САМООЧИЩАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЕМ ГУСТОЙ СУСПЕНЗИИ Российский патент 2014 года по МПК B08B9/27 F15D1/02 B01J3/02 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США № 61/482449, поданной 4 мая 2011г., № 13/366651, поданной 6 февраля 2012г. и № 13/437264, поданной 2 апреля 2012г., полное раскрытие которых включено в данный документ в качестве ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящее изобретение относится к устройству и способам для обработки вязких текучих сред. В частности, оно относится к самоочищающемуся устройству и способам для обработки под высоким давлением вязких текучих сред, таких как густые суспензии лигноцеллюлозной биомассы и ее компонентов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Управление противодавлением имеет решающее значение для поддержания условий технологического процесса. Однако в случае суспензии, представляющей собой смесь твердых и жидких веществ, проблемой является засорение клапанов и отверстий. Кроме того, клапан регулирования противодавления не может достаточно быстро реагировать и полностью закрываться, чтобы избежать просачивания. Для поддержания управления процессом изменения давления в технологическом процессе должны быть сведены к минимуму. Таким образом, было бы полезно разработать эффективные и надежные средства для обработки загрязняющих текучих сред, таких как густые твердожидкостные суспензии лигноцеллюлозной биомассы и ее компонентов, под высоким давлением, чтобы свести к минимуму загрязнение, включая, но не ограничиваясь этим, сжимаемые сверхкритические или околокритические жидкости. Аппарат и способы настоящего изобретения направлены на эти, а также другие важные цели.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В одном из вариантов воплощения изобретение относится к самоочищающемуся аппарату для обработки загрязняющей текучей среды и под давлением, который включает:

канал, имеющий по меньшей мере два участка;

выдвижной клапан, расположенный на каждом из упомянутых по меньшей мере двух участков; и

необязательный запорный клапан, расположенный в упомянутом канале;

где указанные выдвижные клапаны образуют извилистый путь в указанном канале, когда указанные выдвижные клапаны частично закрыты, чтобы создать перепад давления между указанными участками канала, и

где по меньшей мере один из указанных выдвижных клапанов способен быть в открытом положении в то время, когда другие выдвижные клапаны частично закрыты.

[0005] В другом варианте изобретение направлено на способы уменьшения загрязнения в обработке лигноцеллюлозной биомассы, включающие в себя:

подачу загрязняющей текучей среды под давлением в устройство, содержащее:

канал, имеющий по меньшей мере два участка;

выдвижной клапан, расположенный в каждом из указанных по меньшей мере двух участков; и

необязательный запорный клапан, расположенный в указанном канале;

где указанные выдвижные клапаны формируют извилистый путь в указанном канале, когда указанные выдвижные клапаны частично закрыты, чтобы создать перепад давления между указанными участками, и

втягивание по меньшей мере одного из указанных выдвижных клапанов в открытое положение для формирования открытого выдвижного клапана, когда другие указанные выдвижные клапаны частично закрыты, чтобы очистить указанный открытый выдвижной клапан и управлять давлением в указанном устройстве.

[0006] В еще одном варианте осуществления изобретение направлено на методы управления противодавлением при обработке лигноцеллюлозной биомассы, включающие:

подачу загрязняющей текучей среды под давлением в устройство, содержащее:

канал, имеющий по меньшей мере два участка;

выдвижной клапан, расположенный в каждом из указанных по меньшей мере двух участков; и

необязательный запорный клапан, расположенный в указанном канале,

где указанные выдвижные клапаны формируют извилистый путь в указанном канале, когда указанные выдвижные клапаны частично закрыты, чтобы создать перепад давления между указанными участками, и

втягивание по меньшей мере одного из указанных выдвижных клапанов в открытое положение для формирования открытого выдвижного клапана, когда другие указанные выдвижные клапаны частично закрыты, чтобы очистить указанный открытый выдвижной клапан и управлять давлением в указанном устройстве.

[0007] В других вариантах осуществления изобретение относится к системам для обработки загрязняющих текучих сред, включающим:

по меньшей мере одно самоочищающееся устройство, описанное в данном документе, и

трубопровод с извилистым путем,

в котором указанный трубопровод расположен до указанного по меньшей мере одного самоочищающегося устройства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Прилагаемые чертежи, которые включены для обеспечения дальнейшего понимания изобретения и включены в состав и составляют часть этого описания, иллюстрируют варианты реализации изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения. На чертежах:

[0009] Фиг.1A представляет собой схему, использующую шесть выдвижных ножевых клапанов в одном варианте реализации изобретения.

[0010] Фиг.1B представляет собой схему, использующую шесть выдвижных ножевых клапанов в одном варианте реализации изобретения.

[0011] Фиг.2 представляет собой схему, использующую десять выдвижных ножевых клапанов в одном варианте реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Как использовано выше и далее в раскрытии, следующие термины, если не указано иное, следует понимать как имеющие следующие значения.

[0013] Как использовано в данном документе, все формы единственного числа включают и ссылку на множественное число, если из контекста явно не следует иное.

[0014] Хотя настоящее изобретение может быть воплощено в различных формах, приведенное ниже описание нескольких вариантов производится с пониманием того, что настоящее раскрытие должно рассматриваться как иллюстрация изобретения и не предназначено для ограничения изобретения конкретными иллюстративными вариантами. Заголовки приведены исключительно для удобства и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение в любой форме. Варианты осуществления, показанные под любым заголовком, могут быть объединены с вариантами, показанными под любым другим заголовком.

[0015] Использование численных значений в различных количественных характеристиках, указанных в данной заявке, если явно не указано иное, сделано в качестве приближения, как если бы минимальные и максимальные значения в указанных диапазонах оба были предварены словом "приблизительно". Таким образом, небольшие отклонения от указанных значений могут быть использованы для достижения практически тех же результатов, как и при указанном значении. Кроме того, раскрытие диапазонов должно рассматриваться как непрерывный спектр, включающий любое значение между минимальным и максимальным значениями, а также любые диапазоны, которые могут быть сформированы такими значениями. Также в данном документе раскрыты любые и все отношения (и диапазоны таких отношений), которые могут быть образованы путем деления перечисленных числовых значений на любые другие перечисленные числовые значения. Таким образом, специалисту будет понятно, что многие такие отношения, диапазоны и диапазоны отношений могут быть однозначно произведены из численных значений, представленных в данном документе, и во всех случаях такие отношения, диапазоны и диапазоны отношений представляют собой различные варианты осуществления настоящего изобретения.

[0016] Сверхкритическая текучая среда - это текучая среда при температуре выше ее критической температуры и при давлении выше ее критического давления. Сверхкритическая текучая среда существует на уровне или выше ее "критической точки", точки наивысших температуры и давления, при которых жидкая и паровая (газовая) фазы могут находиться в равновесии друг с другом. Выше критического давления и критической температуры различие между жидкой и газовой фазами исчезает. Сверхкритическая текучая среда обладает примерно такими же проникающими свойствами, как и газ, одновременно с растворяющими свойствами жидкости. Соответственно, сверхкритическая экстракция текучей среды имеет преимущество высокой проникающей способности и хорошей сольватации.

[0017] Известные критические температуры и давления включают: для чистой воды критическая температура примерно равна 374,2°С, а критическое давление примерно равно 221 бар, для углекислого газа критическая температура примерно равна 31°C и критическое давление примерно равно 72,9 атм (примерно 1072 фунт/дюйм²). Околокритическая вода имеет температуру на уровне или выше примерно 300°C и ниже критической температуры воды (374,2°C), и давление достаточно высокое, чтобы вся текучая среда находилась в жидкой фазе. Докритическая вода имеет температуру меньше, чем примерно 300°С, и давление достаточно высокое, чтобы вся текучая среда находилась в жидкой фазе. Температура докритической воды может быть больше, чем примерно 250°C, и меньше примерно 300°C, и во многих случаях докритическая вода имеет температуру между примерно 250°C и примерно 280°C. Термин "горячая вода под давлением" используется в данном документе взаимозаменяемо для воды, которая находится в или выше ее критического состояния, или, как определено в данном документе, при околокритической или докритической, или любой другой температуре выше примерно 50°C (предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100°C), но меньше, чем докритическая температура, и при давлениях таких, что вода находится в жидком состоянии.

[0018] Как использовано в данном документе, текучая среда, которая является "сверхкритической" (например, сверхкритическая вода, сверхкритический CO₂ и т.д.), означает текучая среда, которая была бы сверхкритической, если бы она присутствовала в чистом виде при заданных температуре и давлении. Например, термин "сверхкритическая вода" означает воду, присутствующую при температуре по меньшей мере примерно 374,2°C и давлении по меньшей мере примерно 221 бар, является ли эта вода чистой водой или присутствует в виде смеси (например, воды и этанола, воды и CO₂, и т.д.). Так, например, термин "смесь докритической воды и сверхкритической двуокиси углерода" означает смесь воды и углекислого газа при температуре и давлении выше, чем в критической точке для двуокиси углерода, но ниже критической точки для воды, независимо от того, содержит ли сверхкритическая фаза воду, и независимо от того, содержит ли водная фаза какое-либо количество углекислого газа. Например, смесь докритической воды и сверхкритического CO₂ может иметь температуру от примерно 250°С до примерно 280°C и давление по меньшей мере примерно 225 бар.

[0019] Как использовано в данном документе, термин "непрерывный" означает процесс, который не прерывается в течение всей его продолжительности, или прерывается, приостанавливается или прекращается лишь на мгновение по отношению к общей продолжительности процесса. Обработка биомассы является "непрерывной", когда биомасса подается в аппарат без перерывов или без существенных перерывов или когда переработка указанной биомассы не осуществляется как периодический процесс.

[0020] Как использовано в данном документе, термин "лигноцеллюлозная биомасса или ее компоненты" означает растительную биомассу, содержащую целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин из различных источников, включая, без ограничений: (1) сельскохозяйственные отходы (в том числе жом кукурузных стеблей и сахарного тростника), (2) специальные энергетические культуры, (3) древесные отходы (включая отходы лесопилок и бумажных комбинатов) и (4) бытовые отходы и их составные части, включая, без ограничений, саму лигноцеллюлозную биомассу, лигнин, сахариды C₆ (включая целлюлозу, целлобиозу, олигосахариды C₆, моносахариды C₆ и сахариды C₅ (включая гемицеллюлозу, олигосахариды C₅ и моносахариды C₅).

[0021] Как использовано в данном документе, термин "канал" означает полую камеру любого поперечного сечения, включая различные поперечные сечения, используемые для транспортировки материала.

[0022] Как использовано в данном документе со ссылкой на клапан, термин "открытый" означает, что клапан пропускает через канал по меньшей мере частичный поток. Как использовано в данном документе со ссылкой на клапан, термин "закрытый" означает, что клапан не пропускает поток через канал. Как использовано в данном документе со ссылкой на "открытый" или "закрытый" клапан, термин "частичный" или "частично" означает, что клапан не находится в полностью открытом или полностью закрытом положении соответственно и, следовательно, пропускает через канал по меньшей мере некоторый поток. Понятия "частично открытый" и "частично закрытый" могут использоваться как взаимозаменяемые.

[0023] Как использовано в данном документе, термин "загрязняющая текучая среда" относится к текучей среде, в том числе вязкой текучей среде, находящейся в условиях давления и/или температуры, и к твердожидкостным суспензиям, которые прилипают к поверхности оборудования, в котором они контактируют, вызывая загрязнение мелких каналов и отверстий.

[0024] Как использовано в данном документе, термин "извилистый" относится к пути, имеющему более одного скручивания, изгиба или поворота.

[0025] Как уже говорилось выше, управление противодавлением имеет решающее значение для поддержания условий технологического процесса. Однако в случае суспензии, представляющей собой смесь твердых и жидких веществ, проблемой является засорение клапанов и отверстий. Кроме того, клапан регулирования противодавления не может достаточно быстро реагировать и полностью закрываться, чтобы избежать просачивания. Изменения давления в технологическом процессе должны быть сведены к минимуму для поддержания управления процессом. В гидравлической схеме системы насос добавляет текучей среде механическую энергию, чтобы увеличить ее давление. Трение текучей среды о трубы, клапаны, реакторы и другие компоненты создает перепад давления. Некоторые потери на трение являются фиксированными, например, потери при прохождении через трубу постоянного диаметра. Некоторые потери давления являются переменными, например, потери при прохождении через клапан, степень открытия которого изменяется (чем больше открытие клапана, тем меньше потери давления). Таким образом, перепадом давления можно управлять путем открытия или закрытия клапана. Извилистый путь в трубопроводе является просто способом увеличения перепада давления на более коротком расстоянии. Делая трубопровод извилистым (много поворотов, скручиваний и т.д.), можно добиться большего перепада давления. Перепад давления может быть заложен в систему трубопроводов при проектировании, но как только они установлены, перепад давления становится фиксированным (так как трубы не двигаются). Частичная блокировка в системе также создаст перепад давления, который может быть временным, если частичная блокировка снимается. Таким образом, управление трением системы - это то, как устройство и методы изобретения компенсируют внезапные или временные изменения давления в связи с блокировкой суспензии и затором в системе. Если бы текучая среда была водой, потери давления в системе были бы очень стабильными, и обратный клапан, вероятно, был бы установлен в одном положении и никогда не тронут. В случае суспензий потери давления в системе колеблются в зависимости от изменений консистенции суспензии (сгустки), изменений вязкости, изменений температуры и т.п. Необходимо устройство и способы, которые позволяли бы постоянно регулировать положения клапанов для оптимизации перепада давления между ними. Выдвижные клапаны, особенно расположенные в переменном порядке и создающие извилистый путь для потока материала, которые частично открыты (или частично закрыты), создают перепад давлений. Выдвижные клапаны могут быть полностью открыты, тем самым очищая клапан и клапанные отверстия и предотвращая накопление твердых частиц в канале, особенно при обработке вязких текучих сред и суспензий. Устройство и способы изобретения, следовательно, используют выдвижные клапаны для преодоления проблем, связанных с управлением противодавлением, путем формирования массива клапанов, чтобы обеспечить управление противодавлением.

[0026] Соответственно, в одном варианте осуществления изобретение относится к самоочищающемуся устройству для обработки загрязняющей текучей среды под давлением, включающему:

канал, имеющий по меньшей мере два участка;

выдвижной клапан, расположенный в каждом из указанных по меньшей мере двух участков, а также дополнительный необязательный запорный клапан, расположенный в указанном канале;

в котором указанные выдвижные клапаны образуют извилистый путь в указанном канале, если указанные выдвижные клапаны частично закрыты, для создания перепада давления между указанными участками, и

в котором по меньшей мере один из указанных выдвижных клапанов может быть в открытом положении в то время, когда другие указанные выдвижные клапаны частично закрыты.

Выдвижные клапаны, которые используются только тогда, когда первичные выдвижные клапаны, формирующие извилистый путь для потока материала, открыты для очистки, альтернативно называются "избыточными" выдвижными клапанами. Предполагается, что некоторые выдвижные клапаны могут быть предназначены для использования только тогда, когда другие выдвижные клапаны открыты для очистки. Также предполагается, однако, что все выдвижные клапаны могут в тот или иной момент рассматриваться как избыточные клапаны. Устройство по изобретению может быть использовано преимущественно для переработки/транспортировки твердожидкостной суспензии после фракционирования биомассы и/или гидролиза целлюлозы.

[0027] Один вариант осуществления самоочищающегося устройства схематически показан на Фиг.1A и использует шесть выдвижных ножевых клапанов 1a, 1b, 1c, 1d, 1e и 1f на шести участках (4а, 4b, 4c, 4d, 4e и 4f, соответственно) в канале 2. На этом рисунке четыре из выдвижных ножевых клапанов 1a, 1b, 1c и 1d находятся в частично открытом положении, создавая извилистый путь для потока материала, а два выдвижных ножевых клапана 1e и 1f находятся в полностью открытом положении. На Фиг.1B ножевые клапаны 1c и 1d открыты полностью для того, чтобы очистить их, в то время как ножевые клапаны 1e и 1f частично закрыты для того, чтобы взять на себя обязанности первых двух. По сути, четыре выдвижных ножевых клапана 1a, 1b, 1e и 1f теперь находятся в частично открытом положении, создавая извилистый путь для потока материала, а два оставшихся выдвижных ножевых клапана 1c и 1d находятся в полностью открытом положении. Отдельный запорный вентиль, показанный здесь как конусный клапан 3, может присутствовать для полного закрытия.

[0028] Фиг.2 представляет собой схематическое изображение, использующее десять выдвижных клапанов в одном варианте реализации изобретения. Участки с 1 по 8 (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g и 5h, где участок 1 соответствует 5а и участок 8 соответствует 5h) создают начальный перепад давления, а участки А и В (6а и 6b, соответственно) позволяют поочередно очищать в общей сложности десять участков с десятью выдвижными клапанами. Поток материалов начинается на участке 1 и заканчивается после участка B. Участки А и В являются избыточными клапанами, которые позволяют открывать и очищать любые два клапана в системе (включая участки А и В), когда остальные клапаны частично закрыты.

[0029] В другом варианте изобретение направлено на способы уменьшения загрязнения в обработке лигноцеллюлозной биомассы, включающие:

подачу загрязняющей текучей среды под давлением в устройство, содержащее:

канал, имеющий по меньшей мере два участка;

выдвижной клапан, расположенный в каждом из указанных по меньшей мере двух участков; и

необязательный запорный клапан, расположенный в указанном канале;

где указанные выдвижные клапаны формируют извилистый путь в указанном канале, когда указанные выдвижные клапаны частично закрыты, чтобы создать перепад давления между указанными участками, и

втягивание по меньшей мере одного из указанных выдвижных клапанов в открытое положение для формирования открытого выдвижного клапана, когда другие указанные выдвижные клапаны частично закрыты, чтобы очистить указанный открытый выдвижной клапан и управлять давлением в указанном устройстве.

[0030] В еще одном варианте осуществления изобретение направлено на методы управления противодавлением при обработке лигноцеллюлозной биомассы, включающие:

подачу загрязняющей текучей среды под давлением в устройство, содержащее:

канал, имеющий по меньшей мере два участка;

выдвижной клапан, расположенный в каждом из указанных по меньшей мере двух участков; и

необязательный запорный клапан, расположенный в указанном канале;

где указанные выдвижные клапаны формируют извилистый путь в указанном канале, когда указанные выдвижные клапаны частично закрыты, чтобы создать перепад давления между указанными участками, и

втягивание по меньшей мере одного из указанных выдвижных клапанов в открытое положение для формирования открытого выдвижного клапана, когда другие указанные выдвижные клапаны частично закрыты, чтобы очистить указанный открытый выдвижной клапан и управлять давлением в указанном устройстве.

[0031] В других вариантах осуществления изобретение относится к системам для обработки вязких текучих сред, включающим:

по меньшей мере одно самоочищающееся устройство, описанное в данном документе, и

трубопровод с извилистым путем,

в котором указанный трубопровод расположен до указанного по меньшей мере одного из самоочищающегося устройства.

[0032] В некоторых вариантах реализации изобретения выдвижные клапаны выбираются из группы, состоящей из ножевого клапана, игольчатого клапана, конусного клапана, шарового крана, кулачкового клапана и их комбинации.

[0033] Количество выдвижных клапанов зависит от вязкости обрабатываемого материала, скорости, давления, диаметра канала, загрязняющих характеристик материала и т.п. В некоторых вариантах реализации изобретения присутствуют от трех выдвижных клапанов до примерно десяти выдвижных клапанов. В некоторых предпочтительных вариантах реализации присутствуют шесть выдвижных клапанов. В некоторых предпочтительных вариантах реализации присутствуют восемь выдвижных клапанов. Как будет понятно специалисту в данной области техники, количество выдвижных клапанов будет зависеть от конкретного доступного оборудования.

[0034] В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере один из указанных выдвижных клапанов может находиться в открытом положении, когда другие указанные выдвижные клапаны частично закрыты.

[0035] Предполагается, что выдвижные клапаны (из которых по меньшей мере два, но возможно и многие дополнительные выдвижные клапаны) будут открываться и закрываться одновременно и непрерывно (так, что оборудование никогда не будет нуждаться в остановке для очистки отдельных клапанов, но будет их постоянно очищать и поддерживать соответствующее давление).

[0036] Массив выдвижных клапанов может быть реализован в большом количестве различных конструкций (например, соседние выдвижные клапаны могут быть ориентированы под углом от примерно 0° до примерно 180° друг к другу, и эта ориентация может отличаться внутри массива). В некоторых вариантах реализации изобретения массив выдвижных клапанов образует извилистый путь для потока материалов через канал. Предпочтительно, чтобы соседние выдвижные клапаны были ориентированы под углом примерно 180° друг к другу, чтобы максимизировать потери давления на клапане и свести к минимуму общее число клапанов.

[0037] В некоторых вариантах реализации изобретения стадия обработки включает транспортировку указанной загрязняющей текучей среды под давлением.

[0038] В некоторых вариантах реализации изобретения загрязняющая текучая среда имеет вязкость по меньшей мере примерно 10000 сП. В некоторых вариантах реализации изобретения загрязняющая текучая среда имеет вязкость по меньшей мере примерно 15000 сП.

[0039] В некоторых вариантах реализации изобретения загрязняющая текучая среда является фракционированной лигноцеллюлозной суспензией, включающей:

твердую фракцию, содержащую:

лигнин; и

целлюлозу; и

жидкую фракцию, содержащую:

растворимые сахариды C₅; и

воду.

[0040] В некоторых вариантах реализации изобретения загрязняющая текучая среда является суспензией, включающей:

твердую фракцию, содержащую:

лигнин; и

жидкую фракцию, содержащую:

растворимые сахариды C₆; и

воду.

[0041] В некоторых вариантах реализации изобретения канал является по существу цилиндрическим. Возможны, однако, и другие формы и поперечные сечения.

[0042] В некоторых вариантах реализации изобретения присутствует по меньшей мере один запорный клапан, который может быть использован для отсечки потока в канале в полном объеме. Запорный клапан может располагаться в любом месте канала, в том числе внутри массива выдвижных клапанов, до массива выдвижных клапанов или после массива выдвижных клапанов в дальнем конце канала (в ближайшем выходе из канала в направлении потока). Предпочтительно располагать запорный клапан в дальнем конце канала. Подходящие запорные клапаны включают, но не ограничиваются этим: конусный клапан, шаровой кран, ножевой клапан, игольчатый клапан или кулачковый клапан, где указанные клапаны могут использоваться в полностью закрытом положении, чтобы остановить поток в канале.

[0043] Перепад давления в аппарате по изобретению будет зависеть от конкретного обрабатываемого материала. В некоторых вариантах реализации изобретения перепад давления в указанном устройстве составляет от примерно 50 бар до примерно 250 бар.

[0044] Способы по изобретению предпочтительно работают непрерывно, хотя они могут быть запущены как периодический или полунепрерывный процесс.

[0045] В некоторых вариантах реализации изобретения фракционированную суспензию лигноцеллюлозной биомассы получают путем контактирования указанной лигноцеллюлозной биомассы с первой реакционной текучей средой, представляющей собой горячую воду под давлением и, возможно, двуокись углерода; где указанная первая реакционная текучая среда дополнительно содержит кислоту, когда указанная лигноцеллюлозная биомасса содержит древесину хвойных пород, и где указанная первая реакционная текучая среда находится при температуре по меньшей мере примерно 100°C при давлении, достаточном для поддержания указанной первой реакционной текучей среды в жидком виде. Кислота может быть неорганической кислотой или органической кислотой или кислотой, образующейся в процессе обработки. Неорганические кислоты включают, не ограничиваясь этим: серную кислоту, сульфокислоту, фосфорную кислоту, фосфоновую кислоту, азотную кислоту, азотистую кислоту, соляную кислоту, плавиковую кислоту, бромистоводородную кислоту, иодистоводородную кислоту. Органические кислоты включают, не ограничиваясь этим: алифатические карбоновые кислоты (такие как уксусная кислота и муравьиная кислота), ароматические карбоновые кислоты (например, бензойная кислота и салициловая кислота), дикарбоновые кислоты (например, щавелевая кислота, фталевая кислота, себациновая кислота и адипиновая кислота), алифатические жирные кислоты (такие как олеиновая кислота, пальмитиновая кислота и стеариновая кислота), ароматические жирные кислоты (такие как фенилстеариновая кислота) и аминокислоты. В некоторых вариантах реализации изобретения кислота предпочтительно является серной кислотой, соляной кислотой, фосфорной кислотой, азотной кислотой или их комбинацией. Газообразные соединения, образующие кислоту в процессе обработки, включают, не ограничиваясь этим, SO₂.

[0046] В данном документе описаны предпочтительные формы изобретения, однако для специалиста в данной области будет очевидно, что могут быть сделаны различные изменения и модификации, которые позволят достичь некоторых из преимуществ изобретения без отклонения от сущности и объема изобретения. Таким образом, объем изобретения должен определяться исключительно теми пунктами патентной формулы, которые должны быть добавлены.

[0047] Когда в данном документе для физических свойств, таких как молекулярная масса, или химических свойств, таких как химические формулы, используются диапазоны, предполагается, что должны быть включены все комбинации и субкомбинации диапазонов из конкретных вариантов воплощения.

[0048] Раскрытие каждого патента, патентной заявки и публикации, процитированных или описанных в данном документе, включено в данный документ в качестве ссылки в полном объеме.

[0049] Специалисту в данной области техники понятно, что в предпочтительные варианты реализации изобретения могут быть внесены многочисленные изменения и модификации и что такие изменения и модификации могут быть сделаны без отступления от сущности изобретения. Таким образом, предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие эквивалентные вариации, которые соответствуют сущности и объему изобретения.

Изобретение относится к самоочищающемуся устройству и способам для обработки под высоким давлением вязких текучих сред. Способ включает перемещение загрязняющих вязких текучих сред, таких как густые твердожидкостные суспензии лигноцеллюлозной биомассы и ее компонентов, находящихся под высоким давлением, с использованием массива выдвижных клапанов. Техническим результатом изобретения является сведение к минимуму загрязнение текучими средами. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ для уменьшения загрязнения при обработке лигноцеллюлозной биомассы, включающий:
перемещение загрязняющей текучей среды, содержащей лигноцеллюлозную биомассу, под давлением через устройство во время обработки биомассы, причем устройство содержит:
канал, имеющий по меньшей мере два участка;
выдвижной клапан, расположенный в по меньшей мере одной из ориентации: чередующаяся ориентация или ориентация примерно 180°C относительно друг друга, в каждом из указанных по меньшей мере двух участков; и
необязательный запорный клапан, расположенный в указанном канале;
причем указанные выдвижные клапаны формируют извилистый путь в указанном канале, когда указанные выдвижные клапаны частично закрыты, чтобы создать перепад давления между указанными участками, и
втягивание по меньшей мере одного из указанных выдвижных клапанов в открытое положение для формирования открытого выдвижного клапана, когда другой из указанных выдвижных клапанов частично закрыт, чтобы очистить указанный открытый выдвижной клапан и управлять давлением и уменьшать загрязнения в указанном устройстве.

2. Способ по п.1,
который является непрерывным.

3. Способ по п.1,
в котором указанный выдвижной клапан является ножевым клапаном, игольчатым клапаном, конусным клапаном, шаровым краном, кулачковым клапаном или их комбинацией.

4. Способ по п.1,
в котором указанный запорный клапан является конусным клапаном, шаровым краном, ножевым клапаном, игольчатым клапаном или кулачковым клапаном.

5. Способ по п.1,
в котором присутствуют от трех выдвижных клапанов до примерно десяти выдвижных клапанов.

6. Способ по п.5,
в котором по меньшей мере один из указанных выдвижных клапанов может находиться в открытом положении, когда другие указанные выдвижные клапаны частично закрыты.

7. Способ по п.1,
в котором соседние выдвижные клапаны ориентированы под углом примерно 180° друг к другу.

8. Способ по п.1,
в котором указанная загрязняющая текучая среда имеет вязкость по меньшей мере примерно 10000 сП.

9. Способ по п.1,
в котором указанная загрязняющая текучая среда имеет вязкость по меньшей мере примерно 15000 сП.

10. Способ по п.1,
в котором указанная загрязняющая текучая среда является фракционированной лигноцеллюлозной суспензией, включающей:
твердую фракцию, содержащую:
лигнин; и
целлюлозу; и
жидкую фракцию, содержащую:
растворимые сахариды C₅; и
воду.

11. Способ по п.10,
в котором указанную фракционированную суспензию лигноцеллюлозной биомассы получают путем контактирования указанной лигноцеллюлозной биомассы с первой реакционной текучей средой, содержащей горячую воду под давлением и, необязательно, двуокись углерода;
причем указанная первая реакционная текучая среда дополнительно содержит кислоту, когда указанная лигноцеллюлозная биомасса содержит древесину хвойных пород; и
причем указанная первая реакционная текучая среда находится при температуре по меньшей мере примерно 100°C при давлении, достаточном для поддержания указанной первой реакционной текучей среды в жидком виде.

12. Способ по п.1,
в котором указанная загрязняющая текучая среда является суспензией, содержащей:
твердую фракцию, содержащую:
лигнин; и
жидкую фракцию, содержащую:
растворимые сахариды С₅; и воду.

13. Способ по п.1,
в котором указанный канал является по существу цилиндрическим.

14. Способ по п.1,
в котором указанный перепад давления в указанном устройстве находится в диапазоне от примерно 50 бар до примерно 250 бар.

15. Способ для управления противодавлением при обработке лигноцеллюлозной биомассы, включающий:
перемещение загрязняющей текучей среды, содержащей лигноцеллюлозную биомассу, под давлением через устройство, во время обработки биомассы, причем устройство содержит:
канал, имеющий по меньшей мере два участка;
выдвижной клапан, расположенный в по меньшей мере одной из ориентации: чередующаяся ориентация или ориентация примерно 180°C относительно друг друга в каждом из указанных по меньшей мере двух участков; и
необязательный запорный клапан, расположенный в указанном канале;
причем указанные выдвижные клапаны формируют извилистый путь в указанном канале, когда указанные выдвижные клапаны частично закрыты, чтобы создать перепад давления между указанными участками, и
втягивание по меньшей мере одного из указанных выдвижных клапанов в открытое положение для формирования открытого выдвижного клапана, когда другой из указанных выдвижных клапанов частично закрыт, чтобы очистить указанный открытый выдвижной клапан и управлять противодавлением в указанном устройстве.

16. Способ по п.15,
в котором указанный способ является непрерывным.

17. Способ по п.15,
в котором указанный выдвижной клапан является ножевым клапаном, игольчатым клапаном, конусным клапаном, шаровым краном, кулачковым клапаном или их комбинацией.

18. Способ по п.15,
в котором присутствуют от трех выдвижных клапанов до примерно десяти выдвижных клапанов.

19. Способ по п.18,
в котором по меньшей мере один из указанных выдвижных клапанов может находиться в открытом положении, когда другие указанные выдвижные клапаны частично закрыты.

20. Способ по п.15,
в котором соседние выдвижные клапаны ориентированы под углом примерно 180° друг к другу.

21. Способ по п.15,
в котором указанная загрязняющая текучая среда имеет вязкость по меньшей мере примерно 10000 сП.

22. Способ по п.15,
в котором указанная загрязняющая текучая среда имеет вязкость по меньшей мере примерно 15000 сП.

23. Способ по п.15,
в котором указанная загрязняющая текучая среда является фракционированной лигноцеллюлозной суспензией, включающей:
твердую фракцию, содержащую:
лигнин; и
целлюлозу; и
жидкую фракцию, содержащую:
растворимые сахариды С₅; и
воду.

24. Способ по п.23,
в котором указанную фракционированную суспензию лигноцеллюлозной биомассы получают путем контактирования указанной лигноцеллюлозной биомассы с первой реакционной текучей средой, содержащей горячую воду под давлением и, возможно, двуокись углерода;
причем указанная первая реакционная текучая среда дополнительно содержит кислоту, когда указанная лигноцеллюлозная биомасса содержит древесину хвойных пород; и
причем указанная первая реакционная текучая среда находится при температуре по меньшей мере примерно 100°C при давлении, достаточном для поддержания указанной первой реакционной текучей среды в жидком виде.

25. Способ по п.15,
в котором указанная загрязняющая текучая среда является суспензией, содержащей:
твердую фракцию, содержащую:
лигнин; и
жидкую фракцию, содержащую:
растворимые сахариды С₆; и
воду.

26. Способ по п.15,
в котором указанный канал является по существу цилиндрическим.

27. Способ по п.15,
в котором указанный перепад давления в указанном устройстве находится в диапазоне от примерно 50 бар до примерно 250 бар.