專利名稱：通過熱解聚不可逆地干燥木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的連續(xù)方法
通過熱解聚不可逆地干燥木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的連續(xù)方法本發(fā)明涉及在可再生能源背景下加工生物質(zhì)用以回收的技術(shù)領(lǐng)域。在21世紀起始的當今，可持續(xù)發(fā)展似乎是保護地球并修復20世紀后半葉過度開發(fā)所致?lián)p害的唯一可能途徑。這就是目前廣泛研究生物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化的原因，所述研究是為了盡快發(fā)現(xiàn)用可再生能源替代化石燃料的方法，從而降低我們對煤和石油產(chǎn)品的依賴，并因而降低我們在發(fā)電、生產(chǎn)水泥、石灰或甚至煉鋼以及更廣泛的方面時的二氧化碳排放，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在這些解決方法中，已經(jīng)進行了生物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化的研究。本申請人參與了該研究的努力并特別地已開發(fā)出用于再循環(huán)經(jīng)處理木材、蒸餾固體有機產(chǎn)物、生成高碳含量的無機植物性碳以及產(chǎn)生碳粉末的多種方法。這些不同的研究和開發(fā)特別地得到了如下專利FR 2734741, PCT FR 2006/050471、WO 2008/116993 和 WO 2007/006990 ο這些不同的方法產(chǎn)生了非常令人滿意的實驗和操作，并提供對起初的上述問題的回應(yīng)，特別是為設(shè)計產(chǎn)品(特別是燃料產(chǎn)品)對一些有機固體進行的能量轉(zhuǎn)化。更具體而言，在專利PCT WO 2007/000548中，蒸餾法旨在對有機固體進行再循環(huán)以生產(chǎn)幾乎無其他物質(zhì)的基于碳的二次原材料，所述原材料并非設(shè)計用于燃燒。該基于碳的二次原材料旨在用于生產(chǎn)其他產(chǎn)品。所述二次原材料不含有機成分，所有有機成分均被去除，由于蒸發(fā)其也不含任何水。因而獲得的基于碳的二次產(chǎn)物可再循環(huán)并用作生產(chǎn)其他產(chǎn)品的成分。在本申請人的研究中，本申請人的方法是設(shè)計并獲得可燃燒的終產(chǎn)物，其不含水成分但保留它們的全部有機物質(zhì)，從而通過排除發(fā)酵的問題、發(fā)酵產(chǎn)物的出現(xiàn)(如真菌和霉菌)，并且排除產(chǎn)品儲存過程中的氣候環(huán)境問題進一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量。這就是為何Thermya設(shè)計并開發(fā)了利用不可食用的生物質(zhì)生產(chǎn)有效提供能量的 (energy-efficient)燃料的方法，所述燃料穩(wěn)定、干燥且疏水，可長期存放而無生物降解風險。而且，該加熱過程使粉碎和壓縮生物質(zhì)更加容易，同時增加了其燃燒品質(zhì)。本申請人采用該新方法提供的技術(shù)方案滿足了這些目標，并且通過實施本發(fā)明方法獲得的產(chǎn)物為不可逆干燥的狀態(tài)，這使它們可在最佳燃燒條件下使用而不受外界的限制。根據(jù)本發(fā)明的第一特征，采用非食物生物質(zhì)生產(chǎn)燃料的方法特征在于將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)放入干燥塔，并且生物質(zhì)分階段(in phases)通過三個連續(xù)區(qū)域從所述塔的頂部移動到底部，所述三個區(qū)域用以干燥、然后蒸餾以及最后熱解聚，后者在低于250°C的溫度下進行，以確保半纖維素的分解和降解，修飾木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的細胞壁結(jié)構(gòu)以及抑制半纖維素吸收水分的能力并從生物質(zhì)中去除水，并且隨著揮發(fā)性有機化合物的蒸發(fā)轉(zhuǎn)化部分有機物質(zhì)，其特征還在于按照連續(xù)過程實施熱處理，其采用在干燥和熱解聚塔中對流運行的兩種流，第一種為從底部向上移動的氣流，另一種為從頂部向下移動的由生物質(zhì)而來的固體物質(zhì)流，其特征還在于熱解聚區(qū)域位于所述干燥塔的底部或在位于塔中的下部格網(wǎng)之上，其特征還在于解聚過程通過完全去除水而導致生物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的改變，所得的產(chǎn)物為干燥且疏水的不可逆結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并且產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和組成不能被修飾。通過以下描述將更好地理解這些和其他特征。在附圖中只以示例的方式描述了本發(fā)明的目的

圖1是根據(jù)本發(fā)明方法用于非食物生物質(zhì)的不可逆干燥塔的示意圖。圖2為實施該方法的安裝示意圖。為了使本發(fā)明更容易理解，只以示例方式參照附圖給出以下描述。本申請人設(shè)計并開發(fā)了用不可食用的生物質(zhì)生產(chǎn)可有效提供能量的燃料的方法， 所述燃料穩(wěn)定、干燥且疏水，可長期存放而無生物降解風險。本發(fā)明的方法還使粉碎和壓縮生物質(zhì)更加容易，同時增加其燃燒品質(zhì)。本發(fā)明方法的目的是采用熱解聚通過干燥連續(xù)地處理非食物生物質(zhì)，使生物質(zhì)結(jié)構(gòu)具有不可逆性，使得所得產(chǎn)物具有如下特征，即處于干燥、疏水狀態(tài)以使其可以長期儲存而沒有在自然環(huán)境中或由于霉菌的存在而生物降解的風險。也就是說，本發(fā)明的方法通過將水全部去除而改變生物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)并通過解聚和輕度揮發(fā)(devolatilisation)削弱了細胞壁的結(jié)構(gòu)。獲得的產(chǎn)物處于不可逆狀態(tài)并且它們的結(jié)構(gòu)和組成此后無法被修飾。采用非食物生物質(zhì)生產(chǎn)有效提供能量的燃料的方法具有以下特征將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)放入干燥塔，并且生物質(zhì)分階段(in phases)通過三個連續(xù)區(qū)域從所述塔的頂部移動到底部，所述三個區(qū)域用以干燥、然后蒸餾以及最后熱解聚，后者在低于250°C的溫度下進行，使得從生物質(zhì)中不可逆地去除水并轉(zhuǎn)化部分有機物質(zhì)，其特征還在于熱處理按照連續(xù)過程實施，其采用在干燥和熱解聚塔中對流運行的兩種流，第一種為從底部向上移動的氣流，另一種為從頂部向下移動的由生物質(zhì)而來的固體物質(zhì)流。所述熱解聚區(qū)位于干燥塔底部或在塔下部格網(wǎng)之上，并設(shè)置成允許中性熱氣體進入并提取以固體、干燥疏水狀態(tài)獲得的產(chǎn)物。更具體而言，熱解聚使每個生物質(zhì)顆粒完全加熱以使得它們從表面到核心獲得均勻的溫度。在木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的實例中(例如，木材等)這包括半纖維素、纖維素、木質(zhì)素以及礦物質(zhì)和有機物質(zhì)(通常少于3% )。在熱解聚期間，所述生物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)被修飾， 導致其性質(zhì)的改變。均一的生物質(zhì)解聚通過半纖維素的分解和提取使得水釋放以及揮發(fā)性有機化合物(volatile organic compound,V0C)蒸發(fā)。注入氣體的溫度對應(yīng)熱解聚的最終溫度，其根據(jù)待處理的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的類型而不同。在該溫度下，木質(zhì)素經(jīng)歷較少修飾而纖維素不受熱影響。由于半纖維素通過將纖維素細纖維結(jié)合在一起而在維持有組織的細胞壁結(jié)構(gòu)中起重要作用，該解聚和部分揮發(fā)減弱了該結(jié)構(gòu)。而且，半纖維素是具有高吸水能力的無定形聚合物，其降解使得有可能除去水并且特別地使木材疏水。一旦蒸發(fā)，木材不會再吸收水。本發(fā)明的方法提供從潮濕的非食物生物質(zhì)到干燥疏水的生物質(zhì)的快速連續(xù)轉(zhuǎn)化， 所述干燥疏水的生物質(zhì)易于粉碎和壓縮并且不會再吸收水。參照圖1，在裝填有非食物生物質(zhì)的塔中保持溫度梯度。在與解聚區(qū)相接觸的塔底部格網(wǎng)處具有低于250°C的最高溫度。在塔頂部氣體出口處具有低于60°C的最低溫度。對應(yīng)干燥區(qū)的塔的上三分之一(附圖標記4. 1)維持在低于70°C的生物質(zhì)溫度，其對從所述生物質(zhì)中提取的最易揮發(fā)(first voatile)的有機化合物起氣體過濾作用。涉及蒸餾的區(qū)域2設(shè)置為100°C至240°C的遞增溫度以排放輕有機物。
位于區(qū)域2內(nèi)的區(qū)域3涉及溫度為200°C至240°C的塔底部處的解聚。當生物質(zhì)顆粒從塔頂部向底部移動時，其逐漸接觸相對于氧中性的氣體，所述氣體的溫度不斷升高。其溫度從其表面至其核心均勻升高。隨著其向下移動，所述生物質(zhì)顆粒逐漸喪失其水分，然后半纖維素經(jīng)歷解聚并輕微地脫揮發(fā)，使有機物質(zhì)在氣體流中排出。 該過程一直持續(xù)到所述顆粒到達塔底部的格網(wǎng)。從塔中提出的顆粒已經(jīng)過確保其完全干燥隨后解聚和輕度揮發(fā)的熱處理，從而賦予所述顆粒疏水特性，并使生物質(zhì)的細胞壁結(jié)構(gòu)非常脆弱。塔出口的氣流導入圖2顯示的具有封閉回路再循環(huán)階段的結(jié)構(gòu)。在圖2中，數(shù)字 4代表所述塔，2代表氣體注入和生物質(zhì)獲取室，3代表格網(wǎng)，1和7代表鼓風機，5代表氣體干燥器，6代表燃燒加熱室，8代表排出氣體處理。A、B、C和D代表閥。該安裝為已知的類型。因此本發(fā)明的特征和原創(chuàng)性展示在以下幾點及其聯(lián)合作用提供了有效提供能量的燃料產(chǎn)品，所述產(chǎn)品不受外界和生物限制，同時不可逆地保持通過該方法獲得的新結(jié)構(gòu)狀態(tài)-連續(xù)用低氧含量的熱氣流不可逆地干燥(殘留水分<)生物質(zhì)；-兩種對流流動的連續(xù)垂直運行向下流動的生物質(zhì)，向上流動的熱氣體；-用熱氣體直接加熱所述生物質(zhì)；-在整個熱處理過程中均勻加熱每個顆粒；-隨著顆粒向塔底部的移動顆粒溫度逐漸增加；-基本保留初始生物質(zhì)中所含的全部能量；-輕度加熱處理(低于250°C)適用于每種類型木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的解聚點；-生物質(zhì)細胞壁結(jié)構(gòu)(更具體而言為半纖維素)的解聚；-采用低氧含量(<2% )氣體的輕度揮發(fā)以從生物質(zhì)中提取最易揮發(fā)的有機物；-通過作為過濾器的塔上部過濾所述氣體；-加熱溫度從不超過每種生物質(zhì)類型的最終解聚溫度。作為提示，在本申請人對根據(jù)WO 2007/000548以及本申請的蒸餾方法對有機物質(zhì)清除進行評價測試后，提供了信息。在第一種情況下，基于含約10%水分的木材，其方法的質(zhì)量產(chǎn)率為約30%。獲得的產(chǎn)物幾乎全部由碳構(gòu)成。用所述方法提取出了所有的水和有機部分。在本申請(不可逆干燥)的情況下，本方法的質(zhì)量產(chǎn)率為約90% (基于干木材)。 獲得的產(chǎn)物為干木材，其喪失了其有機化合物的一小部分。用本方法提取出了所有水和一小部分有機化合物。本發(fā)明的方法具有很多應(yīng)用并且是可再生能源領(lǐng)域的重大進展。
權(quán)利要求
1.用非食物生物質(zhì)生產(chǎn)燃料的方法，其特征在于將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)放入干燥塔，并且生物質(zhì)分階段通過三個連續(xù)區(qū)域從所述塔的頂部移動到底部，所述三個區(qū)域用以干燥、 然后蒸餾以及最后熱解聚，后者在低于250°c的溫度下進行，以確保半纖維素的分解和降解，修飾木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的細胞壁結(jié)構(gòu)以及抑制半纖維素吸收水分的能力并從生物質(zhì)中去除水，并且隨著揮發(fā)性有機化合物的蒸發(fā)轉(zhuǎn)化部分有機物質(zhì)，其特征還在于按照連續(xù)過程實施熱處理，其采用在干燥和熱解聚塔中對流運行的兩種流，第一種為從底部向上移動的氣流，另一種為從頂部向下移動的由生物質(zhì)而來的固體物質(zhì)流，其特征還在于熱解聚區(qū)域位于所述干燥塔的底部或在位于塔中的下部格網(wǎng)之上，其特征還在于解聚過程通過完全去除水而導致生物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的改變，所得的產(chǎn)物為干燥且疏水的不可逆結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并且產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和組成不能被修飾。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于在裝填有非食物生物質(zhì)的塔中保持溫度梯度，其特征還在于在與解聚區(qū)相接觸的塔底部格網(wǎng)處具有低于250°C的最高溫度，其特征還在于在塔頂部氣體出口處具有低于60°C的最低溫度，其特征還在于對應(yīng)干燥區(qū)的塔的上三分之一保持在低于70°C的生物質(zhì)溫度，其對從所述生物質(zhì)中提取的最易揮發(fā)性有機化合物起到氣體過濾作用，并且其特征還在于將涉及蒸餾的區(qū)域設(shè)置為100°C至240°C的遞增溫度以排放輕有機物，并且其特征還在于涉及解聚的區(qū)域位于溫度在200°C至240°C的塔底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法獲得的有效提供能量的燃料產(chǎn)品，其為不可逆的干燥且疏水的狀態(tài)。
全文摘要
采用非食物生物質(zhì)生產(chǎn)燃料的方法，其特征在于將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)放入干燥塔，并且生物質(zhì)分階段通過三個連續(xù)區(qū)域從所述塔的頂部移動到底部，所述三個區(qū)域用以干燥、然后蒸餾以及最后熱解聚，后者在低于250℃的溫度下進行，以確保半纖維素的分解和降解，修飾木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的細胞壁結(jié)構(gòu)以及抑制半纖維素吸收水分的能力并從生物質(zhì)中去除水，并且隨著揮發(fā)性有機化合物的蒸發(fā)轉(zhuǎn)化部分有機物質(zhì)，其特征還在于按照連續(xù)過程實施熱處理，其采用在干燥和熱解聚塔中對流運行的兩種流，第一種為從底部向上移動的氣流，另一種為從頂部向下移動的由生物質(zhì)而來的固體物質(zhì)流，其特征還在于熱解聚區(qū)域位于所述干燥塔的底部或在位于塔中的下部格網(wǎng)之上，其特征還在于解聚過程通過完全去除水而導致生物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的改變，所得的產(chǎn)物為干燥且疏水的不可逆結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并且產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和組成不能被修飾。
文檔編號F26B3/16GK102203533SQ201080002845
公開日2011年9月28日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者大衛(wèi)·馬特奧斯, 讓-塞巴斯蒂安·埃里 申請人:賽姆亞股份公司