在氣化前使用蒸汽爆破法的生物質(zhì)預(yù)處理的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)涉及包括蒸汽爆破處理單元和生物質(zhì)氣化器的集成設(shè)備，用于由生物質(zhì)生成合成氣。蒸汽爆破處理單元將熱、壓力和水分的組合施加于生物質(zhì)，從而將生物質(zhì)制成濕的細(xì)顆粒形式。蒸汽爆破處理單元利用高壓蒸汽對(duì)生物質(zhì)內(nèi)存在的任何氣體和液體進(jìn)行加熱和加壓，通過(guò)水分含量增加的生物質(zhì)快速減壓而從內(nèi)部爆開(kāi)生物質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)。隨后將產(chǎn)生的那些生物質(zhì)的濕的細(xì)顆粒供給至生物質(zhì)氣化器的給料部分，生物質(zhì)氣化器使生物質(zhì)顆粒發(fā)生生物質(zhì)快速氣化反應(yīng)以產(chǎn)生合成氣組分。
【專(zhuān)利說(shuō)明】在氣化前使用蒸汽爆破法的生物質(zhì)預(yù)處理
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求于2012年6月22日作為部分繼續(xù)申請(qǐng)?zhí)峤坏?、名?在氣化前使用蒸 汽爆破法的生物質(zhì)預(yù)處理（Pretreatment of Biomass Using Steam Explosion Methods Before Gasification) "的第13/531，318號(hào)美國(guó)非臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益。根據(jù)《美 國(guó)法典》第35編第119節(jié)，本申請(qǐng)還要求于2013年5月14日提交的、名為"在氣化前使用 蒸汽爆破法的生物質(zhì)預(yù)處理（Pretreatment of Biomass Using Steam Explosion Methods Before Gasification) "的第61/823, 360號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本申請(qǐng)一般地涉及使用蒸汽爆破法對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行處理以作為氣化或燃燒前的預(yù) 處理。在一個(gè)實(shí)施方式中，本申請(qǐng)具體涉及這樣的集成設(shè)備，其使用生物質(zhì)從生物質(zhì)生產(chǎn)液 體燃料，或?qū)⑸镔|(zhì)轉(zhuǎn)化為致密形式以便于經(jīng)濟(jì)地運(yùn)輸至用于進(jìn)一步加工成液體燃料、熱 力/電力、動(dòng)物飼料、褥草或化學(xué)品的設(shè)施。

【背景技術(shù)】
[0004] 該技術(shù)起初是為用干木片制作中密度纖維板而構(gòu)想的。其他工藝要求研磨木片、 干燥木片、再研磨木片、潤(rùn)濕纖維、纖維致密化以及隨后的木片致密化（比如以顆粒的形 式）等多個(gè)步驟。這些工藝復(fù)雜、成本高并且需要大量能源。一些其他典型工藝需要干燥 生物質(zhì)碎片，然后將生物質(zhì)碎片研磨到非常小的尺寸，之后傳送至加熱/處理單元。這種干 燥和研磨消耗大量能源和資金成本。這些工藝產(chǎn)生的細(xì)小纖維是蒸汽爆破處理（SEP)產(chǎn)生 的細(xì)顆粒尺寸的許多倍。
[0005] 發(fā)明概述
[0006] 本發(fā)明涉及包括蒸汽爆破單元和生物質(zhì)氣化器的集成設(shè)備，其用于由生物質(zhì)生成 合成氣。蒸汽爆破單元將熱、壓力和水分的組合施加于生物質(zhì)，以將生物質(zhì)制成濕的細(xì)顆粒 形式。蒸汽爆破單元施加高壓蒸汽加熱并加壓生物質(zhì)內(nèi)存在的任何氣體和液體，通過(guò)將水 分含量增加的生物質(zhì)快速減壓，從內(nèi)部爆開(kāi)生物質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)。隨后將產(chǎn)生的生物質(zhì)的濕 的細(xì)顆粒供給至生物質(zhì)氣化器的給料部分，生物質(zhì)氣化器使生物質(zhì)顆粒發(fā)生生物質(zhì)快速氣 化反應(yīng)以產(chǎn)生合成氣組分。可選地，可以將濕的細(xì)顆粒處理為致密形式（如小球），以易于 經(jīng)濟(jì)地運(yùn)輸至用于進(jìn)一步處理為液體燃料、熱力/電力、動(dòng)物飼料、褥草或化學(xué)品的設(shè)施。
[0007] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0008] 以下多個(gè)圖示涉及本申請(qǐng)的示例實(shí)施方式。
[0009] 圖IA和IB示出了蒸汽爆破單元的實(shí)施方式的流程示意圖，蒸汽爆破單元具有接 收作為原料的生物質(zhì)的輸入腔、兩個(gè)或更多蒸汽供應(yīng)輸入部以及兩個(gè)或更多工作站以預(yù)處 理生物質(zhì)，用于隨后供應(yīng)至生物質(zhì)氣化器。
[0010] 圖2示出了蒸汽爆破單元的實(shí)施方式的流程示意圖，蒸汽爆破單元具有蒸汽爆破 工作站，蒸汽爆破工作站將生物質(zhì)細(xì)顆粒供應(yīng)至干燥器、烘焙?jiǎn)卧⒅旅芑瘑卧?、生物質(zhì)氣 化器或催化轉(zhuǎn)化器。
[0011] 圖3-1至3-5示出了用于示例性生物質(zhì)氣化器的可選配置。
[0012] 圖3A和3B示出了集成設(shè)備流程圖的實(shí)施方式，集成設(shè)備用于由生物質(zhì)生成合成 氣，并由合成氣生成液體燃料產(chǎn)品，或?qū)⑸镔|(zhì)生成為致密形式。
[0013] 圖4A至4C示出了不同水平放大的示例性生物質(zhì)碎片，示例性生物質(zhì)碎片具有由 木質(zhì)素環(huán)繞并結(jié)合在一起的纖維素纖維的纖維束。
[0014] 圖4D示出了爆破為生物質(zhì)細(xì)顆粒的示例性生物質(zhì)碎片。
[0015] 圖4E示出了具有綻裂或部分分離為單根纖維的纖維束的生物質(zhì)碎片。
[0016] 圖5示出了輻射熱化學(xué)反應(yīng)器的實(shí)施方式的流程圖，該反應(yīng)器配置為生成包括合 成氣產(chǎn)品的化學(xué)產(chǎn)品。
[0017] 附圖示出了本申請(qǐng)的更多方面和實(shí)施方式。
[0018] 盡管以各種修改和替代方案描述了本申請(qǐng)，但其【具體實(shí)施方式】已經(jīng)通過(guò)圖示中示 例的方式被示出，并且會(huì)在本文中詳細(xì)描述。本申請(qǐng)應(yīng)理解為不限于所公開(kāi)的特定形式，相 反地，本發(fā)明意圖覆蓋落入本申請(qǐng)的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的所有修改、等同方案和替代方案。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 在下文的描述中，為了透徹理解本申請(qǐng)，闡述了大量具體細(xì)節(jié)，例如具體化學(xué)品、 命名的組件、連接方式、熱源類(lèi)型等。然而，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員而言很清楚的是，即使 沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)，本領(lǐng)域技術(shù)人員也能夠?qū)嵤┍旧暾?qǐng)。在其他情況下，沒(méi)有對(duì)公知的組件 或方法進(jìn)行詳細(xì)描述而是將其列在框圖中，以避免對(duì)本申請(qǐng)?jiān)斐刹槐匾哪：Ｒ虼?，具體 細(xì)節(jié)的闡述只是示例性的。具體細(xì)節(jié)可進(jìn)行改變而仍落入本申請(qǐng)的實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)。
[0020] 一般而言，本文描述了多種用于生物質(zhì)預(yù)處理的示例工藝和與其有關(guān)的設(shè)備。下 面的附圖和文字描述了用于使用生物質(zhì)預(yù)處理的集成設(shè)備的多個(gè)示例性實(shí)施方式。在一個(gè) 實(shí)施方式中，集成設(shè)備至少包括蒸汽爆破單元和生物質(zhì)氣化器以由生物質(zhì)生成合成氣。蒸 汽爆破單元可具有接收作為原料的生物質(zhì)的輸入腔、一個(gè)或多個(gè)蒸汽供應(yīng)輸入部以及兩個(gè) 或更多的工作站來(lái)預(yù)處理生物質(zhì)以隨后供給至生物質(zhì)氣化器。這些工作站對(duì)生物質(zhì)施加 熱、壓力、水分的組合，以將生物質(zhì)制成濕的細(xì)顆粒形式。通過(guò)施加來(lái)自第一蒸汽供應(yīng)輸入 部的蒸汽來(lái)起始降解來(lái)自生物質(zhì)的纖維素纖維的木質(zhì)素與半纖維素之間的鍵，蒸汽爆破處 理至少部分地分解了接收的生物質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)，并增加了接收的生物質(zhì)的水分含量。在最 后的工作站，施加來(lái)自第二蒸汽供應(yīng)輸入部的至少十倍于大氣壓力的蒸汽用于加熱并加壓 生物質(zhì)內(nèi)存在的任何氣體和液體，通過(guò)水分含量增加并且鍵降解的生物質(zhì)的快速減壓而從 內(nèi)部爆開(kāi)接收的生物質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)。由這些工作站制成的濕的細(xì)顆粒形式生物質(zhì)的平均尺 寸為厚度小于70微米，長(zhǎng)度小于500微米。隨后將產(chǎn)生的生物質(zhì)的濕細(xì)顆粒供給至生物質(zhì) 氣化器的給料部分。生物質(zhì)氣化器具有配置用于使這些濕的細(xì)顆粒形式的生物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng) 的反應(yīng)容器，這些濕的細(xì)顆粒形式由于通過(guò)蒸汽爆破單元爆開(kāi)而具有增大的表面積和減小 的顆粒大小。生物質(zhì)氣化器具有第三蒸汽供應(yīng)輸入部和一個(gè)或多個(gè)加熱器，在蒸汽的存在 下，細(xì)顆粒形式的生物質(zhì)在大于0. 1秒的駐留時(shí)間內(nèi)在反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行快速生物質(zhì)氣化反 應(yīng)，至少生成包括氫氣（H2)和一氧化碳（CO)的合成氣組分。
[0021] 可能的生物質(zhì)氣化器的實(shí)施方式具有高溫蒸汽供應(yīng)輸入部和一個(gè)或多個(gè)加熱器， 例如燃?xì)馊紵骰蚧責(zé)峒訜崞?。在蒸汽的存在下，通過(guò)蒸汽爆破單元分解的生物質(zhì)細(xì)顆粒 在不足1秒的生物質(zhì)氣化器駐留時(shí)間內(nèi)、在反應(yīng)容器內(nèi)、以超過(guò)700攝氏度的溫度進(jìn)行快速 生物質(zhì)氣化反應(yīng)，而生成包括氫氣（H2)和一氧化碳（CO)的合成氣組分，合成氣組分被供給 至甲醇（CH30H)合成反應(yīng)器。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，下面在本說(shuō)明文件中討論的多個(gè)設(shè) 計(jì)的部分和觀點(diǎn)可用作單獨(dú)的概念或彼此互相結(jié)合。
[0022] 一個(gè)或多個(gè)蒸汽供應(yīng)輸入部可包括由一個(gè)或多個(gè)旋流器單元回收的循環(huán)污水產(chǎn) 生的低壓蒸汽。例如，本文中描述的實(shí)施方式包括從旋流器單元汲取排出氣體并將排出氣 體供給至生物質(zhì)氣化器。該設(shè)計(jì)還可包括幾種方式來(lái)減少在SEP處理中使用的全部蒸汽與 生物質(zhì)的比例，以便減少設(shè)備產(chǎn)生的污水量并因此使得更容易對(duì)生成的生物質(zhì)細(xì)顆粒進(jìn)行 干燥。
[0023] 可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)旋流器單元回收的冷凝污水的蒸汽霧化，將松節(jié)油和其他揮 發(fā)物遞送至生物質(zhì)氣化器。例如，含有揮發(fā)物/松節(jié)油的供給蒸汽可包括來(lái)自一個(gè)或多個(gè) 旋流器并供給入氣化器的排出氣體。松節(jié)油回收單元可包括在氣化器中（伴隨銷(xiāo)售產(chǎn)品）， 或包括在用于氣化器或重整器的燃燒系統(tǒng)。
[0024] 在示例性實(shí)施方式中，在生物質(zhì)顆粒SEP預(yù)處理步驟與生物質(zhì)顆粒夾帶氣體供給 入生物質(zhì)氣化器之間不引入額外的空氣，這減少了排放并凈化了氣體?？砂ǘ喾N選擇來(lái) 使用出自蒸汽爆破單元的原動(dòng)氣體在生物質(zhì)氣化器中夾帶。
[0025] 還可引入多種方法來(lái)在蒸汽爆破單元出口減壓以減少原動(dòng)氣體。相應(yīng)地，可包括 一個(gè)或多個(gè)減壓區(qū)域?qū)?lái)自SEP容器的高壓減為較低的排放壓力。因此，設(shè)計(jì)可包括定位 蒸汽爆破單元以外的壓降點(diǎn)以將蒸汽爆破單元的高壓降低至如4-10bar的壓力。壓降可能 較早出現(xiàn)在通向旋流器的管道中。
[0026] 圖IA和IB示出了蒸汽爆破單元的實(shí)施方式的流程示意圖，蒸汽爆破單元具有接 收作為原料的生物質(zhì)的輸入腔、兩個(gè)或更多蒸汽供應(yīng)輸入部以及兩個(gè)或更多的工作站以預(yù) 處理生物質(zhì)用于隨后供應(yīng)至生物質(zhì)氣化器。
[0027] 對(duì)于置于室外而沒(méi)有特別干燥的生物質(zhì)，碎片形式的生物質(zhì)來(lái)料的水分值能夠在 約15%至60%之間變化。通過(guò)切片機(jī)單元104與一些濾器的配合可以生成生物質(zhì)碎片，所 述濾器具有可生成小于約1英寸并且平均長(zhǎng)度約〇. 5英寸、平均厚度約1/4英寸的碎片的 尺寸（例如，參見(jiàn)圖4A示例示出的來(lái)自生物質(zhì)原木453的生物質(zhì)碎片451)。生物質(zhì)切片機(jī) 單元104可包括用來(lái)切削生物質(zhì)的四個(gè)或更多個(gè)刀片。生物質(zhì)原木的給料速度、刀片速度、 刀具突出的距離和刀具角度均能夠用于控制碎片的大小。然后對(duì)碎片進(jìn)行過(guò)篩并可對(duì)超尺 寸那些的進(jìn)行再切片?？蓪⒉煌瑏?lái)源或木材種類(lèi)的碎片混合以改善某些性質(zhì)?？梢杂么朋w 或其他掃描器掃過(guò)以探測(cè)和去除雜質(zhì)。生物質(zhì)碎片供給到輸送器上或可能置于蒸汽爆破單 元108的熱分解工作站的壓力容器中，蒸汽爆破單元108利用初始低壓飽和蒸汽開(kāi)始分解、 補(bǔ)水/增濕并軟化生物質(zhì)碎片。低壓飽和蒸汽可為100攝氏度的溫度。系統(tǒng)也可在此時(shí)注 入一些助流劑，如回收自生物質(zhì)氣化器114的灰分，以防止生物質(zhì)碎片阻礙或堵塞。
[0028] 切片機(jī)單元104可供給兩種或更多類(lèi)型的生物質(zhì)原料，并且蒸汽爆破單元108可 配置為接收兩種或更多類(lèi)型的生物質(zhì)原料，其中不同類(lèi)型的生物質(zhì)包括1)軟木、2)硬木、 3)草類(lèi)、4)植物殼類(lèi)及5)混合的任何組合，在蒸汽爆破單元108內(nèi)經(jīng)蒸汽爆破處理為均質(zhì) 烘焙的原料，隨后被收集并供給入生物質(zhì)氣化器114。蒸汽爆破單元108、烘焙?jiǎn)卧?12及 生物質(zhì)氣化器114設(shè)計(jì)為靈活給料，通過(guò)至少控制由蒸汽爆破工作站和烘焙?jiǎn)卧?12產(chǎn)生 的生物質(zhì)顆粒大小從而無(wú)需改變進(jìn)料設(shè)備的物理設(shè)計(jì)或生物質(zhì)氣化器114的物理設(shè)計(jì)。
[0029] 蒸汽爆破單元108具有接收作為原料的生物質(zhì)的輸入腔、一個(gè)或多個(gè)蒸汽供應(yīng)輸 入部以及兩個(gè)或更多的工作站以預(yù)處理生物質(zhì)從而隨后供給至生物質(zhì)氣化器114。這些工 作站對(duì)生物質(zhì)施加熱、壓力、水分的組合，以將生物質(zhì)制成潮濕的細(xì)顆粒形式。通過(guò)施加來(lái) 自低壓蒸汽供應(yīng)輸入部的蒸汽開(kāi)始降解來(lái)自生物質(zhì)的纖維素纖維的木質(zhì)素與半纖維素之 間的鍵，蒸汽爆破處理至少部分地分解了接收的生物質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)，并增加了接收的生物 質(zhì)的水分含量（例如，參見(jiàn)圖4B示例示出的具有由木質(zhì)素環(huán)繞并結(jié)合在一起的纖維素纖維 的纖維束的生物質(zhì)碎片）。在最后的工作站，將來(lái)自高壓蒸汽供應(yīng)輸入部的至少10倍于大 氣壓力的蒸汽用于加熱并加壓生物質(zhì)內(nèi)存在的任何氣體和液體，通過(guò)將水分含量增加并且 鍵降解的生物質(zhì)快速減壓而從內(nèi)部爆開(kāi)接收的生物質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)。
[0030] 在實(shí)施方式中，蒸汽爆破單元108的兩個(gè)或更多工作站至少包括熱補(bǔ)水工作站和 蒸汽爆破工作站。
[0031] 熱補(bǔ)水工作站具有用于接收生物質(zhì)碎片的輸入腔以及用于將低壓飽和蒸汽施加 到裝有生物質(zhì)碎片的容器中的低壓蒸汽供應(yīng)輸入部。熱補(bǔ)水工作站配置為接收碎片形式的 生物質(zhì)，包括葉子、針葉、樹(shù)皮及木材。為了軟化并提高生物質(zhì)水分含量以在蒸汽爆破工作 站能夠易于從碎片形式的生物質(zhì)內(nèi)部爆開(kāi)生物質(zhì)的纖維素纖維，熱補(bǔ)水工作站以高于木質(zhì) 素的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度將低壓蒸汽施加于生物質(zhì)。在實(shí)施方式中，使用蒸汽將生物質(zhì)碎 片加熱到高于60°C。在約為大氣壓PSO的壓力下、在高于60攝氏度但低于145攝氏度的溫 度下，低壓蒸汽供應(yīng)輸入部將低壓飽和蒸汽施加到裝有生物質(zhì)碎片的容器中，開(kāi)始分解、補(bǔ) 水并軟化接收的碎片形式的生物質(zhì)。低壓供應(yīng)輸入部可包括有計(jì)劃地設(shè)置于容器周?chē)臄?shù) 個(gè)噴嘴。碎片在熱補(bǔ)水工作站停留得足夠久以使水分飽和。
[0032] 熱補(bǔ)水工作站將已軟化并增加水分含量的生物質(zhì)碎片供給至蒸汽爆破工作站，其 壓力為熱補(bǔ)水工作站壓力的10到40倍，并升高了溫度，如160-270°c，優(yōu)選地，204°C。壓力 可為180-850鎊/平方英寸（PSI)(優(yōu)選256PSI)。蒸汽爆破工作站將生物質(zhì)水分含量進(jìn)一 步提高到重量占比至少40 %，優(yōu)選地，重量占比50 %至60 %的水分含量。重量占比的水分 百分比可為水的重量除以包括生物質(zhì)碎片加上水的總重量。在蒸汽爆破工作站，軟化并補(bǔ) 水的生物質(zhì)碎片與高溫高壓蒸汽接觸充足的時(shí)間，如3分鐘至15分鐘，以在部分中空的纖 維素纖維和生物質(zhì)原料整體結(jié)構(gòu)中其他多孔區(qū)域內(nèi)部形成高壓蒸汽（例如，參見(jiàn)圖4C示例 示出的生物質(zhì)碎片，其具有由木質(zhì)素環(huán)繞并結(jié)合在一起的纖維素纖維的纖維束，但放大可 見(jiàn)大量多孔區(qū)域）。
[0033] 應(yīng)當(dāng)注意的是，生物質(zhì)碎片的蒸汽爆破處理（SEP)不使用機(jī)械細(xì)化器分離纖維， 而是在SEP中從內(nèi)部爆開(kāi)生物質(zhì)碎片。而且，在SEP中沒(méi)有添加酸性化學(xué)添加劑，如添加酸； 因此，甘蔗渣可達(dá)到88%或更高的收率。
[0034] 在熱補(bǔ)水工作站之后，軟化的碎片形式的生物質(zhì)為1)破碎和2)壓縮為塞狀的任 意組合，然后供給入連續(xù)螺旋輸送器系統(tǒng)。連續(xù)螺旋輸器系統(tǒng)將塞狀生物質(zhì)移入蒸汽爆破 工作站。連續(xù)螺旋輸送器系統(tǒng)使用塞狀生物質(zhì)以防止來(lái)自蒸汽爆破工作站中出現(xiàn)的高壓蒸 汽的反吹背壓影響熱補(bǔ)水工作站。能夠使用其他方法，如1)止回閥和2)在每個(gè)工作站通 過(guò)開(kāi)啟或關(guān)閉結(jié)構(gòu)可隔離的情況下移動(dòng)生物質(zhì)。
[0035] 蒸汽爆破工作站能夠在高至850PSI的壓力下運(yùn)行。栓塞螺旋進(jìn)料器沿蒸汽爆破 工作站運(yùn)送碎片。將高壓蒸汽引入稱(chēng)為蒸汽混合輸送器的部分中的栓塞螺旋進(jìn)料器。高壓 供應(yīng)輸入部可包括有計(jì)劃地設(shè)置于蒸汽混合輸送器周?chē)臄?shù)個(gè)噴嘴。通過(guò)栓塞螺旋進(jìn)料器 可準(zhǔn)確控制生物質(zhì)碎片原料經(jīng)過(guò)蒸汽爆破工作站的停留時(shí)間。在蒸汽爆破工作站，塞狀生 物質(zhì)暴露于來(lái)自高壓蒸汽輸入部的至少160攝氏度和160PSI的高溫高壓蒸汽中至少5分 鐘，優(yōu)選地，約10分鐘，直到水分滲透生物質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的多孔部分，并且生物質(zhì)中的所有液 體和氣體都升為高壓。
[0036] 如所討論的那樣，為使蒸汽爆破處理正常工作，系統(tǒng)需要生物質(zhì)碎片中一定程度 的濕度/水分來(lái)提供爆炸源。所以通常在蒸汽爆破反應(yīng)器中，碎片的水分重量占比一般至 少為50%到55%。在蒸汽爆破單元108的蒸汽爆破工作站中，裝有軟化的木質(zhì)素的生物質(zhì) 碎片的室內(nèi)壓力和溫度都升高，溫度比熱補(bǔ)水工作站中裝有生物質(zhì)碎片的容器的運(yùn)行環(huán)境 至少高20度，并且室內(nèi)的壓力大于10倍大氣壓，但停留時(shí)間短于在熱補(bǔ)水工作站中的設(shè)定 時(shí)間。
[0037] 連續(xù)螺旋輸送器系統(tǒng)栓塞狀生物質(zhì)經(jīng)過(guò)蒸汽爆破工作站供給至出口。
[0038] 在實(shí)施方式中，小開(kāi)口形成了出口并伸入保持約4-10bar壓力的管中或其他容器 區(qū)域，高壓下的任何內(nèi)部液體或氣體都膨脹到從內(nèi)部爆開(kāi)生物質(zhì)。在某些情況下，壓降從 蒸汽爆破反應(yīng)器內(nèi)的高壓一直降至大氣壓力。不論哪種情況，在蒸汽爆破工作站出口和旋 流脫水工作站之間的管中或其他容器中發(fā)生的大幅壓降都下降得很迅速。在實(shí)施方式中， 通過(guò)在160到850PSI之間、以顯著下降的壓力（如4-10bar)將生物質(zhì)整體結(jié)構(gòu)擠壓到管 中，從而發(fā)生快速壓降，當(dāng)壓力下降使蒸汽快速膨脹或由于壓力降至其蒸汽壓以下使液態(tài) 水"閃變"為氣態(tài)而引起內(nèi)部"爆炸"，從內(nèi)部爆開(kāi)碎片形式的生物質(zhì)成為細(xì)小的生物質(zhì)顆 粒。在其他實(shí)施方式中，蒸汽爆破工作站的蒸汽爆破反應(yīng)器部分包括專(zhuān)門(mén)的釋放機(jī)構(gòu)，其被 配置為"爆破"生物質(zhì)碎片材料至大氣壓力下的下一工作站。釋放機(jī)構(gòu)開(kāi)啟，將生物質(zhì)從高 壓蒸汽爆破反應(yīng)器推出該反應(yīng)器排放閥或門(mén)，推入泄料罐的供料管線。
[0039] 因此，此工作站中離開(kāi)蒸汽爆破反應(yīng)器的加壓蒸汽或超熱水快速下降引起爆炸， 爆炸將生物質(zhì)碎片分解為細(xì)小的顆粒（例如，參見(jiàn)圖4D示例示出的爆破為生物質(zhì)細(xì)顆粒 453的生物質(zhì)碎片）。組成生物質(zhì)的原始纖維束爆破為形成細(xì)粉離散顆粒的片段（例如，參 見(jiàn)圖4A-C示例示出的不同水平放大的生物質(zhì)碎片，其具有由木質(zhì)素環(huán)繞并結(jié)合在一起的 纖維素纖維的纖維束，與圖4D相比。）
[0040] 水分和生物質(zhì)碎片被擠出反應(yīng)器，排至壓力接近大氣壓的容器，如泄料管線。在生 物質(zhì)材料的部分中空的纖維和其他多孔區(qū)域內(nèi)，高壓蒸汽或轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的水造成生物質(zhì)細(xì) 胞爆破為濕粉細(xì)顆粒。生物質(zhì)整體結(jié)構(gòu)包括環(huán)繞著大量纖維素纖維的木質(zhì)素和半纖維素的 有機(jī)聚合物。在至少使用水分、壓力和熱的SEP步驟中從內(nèi)部將生物質(zhì)整體結(jié)構(gòu)爆開(kāi)，釋放 并暴露纖維素纖維，例如，使其能夠在生物質(zhì)氣化反應(yīng)時(shí)直接反應(yīng)，而不是只有在木質(zhì)素和 半纖維素的層先反應(yīng)然后暴露出纖維素纖維后才反應(yīng)。高溫也降低了分解生物質(zhì)結(jié)構(gòu)所需 的能量/力，因?yàn)槟举|(zhì)素的軟化有助于纖維沿中間層的分離。
[0041]因此，在蒸汽爆破工作站內(nèi)部，開(kāi)啟機(jī)械機(jī)構(gòu)（例如閥或門(mén)）或僅僅是在蒸汽爆破 反應(yīng)器中存在小洞。反應(yīng)器在高壓下填充有可能為塞形式的軟化生物質(zhì)碎片，并在一段時(shí) 間后將那些軟化生物質(zhì)碎片暴露于低壓下，這樣的低壓在物理學(xué)上將包括木質(zhì)素、纖維素 纖維和半纖維素的生物質(zhì)纖維束的整體結(jié)構(gòu)爆開(kāi)成為片段并彼此分離。當(dāng)蒸汽爆破處理在 蒸汽爆破反應(yīng)器中以較低的水平運(yùn)行時(shí)（例如175-185攝氏度及160PSI)，那么會(huì)出現(xiàn)細(xì)小 纖維的以片段大小的顆粒，而在較高水平運(yùn)行時(shí)（例如300PSI)，則產(chǎn)生非常細(xì)的顆粒。
[0042] 由該工作站產(chǎn)生的濕的細(xì)顆粒形式的生物質(zhì)具有厚度小于50微米和長(zhǎng)度小于 500微米的平均尺寸。在實(shí)施方式中，產(chǎn)生的水分含量降低的生物質(zhì)細(xì)顆粒包括片段化的、 破碎的、切碎的及這些任意組合的纖維素纖維，一般可具有厚度小于30微米和長(zhǎng)度小于 250微米的平均尺寸。隨后將產(chǎn)生的生物質(zhì)的濕的細(xì)顆粒供給至生物質(zhì)氣化器114的給料 部分。
[0043] 將纖維束中的生物質(zhì)整體結(jié)構(gòu)從內(nèi)部爆開(kāi)成為纖維素纖維、木質(zhì)素和半纖維素碎 塊和片段造成共三個(gè)結(jié)果：1)與接收的碎片形式的生物質(zhì)相比，細(xì)顆粒形式生物質(zhì)的表面 積增加，2)不需要先進(jìn)行木質(zhì)素和半纖維素外層的反應(yīng)再開(kāi)始纖維素纖維的反應(yīng)，以及3) 改變細(xì)顆粒形式生物質(zhì)的粘度以使其像沙粒一樣流動(dòng)而不像纖維。
[0044] 由SEP反應(yīng)器造成的生物質(zhì)形態(tài)變化可包括：
[0045] a.不存在完整的纖維結(jié)構(gòu)，而將所有部分都爆破而產(chǎn)生更大的表面
[0046] 積，導(dǎo)致在生物質(zhì)氣化器中更高的反應(yīng)速率；
[0047] b.纖維出現(xiàn)變形、分層，細(xì)胞壁外露并破裂；
[0048] c. 一些木質(zhì)素仍附著于纖維素纖維的細(xì)胞壁；
[0049] d.半纖維素部分水解并連同木質(zhì)素一起部分溶解；
[0050] e.木質(zhì)素與糖類(lèi)/多糖（即半纖維素和纖維素）之間的鍵大部分被切
[0051] 割；以及
[0052] f.本文中討論的許多其他變化。
[0053] 生成的濕的細(xì)顆?？梢詾槔缰睆?0-50微米的厚度和長(zhǎng)度小于100微米的平均 尺寸。應(yīng)當(dāng)注意，1英寸=25, 400微米。因此，從切片機(jī)單元104出來(lái)的生物質(zhì)碎片具有平 均最高至1英寸的長(zhǎng)度和〇. 25英寸的厚度，而成為濕的細(xì)顆粒后具有平均為直徑20-50微 米的厚度和小于100微米的長(zhǎng)度，尺寸縮小了超過(guò)2000倍。飽和的生物質(zhì)碎片發(fā)生的劇烈 爆炸解壓的速率比在碎片形式的生物質(zhì)多孔區(qū)域中的飽和的高壓水分能夠從生物質(zhì)結(jié)構(gòu) 中逃逸的速率更快。
[0054] 應(yīng)當(dāng)注意，不需要從外部機(jī)械分離細(xì)胞或纖維束，而是該處理使用蒸汽由內(nèi)而外 爆破細(xì)胞（例如，參見(jiàn)圖4E示出的具有的纖維束綻裂或部分分離為單根纖維的生物質(zhì)碎片 451)。在生物質(zhì)碎片上使用SEP產(chǎn)生了帶有一些木質(zhì)素覆蓋的纖維素和半纖維素的細(xì)小顆 粒（例如，參見(jiàn)圖4D示出的生物質(zhì)碎片示例，其包括第一生物質(zhì)碎片451、爆破為細(xì)顆粒的 生物質(zhì)453)。這種木質(zhì)素、半纖維素和纖維素的細(xì)小形式的復(fù)合物具有高表面積，能夠在系 統(tǒng)中以高密度移動(dòng)/輸送。
[0055] 產(chǎn)生的生物質(zhì)細(xì)顆粒向下游供給至生物質(zhì)氣化器114,用于在生物質(zhì)氣化器114 的反應(yīng)器中進(jìn)行快速生物質(zhì)氣化反應(yīng)，因?yàn)榕c接收的碎片形式的生物質(zhì)相比，細(xì)顆粒對(duì)于 等量的生物質(zhì)具有更高的面容比，這就允許對(duì)生物質(zhì)材料進(jìn)行更高效的傳熱并且更快速地 熱解和氣化生物質(zhì)中的所有分子。
[0056] 請(qǐng)參考圖IB的示例，其中一個(gè)或多個(gè)蒸汽供應(yīng)輸入部可包括由一個(gè)或多個(gè)旋流 器單元回收的循環(huán)污水產(chǎn)生的低壓蒸汽。例如，本文中描述的實(shí)施方式包括從旋流器單元 汲取排出氣體并將排出氣體供給至生物質(zhì)氣化器。而且，那些氣體和任何額外的冷凝物可 供給至松節(jié)油回收單元。
[0057] 在實(shí)施方式中，可能進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行而不是連續(xù)輸送器系統(tǒng)。循環(huán)運(yùn)行允許將軟的 濕碎片裝載到SEP反應(yīng)器內(nèi)，然后蒸汽輸入部引入高溫高壓蒸汽10分鐘來(lái)提高生物質(zhì)中的 氣體和液體的壓力。在此之后，閥或門(mén)開(kāi)啟，將生物質(zhì)細(xì)顆粒擠壓進(jìn)通入供料管線中，進(jìn)入 泄料罐。
[0058] 蒸汽爆破工作站的出口工作站的收集室用于收集減小為較小顆粒尺寸的糊狀生 物質(zhì)。一個(gè)或多個(gè)旋流過(guò)濾器能夠與供料管線內(nèi)聯(lián)以將氣態(tài)水從生物質(zhì)顆粒中分離出來(lái)， 生物質(zhì)細(xì)顆粒再供給入泄料罐。
[0059] 如討論的那樣，在蒸汽爆破工作站的出口，塞狀生物質(zhì)爆破為濕的細(xì)顆粒形式。填 充有高壓蒸汽和/或超熱水的蒸汽爆破工作站包括排出口，其被配置為在大氣壓力下"爆 破"生物質(zhì)材料至下一工作站以產(chǎn)生細(xì)顆粒形式生物質(zhì)。細(xì)顆粒形式生物質(zhì)以高速流經(jīng)泄 料罐的供料管線。
[0060] 濕的細(xì)顆粒形式的生物質(zhì)進(jìn)入泄料罐的供料管線。供料管線起初很小，比如直徑 只有1. 5英寸，生物質(zhì)顆粒以高速通過(guò)。在泄料管線初始部分可加入增流劑（例如，蠟），而 纖維仍然是濕的以改善原料稠度并避免水合鍵合。供料管線現(xiàn)在擴(kuò)大到直徑60英寸，通過(guò) 設(shè)置加熱盤(pán)管并給泄料管線加溫，使?jié)竦募?xì)顆粒形式生物質(zhì)保持其熱量。生物質(zhì)保溫易于 促進(jìn)生物質(zhì)的樹(shù)脂和樹(shù)脂酸結(jié)晶，防止纖維顆粒重新聚集到一起。因此，溫度有助于防止木 質(zhì)素凝結(jié)以及樹(shù)脂硬化。
[0061] 助流劑包括以下任何一種：1)從生物質(zhì)氣化器回收的灰分和2)烯烴（例如，蠟）， 助流劑注入以下任何一處：1)蒸汽爆破工作站的排出口和2)供料管線中，以防止生物質(zhì)阻 塞。另外，供料管線可具有沿其周?chē)O(shè)置的加熱盤(pán)管以保持細(xì)顆粒形式的生物質(zhì)提升的溫 度，有助于防止細(xì)顆粒形式生物質(zhì)中樹(shù)脂和樹(shù)脂酸的結(jié)晶。
[0062] 由于在泄料管線中的蒸汽閃變并排出成為氣態(tài)水，產(chǎn)生的生物質(zhì)顆粒失去了大比 例的水分含量。通過(guò)旋流過(guò)濾器將產(chǎn)生的生物質(zhì)細(xì)顆粒和水分分離并隨后供給入泄料罐。 因此，水分離單元是與泄料管線內(nèi)聯(lián)的。蒸汽爆破工作站的出口工作站的收集室用于收集 減小為較小顆粒尺寸的糊狀生物質(zhì)并供給至水分離單元。在旋流器單元和/或干燥器單元 中將水從細(xì)顆粒形式生物質(zhì)中去除。
[0063] 在泄料罐出口處，通過(guò)干燥器單元（例如，氣流干燥器或低溫烘焙?jiǎn)卧⑸镔|(zhì) 細(xì)顆粒的水分內(nèi)容物進(jìn)一步干燥出來(lái)，干燥器單元將生物質(zhì)細(xì)顆粒的水分含量減少到優(yōu)選 重量占比5-20 %，一般最高至35 %。纖維制備的目的是使生物質(zhì)顆粒的表面積最大化并盡 可能干燥到輸出生物質(zhì)細(xì)顆粒具有以重量計(jì)5-20%的水分。氣流干燥器只吹熱空氣來(lái)干燥 從泄料罐出來(lái)的生物質(zhì)顆粒。氣流干燥器一般能夠位于泄料罐的出口處或替代其入口處的 旋流器以使輸出的生物質(zhì)顆粒含有重量占比高于5%但低于35%的水分含量。
[0064] 產(chǎn)生的生物質(zhì)顆粒與熱機(jī)械制漿（TMP)的不同之處在于，顆粒表現(xiàn)的更像晶體結(jié) 構(gòu)，比容易卷纏和凝結(jié)的纖維更易于流動(dòng)。
[0065] 水分含量降低到重量占比5%至約35%的細(xì)顆粒形式生物質(zhì)通過(guò)輸送系統(tǒng)供料， 例如，供給至烘焙?jiǎn)卧?12在100至700攝氏度的溫度下、以預(yù)設(shè)時(shí)間量進(jìn)行烘焙或熱解。
[0066] 輸送器系統(tǒng)供應(yīng)顆粒形式生物質(zhì)給烘焙?jiǎn)卧?12,在低于700攝氏度的溫度下、以 預(yù)設(shè)時(shí)間量處理生物質(zhì)，產(chǎn)生的排出氣體用于生成一部分的合成氣組分，將合成氣組分用 容器收集起來(lái)，可最后供應(yīng)至液體有機(jī)產(chǎn)品合成反應(yīng)器，如甲醇合成反應(yīng)器。
[0067] 由于蒸汽閃變和進(jìn)一步風(fēng)干，從泄料罐和氣流干燥器出來(lái)的生物質(zhì)細(xì)顆粒已經(jīng)具 有低水分含量，并且是帶有木質(zhì)素覆蓋的纖維素纖維片段、木質(zhì)素碎片、纖維素和半纖維素 等的復(fù)合物。生物質(zhì)氣化器114具有反應(yīng)容器，其被配置為使?jié)竦募?xì)顆粒形式生物質(zhì)以增 大的表面積進(jìn)行反應(yīng)，增大的表面積是由于通過(guò)蒸汽爆破單元108進(jìn)行了爆破。生物質(zhì)氣 化器114具有高壓蒸汽供應(yīng)輸入部和一個(gè)或多個(gè)加熱器，在蒸汽的存在下，細(xì)顆粒形式生 物質(zhì)在0. 1到5秒的駐留時(shí)間內(nèi)在反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行快速生物質(zhì)氣化反應(yīng)，至少生成包括氫 氣（H2)和一氧化碳（CO)的合成氣組分。當(dāng)產(chǎn)生的細(xì)顆粒以高密度供應(yīng)給生物質(zhì)氣化器114 時(shí)，小顆粒反應(yīng)迅速并更容易且更完全地將生物質(zhì)的較大的碳?xì)浠衔锓肿臃纸鉃楹铣蓺?組分。因此，幾乎所有的生物質(zhì)材料木質(zhì)素、纖維素纖維和半纖維素完全氣化，而不是一些 碎片內(nèi)部沒(méi)有與焦化碎片的硬外殼分解為相同的程度。與碎片相比，這些細(xì)顆粒生成較少 的殘余焦油、較少的碳包覆和較少的析出物。因此，將生物質(zhì)整體結(jié)構(gòu)破碎為纖維束有助于 減少稍后在生物質(zhì)氣化中產(chǎn)生的焦油的量。這些細(xì)顆粒也允許以較大的材料堆積密度供給 入生物質(zhì)氣化器114。作為附注，除了在生物質(zhì)氣化器114中產(chǎn)生CO和H2之外，具有重量 占比至少10 %的液態(tài)或氣態(tài)水可促進(jìn)生成甲醇CH30H作為反應(yīng)產(chǎn)物。
[0068] 烘焙?jiǎn)卧蜕镔|(zhì)氣化器114可合為整體單元。
[0069] 在備選方案中，生物質(zhì)的濕的爆開(kāi)顆?？梢詽{料形式直接從蒸汽爆破反應(yīng)器輸 出，或在干燥后，供給至制粒機(jī)。制粒機(jī)可使生物質(zhì)致密化形成生物質(zhì)小團(tuán)，然后再將那些 小團(tuán)送入生物質(zhì)氣化器。這種直接供料并將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化形成小團(tuán)形式省掉了多個(gè)步驟和在 那些省掉的步驟中涉及的大量能源消耗?；蛘撸蓪㈩w粒運(yùn)往用于進(jìn)一步處理為液體燃料、 熱力/電力、動(dòng)物飼料、褥草或化學(xué)品的設(shè)施。
[0070] 在實(shí)施方式中，生物質(zhì)氣化器114設(shè)計(jì)為輻射傳熱給流經(jīng)反應(yīng)器的生物質(zhì)顆粒， 該反應(yīng)器設(shè)計(jì)的快速氣化的生物質(zhì)顆粒停留時(shí)間為0. 1到10秒，優(yōu)選地，小于1秒。流經(jīng) 輻射熱反應(yīng)器的生物質(zhì)顆粒和反應(yīng)氣體主要由來(lái)自輻射熱反應(yīng)器表面和可能夾帶在流中 的傳熱輔助顆粒的輻射熱驅(qū)動(dòng)。反應(yīng)器可加熱顆粒的溫度一般超過(guò)900攝氏度，優(yōu)選地，至 少1200°C，以產(chǎn)生包括一氧化碳和氫氣的合成氣組分，并使生成的甲烷在出口產(chǎn)物的成分 組成中保持< 1 %的水平，使留在出口產(chǎn)物中的焦油和產(chǎn)生的灰分最小化。
[0071] 圖3-1至3-5示出了生物質(zhì)氣化器114的示例性實(shí)施方式。圖3-1示出了使用輻 射熱的噴泉反應(yīng)器，其中攜帶生物質(zhì)的夾帶氣從氣化器底部進(jìn)入，通過(guò)中心管?chē)娚洌砍鲈?過(guò)中心管形成的隔離壁，并落入外管和中心管之間形成的部位。圖3-2和3-3示出了示例 性的卡口反應(yīng)器的輻射熱設(shè)計(jì)，其中一系列輻射熱管用于加熱注入的生物質(zhì)。燃?xì)馊紵?能夠直接提供熱量給管或中間源（例如，加熱氣），再由中間源供給至管。生物質(zhì)可在管外， 而熱量由內(nèi)部供給管?？蛇x地，生物質(zhì)可在管板和耐火襯之間。圖3-4示出了示例性的向 下通風(fēng)的輻射熱反應(yīng)器，其中多個(gè)管用于提供輻射熱給反應(yīng)器。生物質(zhì)可在管外，而熱量由 內(nèi)部供給管，反之也可以。
[0072] 圖3-5示出了生物質(zhì)氣化器的實(shí)施方式的剖視圖，生物質(zhì)氣化器包括內(nèi)含偏置并 交錯(cuò)的反應(yīng)器管的接收器腔。熱接收器306具有帶內(nèi)壁的腔。熱接收器306的腔壁相對(duì)于 反應(yīng)器管302的由輻射驅(qū)動(dòng)的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置了化學(xué)反應(yīng)器的多個(gè)管302,這些管在熱接收 器306內(nèi)部偏置并交錯(cuò)排列。腔壁的表面積大于反應(yīng)器管302占用的面積，以允許輻射從 多個(gè)角度到達(dá)管302上的區(qū)域。接收器306的腔的內(nèi)壁和反應(yīng)器管302主要通過(guò)輻射交換 能量，借助壁和管302充當(dāng)輻射再發(fā)射器以實(shí)現(xiàn)到達(dá)所有管302的高輻射熱通量，并因此避 免屏蔽和阻礙輻射到達(dá)管302,從而允許反應(yīng)器管302實(shí)現(xiàn)在其中反應(yīng)區(qū)從始至終的相當(dāng) 均勻的溫度譜。
[0073] 因此，借助這些1)交錯(cuò)并偏置的管302,連同2)與內(nèi)含的管302占用的面積相比 的直徑更大的腔壁，以及3)連同相互幾何排列的多個(gè)反應(yīng)器管之間的管間輻射交換，反應(yīng) 器管302和腔壁的幾何結(jié)構(gòu)形成了入射輻射分布。壁由高度反射輻射或吸收并再發(fā)射輻射 的材料制成。入射輻射分布的定型使用接收器306腔內(nèi)的輻射反射和吸收。相應(yīng)地，熱接 收器306的內(nèi)壁對(duì)齊并充當(dāng)輻射分配器，通過(guò)1)吸收并再發(fā)射輻射能，2)高度反射入射輻 射至管302,或3)前兩者的任意組合，以維持內(nèi)含的超高熱通量化學(xué)反應(yīng)器的工作溫度。反 應(yīng)器管302吸收來(lái)自1)腔壁、2)直接來(lái)自回?zé)崾饺紵骱?)來(lái)自充當(dāng)輻射再發(fā)射器的其 他管的外壁的輻射，然后通過(guò)傳導(dǎo)到反應(yīng)器管302的內(nèi)壁來(lái)傳熱，其中熱量輻射到反應(yīng)顆 粒和氣體，溫度在900攝氏度到1600攝氏度之間，優(yōu)選地，高于1100攝氏度。
[0074] 如所討論的那樣，接收器306的腔的內(nèi)壁和反應(yīng)器管302主要通過(guò)輻射在彼此間 交換能量，而不通過(guò)對(duì)流或傳導(dǎo)，這樣即使一般溫度較低的生物質(zhì)顆粒和夾帶氣從第一入 口點(diǎn)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)內(nèi)的反應(yīng)器管302,并穿過(guò)加熱的腔，在第二出口點(diǎn)離開(kāi)反應(yīng)區(qū)，也能夠允 許對(duì)于反應(yīng)器管302實(shí)現(xiàn)相當(dāng)均勻的溫度譜。這種來(lái)自?xún)?nèi)壁和反應(yīng)器管302的輻射傳熱驅(qū) 動(dòng)了化學(xué)反應(yīng)，并使得化學(xué)反應(yīng)物的溫度迅速上升至接近從反應(yīng)器出口離開(kāi)的產(chǎn)物和其他 流出物的溫度。
[0075] 每個(gè)反應(yīng)器管302的氣化反應(yīng)區(qū)的長(zhǎng)度和直徑尺寸被設(shè)定成能提供在至少900攝 氏度的氣化溫度下有超過(guò)〇. 01秒的很短的停留時(shí)間和在多個(gè)反應(yīng)器管302中的氣化區(qū)的 出口。反應(yīng)產(chǎn)物在氣化區(qū)出口具有等于或超過(guò)900攝氏度的溫度，在化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)中多 個(gè)反應(yīng)器管302增加了用于生物質(zhì)顆粒輻射交換以及管間輻射交換的可用反應(yīng)器表面積。 伴隨產(chǎn)生穩(wěn)定灰分形成的分散下落的生物質(zhì)顆粒的快速氣化反應(yīng)發(fā)生在反應(yīng)器管302中 反應(yīng)區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間內(nèi)，造成焦油改善為小于500毫克每標(biāo)準(zhǔn)立方米，以及至少90 %的生 物質(zhì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生氫氣和一氧化碳產(chǎn)物。
[0076] 這種設(shè)計(jì)減小了反應(yīng)器管302和爐所需的表面積，從而減小了爐室大小、重量和 成本（大小和重量對(duì)于塔頂太陽(yáng)能應(yīng)用以及其他應(yīng)用都很重要）。
[0077] 為實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)化率和選擇性，生物質(zhì)氣化要求的溫度超過(guò)1000°C。這在標(biāo)準(zhǔn)的流化 床氣化器中很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楦叩臏囟纫笊镔|(zhì)自身更大部分的燃燒。因此，間接式流化 床氣化通常限制在800°C的溫度。在此溫度下，大量產(chǎn)生不需要的高級(jí)碳?xì)浠衔铮ń褂停?這些焦油堵塞下游設(shè)備并使催化劑表面淤塞/失活，從而需要在除焦油設(shè)備上進(jìn)行重大資 本投入（設(shè)備總成本的10-30%)。高熱通量熱力系統(tǒng)能夠非常有效地實(shí)現(xiàn)高溫。更重要 的是，工藝效率能夠按照濃度和要求的溫度的函數(shù)來(lái)控制，并且不再與為實(shí)現(xiàn)高溫而損失 的生物質(zhì)的部分相關(guān)聯(lián)。因此，在焦油裂解期間的溫度（1000-1300°C )能夠不損失任何來(lái) 自生物質(zhì)的燃料或全過(guò)程效率而實(shí)現(xiàn)。這省去了通常與生物質(zhì)氣化系統(tǒng)相關(guān)的一系列復(fù)雜 的焦油裂解設(shè)備。此外，高溫運(yùn)行改善了傳熱并減少了所需的停留時(shí)間，縮減了化學(xué)反應(yīng)器 的大小及其資金成本。
[0078] 用介于1200°C和1450°C之間的壁溫和超過(guò)900°C但不超過(guò)硅熔點(diǎn)（1600°C )的出 口氣體溫度清楚劃定的運(yùn)行溫度在氣化中不是通常見(jiàn)到的，并且確定未見(jiàn)于間接（循環(huán)流 化床）氣化中?？赡苓M(jìn)行的生物質(zhì)和蒸汽的共氣化重整天然氣能夠在超高熱通量化學(xué)反應(yīng) 器中進(jìn)行，但不能在部分氧化氣化器中進(jìn)行（因?yàn)榧淄闀?huì)優(yōu)先燃燒）。工藝的給料靈活性來(lái) 自簡(jiǎn)單的管狀設(shè)計(jì)，大部分氣化器由于本文討論過(guò)的原因而不能處理各種各樣的燃料。
[0079] 形成接收器306腔的內(nèi)壁的材料可具有在1100°C -1600°C的溫度下保持其結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度的機(jī)械和化學(xué)特性，具有ε >0. 8的高發(fā)射率或ε〈0. 2的高反射率，以及高熱容（>200J/ kg-K)和低導(dǎo)熱率（〈lW/m-K)，用于接收器306的腔。形成反應(yīng)器管302的材料具有高發(fā)射 率（ε >0· 8)、高導(dǎo)熱率（>lW/m-K)、中到高熱容（>150J/kg-K)。
[0080] 確定粒度的粒度分析的示例可以是數(shù)字圖像處理的粒度及形狀分析系統(tǒng)，如 Horiba, Ltd. Camsizer XT粒度分析器。這樣的系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)相機(jī)，在粒度范圍內(nèi)，例 如30 μ m到30_，提供對(duì)干粉和粒狀材料的快速且精確的粒度及粒形分布。來(lái)自數(shù)字圖像 處理系統(tǒng)的測(cè)量值允許與來(lái)自在某些情況下也可用于測(cè)量粒度的篩分和沉降等不同技術(shù) 的現(xiàn)有數(shù)據(jù)有相關(guān)性。在實(shí)施方式中，使用Horiba, Ltd. Camsizer XT粒度分析器測(cè)量蒸汽 爆破碎木片的粒度。通過(guò)外部操作將待測(cè)試樣揉捏和攪拌在可密封的袋子中進(jìn)行混合?；?合后，將一定量的試樣，如約3cnT3 (cm3)，裝入儀器的試樣料斗中。目標(biāo)是運(yùn)行并分析足夠 的進(jìn)樣量，如每個(gè)試樣至少2百萬(wàn)個(gè)顆粒，這樣試樣體積只在對(duì)應(yīng)足夠數(shù)量的細(xì)顆粒的情 況下才重要。可在儀器上以如下示例進(jìn)行設(shè)置：0.2%覆蓋區(qū)域、成像率1:1、使用X-Jet (壓 縮空氣分散進(jìn)樣）、間隙寬度=4. 0mm、分散壓力=380. OkPa、xFe_max [相應(yīng)地xc_min]?？?制進(jìn)料速度以產(chǎn)生目標(biāo)覆蓋區(qū)域，以便計(jì)算機(jī)能夠足夠快速地處理圖片。鏡頭成像率是固 定的，每次運(yùn)行都得到"基本"和縮放圖像。平均粒度的單一值，如直徑小于50微米，可作 為客觀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)施方式中，F(xiàn)e-max和xc-min的三點(diǎn)值都較完整。所以就類(lèi)似于6點(diǎn) 值。粒度分布（?30)可定義為？6-]\&?的010、050、090和乂(3-1^11的010、050、090。那么， 測(cè)量值能夠使用多個(gè)值，如輸入6個(gè)值以確定測(cè)量值。也可使用其他類(lèi)似機(jī)制。
[0081] 使用Fe max和xc min在體積基準(zhǔn)上能夠進(jìn)行計(jì)算。可用于分析顆粒圖像的兩個(gè) 模型：xc-min，其產(chǎn)生的結(jié)果可與那些通過(guò)物理篩選/篩分試樣獲得的結(jié)果相當(dāng)；Fe-max， 類(lèi)似于用卡尺測(cè)量給定顆粒的最長(zhǎng)尺寸。對(duì)于所有試樣都獲得原始數(shù)據(jù)、頻率曲線、廢棄結(jié) 果和顆粒圖像。在體積基準(zhǔn)上可計(jì)算D10、D50和D90,因?yàn)槭瞧骄L(zhǎng)徑比。D90描述的直徑 中，分布的90 %具有較小粒度而10 %具有較大粒度。DlO直徑具有10 %較小粒度和90% 較大粒度。以D10、D50和D90為特征的三點(diǎn)規(guī)格認(rèn)為是完整的并適用于大部分顆粒材料。 在實(shí)施方式中，粒度分布PSD可定義為D50 ( μ m)模型Fe-max。
[0082] 表1-蒸汽爆破太材的粒度分布
[0083] 由xc-min和Fe-max模型得出的SEP處理后試樣粒度指數(shù)
[0084]

【權(quán)利要求】
1. 由生物質(zhì)生成合成氣的集成設(shè)備，包括： 蒸汽爆破單元，其具有接收作為原料的生物質(zhì)的輸入腔、一個(gè)或多個(gè)蒸汽供應(yīng)輸入部 以及兩個(gè)或更多的工作站以預(yù)處理所述生物質(zhì)用于隨后供應(yīng)至生物質(zhì)氣化器，其中所述工 作站利用施加于所述生物質(zhì)的熱、壓力和水分的組合以使所述生物質(zhì)成為濕的細(xì)顆粒形 式，其中通過(guò)施加來(lái)自第一蒸汽供應(yīng)輸入部的蒸汽來(lái)開(kāi)始降解所述生物質(zhì)的纖維素纖維的 木質(zhì)素和半纖維素之間的鍵，蒸汽爆破處理至少部分地分解所述接收的生物質(zhì)的整體結(jié) 構(gòu)，并增加所述接收的生物質(zhì)的水分含量，然后在所述工作站中，施加來(lái)自第二蒸汽供應(yīng)輸 入部的至少十倍于大氣壓力的蒸汽來(lái)進(jìn)行加熱并加壓所述生物質(zhì)內(nèi)存在的任何氣體和液 體，通過(guò)將水分含量增加和鍵降解的生物質(zhì)的快速減壓，從內(nèi)部爆開(kāi)所述接收的生物質(zhì)的 整體結(jié)構(gòu)，其中由所述工作站產(chǎn)生的濕的細(xì)顆粒形式的生物質(zhì)具有厚度小于70微米和長(zhǎng) 度小于500微米的平均尺寸，產(chǎn)生的生物質(zhì)的濕的細(xì)顆粒隨后被供給至生物質(zhì)氣化器的給 料部分；以及 其中，所述生物質(zhì)氣化器具有反應(yīng)容器，所述反應(yīng)容器被配置為使?jié)竦募?xì)顆粒形式的 生物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，所述生物質(zhì)由于通過(guò)所述蒸汽爆破單元爆開(kāi)而具有減小的顆粒大小和總 體增加的表面積，其中所述生物質(zhì)氣化器具有第三蒸汽供應(yīng)輸入部和一個(gè)或多個(gè)熱源，并 在蒸汽的存在下，細(xì)顆粒形式的生物質(zhì)在所述反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行快速生物質(zhì)氣化反應(yīng)，至少 生成包括氫氣（H2)和一氧化碳（CO)的合成氣組分，其中所述蒸汽爆破單元和所述生物質(zhì) 氣化器為所述集成設(shè)備的部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成設(shè)備，其中所述蒸汽爆破單元的兩個(gè)或更多工作站包括 熱補(bǔ)水工作站和蒸汽爆破工作站，其中所述熱補(bǔ)水工作站具有用于接收生物質(zhì)碎片的輸入 腔和第一蒸汽供應(yīng)輸入部，第一蒸汽供應(yīng)輸入部用于將約為大氣壓PSI壓力、高于60攝氏 度但低于145攝氏度的升高的溫度的低壓飽和蒸汽施加到容納有所述生物質(zhì)碎片的容器 中的，從而開(kāi)始分解、補(bǔ)水并軟化接收的碎片形式的生物質(zhì)，其中所述生物質(zhì)碎片在所述熱 補(bǔ)水工作站停留得足夠久以使水分飽和。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成設(shè)備，其中所述熱補(bǔ)水工作站將已軟化并增加水分含量 的生物質(zhì)碎片供給至所述蒸汽爆破工作站，所述蒸汽爆破工作站的壓力為所述熱補(bǔ)水工作 站壓力的10到40倍，并且所述蒸汽爆破工作站將生物質(zhì)水分含量進(jìn)一步提高到以重量計(jì) 至少40%、優(yōu)選50%至60%的水分含量，其中所述水分含量為水的重量除以生物質(zhì)碎片加 上水的總重量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成設(shè)備，其中在所述熱補(bǔ)水工作站之后，軟化的碎片形式 的生物質(zhì)為1)破碎的生物質(zhì)和2)壓縮為塞狀的的生物質(zhì)的任意組合，然后所述生物質(zhì)被 供給入將塞狀生物質(zhì)移入所述蒸汽爆破工作站的連續(xù)螺旋輸送器系統(tǒng)，其中在所述連續(xù)螺 旋輸送器系統(tǒng)中，所述塞狀生物質(zhì)防止來(lái)自所述蒸汽爆破工作站中出現(xiàn)的高壓蒸汽的反吹 背壓影響所述熱補(bǔ)水工作站，并且 其中來(lái)自所述生物質(zhì)氣化器的包括氫氣（H2)和一氧化碳（CO)的合成氣組分被供給至 下游的有機(jī)液體產(chǎn)物合成反應(yīng)器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成設(shè)備，其中所述蒸汽爆破單元、所述生物質(zhì)氣化器和所 述有機(jī)液體產(chǎn)物合成反應(yīng)器是集成設(shè)備的部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成設(shè)備，其中在所述蒸汽爆破工作站中，所述生物質(zhì)在來(lái) 自第二蒸汽輸入部的至少188攝氏度和160PSI的高溫高壓蒸汽中暴露至少5分鐘，優(yōu)選 地，約10分鐘，直到水分滲透生物質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的多孔部分，并且所述生物質(zhì)中所有液體和 氣體都升為高壓，其中所述輸送系統(tǒng)將所述生物質(zhì)經(jīng)過(guò)蒸汽爆破工作站供給至出口，其中 小的開(kāi)口伸入保持在4-lObar的降低壓力的管中，任何內(nèi)部高壓液體和氣體膨脹而從內(nèi)部 爆開(kāi)所述生物質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)，從而成為生物質(zhì)的濕的細(xì)顆粒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成設(shè)備，其中所述蒸汽爆破單元的兩個(gè)或更多工作站包括 熱補(bǔ)水工作站和蒸汽爆破工作站，其中所述熱補(bǔ)水工作站具有以高于木質(zhì)素的玻璃化轉(zhuǎn)變 點(diǎn)的溫度施加于所述生物質(zhì)的蒸汽，從而軟化生物質(zhì)和提高所述生物質(zhì)的水分含量，使得 能夠在所述蒸汽爆破工作站將生物質(zhì)的纖維素纖維從所述生物質(zhì)內(nèi)部爆開(kāi)，其中所述熱補(bǔ) 水工作站配置為接收碎片形式的生物質(zhì)，所述碎片形式的生物質(zhì)包括葉子、針葉、樹(shù)皮和木 材以及非木質(zhì)生物質(zhì)原料，如能源作物，然后使用蒸汽將生物質(zhì)碎片加熱至高于60°C，在所 述蒸汽爆破工作站中，軟化并補(bǔ)水的生物質(zhì)碎片暴露于高溫高壓蒸汽持續(xù)設(shè)定的時(shí)間，從 而在部分中空的纖維素纖維和生物質(zhì)原料整體結(jié)構(gòu)中的其他多孔區(qū)域內(nèi)部形成高壓蒸汽， 然后蒸汽爆破單元出口處的壓力通過(guò)在160到850PSI之間將生物質(zhì)整體結(jié)構(gòu)擠壓到壓力 降低的管中發(fā)生快速壓降從而引起內(nèi)部爆破，從內(nèi)部將生物質(zhì)爆開(kāi)成為細(xì)小的生物質(zhì)細(xì)顆 粒，其中將纖維束中的生物質(zhì)整體結(jié)構(gòu)從內(nèi)部爆開(kāi)成為纖維素纖維、木質(zhì)素和半纖維素的 碎塊和片段造成1)與接收的碎片形式的生物質(zhì)相比，細(xì)顆粒形式的生物質(zhì)的表面積增加， 以及2)將產(chǎn)生的生物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變?yōu)榧?xì)顆粒形式，從而流動(dòng)性類(lèi)似沙粒而不類(lèi)似纖維。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成設(shè)備，其中所述蒸汽爆破單元的兩個(gè)或更多工作站包括 熱補(bǔ)水工作站和蒸汽爆破工作站，其中在所述蒸汽爆破工作站出口處，一旦所述生物質(zhì)爆 破為濕的細(xì)顆粒形式，則由于泄料管線中的蒸汽閃變并排出成為氣態(tài)水，產(chǎn)生的生物質(zhì)顆 粒失去了一定比例的水分含量，其中產(chǎn)生的生物質(zhì)顆粒和水分隨后通過(guò)旋流過(guò)濾器分開(kāi)， 其中所述生物質(zhì)細(xì)顆粒的所含水分在泄料容器出口處通過(guò)干燥器進(jìn)一步干燥，所述干燥器 優(yōu)選地將所述生物質(zhì)細(xì)顆粒的水分含量降低至以重量計(jì)1-20%，一般最高至30%，其中所 述干燥器隨后將水分含量降低的生物質(zhì)細(xì)顆粒供給至所述生物質(zhì)氣化器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成設(shè)備，其中產(chǎn)生的水分含量降低的生物質(zhì)細(xì)顆粒包括片 段化的、撕碎的、切碎的纖維素纖維及這些的任意組合，所述生物質(zhì)細(xì)顆粒具有厚度小于30 微米和長(zhǎng)度小于200微米的平均尺寸，其中將產(chǎn)生的生物質(zhì)細(xì)顆粒供給至下游的生物質(zhì)氣 化器，用于在所述生物質(zhì)氣化器的反應(yīng)器中進(jìn)行快速生物質(zhì)氣化反應(yīng)，因?yàn)榕c接收的碎片 形式的生物質(zhì)相比，產(chǎn)生的生物質(zhì)細(xì)顆粒對(duì)于等量的生物質(zhì)具有更高的面容比，這允許對(duì) 生物質(zhì)原料進(jìn)行更高效的傳熱和傳質(zhì)并且更快速地?zé)峤夂蜕镔|(zhì)中的所有分子的氣化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成設(shè)備，其中填充有高壓蒸汽的蒸汽爆破工作站包括排 出口，所述排出口配置為在下一工作站的降低的壓力下"爆破"生物質(zhì)原料，以產(chǎn)生細(xì)顆粒 形式生物質(zhì)，其中所述細(xì)顆粒形式生物質(zhì)以高速流經(jīng)泄料容器的供料管線，將包括1)可流 動(dòng)固體和2)氣體中的任何一個(gè)的助流劑注入下列中的任何一個(gè)：1)蒸汽爆破工作站的排 出口和2)供料管線中，以防止生物質(zhì)阻塞，另外，供料管線具有沿其周?chē)O(shè)置的加熱盤(pán)管 以保持細(xì)顆粒形式生物質(zhì)的提升的溫度，有助于防止所述細(xì)顆粒形式生物質(zhì)中樹(shù)脂和樹(shù)脂 酸的結(jié)晶。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成設(shè)備，還包括： 水分離單元，其中所述蒸汽爆破工作站的出口工作站的收集室用于收集減小為較小顆 粒尺寸的糊狀生物質(zhì)并供給至水分離單元，其中在旋流器單元中將水從細(xì)顆粒形式生物質(zhì) 中去除，并將水分含量降至以重量計(jì)小于20%的細(xì)顆粒形式生物質(zhì)通過(guò)輸送系統(tǒng)供給至烘 焙?jiǎn)卧?，在小?00攝氏度的溫度下、以預(yù)設(shè)時(shí)間量進(jìn)行生物質(zhì)的烘焙、干燥或熱解。
12. 生產(chǎn)細(xì)顆粒形式生物質(zhì)的集成設(shè)備，包括： 蒸汽爆破單元，其具有用于接收作為原料的生物質(zhì)的輸入腔，兩個(gè)或更多的蒸汽供應(yīng) 輸入部，用于預(yù)處理生物質(zhì)從而隨后供應(yīng)至致密化單元的兩個(gè)或更多工作站， i) 其中所述工作站利用對(duì)所述生物質(zhì)施加的熱、壓力和水分的組合以使所述生物質(zhì)成 為濕的細(xì)顆粒形式， ii) 其中通過(guò)施加來(lái)自第一蒸汽供應(yīng)輸入部的蒸汽來(lái)開(kāi)始降解所述生物質(zhì)的纖維素纖 維的木質(zhì)素和半纖維素之間的鍵，第一工作站至少部分地分解所述接收的生物質(zhì)的整體結(jié) 構(gòu)，并增加所述接收的生物質(zhì)的水分含量，并且 iii) 然后在下一工作站，施加來(lái)自第二蒸汽供應(yīng)輸入部的至少十倍于大氣壓力的蒸汽 來(lái)進(jìn)行加熱并加壓所述生物質(zhì)內(nèi)存在的任何氣體和液體，通過(guò)將水分含量增加和鍵降解的 生物質(zhì)的快速減壓，從內(nèi)部爆開(kāi)所述接收的生物質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)，其中由所述工作站產(chǎn)生的 濕的細(xì)顆粒形式的生物質(zhì)具有厚度小于70微米和長(zhǎng)度小于500微米的平均尺寸，隨后所產(chǎn) 生的生物質(zhì)的濕的細(xì)顆粒以漿料形式從所述蒸汽爆破單元出口處直接供給至所述致密化 單元，其中所述致密化單元配置為將所述濕的顆粒形式生物質(zhì)致密化為致密形式，所述致 密形式包括但不限于生物質(zhì)小團(tuán)，并且其中所述致密形式生物質(zhì)隨后被供給入下列中的一 個(gè)或多個(gè)：1)生物質(zhì)氣化器，2)用于工藝用熱的燃燒單元，3)產(chǎn)生電力的燃燒電源，4)產(chǎn)生 化學(xué)品的工藝單元，以及5)打包單元，用于存儲(chǔ)或運(yùn)輸至利用生物質(zhì)小團(tuán)的應(yīng)用。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中由所述蒸汽爆破單元產(chǎn)生的濕的顆粒形式生物 質(zhì)被供應(yīng)至干燥器，所述干燥器配置為將生物質(zhì)水分含量干燥至0%到45%，隨后將干燥 的生物質(zhì)輸送至所述致密化單元。
14. 在集成設(shè)備中由生物質(zhì)生成合成氣的方法，包括： 接收作為原料的生物質(zhì)，在兩個(gè)或更多工作站中預(yù)處理所述生物質(zhì)，從而隨后供應(yīng)至 生物質(zhì)氣化器； 在兩個(gè)或更多所述工作站中將熱、壓力和水分的組合施加于所述生物質(zhì)，從而使所述 生物質(zhì)成為濕的細(xì)顆粒形式，其中通過(guò)施加低壓蒸汽開(kāi)始降解生物質(zhì)的纖維素纖維的木質(zhì) 素和半纖維素之間的鍵，所述工作站中的蒸汽爆破處理至少部分地分解了所接收的生物質(zhì) 的整體結(jié)構(gòu)，并增加了所接收的生物質(zhì)的水分含量，然后通過(guò)更高壓力的蒸汽來(lái)進(jìn)行加熱 并加壓生物質(zhì)內(nèi)存在的任何氣體和液體，通過(guò)將水分含量增加和鍵降解的生物質(zhì)的快速減 壓，從內(nèi)部爆開(kāi)所述接收的生物質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)，其中由所述蒸汽爆破工作站產(chǎn)生的濕的細(xì) 顆粒形式的生物質(zhì)具有厚度小于70微米和長(zhǎng)度小于500微米的平均尺寸，產(chǎn)生的生物質(zhì)的 濕的細(xì)顆粒隨后被供給至生物質(zhì)氣化器的給料部分；以及 使?jié)竦募?xì)顆粒形式的生物質(zhì)顆粒在生物質(zhì)氣化器中進(jìn)行反應(yīng)，所述生物質(zhì)由于通過(guò)所 述蒸汽爆破單元的兩個(gè)或更多工作站爆開(kāi)而具有減小的顆粒大小和總體增加的表面積，其 中在蒸汽的存在下，由蒸汽爆破單元產(chǎn)生的生物質(zhì)顆粒進(jìn)行快速生物質(zhì)氣化反應(yīng)，至少生 成包括氫氣（H2)和一氧化碳（CO)的合成氣組分，其中所述蒸汽爆破單元和所述生物質(zhì)氣 化器為所述集成設(shè)備的部分。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述兩個(gè)或更多工作站包括熱補(bǔ)水工作站和蒸 汽爆破工作站，其中所述熱補(bǔ)水工作站將約為大氣壓PSI壓力、高于60攝氏度但低于145 攝氏度的升高的溫度的水分飽和的低壓蒸汽施加到裝有碎片形式的生物質(zhì)的容器中，從而 開(kāi)始分解、補(bǔ)水并軟化接收的碎片形式的生物質(zhì)，其中生物質(zhì)碎片在所述熱補(bǔ)水工作站停 留得足夠久以使水分飽和，其中所述熱補(bǔ)水工作站將已軟化并水分含量增加的生物質(zhì)碎片 供給至所述蒸汽爆破工作站，所述蒸汽爆破工作站的壓力為160至850PSI，溫度在160至 270°C之間，并且所述蒸汽爆破工作站將生物質(zhì)水分含量進(jìn)一步提高到以重量計(jì)至少40%、 優(yōu)選50 %至55%的水分含量，其中所述水分含量為水的重量除以生物質(zhì)碎片加上水的總 重量。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述熱補(bǔ)水工作站之后，軟化的碎片形式的 生物質(zhì)為1)破碎的生物質(zhì)和2)壓縮的生物質(zhì)的任意組合，然后所述生物質(zhì)被供給入將生 物質(zhì)移入所述蒸汽爆破工作站的輸送器系統(tǒng)，其中在所述輸送器系統(tǒng)中，所述生物質(zhì)防止 來(lái)自所述蒸汽爆破工作站中出現(xiàn)的高壓蒸汽的反吹背壓影響所述熱補(bǔ)水工作站。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述蒸汽爆破單元的兩個(gè)或更多所述工作站 包括熱補(bǔ)水工作站和蒸汽爆破工作站，其中所述熱補(bǔ)水工作站將蒸汽施加于所述生物質(zhì)， 以便軟化生物質(zhì)并提高生物質(zhì)水分含量，從而從內(nèi)部爆開(kāi)碎片形式的生物質(zhì)，其中所述生 物質(zhì)在高溫高壓蒸汽中暴露充足的時(shí)間以在部分中空的纖維素纖維和生物質(zhì)原料整體結(jié) 構(gòu)中其他多孔區(qū)域的內(nèi)部形成高壓蒸汽，然后蒸汽爆破單元出口處的壓力通過(guò)在160到 850psig之間將生物質(zhì)整體結(jié)構(gòu)擠壓到壓力降低的管中發(fā)生快速壓降從而引起內(nèi)部爆破， 從內(nèi)部將生物質(zhì)爆開(kāi)成為細(xì)小的生物質(zhì)細(xì)顆粒。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中一旦所述生物質(zhì)爆破為濕的細(xì)顆粒形式，則由 于蒸汽閃變并排出成為氣態(tài)水，產(chǎn)生的生物質(zhì)顆粒失去了一定比例的水分含量，其中生物 質(zhì)細(xì)顆粒的水分含量通過(guò)干燥器進(jìn)一步干燥，所述干燥器優(yōu)選地將生物質(zhì)細(xì)顆粒的水分含 量降低至以重量計(jì)1-20%，一般最高至30%。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，產(chǎn)生的水分含量降低的生物質(zhì)細(xì)顆粒包括片段化 的、撕碎的、切碎的纖維素纖維及這些的任意組合，所述生物質(zhì)細(xì)顆粒具有厚度小于30微 米和長(zhǎng)度小于200微米的平均尺寸，其中將產(chǎn)生的生物質(zhì)細(xì)顆粒供給至下游的生物質(zhì)氣化 器，用于在所述生物質(zhì)氣化器的反應(yīng)器中進(jìn)行快速生物質(zhì)氣化反應(yīng)，因?yàn)榕c接收的碎片形 式的生物質(zhì)相比，產(chǎn)生的生物質(zhì)細(xì)顆粒對(duì)于等量的生物質(zhì)具有更高的面容比，這允許對(duì)生 物質(zhì)原料進(jìn)行更高效的傳熱和傳質(zhì)并且更快速地?zé)峤夂蜕镔|(zhì)中的所有分子的氣化。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括： 在所述蒸汽爆破工作站的排出口收集減小為較小顆粒尺寸的糊狀生物質(zhì)并供給至水 分離單元，其中在旋流器單元中將水從細(xì)顆粒形式生物質(zhì)中去除，并將水分含量降至以重 量計(jì)少于20%的細(xì)顆粒形式生物質(zhì)通過(guò)輸送系統(tǒng)供給至烘焙?jiǎn)卧谛∮?00攝氏度的溫 度下、以預(yù)設(shè)時(shí)間加熱生物質(zhì)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中將水從旋流器單元中回收并用作向所述生物質(zhì) 氣化器的低壓蒸汽輸入，所述生物質(zhì)氣化器的輸入含有在蒸汽爆破處理時(shí)回收的揮發(fā)物， 包括松節(jié)油。
【文檔編號(hào)】C08J3/12GK104519991SQ201380040145
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月22日
【發(fā)明者】羅伯特·S·埃姆普斯基, 約翰·T·特納, 弗朗西斯·邁克爾·菲拉羅, 杰羅德·韋恩·霍曼, 韋恩·W·西蒙斯 申請(qǐng)人:三照普燃料公司