專利名稱：生物質(zhì)和其它含碳材料超級壓緊成高內(nèi)能燃料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及將生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成燃料和超級壓緊技術(shù)的領(lǐng)域，更具體地說，涉及 使用生物質(zhì)發(fā)電、制造用于酒精生產(chǎn)和氣化的原料的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)(biomass)通常定義為活著和最近死亡的生物材料，它能夠作為可恢復(fù)燃 料來用于能量生產(chǎn)目的。通常，生物質(zhì)是指生長用作生物燃料的植物物質(zhì)，但是它也包括用 于產(chǎn)生纖維、化學(xué)物質(zhì)或熱量的植物或動物物質(zhì)。生物質(zhì)還可以包括可生物降解的垃圾，該 垃圾可以作為燃料來燃燒。它不包括已經(jīng)通過地質(zhì)過程而轉(zhuǎn)變成物質(zhì)例如煤或石油的有機 材料。盡管化石燃料來源于遠古生物質(zhì)，但是它們不能認為是通常定義的生物質(zhì)，因為它們 包含的碳已經(jīng)長時間“離開”碳循環(huán)。因此，它們的燃燒擾亂了大氣中的二氧化碳含量。生物質(zhì)由多種植物來生長，包括芒屬、柳枝稷、大麻、玉米、白楊、柳樹、甘蔗和油椰 (棕櫚油)。使用的特殊植物通常對于最終產(chǎn)品并不重要，但是它確實影響原材料的處理。 生物質(zhì)的生產(chǎn)是成長行業(yè)，因為對可維持的燃料源的興趣不斷增長。不過，生物質(zhì)材料的特 性對于大規(guī)模商業(yè)使用生物質(zhì)來進行能量生產(chǎn)有多種障礙。一個障礙是基于生物質(zhì)通常有非常高的水含量，大約50%至80%，或者甚至更 高，這導(dǎo)致每單位重量生物質(zhì)的BTU值低。(術(shù)語“BTU”用于說明燃料的熱值或內(nèi)能。)低 熱值又防礙燃燒，這使得從生物質(zhì)進行能量生產(chǎn)是低效率的處理。因此，對于商業(yè)能量生 產(chǎn)，生物質(zhì)燃燒設(shè)備的資金投資通常成本過高和不實際。商業(yè)使用生物質(zhì)來進行能量生產(chǎn)的另一障礙是生物質(zhì)通常比傳統(tǒng)的化石燃料更 輕和更稀松(即生物質(zhì)更蓬松)。生物質(zhì)的低密度可歸因于生物質(zhì)材料的通常大的空隙空 間。目前，與由傳統(tǒng)化石燃料產(chǎn)生能量相關(guān)的每美元成本BTU相比，生物質(zhì)的每美元成本釋 放的BTU在經(jīng)濟上并不利。由于生物質(zhì)材料的大空隙空間和低密度而引起的、生物質(zhì)至能 量轉(zhuǎn)變的不利經(jīng)濟性使得運送大量生物質(zhì)BTU將對于能量生產(chǎn)非常昂貴和不實際。還一障礙是很難儲存生物質(zhì)。生物質(zhì)將很快腐爛或降解，它的儲存期限相對較短。 因此快速處理生物質(zhì)的隨之發(fā)生的需求將限制處理選擇，并破壞商業(yè)使用生物質(zhì)的經(jīng)濟可 行性。還一障礙是一些生物質(zhì)(特別是草本生物質(zhì))在有水時的堿性非常高，這可能損害 傳統(tǒng)的爐和鍋爐。這種堿性使得草本生物質(zhì)不能作為能量生產(chǎn)的燃料源。因此，迫切需要提高每單位重量生物質(zhì)的能量。還迫切需要經(jīng)濟和實際地將生物 質(zhì)轉(zhuǎn)變成固體燃料。還迫切需要提高由生物質(zhì)生產(chǎn)電能的效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足這些和其它需要，考慮到它的用途，本發(fā)明提供了一種超級壓緊機，該超 級壓緊機接收含碳材料，并提供適合作為發(fā)電燃料的磚塊以及產(chǎn)生用于酒精生產(chǎn)和氣化的 原料。壓緊腔室接收含碳材料，并有(a) —個或多個壓頭，每個壓頭沿運行路徑往復(fù)運動， 并在含碳材料上施加預(yù)定量壓力；(b)末端執(zhí)行器板或活動滑門，含碳材料壓縮抵靠該末 端執(zhí)行器板或活動滑門，從而促使水分從含碳材料中除去；以及(C) 一個或多個脫水孔或 隔膜，該脫水孔或隔膜允許水分通過，但是阻擋含碳材料。收集器捕獲通過脫水孔或隔膜的 水分。動力單元向一個或多個壓頭提供動力。加熱擠壓腔室從壓緊腔室接收含碳材料，并 加熱和壓緊含碳材料，以便將含碳材料粘接成磚塊形式。本發(fā)明還提供了一種從含碳材料產(chǎn)生適合作為燃料的磚塊的方法，用于發(fā)電、用 于產(chǎn)生酒精生產(chǎn)和氣化的原料。該方法包括多個步驟(a)收集含碳材料；(b)將含碳材料預(yù) 處理至合適尺寸和水含量；(C)將含碳材料供給超級壓緊機；(d)驅(qū)動該超級壓緊機，以便在 含碳材料上施加在大約2. 7 X IO7至1. 4 X IO9Pa之間的預(yù)定量壓力，從而將水擠壓和壓垮在含 碳材料中的空隙；(e)收集從含碳材料中擠壓的水；以及(f)加熱含碳材料以便形成磚塊。本發(fā)明還提供了一種固體燃料合成物。固體燃料合成物由具有第一水分含量、第 一體積和第一堿度的生物質(zhì)原材料形成。固體燃料合成物包括至少一種壓縮生物質(zhì)材料， 該壓縮生物質(zhì)材料具有第二水分含量，該第二水分含量為第一水分含量的大約50%或更 小；以及第二體積，該第二體積相對于第一體積的減小系數(shù)為大約10 1或更大。壓縮生 物質(zhì)材料還有第二堿度，該第二堿度相對于第一堿度每MMBTU減小超過50%。本發(fā)明的多個方面涉及用于生物質(zhì)超級壓緊和從生物質(zhì)中除去液體的超級壓緊 方法和系統(tǒng)。在該文獻中所述的方法和系統(tǒng)減輕了上述水分和空隙空間的問題。所述方法 和系統(tǒng)產(chǎn)生了新穎形式的生物質(zhì)，它明顯減少了水分含量和空隙空間特征。由所述壓緊和 干燥方法和系統(tǒng)產(chǎn)生的這種新穎形式生物質(zhì)有利于生物質(zhì)具有成本效益地運輸和燃燒，以 便用于能量產(chǎn)生，例如發(fā)電。應(yīng)當知道，前述總體說明和下面的詳細說明是本發(fā)明的示例，而不是限制。


通過結(jié)合附圖閱讀下面的詳細說明，將更好地理解本發(fā)明。應(yīng)當強調(diào)，根據(jù)慣例， 附圖的各個特征并不按比例。相反，各特征的尺寸為了清楚而任意放大或減小。附圖中圖1表示了本發(fā)明的生物質(zhì)超級壓緊和干燥系統(tǒng)的實施例；圖2A表示了本發(fā)明實施例的工作臺規(guī)模的生物質(zhì)壓緊機，它有水平相對的壓頭；圖2B是圖2A中所示的生物質(zhì)壓緊機的側(cè)視圖；圖2C是圖2A中所示的生物質(zhì)壓緊機的端視圖；圖3A是本發(fā)明另一實施例的全規(guī)模生物質(zhì)壓緊機的側(cè)視圖；圖;3B是圖3A中所示的生物質(zhì)壓緊機的正視圖；圖3C是圖3A中所示的生物質(zhì)壓緊機的后視圖；圖4是末端執(zhí)行器板的正視圖，該末端執(zhí)行器板具有這樣的表面型面，它有凸出 的菱形和穿過該板延伸的孔；圖4A是圖4中所示的末端執(zhí)行器板的剖視圖5是末端執(zhí)行器板的正視圖，該末端執(zhí)行器板具有凹形盤型面，它有穿過該板 延伸的孔；圖5A是圖5中所示的末端執(zhí)行器板的剖視圖；圖6是末端執(zhí)行器板的正視圖，該末端執(zhí)行器板具有星爆式表面型面，它有穿過 該板延伸的孔；圖6A是圖6中所示的末端執(zhí)行器板的剖視圖；圖7是本發(fā)明另一實施例的多級生物質(zhì)壓緊機的平面圖；圖8是圖7中所示的生物質(zhì)壓緊機的正視圖；圖8A是沿圖8中的線8A-8A的剖視圖；圖9是圖7、8和8A中所示的生物質(zhì)壓緊機的另一平面圖，突出了壓緊機的幾個部 件；圖1OA表示了操作順序的8個步驟中的第一步驟，通過該第一步驟圖7、8、8A和圖 9中所示的壓緊機壓縮生物質(zhì)原材料；圖1OB表示了開始于圖1OA的操作順序的第二步驟；圖1OC表示了開始于圖1OA和1OB的操作順序的第三步驟；圖1OD表示了開始于圖10AU0B和1OC的操作順序的第四步驟；圖1OE表示了開始于圖10A、10BU0C和1OD的操作順序的第五步驟；圖1OF表示了開始于圖10A、10B、10CU0D和1OE的操作順序的第六步驟；圖1OG表示了開始于圖10A、10B、10C、10DU0E和1OF的操作順序的第七步驟；圖1OH表示了開始于圖10A、10B、10C、10D、10EU0F和1OG的操作順序的第八步 驟；以及圖11表示了包括一個或多個本發(fā)明的壓緊機的總體系統(tǒng)的概括圖。
具體實施例方式通過下面結(jié)合附圖和實例的詳細說明，可以更容易理解本發(fā)明，該附圖和實例形 成本發(fā)明的一部分。應(yīng)當知道，本發(fā)明并不局限于所述和所示的特定裝置、方法、條件或 參數(shù)，且采用的術(shù)語只是用于通過實例介紹特殊實施例，而不是進行限制。還有，在說明書 (包括所附權(quán)利要求)中使用的單數(shù)形式“一”、“一個、該”和“所述”等包括多個，對特殊數(shù) 字值的提及至少包括該特殊值，除非在上下文中另外清楚規(guī)定。當表示值的范圍時，另一實施例包括從一個特殊值至另一特殊值。全部范圍是包 含和可組合的。而且，所提及的在范圍中的值包括在該范圍中的每一個值。類似的，當值通過使用先行詞“大約”來表示為近似值時，應(yīng)當知道，該特殊值形成 另一實施例。應(yīng)當知道，為了清楚而在單獨實施例中介紹的本發(fā)明特定特征也可以組合在 單個實施例中。相反，為了清楚而在單個實施例中介紹的多個本發(fā)明特征也可以單獨或以 任意子組合來提供。A.發(fā)明概述在本發(fā)明的多個方面中，在所述方法中使用的生物質(zhì)原料可以包括任意各種生物 質(zhì)源以及這些源的組合，它們包含不可壓縮的液體。合適的生物質(zhì)原料源包括植物物質(zhì)、動 物物質(zhì)、海洋物質(zhì)(例如魚、海藻、海洋植物、海草等)、有機垃圾以及其它生物來源材料。植CN 102149537 A
說明書
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物物質(zhì)的實例包括木頭、葉、草、能量作物、樹的剪枝物、在食品生產(chǎn)中廢棄的植物物質(zhì)，例 如農(nóng)作物廢棄物(例如玉米桿、小麥谷殼等)、甘蔗(例如蔗渣)、水果和蔬菜垃圾(例如香 蕉皮、桔子皮、檸檬皮、酸橙皮、馬鈴薯皮、甜瓜皮、種子、核等)、以及整個水果、整個蔬菜、整 個谷物、整個草等。蔗渣是高糖含量的切碎的莖，糖處理的副產(chǎn)品，它還有大約45%至大約65%重量 的水。蔗渣的內(nèi)能在大約每磅3500和4500BTU之間。除去水將提高每蔗渣重量的內(nèi)能。在 本發(fā)明的多個實施例中，超級壓緊處理除去超過一半的剩余水，以便產(chǎn)生甘蔗的超級壓緊 固體物質(zhì)(例如蔗渣生物磚塊(biobrick))。在制造生物磚塊時的超級壓緊處理中，大部分 的水從蔗渣中除去。例如，在生物磚塊中的水含量低至25% (基于生物磚塊的重量)，或者 甚至低至20% (基于生物磚塊的重量)，或者甚至低至15% (基于生物磚塊的重量)，或者 甚至低至10% (基于生物磚塊的重量)，或者甚至低至5% (基于生物磚塊的重量)，或者 甚至低至2% (基于生物磚塊的重量)，或者甚至低至(基于生物磚塊的重量)，或者甚 至更低，接近基本零水分。當生物磚塊的水含量降低至大約10%時，基于重量的生物磚塊內(nèi) 能提高大約100%。當甘蔗或蔗渣用作制造生物磚塊的生物質(zhì)時，擠壓的水可以包含大量的糖。因此， 根據(jù)超級壓緊處理而從生物質(zhì)中擠壓的流體自身是可能有潛在價值的產(chǎn)品流。從蔗渣的生 物質(zhì)擠壓的糖水可以用于例如制造酒精，或者可以用于生產(chǎn)糖或甘蔗汁。優(yōu)選是，在用于產(chǎn)生生物磚塊的處理的最后階段可以施加熱量。該熱量使得生物 磚塊粘合(由于植物木質(zhì)素的熔化)。植物木質(zhì)素的這種熔化也能夠產(chǎn)生包圍生物磚塊的 保護屏障涂層。木頭可以利用本發(fā)明的超級壓緊技術(shù)來進行處理。對于木頭，施加預(yù)定量壓力和 熱量，以便使得木頭內(nèi)的木質(zhì)素(即白木質(zhì))在增壓處理過程中在整個生物磚塊中移動，并 密封表面和產(chǎn)生保護屏障涂層?！邦A(yù)定”的意思是預(yù)先確定，這樣，預(yù)定特征(例如壓力或溫 度)必須在施加之前確定，即選擇或者至少已知。對于某些生物燃料，生物質(zhì)可以包含混合至生物質(zhì)中的附加粘接劑，例如石蠟或 淀粉。在某些實施例中，優(yōu)選是使得更硬類型的生物質(zhì)與更軟或更粘性類型的生物質(zhì)混合。 例如，可以使得鋸屑與蔗渣混合(由于它的粘接特性)。除了除去水和其它流體，超級壓緊處理還大大減小生物質(zhì)的體積。生物質(zhì)的體積 減小系數(shù)為至少10比1、20比1、30比1或者甚至40比1。體積減小的這種改進又提高了 生物質(zhì)燃料的運輸和處理的經(jīng)濟性。生物質(zhì)超級壓緊和干燥的示例方法進行如下。不管是未處理的生物質(zhì)還是部分處 理的生物質(zhì)，生物質(zhì)在液壓動力超級壓緊機中進行超級壓緊，該超級壓緊機能夠施加在大 約4000和大約200000psi (2. 76 X IO7至1. 4X IO9Pa)的力(從磅力每平方英寸轉(zhuǎn)變成帕斯 卡1 (相應(yīng)國際單位)時乘以6. 9 X IO3)，或者至少大約IOOOOpsi，或者至少大約20000psi， 或者至少大約30000psi，或者至少大約40000psi，或者至少大約50000psi，或者至少大約 75000psi，或者至少大約lOOOOOpsi，或者至少大約200000psi。甚至更高壓力可能用于本 發(fā)明的所述方法的多個方面。并不受到任何特殊的操作原理的限制，這樣的較大壓力使得 包含在生物質(zhì)中的不可壓縮流體從生物質(zhì)中擠壓，并壓垮在大部分生物質(zhì)源中固有的空隙 (例如空氣囊)。
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通常，長度尺寸小于大約61cm英寸)的任意生物質(zhì)材料都可以用于本發(fā)明。更 大的生物質(zhì)材料可以通過例如切割、剁、切碎等來預(yù)處理，以便產(chǎn)生更小尺寸。動物產(chǎn)品和副產(chǎn)品(例如肥料)也可以根據(jù)本發(fā)明的超級壓緊方法來進行處理。 動物產(chǎn)品和肥料通常具有很高的水含量，通常大于50 %，或者甚至大于60 %，或者甚至大 于70%，或者甚至大于80%。因此，包含過多水的生物質(zhì)可以進行預(yù)處理，以便降低水含量 至60 %或更小，或者甚至50 %或更小。用于除去水的合適預(yù)處理方法包括離心法以及本領(lǐng) 域已知的其它類型固體干燥技術(shù)。超級壓緊處理可以與整個市政的回收和垃圾運輸基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合實施，以便產(chǎn)生生 物質(zhì)磚塊。因此，本發(fā)明的一個方面屬于這樣的系統(tǒng)，其中，生物質(zhì)和回收物質(zhì)通過垃圾運 輸工來收集。收集的生物質(zhì)和回收物質(zhì)輸送給超級壓緊站。在該站中，生物磚塊和其它高 密度能量磚塊(包含生物質(zhì)、回收物質(zhì)等的組合)由收集的生物質(zhì)和回收物質(zhì)來制造。通常，生物磚塊的水含量將高于周圍環(huán)境中的環(huán)境濕度(concentration of water)。因此，優(yōu)選是保持干燥環(huán)境，以便在生物磚塊內(nèi)保持低水含量。用于降低環(huán)境濕度 的方法包括使用干燥空氣、使用氮氣以及使用升高的溫度，以便減少水含量。超級壓緊和加 熱烘烤的生物磚塊的有利特征是它由于環(huán)境濕度而不易于重新吸收水氣。適用于進行超級壓緊處理的設(shè)備可以通過改變市場上可購得的、具有模具的超級 壓緊機來獲得，該超級壓緊機用于使得生物質(zhì)在超級壓緊壓力下形成合適的磚塊或其它形 狀物體，并能夠除去水、氣體和其它流體。超級壓緊設(shè)備和處理的商業(yè)來源在核廢料處理 行業(yè)中公知。制造這種設(shè)備的公司例如包括美國北卡羅來納州威爾明頓市的Container Products Corp. (http://www. c-p-c. com/)禾口荷蘭的 FontijneGrotnes BV(http://www. fonti jne. nl)。合適的液壓壓機為本領(lǐng)域已知，并能夠提供沿一個方向、兩個方向或者甚至三個 方向的壓制。合適的超級壓緊設(shè)備可以包括一個或多個腔室，例如一腔室壓機、兩腔室壓 機、或者甚至三腔室壓機。在一個實施例中，具有預(yù)定數(shù)目腔室的壓機設(shè)計成每小時超級壓 緊25噸生物質(zhì)。在該實施例中，1000000噸的甘蔗蔗渣用作原料，大約400000噸糖水從甘 蔗蔗渣中壓出，從而留下大約600000噸超級壓緊生物磚塊。在一個實施例中，合適變化的模具包括多孔隔膜，該隔膜能夠在超級壓緊處理中 承受所需壓力，同時很能夠使氣體和液體(流體)例如水逸出。合適的可透過隔膜可以由 金屬、塑料和其它材料例如化合物來制造。例如，高壓力可以通過在合適變化的模具中在超 過50000psi的壓力下液壓壓縮生物質(zhì)而獲得，且流體通過多孔隔膜而除去，例如通過使用 具有低壓源的導(dǎo)管，用于吸氣或者以其它方式抽吸已經(jīng)滲透通過隔膜的流體。合適的可透 過隔膜阻擋固體物質(zhì)，并允許水透過。水可以在壓制時除去，或者水可以在壓制步驟完成后 除去。合適的隔膜可以由保持就位的連續(xù)多孔金屬網(wǎng)來構(gòu)成。隔膜可以在需要時更換，例 如當它們變得堵塞時。在某些實施例中，處理可以通過增加壓力以便壓制生物質(zhì)和使得水從生物質(zhì)透過 多孔隔膜來進行。處理還包括降低壓力、除去水和重復(fù)循環(huán)的附加步驟。增壓、減壓和除去 水的處理步驟可以有多種組合，并在需要時重復(fù)進行，以便降低生物質(zhì)內(nèi)的水(或其它流 體)含量，從而產(chǎn)生合適的生物磚塊。下面將參考圖1的單級生物質(zhì)超級壓緊和干燥系統(tǒng)10來介紹用于甘蔗蔗渣的示例超級壓緊程序。生物質(zhì)原材料12 (例如甘蔗蔗渣)由合適的輸送裝置(例如沿方向箭頭 16朝著超級壓緊機20運行的傳送器14)提供給超級壓緊機20。生物質(zhì)原材料12置于超 級壓緊機20內(nèi)的模具中。生物質(zhì)原材料12在模具內(nèi)壓縮，壓力在大約一分鐘時間后增加 至從大約10000至大約20000psi范圍內(nèi)的壓力。模具包括脫水孔，水透過該脫水孔。從而 形成尺寸為12英寸乘以12英寸乘以6英寸(沿擠壓方向)、質(zhì)量為大約40磅的生物磚塊 50。生物磚塊50可以通過沿方向箭頭56離開超級壓緊機20運行的合適輸送裝置(例 如傳送器54)而從超級壓緊機20上除去。傳送器M將生物磚塊50傳送至合適儲存位置， 例如箱60。壓緊和干燥的生物磚塊50可以用于能量生產(chǎn)。該實例的總增壓時間將在大約1至2分鐘的范圍內(nèi)?？梢杂胁煌脑鰤簳r間，例 如小于一分鐘和直到幾十分鐘。通過在超級壓緊后施加熱量來熔化在植物物質(zhì)中的木質(zhì)素，可以產(chǎn)生保護屏障涂 層。木質(zhì)素存在于大部分植物材料中。保護屏障涂層禁止或防止水和空氣(即氧)透過。 因此，生物磚塊50特別有利，因為它們可以有屏障涂層，該屏障涂層將有助于保持該生物 磚塊50的儲存期限。當置于潮濕環(huán)境中時，合適的屏障涂層能夠防止生物磚塊50重新吸 收水。其它的非生物質(zhì)材料可以與生物質(zhì)混合。根據(jù)材料的類型，這些其它材料的量可 以等于 5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%，或
者甚至等于75%。生物磚塊50可以由各種任意材料超級壓緊成多種任意形狀和尺寸。例如，小的生 物磚塊物體小于1立方英寸，或者小于1英寸直徑，它可以根據(jù)本發(fā)明的方法而很容易地壓 制。較大的生物磚塊物體設(shè)計為具有沿一個方向大至24英寸的尺寸，例如MXMX6英寸 的生物磚塊。已經(jīng)經(jīng)受超級壓緊處理的多種不同類型材料能夠產(chǎn)生柴油類型燃料。例如，桔子 皮的超級壓緊產(chǎn)生桔子油，它可以用作生物燃料。其它生物質(zhì)也產(chǎn)生柴油類型燃料。超級 壓緊處理也能夠用于其它含碳和含烴材料。例如，水和油可以從煤和各種烴材料中除去，各 種烴材料包括生煤、泥炭沼和低等級煤。從生物質(zhì)中擠壓的液體30可以利用合適的流體除去或抽取系統(tǒng)32 (例如真空泵 或其它吸氣機構(gòu))而從超級壓緊機20中除去。一旦除去，不可壓縮流體30可以儲存在收 集容器40中。然后，抽取的液體進一步精煉，以便生產(chǎn)可利用的副產(chǎn)品，包括但不局限于 酒精、生物柴油、松節(jié)油以及其它類似的液體燃料產(chǎn)品。這種壓緊和干燥方法形成新穎形式的生物質(zhì)，同時明顯減少了初始原料的空隙空 間，壓緊率在從10比1至1000比1的范圍內(nèi)，這等于類似地減小空隙空間。而且，通過這種 壓緊和干燥方法產(chǎn)生的新穎形式生物質(zhì)具有小于30%的夾帶水含量。相對于生物質(zhì)原料， 壓緊和干燥的生物質(zhì)明顯增加了每磅的BTU值，并適合有成本效益地用作在某些商業(yè)能量 生產(chǎn)設(shè)備中的燃料。這種壓緊和干燥方法能量效率高，因為與蒸發(fā)從材料中除去的水分所需的熱量相 比，執(zhí)行這樣的方法所需的能量明顯更少。根據(jù)本發(fā)明制造的生物磚塊50可以供給燒煤的電廠或各種工業(yè)鍋爐，用作燃料以及用作酒精和生物柴油生產(chǎn)的原料。通常的三種鍋爐為循環(huán)流化床(CFB)鍋爐、氣旋鍋 爐和加煤機級別鍋爐。在各種鍋爐中，生物磚塊50可以作為立方體供給爐中，或者粉碎和 作為粉末或顆粒供給爐中。也可選擇，生物磚塊50可以供給合適浸漬機或研磨機中，以便 制造生物磚塊粉末，該生物磚塊粉末再利用任意合適的氣動輸送器而吹入爐中。在燒煤的電廠和工業(yè)爐中使用生物磚塊50有多個優(yōu)點。一個優(yōu)點是減少排放物。 另一優(yōu)點是(對于燃燒)生物磚塊50構(gòu)成二氧化碳(CO2)中性燃料；生物磚塊50認為是零 排放溫室氣體燃料。生物磚塊50包含非常少的硫，且實際上不含汞或其它重金屬。因此， 從一千萬年(例如煤)至9個月的碳循環(huán)將實現(xiàn)碳循環(huán)的縮短。用于制造生物磚塊50的 超級壓緊技術(shù)的環(huán)境優(yōu)點看上去很大。使用由生物質(zhì)垃圾制造的生物磚塊50將產(chǎn)生碳信 貸(credit)，該碳信貸可以回收，用于并不由腐爛生物質(zhì)制造沼氣以及產(chǎn)生CO2信貸用于燃 燒生物質(zhì)(代替煤)。使用生物磚塊50來代替使用煤發(fā)電、產(chǎn)生熱量和蒸汽所帶來的其它 環(huán)境優(yōu)點包括產(chǎn)生低得多的NOj^nSOy因此，凈化中的吸收劑要求更低，這降低了電廠的 資金成本和工作成本。生物磚塊50還可以與煤進行某種程度的混合，并供給燒煤電廠和工業(yè)鍋爐。成果 包括電和蒸汽，它們又可以用于煉鋼和用于精煉廠。石油焦和煤也可以與生物磚塊50混合。B.工作臺規(guī)模的生物質(zhì)壓緊機圖2A表示了工作臺規(guī)模的示例非限定單級生物質(zhì)壓緊機100的構(gòu)造。表示于壓 緊機100的一端處的液壓動力單元101向與液壓動力單元連接的壓縮壓頭提供壓縮力。一 個或多個附加液壓動力單元(未標記)可以適當提供于壓緊機100的相對端處，以便向第 二壓縮壓頭提供動力。用于向壓縮壓頭提供動力的其它機構(gòu)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知。圖2B表示了圖2A中所示的壓緊機100的詳細側(cè)視圖。在該非限定實施例中，原 材料在壓緊之前進行預(yù)熱。加熱可以通過本領(lǐng)域已知的加熱方法來實現(xiàn)，包括但不局限于 蒸汽加熱或干加熱。市場上可購得的設(shè)備(例如高壓釜、烤爐等)可以用于預(yù)熱原材料。預(yù) 熱還可以通過利用由處理單元(例如壓縮機或發(fā)動機)產(chǎn)生的廢熱來合適實現(xiàn)，以便減小 或者甚至最小化該壓緊機100的凈能量消耗。這樣的實施例包括用于回收由裝置的操作放 出的至少一部分廢熱的系統(tǒng)。原料材料通過艙口門111裝入壓緊腔室117中。腔室117優(yōu)選是過度充滿，然后， 艙口門111通過艙口門致動器125來關(guān)閉，以便將材料預(yù)壓縮至腔室117中。合適的致動 器125包括液壓缸，例如圖2A和2B中所示的缸。盡管腔室117并不必須過度充滿，但優(yōu)選 是使得在單個壓縮循環(huán)中處理的原材料的量最大。在工作時，在第一批原材料預(yù)壓縮至腔室117中之后，艙口門111打開，裝入附加 材料。艙口門111再次將材料預(yù)壓縮至腔室117中。然后根據(jù)需要或者根據(jù)原材料類型最 佳地重復(fù)該階段。艙口門111基本可以為任意形狀，并可以通過鉸鏈、螺栓、插銷等固定。在裝載后，作為壓緊機壓頭組件129的一部分的壓緊缸119(由液壓動力單元101 提供動力)將材料壓向腔室117的中心。抽取的液體通過壓緊腔室117的脫水孔127而從 腔室117排出，然后收集在脫水槽113和盤115中。抽取的液體可以在收集之前或之后進 一步過濾或以其它方式進行處理，例如，移除或消除可能在液體中的雜質(zhì)或其它物質(zhì)。抽取 的液體還可以用于冷卻壓緊機100的部件，從而進一步降低凈使用消耗量。
在壓緊階段中使用來自空氣壓縮機103的壓縮空氣，以便促使水從腔室117排出。 用于促使水排出的其它機構(gòu)(例如施加降低壓力)也可以合適使用。當完成該階段時，收 集盤115的內(nèi)容物泵送或流向儲罐(未示出)。壓縮空氣用于使壓緊的材料從末端執(zhí)行器 板121移出，該末端執(zhí)行器板121可以拆卸，如圖4、5和6中另外詳細所述。壓緊的材料還 可以從末端執(zhí)行器板121機械取出。壓緊機100的操作將部分由動力分配面板105和控制面板109來控制。安全燈幕 107合適設(shè)置成向用戶和壓緊機100附近的其它人提供警告功能。操作還由儀表面板123 來監(jiān)測，該面板合適提供關(guān)于壓緊機100狀態(tài)的信息。這些信息可以在人機界面(HMI)顯示 器130上看見。缸和壓頭的壓力和位置通過位于圖2B中的控制面板109后面的可編程控 制系統(tǒng)來恒定監(jiān)測，壓緊腔室117中的材料溫度、每個動力單元101的動力使用以及盤115 中的液面高度也是這樣監(jiān)測。控制系統(tǒng)進行編程，以便使得裝載/壓緊循環(huán)的每個階段連 續(xù)，直到達到時間、壓力、距離和液面的限制值。C.機動的全規(guī)模生物質(zhì)壓緊機圖3AJB和3C中表示了本發(fā)明另一實施例的機動、全規(guī)模兩級壓緊機200。在圖 3A中，原料裝入在滑板后面的箱214中，并通過裝載傳送器208傳送給預(yù)熱腔室207的進口 203。在進口 203中的大的壓頭202(它由柴油動力單元201提供動力)將材料壓入預(yù)熱腔 室207中，迫使材料通過換熱器206，該換熱器206使用來自動力單元201的排氣來負荷，該 排氣由排氣回收系統(tǒng)216來回收和輸送。在預(yù)熱腔室207的出口 211處，材料通過噴嘴擠 壓至高壓壓緊腔室210中。進口門205可以沿預(yù)熱腔室207設(shè)置，以便能夠進入預(yù)熱腔室207，用于清潔和其 它維護功能。舷窗和其它開口可以用于代替進口門205，或者除了進口門205外還可以使用 舷窗和其它開口。如圖3A中所示，高壓壓緊腔室210可以定向成與預(yù)熱腔室207垂直，這樣，高壓壓 緊腔室210合適定向成作用在通過預(yù)熱腔室壓頭202的動作而推入腔室210中的材料上。 也可以為其它結(jié)構(gòu)(其中，高壓壓緊腔室210定向成與預(yù)熱腔室207平行或以其它方式定 向)。圖3A JB和3C中所示的本發(fā)明實施例的缺點是生物質(zhì)材料在它壓縮之前預(yù)熱。本發(fā) 明的一個重要方面是發(fā)現(xiàn)在加熱生物質(zhì)材料的步驟之前壓縮生物質(zhì)材料并因此除去水通 常將提高處理的效率。圖;3B是圖3A中所示的壓緊機200的正視圖。圖3C是相同壓緊機200的后視圖。 圖3C在它的頂部表示了兩個高壓壓緊腔室210，所述腔室210彼此相對。設(shè)置在圖:3B的 頂部處的兩個腔室210之間的壓頭218以交替方式作用在每個腔室210上。當壓頭218從 右向左運動時，它作用在存在于左手側(cè)腔室210內(nèi)的材料上，當壓頭218從左向右運動時， 它作用在存在于右手側(cè)腔室210內(nèi)的材料上。在圖:3B所示的實施例中，壓頭218與靜止壁 220相對。在其它實施例中，壓頭218與另一壓頭相對。壓緊腔室210壓縮材料和除去水分。抽取的液體排出至下面的儲罐204中。滑門 板212將壓縮的材料從壓緊腔室210傳送至傳送器上，該傳送器使得最終的產(chǎn)品離開滑板 通向儲存車輛。D.示例末端執(zhí)行器板如前所述，末端執(zhí)行器板可以有多種結(jié)構(gòu)。圖4和4A表示了末端執(zhí)行器板400具有錐狀表面型面。多個錐體402各自包括孔404，所述孔404穿過細孔和端板延伸，以便允 許在壓縮原料時從原料中釋放的水分和其它材料通過。在一些實施例中，只有一部分(或 者沒有)錐體402具有這些細孔。端部執(zhí)行器板400還可以包括設(shè)置在表面上并在兩個相 鄰錐體402之間的細孔。錐體402可以為多邊形橫截面，如圖所示，但是也可以有任意橫截 面。根據(jù)生物質(zhì)材料的特征，錐體402可以都為相同高度或不同高度。錐體402還可以有 扁平頂部，或者甚至為平頂山型面，也可以終止于尖點；扁平頂部和尖點的錐體的混合也在 本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖5和5A表示了凹形盤端部執(zhí)行器板410。板410包括凹形型面412和孔414， 該孔414穿過板410延伸，以便允許在壓縮時從原料中釋放的流體和其它材料通過。需要 時，板410還可以有凸形型面，還可以包括表面特征，例如槽道、錐體、平頂山等。圖6和6A表示了星爆式端部執(zhí)行器板420，該端部執(zhí)行器板420有沿表面延伸的 槽道422。這些槽道422用于將在材料壓緊時從原材料中釋放的流體或其它材料從板420 的中心向外運送。還可以有在槽道422中的細孔或開口，該細孔或開口穿過端部執(zhí)行器板 420延伸，以便使得流體或其它材料能夠穿過該板420通過。圖4、4A、5、5A、6和6A中所示的各種特征可以相互組合，以便形成定制的端部執(zhí)行 器板。作為一個非限定實例，板可以包括如圖6A中所示的槽道422以及如圖4A中所示的 錐體402和孔404。表面型面和表面特征的最佳組合將由特殊用途來確定，本領(lǐng)域技術(shù)人員 知道組合某些特征以便達到最佳結(jié)構(gòu)。如其它部分中所述，端部執(zhí)行器板可以有多種結(jié)構(gòu)和表面型面。同樣地，與活塞相 對的壁或其它結(jié)構(gòu)也可以為許多的任意結(jié)構(gòu)。例如，相對壁可以包括孔，以便能夠除去由 于原材料的壓緊而釋放的液體；槽道，用于幫助輸送這些釋放的液體；凹形或凸形型面等。 相對壁或結(jié)構(gòu)可以有與相對活塞的端部執(zhí)行器板相同或不同的表面型面。E.多級生物質(zhì)壓緊機圖7、8、8A、9和10A-10H表示了本發(fā)明的另一實施例，即多級生物質(zhì)壓緊機500。 如圖所示，壓緊機500有三個分開的壓縮級和一個加熱擠壓級。優(yōu)選是，三個壓縮級各自沿 三個垂直方向中的一個方向壓縮生物質(zhì)。因此，例如第一壓縮級(Cl)沿χ方向作用，第二 壓縮級(C2)沿y方向作用；第三壓縮級(C3)沿ζ方向作用。存在于生物質(zhì)中的流體(例如水)通過壓縮和擠壓而除去，而不是通過施加熱量 來焙烤。這樣的順序不必克服水的蒸發(fā)潛熱，因此使得壓緊機500能夠從生物質(zhì)獲得凈能 量增益。當熱量施加給生物質(zhì)時，它的大量水分(例如60-80%)已經(jīng)除去。然后，熱量施 加給生物質(zhì)，以便熔化或液化存在于生物質(zhì)中的木質(zhì)素。木質(zhì)素用作膠水，從而將生物質(zhì)保 持在一起作為生物磚塊50，并可以提供保護涂層。然而，因為大部分水分在施加熱量之前除 去，因此需要更小的能量來熔化木質(zhì)素。圖7是多級生物質(zhì)壓緊機500的平面圖。液壓動力單元501通過液壓流體循環(huán)管 509來向與它連接的三個壓緊缸514(C1)、511(C2)和507 (C3)提供壓縮力。用于向壓緊缸 提供動力的其它機構(gòu)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知。換熱器502利用來自動力單元501的排 氣來負荷，該排氣通過排氣管道510來回收和傳送。來自動力單元501排氣的熱量提供給 加熱擠壓腔室512，以便加熱生物質(zhì)(在三個壓縮級后面)和促進木質(zhì)素運動。形成動力產(chǎn) 生系統(tǒng)的一部分的其它部件包括排氣口 503、備用油儲罐504、油泵505和油循環(huán)管路506。
壓緊機500裝入壓緊機框架組件508中?？删幊痰倪壿嬁刂破?16 (或PLC)用于 接收來自壓緊機500各部件的信息，并控制四個級中的每級的操作。PLC 516沿控制布線 515接收和發(fā)出信號。例如，加熱擠壓腔室512可以有一個或多個熱電偶513，該熱電偶513 測量腔室512中的溫度，并向PLC 516發(fā)送相應(yīng)信號。當生物質(zhì)由壓緊機500進行處理時從生物質(zhì)除去的液體收集在液體收集儲罐517 中。如圖8中所示，液體收集盤519可以有利于液體的收集和該液體向液體收集儲罐517 的傳送。如上所述，收集的液體有利地作為商業(yè)上的合適副產(chǎn)品。最終產(chǎn)品生物磚塊50收 集在產(chǎn)品收集箱518中。加熱擠壓腔室512在圖9中進一步表示。圖9也突出表示了原材料裝載箱520，未 經(jīng)處理的生物質(zhì)送入該原材料裝載箱520中用于進行處理。未經(jīng)處理的生物質(zhì)首先從原材 料裝載箱520裝入在第一級壓緊缸514(Cl)的第一壓頭521前面的腔室內(nèi)。未經(jīng)處理的生 物質(zhì)可以通過人工或自動機構(gòu)來裝入腔室中；傳送器、斜槽或其它材料輸送裝置有利地用 于將生物質(zhì)引入壓縮腔室中。當驅(qū)動時，第一壓頭521將生物質(zhì)壓靠在第二級壓緊缸511(以)的側(cè)壁522上(圖 9中表示打開)。第一壓頭521沿χ方向作用，并在生物質(zhì)上施加大約IOOOpsi的示例壓力。 該作用獲得大約3 1的壓緊，并從生物質(zhì)中除去空氣(盡管沒有很多水氣，當有水氣時)。隨后，通過使滑門530處于關(guān)閉位置(它在圖9中打開)，第二級壓緊缸511 (C2) 的第二壓頭523壓緊生物質(zhì)。第二壓頭523沿y方向作用，并在生物質(zhì)上施加大約5000psi 的示例壓力。該作用獲得大約4 1的壓緊(與第一級組合獲得大約12 1的總體壓緊)， 并從生物質(zhì)中除去大量水分(例如大約25% )。作為最后的壓縮步驟，第三級壓緊缸507 (C3)的第三壓頭(未示出)壓緊生物質(zhì)。 第三壓頭沿ζ方向作用，并在生物質(zhì)上施加大約20000psi或更大的示例壓力。該作用獲得 大約1.5 1的壓緊(與第一和第二級組合獲得大約18 1的總體壓緊)，并從生物質(zhì)中 除去大部分水分(例如只留下大約10-20% )。如圖9中所示，滑門530有三個分開和明顯不同的區(qū)域。它的開口區(qū)域允許材料 無障礙地通過滑門530。它的狹槽區(qū)域允許水通過滑門530，但是防止生物質(zhì)通過。最后， 它的實心區(qū)域防止材料通過，并提供這樣的表面，壓頭可以對著該表面施加壓力?；T530 沿布置于基板524中的槽道來滑動。壓緊機500有頂板525，該頂板525設(shè)置成與基板5M 相對。滑門530的狹槽區(qū)域中的狹槽的方位很重要。具體地說，狹槽應(yīng)當與壓緊力的方 向垂直(即相對于壓緊力方向成90度角度)。這樣的方位最小化了壓縮的材料對狹槽的阻
O圖10A-10H表示了壓緊機500壓縮生物質(zhì)原材料12的操作順序的八個步驟。這 些步驟以循環(huán)方式重復(fù)，以便連續(xù)處理生物質(zhì)原材料12。圖IOA表示了第一步驟，在第一步 驟中，批量1的生物質(zhì)原材料12從原材料裝載箱520裝入在第一級壓緊缸514 (Cl)的第一 壓頭521前面的腔室內(nèi)。應(yīng)當知道，第二級壓緊缸511 (C2)的側(cè)壁522在圖IOA中關(guān)閉，這 樣，生物質(zhì)原材料12保留在第一壓頭521和側(cè)壁522之間。在操作順序的第二步驟中驅(qū)動第一壓頭521。驅(qū)動將生物質(zhì)原材料12壓縮抵靠第 二級壓緊缸511(C2)的側(cè)壁522，如圖IOB中所示。在圖IOC所示的第三步驟中，第二級壓緊缸511 (以)的側(cè)壁522縮回。這樣縮回使得第一壓頭521能夠?qū)⑸镔|(zhì)原材料12推入 在第二級壓緊缸511 (以)前面的主腔室中。在操作順序的第四步驟中，如圖IOD中所示，第一壓頭521保持它的位置，以便限 制在第二級壓緊缸511 (以)前面的主腔室的寬度。對于前三個步驟的每個都關(guān)閉的滑門 530在整個第四步驟都保持關(guān)閉。第二級壓緊缸511 (C2)的第二壓頭523進行驅(qū)動。驅(qū)動 將生物質(zhì)原材料12壓縮抵靠關(guān)閉的滑門530。在圖IOE所示的第五步驟中，滑門530運動至它的狹槽位置，同時第二級壓緊缸 511 (C2)的第二壓頭523保持它的位置。第一級壓緊缸514(C1)的第一壓頭521縮回，這 樣，另外的裝載(批量2的生物質(zhì)原材料12a)能夠供給在第一壓頭521前面的腔室。同 時，第三級壓緊缸507 (C3)的第三壓頭(未示出)壓緊生物質(zhì)原材料12。這樣壓緊將迫使 水分從生物質(zhì)12通過滑門530的狹槽。在操作順序的第六步驟中，如圖IOF中所示，第三壓頭縮回，滑門530運動至它的 打開位置。打開的滑門530使得第二壓頭523能夠?qū)⑸镔|(zhì)原材料12推入加熱擠壓腔室 512中。同時，第一壓頭521進行驅(qū)動，這樣，它將批量2的生物質(zhì)原材料1 壓縮抵靠第二 級壓緊缸511 (C2)的側(cè)壁522 (與圖IOB所示的第二步驟中相同)。在操作順序的第七步驟中，如圖IOG中所示，滑門530返回它的關(guān)閉位置。第二級 壓緊缸511 (C2)的側(cè)壁522縮回，從而使得第一壓頭52能夠?qū)⑴?的生物質(zhì)原材料1 推入在第二級壓緊缸511 (以)前面的主腔室中。最后，在操作順序的第八步驟中，如圖IOH中所示，第一壓頭521保持它的位置，與 它在圖IOD所示的第四步驟中相同，以便限制在第二級壓緊缸511 (以)前面的主腔室的寬 度?；T530保持關(guān)閉。第二級壓緊缸511(以)的第二壓頭523進行驅(qū)動。驅(qū)動將生物質(zhì) 原材料1 壓縮抵靠關(guān)閉的滑門530。當?shù)竭_加熱擠壓腔室512時，壓緊的生物質(zhì)材料12包含明顯減少的水含量。來自 動力單元501的廢熱用于將壓緊的生物質(zhì)材料12在加熱擠壓腔室512中加熱至合適的生 物質(zhì)擠壓溫度。典型的示例溫度為大約350° F或更高，這足以使得生物質(zhì)材料12中的木 質(zhì)素運動和產(chǎn)生“膠水”，該膠水將生物磚塊50保持在一起。加熱擠壓腔室512斜向下，以 便進一步壓縮生物質(zhì)。因為水分在生物質(zhì)材料12進行加熱之前從生物質(zhì)材料12中除去，因此營養(yǎng)物質(zhì) 保留在水中，并提高了作為副產(chǎn)品而從壓緊機500中除去的水的可取性。處理還產(chǎn)生了具 有低氮含量和低堿度(堿度可以減小超過50%每MM BTU)的生物磚塊50。生物磚塊50還 有大約30%或更少的水含量。生物磚塊50的密度可以相對于未經(jīng)處理的生物質(zhì)增加超過 11倍(從大約71bs/ft3至大約801bs/ft3，或者從大約0. llg/ml至大約1.3g/ml)。生物磚 塊50的凈能量值增加超過50%每磅。總而言之，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的生物磚塊50可以成功 和經(jīng)濟地取代普通燃料例如煤。輸送成本降低系數(shù)為22，生物磚塊50的儲存期限為幾年， 而不是對于未經(jīng)處理的生物質(zhì)的幾周。F.系統(tǒng)概述圖11表示了用于管理和集成多個功能的整個系統(tǒng)的概述，這些功能為布置和聚 集生物質(zhì)原材料12 ；如上述在壓緊機中處理生物質(zhì)材料12 ；以及向能量產(chǎn)生廠提供處理的 生物磚塊50，以便用作燃料。整個系統(tǒng)600利用衛(wèi)星技術(shù)，該衛(wèi)星技術(shù)能夠與遙遠區(qū)域通信，在該遙遠區(qū)域中不可用其它的傳統(tǒng)通信方法。例如，衛(wèi)星602可以與一個或多個機動野 外實驗室604通信。機動野外實驗室604與一個或多個機動壓緊機500a結(jié)合操作。機動 壓緊機500a用于在現(xiàn)場處理生物質(zhì)材料12。監(jiān)測器606布置在每個機動壓緊機500a的中 心處，優(yōu)選是，監(jiān)測器606是接觸屏并且是防風雨的。衛(wèi)星602還與生物質(zhì)升級數(shù)據(jù)算法或“BUDA” 610通信。BUDA610有電子部件614 以及生物質(zhì)處理數(shù)據(jù)和算法的庫612，用于分析材料特性和處理結(jié)果。BUDA 610在處理開 始時將處理方案發(fā)送給現(xiàn)場單元，從機動和靜止處理單元收集處理性能數(shù)據(jù)用于分析，并 方便對于新材料和狀態(tài)搜索和發(fā)展處理方案。靜止的壓緊機500b與靜止的野外實驗室6M —起可以位于產(chǎn)生生物質(zhì)作為副產(chǎn) 品的工廠附近或工廠內(nèi)。這些工廠例如包括土豆工廠和釀酒廠。BUDA 610可以沿通信箭頭 626的方向向靜止壓緊機500b和靜止野外實驗室擬4提供信息例如生物質(zhì)處理方案。靜止 壓緊機500b和靜止野外實驗室6 將信息例如局部方案調(diào)整、全球定位系統(tǒng)坐標和生產(chǎn)數(shù) 據(jù)沿通信箭頭628的方向返回BUDA 610。這些信息交換可以利用廣域網(wǎng)(WAN)來實現(xiàn)。BUDA 610還與研究與開發(fā)實驗室630通信。在研究與開發(fā)實驗室630，科學(xué)家使 用材料和處理數(shù)據(jù)進行工作，以便開發(fā)和精制處理“公式”。這些公式例如包括壓緊率、壓緊 速度(該速度影響水的抽取)，以及加熱時間和溫度。BUDA 610還與有利于整個系統(tǒng)600的操作的各種附加模塊進行通信。示例模塊在 圖11中表示，并包括管理模塊640、操作模塊650和貨物模塊660。管理模塊640處理金融 數(shù)據(jù)，并執(zhí)行功能例如策略計劃和人力資源管理。操作模塊650有助于功能例如野外單元 定位、處理效率、部署計劃和成本收集。貨物模塊660處理與原料交易、產(chǎn)品交易和二氧化 碳信貸交易相關(guān)的數(shù)據(jù)。如圖11中所示，貨物模塊660可以通過WAN 662而與貨物交易設(shè)備670通信。因 為BUDA 610與貨物市場聯(lián)系，因此BUDA 610知道哪種產(chǎn)品混合最好。例如，具有30%水含 量的生物磚塊50可能有市場，這使得不需要將生物磚塊50處理至更低水含量。根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的生物質(zhì)解決了至少三個限制問題，這些限制問題防止生物質(zhì)廣 泛用作燃料。首先，普通的生物質(zhì)有較低的能量密度；本發(fā)明的生物磚塊50具有高得多的 能量密度。第二，輸送成本阻礙了普通生物質(zhì)；生物磚塊50可以象煤一樣輸送。最后，傳統(tǒng) 生物質(zhì)的不希望化學(xué)性質(zhì)(包括高氮含量和堿度)由生物磚塊50避免。盡管上面已經(jīng)參考某些特定實施例和實例進行了圖示和介紹，不過本發(fā)明并不局 限于所示細節(jié)。而是，在權(quán)利要求的等效范圍內(nèi)和在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可以對 細節(jié)進行各種變化。特別是，例如在文獻中廣泛介紹的所有范圍都包含在落在更廣范圍內(nèi) 的所有更小范圍。還應(yīng)當知道，除非另外特別說明，根據(jù)本發(fā)明實施的步驟和方法并不局限 于任意特殊順序。
權(quán)利要求
1.一種超級壓緊機，該超級壓緊機接收含碳材料，并提供適合作為發(fā)電用燃料的磚塊， 超級壓緊機包括進口，該進口用于從外部源接收含碳材料；壓緊腔室，該壓緊腔室從進口接收含碳材料，并有(a)至少一個壓頭，該壓頭沿運行路徑往復(fù)運動，并在含碳材料上施加預(yù)定量壓力；(b)末端執(zhí)行器板或活動滑門，含碳材料壓縮抵靠該末端執(zhí)行器板或活動滑門，從而促 使水分從含碳材料中除去；以及(c)一個或多個脫水孔或隔膜，該脫水孔或隔膜允許水分通過，但是阻擋含碳材料；水分收集器，該水分收集器捕獲通過脫水孔或隔膜的水分；動力單元，該動力單元向至少一個壓頭提供動力；以及加熱擠壓腔室，該擠壓腔室從壓緊腔室接收含碳材料，并加熱和壓緊含碳材料，以便將 含碳材料粘接成磚塊形式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級壓緊機，其中由該至少一個壓頭施加在含碳材料上的 預(yù)定量壓力使得含碳材料的體積減小系數(shù)為大約10 1或更大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級壓緊機，其中由該至少一個壓頭施加在含碳材料上的 預(yù)定量壓力使得含碳材料中的水分減小至大約30 %或更少。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級壓緊機，其中壓緊腔室以這樣的速度操作，使得超級壓 緊機能夠每小時處理大約25噸含碳材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級壓緊機，其中動力單元產(chǎn)生熱量，超級壓緊機還包括換 熱器，該換熱器將由動力單元產(chǎn)生的熱量提供給加熱擠壓腔室。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級壓緊機，其中壓緊腔室有三個單獨的壓頭，每個壓頭有 沿三個垂直方向中的一個設(shè)置的單獨運行路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級壓緊機，還包括可編程邏輯控制器，該邏輯控制器從壓 緊機的多個部件接收信息，并控制部件的操作。
8.一種從含碳材料產(chǎn)生適合作為用于發(fā)電用燃料的磚塊的方法，該方法包括(a)收集含碳材料；(b)將含碳材料預(yù)處理至合適尺寸和水含量；(c)將含碳材料供給超級壓緊機；(d)驅(qū)動該超級壓緊機，以便在含碳材料上施加在大約2.7xl07至1. 4xl09Pa之間的預(yù) 定量壓力，從而將水擠壓和壓垮在含碳材料中的空隙；(e)收集從含碳材料中擠壓的水；以及(f)加熱含碳材料以便形成磚塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中加熱的步驟還形成在磚塊上的保護涂層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中由超級壓緊機施加在含碳材料上的預(yù)定量壓力 使得含碳材料的體積減小系數(shù)為大約10 1或更大。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中由超級壓緊機施加在含碳材料上的預(yù)定量壓力 使得含碳材料中的水減小至大約30%或更少。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括通過模具擠壓含碳材料以便形成預(yù)定形狀磚 塊的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括將磚塊輸送給發(fā)電廠以便用作燃料的步驟。
14.一種固體燃料合成物，由具有第一水分含量、第一體積和第一堿度的生物質(zhì)原材料 形成，固體燃料合成物包括至少一種壓縮生物質(zhì)材料，該壓縮生物質(zhì)材料具有第二水分含 量，該第二水分含量為第一水分含量的大約50%或更??；以及第二體積，該第二體積相對 于第一體積的減小系數(shù)為大約10 1或更大。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的固體燃料合成物，還包括涂層，該涂層阻止液體或氣體進 入合成物中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的固體燃料合成物，其中涂層包括木質(zhì)素、糖、淀粉或它們 的任意組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的固體燃料合成物，還包括粘接劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的固體燃料合成物，還包括至少一種壓縮生物質(zhì)材料和至 少一種其它材料的混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的固體燃料合成物，其中該至少一種壓縮生物質(zhì)材料的密 度為大約1.3g/ml或更大。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的固體燃料合成物，其中該至少一種壓縮生物質(zhì)材料有第 二堿度，該第二堿度相對于第一堿度減小超過50%每MM BTU0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超級壓緊機，接收含碳材料，并提供適合作為發(fā)電用燃料的磚塊。壓緊腔室接收含碳材料，并有至少一個壓頭，該壓頭沿運行路徑往復(fù)運動，并在含碳材料上施加預(yù)定量壓力。壓縮腔室還有末端執(zhí)行器板或活動滑門，含碳材料壓縮抵靠該末端執(zhí)行器板或活動滑門，從而促使水分從含碳材料中除去；以及一個或多個脫水孔或隔膜，該脫水孔或隔膜允許水分通過，但是阻擋含碳材料。收集器捕獲通過脫水孔或隔膜的水分。動力單元向至少一個壓頭提供動力。加熱擠壓腔室從壓緊腔室接收含碳材料，并加熱和壓緊含碳材料，以便將含碳材料粘接成磚塊形式。
文檔編號B30B9/02GK102149537SQ200880106492
公開日2011年8月10日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者D·B·謝弗 申請人:E3生物能源有限責任公司