(57)【要約】  本開示の主題は、様々な植物材料バイオマスを処理して発酵性炭水化物、紙およびパルプ製品、またはその両方を製造するために使用することができる水平リアクターシステムに関する。特に、当該開示されたシステムは、第１および第２の端部を有する本体を備える水平リアクター容器を含む。反応容器は生物学的および／または生化学的反応を受ける反応媒体（すなわち、バイオマススラリー）を収容および保持することが意図されている。当該容器は、リアクターの内容物を混合するために機能する内部撹拌機を備える。撹拌機は、反応容器の外側に配置された駆動装置（モーターであってもよい）から動力を供給される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部、並びに第１および第２の端部を備えた水平反応容器と、
上記容器の第１の端部に配置された第１のハブと、
上記容器の第２の端部に配置された第２のハブと、
上記容器の内部に配置された撹拌機であって、上記第１および第２のハブに動作可能に接続された中央回転ボアと、当該中央回転ボアに接続され、且つ上記第１および第２のハブに動作可能に接続された１つ以上のアームとを備える撹拌機とを備える、水平バイオリアクター装置。
【請求項２】
上記水平反応容器は、ステンレス鋼またはポリマー材料から構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記中央回転ボアは、上記第１または第２のハブを介して外部駆動デバイスに結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記外部駆動デバイスは、モーターである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
上記水平反応容器は、毎分約１〜２リットルのバイオマススラリーを処理することができる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記水平反応容器は、約１，５５０ｐｓｉまでの圧力に適応し得る、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
上記水平反応容器は、約４５０°Ｆまでの温度に適応し得る、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
上記水平反応容器ｒは、ガスタンクを用いて加圧される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
上記ガスが窒素である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
上記アームが上記リアクターの内面に接触する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
上記容器内の反応の進行を監視するための観察ガラスをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
サンプリングポートをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
機械的前処理モジュールと、
内部、並びに第１および第２の端部を備えた水平反応容器と、当該容器の第１の端部に配置された第１のハブと、当該容器の第２の端部に配置された第２のハブと、当該容器の内部に配置された撹拌機であって、上記第１および第２のハブに動作可能に接続された中央回転ボアと、当該中央回転ボアに接続され、且つ上記第１および第２のハブに動作可能に接続された１つ以上のアームとを備える撹拌機とを備えるバイオリアクターモジュールと、
収集モジュールとを含む、水平バイオリアクターシステム。
【請求項１４】
上記機械的前処理モジュールはハンマーミルを備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
熱交換器を備える加熱モジュールをさらに含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
加熱または冷却された液体を収容する金属管エレメントを含む、請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項１７】
バイオマスを処理して、発酵性炭水化物、紙およびパルプ製品、またはその両方を生産する方法であって、
処理されるバイオマスを含むバイオマススラリーを調製する工程と、
上記バイオマススラリーを水平バイオリアクター装置に導入する工程であって、当該水平バイオリアクター装置は、内部、並びに第１および第２の端部を備えた水平反応容器と、当該容器の第１の端部に配置された第１のハブと、当該容器の第２の端部に配置された第２のハブと、当該容器の内部に配置された撹拌機であって、上記第１および第２のハブに動作可能に接続された中央回転ボアと、当該中央回転ボアに接続され、且つ上記第１および第２のハブに動作可能に接続された１つ以上のアームとを備える撹拌機とを備える工程と、
上記水平バイオリアクター装置を所望の時間、進行させる工程と、
発酵性炭水化物、紙およびパルプ製品、またはその両方の最終生成物を収集する工程とを含む方法。
【請求項１８】
上記バイオマスが、トウモロコシ、コムギ、ダイズ、キャベツ、テンサイ、サトウキビ、緑黄色野菜、タバコ、竹、ラベンダー、藻類、アルテミシア、コットンリンター、麻、材木、チップ化木材、トウモロコシ茎葉、ジャガイモ袋、コーヒー袋、紙コップ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記バイオマススラリーが、バイオマスと、水、ＮａＯＨ、緩衝液、およびそれらの組み合わせから選択される溶媒とを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
バイオマスと溶媒との比率が約１：７〜１：２０である、請求項１７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、２０１６年１２月９日に出願された米国仮特許出願第６２／４３１８９１号の優先権および利益を主張し、参照によりその全文が本明細書内に援用される。
【０００２】
＜技術分野＞
本開示の主題は、水平リアクターシステム、並びに開示されたシステムを製造および使用する方法に関する。特に、本開示の主題は、農業廃棄物および他のリグノセルロース系産業副産物を使用してパルプおよび糖を製造するための連続的なパイロット規模水熱水平リアクターの設計を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
従来、垂直リアクターシステムは、バイオマスを処理するために使用されてきた。特に、垂直リアクターシステムは設計が単純であり、かつ比較的安価であり、その両方が大規模において有利であった。しかし、垂直フローリアクター内でバイオマスおよびリグノセルロース系材料を用いて作業を行う際、亜臨界水を利用した加水分解プロセスから生成される不溶性材料は、より速い沈降速度を示す。結果として、混合が非効率であるという問題により、既存の垂直リアクターシステムは、バイオマスを効果的に処理することができない。したがって、より効果的な混合を促進する垂直リアクターシステムの代替物を提供することは、有益であろう。
【発明の概要】
【０００４】
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、内部、並びに第１および第２の端部を備えた水平反応容器と、上記容器の第１の端部に配置された第１のハブと、上記容器の第２の端部に配置された第２のハブと、上記容器の内部に配置された撹拌機とを備える水平バイオリアクター装置を対象とする。上記撹拌機は、上記第１および第２のハブに動作可能に接続された中央回転ボア(bore)と、当該中央回転ボアに接続され、第１および第２のハブに動作可能に接続された１つ以上のアームとを備える。
【０００５】
いくつかの実施形態では、上記水平反応容器はステンレス鋼またはポリマー材料から構成されている。
【０００６】
いくつかの実施形態では、上記中央回転ボアが上記第１または第２のハブを介して外部駆動デバイスに結合される。いくつかの実施形態では、外部駆動デバイスはモーターである。
【０００７】
いくつかの実施形態では、上記水平反応容器は毎分約１〜２リットルのバイオマススラリーを処理することができる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、上記水平反応容器は約１，５５０ｐｓｉまでの圧力に適応し得る。
【０００９】
いくつかの実施形態では、上記水平反応容器が約４５０°Ｆまでの温度に適応し得る。
【００１０】
いくつかの実施形態では、上記水平反応容器rはガスタンクの使用により加圧される。いくつかの実施形態では、上記ガスは窒素である。
【００１１】
いくつかの実施形態では、上記アームは上記リアクターの内面に接触する。
【００１２】
いくつかの実施形態では、上記装置は上記容器内の反応の進行を監視するための観察ガラスを備える。
【００１３】
いくつかの実施形態では、上記装置はサンプリングポートを備える。
【００１４】
いくつかの実施形態では、本開示の主題は機械的前処理モジュール、本明細書で開示されている水平反応容器を備えるバイオリアクターモジュールおよび収集モジュールを含む水平バイオリアクターシステムを対象とする。
【００１５】
いくつかの実施形態では、上記機械的前処理モジュールはハンマーミルを備える。
【００１６】
いくつかの実施形態では、上記システムは、熱交換器を備える加熱モジュールを含む。いくつかの実施形態では、上記熱交換器は加熱または冷却された液体を収容する金属管エレメントを備える。
【００１７】
いくつかの実施形態では、本開示の主題はバイオマスを処理して、発酵性炭水化物、紙およびパルプ製品、またはその両方を生産する方法を対象とする。当該方法は、処理されるバイオマスを含むバイオマススラリーを調製する工程と、当該バイオマススラリーを本明細書で開示されている水平バイオリアクター装置に導入する工程と、水平バイオリアクター装置を所望の時間進行(proceed)させる工程と、発酵性炭水化物、紙およびパルプ製品、またはその両方の最終生成物を収集する工程が含まれる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、上記バイオマスはトウモロコシ、小麦、大豆、キャベツ、テンサイ、サトウキビ、緑黄色野菜(greens)、タバコ、コットンリンター、竹、ラベンダー、藻類、アルテミシア(Artemisia)、麻、材木、チップ化木材、トウモロコシ茎葉(stover)、ジャガイモ袋、コーヒー袋、紙コップ、およびそれらの組み合わせから選択される。
【００１９】
いくつかの実施形態では、上記バイオマススラリーはバイオマスと、水、ＮａＯＨ、緩衝液、およびそれらの組み合わせから選択される溶媒とを含む。
【００２０】
いくつかの実施形態では、上記バイオマスと上記溶媒との比率は約１：７〜１：２０である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
前述の概要および以下の詳細な説明は図面を考慮して読むべきであり、当該図面は本開示の主題のいくつかの（全てではない）実施形態を示す。
【図１ａ】開示されているリアクターの一実施形態の線図である。
【図１ｂ】本開示の主題に係るリアクターの一実施形態の斜視図である。
【図２ａ】本開示の主題のいくつかの実施形態に沿って使用され得る撹拌機の一実施形態の斜視図である。
【図２ｂ】リアクター内に配置された図２ａの撹拌機の一実施形態の断面図である。
【図３】本開示の主題のいくつかの実施形態に係る、開示されたリアクターを含むシステムの線図である。
【図４】本開示の主題のいくつかの実施形態に沿って使用され得る熱交換器の一実施形態である。
【図５ａ】本開示の主題のいくつかの実施形態に係る、開示されたシステムの斜視図である。
【図５ｂ】本開示の主題のいくつかの実施形態に係る、開示されたシステムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本開示の主題は、より広範な発明の主題の１つ以上の特定の実施形態の理解を提供するために十分な詳細を伴って導入される。当該説明は、本発明の主題を明示的に説明された実施形態および特徴に限定することなく、これらの実施形態の特徴について解説し、例示する。これらの説明を考慮すると、本開示の主題の範囲から逸脱することなく、追加および類似の実施形態および特徴が生じ得るであろう。
【００２３】
他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本開示の主題が属する分野の当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと同様または同等の任意の方法、装置、および材料を、本開示の主題の実施または試験において使用できるが、本明細書で説明するのは代表的な方法、装置、および材料である。
【００２４】
長年にわたる特許法上の慣例に従って、用語「a」、「an」、および「the」は、特許請求の範囲を含む本明細書において使用される場合、「１つ以上」を指す。したがって、例えば、「リアクター(a reactor)」への言及は、複数のリアクターなどを含むことができる。
【００２５】
別段の指示がない限り、明細書および特許請求の範囲において使用される成分、条件等の量を表す全ての数は、全ての例において、「約」という用語によって修正されるものとして理解すべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本開示の主題によって得られる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。
【００２６】
本明細書中に用いられる用語「約」は、質量、重量、時間、体積、濃度および／または割合に関する値または量について言及する場合、特定の量から、いくつかの実施形態では＋／−２０％、いくつかの実施形態では＋／−１０％、いくつかの実施形態では＋／−５％、いくつかの実施形態では＋／−１％、いくつかの実施形態では＋／−０．５％、および、いくつかの実施形態では＋／−０．１％の変動を包含し得る。なお、このような変動は、開示されるパッケージ(packages)および方法において適切である。
【００２７】
図１ａおよび図１ｂに示すように、本開示の主題は、様々な植物材料の処理に使用できる水平リアクターシステム５に関する。例えば、開示されたシステムはリグノセルロース系材料の部分的または全体的な加水分解に影響を及ぼすことができ、発酵性炭水化物、並びに紙およびパルプ製品を生成できる。開示されたシステムは、第１の端部２０および第２の端部２５を有する本体１５を備える水平リアクター容器１０を備える。本明細書で使用される「水平」という用語は、水平面に平行な方向を指す。本明細書で使用される「リアクター」という用語は反応（例えば、化学反応）を含有または制御するためのデバイスを指す。本体１５は例示の目的のみで、本明細書では円筒形状を有するものとして図示されている。したがって、本体は任意の所望の形状（例えば、円形、正方形、長方形、三角形、抽象形など）で構成され得ることが理解されるべきである。反応容器１０は生物学的および／または生化学的反応を受ける反応媒体（すなわち、バイオマススラリー）を収容および保持することが意図される。したがって、容器１０は、反応媒体に対し不活性である材料で構成されることが望ましい。例えば、いくつかの実施形態では、反応容器１０はステンレス鋼もしくは適切に裏打ちされた金属容器、または不要な物質が反応媒体に混入するのを防止するための不活性プラスチック材料で構成され得る。リアクターは、当該リアクターにおける密閉端部として作用する第１および第２の端部２０、２５にそれぞれ配置された第１および第２のハブ６０を備える。さらに、ハブは、以下でより詳細に説明するように、リアクター内容物を混合する機能を持つ内部撹拌機３０と連動する。本明細書で使用される「撹拌機」という用語はリアクター内の流れを加速し、撹拌し、混合し、および／または他の方法で活性化する装置を指す。撹拌機は、反応容器の外側に配置された駆動装置３５（モーターであってもよい）によって動力を供給される。
【００２８】
リアクターはバイオマスおよび撹拌機の移動平面が水平になるように、水平位置で作動される。いくつかの実施形態では、開示されたリアクターは毎分約１〜２リットルのバイオマススラリー（すなわち、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、または２．０リットル／分）を処理できる。リアクターは約１，５５０ｐｓｉ（１００バール）までの圧力（例えば、１５５０、１５００、１４５０、１４００、１３５０、１３００、１２００、１１００、または１０００ｐｓｉ以下）、および約４５０°Ｆ（２３２℃）までの温度（例えば、４５０、４２５、４００、３７５、３５０、３２５、または３００°Ｆ以下）に適応し得る。いくつかの実施形態では、リアクターは窒素タンクの使用などの公知の方法を使用して加圧され得る。
【００２９】
開示されたシステムにおける使用に適した植物材料は、植物バイオマス、農業廃棄物、腐敗しやすい家庭廃棄物、並びにそれらの中間体および副産物を含み得る。本明細書で使用される用語「バイオマス」は、利用可能な任意の植物由来物質（木質または非木質）を指す。例えば、バイオマスは（これらに限定されないが）種子、農作物廃棄物および残留物(residues)（例えば、トウモロコシ茎葉、小麦わら、稲わら、サトウキビバガス、麻（Ｃａｎｎａｂｉｓ ｓａｔｉｖａ）、アーモンド殻、ピーナッツ殻、タバコ茎など）、草作物（例えば、スイッチグラス、アルファルファ、冬ライムギなど）、木質作物、木材廃棄物、および残留物（例えば、樹木、針葉樹林または広葉樹林の間伐材(forest thinnings)、樹皮状廃棄物(barky wastes)、枝、松針、おがくず、紙およびパルプの産業残留物または廃棄物、木材繊維など）、食品廃棄物、および／または任意の有機材料を含む。バイオマスは、農産物、非農産物、並びにすべての植物における地上および地下部分を含み得ると理解されるべきである。藻類および真菌のタイプのバイオマスも、「バイオマス」という用語の内に含まれ得る。いくつかの実施形態では、バイオマスが新鮮なもの、部分的に乾燥したもの、完全に乾燥したもの、またはそれらの混合物（すなわち、高水分、低水分、およびそれらの間のすべてのレベル）であってもよい。開示されたシステムでの使用に適したバイオマスの具体例としては、トウモロコシ、コムギ、ダイズ、キャベツ、テンサイ、サトウキビ、緑黄色野菜などの食料作物；タバコ、様々な草、竹、ラベンダー、藻類、アルテミシア、麻などの非食料作物；材木；チップ化木材；農業廃棄物（例えば、粉末セルロースを生産するために使用され得るトウモロコシ茎葉など）；および植物関連産業廃棄物が挙げられ得る（しかし、これらに限定されることはない）。さらに、植物から製造された中間製品、例えば、再生紙およびボール紙、コットンリンター、様々な種類の袋（すなわち、ジャガイモ袋、コーヒー袋など）、ビール醸造後のオオムギおよび／またはコムギ、紙コップ（コーティングされた紙コップおよびコーティングされていない紙コップを含む）を使用することができる。
【００３０】
バイオマススラリーは、バイオマスを、水、ＮａＯＨ、緩衝液などの溶媒と組み合わせることによって調製できる。いくつかの実施形態では、バイオマスと溶媒との比率が少なくとも約１：７、例えば約１：７〜約１：２０の範囲（例えば、１：７、１：８、１：９、１：１０、１：１１、１：１２、１：１３、１：１４、１：１５、１：１６、１：１７、１：１８、１：１９、または１：２０）である。開示されたリアクターは、処理されるバイオマススラリーをリアクターの第１の端部２０に堆積させる(deposits)供給口（図示はしていない）を備える。いくつかの実施形態では、供給口が約１.０〜０.５インチ（すなわち、１．０、０．８、０．７５、０．６、または０．５インチ）の直径を有するチューブを含み得る。出口４０は処理されたバイオマスをシステムから排出することを可能にするために、リアクターの第２の端部２５に配置される。いくつかの実施形態では、開示されたシステムは、リアクターから気体を除去するための排気管を備え得る。いくつかの実施形態では、システムはリアクター内容物の温度を所望のレベルまで上昇させるために使用することができる熱交換器を備え得る。
【００３１】
撹拌機３０はバイオマススラリーを混合し、バイオマスを分解し、および／またはバイオマスをリアクターの第２の端部（排出端部）に向かって長手方向に移動させることを可能にする。撹拌機の速度は、ユーザがリアクターを通じて、保持時間または生産速度を変化させることができるように調節可能であり得る。図２ａは水平リアクター容器１０内に配置することができる撹拌機３０の一実施形態を示し、図２ｂは、リアクター１０内に配置された撹拌機３０を示す。図示のように、撹拌機には、リアクター１０の水平方向にわたる中央ボア４５が含まれる。中央ボアは、中央ボアと反応容器の内面との間の距離に及ぶ複数の等距離に配置されたアーム５０を備える。さらに、セグメント(segment)は反応容器の全長にわたり、容器隅にバイオマス繊維が沈降することを防止する。アーム５０は、リアクターの内面に接触するように構成され得る。あるいは、撹拌機の非接触移動が望まれる実施形態ではアームがリアクター内壁表面に対して小さな間隙を残すように構成され得る。したがって、アーム５０は、反応容器１０内のバイオマスの効率的な混合および処理を確実に行う。アーム５０は、アームを適切な位置に維持し、混合中のアームの更なる安定性を提供する１つ以上の接続ユニット５５を介して中央ボア４５に接続され得る。
【００３２】
中央ボアおよびアームは、リアクターの第１および第２の端部２０、２５に配置された第１および第２のハブ６０に動作可能に接続される。具体的には、各ハブは、その内部にそれぞれ、リアクター容器の内部に面する取り付け板６１を備える。アーム５０は、機械的閉鎖、溶接、接着剤、スナップ嵌め式閉鎖等のような、当技術分野で知られている任意の方法を使用して、各端部でハブに接続され得る。さらに、中央ボア４５は、取り付け板を介して駆動モーターに取り付けるか、または接続することができる。所望の回転速度を与えるように容易に制御される任意の駆動モーターを使用することができる。いくつかの実施形態では、駆動モーターの回転体６５は、反応容器５の内部に接触するように、１つの取り付け板（例えば、第１の端部２０の取付板）にまたがる形で設置される。図２ａに示すように、中央ボア４５は、当技術分野で知られている任意の方法を使用して、回転体の内部に接続される。したがって、駆動モーターは（回転体６５を介して）作動することで、撹拌機に対して、撹拌機の軸を中心とした時計回りまたは反時計回りの方向の（中央ボア４５を介して）回転運動をさせる。中央ボアが回転するとき、アーム５０も回転し、水平反応容器内でバイオマススラリーを混合する。アームは反応容器の内壁上を移動するので、壁面に付着したバイオマス材料が掻き取られることにより、反応容器の全体の量のバイオマスが効率的に混合されるため、デッドスポットが生じない。このように、反応媒体（バイオマススラリー）は、駆動モーターのトルクが撹拌機の中央ボアおよびセグメントに伝達されるときに混合される。モーターは、撹拌機を回転させる制御ユニット（図示せず）からの指令信号によって作動させることができる。反応容器内の撹拌条件を制御することによって、反応プロセスを補助するために様々な状態の撹拌速度を使用することが可能である。例えば、いくつかの実施形態では、撹拌機は、毎分約１５〜１２０回転（ＲＰＭ）、例えば最低でも(もしくは最高でも)約１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１０５、１１０、１１５、１２０ＲＰＭに調節され得る。
【００３３】
アーム５０および中央ボア４５は図２ａおよび図２ｂに示すように、平坦な長方形のユニットとして形成することができる。いくつかの実施形態では、アームは容器内面の周りの全てのバイオマス材料が混合され得るようにするために、反応容器の内面を擦る目的の真っ直ぐなエッジを備える。しかし、回転がバイオマススラリーの混合を促進するならば、中央ボアおよび撹拌機アームは、任意の形状（すなわち、くさび形、フォーク形、板形）で構成され得ることを理解すべきである。いくつかの実施形態では、中央ボアおよび／またはアームを所望の混合目的に適した任意の形態に自由に調節することができる（すなわち、アームは異なるバイオマス材料に適合させるため、または摩耗時に交換可能にするため、変更され得る）。
【００３４】
アーム５０、中央ボア４５、および／または撹拌機３０は、当技術分野で既に知られており使用されている任意の非反応性材料から構成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、前述のエレメントはポリマー材料、金属、セラミック材料などから構成され得る。
【００３５】
いくつかの実施形態ではアーム、中央ボア、および／または撹拌機は単一のアセンブリとして成形することができる。あるいは、撹拌機は当該分野で周知の方法を使用して共に組み立てられる一連の独立したユニットとして構成され得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、リアクター１０は液体および気体の導入のためのコネクタ、容器内の反応の進行を監視するための観察ガラス、および／または計測（温度、ｐＨプローブなど）のための領域、およびサンプリングポートを備える。上記のすべては任意であり、必要に応じて使用される。
【００３７】
図３は、水平リアクターシステム５を含み得る処理システム７０の一実施形態を示す。特に、いくつかの実施形態では既存のシステム（すなわち、機械的前処理、メインタンク、供給ポンプ、および高圧ポンプ）からのバイオマスは熱交換器７５を通って移動して、バイオマススラリーが所望の温度に達するのを可能にすることができる。次いで、バイオマススラリーは、バイオマスが処理される水平リアクターシステム５を通って移動する。さらに、処理されたバイオマスは水平リアクターを出て、バイオマススラリーを任意の温度へと到達させる熱交換器７５を通って移動する。
【００３８】
熱交換器７５の一実施形態が図４に示されている。特に、熱交換器７５は、バイオマススラリーを所望の温度に加熱するために使用することができる。いくつかの実施形態では、熱交換器はサーモスタットと、筐体７７内に含まれた１つ以上の加熱エレメント７６とを備え得る。いくつかの実施形態では、加熱エレメントは加熱または冷却された液体（例えば、水）を収容する金属管エレメントを備える。有利には、熱交換器は、亜臨界水からの熱の大部分の回収を可能にすることで、システムの全体効率を改善することができる。
【００３９】
図５ａおよび図５ｂは、開示されたシステムの一実施形態の正面図および背面図を示す。特に、システムは、システム内の１つ以上のバルブを制御するように機能する加圧ガスタンク８０を備える。いくつかの実施形態では、タンク８０には窒素が含まれる。またシステムは作動しているときに、ユーザが当該システムを監視し、調整することを可能にする制御パネル８５を備える（すなわち、温度、圧力など）。いくつかの実施形態では、システムは温度および／または圧力を監視することができる１つ以上のモニター８７を備える。さらにこのシステムは、保護筐体９０内に配置された水平リアクター１０を備えている。いくつかの実施形態では、システムはユーザがシステムの操作および監視をより容易に行うために、支持面（テーブル９５など）上に載置され得る。最終反応生成物（すなわち、いくつかの実施形態では糖）は、容器１００に収集することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、開示された水平リアクターは、プログラムされた自動運転、または、手動運転を行う、プレハブモジュールエレメント（prefabricated modular elements）を備えている。これによって、本システムは、費用がかかり、かつ、時間がかかるシステムエレメントの停止を行うこと無く、容易に現場に移動され得、かつ、容易に現場にて組み立てられ得る。したがって、開示されたリアクターは、柔軟な操作が可能であって、原料の１種を別のものに変換させる、互換性および交換性を有する、モジュールとセクションとの組み合わせを包含し得る。いくつかの実施形態では、開示されたリアクターは、バイオマス回収施設、または、現場へ輸送される。
【００４１】
開示されたシステムの大きさは、ユーザおよび処理されるバイオマスなどによるサイズ制約に応じて、拡大または縮小することができることも理解されるべきである。例えば、いくつかの実施形態では、開示されたシステムは長さ約６フィート、幅３フィート、および高さ７フィートとすることができる。いくつかの実施形態では、リアクターは電気接続を介して機能する。さらに、いくつかの実施形態では、リアクター容器が約２０リットル〜マルチトン(multi-ton)の体積を有することができる。リアクターの大きさは、一般に、バイオマスの必要な滞留時間および流量に基づくことが理解されるべきである。
【実施例】
【００４２】
以下の実施例は、本開示の主題の代表的な実施形態を実施するための指針を当業者に提供するために記載されている。本開示および当業者の一般的なレベルに照らして、当業者は、以下の実施例が単なる例示的なものにすぎず、多数の変更、修正、および改変が本開示の主題の範囲から逸脱することなく行われ得ることを理解することができる。
【００４３】
＜実施例１＞
種々の原料の水熱水平リアクターによる処理
いくつかの植物材料（小麦わら、タバコ、トウモロコシ茎葉、バガス、松、およびユーカリ）を、脱リグニン(delignification)の効率を実証するために、本明細書に開示されるタイプの連続的なパイロット規模水熱リアクター中で処理した。リアクターの反応圧力は１５０〜１，１００ｐｓｉ、反応温度は１５０〜３００℃、反応時間は５〜３５分、％ＮａＯＨは０．５〜１０％、流量はバイオマス１〜２リットル／分であった。リグニンのパーセントは、ＴＡＰＰＩ  Ｔ２３６（これは参照により本明細書中に援用される）に従って測定された。結果は下記の表１に示されている。
【００４４】
【表１】
2020511296.tif 000003
【００４５】
＜実施例２＞
小麦わらの水熱水平リアクター処理
小麦わらを原料として用い、連続的なパイロット規模水熱水平リアクターを通したパルプ生産量バランスと後処理生成物（溶解パルプなど）を測定した。結果を以下の表２および３に示す。表２では、５時間の処理時間中、データを記録し、０．５〜５％の初期ＮａＯＨ濃度を使用して、精製プロセスなしでパルプを生成した。表３において、最初の未漂白小麦わらパルプは連続的なパイロット規模水熱水平リアクターから製造され、漂白プロセスは完全に塩素を含まない（ＴＣＦ）漂白シーケンスに基づいて行った。表３に示すように、製造された溶解パルプは、高いセルロース含量（＞９０％）、調整された粘度（重合度）、低い抽出物含量、および低い調整されたヘミセルロース含量を有していた。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
【表３】
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【００４８】
＜実施例３＞
パルプ生産の黒液中の炭水化物成分の分析
パルプ生産プロセスを通じてパイロット規模リアクターから得られた黒液中の炭水化物成分を分析した。生成した液の流量は約０．８〜１．２Ｌ／分であった。試験に使用された原料には、バガスおよび小麦わらが含まれる。ＨＰＬＣ（流量：０．６ｍＬ／分；温度：８５℃；シリンジフィルター：０．２２ミクロンＰＶＤＦ）を用いて糖分析を行った。サンプルを、ＮＲＥＬ硫酸プロトコールによって記載されるように、希釈せずに加水分解し、ＨＰＬＣおよび他の分析のために濾過した。
【００４９】
【表４】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
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