氣化之前的蒸汽爆破方法
【專利說明】氣化么前的蒸汽爆破方法
[0001] 巧關申請案
[0002] 本國際申請主張2014年5月13日提交的標題為"使用氣化之前的蒸汽爆破 方法的生物質的預處理（PretreatmentofBiomassUsingSteamExplosionMethods Be化reGasification)"的美國申請第14/276, 719號的優(yōu)先權和權益，所述美國申請主 張作為2012年6月22日提交的標題為"使用氣化之前的蒸汽爆破方法的生物質的預處理 (PretreatmentofBiomassUsingSteamExplosionMethodsBeforeGasification)" 的美國非臨時申請第13/531,318號的部分延續(xù)的優(yōu)先權和權益。本申請還根據35 U.S.C. §119主張2013年5月14日提交的標題為"使用氣化之前的蒸汽爆破方法的生 物質的預處理（PretreatmentofBiomassUsin邑SteamExplosionMethodsBefore Gasification)"的美國臨時申請第61/823, 360號的優(yōu)先權和權益。本申請還主張作 為2013年6月4日提交的標題為"使用氣化之前的蒸汽爆破方法的生物質的預處理 (PretreatmentofBiomassUsingSteamExplosionMethodsBeforeGasification)"的 PCT申請第PCT/US2013/044143號的部分延續(xù)的優(yōu)先權和權益，所述PCT申請是主張上述美 國臨時申請第61/823, 360號和美國非臨時申請第13/531，318號的優(yōu)先權和權益的國際申 請；所有上述申請在此W引用的方式并入。
技術領域
[0003] 本設計大體上設及使用蒸汽爆破方法作為氣化或燃燒之前的預處理的生物質的 處理。在實施例中，本設計具體來說設及一種集成設備，其使用此生物質W從所述生物質產 生液體燃料，或將所述生物質轉換成致密化形式W促進經濟地傳輸到設施W用于進一步處 理為液體燃料、熱量/電力、動物飼料、床上用品或化學制品。
【背景技術】
[0004] 最初構想的技術是用干燥的木屑制作中等密度的纖維板。其它過程要求磨削木 屑、使切屑干燥、再磨削切屑、使纖維保濕、使纖維致密化、然后使木屑致密化（例如呈顆粒 的形式）的多個步驟。運些過程復雜、需要使用大量資金并需要大量能源。一些其它的典 型過程需要使生物質切屑干燥，然后將切屑磨削至極小尺寸隨后將它們發(fā)送至后續(xù)的加熱 /處理單元。此干燥和磨削花費大量的能源和資金成本。運些過程產生小纖維但其大小卻 是由蒸汽爆破過程（SE巧產生的細顆粒的大小的許多倍。使用SEP過程的先前工業(yè)希望維 持構成生物質的纖維的完整性W及纖維強度；并且因此具有未經受如在蒸汽爆破單元中的 苛刻條件的較長碎片。同樣，未應用生物質的額外機械攬拌，因為運將進一步減小纖維長度 和完整性兩者。

【發(fā)明內容】
陽0化]一種集成設備，其包含蒸汽爆破單元和生物質氣化爐W從生物質中產生合成氣。 蒸汽爆破單元將熱量、壓力和水分的組合應用到生物質W使生物質成為潮濕的細顆粒形 式。蒸汽爆破單元應用具有高壓的蒸汽W對生物質內部存在的任何氣體和流體進行加熱和 加壓。其中在至兩段或更多段的出口孔處，經加壓生物質的整體結構在內部被分裂W經由 具有提高的水分含量的生物質的快速降壓而在內部分裂。所產生的那些生物質的潮濕的細 顆粒隨后被饋送到生物質氣化爐的進給區(qū)，其W快速生物質氣化反應與生物質顆粒發(fā)生反 應W產生合成氣組分。蒸汽爆破單元的蒸汽爆破段禪合到精煉段，精煉段具有一個或多個 刀片，其經配置W在生物質通過孔口離開蒸汽爆破段到吹洗管線之前機械地攬拌生物質。
【附圖說明】
[0006] 多個圖式設及本設計的實例實施例。
[0007] 圖IA和IB示出了蒸汽爆破單元的實施例的流動示意圖，所述蒸汽爆破單元具有 用W接收生物質用作原料的輸入腔、兩個或更多個蒸汽供應輸入端、W及用W預處理生物 質W用于后續(xù)供應到生物質氣化爐的兩段或更多段。
[0008] 圖2示出了用W從生物質中產生合成氣并且從合成氣中產生液體燃料制品的集 成設備的流程圖的實施例。
[0009] 圖3-1到3-4示出了用于示例性生物質氣化爐的替代配置。
[0010] 圖4A到圖4C示出了具有通過木質素圍繞并粘結在一起的纖維素纖維的纖維束的 實例生物質切屑的不同放大水平。 陽011] 圖4D示出了爆破成生物質細顆粒的實例生物質切屑。
[0012] 圖4E示出了具有被磨損的或部分地分離成個別纖維的一束纖維的生物質切屑。
[0013] 圖5示出了經配置W產生包含合成氣體產物的化學制品的福射熱化學反應器的 實施例的流動示意圖。
[0014] 雖然本設計能有各種修改和替代形式，但是已經在圖式中借助于實例示出了其特 定實施例并將在本文中詳細地描述。本設計應理解成不限于所掲示的具體形式，而是相反， 意圖涵蓋屬于本設計的精神和范圍的所有修改、等效物和替代方案。
【具體實施方式】
[0015] 在W下描述中，闡述許多特定細節(jié)，例如特定化學制品、附名組分、連接、熱源類型 等的實例，W便提供對本發(fā)明設計的透徹理解。然而，所屬領域的技術人員將顯而易見可在 不具有運些特定細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明設計。在其它情況下，并未詳細地但實際上在方 塊圖中描述了熟知的組件或方法W便避免不必要地混淆本發(fā)明設計。因此，所闡述的特定 細節(jié)僅是示例性的。特定細節(jié)可W不同于并且仍然預期在本發(fā)明設計的精神和范圍內。
[0016] 一般來說，描述用于生物質的預處理的多個實例過程和與生物質的預處理相關聯(lián) 的裝置。W下圖式和文本描述使用生物質的預處理的集成設備的各種實例實施方案。在實 施例中，集成設備含有至少蒸汽爆破單元和生物質氣化爐W從生物質中產生合成氣。蒸汽 爆破單元可W具有用W接收生物質用作原料的一個或多個輸入腔、一個或多個蒸汽供應輸 入端、W及用W預處理生物質W使得生物質顆粒用于后續(xù)供應到生物質氣化爐的兩段或更 多段。所述段使用應用到生物質的熱量、壓力和水分的組合W使生物質成為潮濕的細顆粒 形式。通過應用來自第一蒸汽供應輸入端的蒸汽W開始降低在木質素與來自生物質的纖維 素纖維的半纖維素之間的粘結并提高接收到的生物質的水分含量，蒸汽爆破過程至少部分 地分解接收到的生物質的整體結構。在最后一段中，應用來自第二蒸汽供應輸入端的至少 大氣壓力十四倍的蒸汽對生物質內部存在的任何氣體和流體進行加熱和加壓。其中在來自 兩段或更多段的出口孔處，在內部分裂經加壓生物質的整體結構。經由具有提高的水分含 量和降低的粘結性的生物質的快速降壓分裂生物質的整體結構。從所述段中產生為潮濕的 細顆粒形式的生物質可W具有例如小于70微米厚且小于500微米長的平均尺寸。所產生的 那些潮濕的生物質細顆粒隨后被饋送到生物質氣化爐的進給區(qū)。生物質氣化爐具有反應器 容器，其經配置W使潮濕的細顆粒形式的生物質起反應，所述潮濕的細顆粒形式的生物質 歸因于通過蒸汽爆破單元的分裂而相比于輸入腔中的接收到的生物質切屑具有增大的表 面積和減小的顆粒大小。生物質氣化爐具有第=蒸汽供應輸入端和一個或多個加熱器，并 且在存在蒸汽的情況下，呈細顆粒形式的生物質在反應器容器中在0. 1秒到300. 0秒之間 的滯留時間內W快速生物質氣化反應起反應從而產生至少合成氣組分，包含氨氣化2)和 一氧化碳（CO)。
[0017] 可能的生物質氣化爐實施方案具有高溫蒸汽供應輸入端和一個或多個加熱器，例 如氣體燃燒器或蓄熱式加熱器。在存在蒸汽的情況下，通過蒸汽爆破單元分解的生物質顆 粒在生物質氣化爐中的反應器容器中在少于一秒的滯留時間內在高于700攝氏度的溫度 下W快速生物質氣化反應起反應從而形成合成氣組分，包含氨氣化2)和一氧化碳（CO),所 述合成氣組分被饋送到甲醇（CH30H)合成反應器。所屬領域的技術人員將了解在此說明性 文檔內的下文論述的設計的許多部分和方面可W用作獨立概念或彼此結合使用。
[0018] 圖IA和IB示出了蒸汽爆破單元的實施例的流動示意圖，所述蒸汽爆破單元具有 用W接收生物質用作原料的輸入腔、兩個或更多個蒸汽供應輸入端、W及用W預處理生物 質W用于后續(xù)供應到生物質氣化爐的兩段或更多段。
[0019] 在不進行額外干燥的情況下，進入的呈切屑形式的生物質中的含水量可W為在留 在外部的生物質的15%到60%的范圍內變化?？蒞通過與一些過濾器配合的削片機單元 104產生生物質切屑，所述過濾器具有用W形成小于約一英寸且平均來說約0. 5英寸平均 長度和0. 25英寸平均厚度的切屑的尺寸。（見例如圖4曰，其示出來自一塊生物質453的生 物質切屑451)生物質削片機單元104可W含有用W切擊并切削生物質的四個或更多個刀 片。生物質塊的進給速度、刀片的速度、刀的突起距離W及刀角可W全部用W控制切屑大 小。接著篩選切屑并且重新切削過大的那些切屑?？蓾B合來自不同源或木材種類的切屑W 增強某些屬性?？蒞使磁體或其它掃描儀經過W檢測并移除雜質。在蒸汽爆破單元108中 的熱分解段中在輸送機上或可能地置于壓力容器中來饋送生物質切屑W開始使用初始低 壓飽和蒸汽分解、水化處理/濕潤W及軟化生物質切屑。低壓飽和蒸汽可W在100攝氏度 下。系統(tǒng)還可W在此位置注入一些助流劑（例如，來自生物質氣化爐114的再循環(huán)爐灰） W防止被生物質切屑阻塞和堵塞。
[0020] 削片機單元104可W饋送并且蒸汽爆破單元108經配置W接收兩個或更多個類型 的生物質原料，其中不同類型的生物質包含1)軟木、2)硬木、3)草、4)植物殼W及5)任何 組合，其在蒸汽爆破單元108內經滲合并蒸汽爆破處理為均質化經賠燒原料，隨后被收集 并接著饋送到生物質氣化爐114。蒸汽爆破單元108、干燥器112和生物質氣化爐114設計 為靈活地進給，經由至少控制產生自蒸汽爆破段和干燥器112的生物質顆粒的顆粒大小而 不改變進給供應設備的物理設計或生物質氣化爐114的物理設計。干燥器112可W是快速 干燥器、轉鼓干燥器、獎式干燥器、空氣干燥器或類似此類裝置。
[0021] 如所論述，磁力過濾器和空氣清潔過濾器系統(tǒng)可W禪合到熱水化處理段W確保呈 切屑形式的生物質在進入熱水化處理段之前去除了金屬碎片和大石塊。磁力過濾器和空氣 清潔過濾器系統(tǒng)防止任何金屬碎片和/或大石塊堵塞包含排出出口的蒸汽爆破單元的部 分。空氣清潔過濾器系統(tǒng)幫助丟棄實際上大石塊W及輕質沙。應注意，形成蒸汽爆破段的 排出出口的孔口可W是例如0. 25到0. 375英寸。
[0022] 蒸汽爆破單元108具有用W接收生物質用作原料的輸入腔、一個或多個蒸汽供應 輸入端、W及用W預處理生物質W用于后續(xù)供應到生物質氣化爐114的兩段或更多段。所 述段使用應用到生物質的熱量、壓力和水分的組合W使生物質成為潮濕的細顆粒形式。通 過應用來自低壓蒸汽供應輸入端的蒸汽W開始降低在木質素與來自生物質的纖維素纖維 的半纖維素之間的粘結并提高接收