用于生物质材料的反应器容器
技术领域
本发明涉及一种用于生物质材料的反应器容器。
背景技术
用于生物质的预处理或预水解的布置在本领域中是已知的。这种布置可以包括一个或多个加压反应器，其中，在升高的压力和温度下在添加或不添加化学品的情况下用蒸汽预处理生物质。
温度和时间是这种预水解处理动力学中的两个重要参数。特别地，较佳的是尽可能快地达到期望的温度，以便获得正确的动力学并避免建造太大的反应器。此外，重要的是，生物质的加热尽可能均匀，因为不均匀的加热可能导致未反应的、低反应的或甚至过度反应的材料，这又可能导致产量损失，形成不期望的副产物和/或下游工艺中的问题。
用于生物质的预处理或预水解的加压反应器容器可以是细长的、水平设置的容器，该容器包括在一端中的入口和在另一端中的出口。在容器内部沿着容器的纵向中心轴线设置有材料输送螺杆。所述材料输送螺杆通常包括轴和螺杆螺纹，该轴沿着通过整个容器的纵向中心轴线延伸，该螺杆螺纹围绕轴以螺杆螺旋线的形式设置，用于在轴旋转时沿着容器的长度输送材料。为了在生物质的预处理中可能需要的更高的容量和更高的压力，需要更大的反应器。对于长的反应器，可能存在材料输送螺杆的轴偏斜的问题。为了避免轴的偏斜，将轴的直径制作得更大。然而，通过将轴的直径制作得更大，将减少用于处理材料的容器的有效内部体积。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生物质材料的改进的反应器容器。
本发明的另一目的是提供一种用于生物质材料的反应器容器，该容器具有用于处理该材料的优化的内部体积。
本发明的另一目的是减少用于生物质材料的反应器容器的重量而不会损失有效内部体积。
在根据权利要求1的反应器容器中实现了这些目的。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于生物质材料的反应器容器。所述反应器容器是加压反应器容器，所述反应器容器是细长的，并且包括：
-基本上管状的容器部分；
-两个端板(gable)，这两个端板各自连接到管状的容器部分的每一端，从而封闭了容器内部隔室；以及
-材料输送螺杆，该材料输送螺杆包括设置在容器内部隔室内的中心轴，该中心轴在两个端板之间沿着反应器容器的中心轴线(A)延伸，其中，所述材料输送螺杆还包括绕轴设置的螺杆螺纹，其中，所述材料输送螺杆构造成用于将生物质材料输送通过反应器容器，
其中，两个端板都向内凹陷或成盘形(dished)。
如果反应器容器是加压容器，与平的端板相比，如果端板是凹陷的，则可以制成得更薄。这是因为凹陷的端板更好地抵抗了来自加压反应器容器的压力。对于用于处理生物质材料的具有高内部压力的大型反应器，平的端板可能例如需要厚至200mm或更厚，因此非常重。能够将用于相同尺寸的反应器容器的凹陷的端板制得更薄，可能薄至25mm左右，因此将节省很多重量。因此，实现了易于操作、移动和运输的反应器容器。此外，在两个端板都向内凹陷的情况下，能够将沿着中心轴线设置的、在细长的反应器容器内部的两个端板之间延伸的材料输送螺杆制作得更短。这种材料输送螺杆构造成绕其中心轴线旋转，并设有用于将生物质材料输送通过反应器容器的螺杆螺纹。材料输送螺杆需要延伸通过整个反应器容器，并且通过至少一个端板并突出出来以控制轴的旋转。通过向内凹陷的端板而不是平的端板，能够将材料输送螺杆的轴制作得更短，并且更短的轴不易偏斜，因此能够以更小的直径制作。轴的更小的直径将赋予反应器容器更大的有效内部体积，这适于有效的处理。反应器容器的有效内部体积可以限定为在所述反应器容器的入口和出口之间的反应器容器内部的体积减去内部螺杆及其轴的体积。所述入口设置在第一位置处，该第一位置比所述管状的容器部分的第二相对端更靠近所述管状的容器部分的第一端，并且所述出口设置在第二位置处，该第二位置比所述管状的容器部分的第一端更靠近第二端。由于机械原因，在端板到管状的容器部分的端部的焊接部与入口和出口之间需要存在距离。如果将入口和/或出口定位成太靠近焊接部，则将存在断裂的危险。这也在压力设备指令、PED和ASME中进行了规定。通过向内凹陷的端板，能够将入口和出口设置在与平的端板距管状的容器部分的端部的距离相同的距离处，并且由于内部有效体积被限定在入口和出口之间，因此内部有效体积将由于中心轴的较小直径而增加。此外，在轴的更小的直径的情况下，将不仅减少轴的生产成本，而且还将降低用于通过端板安装轴的密封件和承载件的生产成本。
在本发明的一个实施例中，中心轴由在每一端中由安装在端板上的承载件支承，使得它能够绕其纵向轴线旋转，并且中心轴通过至少一个端板并突出出来。所述中心轴进一步布置成连接到旋转装置，该旋转装置构造成用于使所述中心轴绕其纵向轴线旋转。
在本发明的一个实施例中，它还包括：
-用于将所述生物质材料接收到所述容器内部隔室中的入口，所述入口设置成对中到第一位置，该第一位置比所述管状的容器部分的第二相对端更靠近所述管状的容器部分的第一端；以及
-用于在通过容器内部隔室之后将所述生物质材料从容器内部隔室排出的出口，所述出口设置成对中到第二位置，该第二位置比所述管状的容器部分的第一端更靠近第二端。
在本发明的一个实施例中，所述第一位置设置在距管状的容器部分的第一端的第一距离d1处，而所述第二位置设置在距管状的容器部分的第二端的第二距离d2处。
在本发明的一个实施例中，所述第一距离d1和第二距离d2为反应器容器的总长度的至少1/20。
在本发明的一个实施例中，所述容器内部隔室内的压力为5-50巴(g)。在本发明的一个实施例中，所述容器内部隔室内的压力为10-25巴(g)。
在本发明的一个实施例中，反应器容器是水平设置的。
在本发明的一个实施例中，反应器容器是大致圆柱形的，并且直径为至少1m并且长度为至少6m。在本发明的一个实施例中，反应器容器是大致圆柱形的，并且直径为至少1.5m并且长度为至少8m。在本发明的一个实施例中，反应器容器是大致圆柱形的，并且直径为至少2.5m并且长度为至少10m。
在本发明的一个实施例中，向内凹陷的端板的形状是半球形的椭圆形或球形。
在本发明的一个实施例中，第一端容器端板的顶点和第二端容器端板的顶点分别位于入口中心线与所述管状的容器部分的第一端之间和出口中心线与所述管状的容器部分的第二端之间，这些顶点是凹陷的端板的设置成最深入容器内部隔室的部分，所述入口中心线穿过反应器的入口的中心并垂直于中心轴线(A)，所述出口中心线穿过反应器的出口的中心并垂直于中心轴线(A)。
在本发明的一个实施例中，第一端容器端板的顶点与管状容器的第一端之间的距离以及第二端容器端板的顶点与管状容器的第二端之间的距离是反应器容器半径的至少1/3。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的具有向内凹陷的端板的反应器容器。
图2示意性地示出了根据现有技术的具有平的端板的反应器容器。
具体实施方式
根据本发明，提供了一种用于生物质材料的反应器容器。这可以是用于处理生物质材料的加压反应器容器。
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的反应器容器1。反应器容器1是细长的，并且包括基本上管状的容器部分3和两个端板5a、5b，两个端板5a、5b连接到管状的容器部分3的每一端，从而封闭了容器内部隔室7。第一端容器端板5a连接到管状的容器部分3的第一端19a，而第二端容器端板5b连接到管状的容器部分3的第二端19b。反应器容器1还包括材料输送螺杆8，该材料输送螺杆8包括设置在容器内部隔室7内的中心轴9，该中心轴沿反应器容器1的中心轴线A在两个端板5a、5b之间延伸。根据本发明，所述两个端板5a、5b均向内凹陷。向内凹陷表示它们不是平的，而是朝向反应器容器的中心向内弯曲或成杯形的。围绕中心轴9设置有螺杆螺纹11。螺杆螺纹11可以呈螺杆螺旋线的形式。中心轴9与螺杆螺纹11一起是材料输送螺杆8，其构造成用于将生物质材料输送通过反应器容器1。
中心轴9在每个端部均由安装在端板5a、5b上的承载件支承，致使它能够绕其纵向轴线旋转。在该实施例中，中心轴9设置有两个突出端13a、13b，中心轴9的每一端中设置一个突出端13a、13b。这些突出端13a、13b具有的直径小于中心轴9的直径，因此更适于突出穿过端板5a、5b。中心轴9的突出端13a之一还构造成用于连接到旋转装置。由此，中心轴9能够通过旋转装置绕其纵向轴线旋转。中心轴9在其突出通过端板5a、5b的位置通常还通过填充箱或机械密封件密封。
根据本发明的该实施例的反应器容器1还包括用于将所述生物质材料接收到所述容器内部隔室7中的入口15a。入口15a设置成对中到管状的容器部分3中的第一位置17a，该第一位置17a比所述管状的容器部分3的第二相对端19b更靠近所述管状的容器部分3的第一端19a。根据该实施例的反应器容器1还包括出口15b，用于在已经通过容器内部隔室之后将所述生物质材料从容器内部隔室7排出。出口15b设置成对中到第二位置17b，该第二位置17b比所述管状的容器部分3的第一端19a更靠近第二端19b。第一位置17a设置在距管状的容器部分3的第一端19a的第一距离d1处，而所述第二位置17b设置在距管状的容器部分3的第二端19b的第二距离d2处。在本发明的一个实施例中，所述第一距离d1和第二距离d2为管状的容器部分的总长度的至少1/20。在本发明的一个实施例中，d1和d2是反应器容器的半径的至少1/3加上从入口/出口15a、15b的一侧到入口/出口的中心16a、16b的距离，即，向内凹陷的端板5a、5b突出到反应器容器中的距离，该距离可以是反应器容器半径的至少1/3，再加上入口/出口的尺寸的一半，如果入口/出口是圆柱形的，则其可以是入口/出口的半径。由此，向内凹陷的端板5a、5b将不会干扰材料输送通过反应器容器。
由于机械原因和断裂的危险，以及由于上述压力设备指令、PED和ASME，入口15a和出口15b应适当地不设置得过于靠近管状的容器部分3的端部和端板的焊接部。
根据本发明的反应器容器可以是用于处理生物质材料的加压反应器容器。所述容器内部隔室内的压力可以是5-50巴(g)，即，高于大气压的压力，或者在本发明的一个实施例中为10-25巴(g)。这些反应器容器通常是水平设置的。
为了比较，图2示意性地示出了根据现有技术的反应器容器101。反应器容器包括管状的容器部分103和两个平的端板105a、105b。端板105a、105b各自连接到管状部分103的每一端，从而封闭了容器内部隔室107。在容器内部隔室107内设置有在两个端板105a、105b之间延伸的中心轴109。这可以是如上所述的材料输送螺杆。此外，如以上关于图1所述，反应器容器包括入口115a和出口115b，入口115a设置在距管状的容器部分103的第一端119a的距离d1处，出口115b设置在距管状的容器部分103的第二相对端119b的距离d2处。对于加压反应器容器，这些平的端板105a、105b需要相当厚才能承受压力。对于用于处理生物质材料的具有高内部压力的大型反应器，平的端板可能例如需要厚至200mm，因此非常重。能够将用于相同尺寸的反应器容器的凹陷的端板制得更薄，并且仍然能够承受相同的压力，可能薄至25mm左右，因此将节省很多重量。由此，能够将具有至少一个向内凹陷的端板的根据本发明的反应器容器制成为更轻，因此更易于处理、移动和运输。
当比较图1和图2时显而易见的本发明的另一个优点是，当两个端板向内凹陷时，沿中心轴线A设置的、在细长的反应器容器1内部的两个端板5a、5b之间延伸的中心轴9被制成为更短。中心轴9需要延伸穿过整个容器内部隔室7并且穿过端板5a、5b中的至少一个，突出出来以控制轴的旋转。通过向内凹陷的端板而不是平的端板，能够将轴9制作得更短，并且更短的轴不易偏斜，因此能够以更小的直径制作。轴的更小的直径将赋予反应器容器更大的有效内部体积，这适于有效的处理。反应器容器的有效内部体积可以限定为设置在所述反应器容器1的入口15a和出口15b之间的容器内部隔室7的部分。更精确地，如图1和图2中的虚线所示，能够从第一位置17a到第二位置17b测量该体积。由此，可以清楚，向内凹陷的端板不会减小反应器容器的有效内部体积。然而，替代地，与图2中的中心轴109的直径相比，中心轴9的更小的直径将有助于更大的有效内部体积。此外，在中心轴9的更小的直径的情况下，将不仅减少轴的生产成本，而且还将降低用于通过端板5a、5b安装轴的密封件和承载件的生产成本。
根据本发明的反应器容器可以是基本上圆柱形的，并且在本发明的一个实施例中，直径为至少1m，并且长度为至少6m。在本发明的另一个实施例中，反应器容器的直径可以为至少1.5m并且长度为至少8m，或者直径为至少2.5m并且长度为至少10m。
在本发明的一个实施例中，至少一个向内凹陷的端板的形状可以是半球形的椭圆形，而在本发明的另一实施例中可以是球形的。
第一端容器端板5a的顶点21a和第二端容器端板5b的顶点21b是凹陷的端板5a、5b的设置成最深入容器内部隔室7的部分。第一端容器端板5a的顶点21a适当地位于入口中心线16a和管状的容器部分3的第一端19a之间，其中，所述入口中心线16a穿过反应器的入口15a的中心并且垂直于中心轴线(A)。第二端容器端板5b的顶点21b适当地位于出口中心线16b和管状的容器部分3的第二端19b之间，其中，所述出口中心线16b穿过反应器的出口15b的中心并且垂直于中心轴线(A)。因此，凹陷的端板将不会影响反应器容器1的有效内部体积。
在本发明的一个实施例中，第一端容器端板5a的顶点21a与管状的容器部分3的第一端19a之间的距离以及第二端容器端板5b的顶点21b与管状的容器部分3的第二端19b之间的距离是反应器容器半径的至少1/3。
