(57)【要約】  供給原料処理システムは、互いに流体連通するように直列に配置される複数の連続攪拌槽抽出段を含むＣＴＳＥシステムを用いて固体から生成物を抽出し、それにより、１つの段からの流出物が直列の次の段に流れる。段のうちの１つは、測定された量の液体溶媒と固体とが、連続攪拌槽抽出段に導入されるのを可能にする入口を有する。段は、固体を導入された溶媒と混合して、均一スラリーを形成し、固体に関連する生成物が、溶媒と共に抽出できるようにする。固液分離器が、連続攪拌槽抽出段と流体連通するように配置され、段の１つからの流出物を受け取って、生成物を含む液体溶媒を固体から分離して、生成物を含む液体と生成物が除去された固体とを形成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体から生成物を抽出する供給原料処理システムであって、
互いに流体連通する直列に配置された複数の連続攪拌槽抽出段を含み、１つの連続攪拌槽抽出段からの流出物が、前記複数の連続攪拌槽抽出段の直列の次の連続攪拌槽抽出段に流入するＣＴＳＥシステムであって、前記連続攪拌槽抽出段の少なくとも１つは、測定された量の液体溶媒と前記固体とが前記連続攪拌槽抽出段に導入されるのを可能にするように適合及び構成された入り口を有し、前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段は、前記固体を前記導入された溶媒と混合して均一スラリーを形成し、前記固体に関連する前記生成物を前記溶媒と共に抽出できるように適合及び構成される、前記ＣＴＳＥシステムと、
前記連続攪拌槽抽出段と流体連通するように配置された固液分離器であって、前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段から流出物を受け取って、前記生成物を含む前記液体溶媒を前記固体から分離して、生成物を含む液体と生成物が除去された固体とを形成するように適合及び構成された前記固液分離器と、
を含む、前記供給原料処理システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に関連付けられた再循環ループをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記再循環ループは、前記再循環ループの前記流出物の温度を変更するように構成及び適合された熱交換器を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記再循環ループは、前記再循環ループの前記流出物の前記固体の粒径の縮小及び形状の変更の少なくとも１つを行うように適合及び構成された装置を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段は、前記連続攪拌槽抽出段の前記固体材料の前記粒径の縮小及び前記形状の変更の少なくとも１つを増加させるように適合及び構成されたブレードを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
互いに流体連通する直列に配置された第２の複数の連続攪拌槽抽出段を含み、１つの連続攪拌槽抽出段からの流出物が、前記第２の複数の連続攪拌槽抽出段の直列の次の連続攪拌槽抽出段に流入する第２のＣＳＴＥシステムをさらに含み、
前記第２の複数の連続攪拌槽抽出段は、前記生成物が除去された固体を前記固液分離器から受け取るように、前記固液分離器と流体連通し、
前記第２の複数の連続攪拌槽抽出段の前記連続攪拌槽抽出段の少なくとも１つは、第２の測定された量の溶媒と前記生成物が除去された固体とを、前記第２の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入できるように適合及び構成された入口を有し、
前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段は、前記生成物が除去された固体を前記導入された第２の溶媒と混合して、前記生成物が除去された固体に関連する第２の生成物を前記第２の溶媒によって抽出できるように適合及び構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記固体材料は、バイオマス供給原料である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記固体を前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入する前に、前記固体の粒径の縮小、形状及び状態の変更の少なくとも１つを行うように適合及び構成された少なくとも１つの固体調整及び前処理機械をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
固体から生成物を抽出する方法であって、
互いに流体連通する直列に配置された複数の連続攪拌槽抽出段の少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に前記固体を導入することであって、１つの連続攪拌槽抽出段からの流出物が、前記複数の連続攪拌槽抽出段の直列の次の連続攪拌槽抽出段に流入する、前記固体を導入することと、
測定された量の液体溶媒を、前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入することと、
前記固体に関連する前記生成物が前記液体溶媒で抽出できるように、前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段で、前記溶媒を前記固体と混合することと、
前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段からの流出物を固液分離器に導入することと、
生成物を含む液体と生成物が除去された固体とを形成することと、
を含む、前記方法。
【請求項１０】
（ｉ）前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に関連する流出物を再循環すること、
（ｉｉ）前記流出物の再循環中、前記流出物の前記固体の粒径を縮小することと、前記固体の形状を変えることの少なくとも１つを行うこと、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
（ｉ）前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に関連する流出物を再循環すること、
（ｉｉ）前記流出物の圧力及び温度の少なくとも１つを変更して、前記溶媒の前記生成物の溶解度を上昇させること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記固体を前記溶媒と混合するステップは、前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段の前記固体材料の前記粒径の縮小と前記形状の変更の少なくとも１つを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
互いに流体連通する直列に配置された第２の複数の連続攪拌槽抽出段を含む第２のＣＳＴＥシステムに前記生成物が除去された固体を導入することであって、１つの連続攪拌槽抽出段からの流出物が、前記第２の複数の連続攪拌槽抽出段の直列の次の連続攪拌槽抽出段に流入する、前記固体を導入することと、
測定された量の第２の溶媒を、前記第２の複数の連続攪拌槽抽出段の前記連続攪拌槽抽出段の少なくとも１つに導入することと、
前記生成物が除去された固体に関連する第２の生成物（複数可）を前記第２の溶媒で抽出できるように、前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段で、前記生成物が除去された固体を前記第２の溶媒と混合することと、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段から前記流出物を第２の固液分離器に導入することと、
第２の生成物を含む液体と、第２の生成物が除去された固体とを形成することと、
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
互いに流体連通する直列に配置された第３の複数の連続攪拌槽抽出段を含む第３のＣＳＴＥシステムに前記第２の生成物が除去された固体を導入することであって、１つの連続攪拌槽抽出段からの流出物が、前記第３の複数の連続攪拌槽抽出段の直列の次の連続攪拌槽抽出段に流入する、前記固体を導入することと、
測定された量の第３の液体溶媒を、前記第３の複数の連続攪拌槽抽出段のうちの前記連続攪拌槽抽出段の少なくとも１つに導入することと、
前記第２の生成物が除去された固体に関連する第３の生成物（複数可）を前記第３の溶媒で抽出できるように、前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段で、前記第２の生成物が除去された固体を前記第３の液体溶媒と混合することと、
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第３の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段から前記流出物を第３の固液分離器に導入することと、
第３の生成物を含む液体と、第３の生成物が除去された固体とを形成することと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記固体材料を導入するステップは、バイオマス供給原料を導入することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
前記固体を前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入する前に、前記固体の前記粒径を縮小すること及び前記形状を変更することの少なくとも１つをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
前記生成物が除去された固体を乾燥させることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の生成物が除去された固体を乾燥させることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記第３の生成物が除去または使用された固体を乾燥させることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記流出物を前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段から前記固液分離器に導入するステップは、ポリッシングフィルタを用いて前記生成物を含む液体を濾過して、生成物が除去された固体の微粒子をさらに除去することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２３】
前記流出物を前記第２の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段から前記第２の固液分離器に導入するステップは、前記第２の生成物を含む液体をポリッシング濾過して、前記第２の生成物が除去された固体の微粒子をさらに除去することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記流出物を前記第３の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段から前記第３の固液分離器に導入するステップは、前記第３の生成物を含む液体をポリッシング濾過して、前記第３の生成物が除去された固体粒子の微粒子を除去することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記測定された量の前記液体溶媒を前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧での前記溶媒の沸点以下の温度で、大気圧で、前記溶媒を導入することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２６】
前記測定された量の前記液体溶媒を前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧での前記溶媒の沸点より高い温度で、大気圧で、前記溶媒を導入することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２７】
前記測定された量の前記液体溶媒を前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧での前記溶媒の標準沸点で、大気圧より高い圧力で、前記溶媒を導入することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２８】
前記測定された量の前記液体溶媒を前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧より低い圧力で、前記溶媒を導入することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２９】
前記測定された量の前記第２の液体溶媒を前記第２の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧での前記第２の液体溶媒の沸点以下の温度で、大気圧で、前記第２の液体溶媒を導入することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項３０】
前記測定された量の前記第２の液体溶媒を前記第２の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧での前記第２の液体溶媒の沸点より高い温度で、大気圧で、前記第２の液体溶媒を導入することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項３１】
前記測定された量の前記第２の液体溶媒を前記第２の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧での前記第２の液体溶媒の標準沸点で、大気圧より高い圧力で、前記第２の液体溶媒を導入することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項３２】
前記測定された量の前記第２の液体溶媒を前記第２の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧より低い圧力で、前記第２の液体溶媒を導入することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項３３】
前記測定された量の前記第３の液体溶媒を前記第３の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧での前記第３の液体溶媒の沸点以下の温度で、大気圧で、前記第３の液体溶媒を導入することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項３４】
前記測定された量の前記第３の液体溶媒を前記第３の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧での前記第３の液体溶媒の沸点より高い温度で、大気圧で、前記第３の液体溶媒を導入することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項３５】
前記測定された量の前記第３の液体溶媒を前記第３の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧での前記第３の液体溶媒の標準沸点で、大気圧より高い圧力で、前記第３の液体溶媒を導入することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項３６】
前記測定された量の前記第３の液体溶媒を前記第３の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、大気圧より低い圧力で、前記第３の液体溶媒を導入することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項３７】
前記生成物が除去された固体を前記第２の複数の連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、連続的に生じる、請求項１３に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２の生成物が除去された固体を前記第３の複数の連続攪拌槽抽出段に導入するステップは、連続的に生じる、請求項１５に記載の方法。
【請求項３９】
前記複数の連続攪拌槽抽出段のうちの１つの連続攪拌槽抽出段の前記流出物は、前記複数の連続攪拌槽抽出段の直列の次の連続攪拌槽抽出段に連続的に流入する、請求項９に記載の方法。
【請求項４０】
前記第２の複数の連続攪拌槽抽出段のうちの１つの連続攪拌槽抽出段の前記流出物は、前記第２の複数の連続攪拌槽抽出段のうちの直列の次の連続攪拌槽抽出段に連続的に流入する、請求項１３に記載の方法。
【請求項４１】
前記第３の複数の連続攪拌槽抽出段のうちの１つの連続攪拌槽抽出段の前記流出物は、前記第３の複数の連続攪拌槽抽出段のうちの直列の次の連続攪拌槽抽出段に連続的に流入する、請求項１５に記載の方法。
【請求項４２】
ユーティリティ熱及び／または発電源としてのボイラ用の供給原料、バイオ燃料生産の供給原料、動物の補助飼料、建築材料、セルロース断熱材、パーティクルボード及び／または積層板用の添加剤もしくは充填剤、土壌改良用の添加剤、または、これらの任意の組み合わせとして、前記生成物が除去された固体を提供することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項４３】
ユーティリティ熱及び／または発電源としてのボイラ用の供給原料、バイオ燃料生産の供給原料、動物の補助飼料、建築材料、セルロース断熱材、パーティクルボード及び／または積層板用の添加剤もしくは充填剤、土壌改良用の添加剤、または、これらの任意の組み合わせとして、前記第２の生成物が除去された固体を提供することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項４４】
ユーティリティ熱及び／または発電源としてのボイラ用の供給原料、バイオ燃料生産用の供給原料、動物の補助飼料、建築材料、セルロース断熱材、パーティクルボード及び／または積層板用の添加剤もしくは充填剤、土壌改良用の添加剤、または、これらの任意の組み合わせとして、前記第３の生成物が除去された固体を提供することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項４５】
前記流出物を、前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段から前記固液分離器に導入するステップは、連続的に生じる、請求項９に記載の方法。
【請求項４６】
前記流出物を、前記第２の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段から前記第２の固液分離器に導入するステップは、連続的に生じる、請求項１４に記載の方法。
【請求項４７】
前記流出物を、前記第３の複数のうちの前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段から前記第３の固液分離器に導入するステップは、連続的に生じる、請求項１６に記載の方法。
【請求項４８】
固体から生成物（複数可）を抽出する方法であって、
ＣＳＴＥシステムに前記固体を導入することであって、前記ＣＳＴＥシステムは、互いに直列に流体連通するように配置される複数の連続攪拌槽抽出段を備え、１つの連続攪拌槽抽出段からの流出物が、前記複数の連続攪拌槽抽出段の直列の次の連続攪拌槽抽出段に流入する、前記固体を導入することと、
測定された量の前記第１及び前記第２の溶媒を前記ＣＳＴＥシステムに導入することと、
前記固体に関連する第１の生成物が、前記第１の溶媒で抽出でき、前記固体に関連する第２の生成物が、前記第２の溶媒で抽出できるように、少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段で、前記第１及び前記第２の溶媒を前記固体材料と混合することと、
前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段からの流出物を固液分離器に導入することと、
第１の生成物を含む液体、第２の生成物を含む液体、及び、第１及び第２の生成物を除去した湿潤固体を形成することと、
を含む、前記方法。
【請求項４９】
前記第１及び前記第２の溶媒は、混和性である、請求項４８に記載の方法
【請求項５０】
前記第１及び前記第２の溶媒は、非混和性である、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
（ｉ）前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に関連する流出物を再循環すること、
（ｉｉ）前記流出物の再循環中、前記流出物の前記固体の粒径を縮小することと、前記固体の形状を部分的に変えることのうちの少なくとも１つ、をさらに含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
（ｉ）前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段に関連する流出物を再循環すること、
（ｉｉ）前記流出物の圧力及び温度の少なくとも１つを変更して、前記溶媒の前記生成物の溶解度を上昇させること、
をさらに含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
前記固体を前記溶媒と混合するステップは、前記少なくとも１つの連続攪拌槽抽出段の前記固体材料の前記粒径の縮小と前記形状の変更の少なくとも１つを含む、請求項４８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年８月８日に出願された仮出願番号第６２／５４２，５０４号の利益を主張し、その開示内容を参照により本明細書に組み込む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本開示は、供給原料を含む固体から、選択または目的生成物（複数可）を連続攪拌槽により抽出する供給原料処理システム及び方法に関する。例示の供給原料処理システム及び方法は、直列に接続された１つまたは複数の連続攪拌槽抽出（ＣＳＴＥ）用の槽または段を通した、供給原料及び選択溶媒の連続した工程フローを提供する。直列に接続された固体分離器を追加したＣＳＴＥ段が、ＣＳＴＥシステムを形成する。１つまたは複数のＣＳＴＥシステムが、供給原料処理システムを形成するように配置されてよい。供給原料の性質と、選択溶媒を用いて供給原料から抽出する選択または目的生成物（複数可）とに応じて、ＣＳＴＥシステムの段内で、特定の工程が行われてよい。
【０００３】
例示のシステム及び方法は、供給原料の連続的な処理を可能にする。システム及び方法は、週に７日、日に２４時間、行われてよい。システム及び方法は、供給原料の商業規模の処理を可能にし、従来の既存の商業規模の抽出方法と比べて、処理済み供給原料の量あたりの、資本設置費用及び製造運転費用を最低にする。経済的に実行可能であるために、供給原料から回収される生成物の量という点で高効率の抽出が必要とされる。本明細書に開示のシステム及び方法を用いると、商業的に競争力が高く、他の商業規模の抽出処理方法と比較して優位なように、効率を上げることができる。
【０００４】
以下に詳細に記載するように、例示のシステム及び方法は、供給原料からの選択または目的生成物（複数可）の抽出を最適にする。一般的に言うと、開示の原理に従って、供給原料固体から、選択または目的生成物（複数可）を抽出する方法は、下記を含む。
【０００５】
（ｉ）固体の調整及び前処理
供給原料固体の表面の目的生成物（複数可）と、供給原料固体内にある生成物（複数可）の両方を抽出するために、供給原料の粒径及び／または形状を、縮小すべきである、または、部分的もしくは全面的に変更すべきである。供給原料を含む固体は、細断する、細く切る、粉砕する、押しつぶす、及び／または、微粉状にすることによって、液体溶媒への露出と溶媒の浸透によって抽出するために、供給原料の固体の表面積を大きくし、広げてよい。供給原料のソーキング、マセレーション、軟化、及び／または、乾燥等の追加の調整によって、液体溶媒に露出する供給原料の固体の表面積をさらに拡大することもでき、調整、前処理された固体粒子への溶媒の浸透を介したその後の質量移動による生成物抽出を増加させることもできる。
【０００６】
（ｉｉ）抽出温度
ＣＳＴＥ攪拌槽段の圧力及び温度を上昇させることによって、調整済み供給原料からの目的生成物（複数可）を抽出する溶媒抽出効率の条件が、大幅に向上する。運転温度が高くなると、溶媒への生成物（複数可）の溶解度が高くなり、液体の粘度が低くなり、調整済み供給原料の質量移動を最適化できる。幾つかの抽出容器または段を直列に配置してＣＳＴＥシステムを形成することによって、各抽出容器または段は、固体供給原料からの目的生成物（複数可）の最適な質量移動及び最適な抽出を可能にする選択された圧力及び温度で、運転し得る。例を挙げると、１つまたは複数の容器または段は、溶媒の損失を最小にするように、還流冷却器を用いて大気圧で運転するように構成されてよい。他の容器または段は、所与の固体供給原料の選択的溶媒抽出に最適な抽出性能及び効率を得るために、クローズドシステムでより高い温度及び圧力で運転するように構成されてよい。より高い温度及び圧力で運転するように構成された槽または段は、直列の他の槽または段から部分的に分離していてよい。より高い温度及び圧力で運転するように構成された槽または段は、移送ポンプと、容器間または段間の溶媒の蒸発損失を無くすことを可能にし得る。これによって、固体対溶媒比を高くして、容器または段の容積を減らし、より低価格の溶媒を用いるという経済的な選択肢を可能にし得る。以下に記載の混合と共に、溶媒の溶解度と、固体供給原料から抽出する所望の生成物（複数可）を所与として、可能な最も高い温度で運転することによって、全体としての抽出効率性能を向上させ、商業規模の資本コスト及び製造運転コストを抑える。
【０００７】
（ｉｉｉ）混合、攪拌、及び、湿式粉砕
槽または段内の混合は、従来の内部の機械的攪拌と、適切に設計された内部の機械的バッフルを用いて達成される。積極的な攪拌を伴う混合によって、均一溶液内に調整された固体粒子を均一に懸濁させることができ、溶媒が、表面の生成物（複数可）に効率的に接触し、溶解させるのを可能にし、浸透、移動、内部の生成物の溶解のための溶媒の質量移動と、固体粒子の内部から出る溶解された生成物を含んだ液体溶媒の移動とを向上させる。積極的な攪拌を用いた混合はまた、液相スラリー内の溶媒が均一な粘度を達成することを可能にし、それによって、調整済み固体粒子の浸透と流出移送のための質量移動を増やす。これによって、上記の運転温度及び圧力の上昇と共に、固体対溶媒比を向上させる。溶媒の溶解度と供給原料から抽出する所望の生成物（複数可）とを所与として、可能な最大温度で混合を向上させることは、抽出効率を大幅に向上させる手段を提供する。混合及び攪拌は、容器の壁を通しての熱伝達と、容器と一体的に形成された熱交換器との熱交換を向上させる。さらに、または、あるいは、熱伝達要素が、槽または段内の最適な圧力及び温度を維持するように、攪拌槽または段内に設計及び設置されてよい。外部の熱交換器を再循環ループに備えて、槽の熱伝達面積が段の温度制御に十分でない時、槽または段の供給原料の温度をさらに制御してよい。液体スラリーは、必要に応じて再循環ループの熱交換器を通して、また、ジャケット槽の熱対流と、槽壁及び／またはコイル、パネル等の内部の加熱要素を通した熱伝導とによって、必要に応じて加熱または冷却されてよい。さらに、供給原料の追加の粒径の縮小が、内部の攪拌ブレードを修正して追加のせん断を作り出すこと、及び／または、再循環ループに湿式ミルを配置することによって提供されてよい。供給原料の粒径の更なる縮小と、供給原料の形状の変更とによって、抽出効率の向上、段の容積の低減につながる固体対溶媒比の向上、段数の低減、総サイクル時間の低減を可能にする。
【０００８】
（ｉｖ）抽出溶媒
抽出溶媒は、槽または段の運転温度と圧力での生成物（複数可）の溶解度に基づいて、選択されてよく、抽出溶媒は、調整済み固体供給原料と、最終的な選択または目的の生成物（複数可）と化学的に適合しなければならない。水性溶媒及び有機溶媒の両方の多くの選択肢が、高効率で有効に使用され得る。供給原料がＣＳＴＥシステムの段を通して流れる時、目的生成物（複数可）の抽出を可能にするように液体溶媒が任意の段に導入されてよい。あるいは、供給原料がＣＳＴＥシステムの段を通って流れる時、２つ以上の目的生成物（複数可）の抽出を可能にするようにある段に２つ以上の溶媒が導入されてよい。溶媒は、混和性であってもよく、非混和性であってもよい。非混和性の溶媒系に関しては、両方の非混和性溶媒の抽出効率向上のために、混合／攪拌を行って均一に乳化された段を作成してよい。溶媒（複数可）の最良及び好ましい商業規模の選択は、供給原料、抽出する目的生成物（複数可）、工程設計及び抽出効率、資本設置コスト及び予測製造運転費用に基づいてよい。
【０００９】
（ｖ）サイクル時間
ＣＳＴＥシステムの各段の総サイクル時間は、容量目標を達成するのに必要な質量流量、各段の各容器の容積、及び、抽出効率目標を達成する段数のバランスを取ることによって、制御されてよい。各段は、資本投資を減らし、ＣＳＴＥシステム及び固体供給原料処理システム全体の運転費を抑える目的で、性能及び抽出効率を最適にする特定の条件に合わせて構成されてよい。
【００１０】
本明細書に記載の固体供給原料処理システムは、液体溶媒を用いて抽出できる目的生成物（複数可）を有する固体供給原料を使用する。制限の意味ではなく、例として、目的生成物（複数可）及びバイオマスタイプの供給原料は、次の１つまたは複数を含んでよい。（ａ）ゴムを含む植物からの天然ゴム、（ｂ）加工食品用の香味料、例えば、ローズマリー、他の調味料、かんきつ類、抹茶等、（ｃ）食品、例えば、食品用途、カフェイン抜きコーヒー用の抽出タンパク質、油脂等、（ｄ）香料、例えば、香水、食品添加物等、（ｅ）天然のフェイシャルトリートメント、ヘアトリートメント、スキントリートメント等の化粧品、（ｆ）医薬品及び栄養補助食品、例えば、人間及び動物の病気を治療または治癒させることが分かっている天然成分、（ｇ）大麻、及び、油及び有益な化合物の抽出物、（ｈ）油及び潤滑油、例えば、再生可能バイオマスの種子及び他の部分からの植物油及び潤滑油、（ｉ）再生可能バイオマスバイオ燃料、バイオディーゼル、及び、燃料添加剤、（ｊ）リグニン及び樹脂、例えば、接着剤及び他の結合用途−パーティクルボード、積層板等、（ｋ）食品用、または、石油系原料の代替品として発酵または他の合成製品及び工程を介したバイオ燃料の化学合成のための原材料としての、炭水化物及び糖、（ｌ）藻類、例えば、食品用の油及び化学物質の抽出物、バイオ燃料、ならびに、選択された化学物質の医薬品または栄養補助製品（例えば、多くの異なる市場用の、アスタキサンチン、ＤＨＡ（ドコサヘキサエン酸）、ＥＰＡ（エイコサペンタエン酸）、プロテイン、及び、他の天然の化学物質等）。
【００１１】
本明細書に記載のシステムは、次を含むが、これらに限らない、バイオマスではない種類の供給原料との関連で使用されてもよい。（ａ）石油の抽出、例えば、タールサンド及びシェール層の抽出、（ｂ）採鉱、例えば、自然の地層からの鉱物及び／または金属の抽出、（ｃ）環境修復、例えば、汚染土壌及び他の固形物の抽出、（ｄ）石炭と、精炭用途のための不純物抽出、（ｅ）プラスチック−溶解された成分のリサイクル及び抽出のための使用。
【００１２】
例示の工程の概要を以下に記載する。方法の第１のステップによると、固体供給原料が、受け取られ、貯蔵されてよい。抽出処理施設は、トラック、鉄道、はしけ、もしくは、船によってバルクで、または、運搬箱、袋、もしくは、コンテナ等の他の手段によって、固体供給原料を受け取ってよい。施設の貯蔵エリアは、連続的な抽出システムのために在庫を置くことができ、天候及び／または損傷が生成物の収率及び／または他の処理変数に影響を与え得る場合、固体を保護するように、固体を十分貯蔵できるように指定及び構成されてよい。
【００１３】
方法の別のステップによると、供給原料は、処理のために調整及び前処理される。固体表面の生成物と、固体内にある生成物との両方を抽出するために、固体供給原料は、粒径を縮小し、及び／または、形状を変更するべきである。固体は、細断され、細く切られ、粉砕され、押しつぶされ、微粉状にされて、抽出溶媒の浸透と質量移動のために、表面積を大きくし、固体を開いてよい。ソーキングもしくは軟化及び乾燥等の追加の調整によって、連続的な液体溶媒抽出のために固体供給原料を改良してよい。
【００１４】
方法の別のステップによると、調整及び前処理された供給原料は、第１段に導入されてよい。段は、直列に配置され、高性能の抽出効率、生成物品質、及び、生成物収率を最適化及び提供するように設計及び制御される。各段は、直列の次の段と流体連通している。流体連通によって、段は、液体、固体及び液体を含む流体（例えば、スラリー）を、その段に接続された段から受け取るように構成されてよい。段からの流出物は、液体、または、スラリーと呼ばれる混合された固体粒子と液体とを含む流体となる。直列の段の数は、運転容量と、質量平衡流量と、収率要件と、最適化された運転条件及びサイクル時間とに基づいて、設計される。ＣＳＴＥシステムは、処理条件、例えば、供給原料調整、圧力及び温度、混合及び攪拌、並びに、湿式粉砕を最適化するように構成すべきである。供給原料処理システムは、処理目標及び要件に応じて、任意の数の段を含む任意の数のＣＳＴＥシステムを有してよい。
【００１５】
調整及び前処理された固体供給原料は、測定またはメータで測られて、第１段に入る。同時に、運転温度に予熱され得る液体溶媒が、測定またはメータで測られて、第１段の攪拌容器に入って、スラリー相を形成する。スラリー相では、例えば、第１段内で、層化していない均一混合物の形で、固体が完全に液体溶媒に懸濁している。段の攪拌器及び最初の攪拌ブレードは、高、中、または、低のせん段混合及び細断用に設計できる。湿式ミルが、段と共に再循環ループに配置されて、さらに供給原料の粒径を縮小し、形状を変更してよい。液体溶媒、または、スラリーに懸濁されたバイオマスは、温度制御でき、最終段から連続的な固体分離ステップに移送できる。
【００１６】
方法の別のステップによると、固体が液体溶媒から分離される。溶媒と混合された固体は、均一スラリーに似通っている。上記のように、均一スラリーにおいては、固体は、層化することなく、液体内に均一に分散している。溶媒と混合された固体は、次に、分離ステップの前に冷却され、遠心分離、大気もしくは真空フィルタベルト、ベルトプレス、自動及び非自動の加圧濾過、回転真空プレコートフィルタ、溶解ガス浮選、沈殿、または、任意の他の固体液体の連続的な分離工程または支援機器による分離のために、連続的に処理されてよい。固体は、分離工程中に、新たな、または、清浄されたリサイクル溶媒を用いて洗浄されて、生成物の回収及び収率を最大にし得る。分離器を出た溶媒で湿った固体は、使用済みバイオマス処理のために移送される。目的生成物（複数可）または目的生成物（複数可）の中間産物であり得る溶解した生成物（複数可）を有する液体は、例えば、１００ミクロン未満のポリッシングフィルタを通されて、懸濁した微細固体を取り除いてよい。溶解した生成物（複数可）を有し、固体を含まない液体は、次に、浄化、最終生成物（複数可）回収、及び、溶媒回収のために移送されてよい。完成したまたは目的の生成物（複数可）は、販売用にバルクでまたはより小さいパッケージで、梱包、在庫されてよい、または、在庫、出荷されてよい。回収された溶媒は、リサイクル、再利用されて、溶媒の使用量を低減し、運転費を抑えてよい。
【００１７】
方法の別の態様によると、除去後及び／または使用済みの固体、例えば、使用済みバイオマスは、再利用のためにさらに処理されてよい。固体分離ステップからの使用済み固体は、典型的に、抽出工程中に使用された溶媒で湿っている。使用済み湿潤固体は、溶媒回収器を用いて乾燥されてよく、回収された溶媒はいずれも、リサイクルまたは再利用されてよい。例を挙げると、バイオマスを供給原料として使用する時、乾燥した使用済みバイオマスは、１ポンドあたり約７，５００ＢＴＵのＢＴＵ内容物を有し得る、また、製造施設でボイラがユーティリティ蒸気を生成する燃料源としての供給原料として使用されてよい。ボイラが、施設のエネルギー要求を補うように、天然ガス、燃料油、または、他のその地域で経済的に実行可能な燃料を使用する能力を備えてよい。施設の能力が大きく、超過量のエネルギーが、使用済みバイオマスを燃やすことによって生成できる時、施設用と、収益源として地域の送電網に送るための電力とを生成するようにタービンを駆動する高圧蒸気を生成できる。よって、方法は、使用済みバイオマスの全てを使用して、低、中、及び、高の圧力の蒸気の形で熱エネルギーを生成し、施設を運転し、且つ、超過分を地域の送電網に販売する電力を生成するという選択肢を提供する。ボイラがバイオマスを燃やしている時、ボイラは、灰を生成し、灰は、副生成物として、コンクリート添加剤として道路工事、製鋼業用の断熱材、建築材料、及び、他の適用可能な市場に使用できる。乾燥した使用済みバイオマスは、動物の補助飼料、セルロース断熱材、パーティクルボード及び／または積層板用の添加剤もしくは充填剤、土壌改良、建築材料、及び、ここでは言及していな他の直接販売品として、他の潜在的市場を有する。乾燥した使用済みバイオマスは、ガソリンに使用されるエタノール等のバイオ燃料を生成するための酵素による消化及び発酵の供給原料であってもよく、また、生物学的プロセスのための、また、石油派生物から現在製造、供給されている他の化学物質の合成のための炭素供給原料源として、超臨界水を用いて転換される。要約すると、工程から出る乾燥した使用済みバイオマスは、経済的実行可能性に基づいて使用されてよく、これは、環境負担と、運転の収益性にもたらす費用影響となる廃棄物を作らずに、バイオマスの全ての要素を使用して、多くの生成物を生成する全体として再生可能な持続可能な連続的工程を生じる。このシステムは、商業規模の生物精製所の概念のモデルである。例を挙げると、バイオマス固体以外のものを供給原料として使用する時、乾燥した固体は、次の用途に使用できる。（ａ）土地の埋め立てまたは開拓、（ｂ）造園、道路工事、及び、建築材料用の骨材、（ｃ）プラスチック材料のリサイクルまたは再利用、並びに、他の市場への適用。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】１からＮ段、固液分離器、湿潤固体乾燥機、液体及び回収のための溶媒を含む生成物、販売用製品として、または、他の生成物の供給原料として使用する生成物が除去された固体を有する例示のＣＳＴＥシステムの概略図である。
【図２】図１の複数のＣＳＴＥシステムの例示の工程フロー図である。
【図３】図１または図２のＣＳＴＥシステム（複数可）における処理後の抽出可能な生成物と、除去後の固体の用途と市場への適用を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、例示のＣＳＴＥシステムの概略図を示し、図２は、図１の複数のＣＳＴＥシステムを使用した例示の工程フローを示す。ＣＳＴＥシステムは、１つまたは複数の段を含む。各段は、再循環ループを含んでよい。再循環ループは、粒径を縮小する及び／または形状を変更する機械、及び／または、熱交換器を含んでよい。各段は、直列に接続されて、１つの段の流出物が直列の次の段に流入する。最後の段からの流出物は、固液分離器に流入する。ＣＳＴＥシステムは、固体を液体から分離する機器をさらに含んでよく、収率向上のために固体を洗浄し、固体を乾燥し、湿潤固体から溶媒を回収し、生成物を含む液体と、生成物が除去された固体とを回収、及び／または次のＣＳＴＥシステムに移送する、または、該当する場合、最終的な生成物回収と貯蔵及び梱包の処理をする。
【００２０】
図１及び図２のシステムの運転の原理を示す処理の一例においては、バイオマス供給原料が使用されている。バイオマス供給原料は、受け取られ、貯蔵されてよい。施設の貯蔵エリアは、生成物の収率及び／または他の処理変数を最大限にするように、バイオマス供給原料を貯蔵するように構成されてよい。バイオマス供給原料は、収穫された状態で、及び／または、部分的もしくは完全に乾燥された形態であってよい。ある実施形態においては、乾燥は、水分レベルが重量で１０％未満に下がるまで、セ氏約６０度とセ氏約１０５度の間の温度で行われてよい。ある実施形態においては、乾燥されたバイオマスは、常温で、低湿度チャンバで貯蔵されてよい。
【００２１】
その後、バイオマス供給原料は、ＣＳＴＥシステムの第１段に導入するために、調整、前処理されてよい。バイオマスは、例えば、使用可能な部分から望ましくない部分（例えば、根及び樹冠から葉及び柔らかい茎、食用の穀類から外皮または殻等）を取り除くために、洗浄、細断、分離されてよい。さらに、または、あるいは、バイオマス供給原料の使用可能な部分は、処理のためにさらに調整及び前処理されてよい。目的生成物（複数可）を溶かし、可溶性にする液体溶媒の質量移動を最大限にするために、固体は、細断され、細く切られ、粉砕され、押しつぶされ、また、微粉状にされて、粒子の表面積、大きさ、及び、形状を最大限にしてよい。追加の調整は、ソーキングもしくは軟化、及び／または、乾燥を含んでよい。次に、調整及び前処理されたバイオマス供給原料は、自動運搬手段、すなわち、コンベヤ、重量フィーダ、ロータリーフィーダ、及び／または、ガス輸送を通して、第１段に制御可能に供給される。十分な前処理、測定、及び、調整をされた原料は、次に、制御された質量流量で第１段に直接、充填される。
【００２２】
第１段は、前処理及び調整された供給原料が第１段に、より容易に導入できるように、大気圧で運転してよい。第１段ＣＳＴＥにおいて、バイオマス固体は、さらに、大きさが縮小されてよい、及び／または、形状を変更されてよい。第１段（及び、その後の段）は、攪拌器による混合と、細断ブレードとを含んでよい。粒径の縮小及び／または形状の変更は、混合及びブレードによる細断という積極的行動によって、または、インラインの粒子縮小及び／または形状変更機械、すなわち、湿式ミルを通した供給原料の再循環によって、１つまたは複数の段を通して達成されてよい。直列の次の段への流量は、再循環ループの流れを制御することによって制御されてもよい。ある実施形態においては、段の攪拌ブレードの少なくとも１つまたは複数は、段に導入されたバイオマスを細断またはせん断するように適合されてもよい。段は、混合するように適合された混合ブレード、切断もしくはせん断するように適合されたせん断ブレード、または、このようなブレードの任意の組み合わせを含み得る。粒径及び形状のさらなる縮小は、本明細書で提供する工程の途中で（例えば、抽出ステップのいずれかと同時に）、その後の段、または、その後のＣＳＴＥシステムで達成されてよい。理論に拘束されることを望むものではないが、バイオマス供給原料の大きさの縮小及び／または形状の変更は、望ましい目的生成物（複数可）を高効率で抽出する。このような大きさの縮小及び形状の変化は、細断、せん断、マセレーション、研削、粉砕、剥離、または、このような技術の任意の組み合わせによって達成できる。ある実施形態においては、制限的な意味ではなく、バイオマス供給原料は、平均粒径約１〜５ミリメートルに縮小されてよい。ある実施形態においては、バイオマス供給原料は、平均粒径約２ミリメートル以下に縮小される。
【００２３】
液体溶媒が、第１段で導入されて、抽出工程を開始する。液体溶媒の量は、第１段に導入されるバイオマス供給原料の質量及び体積に従って、測定及び制御されてよい。液体溶媒は、溶媒の種類、バイオマスの性質、及び、バイオマスから抽出する目的生成物（複数可）に従って、大気圧で、または、大気圧より低いもしくは高い気圧で導入されてよい。溶媒は、水相の液体、または、多数の有機溶媒であってよい。バイオマスは、収穫され、製造施設に輸送できる任意の再生可能な天然または農業的に栽培及び育てられた植物材料であってよい。段で提供される抽出工程は、固相を液相に露出して、固相の所望の成分または目的生成物（複数可）を液相に移送する任意の方法または方法の組み合わせによって達成されてよい。これは、生成物を含む液体と、生成物が除去された固体とを形成する。液体溶媒が、ＣＳＴＥシステムの任意の追加の段に加えられて、方法及び工程の最適化に追加の柔軟性を提供できる。
【００２４】
ある実施形態においては、例えば、直列の後の段になると、段は、液体、または、固体／液体の混合物の加熱及び／または加圧を提供するようにさらに適合できる。ある実施形態においては、大気圧での液体の沸点より高い温度の液体を用いて固体の抽出を可能にするために、段の圧力を、大気圧より高く上昇させてよい。この連続的な液相抽出の滞留時間及び培養時間全体は、ＣＳＴＥシステムの各槽の容積、ＣＳＴＥシステムの段の数、固体（例えば、バイオマス供給原料、前のＣＳＴＥシステムからの除去済みまたは使用済みバイオマス）及び液体溶媒（例えば、水相の液体、極性有機溶媒、非極性有機溶媒）の段への導入量、並びに、段に関連付けられた任意の再循環ループを通る流量の関数である。任意の選択可能なパラメータは、目的生成物（複数可）の商業規模の経済的な抽出を可能にするように必要に応じて調節されてよい。
【００２５】
一例においては、第１段は、高いせん断と攪拌用に構成されてよい。段のスラリーポンプは、バイオマス供給原料の粒径をさらに縮小し及び／または形状を変更する湿式ミルと共に、再循環ループに配置されてよい。十分に前処理及び調整されたバイオマス供給原料は、制御された流量で第１段に直接、充填されてよい。水が、最初の溶媒として第１段に導入されて、水溶性糖または他の目的生成物（複数可）をバイオマススラリーから抽出してよい。水は、セ氏約５０度からセ氏１００度の温度であってよい。理論に拘束されることを望むものではないが、バイオマス供給原料から炭水化物を取り除いて、炭水化物を除去したバイオマスを生成すると有益であると考えられる。これは、天然ゴム及び他の有機副産物を生成するバイオマスの下流処理に効率的な溶媒抽出を提供することが分かった。また、水溶性の有機または無機材料の除去は、下流の工程で回収溶媒によって抽出される有機化合物及び他の目的生成物（複数可）の純度を上げることができる。バイオマスの発泡及び湿潤等、ｐＨ及び他の処理条件を制御する添加剤を必要に応じて加えてよい。最初の連続した抽出の滞留時間及び培養時間全体は、バイオマス供給原料及び液体溶媒の流量によって制御できる。
【００２６】
最後の抽出段を出るスラリーは、連続的に運転されている固液分離器にスラリーポンプを用いて連続して移送されてよい。直列の最後の段は、スラリー状のバイオマスを固液分離器で分離する前に冷却するように、より低い温度及び圧力、及び／または、追加された熱交換器で運転されてよい。デカンテーションされた湿潤固体は、生成物の収率向上のために新たな溶媒で洗浄されてよい。液体は、濃縮及び精製のために溶液貯蔵槽に移送されてよい。溶媒で湿ったバイオマスの固体は、異なる溶媒を用いた追加の溶媒抽出と追加の生成物の回収のために、次のＣＳＴＥシステムに移送されてよい。固液分離器は、固体が油圧によって押されて最大量の液体を取り除く連続的なベルトプレスであることが好ましい。多くの種類及び構成の連続的な遠心分離機と、他の従来の濾過工程、沈殿工程、及び、浮選工程とが、この工程を完了するための機器として、任意の構成または組み合わせで使用できる。
【００２７】
図２に示すように、工程は、バイオマス、溶媒、目的生成物（複数可）、及び、ＣＳＴＥシステムの効率に応じて、必要な場合、繰り返されてよい。溶媒で湿った固体は、使用済みバイオマス処理のために移送されてよい。目的の溶解された生成物（複数可）を有し、且つ、固体を含まない液体は、精製及び最終生成物（複数可）回収のために移送されてよい。完成または目的生成物（複数可）は、梱包、在庫されて、販売のためにバルクで出荷されてよい。目的生成物を除去したバイオマスは、再利用のためにさらに処理されてよい。抽出工程中に使用された溶媒は、再利用のために、回収、精製、及び、リサイクルされてよい。目的生成物が除去された使用済みの湿潤固体は、図１及び図２に示して、前述したように、回収器を用いて乾燥され、リサイクルまたは再利用されてよい。ＣＳＴＥシステム（複数可）における処理後に抽出可能な生成物及び除去後の固体の用途及び市場への適用を図３に示す。
【００２８】
発明の範囲を逸脱することなく、本明細書に記載し示した構造及び方法に様々な修正が行われてよいので、添付図面と共に示される上記記載に含まれる全ての事項は、説明のためのものであり、制限ではないと解釈されることを意図している。本発明の広さ及び範囲は、上記例示の実施形態のいずれによっても制限されるべきではない。
【図１】
2020530392.tif 000002
【図２】
2020530392.tif 000003
【図３】
2020530392.tif 000004
【国際調査報告】
2020530392.tif 000005