磨操作。
[0141] 区V的下游还可以提供新化学处理区680,用于引入化学添加剂，这可以最终通过 排出孔口 652去掉。
[0142] 当浆在大气压下离开时，轴向推力相当大地减少。这极大地促进了减速齿轮定位 在机器的2个末端处。以这种方式，对小齿轮直径的选择不存在限制，这允许驱动单元重量 较少地负荷。
[0143] 螺旋面可以容易且快速地改变，从而使得相同工厂可以容易地适合于执行各种处 理，仅通过具有可用的具有不同轮廓的螺旋面。
[0144] 影响螺杆挤压加工过程的后果的参数包括下述：飞行间隙、四面体间隙、日历 (calendar)间隙、侧面间隙、停留时间和热区温度(基于生物量的分解温度）。
[0145] 螺杆挤压机公开于例如美国专利号4,088,528、3,382,536、4,316,747、4,316,748 和3,917,507中，其完全公开内容通过引用合并入本文。
[0146] 进料制备
[0147] 在某些情况下，加工方法从原料的物理制备开始，例如原始原料材料的粉碎。物理 制备可以使用上文讨论的螺杆挤压加工过程执行。备选地，或在螺杆挤压之前或甚至在螺 杆挤压之后，如果粉碎是必需的，那么物理制备可以使用其他技术执行，例如通过切割、研 磨、剪切或剁碎。在某些情况下，松散原料(例如，再循环纸或柳枝稷)通过剪切或切碎进行 制备。筛子和/或磁体可以用于去除超尺寸或不希望有的物体，例如来自进料流的石头或钉 子。
[0148] 进料制备系统可以配置为产生具有特定特征的进料流，例如特定最大限度尺寸、 特定长度宽度、或特定表面积比。作为进料制备的部分，原料的堆密度可以是控制的（例如 增加的）。
[0149] 检座
[0150] 些实施方案中，待加工的材料以纤维材料的形式，所述纤维材料包括通过剪 切纤维来源提供的纤维。例如，剪切可以用旋转切割机进行。下文讨论了许多剪切步骤。这 些剪切步骤中的任何或所有可以由使用上文讨论的设备或其他合适的螺杆挤压设备的螺 杆挤压步骤替代。
[0151] 例如并且参考图2,例如在旋转切割机中剪切纤维来源210,以提供第一种纤维材 料212。使第一种纤维材料212经过具有1.59mm或更少（1/16英寸，0.0625英寸）的平均开口 尺寸的第一个筛子214,以提供第二种纤维材料216。需要时，纤维来源可以在剪切前例如用 切碎机进行切割。例如，当纸用作纤维来源时，纸可以首先使用切碎机切割成1/4-1/2英寸 宽的条，所述切碎机例如正反转螺旋切碎机，例如由Muns 〇n(Utica，N. Y.)制造的那些。作为 切碎的备选方法，纸可以通过使用切纸机切割成所需大小而减少尺寸。例如，切纸机可以用 于将纸切割成10英寸宽X 12英寸长的片。
[0152] 在某些实施方案中，同时执行纤维来源的剪切和所得到的第一种纤维材料经过第 一个筛子。剪切和通过也可以在分批型加工过程中执行。
[0153] 例如，旋转切割机可以用于同时剪切纤维来源且筛选第一种纤维材料。参考图3， 旋转切割机220包括漏斗222,其可以装载通过切碎的纤维来源制备的经切碎的纤维来源 224。经切碎的纤维来源在固定叶片230和旋转叶片232之间进行剪切，以提供第一种纤维材 料240。使第一种纤维材料240经过筛子242,并且所得到的第二种纤维材料244捕获在箱250 中。为了帮助收集第二种纤维材料，箱可以具有低于额定大气压的压力，例如低于额定大气 压至少10%、例如低于额定大气压至少25%、低于额定大气压至少50%、低于额定大气压至 少75%。在某些实施方案中，真空来源252用于使箱维持在额定大气压下。
[0154]剪切对于"打开"且"压紧"纤维材料可以是有利的，使得材料的纤维素对断链和/ 或结晶度减少更敏感。当被照射时，开放材料也可以对氧化更敏感。
[0155] 纤维来源可以以干燥状态、水合状态(例如，具有高达10重量％的吸收水）、或湿润 状态例如具有约10重量％-约75重量％的水进行剪切。纤维来源甚至可以在部分或全部没 入液体下时进行剪切，所述液体例如水、乙醇、异丙醇。
[0156] 纤维来源还可以在气体(例如除空气外的气体流或大气）例如氧或氮或蒸汽中进 行剪切。
[0157] 制备纤维材料的其他方法包括例如石研磨、机械撕开或撕裂、针研磨或空气碾磨。
[0158] 需要时，根据其长度、宽度、密度、材料类型或这些属性的某些组合，可以使纤维材 料例如连续或分批分成级分。例如，为了形成复合物，通常希望具有相对狭窄的纤维长度分 布。
[0159] 例如，通过使包括含铁材料的纤维材料经过磁体例如电磁体，并且随后使所得到 的纤维材料经过一系列筛子，每个筛子具有不同尺寸的孔，可以使含铁材料与纤维材料中 的任何分开。
[0160] 纤维材料还可以例如通过使用高速气体例如空气进行分离。在此类方法中，通过 提出不同级分使纤维材料分离，需要时，所述级分可以进行光学表征。此类分离仪器例如在 Lindsey等人，美国专利号6,883,667中进行讨论。
[0161 ]纤维材料可以紧在其制备后进行照射，或它们可以例如在约105 °C下干燥4-18小 时，从而使得在使用前含湿量例如小于约0.5%。
[0162] 需要时，木质素可以从包括木质素的纤维材料中的任何中去除。此外，为了帮助断 裂包括纤维素的材料，所述材料可以在照射前用热、化学药品（例如矿物酸、碱或强氧化剂 例如次氯酸钠)和/或酶进行处理。
[0163] 在某些实施方案中，第一个筛子的平均开口尺寸小于0.79mm(l/32英寸，0.03125 英寸），例如小于〇 · 51mm( 1/50英寸，0 · 02000英寸）、小于0 · 40mm( 1/64英寸，0 · 015625英寸）、 小于 0.23mm(0.009 英寸）、小于 0.20mm( 1/128 英寸，0.0078125 英寸）、小于 0.18mm(0.007 英 寸）、小于0.13mm(0.005英寸）、或甚至小于小于0.10mm(l/256英寸，0.00390625英寸）。筛子 通过使具有合适直径的单丝交织进行制备，以获得所需开口尺寸。例如，单丝可以由金属例 如不锈钢制成。随着开口尺寸变得更小，对于单丝的结构需求可以变得更大。例如，对于小 于0.40mm的开口尺寸，由除不锈钢外的材料制造的单丝制备筛子可以是有利的，所述材料 例如钛、钛合金、非晶态金属、镍、钨、铑、铼、陶瓷或玻璃。在某些实施方案中，由具有孔的板 例如金属板例如使用激光切割成板而制造筛子。在某些实施方案中，网目的开放区域小于 52%，例如小于41 %、小于36%、小于31 %、小于30%。
[0164] 在某些实施方案中，使第二种纤维剪切且经过第一个筛子，或不同尺寸的筛子。在 某些实施方案中，使第二种纤维材料经过其平均开口尺寸等于或小于第一个筛子的那种的 第二个筛子。
[0165] 参考图4,通过剪切第二种纤维材料216且使所得到的材料经过具有小于第一个筛 子214的平均开口尺寸的第二个筛子222,可以由第二种纤维材料216制备第三种纤维材料 220〇
[0166] -般地，纤维材料的纤维可以具有相对大的平均长度直径比（例如大于20比1)，即 使它们已剪切超过一次。此外，本文描述的纤维材料的纤维可以具有相对窄的长度和/或长 度直径比分布。
[0167] 如本文使用的，平均纤维宽度（即直径)是通过随机选择约5,000根纤维在光学上 测定的那些。平均纤维长度是校正长度-加权长度。BET (Brunauer，Emmet和Teller)表面积 是多点表面积，并且多孔性是通过水银孔率法测定的那些。
[0168] 第二种纤维材料14的平均长度直径比可以例如大于8/1、例如大于10/1、大于15/ 1、大于20/1、大于25/1或大于50/1。第二种纤维材料14的平均长度可以是例如约0.5mm-2.5mm、例如约0.75mm-l. 0mm，并且第二种纤维材料14的平均宽度(例如直径)可以是例如约 5ym-50ym，例如约 10ym-30ym。
[0169] 在某些实施方案中，第二种纤维材料14的长度标准差小于第二种纤维材料14的平 均长度的60%，例如小于平均长度的50%、小于平均长度的40%、小于平均长度的25%、小 于平均长度的10%、小于平均长度的5%、或甚至小于平均长度的1 %。
[0170] 在某些实施方案中，第二种纤维材料的BET表面积大于0.1m2/g，例如大于0.25m2/ 区、大于〇.5111 2/^、大于1.〇1112/^、大于1.51112/^、大于1.75111 2/^、大于5.〇1112/^、大于1〇1112/^、大于 25m 2/g、大于 35m2/g、大于 50m2/g、大于 60m2/g、大于 75m2/g、大于 100m2/g、大于 150m2/g、大于 200m2/g、或甚至大于250m2/g。第二种纤维材料14的多孔性可以是例如大于20%、大于25%、 大于35%、大于50%、大于60%、大于70%、例如大于80%、大于85%、大于90%、大于92%、 大于94%、大于95%、大于97.5%、大于99%、或甚至大于99.5%。
[0171] 在某些实施方案中，第一种纤维材料的平均长度直径比与第一种纤维材料的平均 长度直径比的比是例如小于1.5,例如小于1.4、小于1.25、小于1.1、小于1.075、小于1.05、 小于1.025、或甚至基本上等于1。
[0172] 在具体实施方案中，第二种纤维材料再次进行剪切，并且使所得到的纤维材料经 过具有小于第一个筛子的平均开口尺寸的第二个筛子，以提供第三种纤维材料。在此类情 况下，第二种纤维材料的平均长度直径比与第三种纤维材料的平均长度直径比的比可以是 例如小于1.5,例如小于1.4、小于1.25、或甚至小于1. 1。
[0173]在某些实施方案中，使第三种纤维材料经过第三个筛子，以产生第四种纤维材料。 第四种纤维材料可以例如经过第四个筛子，以产生第五种材料。相似筛选加工过程可以根 据需要重复多次，以产生具有所需性质的所需纤维材料。
[0174] 致密化
[0175] 致密化材料可以通过本文描述的任何方法进行加工。
[0176] 具有低堆密度例如0.05g/cm3或更少的堆密度的材料例如纤维材料可以致密化为 具有较高堆密度的产物。
[0177] 例如，上文讨论的螺杆挤压加工过程可以用于使纤维材料致密化，例如使用如上 文螺杆挤压节段中讨论的制动区。
[0178] 备选地，材料组合物可以使用其他技术进行致密化，例如将纤维材料密封在相对 气体不透性结构中，例如由聚乙烯制成的袋或由聚乙烯和尼龙的交替层制成的袋，并且随 后使陷入的气体例如空气从结构中排出。
[0179] 在致密化后，纤维材料可以具有例如大于0.3g/cm3的堆密度，例如0.5g/cm3、0.6g/ cm 3、0.7g/cm3或更多，例如0.85g/cm3。在致密化后，产物可以通过本文描述的方法中的任何 进行加工，例如用γ辐射照射。当希望将材料转运到另一个场所例如遥远的制造工厂时，这 可以是有利的，其中纤维材料组合物可以加入溶液中，例如以产生乙醇。
[0180] 在使用抽真空袋的致密化的情况下，在使基本上气体不透性结构刺穿后，致密化 纤维材料可以恢复接近其最初堆密度，例如至其最初堆密度的超过60%，例如其最初堆密 度的70 %、80 %、85 %或更多，例如95 %。为了减少纤维材料中的静电，可以将抗静电剂加入 材料中。
[0181 ]在某些实施方案中，基本上气体不透性结构例如袋由在液体例如水中溶解的材料 形成。例如，结构可以由聚乙烯醇形成，从而使得它在与基于水的系统接触时溶解。此类实 施方案允许将致密化结构直接加入包括微生物的溶液中，而无需首先通过切割释放结构的 内容物。
[0182] 参考图5,在其他实现中，生物量材料可以与任何所需添加剂和粘合剂相组合，并 且随后通过应用压力进行致密化，例如通过使材料经过在正反转压力辊之间限定的夹或通 过使材料经过制丸磨。在压力应用加工过程中，可以任选应用热以帮助纤维材料的致密化。 致密化材料随后可以进行照射。
[0183] 在某些实施方案中，在致密化前，材料具有小于0.25g/cm3的堆密度，例如0.20g/ cm3、0· 15g/cm3、0· 10g/cm3、0·05g/cm3或更少，例如Ο·025g/cm3。堆密度使用ASTM D1895B进 行测定。简言之，测量堆密度的ASTM方法涉及用样品填充具有已知体积的量筒，并且获得样 品的重量。通过用以克表示的样品重量除以以立方公分表示的圆筒的已知体积来计算堆密 度。
[0184] 致密化的纤维材料可以在制丸磨中进行制备。在某些情况下，在螺杆挤压前执行 制粒，例如以使得材料更容易供应到螺杆挤压机内，并且从而增加流通量。参考图6,制丸磨 300具有用于容纳未致密化的材料310的漏斗301，所述未致密化的材料310包括含碳水化合 物的材料例如纤维素。漏斗与螺旋输送机312相通，所述螺旋输送机312由变速电动机314驱 动，从而使得未致密化的材料可以转运给调节器320,所述调节器320用桨322搅拌未致密化 的材料，所述桨322通过调节电动机330旋转。其他成分例如本文描述的添加剂和/或填充剂 中的任何可以在进口 332处加入。需要时，在纤维材料在调节器中时可以加入热。在调节后， 使材料从调节器经过倾卸斜道340并且到另一个螺旋输送机342。如受传动装置344控制的 倾卸斜道允许材料从调节器到螺旋输送机的无阻挡通过。螺旋输送机通过电动机346旋转， 并且控制纤维材料注入压模和乳辊组件350内。具体地，将材料引入空心的圆柱状压模352 内，其围绕水平轴旋转并且具有放射延伸的模孔250。压模352通过电动机360围绕轴旋转， 所述电动机360包括马力计量器，指示通过电动机消耗的总功率。例如以丸剂形式的致密化 材料370从斜道372落下，并且被捕获且例如通过照射进行加工。
[0185] 在致密化后，材料可以方便地以具有各种形状的丸剂或碎片的形式。丸剂随后可 以进行照射。在某些实施方案中，丸剂或碎片在形状中可以是圆柱状的，例如具有例如1_ 或更多的最大限度横向维度，例如2mm、3mm、5mm、8mm、10mm、15mm或更多，例如25mm。用于制 备复合物的另一种方便的形状包括在形式中为板状的丸剂或碎片，例如具有1mm或更多的 厚度，例如2mm、3mm、5mm、8mm、1 Omm或更多，例如25mm;例如5mm或更多的宽度，例如1 Omm、 15mm、2 5mm、3 Omm或更多，例如5 Omm;和5mm或更多的长度，例如1 Omm、15mm、2 5mm、3 Omm或更 多，例如50mm。
[0186] 现在参考图7A-7D，可以这样制备丸剂，从而使得它们具有空心内径。如所示的，空 心一般可以与丸剂的中心一致（图7B)，或与丸剂的中心不一致（图7C)。制备丸剂空心内径 可以增加在照射后在液体中的溶解速率。
[0187] 现在参考图7D，丸剂可以具有例如多叶形的横向形状，例如如所示的三叶形、或四 叶形、五叶形、六叶形或十叶形。制备以此类横向形状的丸剂也可以增加在照射后在液体中 的溶解速率。
[0188] 分子结构改变处理
[0189] 物理上制备的原料可以进行处理用于在初级生产加工过程中使用，通过例如减少 不顺应水平、减少原料的平均分子量和结晶度，和/或增加原料的表面积和/或多孔性。处理 加工过程可以包括照射、超声处理、氧化、热解、蒸汽爆炸和螺杆挤压中的一种或多种，例如 螺杆挤压连同沿着挤压筒的酸注入。各种预处理系统和方法可以以这些技术中的2、3或甚 至4种的组合使用。需要时，在原料经过螺杆挤压机的同时，可以执行这些技术中的一种或 多种。例如，原料可以在挤压机的一个区中进行照射，并且蒸汽可以在压力下注入挤压机的 另一个区内。在超声处理的情况下，将在螺杆挤压机内提供能量传输介质例如水。
[0190] 处理组合
[0191] 在某些实施方案中，生物量可以通过应用本文描述的加工过程中的任何的2种或 更多种进行加工，例如辐射、超声处理、氧化、热解和蒸汽爆炸中的2种或更多种，连同或不 连同如本文所述的先前、中间或后续原料制备。加工过程可以以任何次序(或同时)应用于 生物量，例如纤维素和/或木质纤维素材料。在其他实施方案中，包括碳水化合物的材料可 以通过应用本文描述的任何加工过程中的3、4种或更多种（以任何次序或同时)进行制备。 例如，碳水化合物可以通过对纤维素和/或木质纤维素材料应用辐射、超声处理、氧化、热解 和任选地蒸汽爆炸（以任何次序或同时)进行制备。所提供的含碳水化合物的材料随后可以 通过一种或多种微生物转变成许多所需产物，所述微生物例如细菌、酵母或酵母和细菌的 混合物，如本文描述的。多重加工过程可以提供可以更容易由各种微生物利用的材料，由于 其较低的分子量、较低的结晶度和/或增强的可溶性。多重加工过程可以提供协同作用，并 且可以减少与任何单个加工过程比较所需的总能量输入。
[0192] 例如，在某些实施方案中，提供了包括通过这样的加工过程产生的碳水化合物的 原料，所述加工过程包括使纤维素和/或木质纤维素材料照射和超声处理（以任一次序或同 时）、包括使纤维素和/或木质纤维素材料照射和氧化（以任一次序或同时）、包括使纤维素 和/或木质纤维素材料照射和热解（以任一次序或同时）、包括使纤维素和/或木质纤维素材 料照射和热解（以任一次序或同时)或包括使纤维素和/或木质纤维素材料照射和蒸汽爆炸 (以任一次序或同时）。所提供的原料随后可以与微生物相接触，所述微生物具有将至少部 分例如至少约1重量％的原料转变成产物例如易燃燃料的能力，如本文描述的。
[0193] 在某些实施方案中，该加工过程不包括例如用酸或碱使纤维素和/或木质纤维素 材料水解，所述酸例如矿物酸，例如盐酸或硫酸。
[0194] 需要时，生物量中的一些或无一可以包括经水解的材料。例如，在某些实施方案 中，至少约70重量％的生物量是未经水解的材料，例如至少约95重量％的原料是未经水解 的材料。在某些实施方案中，基本上所有生物量是未经水解的材料。
[0195] 任何原料或装有原料的任何反应器或发酵罐可以包括缓冲剂，例如碳酸氢钠、氯 化铵或Tris;电解质，例如氯化钾、氯化钠或氯化钙;生长因子，例如生物素和/或碱基对例 如尿嘧啶或其等价物;表面活性剂，例如或聚乙二醇;矿物质，例如钙、铬、铜、碘、 铁、硒或锌;或螯合剂，例如乙二胺、乙二胺四乙酸(EDTA)(或其盐形式，例如钠或钾EDTA)或 ^疏基丙醇。
[0196] 当利用辐射时，它可以应用于干燥或湿润或甚至在液体例如水中分配的任何样 品。例如，照射可以对这样的纤维素和/或木质纤维素材料执行，其中小于约25重量％的纤 维素和/或木质纤维素材料具有由液体例如水润湿的表面。在某些实施方案中，照射对这样 的纤维素和/或木质纤维素材料执行，其中基本上无一纤维素和/或木质纤维素材料由液体 例如水润湿。
[0197] 在某些实施方案中，本文描述的任何加工在纤维素和/或木质纤维素材料根据需 要保持干燥或已例如使用热和/或减压干燥后发生。例如，在某些实施方案中，在25°C下和 在50%相对湿度下测量，纤维素和/或木质纤维素材料具有小于约5重量％的保留水。
[0198] 需要时，如本文定义的膨胀剂可以用于本文描述的任何加工过程中。在某些实施 方案中，当纤维素和/或木质纤维素材料使用辐射进行加工时，小于约25重量％的纤维素 和/或木质纤维素材料处于膨胀状态中，膨胀状态的特征在于具有比未膨胀状态高超过约 2.5%的体积，例如比未膨胀状态高超过5.0、7.5、10或15%。在某些实施方案中，当辐射在 纤维素和/或木质纤维素材料上利用时，基本上无一纤维素和/或木质纤维素材料处于膨胀 状态中。
[0199] 在利用辐射的特定实施方案中，纤维素和/或木质纤维素材料包括膨胀剂，并且膨 胀的纤维素和/或木质纤维素接受小于约lOMrad的剂量。
[0200] 当辐射用于任何加工过程中时，它可以在纤维素和/或木质纤维素暴露于空气、富 氧空气、或甚至氧本身时应用，或被惰性气体例如氮、氩或氦覆盖。当需要最大限度氧化时， 利用氧化环境，例如空气或氧。
[0201] 当利用辐射时，它可以在大于约2.5个大气压的压力下应用于生物量例如纤维素 和/或木质纤维素，例如大于5、10、15、20或甚至大于约50个大气压。
[0202] 在特定实施方案中，该加工过程包括照射和超声处理，并且照射在超声处理前。在 其他特定实施方案中，超声处理在照射前，或照射和超声处理同时发生。
[0203] 在某些实施方案中，该加工过程包括照射和超声处理（以任一次序或同时），并且 进一步包括氧化、热解或蒸汽爆炸。
[0204]当加工过程包括辐射时，利用电离辐射例如γ射线、X射线、高能紫外线辐射例如 具有约l〇〇nm-约280nm波长的紫外线C福射，粒子束例如电子、慢中子或α粒子束，可以执行 照射。在某些实施方案中，照射包括2个或更多个辐射源，例如γ射线和电子束，这可以以任 何次序或同时应用。
[0205] 在特定实施方案中，可以在约15kHz-约25kHz，例如约18kHz-22kHz的频率下执行 超声处理，利用1KW或更大的悬臂，例如2、3、4、5或甚至10KW悬臂。