[发明专利]通过微波使用选矿的原料制造的生物炭

说明书

技术领域

本发明一般涉及从含有机碳原料生产固体炭燃料。

背景技术

绝大多数燃料从有限的地下储备泵抽的原油蒸馏出或从煤开采得到。随着地球上 的原油供应变得更加困难而且收集很昂贵并且关于除清洁的无烟煤之外的煤的环境影响 的问题越来越多，全世界对能量的需求同时增长。在接下来的十年里，剩余的世界上容易得 到的原油储备和清洁的无烟煤储备的耗竭将导致从原油和煤获得燃料的成本显著增加。

发现可以有效地使生物质转化成燃料和适合于运输和/或加热的副产品的工艺的 研究是满足不断增长的对能量的需求的重要因素。另外，得到具有改善的效用的固体副产 品的工艺在需求上也日益增加。

生物质是含有植物细胞并且已经显示出作为燃料的经济来源的前景的可再生的 含有机碳原料。然而，这种原料通常含有过多的水和污染物，诸如水溶性盐，使其无法成为 诸如煤、石油或天然气的燃料的常见来源的经济替代物。

在历史上，经由传统的机械/化学工艺，植物将失去少量的小于25重量％的其水 分。并且，即使植物经过日晒或窑内干燥，保留于植物细胞中的天然和人造化学物质和水溶 性盐也在炉中组合形成腐蚀和破坏性釉。而且，剩余的水分降低原料的产热MMBTU/吨的能 量密度，由此限制了炉的效率。经由使用许多生物质材料的实验获得的数百年来的数据全 部支持以下结论：需要越来越大的能量增量来达成越来越小的堆积密度增量的改善。因此， 加工含有机碳原料，一类较广泛的包括含有植物细胞的材料的原料的城市废料设施一般以 花费市政资金的能量匮乏的方式操作。类似地，对于作为煤或石油的有效替代品的废料，加 工也包括在含有机碳原料的一般术语内的农业废料所需的能量在没有某种政府补贴下不 是商业的并且一般含有水或水溶性盐中的任一者或两者的不令人满意的水平。商业上成功 的以足够大的体积适当地制备这类原料的成本是昂贵的并且当前是不经济的。而且，商业 上适用的以足够的体积可用的适合的含植物细胞的原料一般具有在常规工艺下导致不利 的结垢和污染情况的水溶性盐含量。适合于生长足量的能量作物以取得经济意义的土地通 常在得到植物细胞中的高水溶性盐含量，即，通常在干燥的基础上超过4000mg/kg的地方发 现。

含有机碳原料已经尝试作为固体可再生燃料或煤替代品，但尚未在经济上可行， 因为其一般含有可以造成燃烧设备中的腐蚀、结垢以及成渣的水溶性盐，并且具有在很大 部分中由于保留的水分而使能量密度降至远低于煤的能量密度的高水含量。然而，仍然需 要经过加工的生物炭，因为如果其可以在其水和水溶性盐含量有更加实质性的降低的情况 下以成本有效的方式制造，那么其为固体燃料的清洁的可再生来源。

通过工艺得到的具有更加有益的特性的固体副产品是满足不断增长的对能量和 食品的需求的重要因素。本发明满足这些需要并且提供优于现有技术的各种优点。

发明内容

本发明的实施方案是针对一种来自可再生的未加工的含有机碳原料的组合物和 一种工艺。这种组合物是经过加工的生物炭组合物，一种固体可再生碳燃料，其特征包括至 少17MMBTU/吨(20GJ/MT)的能量密度、小于10wt％的水含量、在干燥的基础上从未加工的含 有机碳原料减少超过60wt％的水溶性盐、以及具有小于10％的孔隙大小变化的孔隙。这种 组合物是使用如下系统制造：这种系统被配置成使未加工的含有机碳原料使用选矿子系统 转化成经过加工的含有机碳原料，并且使用微波子系统转化成经过加工的生物炭。

制造固体可再生燃料组合物的工艺包括三个步骤。第一个步骤是向包括第一和第 二子系统的系统中输入包括自由水、胞间水、胞内水、胞内水溶性盐以及至少一些植物细胞 的未加工的含有机碳原料，这些植物细胞包含包括木质素、半纤维素、以及纤丝内的微纤丝 的细胞壁。第二个步骤是使未加工的含有机碳原料通过第一子系统，即选矿子系统工艺，以 得到具有小于20wt％的水含量和在干燥的基础上从未加工的含有机碳原料减少至少 60wt％的盐含量的经过加工的含有机碳原料。第三个步骤是使经过加工的含有机碳原料通 过第二子系统，即微波子系统工艺，以得到具有至少17MMBTU/吨(20GJ/MT)的能量密度、小 于10wt％的水含量、在干燥的基础上从未加工的含有机碳原料减少至少60wt％的水溶性盐 的固体可再生燃料组合物。