[发明专利]用于生物质的节能烘焙的方法及系统

说明书

本发明涉及一种用于烘焙生物质并燃烧生成的烘焙气体的方法及系统。在烘焙反应过程中由生物质释放的烘焙气体从反应器中排出并进入第一燃烧区。二次空气流被引入到第一燃烧区以燃烧烘焙气体从而获得热烟道气。部分热烟道气被引导至混合装置。其余热烟道气被引导至第二燃烧区以完全燃烧烟道气。在第二燃烧区获得的完全燃烧的烟道气被引导至热回收装置，其中烟道气的温度降低。部分冷烟道气被引导至混合装置，其与热烟道气混合从而获得冷却的烟道气流。冷却的烟道气流被转移至烘焙反应器中以直接加热生物质。

技术领域

本发明涉及生物质的烘焙领域。尤其涉及一种用于生物质的节能烘焙的方法及系统。

背景技术

为了能够与如煤、石油及天然气等化石燃料能源载体竞争并替代它们，木质纤维素生物质将会从某种形式的预处理方法中获益从而克服固有缺点。预处理方法烘焙可以改善生物质燃料的质量，例如热值、能量密度、含水量、碾磨特性、进料和疏水特性。这些改进建立了烘焙作为促进生物质原料市场扩张的关键过程。烘焙是一种热预处理方法，其通常在约220℃-600℃的温度下在基本惰性(无氧)环境中发生。在加工过程中，除了烘焙的生物质之外，包含不同有机化合物的可燃气体也从生物质原料中释放出来。

从木质纤维素生物质生产烘焙材料的过程可以说包括四个阶段：

1)干燥步骤，其中除去保留在生物质中的游离水；

2)加热步骤，其中物理结合的水被释放并且材料的温度升高到所需的烘焙温度；

3)烘焙阶段，其中材料实际上被烘焙并且当材料温度达到220℃-230℃时开始烘焙。在该阶段，部分生物质分解并且释放不同类型的挥发物，如羟基丙酮、甲醇、乙醛、短羧酸和其他碳氢化合物。特别地，烘焙阶段的特征在于在220℃-230℃的温度下分解半纤维素，并且在更高的烘焙温度下，纤维素和木质素也开始分解和释放挥发物；纤维素在305℃-375℃的温度下分解，木质素在250℃-500℃的温度范围内逐渐分解；

4)冷却步骤，终止过程并方便处理。一旦材料冷却到220℃-230℃以下，烘焙过程就终止。

附图说明

图1示出了使用本发明的烘焙过程的一些流量和温度；

图2示出了根据本发明的用于生物质烘焙和所产生的烘焙气体燃烧的系统的示例。

发明内容

烘焙反应器的节能加热是烘焙的生物质生产成本的重要因素。在本领域中众所周知的是，在烘焙过程中从生物质原料中释放的烘焙气体可以燃烧，并且燃烧产生的热量可以用于加热烘焙反应器。本发明人已经意识到，用于加热烘焙反应器的特别节能的方法涉及烘焙气体部分或全部燃烧，从而获得热烟道气(来自部分或完全燃烧的烘焙气体)，并通过直接引入反应器内的热烟道气加热烘焙反应器使得生物质直接与热烟气接触。本发明人进一步意识到，使用热烟气直接加热烘焙反应器内的生物质存在一些挑战。例如，重要的是能够控制烟道气中含氧量不会太高，因为这可能导致管道和容器内的气体和/或烟尘爆炸。能够控制烟道气的温度和流量以及与烟道气一起重新引入的未燃烧的烘焙气体的浓度也是重要的。此外，使用，例如风扇来循环高温(例如超过850℃)烟道气是有挑战性的。这些风扇一般需要被冷却而且这些冷却可能会导致存在于未燃烧的烘焙气体中的化合物沉淀(precipitation of compounds)冷却在风扇的冷却表面上。

本发明人发明了一种有效克服这些挑战的方法及系统。

因此，本发明的第一方面涉及一种用于烘焙生物质并燃烧生成的烘焙气体的方法，该方法包括以下步骤：

a)对烘焙反应器中任选的预干燥生物质进行烘焙从而获得烘焙的生物质和烘焙气体

b)通过由流过喷射式燃烧器的一次空气流产生的下压力，烘焙气体可以从烘焙反应器排出并进入第一燃烧区，