由水、胞間水、胞內(nèi)水、胞內(nèi)水-鹽以及至少一些植物細(xì)胞的含有機(jī)碳原料，這些植物細(xì)胞包含木質(zhì)素、半纖維素、以及纖絲束內(nèi)的纖絲。每個(gè)步驟強(qiáng)調(diào)了針對(duì)能量和材料守恒的更特定條件。第二個(gè)步驟是使原料在特定針對(duì)這種原料的條件下在壓力下暴露于熱溶劑持續(xù)一定時(shí)間以膨脹并解開包含部分結(jié)晶纖維素纖絲束、木質(zhì)素、半纖維素以及水溶性鹽的細(xì)胞室而不會(huì)溶解大于25%的木質(zhì)素并且使纖維素束中的至少一些解晶。第三個(gè)步驟是去除壓力以形成在纖維素室中具有開放孔隙的多孔原料。第四個(gè)步驟是在可調(diào)整的壓實(shí)壓力對(duì)時(shí)間型態(tài)和壓實(shí)持續(xù)時(shí)間下在壓力板之間壓制多孔原料，這些壓力板被配置成防止氈形成并阻斷胞內(nèi)和胞間水以及胞內(nèi)水溶性鹽從反應(yīng)室逸出，并且形成具有小于20被％的水含量、在干燥的基礎(chǔ)上減少至少50被％的水溶性鹽含量、以及減至小于從已知的機(jī)械、已知的物理化學(xué)或已知的熱工藝類似去除水的單位重量成本的60 %的去除水和水溶性鹽的單位重量成本的經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料。
[0085]圖10是用于制造具有在干燥的基礎(chǔ)上比未加工的含有機(jī)碳原料少50wt%的水溶性鹽和小于20wt %的水、以及小于從可以去除類似量的水和水溶性鹽的已知的機(jī)械、已知的物理化學(xué)或已知的熱工藝類似去除水的60%的單位重量成本的經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料的工藝的方塊圖。
[0086]能量效率一部分是通過如上文所論述針對(duì)特定含有機(jī)碳原料調(diào)整工藝條件來達(dá)成。一些實(shí)施方案使用經(jīng)過工程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以再捕集和再使用熱以進(jìn)一步降低每噸經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料的成本。一些實(shí)施方案去除通過空氣干燥加工含有機(jī)碳原料留下的表面或自由水，空氣干燥是耗費(fèi)時(shí)間但沒有額外能量成本的工藝。表11示出了用于三種類型的含有機(jī)碳原料的一些工藝變化以及所達(dá)到的所得水含量和水溶性鹽含量。應(yīng)了解，工藝條件和加工步驟的變化可以用于升高或降低水含量和水溶性鹽含量所達(dá)到的值以及用以達(dá)成目標(biāo)產(chǎn)品價(jià)值的能量成本。一些實(shí)施方案已經(jīng)達(dá)到低至小于5wt%的水含量和在干燥的基礎(chǔ)上從未加工的原料形式減少多達(dá)超過95wt%的水溶性鹽含量。
[0087]在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對(duì)上文所論述的優(yōu)選實(shí)施方案作出各種修改和添加。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)受上文所描述的特定實(shí)施方案所限制，而應(yīng)僅由上文所陳述的權(quán)利要求書和其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于從含有機(jī)碳原料去除水和水溶性鹽的系統(tǒng)，其包括: a.傳動(dòng)裝置，其被配置成向反應(yīng)室中輸送包含自由水、胞間水、胞內(nèi)水、胞內(nèi)水溶性鹽以及至少一些植物細(xì)胞的未加工的含有機(jī)碳原料，所述植物細(xì)胞包含包括木質(zhì)素、半纖維素、以及纖絲內(nèi)的微纖絲的細(xì)胞壁； b.至少一個(gè)反應(yīng)室，其包括至少一個(gè)入口通道、至少一個(gè)用于流體的出口通道、至少一個(gè)用于經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料的出口通道、以及至少三個(gè)區(qū)段，所述區(qū)段包括 1.濕纖絲破壞區(qū)段，其被配置成與所述纖絲之間的所述木質(zhì)素和半纖維素中的至少一些相互作用以使得所述細(xì)胞壁的至少一些區(qū)域更易發(fā)生水溶性鹽外流， i1.蒸氣爆炸區(qū)段，其與所述濕纖絲破壞區(qū)段連通并且至少被配置成使植物纖絲可滲透流體經(jīng)由快速減壓而揮發(fā)以穿透所述細(xì)胞壁的所述更易感區(qū)域以形成具有植物細(xì)胞壁通道的多孔含有機(jī)碳原料，所述植物細(xì)胞壁通道用于胞內(nèi)水和胞內(nèi)水溶性鹽從所述植物細(xì)胞通過，以及 ii1.壓實(shí)區(qū)段，其與所述蒸氣爆炸區(qū)段連通并且被配置成在壓力板之間壓縮所述多孔含有機(jī)碳原料，所述壓力板被配置成使不透水氈的形成減至最小以允許胞內(nèi)水和胞內(nèi)水溶性鹽從所述反應(yīng)室流體出口通道逸出并且形成通過其反應(yīng)室出口通道放出的經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料;以及 c.收集裝置，其與所述反應(yīng)室連通并且被配置成聚集具有小于20重量％的水含量和在干燥的基礎(chǔ)上從所述未加工的含有機(jī)碳原料減少至少60%的水溶性鹽含量的所述經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述未加工的含有機(jī)碳具有在干燥的基礎(chǔ)上至少4000mg/kg的水溶性鹽含量。3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括: 預(yù)處理室，其被配置成針對(duì)每種含有機(jī)碳原料使用一組特定的條件，包括持續(xù)時(shí)間、溫度型態(tài)以及預(yù)處理溶液的化學(xué)含量以至少起始污染物的溶解，所述污染物將阻礙允許胞內(nèi)水和胞內(nèi)水溶性鹽從所述植物細(xì)胞向外通過的所述植物細(xì)胞壁通道的形成。4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述污染物來自由樹脂、松香、膠、木餾油以及油組成的群組。5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述含有機(jī)碳原料包含來自由草本植物材料、軟木本植物材料以及硬木本植物材料組成的群組的至少兩種類型，其中每種類型串聯(lián)通過所述反應(yīng)室，并且其中所述經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料中每種類型的植物材料的能量密度是實(shí)質(zhì)上相同的。6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述含有機(jī)碳原料包含草本植物材料、軟木本植物材料以及硬木本植物材料中的至少兩者，其中每種類型串聯(lián)通過所述至少一個(gè)反應(yīng)室，并且其中所述經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料中的每種植物材料的能量密度為至少17MMBTU/噸(20GJ/MT)。7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述揮發(fā)性植物纖絲可滲透流體減壓包括蒸汽減壓。8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述蒸氣爆炸區(qū)段進(jìn)一步包括: 至少一個(gè)清洗子區(qū)段，其被配置成在傳送至所述壓實(shí)區(qū)段之前從所述多孔含有機(jī)碳原料沖洗所述水溶性鹽中的至少一些。9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料的所述水溶性鹽含量在干燥的基礎(chǔ)上減少至少75%。10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括: 粉碎室，其在所述反應(yīng)室之前并且被配置成使所述未加工的含有機(jī)碳原料的粒度減至小于1英寸(2.5cm)作為最長(zhǎng)尺寸。11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)， 所述反應(yīng)室被配置成在針對(duì)每種未加工的含有機(jī)碳原料預(yù)定的條件下操作以使得到一組特定的經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料特性所消耗的能量減至最低并且所述反應(yīng)室區(qū)段如下進(jìn)一步配置: a.所述反應(yīng)室的所述濕纖絲破壞區(qū)段被配置成使用至少包括溶劑介質(zhì)、持續(xù)時(shí)間、溫度型態(tài)以及化學(xué)含量的條件，并且所述條件針對(duì)每種含有機(jī)碳原料作調(diào)整； b.與所述濕纖絲破壞區(qū)段連通的所述蒸氣爆炸區(qū)段至少被配置成在針對(duì)每種含有機(jī)碳原料作調(diào)整的減壓條件下形成多孔含有機(jī)碳原料，所述減壓條件至少包括壓降、溫度型態(tài)以及減壓持續(xù)時(shí)間以形成多孔含有機(jī)碳原料； c.與所述蒸氣爆炸區(qū)段連通的所述壓實(shí)區(qū)段被配置成在包括壓實(shí)壓力型態(tài)和壓實(shí)持續(xù)時(shí)間的特定針對(duì)每種含有機(jī)碳原料的條件下在所述壓力板之間壓縮所述多孔含有機(jī)碳原料以形成經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料，并且所述系統(tǒng)具有減至小于來自已知的機(jī)械、已知的物理化學(xué)或已知的熱工藝的經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料的單位重量成本的60 %的去除所述水和所述水溶性鹽的成本。12.—種用于從含有機(jī)碳原料去除水和水溶性鹽的工藝，其包括以下步驟: a.向反應(yīng)室中輸入包含自由水、胞間水、胞內(nèi)水、胞內(nèi)水溶性鹽以及至少一些植物細(xì)胞的未加工的含有機(jī)碳原料，所述植物細(xì)胞包含包括木質(zhì)素、半纖維素、以及纖絲內(nèi)的微纖絲的細(xì)胞壁； b.使所述原料在特定針對(duì)所述原料的條件下在壓力下暴露于熱溶劑持續(xù)一定時(shí)間以使得包含結(jié)晶纖維素纖絲、木質(zhì)素以及半纖維素的所述細(xì)胞壁的一些區(qū)域更加能夠被水溶性鹽可穿透而不會(huì)溶解大于25%的所述木質(zhì)素和半纖維素； c.去除所述壓力以穿透所述更加可穿透的區(qū)域以形成在所述植物細(xì)胞壁中具有開放孔隙的多孔原料;以及 d.在包括可調(diào)整的壓實(shí)壓力對(duì)時(shí)間型態(tài)和壓實(shí)持續(xù)時(shí)間的條件下并且在壓力板之間壓制所述多孔原料，所述壓力板被配置成防止氈形成并阻斷胞內(nèi)和胞間水以及胞內(nèi)水溶性鹽從所述反應(yīng)室逸出，并且形成具有小于20wt%的水含量和在干燥的基礎(chǔ)上從未加工的含有機(jī)碳原料減少至少60wt %的水溶性鹽含量的經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料。13.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述未加工的含有機(jī)碳原料具有在干燥的基礎(chǔ)上至少4000mg/kg的水溶性鹽含量。14.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述壓力在小于500毫秒的時(shí)間內(nèi)去除。15.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中至少一個(gè)壓力板具有適于壓縮具有目標(biāo)結(jié)果的每種含有機(jī)碳原料的圖案。16.如權(quán)利要求12所述的工藝，其進(jìn)一步包括以下步驟: e.針對(duì)每種含有機(jī)碳原料使用一組特定的條件預(yù)先洗滌進(jìn)入所述反應(yīng)室之前的所述未加工的含有機(jī)碳原料，所述條件包括持續(xù)時(shí)間、溫度型態(tài)、壓力型態(tài)以及預(yù)處理溶液的化學(xué)含量以至少起始污染物的溶解，所述污染物阻礙用于胞內(nèi)水和胞內(nèi)水溶性鹽從所述植物細(xì)胞向外通過的細(xì)胞壁通道的形成。17.如權(quán)利要求12所述的工藝，其進(jìn)一步包括以下步驟: f.將所述未加工的含有機(jī)碳原料在進(jìn)入所述反應(yīng)室之前粉碎成具有小于1英寸(2.5厘米)的最長(zhǎng)尺寸的粒子。18.如權(quán)利要求12所述的工藝，其進(jìn)一步包括以下步驟: g.使用極性小于水的溶劑從所述多孔原料至少分離油、蠟以及揮發(fā)性有機(jī)化合物。19.如權(quán)利要求13所述的工藝，其中所述含有機(jī)碳原料包含來自由草本植物材料、軟木本植物材料以及硬木本植物材料組成的群組的至少兩種類型，每種類型串聯(lián)通過所述反應(yīng)室，并且其中所述經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料中的每種植物材料的能量密度是實(shí)質(zhì)上相同的。20.—種用于從含有機(jī)碳原料去除水和水溶性鹽的工藝，其包括: 向反應(yīng)室中輸入包含自由水、胞間水、胞內(nèi)水、胞內(nèi)水溶性鹽以及至少一些植物細(xì)胞的未加工的含有機(jī)碳原料，所述植物細(xì)胞包含包括木質(zhì)素、半纖維素、以及纖絲內(nèi)的微纖絲的細(xì)胞壁； 使所述原料在特定針對(duì)所述原料的條件下在壓力下暴露于熱溶劑持續(xù)一定時(shí)間以使得包含結(jié)晶纖維素纖絲、木質(zhì)素以及半纖維素的所述細(xì)胞壁的一些區(qū)域更加能夠被水溶性鹽可穿透而不會(huì)溶解大于25%的所述木質(zhì)素和半纖維素； 去除所述壓力以穿透所述更加可穿透的區(qū)域以形成在所述植物細(xì)胞壁中具有開放孔隙的多孔原料;以及 在包括可調(diào)整的壓實(shí)壓力對(duì)時(shí)間型態(tài)和壓實(shí)持續(xù)時(shí)間的條件下并且在壓力板之間壓制所述多孔原料，所述壓力板被配置成防止氈形成并阻斷胞內(nèi)和胞間水以及胞內(nèi)水溶性鹽從所述反應(yīng)室逸出，并且形成具有小于20^%的水含量、在干燥的基礎(chǔ)上從未加工的含有機(jī)碳原料減少至少50 %的水溶性鹽含量、以及減至小于從已知的機(jī)械、已知的物理化學(xué)或已知的熱工藝類似去除水的單位重量成本的60%的去除所述水和水溶性鹽的單位重量成本的經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料。
【專利摘要】描述了用于從未加工的含碳原料生產(chǎn)經(jīng)過加工的含有機(jī)碳原料的系統(tǒng)和方法。將未加工的原料引入至少一個(gè)反應(yīng)室中并且運(yùn)輸通過這至少一個(gè)反應(yīng)室。反應(yīng)室針對(duì)每種原料進(jìn)行配置以生產(chǎn)具有從未加工的含有機(jī)碳原料減少至少60％的水溶性鹽和小于20％的水含量的經(jīng)過加工的原料。
【IPC分類】C10L5/44
【公開號(hào)】CN105473692
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480035748
【發(fā)明人】P·斯卡爾佐, C·D·泰特
【申請(qǐng)人】生物質(zhì)能增強(qiáng)有限責(zé)任公司
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2014年8月20日
【公告號(hào)】CA2916545A1, EP3027718A1, US20160097157, WO2015026978A1