例如所述粉碎機類似于一般用于造紙工業的圓盤精研機。
在粉碎機33中對輸入的起始原料和含水汁液的混合物進行的操作最終制造出懸浮在含水汁液中的碎生物質物料的漿液。
該漿液然后從粉碎機33被送到分離器35，如圖中箭頭34所示。在該分離器35中，所述漿液被分離為含水汁液(如圖中箭頭36所示)和糊狀物(如圖中箭頭37所示)。所述糊狀物呈粘稠狀并最終從分離器35中被移走作進一步地處理，如圖所示到達箭頭37指示的方框38。典型地應用來自牧場的草作為起始原料以用于解釋本發明，但是也可以使用其他起始原料，移走的糊狀物38被用作稠漿狀粗濕纖維起始原料，由于其含有細長的纖維可用來制造高強度的纖維產品。象上面提到的，這種產品是生物相容的及可以被做成相當大的形狀，所以它們可用于園藝、建筑物及類似用途，例如墊子、無紡布、板、模型部件和擠壓部件。
任選地，其他有機產品也可以從除去的糊狀物38中分離出來，例如通過對粗濕纖維起始原料進行發酵和/或酶降解。
如圖中箭頭36所示從分離器35排出的含水汁液在節點39被分為兩個不相等的部分，其中主要部分如箭頭40所示，次要部分如箭頭41所示。在連續操作中，在單位時間內，含水汁液的主要部分(箭頭40)相對于含水汁液的次要部分(箭頭41)的重量百分比的選擇應使得下面所述兩種水分大約保持平衡(以重量計)其一是在所述次要部分(箭頭41)的含水汁液和移走的糊狀物(箭頭37)中包含的水分，及另一是作為起始原料和將被處理的植物生物質所含水分的形式。
從分離器35排出的含水汁液的主要部分再循環(箭頭40)至調整容器25的混合區26。順便說一下，如果在所述處理過程中需要某種溫度控制，那么控制循環的含水汁液的溫度是可能的。
從分離器35排出的含水汁液的次要部分用于后續步驟(箭頭41)，下面將會描述其中一個實施例。
在說明書中為了舉例說明本發明典型地使用來自牧場的草作為提供的起始原料，但是也可以使用許多其他的起始原料，以得到期望的高強度切割和粉碎作用，從所述生物質物料中制造出所需要的細長纖維，以重量計(每單位時間)，所述含水汁液的主要部分相對于其次要部分的比例優選為大于約4∶1，即所述含水汁液的主要部分(箭頭40)的流速將大于其次要部分(箭頭41)的流速的4倍。
在說明書中為了舉例說明本發明典型地使用來自牧場的草作為提供的起始原料，但是也可以使用許多其他的起始原料，所述粉碎機33優選以如下方式建造和操作其最后粉碎段具有一個有效的切割隙，其寬度(參見
圖1中的x)被調整到大于約1毫米。
從分離器35排出的含水汁液的次要部分的應用例如可在方框42所示的處理設備中進行，如箭頭41所示將其引向42，還包含其他操作如加熱、pH調整、沉淀等以沉淀出其中的有機產物，例如蛋白質產物。處理后的有機物然后如箭頭43所示被送到一個分離器，如澄清器、過濾器、離心分離機等，它們被描述在方框44中，從而從殘余流體中沉淀出有機產物。
分離出的有機產物然后被移走以進行后續處理，如箭頭45所示。所移走的有機產物一般被記載于在方框46中，最后對其進行操作，如通過加熱進行干燥，接下來分離有機產物和回收熱量。
另外，所述殘液仍然含有部分溶解的有機產物。然后所述殘余流體如箭頭47所示被送到方框48所示的無氧發酵桶，如在傳統的廢水設備中，通過發酵作用產生生物氣，該生物氣如箭頭49所示被移走，澄清的水如箭頭51所示被移走。移走的生物氣一般顯示在方框50中，并可用來產生燃燒熱，然后該熱量循環至所述處理設備，如用于循環含水汁液的溫控(箭頭40)和/或干燥已分離的有機產物(方框46)和/或干燥移走的糊狀物38和/或由其制造的纖維產物。移走的澄清水一般顯示在方框52中，它可以排放和/或再循環到有用的處理設備。
另一方面，前面討論的有關有機物分離的一些例子包括酶降解及酶降解產物的副產物。
下面將用實施例說明本發明的方法步驟和由本發明的方法得到的結果，其中粗纖維根據the Weender方法得到，即在下面指示的數量不包括半纖維素。
所述起始物料在約2.5小時之內被送到處理設備，在該時間段內約100立方米含水汁液(所述含水汁液的主流部分)被輸送和再循環至調整容器，及約6.2立方米含水汁液(所述含水汁液的次流部分)被直接送到后續處理設備，在這里含水汁液的主流部分與次流部分的比率約16∶1(重量)。澄清水的輸出量約為5.7立方米。在所述粉碎機中有效切割隙的寬度約為2毫米及通過有效切割隙的含水汁液流的平均流速經過計算約為7-10m/s。
回收的產品組分如下·經過分離和壓榨后得到888千克纖維產品，其包含42％干物質，所述干物質包含17.9％粗蛋白質和31.4％粗纖維。干燥該纖維產品需要約1230MJ的熱量。
·575千克干物質含量為32％的濕蛋白質產品，所述干物質含38.3％粗蛋白質和6.4％粗纖維。干燥該纖維產品需要約2060MJ的熱量。
·約6000千克液體，其中含約5500千克水、370千克溶于水的有機物和72千克其他物質。處理該液體能制造185立方米生物氣，該生物氣能產生至少約450kWh的電能和約2250MJ的熱能，所述熱能可再循環使用以干燥上面提到的產品。
從上面的結果顯然可以看出在該實施例中當前循環含水汁液的重量約為所處理植物生物質干重的100倍。
所述纖維產品包含的纖維平均長度為5-30毫米及平均直徑小于0.1毫米，這樣的纖維產品具有良好的粘結性能。只需對所述纖維產品(約達8×105N/m2)進行冷加工而勿需添加任何粘結劑便可制得不同厚度和密度(干燥后達600kg/m3)的板。這種板(最終經進一步處理)適宜于應用，如建筑(絕熱和隔音材料、用于放置小動物如兔子的地板材料)和園藝(用于供植物生長、給植物澆水、施肥的底物材料)。所述纖維產品還可用于其他場合，例如用于制造可生物降解的合成材料、墊子、模壓部件、植物盒、及用于制造飼料(尤其是馬和兔子的飼料)所述蛋白質產品含約35-40％的粗蛋白質，其性質使得其適宜于作為豬、家禽和其他動物的飼料。另外，對所述蛋白質產品經過深加工還能分離和濃縮有價值的有機物如葉綠素、亞油酸和果聚糖等。實施例2用類似于實施例1描述的方法處理一批3314千克未切割的含18.5％干物料成熟牧草(后切割)。處理溫度為60℃，有效切割隙為2毫米。
在約1.5小時內對總液流量約為88立方米(所述含水汁液的主流部分)的起始物料進行處理。總量約2.1立方米的含水汁液直接被送到后續步驟，所述含水汁液的主要部分與次要部分的比率約為42∶1。通過所述有效切割隙的含水汁液的平均流速經過計算約為8-11m/s。
回收的產品組成(沒有蛋白質的分離)如下·1167千克干物質含量為33％的纖維產品。
·2.1m3包含135千克化學需氧量(COD)的含水汁液，所述含量的化學需氧量可以轉化為約70立方米的生物氣。
對所述纖維進行洗滌可以減少它們的氮含量至小于0.7％(重量)并大量地增加化學需氧量以用于生物氣的制造。循環汁液的重量是所處理的植物生物質重量的153倍。
然后，所述起始物料在約16分鐘之內被送到處理設備，在該時間段內約13.2立方米含水汁液(所述含水汁液的主流部分)被輸送和再循環至調整容器，及約0.46立方米含水汁液(所述含水汁液的次流部分)送到后續處理設備，在這里含水汁液的主流部分與次流部分的比率約28.7∶1(重量)。在所述粉碎機中有效切割隙的寬度約為2毫米及通過有效切割隙的含水汁液流的平均流速經過計算約為8-11m/s。
回收的產品組分如下·536千克干物質含量為28％的纖維產品，所述干物質包含11.5％粗蛋白質和20.7％粗纖維。
·59千克干物質含量為35％的濕蛋白質產品，所述干物質含62.0％粗蛋白質和4.4％粗纖維。
·約1800千克液體，其中含約56千克溶于水的有機物和灰。
從上面的結果顯然可以看出在該實施例中當前循環含水汁液的重量約為所處理植物生物質干重的50倍。
所述纖維產品包含的纖維平均長度為3-6毫米及平均直徑為0.5毫米。該纖維產品適宜于以下應用，如作為泥煤的替代物，或用于燃燒。
所述蛋白質產品含約66％的粗蛋白質，其性質使得其適宜于作為飼料或供人食用(經過深加工)。另外，它又可作為產品如可生物降解塑料的填充劑。
上面的實施例幫助理解本發明上面所描述的方法。然而，應該理解到所述起始原料的組成和濕含量及制得產品的組成、產量和濕含量可以經歷大的變化，部分歸因于操作條件的變化，如在分離步驟中進料的溫度或用于給纖維產品脫水的條件。
當把干固體含量(重量)約1％(基于實施例1所示的新鮮三葉草和草(早切割的)的混合物或如實施例2所示的新鮮的切割過的成熟牧草(后切割的))的漿料輸送到所述切割設備時，所得到的纖維產品包含平均長度約10-40毫米及平均直徑小于約0.1毫米的纖維，產生的纖維產品具有如實施例1和2所示的優良的粘結性能。
附圖標記的說明x 有效切割隙的寬度1 旋轉粉碎機2 粉碎段3 定子部件4 轉子部件5 定子部件3的操作表面6 轉子部件4的操作表面7 段1的操作隙8 定子3的操作面5的切割部件9 轉子4的操作面6的切割部件10 切割部件8的切割緣11 切割部件9的切割緣21 提供的起始原料22 起始原料的輸入23 切割機
24 預切割原料的輸入25 調整容器26 調整容器的混合區27 混合區的攪拌設備28 調整容器的沉淀區29 含水汁液的輸入30 含水汁液31 雜質的排放和處理32 來自混合區的混合物的輸入33 粉碎機34 來自粉碎機的漿料的輸入35 分離器36 來自分離器的含水汁液37 來自分離器的糊狀物38 移走的糊狀物39 節點40 主流部分41 次流部分42 含水汁液處理設備43 已處理含水汁液的輸入44 分離器45 有機產物的給入46 移走的有機產物47 殘液的輸入48 無氧發酵桶49 生物氣的輸送50 移走的生物氣51 澄清水的輸送52 移走的澄清水
權利要求
1.一種將植物生物質連續分離為由基本上含水汁液組成的液體相和稠漿狀含固體相的方法，液體相和固體相都可被進一步地使用，其中所提供的植物生物質處于自然濕潤狀態并與所述含水汁液的循環液相混合而形成懸浮液，其中在含水汁液中的植物生物質流動懸浮物被處理以制備纖維，其特征在于所述處理包括在流動懸浮物內部制造一定的流速梯度，該流速梯度足以作用于所述植物生物質的細胞，打開所述細胞并將其中所含物質釋放到含水汁液內，而主要由纖維組成的殘留物被留下來并最終成為含固體相。
2.如權利要求1的方法，包括以下步驟提供一個具有混合區(26)的調整容器(25)，所述混合區裝配了攪拌設備(27)；輸入(24)植物生物質(21)至調整容器的混合區(26)；輸入(29)由該方法后續步驟循環(40)的含水汁液(30)至所述調整容器的混合區(26)；在所述調整容器(25)的混合區(26)攪拌(27)其中的植物生物質和含水汁液以制備它們的混合物；提供一個處理設備(33)，其中處理在含水汁液中的植物生物質流動懸浮物以制備纖維；將來自調整容器(25)混合區(26)的混合物輸送(32)至處理設備(33)，同時操作后者，從而將制備已處理的植物生物質物料懸浮于含水汁液中的漿料；將來自處理設備(33)的漿料輸送(34)至分離器(35)以把所述漿料分離成含水汁液和糊狀物；從所述分離器(35)移走糊狀物(37)以深加工移走的糊狀物；從所述分離器(35)移走含水汁液(36)；將移走的含水汁液(39)分為主要部分(40)和次要部分(41)；循環(29)主要部分(40)的含水汁液(30)至調整容器(25)的混合區(26)；及提供用于處理次要部分(41)含水汁液的部件(42-52)；其特征在于被移走含水汁液(36)的主要部分(40)相對于其次要部分(41)的重量百分比的選擇應使得下面所述兩種水分大約保持重量平衡其一是在所述次要部分(41)的含水汁液和移走的糊狀物(37-28)中包含的水分，及另一是作為起始原料(21)的植物生物質所含水分。
3.如權利要求2的方法，其中所述處理設備是具有至少一個粉碎段(2)的旋轉粉碎機(1)，所述粉碎段2包括相連的定子部件(3)和轉子部件(4)，它們具有各自的操作表面(5-6)，表面(5-6)被粉碎段2的一個相聯操作隙(7)間隔開，操作面(5-6)通過相聯操作隙(7)面對面設置，所述操作面(5-6)的每個都裝配了各自的切割部件(8-9)，部件(8-9)導入相聯操作隙7并止于各自的切割緣(10-11)，當所述旋轉粉碎機(1)被操作時，一個粉碎段(2)有效切割隙可以被定義為在所述粉碎段(2)的相聯操作隙(7)中兩個操作面(5-6)各自切割緣(10-11)之間通道的最小距離，其特征在于所述粉碎機的最后粉碎段(2)有一個有效切割隙(7)，其寬度10倍于所產生并最終為含固體相的預定最大纖維厚度。
4.如權利要求2的方法，其中所述處理設備是一個具有至少一個切割段的切割設備，所述切割段由相連的轉子和定子部件組成并具有被所述段的相連有效切割隙間隔開的切割面，所述切割面通過相連有效切割隙面對面設置，其特征在于所述切割設備的最后切割段有一個有效切割隙，其寬度10倍于所產生并最終為含固體相的預定最大纖維厚度。
5.如權利要求3和4任何一項所述的方法，其中在所述處理設備的任何階段所述有效切割隙的寬度大于約1毫米。
6.如權利要求2的方法，其中調整容器(25)被裝配了一個位于所述混合區(26)之下的沉淀區(28)，同時所述起始原料(24)和含水汁液(29)的混合物被攪拌，任何密度大于將進入(24)調整容器(25)的植物生物質的雜質與起始生物質物料(21)一起進入調整容器，在這里它們將通過重力從所述攪拌的混合物中分離出來，并從調整容器(27)的混合區(26)降到調整容器(25)的沉淀區(28)，在這里被收集起來，接下來被處理(31)。
7.如權利要求2的方法，其中所述含水汁液的主要部分(40)與次要(41)部分的比率約大于4∶1。
8.如權利要求1-7中任何一項所述的方法，其中所提供(22)的植物生物質(21)在被送往(24)調整容器(25)的混合區(26)之前被預切割(23)以減小尺寸。
9.如權利要求1-8中任何一項所述的方法，其中移走的糊狀物(38)被用于制造纖維產品及任選地分離其他有機產物。
10.如權利要求1-8中任何一項所述的方法，其中所述含水汁液的次要部分(41)被用于(42-43)提取有機產物(44-46)。
11.如權利要求1-8中任何一項所述的方法，其中所述次要部分(41)的含水汁液被用于(42-43、47)有機產物的發酵(48)，并得到用于提供燃燒熱的副產物生物氣(49-50)。
12.如權利要求11的方法，其中所述燃燒熱被用于干燥所制得的纖維產品(38)和/或提取的有機產物(46)。
13.如權利要求9-11中任何一項所述的方法，其中有機產物(45-46)的分離步驟包括發酵或酶降解及產生發酵或酶降解副產物。
全文摘要
本發明中，濕植物生物質(21)被送(22、24)至調整容器(25)中裝配了攪拌設備(27)的混合區(26)。由后續步驟(39)循環(40)的含水汁液(30)被輸送(29)至混合區(26)。該混合物被輸送(32)至處理設備(33)，在這里的操作包括在流動懸浮液內部產生一定流速梯度，該流速梯度打開植物生物質的細胞并將所含物質釋放到含水汁液中。制備的漿料(34)被送至分離器(35)以分離為含水汁液(36)和糊狀物(37)。所述糊狀物被移走(38)。所述含水汁液被分離(39)為主要部分(40)和次要部分(41)，其比例使得進入該系統的水和離開該系統的水保持平衡，所述主要部分(40)再循環至混合區(26)及次要部分(41)被移走。優選地，其比例大于約4∶1。優選地，所述處理設備(33)具有一個有效切割隙，其寬度大于1毫米。
文檔編號C05F5/00GK1409604SQ00817007
公開日2003年4月9日 申請日期2000年12月13日 優先權日1999年12月20日
發明者格雷姆·漢森, 斯蒂芬·格拉斯 申請人:2B公開股份有限公司