[发明专利]用于木质纤维素材料烘焙的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年8月17日提交的US第61/374,412号的优先权，在此其通过引用被并入本申请。

技术领域

本发明一般涉及用于例如木材和其它生物质的木质纤维素材料烘焙的系统和方法，并且尤其涉及用于这种材料烘焙的加压反应器容器。

背景技术

烘焙能够被用于将例如木材的生物质转换成相对于所输入生物质具有提升的能量密度的高效燃料。例如，木材通常包含半纤维素、纤维素和木质素。烘焙将水分和低重量有机挥发成分从木材中去除。烘焙还可以使生物质的半纤维素部分的长多聚糖链解聚，并且产生具有提升的能量密度(根据质量基准)和改进的易磨性的疏水固态可燃性燃料产品。烘焙将生物质的化学结构转变成适合在燃煤设施中燃烧的形式。经烘焙的木材或生物质具有类似于低级煤的特性并且其能够被压缩为高品位燃料芯块。

烘焙指的是生物质的热处理，其通常在200摄氏度(℃)至400℃的相对低温下，在无氧空气(在此被称为“惰性空气”)中进行。在相关美国临时专利申请序号为61/235,114号的申请中描述了烘焙工艺，其整体通过引用被并入本申请。

具有多个托盘的未加压反应器容器被用于烘焙，正如在美国专利申请公开2010/0083530(′530申请)中所描述的。′530申请陈述到烘焙应该在大气压力下运行的反应器容器中执行。通过陈述在大气压力下运行容器是有利的，′530申请给出容器不应该在高于大气压力下运行的启示。见′530申请，第0061段。

具有多个托盘的加压反应器容器在纸浆厂中被用于通过氧化对纸浆脱木素。在美国专利3,742,735(′735专利)和3,660,225(′225专利)中公开了具有多个托盘的制浆反应器容器的示例。多托盘容器允许纸浆像瀑布般倾泻地通过反应器中的垂直布置托盘。托盘允许纸浆不连续地分次地通过容器向下像瀑布般倾泻。在制浆反应器中的富氧环境促进了纸浆的去木质作用和漂白。′735专利和′225专利不建议使用制浆反应器容器用于木材或其它生物质材料的烘焙。

发明内容

未加压反应器容器的难点在于大气压力下气体的低质量。气体将热转移至生物质的能力是与气体质量成比例的。其质量越大，气体就能够加热生物质越快。因为需要大体积气体来加热生物质，在大气压力下用气体加热生物质需要大的容器。

在大气压力下的气体质量实质上小于在诸如高于20bar计量(290psig)的充实压力下的气体质量。在充实压力下将生物质加热至特定温度所需的气体体积远小于加热生物质所需的大气气体的体积。同类似的但未加压的容器相比，可以利用小的加压容器来加热生物质。

加压反应器容器需要密封条和其它设备来使在容器中的气体和材料保持在压力下。类似地，在加压容器的进口处或用于加压容器的供给系统中需要压力转移装置来给正在供给到容器的材料加压。进一步，加压反应器容器需要加压气体和用于加压气体的导管。

已经构思了用于生物质烘焙的一种新颖的反应器容器，其具有垂直堆叠的托盘，用于在充实压力下使用惰性热气体干燥和加热生物质。该容器远小于在大气压力下用于执行烘焙的反应容器。惰性加压气体可以穿过容器并穿过重新加热气体的加压导管而循环。

一种使用具有堆叠托盘(42，74，102，104)的烘焙反应器容器(10，70，100)对木质纤维素生物质进行烘焙的方法，该方法包括：连续供给生物质到烘焙反应器容器进口(14)以使生物质材料放置在反应器内垂直堆叠的多个托盘中的上部托盘上；当生物质移动穿过每个托盘的上部表面时，使用喷射入容器中的气体(18)加热并干燥生物质材料，其中所述气体基本不对生物质具有氧化作用，并处于至少20bar计量的压力和至少200℃的温度下；通过使生物质通过每个托盘中的开口(46)而使生物质像瀑布一样向下倾泻穿过托盘(42，74，102，104)从而使生物质在下部托盘上沉积；从烘焙反应器容器的下部出口(16，81，116)排出经烘焙的生物质，并且从反应器容器的下部高度向反应器容器的上部区域(15)循环提取的气体(30，31，24，64，76，77，78，79)。

所述气体可以是过热蒸气、氮气或者二氧化碳。在被供给到容器之前，可以使用压力转移装置对生物质加压。上部托盘可以是网、筛或者具有穿孔，并且生物质的加热和干燥包括使气体通过生物质和托盘。在上部托盘下方的托盘可以是实心的以使得气体不通过托盘。所述气体可以与托盘组的下部托盘相邻。