用于淬灭生物质原料水解反应的瞬时冷却.pdf

本发明描述了用于淬灭一种生物质原料的水热、稀酸水解反应的一种方法，其中通过一种水性单体和/或低聚体糖混合物的瞬时冷却来减缓或终止该水性单体和/或低聚体糖混合物的降解，并且其中该瞬时冷却保证通过一种正在形成的蒸汽流除去一部分已溶解且具挥发性的降解副产物，并且其中将一种木质素组分，如果存在的话，固化为具有良好脱水特性的结构，允许之后通过分离去除木质素组分，所述方法产生了糖单体和/或低聚体的水解液。

1.  用于淬灭一种生物质原料的水热、稀酸水解反应的一种方法，其中通 过一种水性单体和/或低聚体糖混合物的瞬时冷却减缓或终止该水性单体 和/或低聚体糖混合物的降解，并且其中该瞬时冷却保证通过一种正在形成 的蒸汽流除去一部分已溶解且具挥发性的降解副产物，并且其中将一种木 质素组分，如果存在的话，固化为具有良好脱水特性的结构，允许之后通 过分离去除木质素组分，所述方法产生了糖单体和/或低聚体的水解液。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中该瞬时冷却按仅仅一个步骤实施。

3.  根据权利要求1所述的方法，其中该瞬时冷却按至少两个步骤实施。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中按一步或多步实施的 整个瞬时冷却在40℃至280℃的温度范围内实施。

5.  根据权利要求4所述的方法，其中按一步或多步实施的整个瞬时冷却 在100℃至230℃的温度范围内实施。

6.  根据权利要求5所述的方法，其中按一步或多步实施的整个瞬时冷却 在100℃至210℃的温度范围内实施。

7.  根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中第一瞬时冷却步骤实 施的温度范围为190℃至220℃，并且第二瞬时冷却步骤实施的温度范围 为100℃至190℃。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中该瞬时冷却在至少一 个闪蒸罐中实施，其之前是一个减压装置。

9.  根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中经受瞬时冷却的该水 性单体和/或低聚体糖混合物含有水溶性半纤维素、固体纤维素和木质素， 并且其中，所述方法产生糖单体和/或低聚体的水解脱木质素溶液。

10.  根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中经受瞬时冷却的该水 性单体和/或低聚体糖混合物含有水溶性纤维素低聚体和固体木质素，并且 其中，所述方法产生糖单体和/或低聚体的水解脱木质素溶液。

11.  根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中经受瞬时冷却的该水 性单体和/或低聚体糖混合物含有源于半纤维素和纤维素的水溶性糖组分 以及固体木质素，并且其中，所述方法产生糖单体和/或低聚体的水解脱木 质素溶液。

12.  根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中经受瞬时冷却的该水 性单体和/或低聚体糖混合物含有源于半纤维素和/或纤维素的水溶性糖组 分。

13.  根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中生成的闪蒸蒸汽用于加 热其他加工操作。

14.  根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中刚好位于闪蒸器上游的 压力控制装置是一个i)控制/节流阀、ii)小内径管、iii)一个孔板、iv) 反向作用泵或v)i)至iv)中的任何装置的组合。

15.  根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中该方法还涉及蒸馏、吸 附、吸收、过滤和/或副产物的分离与回收。

16.  根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中该方法还可涉及在该瞬 时冷却步骤中添加一种添加剂。

17.  根据权利要求16所述的方法，其中该添加剂是一种碱和/或一种消泡 剂。

18.  根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中该瞬时冷却步骤之前是 按一步或若干步作为热处理而实施的水热、稀酸水解。

19.  根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中该瞬时冷却步骤之前是 第一热处理步骤，其中在停留时间T₁期间，用亚临界条件下的热压缩液态 水(HCW)和/或蒸汽对生物质原料进行处理；以及第二水解步骤，其中 在停留时间T₂期间，至少在处于亚临界条件下的热压缩液态水(HCW) 中进一步对木质纤维素生物质原料进行处理，以解聚碳水化合物，从而产 生一种水性单体和/或低聚体糖混合物。

20.  根据权利要求18或19所述的方法，其中热处理步骤中的至少一个涉 及pH降低。

21.  根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中该热处理期间的pH 值至多为4。

22.  根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其中该热处理期间的pH 值范围为1至4。

23.  根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中热处理步骤中的至 少一个步骤期间的pH值范围为1.2至3.3。

24.  根据权利要求18至23中任一项所述的方法，其中该水热、稀酸水解 包括无机酸和/或有机酸的添加，或在其之前添加无机酸和/或有机酸。

25.  根据权利要求18至24中任一项所述的方法，其中该水热、稀酸水解 按一步实施，温度至少为200℃，或按至少两步实施，其中第一热处理步 骤实施温度至少为170℃，并且第二处理步骤的温度至少为200℃。

26.  根据权利要求18至25中任一项所述的方法，其中该水热、稀酸水解 按一步实施，温度范围为220℃至280℃，或按至少两步实施，其中第二 热处理步骤或后一热处理步骤实施的温度范围为220℃至280℃。

27.  根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中该瞬时冷却在一个或若 干个步骤中与注入冷水或调温水组合，加或不加糖单体和低聚体。

28.  根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中该瞬时冷却在第一闪蒸 部件中进行，温度范围为190℃至220℃，并且其中在该第一闪蒸部件中 的停留时间不长于10分钟。

29.  根据权利要求18至28中任一项所述的方法，其中热处理期间，该生 物质原料的总固体含量范围为5％至90％。

30.  根据权利要求18至28中任一项所述的方法，其中热处理期间，该生 物质原料的总固体含量范围为10％至50％。

31.  根据权利要求18至30中任一项所述的方法，其中该水热、稀酸水解 按至少两步实施，并且其中，在第一步后，将溶解的水溶性化合物与固体 残渣分离，以防止持续有害的降解。

32.  根据权利要求18至31中任一项所述的方法，其中该水热、稀酸水解 按至少两步实施，并且其中，通过用水清洗将第一步后的固体残渣从水溶 性化合物洗掉，然后进行另外的液-水分离。

33.  根据权利要求18至32中任一项所述的方法，其中该瞬时冷却步骤之 前是按一步或若干步作为热处理而实施的水热、稀酸水解，并且其中，将 固体残渣从水溶性化合物洗掉，然后以重复方式进行另外的液-水分离。

34.  根据权利要求18至33中任一项所述的方法，其中该瞬时冷却步骤之 前是按一步或若干步作为热处理而实施的水热、稀酸水解，并且其中，通 过在最后一个清洗步骤中添加酸化水将固体残渣从水溶性化合物洗掉。

用于淬灭生物质原料水解反应的瞬时冷却
发明领域
本发明涉及一种用于淬灭木质纤维素生物质起始材料的液化反应的方 法，以避免持续有害的分解，用于产生一种单体和/或低聚体糖混合物溶液。
技术背景
淬灭不同类型的反应早已为大家所已知。淬灭是指停止反应或减缓反 应，并且可通过不同手段实施，如通过降低温度、减小压力、添加物质等。
此外，淬灭不同形式的生物质反应也已有描述。例如，在WO 01/88258 中披露了一种用于转化生物质以形成一种化工原料的连续方法。将该生物 质和一种外源性金属氧化物(优选地，氧化钙)或金属氧化物前体持续送 入反应室中，该反应室以至少1400℃的温度运行，以形成包括金属碳化 物的反应产物。将这些反应产物淬灭至800℃或更低的温度。将产生的金 属碳化物与反应产物分离，或者可替代地，用水淬灭时，将其水解以提供 一种可回收的碳氢化合物气体原料。
另外，在WO 2007/128798中披露了一种用于将固体或高粘性碳基能 源载体材料转化为液体和气体反应产物的方法，所述方法包含下列步骤： a)使该碳基能源载体材料与一种颗粒催化剂材料接触；b)在200℃与450℃ 之间，优选地，250℃与350℃之间的反应温度下，对该碳基能源载体材 料进行转化，从而形成汽相反应产物。该方法可以包含下列另外的步骤： c)在所述反应产物形成后10秒内，将这些汽相反应产物与该颗粒催化剂 材料分离；并且d)将这些反应产物淬灭至200℃以下的温度。
此外，在过去也已解决例如在亚临界或超临界条件下进行的例如生物 质液化的淬灭。例如，在US 2010/0063271中披露了一种用于将一种选定 的生物质材料持续转化为多种反应产物的“动态”超临界流体生物质转化 系统，并且按照流体顺序，该系统包括：一个生物质输送区；处于一个导 电外壳内并围绕一个中心轴的一个超临界流体生物质转化区；以及一个反 应产物淬灭/分离区。根据这些实例，披露到通过为感应线圈通以交流电， 该交流电变化范围从约50-100KHZ，持续范围从约2至5秒的时间段，使 满载压力容器经受时变磁场。通电后，将该容器以瀑布状水流淬灭的方式 迅速冷却。
另外，US 2011/0300617中披露了另一种通过降低温度进行的淬灭。在 US 2011/0300617中披露了一种生物质水热分解器，该分解器从仪器本体 的一侧送入一种固体生物质材料，从另一侧送入加压热水，以对该生物质 材料进行水热分解，同时，使该生物质材料与加压热水进行反向接触，在 热水中溶解热水可溶的级分，将加压热水作为一种热水流出物从该仪器本 体的一侧排到外面，并且从另一侧将一种生物质固体排到外面。有利地， 在该生物质水热分解器中，内部温度冷却部件将温度调节到一个温降区， 例如，从200℃至140℃或更低，在该温降区中，温度迅速降至某个温度， 在该温度下，紧随水热分解完成后，热水可溶的级分未过度分解。
本发明旨在提供一种用于淬灭在亚临界或超临界条件下经历液化的一 种生物质材料的最优方法。
发明概述
上面较后指出的目的通过淬灭一种生物质原料的水热、稀酸水解反应 的方法予以实现，其中通过一种水性单体和/或低聚体糖混合物的瞬时冷却 (也称为闪蒸)减缓或终止该水性单体和/或低聚体糖混合物的降解，并且 其中该瞬时冷却保证通过一种正在形成的蒸汽流除去一部分已溶解且具 挥发性的降解副产物，并且其中将一种木质素组分(如果存在的话)固化 为具有良好脱水特性的结构，允许之后通过分离去除该木质素组分，所述 方法产生了一种糖单体和/或低聚体水解液。
就本发明而言，表述“瞬时冷却”不仅仅是指一种常规的冷却，并且 因此，根据本发明，表述“其中该瞬时冷却保证通过一种正在形成的蒸汽 流除去一部分已溶解且具挥发性的降解副产物”也至关重要。根据本发明， 瞬时冷却是指闪蒸已经发生。闪蒸是液体在经历减至其蒸汽压之下的压力 时形成汽相的过程。在减压下，蒸汽和残余液体均被冷却(即瞬时冷却) 至液体的饱和温度。
在WO 2011/091044中披露了一种用于持续处理生物质的方法，其中 使该生物质与第一超临界、近临界或亚临界流体接触，以形成一种固体基 质和第一液体部分；以及一个水解步骤，其中使所述预处理步骤中形成的 固体基质与第二超临界或近临界流体接触，以产生第二液体级分和一种不 可溶的含木质素级分。在WO 2011/091044中，瞬时冷却被作为一种可能 的冷却步骤提出，然而在这种情况下，是指一种不同类型的输入流被瞬时 冷却至一个非常低的温度，并且因此，当与本发明相比较时，就条件而言， 是一种不同的方法。另外，在WO 2011/091044中，超临界、近临界或亚 临界流体可以含有CO₂。另外，当与本发明相比时，分离和后续处理也是 不同的。
就本发明而言，存在若干令人感兴趣的方面。一个显而易见的第一方 面是最终溶液中单体和/或低聚体的高产率，并且其中降解未被驱动太远。 根据本发明，在这个或这些闪蒸步骤中除去生成的蒸汽级分会影响产物溶 液的浓度。方法条件可从例如具有一个固相和一个液相的双相系统变为固 相吸附/吸收液体的系统，根据本发明，各种变体仍可能产生高度浓缩的糖 而无需例如蒸发器操作。
除了对水解期间水性单体和/或低聚体糖混合物的降解有影响的温度 和pH外，其他方面也可以具有重要意义。一个这样的方面即形成有害产 物，即发酵和/或厌氧消化作用的抑制剂，并且当然将此类水平保持地尽可 能低，如例如通过除去此类抑制剂。另一方面是优化纤维素消晶的实现条 件。
如果存在木质素，则涉及本发明的其他核心方面，并且在那种情况下， 确保其中的木质素冻结和凝固，从而允许木质素释放和分离。此外，热回 收和副产物回收也可以是令人感兴趣的核心方面。
本发明的具体实施例
下文将讨论本发明的具体实施例。
根据一个具体实施例，瞬时冷却只以一个步骤实施。根据另一个具体 实施例，瞬时冷却以至少两个步骤实施。应该注意的是，根据本发明，若 干个步骤，如三个步骤或四个步骤或甚至更多个步骤，也是可能的，其中 在若干个步骤中减小压力并且因此降低温度。根据水和其他挥发性物质的 蒸汽温度/压力关系，闪蒸罐的压力决定了产物溶液的温度，并且是控制闪 蒸的主要手段并且因此是一个重要的参数。闪蒸步骤前后的即时温度和压 力决定了生成的蒸汽量。从能源效率或能源回收的观点来看，多若干个步 骤可能是有益的。
当然，降温的幅度是瞬时冷却的一个重要参数。降温的幅度可以随所 采用的步骤数量、使用的起始材料、其他条件等变化而变化。根据本发明 的一个具体实施例，按一个步骤或多个步骤进行的整个瞬时冷却的实施温 度范围为40℃至280℃，如温度范围为50℃至270℃、60℃至260℃、 70℃至250℃、80℃至240℃、90℃至240℃、40℃至230℃、40℃至 210℃、100℃至230℃或100℃至210℃。
根据一个实施例，瞬时冷却可与不同传热手段一起实施，例如，换热 器、直接蒸气加热、结合壁面加热等。
此外，如果使用若干个瞬时冷却步骤，这可能还会影响不同步骤中使 用的温度。根据一个实施例，瞬时冷却第一步实施的温度范围为190℃至 220℃，并且瞬时冷却第二步实施的温度范围为100℃至190℃。如果只使 用一个瞬时冷却步骤，那么所用温度可以大大低于上述披露的温度。
所用温度还会影响闪蒸罐中的可允许停留时间。根据本发明的一个具 体实施例，瞬时冷却在第一闪蒸部件中进行，温度范围为190℃至220℃， 并且其中在该第一闪蒸部件中的停留时间不长于10分钟。在上述第一闪 蒸步骤中的停留时间可以是例如至多7分钟、至多5分钟或至多3分钟。
如下所述，第二闪蒸步骤可将熔融木质素迅速转化为固体而无冒堵塞 或结垢的风险。在这种情况下，可调整闪蒸入口，这样使得木质素获得颗 粒结构，从而允许后续高效脱水并避免堵塞在壁面上。例如，在本发明的 一个实施例中，第一闪蒸步骤将反应器方法条件的压力降至20巴左右的 压力，从而产生212℃左右的温度。在该温度下，木质素仍可以为非固体 形态。第二闪蒸步骤随后可以将压力降至例如5巴，从而将温度降至152℃， 该温度低于木质素的凝固温度区间。然后，可以通过分离技术去除这种固 体木质素。
如前所述，压力是一个重要参数。在高温和高压下进行水热水解。通 过刚好位于闪蒸器前方的压力控制装置来控制/调整压力。通过所述控制装 置减小压力，并且，如果并且当压力降至对应于方法介质的反应/方法温度 的沸腾压力之下，则方法介质会闪蒸。闪蒸早已在压力控制装置内开始并 且随着它进入闪蒸器而持续。闪蒸器内的压力不仅主要通过调整出口蒸汽 流进行控制，还通过调整液相进行控制。
根据一种可能的配置，瞬时冷却在至少一个闪蒸罐中实施，其之前是 一个控压/减压装置。同样地，在有效瞬时冷却前，可将方法压力和/或温 度降低一些。
此外，并且如上所述，热回收可能是整个方法的关键问题。因此，根 据一个实施例，生成的闪蒸蒸汽用于加热其他方法操作。在一个实施例中， 通过使蒸汽经过换热器，闪蒸步骤中生成的所述蒸汽可用于加热其他方法 操作，用于方法之外或作为加热介质例如作为直接蒸汽。一种利用蒸汽的 方式可以是直接将闪蒸器蒸汽出口与换热器连接，例如，在212℃时可生 成20巴左右蒸汽的闪蒸器编号1可被直接连接到换热器，然后该换热器 可将加工流预热到大概200℃。一种替代设计可以是在合适的预先确定的 压力下，使用有多个蒸汽罐的蒸汽歧管系统。蒸汽歧管罐的数量至少应等 于闪蒸步骤数。一个特定的闪蒸步骤应当被连接到适当的蒸汽歧管罐，并 且从而使生成的蒸汽流入所述罐中。从所述蒸汽歧管罐出来的汽流/蒸汽可 以被送至任何使用点。为方法提供高压蒸汽的锅炉还为蒸汽歧管罐提供高 压蒸汽，这样使得始终有充足的汽流/蒸汽满足需求。高压蒸汽将被减压并 降温至理想水平。由于始终，甚至在启动时有汽流/蒸汽加热上游方法，这 种配置还将简化启动流程。上述解决方案的一个缺陷是，闪蒸器排出的挥 发性化合物及蒸汽也将结束在蒸汽歧管系统中。一种令人感兴趣的作为可 能的产物的挥发性化合物将在一个或多个蒸汽歧管罐中被稀释，随后这一 个或多个蒸汽歧管罐可以回收从经济观点来看较不令人感兴趣的挥发性 化合物。如果这些挥发性化合物的大量级分是酸，这还可能会影响蒸汽歧 管罐中的材料的选择，并且反过来具有经济影响。
基于以上阐述，根据本发明的一个具体实施例，压力控制装置被刚好 安排于闪蒸器上游的方法中，并且是i)一个控制/节流阀，例如，针阀式、 球扇形阀式、偏心旋塞阀式、滑阀式等；ii)小内径管；iii)一个孔板；iv) 一个反向作用泵，例如，活塞泵或螺杆泵；或v)i)至iv)中所提到的任 何装置的一个组合。
当然，该方法还可以包括其他操作和装置。根据一个实施例，该方法 还涉及蒸馏、吸附、吸收、过滤和/或副产物的分离与回收。回收热量时， 可以从主流中分离如糠醛和甲酸等挥发性组分。同样地，可以从主要单体 和低聚体溶液中去除这些组分。可以使用蒸馏柱用于分离。其他替代方案 是一种逆渗透系统或一个分子筛。
例如，结合蒸馏柱或膜过滤或吸收剂，通过部分冷凝，具有高沸点的 副产物可从一种气相(汽流)中分离。另外，还可通过吸收和/或薄膜法或 通过总冷凝回收具有低沸点的副产物，其中通过煮沸纯水，用热生成纯蒸 汽。
另外，该方法还可涉及在瞬时冷却步骤中添加一种添加剂。实例是一 种碱和/或消泡剂。如果溶液主要由糖单体组成，并且如果温度和pH值不 适宜，几分钟的停留时间可以产生不想要的副产物。减轻这个问题的一种 方式可以是通过注入碱(苛性碱溶液)，例如氢氧化钠，以提高pH。这将 使闪蒸罐需要一个另外的入口。在进行液相与固相的分离前，还可添加一 种选自分散剂和/或苛性碱溶液的添加剂。该苛性碱溶液可以选自例如氢氧 化钠或氢氧化钾或组合；并且该分散剂可以例如选自木质素磺酸盐、聚丙 烯酸盐、磺酸盐、羧酸盐、卵磷脂盐以及SASMAC。木质素磺酸盐可以例 如选自木质素磺酸铵、木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸镁和木 质素磺化铬铁或其任何组合。聚丙烯酸盐可以选自聚丙烯酸钠、聚丙烯酸 钾、聚丙烯酸锂和聚丙烯酸铵或其任何组合。聚丙烯酸盐可以选自例如由 以下形成的聚合物：丙烯酸酯单体丙烯酸、甲基丙烯酸盐、丙烯腈、丙烯 酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-氯乙基乙烯基醚、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯 酸羟乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯或TMPTA或其任何组合。
另外，如果起泡是一个问题，可添加如消泡剂等化学添加剂用于抑制 泡沫。就本实施例而言，需要第二入口。
根据本发明，该生物质原料可以具有不同类型。根据本发明，木质纤 维素生物质和只含有低水平木质素的生物质或已去除这些组分的预处理 溶液，均有可能性。
因此，根据一个实施例，经受瞬时冷却的水性单体和/或低聚体糖混合 物含有水溶性半纤维素、固体纤维素和木质素，并且其中，所述方法产生 糖单体和/或低聚体的脱木质素溶液。在这种情况下，待处理的这种溶液典 型地是一种来自含有高水平半纤维素的溶液水解的产物溶液。就表述“糖 单体和/或低聚体的脱木质素溶液”而言，应该注意的是，至少将一部分木 质素(例如，约15％)转化为溶液中的酚衍生物。根据本发明，瞬时冷却 后，如果不是全部酚衍生物，则这些酚衍生物中的至少一些仍存在于糖溶 液中。然而，可以用不同的方式将酚类去除，如通过利用活性炭、serdolit， 使用冷却阱、降低pH等。
根据本发明的又另一个实施例，经受瞬时冷却的水性单体和/或低聚体 糖混合物含有水溶性纤维素低聚物(源于纤维素的水溶性低聚物)和固体 木质素，并且其中，所述方法产生糖单体和/或低聚体的脱木质素溶液。水 溶性纤维素低聚物典型地为纤维二糖、纤维三糖等，但处理后，该溶液也 可以潜在地含有未反应的纤维素。在这种情况下，待处理的这种溶液典型 地是一种来自含有高水平纤维素的溶液水解的产物溶液。
根据又另一个实施例，经受瞬时冷却的水性单体和/或低聚体糖混合物 含有源于半纤维素和纤维素的水溶性糖组分和固体木质素，并且其中，所 述方法产生糖单体和/或低聚体的脱木质素溶液。在这种情况下，待处理的 这种溶液是上述二者的组合，并且按照这样典型地可以是一步式水解方法 的产物。
如上文所暗示，根据又另一个实施例，起始材料不含太多木质素或不 含木质素，并且在经受瞬时冷却的水性单体和/或低聚体糖混合物的情况时 含有源于半纤维素和/或纤维素的水溶性糖组分。
根据本发明，水解作用可通过一个步骤或多个步骤实施。因此，根据 一个实施例，瞬时冷却步骤之前是水热、稀酸水解，该水解按一个步骤或 若干个步骤作为热处理而实施，如一个步骤或两个步骤或甚至多个步骤。 根据一个具体实施例，瞬时冷却步骤之前是第一热处理步骤，其中在停留 时间T₁期间，用亚临界条件下的热压缩液态水(HCW)和/或蒸汽对生物 质原料进行处理；以及第二水解步骤，其中在停留时间T₂期间，至少在亚 临界条件下的热压缩液态水(HCW)中进一步对木质纤维素生物质原料进 行处理，以解聚碳水化合物，从而产生一种水性单体和/或低聚体糖混合物。 在两步式方法中，可以在不同热处理步骤之间提供例如过滤形式的分离步 骤。在一个或多个热处理步骤期间，可以将蒸汽注入作为一种增加加工流 的温度的手段。
不同步骤的温度和停留时间可以不同。在多步骤版本中，第一步涉及 温度升高，而第二步可意指温度保持不变或进一步升高。不同的温度分布 当然是可能的。可以通过间接加热(例如，通过使用换热器或其他障碍加 热手段)或通过直接加热(例如，通过蒸汽注入)完成达到希望的方法温 度和一种或多种温度分布的方式。
此外，根据一个具体实施例，至少一个热处理步骤涉及pH降低。水 解作用期间，考虑到产生如乙酸等有机酸，这样的一种pH降低可以自然 地发生。水解作用期间，还可以通过添加一种酸而使pH进一步降低。这 类酸可以是有机酸或无机酸，并且有机酸的实例为脂肪族羧酸、芳香羧酸、 二羧酸、脂肪族脂肪酸、芳香族羧酸以及氨基酸或其组合，并且无机酸的 实例为硫酸、磺酸、磷酸、膦酸、硝酸、亚硝酸、盐酸、氢氟酸、氢溴酸 及氢碘酸或任何组合。然而，应该注意的是，根据本发明的方法可在不添 加任何其他加溶剂(HCW和可能的冷水除外)的条件下进行(见下文)。
根据一个具体实施例，关于酸性水解，热处理期间的pH值至多为4， 如范围为1至4，例如，范围为1.2至3.3。
根据另一个具体实施例，按一个步骤或若干个步骤实施的水解步骤按 一个步骤实施，温度至少为200℃，或是按至少两个步骤实施，其中第一 热处理步骤实施的温度至少为170℃，即所谓的半纤维素步骤；并且第二 处理步骤，即所谓的纤维素步骤，实施温度至少为200℃。根据又另一个 具体实施例，水热、稀酸水解按一个步骤实施，温度范围为220℃至280℃， 或按至少两个步骤实施，其中第二热处理步骤或后一热处理步骤在220℃ 至280℃的温度范围实施。根据又另一个具体实施例，一步水解或作为两 步水解中的第二纤维素步骤的温度范围为200℃至370℃，例如，230℃ 至350℃的范围，例如，200℃至300℃，如220℃至280℃的范围。
另外，根据本发明的又另一个具体实施例，瞬时冷却在一个或若干个 步骤中与注入冷水或调温水组合，加或不加糖单体和低聚体。同样地，根 据本发明，淬灭可通过不同的手段实现，然而该方法中始终存在瞬时冷却。 根据本发明，整个淬灭循环可以很快。根据本发明，第一瞬时冷却步骤或 在一些情况下单个瞬时冷却步骤可以例如这样实施，使得在最多10秒内 达到淬灭后温度，例如，在最多2秒内达到。根据本发明，这还适用于与 注水步骤组合的这样一个步骤。然而，温度分布看起来如何当然很重要， 并且例如，如果一个温度分布中的温度下降非常迅速，此后缓缓接近目标 温度，则相比之下，所需和所用时间可能会相当长。
此外，可以顺序地在至少两个独立的反应器中进行液化，例如，其中 液相分离在每个反应器之后进行。此外，液化可以在连续的流动系统中进 行。除根据上文的分离外，本方法还可以涉及一个或多个清洗步骤，特别 是如果固体物质的含量相对较高。在这样一种情况下，从加工流中的固体 部分提取高水平的单体和低聚体可以具有重要意义。一个或多个清洗步骤 可以涉及使用添加了酸或没添加酸的水。清洗操作在下文中进一步提及。
另外，生物质原料的固体含量可以变化。根据一个实施例，热处理期 间，生物质原料的总固体含量范围为5％至90％。应该注意的是，本发明 涵盖处理各种各样的生物质原料，例如，固体含量水平相对较低的浆料， 以及例如，具有较高固体含量的相对致密的湿润的生物质原料。优选地， 热处理期间，生物质原料的总固体含量范围为10％至50％。
此外，根据本发明，可能的水热、稀酸水解可按一步或若干步实施。 根据一个具体实施例，水热、稀酸水解按至少两步实施，并且其中，在第 一步后，从固体残渣中分离溶解的水溶性化合物，以防止持续有害的降解。 例如，可过滤方法物料流以分离固液相以实施该操作。根据又另一个具体 实施例，水热、稀酸水解按至少两步实施，并且其中，通过用水清洗，从 水溶性化合物中洗掉第一步后的固体残渣，然后进行另外的液-水分离。这 可以看作是单相清洗，然而在两相中清洗也是可能的。因此，根据一个具 体实施例，瞬时冷却步骤之前是水热、稀酸水解，按一步或若干步作为热 处理而实施，并且其中，从水溶性化合物中洗掉固体残渣，然后以重复方 式进行另外的液-水分离。
此外，根据本发明的又另一个具体实施例，其中，瞬时冷却步骤之前 是水热、稀酸水解，按一步或若干步作为热处理而实施，并且其中，通过 在最后的清洗步骤中添加酸化水，从水溶性化合物中洗掉固体残渣。可以 在可能的第二反应器内的第二水解步骤之前，添加酸化水，以调整pH值。
此外，液化和水解的反应时间可以变化，但可以较短，如短于1分钟， 例如，1与45秒之间。
此外，该方法还可以包括去除不溶解材料，如所产生的固体木质素组 分或木质素衍生物组分或相关的其他这类组分。还提供了未反应的纤维素 的分离与回收或重复使用。
另外，该方法还可以包括用于防止、最小化或消除方法设备中粘性生 物质组分的堵塞和/或结垢的一个或多个步骤，如通过碱液冲洗整个方法设 备，作为液体溶液的生物质加工流的常规方法操作之间的唯一溶液，或被 直接添加到液体溶液中，用于溶解本身具粘性或否则的话可能变粘的生物 质组分。碱液的冲洗或添加后，这种碱液可以与生物质加工流溶液分开处 理。此外，碱液的冲洗或添加后，该碱液可以回收，用于进一步冲洗或添 加。该碱液可以是一种基于苛性碱液(氢氧化钠)或氨的液体。此外，还 可以添加一种氧化剂到碱液中。
在根据本发明的方法中使用的闪蒸罐和外部设备以及硬件可以具有不 同的设计。此外，它们的数量也可以不同。根据一个实施例，一个可能的 闪蒸罐具有至少一个用于产物溶液的入口和两个用于汽相和液相的出口。 典型地，闪蒸罐的液相需要几分钟的停留时间，以便允许液体沉降。如上 文所暗示，这类闪蒸罐可以串联或并联组合。
另外，由于视温度、酸性和停留时间可能出现持续的反应，闪蒸罐可 被视为次级反应器。这可能有益于一些类型的产物溶液，例如，如果这些 产物溶液由水溶性糖低聚体组成。然而，如果溶液主要由糖单体组成，并 且如果温度和pH值不适宜，几分钟的停留时间可以产生不想要的副产物。 减轻这个问题的一种方式可以是通过注入碱，例如如上所述的氢氧化钠 等，以提高pH。这将使闪蒸罐需要一个另外的入口。