[发明专利]使用可燃液体制备焙烧的生物质材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及焙烧的生物质和/或生物固体，且特别地，涉及一种包含可燃 液体的焙烧的密实化的生物质和/或焙烧的密实化的生物固体以及使用可燃 液体制备该焙烧的密实化的生物质和/或生物固体的方法。

背景技术

随着化石燃料供应的减少，生物质和生物固体正变成重要的能量来源。 石油、煤炭和其它化石燃料的燃烧也导致污染物和温室气体被释放到空气和 水中。生物质和生物固体是可再生的，产生比化石燃料显著少的温室气体并 且广泛易得。然而，天然生物质和生物固体通常具有低的密度，导致低效的 储存和运输。天然生物质和生物固体的低能量密度以及较高含水率也阻碍了 天然生物质和生物固体作为热能来源或作为煤炭替代品的广泛使用。

近来，已经开发的天然生物质和生物固体的焙烧是通过将所述生物质和 生物固体在无氧或低氧环境中缓慢加热到约300℃的最大温度以将所述生物 质和生物固体转化为一种木炭样态。缺氧使得所述生物质和/或生物固体免于 燃烧，而是，使得所述材料被焙烧。缓慢加热生物质和生物固体也导致质量 的损失，这是由于天然生物质和生物固体中的挥发性有机化合物(VOC)被汽 化。焙烧也引起该材料的细胞结构的化学改变，导致质量的部分损失以及机 械强度和弹性丧失。因此，焙烧也产生出具有增强的易碎性和可磨性的产品。 此外，焙烧的材料是疏水的，因此，保持干燥并且对大气湿度不敏感。这降 低了材料在保存时腐烂、过热和自燃的风险。

现有的焙烧方法通常需要热处理方法中的高压蒸汽、高温惰性气体或过 热蒸汽中的一种。也可以使用采用气体或压力或真空方法的其它焙烧工艺。 然而，大多数这些现有技术不能以一种简单、容易、快速、实用、安全、统 一且经济的方式有效地且实用地将生物质转化成焙烧的木材。特别是，采用 任何种类的惰性气体或蒸汽都需要具有大量的表面积的大的容载系统，设备 成本高，能量成本高，处理速度缓慢，以及总操作效能低下因而生产成本高。 为容纳惰性气体或蒸汽传热介质，这些系统和设备复杂而又庞大，且考虑到 伴随蒸汽所需要的高操作压力，经常需要重型材料。此外，这些系统常需要 超过一小时来焙烧生物质。因此，现有技术在可扩展性方面仍然存在挑战。

最近的焙烧方法也采用了生物液体(如，植物油、大豆油、介花油(canola oil)或动物脂)，石蜡族烃、油、熔盐或石蜡，以加热和焙烧生物质。然而， 这些技术中的一些需要设计复杂的用于容纳液体和焙烧生物质的外壳，且在 焙烧过程中，需要生物质通过多个容纳液体的池、河或液体隔室。因此，这 些工艺可能需要额外的工程计划，复杂的设计以及大体积的焙烧液体。而且， 这些方法在焙烧处理前经常需要预热阶段和/或干燥阶段，因此，操作昂贵且 耗时。

发明内容

本发明的示例性实施例大体涉及一种包含可燃液体的焙烧的密实化的生 物质和/或生物固体以及使用可燃液体制备该焙烧的密实化的生物质和/或生 物固体的方法，所述可燃液体以烃为例，如植物源的油、海洋源的油、动物 源的油、石油产品和基于沥青的产品。

在此公开本发明的用于制备焙烧的密实化的生物质和/或焙烧的密实化 的生物固体的示例性方法，其中使用可燃液体来焙烧密实化的生物质材料和/ 或密实化的生物固体材料。该示例性方法可以包括两种起始材料中的一种： (i)开始的起始材料可以是天然生物质和/或生物固体，其在可燃液体中在 加热前经历密实化；或(ii)开始的起始材料可以是在市场上现成的密实化 的生物质和/或密实化的生物固体。

本发明的示例性方法大体包括以下步骤：密实化天然生物质和/或生物固 体；将密实化的材料浸没在加热到约160℃至约320℃范围内的温度的可燃液 体中；以及在该加热的可燃液体中焙烧该密实化的材料约2分钟至约120分 钟以产生焙烧的密实化的生物质和/或生物固体。得到的焙烧的密实化的材料 包含约2％至约25％重量/重量的可燃液体。可将密实化的生物质和/或生物固 体从所述密实化工序直接转移至可燃液体中以使在生物质/生物固体密实化 中获得的任何热损失最小化。由于加热的密实化的生物质和/或密实化的生物 固体在可燃液体中将需要较少加热，这样可以提高该方法的效能。

在密实化后或将密实化的材料转移至可燃液体中之前，所述方法可进一 步包括干燥步骤。干燥可以与密实化共同完成。