СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ОБРАБОТКИ БИОМАССЫ

1. Способ обработки биомассы, в котором:
смешивают биомассу с текучей средой;
возбуждают кавитацию в текучей среде для, по меньшей мере, частичной сепарации биомассы;
осуществляют фракционирование биомассы посредством, по меньшей мере, одного реактора для фракционирования, который выполнен с возможностью приведения его в действие для разделения/сепарации биомассы;
разделяют сепарированную биомассу и текучую среду на легкий материал биомассы и тяжелый материал биомассы с текучей средой; и
разделяют тяжелый материал биомассы на молекулярном уровне посредством: повышения кислотности текучей среды и тяжелого материала биомассы; нагрева текучей среды и тяжелого материала биомассы; и пропускания текучей среды и тяжелого материала биомассы через, по меньшей мере, один реактор для расщепления.
2. Способ по п.1, в котором дополнительно промывают биомассу перед смешиванием ее с текучей средой, при этом текучая среда представляет собой воду.
3. Способ по п.1, в котором этап возбуждения кавитации в текучей среде выполняют посредством, по меньшей мере, одного реактора для предварительного фракционирования.
4. Способ по п.1, в котором дополнительно дезинфицируют биомассу посредством очистки биомассы водой под давлением и озонированной водой перед этапом фракционирования биомассы.
5. Способ по п.1, в котором этап фракционирования биомассы выполняют посредством множества реакторов для фракционирования, которые выполнены с возможностью приведения их в действие в комбинации для сепарации биомассы посредством возбуждения кавитации в текучей среде и создания абразивного трения между биомассой и текучей средой.
6. Способ по п.1, в котором дополнительно используют ванну для фракционирования, которая содержит текучую среду, и датчик уровня текучей среды, который отслеживает уровень текучей среды в ванне для фракционирования, при этом реактор для фракционирования содержит впускной элемент, в который поступает текучая среда из ванны для фракционирования и биомасса.
7. Способ по п.1, в котором гидроциклон обеспечивает разделение сепарированной биомассы и текучей среды.
8. Способ по п.1, в котором дополнительно:
пропускают тяжелый материал биомассы и текучей среды через, по меньшей мере, один реактор для ускорения разделения тяжелого материала биомассы на молекулярном уровне после разделения сепарированной биомассы и текучей среды; и
перемещают тяжелый материал биомассы и текучей среды в резервуар для предварительного расщепления, при этом температура тяжелого материала биомассы и текучей среды в резервуаре для предварительного расщепления составляет от приблизительно 30 до 52°C.
9. Способ по п.8, в котором дополнительно используют теплообменник, сообщающийся по текучей среде с резервуаром для предварительного расщепления, который обеспечивает поддержание температуры тяжелого материала биомассы и текучей среды на уровне, составляющем приблизительно 51°C.
10. Способ по п.1, в котором текучую среду и тяжелый материал биомассы нагревают до температуры, составляющей от приблизительно 30 до 52°C, предпочтительно до температуры, составляющей приблизительно 51°C.
11. Способ по п.1, в котором кислотность текучей среды и тяжелого материала биомассы повышают до водородного показателя рН, составляющего от приблизительно 2 до 6, предпочтительно до водородного показателя рН, составляющего приблизительно 3,8.
12. Способ по п.1, в котором газообразный диоксид серы обеспечивает повышение кислотности текучей среды и тяжелого материала биомассы.
13. Способ по п.1, в котором кислотность тяжелого материала биомассы и текучей среды повышают в первом сульфитационном резервуаре башенного типа, и указанный этап разделения тяжелого материала биомассы на молекулярном уровне включает пропускание текучей среды и тяжелого материала биомассы через первое множество реакторов для расщепления.
14. Способ по п.13, в котором дополнительно перемещают текучую среду и тяжелый материал биомассы в первый резервуар для расщепления после их пропускания через указанное первое множество реакторов для расщепления.
15. Способ по п.14, в котором дополнительно:
перемещают текучую среду и тяжелый материал биомассы во второй сульфитационный резервуар башенного типа, который обеспечивает повышение кислотности текучей среды и тяжелого материала биомассы;
перемещают текучую среду и тяжелый материал биомассы во второе множество реакторов для расщепления; и
перемещают текучую среду и тяжелый материал биомассы во второй резервуар для расщепления.
16. Способ по п.15, в котором дополнительно:
перемещают текучую среду и тяжелый материал биомассы из указанного второго резервуара для расщепления в, по меньшей мере, один реактор и, по меньшей мере, один теплообменник; и
перемещают текучую среду и тяжелый материал биомассы в накопительный резервуар, при этом температура тяжелого материала биомассы и текучей среды в первом и втором резервуарах для расщепления составляет от приблизительно 30 до 52°C, и температура тяжелого материала биомассы и текучей среды в накопительном резервуаре составляет от приблизительно 30 до 52°C.
17. Способ по п.16, в котором дополнительно используют теплообменник, сообщающийся по текучей среде с, по меньшей мере, одним из первого и второго резервуаров для расщепления, который обеспечивает поддержание температуры тяжелого материала биомассы и текучей среды на уровне, составляющем приблизительно 51°C.
18. Способ по п.17, в котором каждый из первого и второго резервуаров для расщепления включает в себя рубашку для подогрева горячей водой, предназначенную для поддержания температуры тяжелого материала биомассы и текучей среды.
19. Способ по п.16, в котором накопительный резервуар включает в себя рубашку для подогрева горячей водой, предназначенную для поддержания температуры тяжелого материала биомассы и текучей среды на уровне, составляющем приблизительно 51°C.
20. Способ по п.1, в котором дополнительно осуществляют сушку легкого материала биомассы после этапа разделения сепарированной биомассы.
21. Способ по п.1, в котором дополнительно измельчают тяжелый материал биомассы после этапа разделения сепарированной биомассы.
22. Способ обработки биомассы посредством использования устройства, содержащего корпус, образующий камеру, имеющую впускной элемент, выпускной элемент и отверстие для вала; вал, выступающий через указанное отверстие; ротор, соединенный с указанным валом внутри указанной камеры, и множество выступов, простирающихся от указанного ротора, в котором:
размещают биомассу в текучей среде;
возбуждают кавитацию в текучей среде для, по меньшей мере, частичной сепарации биомассы;
направляют биомассу и текучую среду через указанный впускной элемент;
вращают ротор для дополнительной сепарации/разделения биомассы;
нагревают биомассу и текучую среду, выходящие из указанного выпускного элемента; и
поддерживают кислотность текучей среды при водородном показателе рН, составляющем от приблизительно 2 до 6.
23. Способ по п.22, в котором вращение указанного ротора обеспечивает дополнительное разделение биомассы посредством создания абразивного трения в биомассе, создания абразивного трения между биомассой и текучей средой, подвергания биомассы воздействию центробежной силы и ударного воздействия указанных выступов на биомассу.
24. Способ по п.22, в котором устройство содержит первое устройство, а способ предусматривает использование второго устройства, содержащего корпус, образующий камеру, имеющую впускной элемент, выпускной элемент и отверстие для вала; вал, выступающий через указанное отверстие; ротор, соединенный с указанным валом внутри указанной камеры, и множество выступов, простирающихся от указанного ротора, при этом выступы образуют первый ряд, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от центра указанного ротора, второй ряд, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от указанного первого ряда, и третий ряд, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от указанного второго ряда, при этом указанные выступы имеют по существу С-образный профиль верхней поверхности, при этом на этапе возбуждения кавитации:
направляют биомассу и текучую среду через впускной элемент второго устройства;
вращают ротор второго устройства для возбуждения кавитации в текучей среде; и
направляют биомассу и текучую среду из указанного выпускного элемента указанного второго устройства в указанный впускной элемент первого устройства.
25. Способ по п.24, в котором корпус второго устройства имеет первую и вторую торцевые стенки и боковую стенку, ограничивающие указанную камеру, при этом впускной элемент находится в первой торцевой стенке, отверстие для вала находится во второй торцевой стенке, а выпускной элемент находится в боковой стенке, при этом ротор имеет переднюю поверхность, обращенную к впускному элементу, а множество выступов простираются от передней поверхности ротора по направлению к впускному элементу, при этом множество канавок образованы на указанной первой торцевой стенке указанного корпуса и обращены к указанному ротору.
26. Способ по п.22, в котором устройство содержит первое устройство, и способ предусматривает использование множества устройств, каждое из которых содержит корпус, образующий камеру, имеющую впускной элемент, выпускной элемент и отверстие для вала, при этом впускной элемент сообщается по текучей среде с указанным выпускным элементом первого устройства или указанным выпускным элементом другого из множества устройств; вал, выступающий через указанное отверстие; ротор, соединенный с указанным валом внутри камеры, и множество выступов, простирающихся от указанного ротора, при этом в способе дополнительно:
направляют биомассу и текучую среду через впускной элемент каждого из множества устройств; и
вращают ротор каждого из множества устройств для дополнительной сепарации биомассы.
27. Способ по п.26, в котором указанные выступы на указанном первом устройстве расположены на приблизительно одинаковом расстоянии от центра указанного ротора, при этом соседние выступы примыкают друг к другу, при этом указанные выступы образуют первое и второе множества чередующихся выступов, имеющих соответственно первую и вторую высоту, при этом первая высота превышает вторую высоту.
28. Способ по п.26, в котором указанные выступы на каждом из указанного множества устройств образуют первый ряд, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от центра указанного ротора, второй ряд, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от указанного первого ряда, и третий ряд, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от указанного второго ряда, при этом указанные выступы в каждом из указанных рядов расположены на расстоянии друг от друга, составляющем не менее приблизительно 6 миллиметров.
29. Способ по п.26, в котором используют множество гидроциклонов, каждый из которых содержит впускной элемент, сообщающийся по текучей среде с указанным выпускным элементом указанного первого устройства или указанным выпускным элементом одного из указанного множества устройств, первый выпускной элемент, сообщающийся по текучей среде с коллектором для легкого материала, и второй выпускной элемент, сообщающийся по текучей среде с указанным впускным элементом одного из указанного множества устройств, при этом в способе дополнительно:
направляют биомассу и текучую среду через впускной элемент каждого из указанных гидроциклонов, при этом каждый гидроциклон обеспечивает выпуск части сепарированной биомассы через указанный первый выпускной элемент в указанный коллектор для легкого материала и выпуск другой части сепарированной биомассы через указанный второй выпускной элемент.
30. Способ по п.22, в котором используют резервуар, содержащий камеру и ротор, расположенный в указанной камере, при этом указанный ротор содержит первый и второй диски, разнесенные посредством множества выступов, соединенных с каждым из указанных дисков и простирающихся между указанными дисками рядом с периферийными краями указанных дисков, при этом указанные выступы расположены на определенном расстоянии друг от друга для образования зазора между соседними выступами, при этом указанный первый диск имеет отверстие, сообщающееся по текучей среде с полостью, расположенной между указанными первым и вторым дисками, при этом в способе дополнительно:
направляют биомассу и текучую среду в указанную камеру резервуара из выпускного элемента устройства;
направляют текучую среду и биомассу через указанное отверстие первого диска в полость между первым и вторым дисками; и
вращают ротор резервуара для дополнительной сепарации биомассы посредством подвергания биомассы воздействию центробежной силы и ударного воздействия указанных выступов на биомассу.
31. Способ по п.30, в котором выступы на роторе указанного резервуара расположены на расстоянии друг от друга, составляющем приблизительно 4 миллиметра.
32. Способ по п.30, в котором указанное устройство содержит первое устройство, а в способе используют второе устройство, содержащее корпус, имеющий первую и вторую торцевые стенки и боковую стенку, ограничивающие камеру, впускной элемент в указанной первой торцевой стенке, отверстие для вала в указанной второй торцевой стенке и выпускной элемент в указанной боковой стенке, при этом указанный впускной элемент сообщается по текучей среде с указанным выпускным элементом указанного первого устройства и указанный выпускной элемент соединен с указанной камерой указанного резервуара; вал, выступающий через указанное отверстие; ротор, соединенный с указанным валом внутри указанной камеры, при этом указанный ротор имеет переднюю поверхность, обращенную к указанному впускному элементу, и имеет множество канавок, образованных на указанной передней поверхности; и множество канавок, образованных на указанной первой торцевой стенке указанного корпуса и обращенных к указанному ротору, при этом в способе дополнительно:
направляют биомассу и текучую среду через указанный впускной элемент указанного второго устройства; и
вращают ротор второго устройства для дополнительной сепарации биомассы.
33. Способ по п.32, в котором используют резервуар для предварительного расщепления, содержащий камеру, имеющую впускной элемент и выпускной элемент, при этом в способе дополнительно:
направляют биомассу и текучую среду из выпускного элемента второго устройства через впускной элемент резервуара для предварительного расщепления; и
направляют биомассу и текучую среду из выпускного элемента резервуара для предварительного расщепления в камеру резервуара.
34. Способ по п.30, в котором указанное устройство содержит первое устройство, а в способе используют второе устройство, содержащее корпус, имеющий первую и вторую торцевые стенки и боковую стенку, ограничивающие камеру, впускной элемент в указанной первой торцевой стенке, отверстие для вала в указанной второй торцевой стенке и выпускной элемент в указанной боковой стенке, при этом указанный впускной элемент сообщается по текучей среде с указанным выпускным элементом указанного первого устройства и указанный выпускной элемент соединен с указанной камерой указанного резервуара; вал, выступающий через указанное отверстие; ротор, соединенный с указанным валом внутри указанной камеры, при этом указанный ротор имеет переднюю поверхность, обращенную к указанному впускному элементу, и множество выступов, простирающихся от указанной передней поверхности, при этом указанные выступы образуют первый ряд, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от центра указанного ротора, второй ряд, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от указанного первого ряда, и третий ряд, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от указанного второго ряда, при этом указанные выступы в каждом из указанных рядов расположены на расстоянии друг от друга, составляющем не менее приблизительно 6 миллиметров, при этом в способе дополнительно:
направляют биомассу и текучую среду через впускной элемент второго устройства; и
вращают ротор второго устройства для дополнительной сепарации биомассы.
35. Способ по п.34, в котором множество выступов простираются от первой торцевой стенки корпуса указанного второго устройства по направлению к ротору, при этом выступы на первой торцевой стенке образуют первое множество, простирающееся между первым и втором рядами на роторе, и второе множество, простирающееся между вторым и третьим рядами на роторе.
36. Способ по п.30, в котором дополнительно дозированно подают диоксид серы в камеру резервуара для поддержания кислотности текучей среды.
37. Способ по п.30, в котором водородный показатель рН текучей среды в указанном резервуаре составляет от приблизительно 3,8 до 4,5, предпочтительно приблизительно 3,8, и температура текучей среды и биомассы в указанном резервуаре составляет от приблизительно 30 до 52°C, предпочтительно приблизительно 51°C.
38. Способ по п.22, в котором биомассу выбирают из кукурузных зерен и зерен сорго, каждое из которых содержит эндосперм, зародыш и перикарпий.
39. Способ по п.38, в котором возбуждение кавитации обеспечивает, по меньшей мере, частичное отделение перикарпия от эндосперма, при этом вращение указанного ротора указанного устройства обеспечивает дополнительное отделение зародышей и перикарпия друг от друга и от эндосперма, и при этом этапы нагрева и поддержания кислотности обеспечивают разделение крахмала и белка в эндосперме.
40. Устройство для разделения соединенных компонентов, имеющихся в текучей среде, содержащее:
корпус, образующий камеру, содержащую впускной элемент, выпускной элемент и отверстие для вала;
вал, выступающий через отверстие для вала;
ротор, соединенный с валом внутри камеры; и
множество выступов, простирающихся от ротора, при этом выступы расположены на приблизительно одинаковом расстоянии от центра ротора, при этом соседние выступы примыкают друг к другу, при этом выступы образуют первое и второе множества чередующихся выступов, имеющих соответственно первую и вторую высоту, при этом первая высота превышает вторую высоту.
41. Устройство для разделения соединенных компонентов, имеющихся в текучей среде, содержащее:
корпус, имеющий первую и вторую торцевые стенки и боковую стенку, ограничивающие камеру, впускной элемент в первой торцевой стенке, выпускной элемент в боковой стенке и отверстие для вала во второй торцевой стенке;
вал, выступающий через отверстие для вала;
ротор, соединенный с валом внутри камеры, при этом ротор имеет переднюю поверхность, обращенную к впускному элементу, и имеет множество канавок, образованных на передней поверхности; и
множество канавок, образованных на первой торцевой стенке корпуса, обращенных к ротору.
42. Устройство для разделения соединенных компонентов, имеющихся в текучей среде, содержащее:
корпус, образующий камеру, содержащую впускной элемент, выпускной элемент и отверстие для вала;
вал, выступающий через отверстие для вала;
ротор, соединенный с валом внутри камеры; и
множество выступов, простирающихся от ротора, при этом выступы образуют первый ряд, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от центра ротора, и второй ряд, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от первого ряда, при этом выступы в каждом из указанных первого и второго рядов расположены на расстоянии друг от друга, составляющем не менее приблизительно 6 миллиметров.
43. Устройство по п.42, в котором корпус имеет первую и вторую торцевые стенки и боковую стенку, ограничивающие камеру, при этом впускной элемент находится в первой торцевой стенке, отверстие для вала находится во второй торцевой стенке, и выпускной элемент находится в боковой стенке, при этом ротор имеет переднюю поверхность, обращенную к впускному элементу, и множество выступов простираются от передней поверхности ротора по направлению к впускному элементу, и при этом множество выступов простираются от первой торцевой стенки корпуса по направлению к ротору между первым и вторым рядами на роторе.
44. Устройство по п.42, в котором выступы дополнительно образуют третий ряд выступов, расположенный на приблизительно одинаковом расстоянии от второго ряда.
45. Устройство по п.44, в котором выступы имеют профиль верхней поверхности, который является С-образным.
46. Устройство по п.45, в котором корпус имеет первую и вторую торцевые стенки и боковую стенку, ограничивающие камеру, при этом впускной элемент находится в первой торцевой стенке, отверстие для вала находится во второй торцевой стенке, и выпускной элемент находится в боковой стенке, при этом ротор имеет переднюю поверхность, обращенную к впускному элементу, и множество выступов простираются от передней поверхности ротора по направлению к впускному элементу, и при этом множество выступов простираются от первой торцевой стенки корпуса по направлению к ротору, при этом выступы на первой торцевой стенке образуют первое множество, простирающееся между первым и вторым рядами на роторе, и второе множество, простирающееся между вторым и третьим рядами на роторе.
47. Устройство по п.45, в котором корпус имеет первую и вторую торцевые стенки и боковую стенку, ограничивающие камеру, при этом впускной элемент находится в первой торцевой стенке, отверстие для вала находится во второй торцевой стенке, а выпускной элемент находится в боковой стенке, при этом ротор имеет переднюю поверхность, обращенную к впускному элементу, и множество выступов простираются от передней поверхности ротора по направлению к впускному элементу, и при этом множество канавок образованы на первой торцевой стенке корпуса и обращены к ротору.
48. Устройство по п.44, в котором выступы являются цилиндрическими.
49. Устройство по п.44, в котором ротор имеет отверстия, расположенные между, по меньшей мере, некоторыми из выступов.
50. Устройство по п.44, в котором корпус имеет первую и вторую торцевые стенки и боковую стенку, ограничивающие камеру, при этом впускной элемент находится в первой торцевой стенке, отверстие для вала находится во второй торцевой стенке, а выпускной элемент находится в боковой стенке, при этом ротор имеет переднюю поверхность, обращенную к впускному элементу, а множество выступов простираются от передней поверхности ротора по направлению к впускному элементу, и при этом множество выступов простираются от первой торцевой стенки корпуса по направлению к ротору, при этом выступы на первой торцевой стенке образуют первое множество, простирающееся между первым и вторым рядами на роторе, и второе множество, простирающееся между вторым и третьим рядами на роторе, при этом каждый из выступов имеет многоугольный профиль верхней поверхности.