[发明专利]生产富含碳的生物质材料的方法

说明书

本发明涉及生产富含碳的生物质材料的方法、由此获得的富含碳的生物质材料以及其用途。

本发明涉及生产富含碳的生物质材料的方法、由此获得的富含碳的生物质以及其用途。

已被广泛接受的事实是，由于有限的资源及其对气候改变的影响，目前的化石碳基能量经济必须改变。目前，正在研究并且已经部分建立了对可再生能源如风、太阳能或生物质的不同策略。当将生物质考虑为能量载体的来源时，必须区分主要用于运输业的液体生物燃料(生物柴油等)与主要用于热和电力应用的固体生物燃料(生物质煤、粒料等)(Neubauer,Chemie Ing.Technik 2011,83,1880-1889)。对于固体生物燃料的情况而言，一些年以前已将未处理的木质粒料(所谓的“白色粒料”)引入(家用)市场，其由国际能源署很好地进行了回顾(Maurizio et al.,IEA Bioenergy,Task 40,November 2011)。因此，采取了所需的法律和规章措施如分类和工业标准，以使燃料和燃烧单元兼容，相应的生产线和基础设施也是如此。

目前商业上由木材可获得的白色粒料的公知限制和内在缺点能够尤其在它们的排放行为和它们的一般性质特性方面看出：

1.在储存和自身诱导的加热期间形成一氧化碳。

2.释放其它挥发性有机化合物(VOC)，其鉴于健康、安全和环境(HSE)问题是有问题的。

3.白色粒料的差的机械强度和成型稳定性导致处理困难。例如，由于摩擦形成粉尘残余物，尤其在储存和运输期间导致粉尘爆炸等的风险。

4.白色粒料对水分和湿度高度敏感，导致溶胀和/或崩解。因此，使储存和运输复杂化。

5.白色粒料具有约550-650kg/m³的低的堆密度。白色粒料的“低位热值”(LHV)(LHV＝16-18MJ/kg)相当于未经处理的未经干燥的木材的所述值。因此，能量密度(单位体积的LHV)低。

6.包含弹性纤维的白色粒料的稠度使其不能研磨且使它们不可用于大规模或工业上的燃烧粉尘的燃烧器应用。

一些上述缺点的解决方案处于研究中并且在这点上基本上遵循以下三种不同途径：

-蒸汽处理或蒸汽爆破(SE)

-烘焙(TF)，和

-水热碳化(HTC)

所有上述技术都包括(水)热处理，以破坏由纤维素、半纤维素(HC)和木质素构成的天然木质纤维素生物质的整体结构。

在该转化过程中，取决于加工条件，使所述三种主要成分中化学上最不稳定的HC降解至一定程度。HC主要经由其单体、尤其是戊糖如木聚糖降解，所述木聚糖立即进一步降解成无危害的化合物。在热解条件下加热生物质时测定化合物如醛(甲醛、乙醛、己醛、戊醛等)、呋喃衍生物(5-羟甲基呋喃甲醛(HMF)、呋喃甲醛(FU)等)、酚(衍生物)(愈创木酚、丁香酚等)以及C₁-C₆羧酸(甲酸、乙酸等)和C₁-C₆醇(如甲醇)的形成。这些化合物的有毒的特性是公知的，部分地具有来自长期暴露的明显的负面影响。甚至已发现这些分子中的一些在美国环境保护署(EPA)的189种危险空气污染物(HAP)的列表上，例如甲醇、甲醛、乙醛、丙烯酸和酚(仅举出几个突出的污染物)。还已知这些化合物的一些进一步降解成其它的甚至更多健康有关的化合物，如C_1-4醛和C_1-4羧酸，其构成一些经热处理的生物质样品的特有的令人反感的气味。

所有上述技术(SE、HTC和TF)都针对主要木材组分的理化分解，以使得以增加的能量密度更好地获得产物，由此考虑总质量损失。