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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-27
(54)【発明の名称】圧力弁の処理
(51)【国際特許分類】
   B09B 3/40 20220101AFI20231020BHJP
   F16K 1/38 20060101ALI20231020BHJP
【FI】
B09B3/40 ZAB
F16K1/38 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023520142
(86)(22)【出願日】2021-10-01
(85)【翻訳文提出日】2023-05-18
(86)【国際出願番号】 US2021053229
(87)【国際公開番号】W WO2022072872
(87)【国際公開日】2022-04-07
(31)【優先権主張番号】63/087,077
(32)【優先日】2020-10-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/146,608
(32)【優先日】2021-02-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/153,740
(32)【優先日】2021-02-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523274001
【氏名又は名称】アパルタ・パテンツ・オーウー
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100101373
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 茂雄
(72)【発明者】
【氏名】サンジトシン,シャロン
【テーマコード(参考)】
3H052
4D004
【Fターム(参考)】
3H052AA01
3H052BA22
3H052EA07
4D004AA12
4D004CA22
4D004CB16
4D004CC03
4D004CC12
4D004CC15
4D004DA03
4D004DA06
4D004DA07
4D004DA20
(57)【要約】
バルブアセンブリにおいて、弁体の内壁が、管またはパイプからのスラリーまたは液体の流出口以下の圧力下で液体を投入するための少なくとも1つの開口を含む。バルブアセンブリは、押出機からの半連続的または連続的な加圧されたバイオマスの流れを維持し、押出機から下流に反応区間を延ばすのに特に有用である。延ばした反応区間を有する利点は、押出機にさらなる摩耗を生じることなく、材料の完全な処理を可能にし、管またはパイプにおける材料の上流処理の操作も可能にすることである。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バイオマスを前処理するためのシステムであって、
(a)1つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、前記1つまたは複数のスクリューの作用によって前記バイオマスの内部プラグが形成され、それによって前記バイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、
(b)前記押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリであり、前記反応区間の下流端を形成し、前記反応区間に液体を加える、バルブアセンブリとを備えるシステム。
【請求項2】
前記バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、請求項1に記載のシステム。
【請求項3】
前記バイオマスが、前記反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される、請求項1に記載のシステム。
【請求項4】
前記反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、前記反応区間内の圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、請求項1に記載のシステム。
【請求項5】
前記システムが、蒸気および1つまたは複数の化学物質を前記反応区間に供給するための手段をさらに備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項6】
前記1つまたは複数の化学物質が酸を含む、請求項5に記載のシステム。
【請求項7】
前記酸が硫酸である、請求項6に記載のシステム。
【請求項8】
前記バルブアセンブリが、
大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための1つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、前記弁体内には前記弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、前記小さい円形カラーの内径が前記大きい円形部分より小さい、弁体と、
前記弁体の前記チャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
前記弁体の前記放出端に取り付けられており、前記弁針が前記弁体から切り離されると前記弁針を密閉するハウジングとを備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項9】
前記ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、請求項8に記載のシステム。
【請求項10】
前記放出リングが先細りしている、請求項9に記載のシステム。
【請求項11】
前記弁体が環状リングを含む、請求項8に記載のシステム。
【請求項12】
前記環状リングが取外し可能である、請求項11に記載のシステム。
【請求項13】
前記弁針が前記弁体上で閉じられると、前記チャンバ内で前記弁体と前記弁針との間に環状空間が形成される、請求項8に記載のシステム。
【請求項14】
液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水を伝達する、請求項8に記載のシステム。
【請求項15】
液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、請求項8に記載のシステム。
【請求項16】
前記液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項15に記載のシステム。
【請求項17】
前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも7%大きい、請求項8に記載のシステム。
【請求項18】
前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より約7%大きい、請求項8に記載のシステム。
【請求項19】
前記弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、請求項8に記載のシステム。
【請求項20】
前記円錐形が、45度~75度の範囲内で先細りしている、請求項19に記載のシステム。
【請求項21】
前記円錐形が、約45度で先細りしている、請求項19に記載のシステム。
【請求項22】
前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも4%大きい、請求項19に記載のシステム。
【請求項23】
前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より約4%大きい、請求項19に記載のシステム。
【請求項24】
前記押出機が2軸スクリュー押出機である、請求項1に記載のシステム。
【請求項25】
前記押出機が、蒸気および/または酸を加えるためのポートを有する、請求項1に記載のシステム。
【請求項26】
バイオマスを前処理するためのシステムであって、
(a)1つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、前記1つまたは複数のスクリューの作用によって前記バイオマスの内部プラグが形成され、それによって前記バイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、
(b)前記押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリとを備え、前記バルブアセンブリが、
大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための1つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、前記弁体内には前記弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、前記小さい円形カラーの内径が前記大きい円形部分より小さい、弁体と、
前記弁体の前記チャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
前記弁体の前記放出端に取り付けられており、前記弁針が前記弁体から切り離されると前記弁針を密閉するハウジングとを備える、システム。
【請求項27】
前記バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、請求項26に記載のシステム。
【請求項28】
前記バイオマスが、前記反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される、請求項26に記載のシステム。
【請求項29】
前記反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、請求項26に記載のシステム。
【請求項30】
前記弁体の前記チャンバが、前記加圧反応区間の下流部分を形成する、請求項26に記載のシステム。
【請求項31】
前記システムが、蒸気および1つまたは複数の化学物質を前記反応区間に供給するための手段をさらに備える、請求項26に記載のシステム。
【請求項32】
前記1つまたは複数の化学物質が酸を含む、請求項31に記載のシステム。
【請求項33】
前記酸が硫酸である、請求項32に記載のシステム。
【請求項34】
前記ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、請求項26に記載のシステム。
【請求項35】
前記放出リングが先細りしている、請求項34に記載のシステム。
【請求項36】
前記弁体が環状リングを含む、請求項26に記載のシステム。
【請求項37】
前記環状リングが取外し可能である、請求項36に記載のシステム。
【請求項38】
前記弁針が前記弁体上で閉じられると、前記チャンバ内で前記弁体と前記弁針との間に環状空間が形成される、請求項26に記載のシステム。
【請求項39】
液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水を伝達する、請求項26に記載のシステム。
【請求項40】
液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、請求項26に記載のシステム。
【請求項41】
液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項40に記載のシステム。
【請求項42】
前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも7%大きい、請求項26に記載のシステム。
【請求項43】
前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より約7%大きい、請求項26に記載のシステム。
【請求項44】
前記弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、請求項26に記載のシステム。
【請求項45】
前記円錐形が、45度~75度の範囲内で先細りしている、請求項44に記載のシステム。
【請求項46】
前記円錐形が、約45度で先細りしている、請求項44に記載のシステム。
【請求項47】
前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも4%大きい、請求項44に記載のシステム。
【請求項48】
前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より約4%大きい、請求項44に記載のシステム。
【請求項49】
前記押出機が2軸スクリュー押出機である、請求項26に記載のシステム。
【請求項50】
前記押出機が、蒸気および/または酸を加えるためのポートを有する、請求項26に記載のシステム。
【請求項51】
請求項1から50のいずれか一項に記載のシステムによってバイオマスを前処理する方法。
【請求項52】
バイオマスを前処理する方法であって、
(a)押出機によって前記押出機の供給区間から前記押出機の反応区間へ前記バイオマスを運搬するステップであり、前記供給区間および前記反応区間が、前記投入区間の下流で前記反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、
(b)前記反応区間内の前記バイオマスに蒸気および/または化学物質を加えて、前記バイオマスを部分的に処理するステップと、
(c)前記部分的に処理されたバイオマスを、前記押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリ内へ運搬し、前記部分的に処理されたバイオマスを前記バルブアセンブリ内で処理し、それによって前処理されたバイオマスを作製するステップと、
(d)前記前処理されたバイオマスを前記バルブアセンブリによって放出するステップとを含む方法。
【請求項53】
前記バイオマスが、前記押出機によって、前記部分的に処理されたバイオマスが前記バルブアセンブリによって運搬される速度と同じ速度で運搬される、請求項52に記載の方法。
【請求項54】
前記反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、前記反応区間内の圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、請求項52に記載の方法。
【請求項55】
前記バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、請求項52に記載の方法。
【請求項56】
前記バイオマスが、前記反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される、請求項52に記載の方法。
【請求項57】
前記化学物質が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項52に記載の方法。
【請求項58】
前記押出機が、1つまたは複数のスクリューを含む、請求項52に記載の方法。
【請求項59】
前記押出機が、2つのスクリューを含む、請求項58に記載の方法。
【請求項60】
前記バルブアセンブリが、
大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための1つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、前記弁体内には前記弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、前記小さい円形カラーの内径が前記大きい円形部分より小さい、弁体と、
前記弁体の前記チャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
前記弁体の放出端に取り付けられており、前記弁針が前記弁体から切り離されると前記弁針を密閉するハウジングとを備える、請求項52に記載の方法。
【請求項61】
前記ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、請求項60に記載の方法。
【請求項62】
前記放出リングが先細りしている、請求項61に記載の方法。
【請求項63】
前記弁体が環状リングを含む、請求項60に記載の方法。
【請求項64】
前記環状リングが取外し可能である、請求項63に記載の方法。
【請求項65】
前記弁針が前記弁体上で閉じられると、前記チャンバ内で前記弁体と前記弁針との間に環状空間が形成される、請求項60に記載の方法。
【請求項66】
液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水を伝達する、請求項60に記載の方法。
【請求項67】
液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、請求項60に記載の方法。
【請求項68】
前記液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項67に記載の方法。
【請求項69】
前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも7%大きい、請求項60に記載の方法。
【請求項70】
前記弁体に当接する前記ハウジングの端部における前記ハウジングの内径が、その放出端における前記弁体の内径より約7%大きい、請求項60に記載の方法。
【請求項71】
前記弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、請求項60に記載の方法。
【請求項72】
前記円錐形が、45度~75度の範囲内で先細りしている、請求項71に記載のシステム。
【請求項73】
前記円錐形が、約45度で先細りしている、請求項71に記載の方法。
【請求項74】
前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より少なくとも4%大きい、請求項71に記載の方法。
【請求項75】
前記弁針の広い端部の直径が、その放出端における前記弁体の内径より約4%大きい、請求項71に記載の方法。
【請求項76】
前記バルブアセンブリにおける前記部分的に処理されたバイオマスの前記処理が、前記部分的に処理されたバイオマスを、前記反応区間と同じ高い圧力および/または温度にかけるステップを含む、請求項52に記載の方法。
【請求項77】
前記バルブアセンブリにおける前記部分的に処理されたバイオマスの前記処理が、前記バルブアセンブリの上流端において、前記部分的に処理されたバイオマスに物質を加えるステップを含む、請求項52に記載の方法。
【請求項78】
前記物質が酸を含む、請求項77に記載の方法。
【請求項79】
前記酸が硫酸を含む、請求項78に記載の方法。
【請求項80】
前記押出機が2軸スクリュー押出機である、請求項52に記載の方法。
【請求項81】
前記押出機が、蒸気および/または酸を加えるためのポートを有する、請求項52に記載の方法。
【請求項82】
バイオマスを前処理する方法であって、
(a)押出機によって前記押出機の供給区間から前記押出機の反応区間へバイオマスを運搬するステップであり、前記供給区間および前記反応区間が、前記投入区間の下流で前記反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、
(b)前記反応区間内の前記バイオマスに蒸気および/または化学物質を加えて、前記バイオマスを部分的に処理するステップと、
(c)前記部分的に処理されたバイオマスを、前記押出機の流出端に取り付けられた延長室内へ運搬するステップと、
(d)前記部分的に処理されたバイオマスを前記延長室内で処理し、それによって前処理されたバイオマスを作製するステップとを含む方法。
【請求項83】
前記バイオマスが前記押出機を出るとき、前記押出機の下流端で酸を加えるステップをさらに含む、請求項82に記載の方法。
【請求項84】
前記延長室が、管によって形成される、請求項82に記載の方法。
【請求項85】
前記延長室が、容器によって形成される、請求項82に記載の方法。
【請求項86】
前記延長室が、バルブアセンブリによって形成される、請求項82に記載の方法。
【請求項87】
前記延長室が、前記前処理されたバイオマスを連続的に放出することが可能である、請求項82に記載の方法。
【請求項88】
前記延長室が、前記前処理されたバイオマスを半連続的に放出することが可能である、請求項82に記載の方法。
【請求項89】
前記延長室が、前記前処理されたバイオマスを大量に放出することが可能である、請求項82に記載の方法。
【請求項90】
前記バイオマスが、前記押出機によって、前記部分的に処理されたバイオマスが前記延長室によって運搬される速度と同じ速度で運搬される、請求項82に記載の方法。
【請求項91】
前記延長室が加圧される、請求項82に記載の方法。
【請求項92】
前記延長室が、液体投入のための1つまたは複数のノズルを備える、請求項82に記載の方法。
【請求項93】
液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水を伝達する、請求項92に記載の方法。
【請求項94】
液体投入のための前記ノズルが、前記チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、請求項92に記載の方法。
【請求項95】
前記液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項94に記載の方法。
【請求項96】
前記反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、前記反応区間内の圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、請求項82に記載の方法。
【請求項97】
前記バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、請求項82に記載の方法。
【請求項98】
前記バイオマスが、前記反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される、請求項82に記載の方法。
【請求項99】
前記化学物質が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、請求項82に記載の方法。
【請求項100】
前記押出機が、1つまたは複数のスクリューを含む、請求項82に記載の方法。
【請求項101】
前記押出機が、2つのスクリューを含む、請求項100に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
相互参照
[0001]本出願は、各々全体として参照により本明細書に組み込まれている、2020年10月2日出願の米国仮出願第63/087,077号、2021年2月6日出願の米国仮出願第63/146,608号、および2021年2月25日出願の米国仮出願第63/153,740号の利益を主張する。
【背景技術】
【0002】
[0002]多くの産業プロセスにおいて、材料の流れを制御するために弁が使用されている。リリーフ弁の内側は、弁が加圧されると材料源の流出口を阻止または低減するプラグを含む。プラグの後ろの圧力が解放されると、プラグはこの流出口からの圧力の力によって押し戻される。これにより、プラグの後ろの圧力が流出口の力以上になるまで、弁を開くことが可能になる。弁が流出口に応答して動作するアクチュエータに結合されている場合、手動動作式またはばね動作式の弁だけを用いた場合より精密な連続運動が可能である。
【0003】
[0003]圧力下で材料を動かすとき、材料が輸送される容器内の圧力を制御することが困難になる可能性がある。これは、媒体の処理に起因する臨界動作状態において一方向に動く材料スラリーの連続的または半連続的な流れにとって困難である。動いている材料の一定の圧力および速度を維持するために、パイプまたはバレル内の圧力を一定に保持するように動作しながら特定の速度を可能にするように弁を設計しなければならない。これは特に、高圧下において液体中で動くバイオマスなどの粒子状物質に当てはまり、弁はさらなる処理に関与し、材料の流れは急速に押し寄せてくる。そのような過酷な動作条件は、バルブアセンブリの早すぎる段階の障害および漏れを誘発する可能性があり、その結果、噴出および過度の摩耗を生じさせる。さらに、スラリー粒子は弁封止サイクルに閉じ込められる可能性があり、その結果、バルブアセンブリの性能劣化をもたらす。一般に、圧力リリーフ弁は、そのような動作に対処するように設計されていない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
[0004]一態様では、バイオマスを前処理するためのシステムであって、1つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、1つまたは複数のスクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによってバイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリであり、反応区間の下流端を形成し、反応区間に液体を加える、バルブアセンブリとを備えるシステムが、本明細書に提供される。
【0005】
[0005]別の態様では、バイオマスを前処理するためのシステムであって、1つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、1つまたは複数のスクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによってバイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリとを備え、バルブアセンブリが、大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための1つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、弁体内には弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、小さい円形カラーの内径が大きい円形部分より小さい、弁体と、弁体のチャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、弁体の放出端に取り付けられており、弁針が弁体から切り離されると弁針を密閉するハウジングとを備える、システムが、本明細書に提供される。
【0006】
[0006]いくつかの実施形態では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、バイオマスは、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される。いくつかの実施形態では、反応区間内の温度は、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、反応区間内の圧力は、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する。いくつかの実施形態では、システムは、蒸気および1つまたは複数の化学物質を反応区間に供給するための手段をさらに備える。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の化学物質は酸を含む。いくつかの実施形態では、酸は硫酸である。
【0007】
[0007]いくつかの実施形態では、バルブアセンブリは、大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための1つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、弁体内には弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、小さい円形カラーの内径が大きい円形部分より小さい、弁体と、弁体のチャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、弁体の放出端に取り付けられており、弁針が弁体から切り離されると弁針を密閉するハウジングとを備える。いくつかの実施形態では、ハウジングは、取外し可能な放出リングを含む。いくつかの実施形態では、放出リングは先細りしている。いくつかの実施形態では、弁体は環状リングを含む。いくつかの実施形態では、環状リングは取外し可能である。いくつかの実施形態では、弁針が弁体上で閉じられると、チャンバ内で弁体と弁針との間に環状空間が形成される。いくつかの実施形態では、液体投入のためのノズルは、チャンバ内へ水を伝達する。いくつかの実施形態では、液体投入のためのノズルは、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する。いくつかの実施形態では、液体は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径は、その放出端における弁体の内径より少なくとも7%大きい。いくつかの実施形態では、弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径は、その放出端における弁体の内径より約7%大きい。いくつかの実施形態では、弁針は円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する。いくつかの実施形態では、円錐形は、45度~75度の範囲内で先細りしている。いくつかの実施形態では、円錐形は、約45度で先細りしている。いくつかの実施形態では、弁針の広い端部の直径は、その放出端における弁体の内径より少なくとも4%大きい。いくつかの実施形態では、弁針の広い端部の直径は、その放出端における弁体の内径より約4%大きい。いくつかの実施形態では、押出機は2軸スクリュー押出機である。いくつかの実施形態では、押出機は、蒸気および/または酸を加えるためのポートを有する。
【0008】
[0008]別の態様では、本明細書に開示するシステムによってバイオマスを前処理する方法が、本明細書に提供される。
【0009】
[0009]別の態様では、バイオマスを前処理する方法であって、押出機によって押出機の供給区間から押出機の反応区間へバイオマスを運搬するステップであり、供給区間および反応区間が、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、反応区間内のバイオマスに蒸気および/または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、部分的に処理されたバイオマスを、押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリ内へ運搬し、部分的に処理されたバイオマスをバルブアセンブリ内で処理し、それによって前処理されたバイオマスを作製し、前処理されたバイオマスをバルブアセンブリによって放出するステップとを含む方法が、本明細書に提供される。
【0010】
[00010]この方法のいくつかの実施形態では、バイオマスは、押出機によって、部分的に処理されたバイオマスがバルブアセンブリによって運搬される速度と同じ速度で運搬される。いくつかの実施形態では、反応区間内の温度は、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、反応区間内の圧力は、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する。いくつかの実施形態では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、バイオマスは、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される。いくつかの実施形態では、化学物質は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、押出機は、1つまたは複数のスクリューを含む。いくつかの実施形態では、押出機は、2つのスクリューを含む。
【0011】
[00011]別の態様では、バイオマスを前処理する方法であって、押出機によって押出機の供給区間から押出機の反応区間へバイオマスを運搬するステップであり、供給区間および反応区間が、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、反応区間内のバイオマスに蒸気および/または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、部分的に処理されたバイオマスを、押出機の流出端に取り付けられた延長室内へ運搬するステップと、部分的に処理されたバイオマスを延長室内で処理し、それによって前処理されたバイオマスを作製するステップとを含む方法が、本明細書に提供される。
【0012】
[00012]いくつかの実施形態では、この方法は、バイオマスが押出機を出るとき、押出機の下流端で酸を加えるステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、延長室は、管によって形成される。いくつかの実施形態では、延長室は、容器によって形成される。いくつかの実施形態では、延長室は、バルブアセンブリによって形成される。いくつかの実施形態では、延長室は、前処理されたバイオマスを連続的に放出することが可能である。いくつかの実施形態では、延長室は、前処理されたバイオマスを半連続的に放出することが可能である。いくつかの実施形態では、延長室は、前処理されたバイオマスを大量に放出することが可能である。バイオマスは、押出機によって、部分的に処理されたバイオマスが延長室によって運搬される速度と同じ速度で運搬される。いくつかの実施形態では、延長室は加圧される。いくつかの実施形態では、延長室は、液体投入のための1つまたは複数のノズルを備える。いくつかの実施形態では、液体投入のためのノズルは、チャンバ内へ水を伝達する。いくつかの実施形態では、液体投入のためのノズルは、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する。いくつかの実施形態では、液体は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、反応区間内の温度は、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、反応区間内の圧力は、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する。いくつかの実施形態では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、バイオマスは、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される。いくつかの実施形態では、化学物質は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、押出機は、1つまたは複数のスクリューを含む。いくつかの実施形態では、押出機は、2つのスクリューを含む。
【0013】
[00013]一態様では、押出機およびバルブアセンブリによってバイオマスを処理するためのシステムであって、1つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、スクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによって加圧反応区間の一端を形成する、押出機と、蒸気および1つまたは複数の化学物質を反応区間に供給する方法と、押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリであり、反応区間の下流端を形成し、反応区間に液体を加える、バルブアセンブリとを備え、バルブアセンブリが、加圧処理されたバイオマスを非加圧放出区域内へ急速に放出することが可能である、システムが提供される。
【0014】
[00014]いくつかの実施形態では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。さらなる態様では、バイオマスは、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される。別の実施形態では、反応区間内の温度は、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、圧力は蒸気によって、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する。別の態様では、化学物質は酸である。別の態様では、酸は硫酸である。さらなる実施形態では、バルブアセンブリは、ハウジングと、大きい円形部分、中間の円錐形部分、液体投入のための1つまたは複数のノズルを含むより小さい円形カラーを含む弁体と、弁針とを備える。
【0015】
[00015]別の実施形態では、弁針が設置されているとき、弁体と弁針との間に空間が存在する。一態様では、液体投入のためのノズルは、弁体と弁針との間の空間内へ水を伝達する。別の態様では、液体投入のためのノズルは、弁体と弁針との間の空間内へ水以外の液体を伝達する。一実施形態では、液体は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。
【0016】
[00016]一態様では、バルブアセンブリに取り付けられたパイプまたはバレル内でスラリーまたは液体を処理するための方法であって、パイプまたはバレルが反応区間の一端を形成するプラグを有するステップと、パイプまたはバレルによって液体またはスラリーを運搬するステップと、バルブアセンブリをパイプまたはバレルの流出端に取り付けて反応区間の下流端を形成しながら、蒸気の投入によって反応区間内の圧力を維持するステップと、液体またはスラリーがバルブアセンブリに入るとき、バルブアセンブリの上流端内へ物質を加えるステップと、バルブアセンブリを使用して、処理された液体またはスラリーを非加圧区域内へ放出するステップとを含む方法が提供される。一態様では、液体またはスラリーはバイオマスを含む。別の態様では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。別の態様では、バイオマスは、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される。
【0017】
[00017]一実施形態では、反応区間内の温度は、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、圧力は蒸気によって、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する。別の実施形態では、物質は酸である。さらなる実施形態では、酸は硫酸である。
【0018】
[00018]一態様では、押出機の下流に反応区間を延ばすシステムであって、反応区間部分を含む押出機を備え、前記押出機反応区間部分が、隣接する内側空間を含む下流バルブアセンブリに取り付けられ、押出機内の反応区間部分が、バルブアセンブリの隣接する内側空間と組み合わされて、押出機の下流に反応区間を延ばす、システムが提供される。別の態様では、押出機の反応区間部分を通って動く材料の速度は、バルブアセンブリを通って動く材料の速度と一定で維持される。
【0019】
[00019]一実施形態では、バルブアセンブリは、弁体の一部である環状リングを有する。別の実施形態では、環状リングは交換可能である。一実施形態では、弁体は、液体の投入のためのノズルを含む。一実施形態では、弁針は、弁体内で閉じられたとき、放出リングに設置される。さらなる態様では、弁針は、アクチュエータに取り付けられる。一実施形態では、アクチュエータは、弁針にかかる圧力を維持し、弁針にかかる前記圧力は816.47kgf(1,800lbf)超で維持される。別の実施形態では、アクチュエータは、弁針にかかる圧力を22,679.62~226,796.19kgf(50,000~500,000lbf)で維持する。
【0020】
[00020]一実施形態では、押出機は2軸スクリュー押出機である。別の実施形態では、押出機は、蒸気および/または酸を加えるためのポートを有する。
【0021】
[00021]一態様では、押出機の下流に反応区間を延ばす方法であって、反応区間内のバイオマスを処理するステップを含み、反応区間が押出機から取り付けられた下流バルブアセンブリ内へ延びる、方法が提供する。一実施形態では、バルブアセンブリは、ハウジングと、大きい円形部分、中間の円錐形部分、液体投入のための1つまたは複数のノズルを含むより小さい円形カラーをさらに含む弁体と、弁針とを備える。
【0022】
[00022]一実施形態では、ハウジングは、取外し可能な放出リングを含む。別の実施形態では、放出リングは先細りしている。さらなる実施形態では、弁体は環状リングを含む。さらなる実施形態では、環状リングは取外し可能である。一態様では、弁針が設置されているとき、弁体と弁針との間に空間が存在する。別の態様では、液体投入のためのノズルは、弁体と弁針との間の空間内へ水を伝達する。さらなる態様では、液体投入のためのノズルは、弁体と弁針との間の空間内へ水以外の液体を伝達する。別の実施形態では、ノズル内の液体は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。別の実施形態では、液体は酸である。さらなる実施形態では、酸は硫酸である。別の実施形態では、蒸気および1つまたは複数の化学物質が押出機の反応区間に加えられる。さらなる実施形態では、反応区間内の温度は、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇する。圧力は蒸気によって、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する。別の実施形態では、速度が、反応区間全体にわたって一定で維持される。
【0023】
[00023]一態様では、バイオマスを処理する方法であって、押出機によってバイオマスを運搬するステップであり、押出機が2つの区間、すなわち投入区間および反応区間に分割され、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、反応区間内のバイオマスに蒸気および/または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、部分的に処理されたバイオマスを、取り付けられたバルブアセンブリ内へ一時的に運搬して、処理を継続するステップと、バルブアセンブリによってバイオマスを放出するステップとを含む方法が提供される。別の態様では、運搬されるバイオマスの速度は、押出機およびバルブアセンブリ内と同じである。一実施形態では、反応区間内の温度は、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇する。圧力は蒸気によって、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する。さらなる実施形態では、バイオマスは、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される。一態様では、バイオマスは、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される。別の態様では、化学物質は、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される。
参照による組込み
[00024]本明細書に記載のすべての公開、特許、および特許出願は、個別の各公開、特許、または特許出願が参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示されている場合と同様に、参照により本明細書に組み込まれる。
【0024】
[00025]本開示の新規な特徴について、添付の特許請求の範囲に具体的に記載する。本開示の原理が使用される例示の実施形態を記載する以下の詳細な説明と、添付図面とを参照することによって、本開示の特徴および利点をよりよく理解することができよう。
【図面の簡単な説明】
【0025】
図1】[00026]修正された圧力弁アセンブリを示す図である。
図2】[00027]弁およびそのハウジングの長手方向図である。
図3】[00028]図3Aは上面(3A)および側面(3B)からのバルブアセンブリの長手方向図である。図3Bは上面(3A)および側面(3B)からのバルブアセンブリの長手方向図である。
図4】[00029]上面から見たバルブアセンブリの長手方向図である。
図5】[00030]図4に見える断面Aの拡大図である。
図6】[00031]弁針を通る弁体の横断面図である。
図7】[00032]図7Aは閉位置の環形における弁の横断面図である。図7Bは行程0.5mmの環形における弁の横断面図である。図7Cは行程1.0mmの環形における弁の横断面図である。図7Dは行程1.5mmの環形における弁の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
[00033]本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、単数形の「a」、「an」、および「the」は、文脈上別途明白に指定しない限り、複数の参照物も含む。したがって、たとえば「精製モノマー」への言及は、2つ以上の精製モノマーの混合物を含む。本明細書では、「備える、含む(comprising)」という用語は、「含む(including)」、「含む(containing)」、または「~を特徴とする(characterized by)」と同義であり、包括的かつオープンエンドであり、追加の記載されていない要素または方法ステップを除外しない。
【0027】
[00034]「約」とは、言及される数値表現が、その言及された数値表現のプラスまたはマイナス10%の範囲内にあることを意味する。たとえば、約4という用語は、3.6~4.4の範囲を含むはずである。本明細書で使用する成分、反応条件などの数量を表すすべての数は、いかなる場合も「約」という用語で修飾されたものとして理解されたい。したがって、逆の内容を示さない限り、本明細書に記載する数値パラメータは、取得しようとする所望の特性に応じて変動しうる近似値である。少なくとも、本出願に対する優先権を主張するいずれか出願におけるいずれかの請求項の範囲に均等論の適用を限定しようとするものではないが、各数値パラメータは、有効桁数および通常の丸め方に照らして解釈されるべきである。
【0028】
[00035]「たとえば」、「など」、「含む(including)」などの語句が本明細書で使用されるときはいつでも、別途明示的に指定されない限り、「それだけに限定されるものではないが(and without limitation)」という語句が続くものとして理解される。したがって、「たとえば、エタノール製造」は、「それだけに限定されるものではないが、たとえばエタノール製造」を意味する。
【0029】
[00036]本明細書およびそれに続く特許請求の範囲では、以下の意味を有すると定義されるものとする複数の用語を参照する。
定義
[00037]「任意選択の(optional)」または「任意選択で(optionally)」は、次に記載する事象または状況が発生しても発生しなくてもよく、その説明は、前記事象または状況が発生した事例および前記事象または状況が発生しなかった事例を含むことを意味する。たとえば、「媒体が任意選択でグルコースを含むことができる」という語句は、媒体が成分としてグルコースを含んでも含まなくてもよく、その説明は、グルコースを含む媒体およびグルコースを含まない媒体の両方を含む。
【0030】
[00038]別途特徴付けしない限り、本明細書で使用される技術的および科学的な用語は、当業者には一般に理解されるものと同じ意味を有する。
【0031】
[00039]本明細書では、「バイオマス」という用語は、当業者には知られている通常の意味を有し、バイオ燃料、化学物質、または他の生成物に変換することができる1つまたは複数の炭素質の生物由来物質を含むことができる。本明細書では、バイオマスは、「供給原料」という用語と同義であり、サイレージ、農業残渣(トウモロコシ茎、イネ科植物、麦わら、穀物殻、バガスなど)、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、動物排泄物(ウシ、家禽、およびブタからの堆肥)、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料(木材または樹皮、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、およびミルスクラップ)、都市廃棄物(古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくずなど)、およびエネルギー作物(ポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、ウシクサ、緑藻、褐藻、紅藻の一部などの大型藻類を含む藻類など)を含む。1つの例示的なバイオマスの供給源は植物性物質である。植物性物質はたとえば、木質植物性物質、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、サトウキビ、イネ科植物、モロコシ、高バイオマスソルガム、タケ、藻類、およびこれらから導出された材料とすることができる。植物は、その自然状態とすることができ、あるいはたとえば、細胞壁のセルロースもしくはヘミセルロース部分を増大させるために、または追加の外因性もしくは内因性酵素を産生して細胞壁成分の分離距離を増大させるために、遺伝子組み換え植物とすることができる。植物性物質については、タンパク質、多糖類、および油などの存在する化学種を参照することによってさらに説明することができる。多糖類は、グルコース、フルクトース、ラクトース、ガラクツロン酸、ラムノースなどを含む様々な単糖のポリマーおよび単糖の誘導体を含む。植物性物質はまた、搾りかす、コーンスティープリカー、トウモロコシ穂軸、トウモロコシ繊維、コーンスティープソリッド、蒸留穀物、皮、種、発酵廃棄物、麦わら、挽材、下水汚物、生ごみ、および食べ残しなどの農業廃棄物、副産物、または副産を含む。皮は、それだけに限定されるものではないが、タンジェリン皮、グレープフルーツ皮、オレンジ皮、タンジェリン皮、ライム皮、およびレモン皮を含む柑橘類とすることができる。これらの材料は、農場、森林、産業供給源、家庭などに由来することができる。バイオマスの別の非限定的な例には、たとえば乳、骨、肉、脂肪、動物加工廃棄物、および動物排泄物を含む動物性物質が挙げられる。「供給原料」は、多くの場合、本明細書に記載するものなどのプロセスに使用されるバイオマスを指すために使用される。
【0032】
[00040]本明細書において、「前処理」または「前処理された」は、バイオマスが酵素および/または微生物による攻撃の影響を受けやすくなるようにバイオマスの破砕または膨張を実現する任意の機械的、化学的、熱的、生化学的プロセス、またはこれらのプロセスの組合せを指すために使用され、そのようなプロセスは組み合わせてまたは順次実行され、放出された炭水化物ポリマーまたはオリゴマーをモノマーに酵素加水分解することを含むことができる。一実施形態では、前処理は、たとえば酸または塩基による処理によって、植物バイオマス内のセルロースおよびヘミセルロースポリマーがセルロース分解酵素および/または微生物にとってより利用しやすくなるように、リグニンを除去または破砕することを含む。一実施形態では、前処理は、セルロース系および/またはヘミセルロース系材料の破砕または膨張を含む。別の実施形態では、前処理は、グルコースへの澱粉放出および/または酵素加水分解を指すことができる。蒸気爆発およびアンモニア繊維膨張(または爆発)(AFEX)は、よく知られている熱的/化学的技法である。酸、塩基、および/または酵素を利用する方法を含む加水分解を使用することができる。他の熱的、化学的、生化学的、酵素学的技法を使用することもできる。
【0033】
[00041]本明細書では、「蒸気爆発」とは、高圧蒸気を使用してポリマー成分間の結合を破砕し、減圧を使用してリグノセルロース構造を破壊する物理化学的方法である。この方法では、リグノセルローススラリーが高圧蒸気でしばらくの間処理され、次いで大気圧まで急速に減圧される。
【0034】
[00042]本明細書で意図されるように、「液体」組成物は固体を含むことができ、「固体」組成物は液体を含むことができる。液体組成物は、材料が主に液体である組成物を指し、固体組成物は、材料が主に固体である組成物を指す。「スラリー」は、液体に溶解したまたは溶解していない固体を指す。
説明
[00043]以下の説明および例は、本開示のいくつかの例示的な実施形態を詳細に示す。本開示の多数の変形例および修正例が本開示の範囲によって包含されることが、当業者には認識されよう。したがって、特定の例示的な実施形態の説明は、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。
【0035】
[00044]一態様では、本明細書に記載するバルブアセンブリは、管またはパイプを流れる材料の処理された液体またはスラリーの高圧の流れにおいて受ける崩壊応力に対処する構造および設計を有する。バルブアセンブリは、流れが取り付けられた管またはパイプから上流へバルブアセンブリに入り、バルブアセンブリを通って下流へ放出区域に入るとき、そのような液体またはスラリーの処理の一部を組み込むように設計される。
【0036】
[00045]本明細書に記載するものなどのバルブアセンブリを使用する別の主な利点は、押出機バレル内で材料が処理される時間を低減させることが可能になることである。反応区間を通る材料の圧力および速度は、押出機およびエンドバルブアセンブリのサイズにかかわらず、ほぼ一定に保持される。弁のサイズを増大させると、弁内の環状空間により反応区間の長さも増えるため、反応区間の体積も増大し、それによって材料処理時間も増大するが、押出機バレル内の保持期間は増えない。
【0037】
[00046]一実施形態では、流体端で使用するためのバルブアセンブリが提供される。別の態様では、本明細書に開示するバルブアセンブリは、圧力下で液体、材料スラリー、高密度液体、または任意の液化物質を連続的または半連続的に処理するために使用することができる。プロセスとは、熱、圧力、および/もしくは化学物質の追加によって単独で、または圧力下での混合、加熱、2つ以上の成分の組合せ(同時または後の追加)による化学反応、酸、塩基、混合成分、染料などの化学成分の追加などによって、材料を修正することができることであると理解される。そのような成分の例には、プラスチック、植物材料、食糧、ポリマー、ポリウレタンなどが含まれる。
【0038】
[00047]一態様では、材料のスラリーは、前処理されたバイオマスまたは部分的に加水分解されたバイオマスを含むことができる。この構成を使用して、材料が管またはパイプなどの通路を通るときに一定の速度および圧力を得ることができる。中間プラグおよび出口におけるバルブアセンブリによって、通路内で一定の圧力を増大させて維持するように水または蒸気を加えることができる。プラグとバルブアセンブリとの間の部分が、材料の修正が行われる反応区間である。この区間は、弁針の端部を通って材料を押し流すことを含む。
【0039】
[00048]一実施形態では、押出機およびバルブアセンブリを使用して、材料を処理することができる。押出機は、スクリュー要素によって、バレルを通って液体、スラリー、固体、および粘性材料を動かす。要素の形状に応じて、材料はバレルを通って減速、混合、または押圧される。押出機は、1軸スクリュー押出機、2軸スクリュー押出機、または3軸スクリュー押出機とすることができる。バイオマス材料の場合、2軸スクリュー押出機が使用されることが好ましい。圧力を増大させるために非常に大量の蒸気を加えることを可能にするように設計された特別な構成のスクリューを有する押出機により、バイオマスを高速で前処理することが可能になる。各々全体として参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願第2016/0273009(A1)号またはWO2018/151833(A1)に記載されているものなどの急速押出機前処理システムは、バイオマスの脱構築ならびに他のバイオマス成分からのセルロースおよびリグニンの放出のための独特の経路を提供する。機械的フィブリル化、希酸加水分解、および蒸気爆発の組合せは、すべて20秒未満で実現され、可溶性糖質、微結晶セルロース、およびリグニンの非常にきれいなスラリーをもたらす。短いが集中的な処理継続時間は、ほとんどの他のプロセスで発生する過熱またはスルホン化を生じることなく、高反応状態にされた独特なセルロース、ヘミセルロース、およびリグニン生成物をもたらす。
【0040】
[00049]過去には、パイプまたはバレルを通る液体および材料の制限および除去デバイスが提案されてきた。これらのいくつかは、押出機バレル自体に中間弁を含む。米国特許出願第2007/0237022(A1)号に記載されている1つのそのようなデバイスは、バレル中央の調整可能なバルブアセンブリである。他には、米国特許出願第2009/0053800(A1)号、WO2010/056940A2、または米国特許第10,344,757(B1)号に見られるものなどの端部弁が挙げられる。これらの機能はいずれも、処理システムの一部として、高速連続処理が可能でない。
【0041】
[00050]押出しは連続的または半連続的に行うことができ、プロセスは材料が高温でも低温でも行うことができる。一般的な押出し材料には、金属、ポリマー、セラミック、コンクリート、細工用粘土、および食糧が含まれるが、バイオマスは押出機で同様に処理することができる。押出機は、1つまたは複数のシャフトを有することができる。2軸スクリュー押出機は、2つの同時に貫通する自己洗浄式の同一のスクリューを有する機械であり、これらのスクリューは、「バレル」と呼ばれる固定されて閉じたハウジング内でシャフトに取り付けられており、同じ方向に回転する。2軸スクリュー押出機は、高温および高圧下で非常に短い滞留時間内に連続的に動作することができる。
【0042】
[00051]一実施形態では、バイオマス成分を抽出するための酸、熱、および爆発による前処理プロセスは、蒸気爆発を含む急速処理プロセスである。この処理は、小さいサイズのバイオマス粒子が加圧された酸加水分解および蒸気による高温で処理され、次いで蒸気爆発にかけられることによって実施される。全プロセスが全体を通して均一であり、数秒しかかからないため、連続処理のための圧力を維持するために、急速に動く効果的なバルブシステムが必要とされる。
【0043】
[00052]バイオマスの処理では、温度および圧力を増大させるために、蒸気がバレル内へ注入される。一実施形態では、スクリュー要素はまた、材料の流れを減速させて中間プラグを形成するように機能し、中間プラグは、投入後にバレル内に材料を封止し、バレル内に圧力をさらに構築するように機能する。たとえば、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願第15/932,340号を参照されたい。
【0044】
[00053]バルブアセンブリの例は、押出機を限定することを意味するものではなく、その機能値を実証する実例として提供される。このシステムでは、圧力弁アセンブリの1つの機能的実施形態は、押出機内に弁体を通って一定の圧力を開始して維持することを助けることである。これは、バイオマスの処理の多くが行われる反応区間である。押出機内の中間プラグは、特定のスクリューを使用することによって減速を容易にし、反応区間内に圧力を構築するために蒸気が使用される。アクチュエータが、押出機および弁体内の必要とされる圧力を維持するように、弁針にかかる圧力を設定する。手動またはばね動作式の弁ではなく、パイプまたはバレルの端部における内部圧力に応答して動作するアクチュエータに弁が結合されている場合、精密な連続運動が可能である。
【0045】
[00054]アクチュエータは、Kyntronics(Solon、OH44139、米国)によって製造されているものなどの油圧または空気圧アクチュエータであることが好ましい。アクチュエータは、長手方向軸に沿って非常に小さい動きで無限かつ迅速に出入りする弁針を維持する。押出機バレルの本体の反応区間内のバイオマスのために針弁が維持しなければならない実際の力は、816.47kgf(1,800lbf)~37,194.57kgf(82,000lbf)およびそれ以上(226,796.19kgf(500,000lbf)超)の範囲とすることができる。処理されたバイオマス材料または液体が流れる環状空間を制御することによって、一定の力が実現される。アクチュエータシステムは、作動機構へ電気信号を直接送る。アクチュエータシステムは、特定の圧力で機能し、管または押出機から流れ出る材料によって及ぼされる力に反応するように設定される。
【0046】
[00055]一態様では、液体またはスラリーが環状リングの外側(環状と放出リングとの間の境界(以下参照))で押し流されるとき、反応区間は弁体を通ってプラグと蒸気爆発区域との間の区域を含むため、管またはパイプ内で必要とされる反応区間の長さはより短くなる。押出機におけるバイオマス処理の例では、これにより、押出機反応区間の長さが短くなり、押出機の処理に必要な冶金のコストが削減される。
【0047】
[00056]図1に示すように、圧力弁アセンブリの一例では、弁は、円錐形の弁針11を備えた弁体10と、放出パイプ13を備えたハウジング12とを有する。弁体および弁針は、上流投入口30から弁体およびハウジングを通って放出パイプ13へ進む異なる化学物質の液体またはスラリーの摩耗に耐えることができる任意の材料から作ることができるが、不活性金属または不活性被覆を有する金属から構築される。弁針は、シャフト14に取り付けられる。図2の縦断面図に示す弁体10は、円筒形部分15と、中間の円錐形部分16と、第1の部分15より小さい直径の別の略円筒形のカラー17とを有する。弁体は、その最も広い部分に環状(摩耗)リング19を含む。環状リング19は、弁体部分15内の凹状空洞内に設置される。環状リング19の内面は、弁体10の残り部分と位置合わせされ、交換することができる摩耗部分として機能する。環状リング19は、弁の反応区間の内側に設置され、最小環状空間21(図7A参照)へ延びており、最小環状空間21の後に大気へ押し流される(蒸気爆発)。
【0048】
[00057]先細りした放出リング20は、ハウジング12内で弁体10の外側に設置されており、反応区間の一部ではない。放出リング20は、液体またはスラリーが放出パイプ13へ誘導されてフラッシュタンク(図示せず)に入ることを確実にする手段である。放出リング20は摩耗部分でもあり、容易に交換される。放出リング20の先細り(図3Aおよび図3B参照)により、材料の蓄積を生じさせて針の先端から出口へ流れる物質の動きに干渉する可能性のある弁体への直角接続が回避される。
【0049】
[00058]図3Aおよび図3Bは、弁およびそのハウジングのそれぞれ上面および側面の縦断面図である。材料は上流で圧力下において管、バレル、またはパイプから弁体を通って部分17内へ流れ(流体力)、下流でハウジング12内へ放出される。アクチュエータからの力は、シャフト14を通って弁針に印加される。
【0050】
[00059]弁体10と弁針11との間に環状空間21が存在する。またハウジング12の空洞22の直径は、放出された液体またはスラリー(材料)が受け取られる場所で、材料が押し出される場所の弁体10の内径と比較すると、7%増大する。
【0051】
[00060]動作の際、弁針11に作用する差圧により、弁針11はその長手方向軸75に沿って変位する。バルブシャフト14の圧力により、弁は弁体部分15に入り、針11の最も広い端部の直前に設置される。
【0052】
[00061]弁針11の最も広い部分は、弁体10の最も広い部分よりわずかに大きく、したがって閉じられたとき、弁体部分15内で環状リング19の位置に設置される。一実施形態では、針の広い端部の直径は、放出端における弁体の直径より少なくとも4%大きい。一実施形態では、針の広い端部の直径は、放出端における弁体の直径より約4%大きい。一実施形態では、針の広い端部の直径は416mmであり、弁体の放出端の直径は400mmである。針の広い端部の直径は、それより大きくても小さくてもよい。一実施形態では、円錐形は、その最も広い直径から針先端18まで45度先細りしている。他の実施形態では、円錐形の先細りは、45度から75度の範囲とすることができる。この測定は、材料、供給原料、プロセス要件、空間要件、および弁針を動かすために必要な力に基づいて行われる。
【0053】
[00062]カラー17は、圧力リリーフ弁を押出機または他の管に接続する手段である。弁が完全に設置され、押出機が取り付けられたとき、弁針先端18は、ちょうど円錐形部分16の端部にあるカラーの先端まで延び、針の先端およびパイプまたは押出機の放出端35とスクリュー38の端部との間に空間が存在する。押出機内でバイオマスを前処理するプロセスにおいて、材料が押出機を離れたが弁針先端18に到達する前に、カラー17内の注入ノズル36を通って水が注入される(図4および図5参照)。この水を使用して材料を薄め、蒸気爆発によるレオロジーを改善し、したがって弁を通過させるために押出機にかかるトルクを低減させる。処理の際、材料、特にスラリーはあまり流動しないが、パイプまたはバレルを通って処理されるとわずかに流れる。出口での流れは乱れるが、水と混ざり合うと、滑らかに層流になり、弁の空間21内を下流へ進む。バルブシステムを通る材料の流れを容易にするために、かつ/または材料をさらに処理するために、管から出る直前に任意の液体を加えることができる。一実施形態では、この目的で、水、酸、塩基、アルコール、溶媒、アルデヒド、ケトンなどの液体を使用することができる。
【0054】
[00063]弁の閉位置において、弁針先端18は弁体10の内側空間内で、中間の円錐形部分16とより小さい円筒形カラー17との境界付近に静止する。図5を参照されたい。弁針先端18は、液体注入部の下流約3~6mmに位置する。
【0055】
[00064]図6は、2軸スクリュー38を有する押出機の放出端の方を向いている弁針18のない弁体10の横断面図である。材料が押出機を出た後、投入ノズル36がカラー17内へ液体を射出する。
【0056】
[00065]図7Aは、環状リング19における円錐形の針11と円錐形の弁体15との間の封止の横断面図である。この箇所で、バルブシャフト14の後ろの圧力は、パイプから流れ出る流体および/または材料の圧力以上であり、流れを止める働きをする。図7Bは、パイプ内側の圧力が増大し、弁針11がハウジングの方へ約0.5mm動いたときの弁針11の動きを示す。弁針11は、環状リング19内でその設置位置から分離され、したがって流体および/または材料が弁針11および通路(空間)21を通って放出区域22(図3に示す)の方へ流れることができる。パイプからの圧力を増大させると、弁針11が放出区域の方へさらに動き、針と環状リング19との間の間隙を広げ、流体および/または材料のより大きい流れが可能になる。弁針11はすなわち1.0mm(図7C)および1.5mm(図7D)動く。
【0057】
[00066]動作の際、弁針18は1秒に数回出入りして、必要とされる設定点圧力を維持し、したがって完全に閉じた状態と、2mmの最大環状空間を可能にする状態との間を動く。弁針に取り付けられた油圧アクチュエータは、長手方向軸に沿って非常に小さい動きで、弁針を非常に迅速に無限に出入りさせ続ける。
【0058】
[00067]通路により、押出機バレルの端部を越えて反応区間を延ばす独自の機会が与えられる。いくつかの実施形態では、反応区間は、本明細書に開示するバルブアセンブリの通路以外の延長室によって延ばされる。たとえば、延長室は、押出機の流出端に取り付けられた容器または管によって形成される。処理は押出機および通路21によって連続しており、前処理時間を測定するときは空間21の体積が考慮されなければならない。押出機のバレル部分ならびにマニホルドおよび注入器アセンブリは、位置および/または向きを変えることができるように設計される。したがって、反応区間の長さの変更が必要とされる場合、たとえば蒸気および酸の注入が押出機バレルの端部に向かってさらに下流で実現されるように、蒸気注入および酸注入ポートを動かすことができ、それにより通路21内に同じ空間体積を維持しながら、押出機部分内で材料が前処理される期間を短くすることができる。この結果、高価な押出機部分および被覆の摩耗が少なくなり、全体的な前処理のコストが削減される。
【0059】
[00068]別の実施形態では、バルブアセンブリのサイズを増大させることによって通路の体積空間を増大させることで、押出機の摩耗を増大させることなく、前処理期間が長くなるはずである。さらなる実施形態では、より短い酸処理でより長い蒸気期間が必要とされる場合、酸バレルを下流に動かすことができ、それによって蒸気に接触する時間を増大させて、理論的には必要とされる酸の量を低減させ、さらに下流に酸を有することができる。同様に、阻害物質が生成されるような反応温度における酸との接触時間が長すぎる場合、酸バレルを下流に動かすことができ、かつ/または通路21内のより後ろで加えることができ、それによって生成される阻害物質をより少なくすることができる。
【0060】
[00069]押出機システムのサイズに応じて、30mmの弁、63mmの弁、98mmの弁、および400mmの弁によって、安定した連続するバイオマス前処理動作が実施される。他の実施形態では、500~600mmおよびそれ以上の弁を使用することができる。
【0061】
[00070]このシステムは、バレルおよび端部弁のサイジングとともに注入器から構成されており、相当量の柔軟性を提供し、注入の可能性および前処理の継続時間に関してほぼ有限の制御を提供する。弁を通って流れ出る材料の速度は一定で維持されており、したがって弁のサイズが増大するにつれて、空間21内の材料の滞留時間も増大する。
【0062】
[00071]上記の例から、バイオマスの前処理の効率を最大にしながら、前処理のコストを最小にするために、通路21の異なる体積と組み合わせたバレル部分の多数の組合せを達成することができることが、当業者には明らかである。システムを通る材料の速度が維持されるとき、温度および化学物質は変動することができる。
【0063】
[00072]特定の状況下で、一定の圧力下で材料、液体、または両方の連続処理を有することが望ましい。たとえば、バイオマスの前処理は、大量では経済的でない。これは時間がかかり材料を無駄にする。問題は、処理中に一定の厳密な圧力を維持しながら、同時にパイプまたはバレルに物質を通して加圧された材料を大気圧へ放出する方法である。スラリーを扱うときは、混合物の性質が不均質であることから脈打つ可能性があるため、これを行うことはさらに困難である。
【0064】
[00073]本明細書に記載する弁は、高速で使用することができる。たとえば、環状リング19で測定される連続バイオマス処理は、0.5mmの行程で185~190m/秒である。可能な範囲は約90m/秒~250m/秒である。他の実施形態では、95m/秒、100m/秒、110m/秒、120m/秒、130m/秒、140m/秒、150m/秒、160m/秒、170m/秒、180m/秒、190m/秒、200m/秒、210m/秒、220m/秒、230m/秒、240m/秒、およびそれ以上の速度が可能である。
【0065】
[00074]バイオマス材料がシステムを通る速度は、30mmの弁に対する55kg/時から400mmの弁に対する96DMT/日で確立されている。より大きい弁の場合、より速い速度を実現することができる。
【0066】
[00075]いくつかの実施形態では、液体またはスラリーは、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される。いくつかの実施形態では、バイオマスは反応区間内で約5~15秒で処理され、より大きいシステムの場合、バイオマスは30秒以下で処理され、または60秒以下で処理される。
【0067】
[00076]別の実施形態では、液体またはスラリーを高圧で処理することができる。一実施形態では、バイオマスは、約0.07031kgf/cm(1psi)~約2.109(kgf/cm)(30psi)の圧力範囲で前処理される。別の実施形態では、バイオマスは、約3.516kgf/cm(50psi)、7.031kgf/cm(100psi)、10.55kgf/cm(150psi)、14.06kgf/cm(200psi)、17.58kgf/cm(250psi)、21.09kgf/cm(300psi)、24.61kgf/cm(350psi)、28.13kgf/cm(400psi)、31.64kgf/cm(450psi)、35.16kgf/cm(500psi)、38.67kgf/cm(550psi)、42.19kgf/cm(600psi)、45.7kgf/cm(650psi)、49.22kgf/cm(700psi)、52.74kgf/cm(750psi)、56.25kgf/cm(800psi)、または最大63.28kgf/cm(900psi)の圧力で前処理される。いくつかの実施形態では、バイオマスは、バイオマスを含む容器内へ蒸気を注入することによって、高圧で処理することができる。一実施形態では、バイオマスは、アルカリもしくは酸処理または本明細書に提供する任意の他の処理方法の前または後に、真空条件で処理することができる。
例示的な実施形態
実施形態1.押出機およびバルブアセンブリによってバイオマスを処理するためのシステムであって、
(a)1つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、スクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによって加圧反応区間の一端を形成する、押出機と、
(b)蒸気および1つまたは複数の化学物質を反応区間に供給する方法と、
(c)押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリであり、反応区間の下流端を形成し、反応区間に液体を加える、バルブアセンブリとを備え、
(d)前記バルブアセンブリが、加圧処理されたバイオマスを非加圧放出区域内へ急速に放出することが可能である、システム。
【0068】
実施形態2.バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、実施形態1に記載のシステム。
【0069】
実施形態3.バイオマスが、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される、実施形態1に記載のシステム。
【0070】
実施形態4.反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、実施形態1に記載のシステム。
【0071】
実施形態5.1つの化学物質が酸である、実施形態1に記載のシステム。
【0072】
実施形態6.酸が硫酸である、実施形態1に記載のシステム。
【0073】
実施形態7.バルブアセンブリが、
実施形態8.ハウジングを備え、ハウジングが、
(a)弁体であり、
i.大きい円形部分、
ii.中間の円錐形部分、
iii.液体投入のための1つまたは複数のノズルを含むより小さい円形カラーを含む弁体と、
(b)弁針とを備える、実施形態1に記載のシステム。
【0074】
実施形態9.弁針が設置されているとき、弁体と弁針との間に空間が存在する、実施形態7に記載のバルブアセンブリ。
【0075】
実施形態10.液体投入のためのノズルが、弁体と弁針との間の空間内へ水を伝達する、実施形態7に記載のバルブアセンブリ。
【0076】
実施形態11.液体投入のためのノズルが、弁体と弁針との間の空間内へ水以外の液体を伝達する、実施形態7に記載のバルブアセンブリ。
【0077】
実施形態12.液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、実施形態10に記載のノズル。
【0078】
実施形態13.バルブアセンブリに取り付けられたパイプまたはバレル内でスラリーまたは液体を処理するための方法であって、
a.前記パイプまたはバレルが反応区間の一端を形成するプラグを有するステップと、
b.パイプまたはバレルによって液体またはスラリーを運搬するステップと、
c.バルブアセンブリをパイプまたはバレルの流出端に取り付けて反応区間の下流端を形成しながら、蒸気の投入によって反応区間内の圧力を維持するステップと、
d.液体またはスラリーがバルブアセンブリに入るとき、バルブアセンブリの上流端内へ物質を加えるステップと、
e.バルブアセンブリを使用して、処理された液体またはスラリーを非加圧区域内へ放出するステップとを含む方法。
【0079】
実施形態14.液体またはスラリーがバイオマスを含む、実施形態12に記載の方法。
【0080】
実施形態15.バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、実施形態13に記載の方法。
【0081】
実施形態16.バイオマスが、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される、実施形態14に記載の方法。
【0082】
実施形態17.反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、実施形態14に記載の方法。
【0083】
実施形態18.物質が酸である、実施形態14に記載の方法。
【0084】
実施形態19.酸が硫酸である、実施形態14に記載の方法。
【0085】
実施形態20.押出機の下流に反応区間を延ばすシステムであって、
(a)反応区間部分を含む押出機を備え、前記押出機反応区間部分が、隣接する内側空間を含む下流バルブアセンブリに取り付けられ、
(b)押出機内の反応区間部分が、バルブアセンブリの隣接する内側空間と組み合わされて、押出機の下流に反応区間を延ばす、システム。
【0086】
実施形態21.押出機の反応区間部分を通って動く材料の速度が、バルブアセンブリを通って動く材料の速度と一定で維持される、実施形態19に記載のシステム。
【0087】
実施形態22.環状リングが弁体の一部である、実施形態19に記載のバルブアセンブリ。
【0088】
実施形態23.環状リングが交換可能である、実施形態19に記載のバルブアセンブリ。
【0089】
実施形態24.弁体が、液体の投入のためのノズルを含む、実施形態19に記載のバルブアセンブリ。
【0090】
実施形態25.弁針が、弁体内で閉じられたとき、放出リングに設置される、実施形態19に記載のバルブアセンブリ。
【0091】
実施形態26.弁針が、アクチュエータに取り付けられる、実施形態24に記載のバルブアセンブリ。
【0092】
実施形態27.アクチュエータが、弁針にかかる圧力を維持する、実施形態25に記載のアクチュエータ。
【0093】
実施形態28.アクチュエータが、弁針にかかる圧力を816.47kgf(1,800lbf)超で維持する、実施形態25に記載のアクチュエータ。
【0094】
実施形態29.アクチュエータが、弁針にかかる圧力を22,679.62~226,796.19kgf(50,000~500,000lbf)で維持する、実施形態25に記載のアクチュエータ。
【0095】
実施形態30.押出機が2軸スクリュー押出機である、実施形態19に記載の押出機。
【0096】
実施形態31.押出機が、蒸気および/または酸を加えるためのポートを有する、実施形態19に記載の押出機。
【0097】
実施形態32.押出機の下流に反応区間を延ばす方法であって、
(a)反応区間内のバイオマスを処理するステップを含み、反応区間が押出機から取り付けられた下流バルブアセンブリ内へ延びる、方法。
【0098】
実施形態33.バルブアセンブリが、
(a)ハウジングと、
(b)弁体であり、
iv.大きい円形部分、
v.中間の円錐形部分、
vi.液体投入のための1つまたは複数のノズルを含むより小さい円形カラーを含む弁体と、
(c)弁針とを備える、実施形態31に記載の方法。
【0099】
実施形態34.ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、実施形態32に記載のバルブアセンブリ。
【0100】
実施形態35.放出リングが先細りしている、実施形態33に記載のバルブアセンブリ。
【0101】
実施形態36.弁体が環状リングを含む、実施形態32に記載のバルブアセンブリ。
【0102】
実施形態37.環状リングが取外し可能である、実施形態35に記載のバルブアセンブリ。
【0103】
実施形態38.弁針が設置されているとき、弁体と弁針との間に空間が存在する、実施形態32に記載のバルブアセンブリ。
【0104】
実施形態39.液体投入のためのノズルが、弁体と弁針との間の空間内へ水を伝達する、実施形態32に記載のバルブアセンブリ。
【0105】
実施形態40.液体投入のためのノズルが、弁体と弁針との間の空間内へ水以外の液体を伝達する、実施形態38に記載のバルブアセンブリ。
【0106】
実施形態41.液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、実施形態39に記載のノズル。
【0107】
実施形態42.蒸気および1つまたは複数の化学物質が押出機の反応区間に加えられる、実施形態31に記載の方法。
【0108】
実施形態43.反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、実施形態31に記載の方法。
【0109】
実施形態44.液体が酸である、実施形態41に記載の方法。
【0110】
実施形態45.酸が硫酸である、実施形態41に記載の方法。
【0111】
実施形態46.速度が、反応区間全体にわたって一定で維持される、実施形態31に記載の方法。
【0112】
実施形態47.バイオマスを処理する方法であって、
(a)押出機によってバイオマスを運搬するステップであり、押出機が、2つの区間、すなわち投入区間および反応区間に分割され、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、
(b)反応区間内のバイオマスに蒸気および/または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、
(c)部分的に処理されたバイオマスを、取り付けられたバルブアセンブリ内へ一時的に運搬して、処理を継続するステップと、
(d)バルブアセンブリによってバイオマスを放出するステップとを含む方法。
【0113】
実施形態48.運搬されるバイオマスの速度が、押出機およびバルブアセンブリ内と同じである、実施形態46に記載の方法。
【0114】
実施形態49.反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、実施形態46に記載の方法。
【0115】
実施形態50.バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、実施形態46に記載の方法。
【0116】
実施形態51.バイオマスが、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される、実施形態46に記載の方法。
【0117】
実施形態52.化学物質が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、実施形態46に記載の方法。
【0118】
[1]バイオマスを前処理するためのシステムであって、
(a)1つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、1つまたは複数のスクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによってバイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、
(b)押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリであり、反応区間の下流端を形成し、反応区間に液体を加える、バルブアセンブリとを備えるシステム。
【0119】
[2]バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、段落[1]に記載のシステム。
【0120】
[3]バイオマスが、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される、段落[1]または[2]に記載のシステム。
【0121】
[4]反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、反応区間内の圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、段落[1]から[3]のいずれか一項に記載のシステム。
【0122】
[5]システムが、蒸気および1つまたは複数の化学物質を反応区間に供給するための手段をさらに備える、段落[1]から[4]のいずれか一項に記載のシステム。
【0123】
[6]1つまたは複数の化学物質が酸を含む、段落[5]に記載のシステム。
【0124】
[7]酸が硫酸である、段落[6]に記載のシステム。
【0125】
[8]バルブアセンブリが、
大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための1つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、弁体内には弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、小さい円形カラーの内径が大きい円形部分より小さい、弁体と、
弁体のチャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
弁体の放出端に取り付けられており、弁針が弁体から切り離されると弁針を密閉するハウジングとを備える、段落[1]から[7]のいずれか一項に記載のシステム。
【0126】
[9]ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、段落[8]に記載のシステム。
【0127】
[10]放出リングが先細りしている、段落[9]に記載のシステム。
【0128】
[11]弁体が環状リングを含む、段落[8]から[10]のいずれか一項に記載のシステム。
【0129】
[12]環状リングが取外し可能である、段落[11]に記載のシステム。
【0130】
[13]弁針が弁体上で閉じられると、チャンバ内で弁体と弁針との間に環状空間が形成される、段落[8]から[12]のいずれか一項に記載のシステム。
【0131】
[14]液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水を伝達する、段落[8]から[13]のいずれか一項に記載のシステム。
【0132】
[15]液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、段落[8]から[14]のいずれか一項に記載のシステム。
【0133】
[16]液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落[15]に記載のシステム。
【0134】
[17]弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも7%大きい、段落[8]から[16]のいずれか一項に記載のシステム。
【0135】
[18]弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より約7%大きい、段落[8]から[17]のいずれか一項に記載のシステム。
【0136】
[19]弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、段落[8]から[18]のいずれか一項に記載のシステム。
【0137】
[20]円錐形が、45度~75度の範囲内で先細りしている、段落[19]に記載のシステム。
【0138】
[21]円錐形が、約45度で先細りしている、段落[19]に記載のシステム。
【0139】
[22]弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも4%大きい、段落[19]から[21]のいずれか一項に記載のシステム。
【0140】
[23]弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より約4%大きい、段落[19]から[22]のいずれか一項に記載のシステム。
【0141】
[24]押出機が2軸スクリュー押出機である、段落[1]から[23]のいずれか一項に記載のシステム。
【0142】
[25]押出機が、蒸気および/または酸を加えるためのポートを有する、段落[1]から[24]のいずれか一項に記載のシステム。
【0143】
[26]バイオマスを前処理するためのシステムであって、
(a)1つまたは複数のスクリューを含む押出機であり、1つまたは複数のスクリューの作用によってバイオマスの内部プラグが形成され、それによってバイオマスの前処理のために加圧反応区間の上流端を形成する、押出機と、
(b)押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリとを備え、バルブアセンブリが、
大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための1つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、弁体内には弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、小さい円形カラーの内径が大きい円形部分より小さい、弁体と、
弁体のチャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
弁体の放出端に取り付けられており、弁針が弁体から切り離されると弁針を密閉するハウジングとを備える、システム。
【0144】
[27]バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、段落[26]に記載のシステム。
【0145】
[28]バイオマスが、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される、段落[26]または[27]に記載のシステム。
【0146】
[29]反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、段落[26]から[28]のいずれか一項に記載のシステム。
【0147】
[30]弁体のチャンバが、加圧反応区間の下流部分を形成する、段落[26]から[29]のいずれか一項に記載のシステム。
【0148】
[31]システムが、蒸気および1つまたは複数の化学物質を反応区間に供給するための手段をさらに備える、段落[26]から[30]のいずれか一項に記載のシステム。
【0149】
[32]1つまたは複数の化学物質が酸を含む、段落[31]に記載のシステム。
【0150】
[33]酸が硫酸である、段落[32]に記載のシステム。
【0151】
[34]ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、段落[26]から[33]のいずれか一項に記載のシステム。
【0152】
[35]放出リングが先細りしている、段落[34]に記載のシステム。
【0153】
[36]弁体が環状リングを含む、段落[26]から[35]のいずれか一項に記載のシステム。
【0154】
[37]環状リングが取外し可能である、段落[36]に記載のシステム。
【0155】
[38]弁針が弁体上で閉じられると、チャンバ内で弁体と弁針との間に環状空間が形成される、段落[26]から[37]のいずれか一項に記載のシステム。
【0156】
[39]液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水を伝達する、段落[26]から[38]のいずれか一項に記載のシステム。
【0157】
[40]液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、段落[26]から[39]のいずれか一項に記載のシステム。
【0158】
[41]液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落[40]に記載のシステム。
【0159】
[42]弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも7%大きい、段落[26]から[41]のいずれか一項に記載のシステム。
【0160】
[43]弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より約7%大きい、段落[26]から[42]のいずれか一項に記載のシステム。
【0161】
[44]弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、段落[26]から[43]のいずれか一項に記載のシステム。
【0162】
[45]円錐形が、45度~75度の範囲内で先細りしている、段落[44]に記載のシステム。
【0163】
[46]円錐形が、約45度で先細りしている、段落[44]に記載のシステム。
【0164】
[47]弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも4%大きい、段落[44]から[46]のいずれか一項に記載のシステム。
【0165】
[48]弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より約4%大きい、段落[44]から[46]のいずれか一項に記載のシステム。
【0166】
[49]押出機が2軸スクリュー押出機である、段落[26]から[48]のいずれか一項に記載のシステム。
【0167】
[50]押出機が、蒸気および/または酸を加えるためのポートを有する、段落[26]から[49]のいずれか一項に記載のシステム。
【0168】
[51]段落[1]から[50]のいずれか一項に記載のシステムによってバイオマスを前処理する方法。
【0169】
[52]バイオマスを前処理する方法であって、
(a)押出機によって押出機の供給区間から押出機の反応区間へバイオマスを運搬するステップであり、供給区間および反応区間が、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、
(b)反応区間内のバイオマスに蒸気および/または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、
(c)部分的に処理されたバイオマスを、押出機の流出端に取り付けられたバルブアセンブリ内へ運搬し、部分的に処理されたバイオマスをバルブアセンブリ内で処理するステップと、
(d)バルブアセンブリによってバイオマスを放出するステップとを含む方法。
【0170】
[53]バイオマスが、押出機によって、バイオマスがバルブアセンブリによって運搬される速度と同じ速度で運搬される、段落[52]に記載の方法。
【0171】
[54]反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、反応区間内の圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、段落[52]または[53]に記載の方法。
【0172】
[55]バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、段落[52]から[54]のいずれか一項に記載の方法。
【0173】
[56]バイオマスが、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される、段落[52]から[55]のいずれか一項に記載の方法。
【0174】
[57]化学物質が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落[52]から[56]のいずれか一項に記載の方法。
【0175】
[58]押出機が、1つまたは複数のスクリューを含む、段落[52]から[57]のいずれか一項に記載の方法。
【0176】
[59]押出機が、2つのスクリューを含む、段落[58]に記載の方法。
【0177】
[60]バルブアセンブリが、
大きい円形部分、中間の円錐形部分、および液体投入のための1つまたは複数のノズルを含む小さい円形カラーを含む弁体であり、弁体内には弁体の投入端および放出端を接続するチャンバが形成され、小さい円形カラーの内径が大きい円形部分より小さい、弁体と、
弁体のチャンバ内で軸方向に変位可能な弁針と、
弁体の放出端に取り付けられており、弁針が弁体から切り離されると弁針を密閉するハウジングとを備える、段落[52]から[59]のいずれか一項に記載の方法。
【0178】
[61]ハウジングが、取外し可能な放出リングを含む、段落[60]に記載の方法。
【0179】
[62]放出リングが先細りしている、段落[61]に記載の方法。
【0180】
[63]弁体が環状リングを含む、段落[60]から[62]のいずれか一項に記載の方法。
【0181】
[64]環状リングが取外し可能である、段落[63]に記載の方法。
【0182】
[65]弁針が弁体上で閉じられると、チャンバ内で弁体と弁針との間に環状空間が形成される、段落[60]から[64]のいずれか一項に記載の方法。
【0183】
[66]液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水を伝達する、段落[60]から[65]のいずれか一項に記載の方法。
【0184】
[67]液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、段落[60]から[66]のいずれか一項に記載の方法。
【0185】
[68]液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落[67]に記載の方法。
【0186】
[69]弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも7%大きい、段落[60]から[68]のいずれか一項に記載の方法。
【0187】
[70]弁体に当接するハウジングの端部におけるハウジングの内径が、その放出端における弁体の内径より約7%大きい、段落[60]から[69]のいずれか一項に記載の方法。
【0188】
[71]弁針が円錐形を有し、その円錐形の先端とは反対の位置に広い端部を有する、段落[60]から[70]のいずれか一項に記載の方法。
【0189】
[72]円錐形が、45度~75度の範囲内で先細りしている、段落[71]に記載のシステム。
【0190】
[73]円錐形が、約45度で先細りしている、段落[72]に記載の方法。
【0191】
[74]弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より少なくとも4%大きい、段落[71]から[73]のいずれか一項に記載の方法。
【0192】
[75]弁針の広い端部の直径が、その放出端における弁体の内径より約4%大きい、段落[71]から[73]のいずれか一項に記載の方法。
【0193】
[76]バルブアセンブリにおける部分的に処理されたバイオマスの処理が、部分的に処理されたバイオマスを、反応区間と同じ高い圧力および/または温度にかけるステップを含む、段落[52]から[75]のいずれか一項に記載の方法。
【0194】
[77]バルブアセンブリにおける部分的に処理されたバイオマスの処理が、バルブアセンブリの上流端において、部分的に処理されたバイオマスに物質を加えるステップを含む、段落[52]から[76]のいずれか一項に記載の方法。
【0195】
[78]物質が酸を含む、段落[77]に記載の方法。
【0196】
[79]酸が硫酸を含む、段落[78]に記載の方法。
【0197】
[80]押出機が2軸スクリュー押出機である、段落[52]から[79]のいずれか一項に記載の方法。
【0198】
[81]押出機が、蒸気および/または酸を加えるためのポートを有する、段落[52]から[80]のいずれか一項に記載の方法。
【0199】
[82]バイオマスを前処理する方法であって、
(a)押出機によって押出機の供給区間から押出機の反応区間へバイオマスを運搬するステップであり、供給区間および反応区間が、投入区間の下流で反応区間から上流に形成されたバイオマスプラグによって分離される、運搬するステップと、
(b)反応区間内のバイオマスに蒸気および/または化学物質を加えて、バイオマスを部分的に処理するステップと、
(c)部分的に処理されたバイオマスを、押出機の流出端に取り付けられた延長室内へ運搬するステップと、
(d)部分的に処理されたバイオマスを延長室内で処理し、それによって前処理されたバイオマスを作製するステップとを含む方法。
【0200】
[83]バイオマスが押出機を出るとき、押出機の下流端で酸を加えるステップをさらに含む、段落[82]に記載の方法。
【0201】
[84]延長室が、管によって形成される、段落[82]または[83]に記載の方法。
【0202】
[85]延長室が、容器によって形成される、段落[82]または[83]に記載の方法。
【0203】
[86]延長室が、バルブアセンブリによって形成される、段落[82]または[83]に記載の方法。
【0204】
[87]延長室が、前処理されたバイオマスを連続的に放出することが可能である、段落[82]から[86]のいずれか一項に記載の方法。
【0205】
[88]延長室が、前処理されたバイオマスを半連続的に放出することが可能である、段落[82]から[86]のいずれか一項に記載の方法。
【0206】
[89]延長室が、前処理されたバイオマスを大量に放出することが可能である、段落[82]から[86]のいずれか一項に記載の方法。
【0207】
[90]バイオマスが、押出機によって、部分的に処理されたバイオマスが延長室によって運搬される速度と同じ速度で運搬される、段落[82]から[89]のいずれか一項に記載の方法。
【0208】
[91]延長室が加圧される、段落[82]から[89]のいずれか一項に記載の方法。
【0209】
[92]延長室が、液体投入のための1つまたは複数のノズルを備える、段落[82]から[89]のいずれか一項に記載の方法。
【0210】
[93]液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水を伝達する、段落[92]に記載の方法。
【0211】
[94]液体投入のためのノズルが、チャンバ内へ水以外の液体を伝達する、段落[92]に記載の方法。
【0212】
[95]液体が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落[94]に記載の方法。
【0213】
[96]反応区間内の温度が、50~500℃、75~400℃、100~350℃、150~300℃、200~250℃、または150~300℃まで上昇し、反応区間内の圧力が、3.516~70.31kgf/cm(50~1000PSI)、7.031~52.74kgf/cm(100~750PSI)、14.06~42.19kgf/cm(200~600PSI)、21.09~35.16kgf/cm(300~500PSI)、または24.61~31.64kgf/cm(350~450PSI)まで上昇する、段落[82]から[95]のいずれか一項に記載の方法。
【0214】
[97]バイオマスが、サイレージ、農業残渣、トウモロコシ茎葉、バガス、モロコシ、ナッツ、ナッツ殻、ヤシ殻、蒸留乾燥可溶性物質、蒸留乾燥穀物、凝縮蒸留可溶性物質、蒸留湿潤穀物、可溶性物質を含む蒸留乾燥穀物、木質材料、おがくず、木くず、木質ペレット、木材残骸、ミルスクラップ、都市廃棄物、古紙、再生トイレットペーパー、庭刈りくず、ならびにポプラ、ヤナギ、スイッチグラス、ムラサキウマゴヤシ、およびウシクサなどのエネルギー作物、非木質植物性物質、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、ヘミセルロース系材料、炭水化物、トウモロコシ、サトウキビ、イネ科植物、高バイオマスソルガム、タケ、トウモロコシ穂軸、ならびに皮および種からなる群から選択される、段落[82]から[96]のいずれか一項に記載の方法。
【0215】
[98]バイオマスが、反応区間内で60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1秒未満で処理される、段落[82]から[97]のいずれか一項に記載の方法。
【0216】
[99]化学物質が、酸、塩基、アルコール、ケトン、アルデヒド、溶媒、またはこれらの組合せからなる群から選択される、段落[82]から[98]のいずれか一項に記載の方法。
【0217】
[100]押出機が、1つまたは複数のスクリューを含む、段落[82]から[99]のいずれか一項に記載の方法。
【0218】
[101]押出機が、2つのスクリューを含む、段落[100]に記載の方法。
【0219】
[00077]本開示の好ましい実施形態について本明細書に図示および説明したが、そのような実施形態は例示のみを目的として提供されることが、当業者には明らかである。本開示から逸脱することなく、多数の変形例、変更例、および置換えが当業者には想到されよう。本開示を実施する際、本明細書に記載する本開示の実施形態に対する様々な代替手段を用いることができることを理解されたい。以下の特許請求の範囲は本開示の範囲を画定し、それによってそれによってこれらの特許請求の範囲およびその均等物の範囲内の方法および構造が包含されることが意図される。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7A
図7B
図7C
図7D
【国際調査報告】