[发明专利]用于高效烘焙生物质的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物质烘焙（torrefaction of biomass）领域。具体说，涉及用于高效烘焙生物质的方法和装置。

背景技术

为了能与化石燃料能量载体（例如煤、油和天然气）竞争和将其替换，木质纤维生物质从一些形式的预处理方法获益以克服固有的缺陷。预处理方法烘焙已经显示为可以改善生物质燃料性质，例如能量密度、水含量和研磨性、供给和疏水性能[1-4]。这些改善使得能建立作为关键工序的烘焙过程，以有助于生物质原始材料扩大市场。烘焙是一种热预处理方法，其通常在基本上惰性(无氧气)的环境下在约220-600℃的温度处发生。在处理过程期间，除了被烘焙生物质外，包括不同有机物的易燃气体从生物质原料产生。

从木质纤维生物质制造烘焙材料的过程可包括四个阶段：

1)干燥步骤，其中生物质中含有的自由水被去除；

2)加热步骤，其中物理结合的水被释放且材料的温度被提高到期望的烘焙温度；

3)烘焙阶段，其中材料实际被烘焙，且其在材料温度达到约220℃-230℃时开始。在该阶段期间，生物质被部分地分解且释放不同类型的挥发物，例如羟基丙酮、甲醇、丙醛、短链羧酸等。具体说，烘焙阶段特征在于在220℃-230℃的温度下半纤维素分解，且在更高的烘焙温度下纤维素和木质素也开始分解且释放挥发物；纤维素在305-375℃的温度下分解且木质素逐渐在250-500℃温度范围内分解；

4)冷却步骤，终止工序，且有助于操作。烘焙处理在材料冷却到220℃-230℃以下时终止

发明内容

在工业规模的烘焙过程中，简单、鲁棒且能量高效的烘焙装置提供主要竞争优势。

由此，本发明提供用于烘焙生物质的新的方法和新的系统。

在一个方面，本发明涉及对可选地经预干燥的生物质的烘焙，包括步骤：

a)将可选地被预干燥的生物质在至少一个加热区域加热，从而生物质的温度达到烘焙温度范围；和

b)在烘焙区域中通过将温度保持在烘焙温度范围内而将从步骤a)而来的被加热生物质烘焙，其中从步骤a)而来的被加热生物质在烘焙区域的顶部被供应到烘焙区域，且烘焙材料在烘焙区域的底部从烘焙区域取出，从而生物质通过重力向下运动通过烘焙区域。

在另一方面，本发明涉及用于烘焙生物质的系统，包括：

第一区域，用于对可选地被预干燥的生物质加热；和

绝热的第二区域，用于烘焙被加热的生物质，所述第二区域具有连接到第一区域出口的入口，

一器件，用于取出设置在第二区域底部的烘焙生物质，从而生物质可通过重力向下运动通过第二区域。

其中，用于加热的器件设置在第一区域，而不是设置在第二区域。

附图说明

图1显示了用于烘焙生物质的系统。

图2显示了图1公开的烘焙装置随时间的典型温度变化。

图3显示了图1公开的烘焙装置随时间的典型温度变化。

具体实施方式

定义

烘焙：

一种预处理，其中生物质在基本惰性的(氧气减少或无氧气)的环境下被加热到高于220℃但是低于600℃的温度，以生产烘焙生物质和包括易燃气体的烘焙气体。供应到根据本发明实施例的烘焙反应的氧气以这样的方式和/或这样的量供应，其使得在很大程度上其不与生物质反应。代替地，这样的氧气与烘焙气体反应。在烘焙阶段，生物质的一部分，具体说是半纤维素，分解且给出不同类型的有机挥发物。在以原始、湿的生物质开始的烘焙处理中，实际的烘焙阶段以干燥阶段和加热阶段开始，在干燥阶段中生物质中含有的自由水被去除，且在加热阶段中将生物质加热到期望的烘焙温度。

加热区域：

烘焙反应器中容纳室（compartment）的具体区域，相对于烘焙反应器的生物质入口位于烘焙区域上游，包括用于具体调节所述具体区域中温度的器件，且其中生物质的温度在烘焙之前被增加到接近期望的烘焙温度的温度。

烘焙区域：

烘焙反应器中容纳室的具体区域，相对于烘焙反应器的生物质入口位于加热区域下游，包括用于具体调节所述具体区域中温度的器件，且其中预先被加热的生物质的温度基本被保持恒定在期望的烘焙温度达到期望的烘焙时间，其中期望的烘焙温度为220℃到600℃的范围。

干燥区域：