[发明专利]处理生物质的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理生物质的装置(apparatus)和方法。具体的，本发明涉及一种利用微波能以生物质生产木炭、生物油活性炭、增碳剂炭或焦丁的装置和方法。

背景技术

人们对当前温室气体排放量及其可能对全球气候的影响有相当大的关注。二氧化碳(CO₂)被认为是驱动人为气候变化的主要温室气体，占全球产生的所有温室气体的70％左右。

为了使二氧化碳持续减少，需要大规模改变世界的能源消耗模式。例如，需要提升可再生能源的利用，以及提高可再生能源的能源效率和开发替代燃料。一种替代燃料为生物燃料。

生物燃料或生物油是可再生资源，当燃烧时，使用生物燃料或生物油产生的温室气体净排放量明显少于使用化石燃料产生的温室气体净排放量。生物燃料或生物油可在机动车、供暖和发电方面用作化石燃料的替代燃料。

另一种减少大气中二氧化碳的方法是捕获和储存部分的大气二氧化碳。含碳气体的捕获储存被称为“固存”(sequestration)。气体形式碳的固存(例如在发电厂，作为气体被释放)是一种技术上复杂和高成本的解决方案。一个可选的方法是通过在地面上再造林区将二氧化碳固存在树木中。树木中平均45～50％的物质是碳。重要的是，重新造林需要大面积的土地以储存大量的二氧化碳。另外，将二氧化碳储存在树木中只有在该区域保持植树时才是可行的。如果该区域被清除，大量的二氧化碳回到大气中。

PCT专利申请WO2008/079029描述了一种固存二氧化碳的方法。

活性炭

活性炭是一种木炭产品，具有微孔结构，其表现出显著的特定内表面积。活性炭有多种用途，主要包括杂质吸附，因此，在制糖业中其用于将黑褐色除去以制得白糖。然而，活性炭在清除污染方面也是非常有价值的，特别是用于吸附较大分子。

活性炭的进一步可能的应用是通过吸附含氮物质，如尿素，再将产品用于农用地中。活性炭不会牢固地保留这些物质，因此，当将固定碳放入土地中时，其可用作氮肥的缓释剂，从而可从生物质中提供碳，有助于减少大气中的二氧化碳。活性炭也可以吸附甲烷，因此可作为潜在的助剂用于抑制甲烷从某些库(stock)中释放。总之，它具有显著潜在的进一步用途，因此，市场上需要活性炭的其它制造方法。

活性炭的制造是众所周知的。含碳物质通常在约600℃被碳化，然后，当碳化完成时，含碳物质通常通过氧化作用被激活，如用水蒸气或空气，或通过化学方法处理被激活，如氯化锌、磷酸或其它多种化学品。在相当小心控制的条件下，激活通常在800℃～1200℃进行。一般而言，热量由外部提供给含碳材料，某些方法通常用回转窑等提供热量。

在这种窑中，生物质有两个热源：与窑壁直接接触进行导热，以及窑壁发出的黑体型辐射(black body type radiation)。生物质的导热率低，当温度达到约300℃时，生物质即开始吸热降解。部分热降解产物为高粘度焦油，可流入生物质孔中，这在活性炭形成中是不希望的，因为填充孔往往会减少最终表面积。

碳化过程是慢的，因为随着生物质接近约300℃，生物质发生降解并产生降解产物。降解产物通常是液体焦油，具有流动性。任何填充形成的碳孔的物质都是不希望的。

活性炭的表面积通常由低压氮吸附(B.E.T法)测定。由于这种吸附通常是单层的，所以可计算出表面积。1g活性炭的表面积通常约为500m²，且约为200～2500m²。

增碳剂炭

碳是加入型钢最重要的组分，占成品金属制品质量的0.15～1.5％。钢的碳含量影响特定的机械性能，如硬度，强度和诸如熔点和“可焊性”的热性能。

在钢生产过程中，大多数铸造厂通常的做法是在金属料(metallic charge)中将废钢料与主要铁精矿结合。所用废钢料的百分比是价格、有效性、合金水平和其它经济因素的函数。

通过炉料(即废钢和铁回收)加入至熔炉的碳的质量通常低于成品钢制品中的目标值，通常在3.0～4.0％C范围之内。因此，被称为“增碳剂”的碳单位添加至炉中以提高钢产品中元素碳的水平到指定的水平。

在制造过程中的冶炼阶段，将增碳剂混入钢水浴中，使元素碳被吸收，并均匀分散在金属料中。

型钢生产中使用的增碳剂需要含有高比例的固定碳、高热值。关键地，增碳剂材料必须是低挥发分，含有确保安全的氮和硫含量，有效的还原-氧化反应级数，以及最大限度减少有害排放物。