气化之前的蒸汽爆破方法
【专利说明】气化么前的蒸汽爆破方法
[0001] 巧关申请案
[0002] 本国际申请主张2014年5月13日提交的标题为"使用气化之前的蒸汽爆破 方法的生物质的预处理（PretreatmentofBiomassUsingSteamExplosionMethods Be化reGasification)"的美国申请第14/276, 719号的优先权和权益，所述美国申请主 张作为2012年6月22日提交的标题为"使用气化之前的蒸汽爆破方法的生物质的预处理 (PretreatmentofBiomassUsingSteamExplosionMethodsBeforeGasification)" 的美国非临时申请第13/531,318号的部分延续的优先权和权益。本申请还根据35 U.S.C. §119主张2013年5月14日提交的标题为"使用气化之前的蒸汽爆破方法的生 物质的预处理（PretreatmentofBiomassUsin邑SteamExplosionMethodsBefore Gasification)"的美国临时申请第61/823, 360号的优先权和权益。本申请还主张作 为2013年6月4日提交的标题为"使用气化之前的蒸汽爆破方法的生物质的预处理 (PretreatmentofBiomassUsingSteamExplosionMethodsBeforeGasification)"的 PCT申请第PCT/US2013/044143号的部分延续的优先权和权益，所述PCT申请是主张上述美 国临时申请第61/823, 360号和美国非临时申请第13/531，318号的优先权和权益的国际申 请；所有上述申请在此W引用的方式并入。
技术领域
[0003] 本设计大体上设及使用蒸汽爆破方法作为气化或燃烧之前的预处理的生物质的 处理。在实施例中，本设计具体来说设及一种集成设备，其使用此生物质W从所述生物质产 生液体燃料，或将所述生物质转换成致密化形式W促进经济地传输到设施W用于进一步处 理为液体燃料、热量/电力、动物饲料、床上用品或化学制品。
【背景技术】
[0004] 最初构想的技术是用干燥的木屑制作中等密度的纤维板。其它过程要求磨削木 屑、使切屑干燥、再磨削切屑、使纤维保湿、使纤维致密化、然后使木屑致密化（例如呈颗粒 的形式）的多个步骤。运些过程复杂、需要使用大量资金并需要大量能源。一些其它的典 型过程需要使生物质切屑干燥，然后将切屑磨削至极小尺寸随后将它们发送至后续的加热 /处理单元。此干燥和磨削花费大量的能源和资金成本。运些过程产生小纤维但其大小却 是由蒸汽爆破过程（SE巧产生的细颗粒的大小的许多倍。使用SEP过程的先前工业希望维 持构成生物质的纤维的完整性W及纤维强度；并且因此具有未经受如在蒸汽爆破单元中的 苛刻条件的较长碎片。同样，未应用生物质的额外机械揽拌，因为运将进一步减小纤维长度 和完整性两者。
【发明内容】
阳0化]一种集成设备，其包含蒸汽爆破单元和生物质气化炉W从生物质中产生合成气。 蒸汽爆破单元将热量、压力和水分的组合应用到生物质W使生物质成为潮湿的细颗粒形 式。蒸汽爆破单元应用具有高压的蒸汽W对生物质内部存在的任何气体和流体进行加热和 加压。其中在至两段或更多段的出口孔处，经加压生物质的整体结构在内部被分裂W经由 具有提高的水分含量的生物质的快速降压而在内部分裂。所产生的那些生物质的潮湿的细 颗粒随后被馈送到生物质气化炉的进给区，其W快速生物质气化反应与生物质颗粒发生反 应W产生合成气组分。蒸汽爆破单元的蒸汽爆破段禪合到精炼段，精炼段具有一个或多个 刀片，其经配置W在生物质通过孔口离开蒸汽爆破段到吹洗管线之前机械地揽拌生物质。
【附图说明】
[0006] 多个图式设及本设计的实例实施例。
[0007] 图IA和IB示出了蒸汽爆破单元的实施例的流动示意图，所述蒸汽爆破单元具有 用W接收生物质用作原料的输入腔、两个或更多个蒸汽供应输入端、W及用W预处理生物 质W用于后续供应到生物质气化炉的两段或更多段。
[0008] 图2示出了用W从生物质中产生合成气并且从合成气中产生液体燃料制品的集 成设备的流程图的实施例。
[0009] 图3-1到3-4示出了用于示例性生物质气化炉的替代配置。
[0010] 图4A到图4C示出了具有通过木质素围绕并粘结在一起的纤维素纤维的纤维束的 实例生物质切屑的不同放大水平。 阳011] 图4D示出了爆破成生物质细颗粒的实例生物质切屑。
[0012] 图4E示出了具有被磨损的或部分地分离成个别纤维的一束纤维的生物质切屑。
[0013] 图5示出了经配置W产生包含合成气体产物的化学制品的福射热化学反应器的 实施例的流动示意图。
[0014] 虽然本设计能有各种修改和替代形式，但是已经在图式中借助于实例示出了其特 定实施例并将在本文中详细地描述。本设计应理解成不限于所掲示的具体形式，而是相反， 意图涵盖属于本设计的精神和范围的所有修改、等效物和替代方案。
【具体实施方式】
[0015] 在W下描述中，阐述许多特定细节，例如特定化学制品、附名组分、连接、热源类型 等的实例，W便提供对本发明设计的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将显而易见可在 不具有运些特定细节的情况下实践本发明设计。在其它情况下，并未详细地但实际上在方 块图中描述了熟知的组件或方法W便避免不必要地混淆本发明设计。因此，所阐述的特定 细节仅是示例性的。特定细节可W不同于并且仍然预期在本发明设计的精神和范围内。
[0016] 一般来说，描述用于生物质的预处理的多个实例过程和与生物质的预处理相关联 的装置。W下图式和文本描述使用生物质的预处理的集成设备的各种实例实施方案。在实 施例中，集成设备含有至少蒸汽爆破单元和生物质气化炉W从生物质中产生合成气。蒸汽 爆破单元可W具有用W接收生物质用作原料的一个或多个输入腔、一个或多个蒸汽供应输 入端、W及用W预处理生物质W使得生物质颗粒用于后续供应到生物质气化炉的两段或更 多段。所述段使用应用到生物质的热量、压力和水分的组合W使生物质成为潮湿的细颗粒 形式。通过应用来自第一蒸汽供应输入端的蒸汽W开始降低在木质素与来自生物质的纤维 素纤维的半纤维素之间的粘结并提高接收到的生物质的水分含量，蒸汽爆破过程至少部分 地分解接收到的生物质的整体结构。在最后一段中，应用来自第二蒸汽供应输入端的至少 大气压力十四倍的蒸汽对生物质内部存在的任何气体和流体进行加热和加压。其中在来自 两段或更多段的出口孔处，在内部分裂经加压生物质的整体结构。经由具有提高的水分含 量和降低的粘结性的生物质的快速降压分裂生物质的整体结构。从所述段中产生为潮湿的 细颗粒形式的生物质可W具有例如小于70微米厚且小于500微米长的平均尺寸。所产生的 那些潮湿的生物质细颗粒随后被馈送到生物质气化炉的进给区。生物质气化炉具有反应器 容器，其经配置W使潮湿的细颗粒形式的生物质起反应，所述潮湿的细颗粒形式的生物质 归因于通过蒸汽爆破单元的分裂而相比于输入腔中的接收到的生物质切屑具有增大的表 面积和减小的颗粒大小。生物质气化炉具有第=蒸汽供应输入端和一个或多个加热器，并 且在存在蒸汽的情况下，呈细颗粒形式的生物质在反应器容器中在0. 1秒到300. 0秒之间 的滞留时间内W快速生物质气化反应起反应从而产生至少合成气组分，包含氨气化2)和 一氧化碳（CO)。
[0017] 可能的生物质气化炉实施方案具有高溫蒸汽供应输入端和一个或多个加热器，例 如气体燃烧器或蓄热式加热器。在存在蒸汽的情况下，通过蒸汽爆破单元分解的生物质颗 粒在生物质气化炉中的反应器容器中在少于一秒的滞留时间内在高于700摄氏度的溫度 下W快速生物质气化反应起反应从而形成合成气组分，包含氨气化2)和一氧化碳（CO),所 述合成气组分被馈送到甲醇（CH30H)合成反应器。所属领域的技术人员将了解在此说明性 文档内的下文论述的设计的许多部分和方面可W用作独立概念或彼此结合使用。
[0018] 图IA和IB示出了蒸汽爆破单元的实施例的流动示意图，所述蒸汽爆破单元具有 用W接收生物质用作原料的输入腔、两个或更多个蒸汽供应输入端、W及用W预处理生物 质W用于后续供应到生物质气化炉的两段或更多段。
[0019] 在不进行额外干燥的情况下，进入的呈切屑形式的生物质中的含水量可W为在留 在外部的生物质的15%到60%的范围内变化。可W通过与一些过滤器配合的削片机单元 104产生生物质切屑，所述过滤器具有用W形成小于约一英寸且平均来说约0. 5英寸平均 长度和0. 25英寸平均厚度的切屑的尺寸。（见例如图4曰，其示出来自一块生物质453的生 物质切屑451)生物质削片机单元104可W含有用W切击并切削生物质的四个或更多个刀 片。生物质块的进给速度、刀片的速度、刀的突起距离W及刀角可W全部用W控制切屑大 小。接着筛选切屑并且重新切削过大的那些切屑。可渗合来自不同源或木材种类的切屑W 增强某些属性。可W使磁体或其它扫描仪经过W检测并移除杂质。在蒸汽爆破单元108中 的热分解段中在输送机上或可能地置于压力容器中来馈送生物质切屑W开始使用初始低 压饱和蒸汽分解、水化处理/湿润W及软化生物质切屑。低压饱和蒸汽可W在100摄氏度 下。系统还可W在此位置注入一些助流剂（例如，来自生物质气化炉114的再循环炉灰） W防止被生物质切屑阻塞和堵塞。
[0020] 削片机单元104可W馈送并且蒸汽爆破单元108经配置W接收两个或更多个类型 的生物质原料，其中不同类型的生物质包含1)软木、2)硬木、3)草、4)植物壳W及5)任何 组合，其在蒸汽爆破单元108内经渗合并蒸汽爆破处理为均质化经赔烧原料，随后被收集 并接着馈送到生物质气化炉114。蒸汽爆破单元108、干燥器112和生物质气化炉114设计 为灵活地进给，经由至少控制产生自蒸汽爆破段和干燥器112的生物质颗粒的颗粒大小而 不改变进给供应设备的物理设计或生物质气化炉114的物理设计。干燥器112可W是快速 干燥器、转鼓干燥器、奖式干燥器、空气干燥器或类似此类装置。
[0021] 如所论述，磁力过滤器和空气清洁过滤器系统可W禪合到热水化处理段W确保呈 切屑形式的生物质在进入热水化处理段之前去除了金属碎片和大石块。磁力过滤器和空气 清洁过滤器系统防止任何金属碎片和/或大石块堵塞包含排出出口的蒸汽爆破单元的部 分。空气清洁过滤器系统帮助丢弃实际上大石块W及轻质沙。应注意，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] 蒸汽爆破单元108具有用W接收生物质用作原料的输入腔、一个或多个蒸汽供应 输入端、W及用W预处理生物质W用于后续供应到生物质气化炉114的两段或更多段。所 述段使用应用到生物质的热量、压力和水分的组合W使生物质成为潮湿的细颗粒形式。通 过应用来自低压蒸汽供应输入端的蒸汽W开始降低在木质素与来自生物质的纤维素纤维 的半纤维素之间的粘结并提高接收