[发明专利]用于木质纤维素材料烘焙的方法和系统

说明书

本申请要求2009年8月19日递交的美国临时申请No.61/235,114的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体涉及与木质纤维素材料烘焙相关的系统和方法。

背景技术

烘焙指通常在惰性气氛中，在225到300℃的相对低的温度下进行的木材的热处理。由于木材的活性半纤维素内容物的分解，烘焙通常形成能量密度相对于质量提高的燃料。

木材通常含有半纤维素、纤维素和木质素。在一方面，烘焙的目的是从木材去除水分和低重量有机易挥发成分。烘焙还可解聚木材的半纤维素部分的长多聚糖链，并且产生能量密度提高(以质量计)的并且磨碎能力提高的憎水固体产品。由于烘焙后木材的化学结构方面的变化，因此可能适用于燃煤设备中(烘焙的木材或生物质具有与低级煤相似的特性)，或可压紧为高品位木屑颗粒，代替标准木屑颗粒。

烘焙在最近几十年已经发展为将基于木材的生物质转变为能量产品系列的可行的增加。虽然已经对经受烘焙时的生物质(木材)中发生的成分变化进行了大量的研究，但是商业工艺没有得到很好的发展。本文提出的烘焙方法和系统已经发展为符合可行烘焙工艺的商业需要。其他烘焙工艺描述于：美国专利公开No.2008/0223269中，其中传导热用于实现烘焙；美国专利No.4,787,917中，其中烘焙的木材成形为未剥皮的木材棒；及公开号为WO2005/056723的PCT申请，其中公开了从原材料(有机材料，来自森林或其他农作物，以及化石类材料或混合物——木质纤维素)生产烘焙的生物质的连续的方法和系统。

发明内容

木材的烘焙通常产生三种产物：黑色固体产物，其可进一步处理成颗粒，或直接用作生物质燃料；酸性相，包含可凝聚有机物(包括但是不限于乙酸、蚁酸、丙酮、糠醛)；和气体，例如一氧化碳或二氧化碳。在一方面，该工艺可以是低温、低氧高温分解过程，其中不易于去除具有最低热和能量值的化合物。

在该工艺的一方面，约30％的质量燃烧掉，而仅损失10％的能量值，也就是说，剩余的固体物质(约70％的原始材料物质)包含原始存在的热值的90％。烘焙可在加压的反应器中以及220-300℃的温度下进行，其中，与原材料/生物质(木质纤维素材料)直接接触，所述原材料/生物质已经之前通过热气(相对无氧气的气体)干燥来去除高达约95％的最初存在于生物质中的水分。干燥的生物质在烘焙反应器中的加热可从该生物质去除剩余的水分。

在一个方面，存在用于木质纤维素材料烘焙的系统。该系统可包括：用于干燥木质纤维素材料的干燥器，其适于去除包含在木质纤维素材料中的水分的至少一部分；烘焙反应器，其适于在1巴和50巴之间的压力下，在100℃和1000℃之间的温度下操作，其中，所述烘焙反应器从木质纤维素材料产生烘焙的生物质和烘焙气体；第一再循环回路，其适于将烘焙气体再循环回到烘焙反应器；冷却器，其适于冷却烘焙的生物质，其中，所述冷却器适于在基本上无氧的环境中操作；旋风分离器，其适于将冷却的经烘焙的生物质从惰性气体分离；第二循环回路，其适于将惰性气体从所述旋风分离器再循环到所述冷却器，并且适于将惰性气体提供给所述烘焙反应器；和供给管道，其适于提供惰性气体来添加到所述冷却器。所述系统可适于将惰性气体用作用于在所述烘焙反应器和所述冷却器之间进行热传递的介质。

在另一个方面，存在用于木质纤维素材料烘焙的方法，包括以下步骤：干燥木质纤维素材料，以去除包含在所述木质纤维素材料中的水分的至少一部分；使所述烘干的木质纤维素材料在烘焙反应器中，在1巴和50巴之间的压力下，在100℃和1000℃之间的温度下进行反应，以产生烘焙的生物质和烘焙气体；将所述烘焙气体的至少一部分再循环回到所述烘焙反应器；在基本上无氧环境中操作的冷却器中冷却所述烘焙的生物质；将所述烘焙的生物质和惰性气体在旋风分离器中分离；将在所述旋风分离器中分离的惰性气体的一部分再循环到所述冷却器，并且将在所述旋风分离器中分离的惰性气体的一部分再循环到所述烘焙反应器；将补充惰性气体供到所述冷却器。所述方法可使用所述惰性气体作为用于在所述烘焙反应器和所述冷却器之间进行热传递的介质。

附图说明

图1是示出本发明实施例的示意流程图。

具体实施方式

图1示意性示出能够进行生物质(木质纤维素材料)烘焙的商业规模设施。图1的实施例利用来自该过程的热，同时保持无氧(即基本上无氧)环境，这有利于安全有效操作。