[发明专利]包括冷却烘焙反应步骤的生物质烘焙方法

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，涉及用于精确控制烘焙温度的方法和装置，其对被烘焙材料的质量和性能的精确控制是决定性的。

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被显示可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)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释放。

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，其中材料被实际烘焙，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、短链羧酸和其他烃类。具体说，烘焙阶段特征在于，在220℃-230℃的温度下分解半纤维素，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;在305-375℃的温度下纤维素分解且木质素逐渐在250-500℃的温度范围内分解;

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

对烘焙产物的质量和性能的需求因产品的目的用途而显著地不同。发明人已经认识到，决定性的是能精确地控制烘焙温度以便产生具有期望特性的烘焙产品。本发明基于的是，放热、温度增加反应在烘焙处理期间发生，且产生的能量的量在不同类型的木质纤维材料之间是显著不同的。例如，发明人已经发现，桉树木质生物质烘焙时产生比云杉木质生物质烘焙时的放热反应更多的能量。烘焙处理中放热反应由此使其难以保持恒定烘焙温度和获得期望的且可再生质量的烘焙产品。因此，发明人已经认识到需要一种改进的烘焙方法，其允许对烘焙温度的精确控制，且有助于精确控制烘焙材料的质量和性能。

发明人已经通过经干燥且加热的生物质的烘焙方法解决了如上所述的问题，所述方法包括这一步骤：让烘焙反应冷却以便至少部分地抵消从放热烘焙反应获得的温度增加。本发明的另一方面涉及烘焙装置，其包括至少一个烘焙区域，其中烘焙区域包括用于冷却的器件，且可选地还包括用于加热的器件，且其中用于冷却的器件连接到冷却源。

附图说明

图1显示了包括烘焙区域的烘焙装置，其中烘焙区域包括用于冷却的器件；

图2显示了图1所示的烘焙装置中的典型温度变化。应注意图1中未示出冷却区域；

图3显示了图1公开的烘焙装置中的典型温度变化。应注意图1中未示出冷却区域。

具体实施方式

定义：

烘焙：

一种热预处理方法，在220℃以上但600℃以下的温度下在基本惰性(无氧气)的环境下发生，且其产生烘焙生物质和易燃气体。在烘焙阶段，生物质的一些部分，特别是半纤维素，分解且放出不同类型的有机挥发物。在从原料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，在所述干燥阶段中生物质中含有的自由水被去除，且在所述加热阶段中将生物质加热到期望的烘焙温度。

加热区域：

烘焙装置中容纳室（compartment）的一具体区域，相对于烘焙装置的生物质入口位于烘焙区域上游，其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：

烘焙装置中容纳室的一具体区域，相对于烘焙装置的生物质入口位于加热区域下游，其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处于220℃到600℃的范围。

干燥区域

烘焙装置中容纳室的一具体区域，相对于烘焙装置的生物质入口位于加热区域上游，其包括用于具体调节所述具体区域中温度的器件，且其中生物质在加热前被干燥到水含量低于10%。

冷却区域