煤碎屑与经过选矿的含有机碳原料的高能量聚集体的制作方法

文档序号:12165665阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种组合物,其包含:

经过加工的生物质/煤掺合的紧密聚集体,其包含至少10wt%的能量密度为至少21MMBTU/吨(24GJ/MT)的煤和至少10wt%的包含经过加工的含有机碳原料的经过加工的生物质,所述经过加工的含有机碳原料所具有的特征包括能量密度为至少17MMBTU/吨(19GJ/MT)并且相对于作为所述经过加工的含有机碳原料来源的未加工的含有机碳原料中的水溶性胞内盐含量,所述经过加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量以干物质计减少超过60wt%,

所述经过加工的生物质/煤掺合的紧密聚集体通过以下来制造:用选矿子系统将未加工的含有机碳原料转化成所述经过加工的含有机碳原料,并在掺合子系统中将其与煤掺合成掺合的紧密聚集体。

2.根据权利要求1所述的组合物,其中所述经过加工的生物质是经过加工的生物炭,所述掺合的紧密聚集体具有至少21MMBTU/吨(24GJ/MT)的能量密度,使所述经过加工的含有机碳原料穿过加热子系统以形成在掺合子系统中与煤掺合成掺合的紧密聚集体的经过加工的生物炭,并且所述水溶性胞内盐含量减少是基于比较穿过所述加热子系统之前的所述经过加工的含有机碳原料与所述未加工的含有机碳原料。

3.根据权利要求1所述的组合物,其中所述选矿子系统包含:

a.传动装置,其被配置成向反应室中输送未加工的含有机碳原料,所述未加工的含有机碳原料包含自由水、胞间水、胞内水、胞内水溶性盐和至少一些植物细胞,所述植物细胞包含包括木质素、半纤维素和纤丝内微纤丝的细胞壁;

b.至少一个反应室,其包含至少一个入口通道、至少一个用于流体的出口通道、至少一个用于经过加工的含有机碳原料的出口通道、以及至少三个区段,所述区段包含:

i.湿纤丝破坏区段,其被配置成与所述纤丝之间的所述木质素和半纤维素中的至少一些相互作用,以使所述细胞壁的至少一些区域更加容易被水溶性盐穿透而不会溶解超过25%的所述木质素和半纤维素,

ii.蒸汽爆炸区段,其与所述湿纤丝破坏区段连通并且至少被配置成使植物纤丝可渗透流体经由快速减压而挥发,以穿透所述细胞壁的所述更易感区域,从而形成具有植物细胞壁通道的多孔含有机碳原料,所述植物细胞壁通道用于使胞内水和胞内水溶性盐从所述植物细胞通过,和

iii.压实区段,其与所述蒸汽爆炸区段连通并且被配置成在压力板之间压缩所述多孔含有机碳原料,所述压力板被配置成使不透水毡的形成减至最小,从而允许胞内水和胞内水溶性盐从所述反应室流体出口通道逸出,并且形成经由其反应室出口通道传送出的经过加工的含有机碳原料;和

c.收集装置,其与所述反应室连通并且被配置成聚集所述经过加工的含有机碳原料,所述经过加工的含有机碳原料的水含量小于20重量%,组合木质素和半纤维素含量相对于所述未加工的含有机碳原料的组合木质素和半纤维素含量以干物质计减少小于25%,并且水溶性胞内盐含量相对于所述未加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量以干物质计减少至少60%。

4.根据权利要求2所述的组合物,其中所述加热子系统是缺氧型热子系统,其包含:

反应室,其被配置成在含有少于4%氧气的氛围中,将经过加工的含有机碳原料加热至足以使至少一些经过加工的含有机碳原料转化成经过加工的生物气和经过加工的生物炭的温度。

5.根据权利要求4所述的组合物,其中所述缺氧型热子系统包含:

a.热箱,其被配置成能够从环境温度加热至操作升华温度,维持在小于±10℃内稳定的初始操作升华温度和最终操作升华温度,以及从操作升华温度冷却至环境温度而不将任何氧气泄漏至所述热箱中,并且具有至少一个与所述热箱内部连通的热源以按需要供应热量;

b.至少一个基本上水平的反应室,其大部分位于所述热箱内;具有表面;被配置成在无外部催化剂或额外水的情况下,在短至足以使所述经过加工的含有机碳原料的至少一部分升华而基本上不产生任何液体的时间范围内将所述经过加工的含有机碳原料加热至操作升华温度;被配置成从环境温度加热至操作升华温度,在升华温度下操作以及从操作升华温度冷却至环境温度,而不将任何产品气体燃料泄漏至所述周围热箱中;并且包含位于所述热箱外部并且被配置成经由输入线接收经过压缩的原料的输入端,和位于所述热箱外部并且被配置成经由排放管线排放产品气体燃料气体并经由输出线排放固体炭燃料的输出端;

c.第一供电运输机构,其位于所述反应室内并且被配置成随着所述经过加工的含有机碳原料转化成经过加工的生物气和经过加工的生物炭,将所述经过加工的含有机碳原料的升华产品输送通过所述反应室;和

d.气密元件,其位于所述输入线和输出线两者上并且被配置成防止热生物气不利地从所述反应室中逸出。

6.根据权利要求4所述的组合物,其中所述缺氧型热子系统包含:

a.至少一个基本上竖直的反应室,其被配置成在无外部催化剂或额外水、二氧化碳或一氧化碳的情况下,在短至足以使所述经过加工的含有机碳原料的至少一部分升华而基本上不产生任何液体的时间范围内,将所述经过加工的含有机碳原料加热至操作升华温度;

b.第一供电运输机构,其部分位于所述反应室内,具有延伸到所述反应室外部的延伸部分,并且被配置成随着所述经过加工的含有机碳原料转化成生物气和经过加工的生物炭,将所述经过加工的含有机碳原料的升华产品输送通过所述反应室;和

c.自调节密封件,其被配置成在启动和关闭操作的改变温度期间,以及在操作期间的稳态升华温度期间,不断将所述反应室内的所述经过加工的生物气限制在围绕所述供电运输机构的所述延伸部分的区域处。

7.根据权利要求2所述的组合物,其中所述加热子系统是微波子系统,其包含:

a.至少一个反应室,其位于微波反射罩内,所述反应室包含至少一个透微波室壁和至少一个位于所述反应室内的反应腔,所述反应腔被配置成在外部供应的无氧气的氛围中保持所述含有机碳原料;

b.微波子系统,其包含至少一个被配置成当供能时发射微波的装置,所述微波装置相对于所述反应室安置以便引导所述微波穿过所述透微波室壁并且进入所述反应腔中;和

c.被配置成提供所述微波装置与所述反应室之间的相对运动的机构。

8.根据权利要求1所述的组合物,其中所述掺合子系统包含:

确定大小的腔室,用以恰当地将煤和经过加工的生物质的粒子大小确定为相似大小,

组合室,其被配置成将具有相似大小的粒子掺合成预定比率的煤与经过加工的生物质的掺合粉末,和

压实室,用以将所述掺合的粉末压缩成掺合的紧密聚集体。

9.根据权利要求3所述的组合物,其中所述选矿子系统的所述蒸汽爆炸区段进一步包含:

洗涤元件,其被配置成从所述蒸汽爆炸区段去除并净化未加工的含有机碳原料的微粒子、木质素碎片和半纤维素碎片,使其成为具有高木质素含量的精细、粘性生物质块,和

其中所述掺合子区段的掺合室被进一步配置成接收精细、粘性生物质块以在形成掺合的紧密聚集体期间在压实室形成中允许较低温度。

10.根据权利要求3所述的组合物,其中所述经过加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量相对于未加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量以干物质计减少超过75wt%,并且所述选矿子系统的所述压实区段被配置成提供至少一个冲洗步骤。

11.一种制造经过加工的生物质/煤掺合的紧密聚集体的方法,所述经过加工的生物质/煤掺合的紧密聚集体包含至少10wt%的能量密度为至少21MMBTU/吨(24GJ/MT)的煤和至少10wt%的经过加工的生物质,所述方法包含以下步骤:

向包含第一、第二和第三子系统的系统中输入包含煤和可再生未加工的含有机碳原料的组份,所述可再生未加工的含有机碳原料包括自由水、胞间水、胞内水、胞内水溶性盐和至少一些植物细胞,所述植物细胞包含包括木质素、半纤维素和纤丝内微纤丝的细胞壁;

使未加工的含有机碳原料通过选矿子系统方法,以得到经过加工的生物质,其水含量小于20wt%,并且经过加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量相对于所述未加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量以干物质计减少至少60wt%;和

使所述经过加工的生物质通过掺合子系统方法,以使其与煤结合而得到经过加工的生物质/煤掺合的紧密聚集体,其包含至少10wt%的能量密度为至少21MMBTU/吨(24GJ/MT)的煤和至少10wt%的包含经过加工的含有机碳原料的经过加工的生物质,所述经过加工的含有机碳原料所具有的特征包括能量密度为至少17MMBTU/吨(19GJ/MT)并且相对于所述未加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量,所述经过加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量以干物质计减少超过60wt%。

12.根据权利要求11所述的方法,其中所述选矿子系统方法进一步包含以下步骤:

a.向选矿子系统反应室中输入未加工的含有机碳原料,其包含自由水、胞间水、胞内水、胞内水溶性盐以及至少一些植物细胞,所述植物细胞包含包括木质素、半纤维素和纤丝内微纤丝的细胞壁;

b.使所述原料在特定针对所述原料的条件下在压力下暴露于热溶剂持续一定时间以使包含结晶纤维素纤丝、木质素以及半纤维素的所述细胞壁的一些区域更加能够被水溶性盐穿透而不会溶解超过25%的所述木质素和半纤维素;

c.去除所述压力从而穿透所述更加可穿透的区域以形成在所述植物细胞壁中具有开放孔隙的多孔原料;和

d.在包括可调节的压实压力对时间概况和压实持续时间的条件下并且在压力板之间压制所述多孔原料,所述压力板被配置成防止毡形成并阻断胞内和胞间水以及胞内水溶性盐从所述反应室逸出,并且形成经过加工的生物质,其水含量小于20wt%,并且相对于未加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量,所述经过加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量以干物质计减少至少60wt%;且

所述掺合子系统方法进一步包含以下步骤:

e.确定所述粒子的大小以使煤和经过加工的生物质的大小缩小至用于掺合的相似大小;

f.将具有恰当大小的煤粒子和经过加工的生物质组合成预定比率的煤与经过加工的生物质的掺合粉末;和

g.将所述掺合的粉末压缩成多种掺合的紧密聚集体。

13.根据权利要求12所述的方法,其中所述选矿子系统方法进一步包含:

在所述去除所述压力的步骤中,从所述蒸汽爆炸区段去除并净化未加工的含有机碳原料的微粒子、木质素碎片和半纤维素碎片,使其成为具有高木质素含量的精细、粘性生物质块,并且所述掺合子系统进一步包含:

将所述精细、粘性生物质块添加至所述掺合的粉末,以在形成掺合的紧密聚集体期间在所述压缩步骤中允许较低温度。

14.根据权利要求11所述的方法,其中通过所述掺合子系统方法的所述经过加工的生物质是经过加工的生物炭,其能量密度为至少21MMBTU/吨(24GJ/MT),并且所述方法进一步包含以下步骤:

使所述经过加工的含有机碳原料穿过另一子系统,即加热子系统,以形成经过加工的生物炭。

15.根据权利要求14所述的方法,其中所述选矿子系统方法进一步包含以下步骤:

a.向选矿子系统反应室中输入未加工的含有机碳原料,其包含自由水、胞间水、胞内水、胞内水溶性盐以及至少一些植物细胞,所述植物细胞包含包括木质素、半纤维素和纤丝内微纤丝的细胞壁;

b.使所述原料在特定针对所述原料的条件下在压力下暴露于热溶剂持续一定时间以使包含结晶纤维素纤丝、木质素以及半纤维素的所述细胞壁的一些区域更加能够被水溶性盐穿透而不会溶解超过25%的所述木质素和半纤维素;

c.去除所述压力从而穿透所述更加可穿透的区域以形成在所述植物细胞壁中具有开放孔隙的多孔原料;和

d.在包括可调节的压实压力对时间概况和压实持续时间的条件下并且在压力板之间压制所述多孔原料,所述压力板被配置成防止毡形成并阻断胞内和胞间水以及胞内水溶性盐从所述反应室逸出,并且形成经过加工的含有机碳原料,其水含量小于20wt%,并且相对于所述未加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量,所述经过加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量以干物质计减少至少60wt%;

所述产热子系统方法进一步包含以下步骤:

e.将经过加工的含有机碳原料输入至缺氧型反应室中,其被配置成在含有少于4%氧气的氛围中,将所述经过加工的含有机碳原料加热至足以使至少一些经过加工的含有机碳原料转化成经过加工的生物气和经过加工的生物炭的温度;

并且所述掺合子系统方法进一步包含以下步骤:

f.通过使煤和经过加工的生物炭的大小缩小至用于掺合的相似大小来确定所述粒子的大小;

g.将具有恰当大小的煤粒子和经过加工的生物炭组合成预定比率的煤与经过加工的生物炭的掺合粉末,和

h.将所述掺合的粉末压缩成多种掺合的紧密聚集体。

16.根据权利要求15所述的方法,其中所述选矿子系统方法进一步包含:

在所述去除所述压力的步骤中,从所述蒸汽爆炸区段去除并净化未加工的含有机碳原料的微粒子、木质素碎片和半纤维素碎片,使其成为具有高木质素含量的精细、粘性生物质块,并且所述掺合子系统进一步包含:

将所述精细、粘性生物质块添加至所述掺合的粉末,以在形成掺合的紧密聚集体期间在所述压缩步骤中允许较低温度。

17.根据权利要求15所述的方法,其中所述加热子系统是缺氧型热子系统方法,其进一步包含以下步骤:

a.将经过加工的含有机碳原料输入至基本上水平的升华反应室中,所述反应室大部分包含于热箱内并且被配置成能够从环境温度加热至操作升华温度、在升华温度下操作以及从操作升华温度冷却至环境温度,而不将任何热产品气体燃料从所述反应室泄漏至所述热箱或大气中,或不使任何氧气从所述热箱外部泄漏至所述热箱中;

b.在所述经过加工的含有机碳原料能够形成液相前,将其加热至升华温度;

c.使所述温度维持在升华温度,持续与将所述经过加工的含有机碳原料转化成经过加工的生物气和经过加工的生物炭所需要的时间同样长的滞留时间;和

d.将所述经过加工的生物气与所述经过加工的生物炭分离。

18.根据权利要求15所述的方法,其中所述加热子系统是缺氧型热子系统方法,其进一步包含以下步骤:

a.将经过加工的含有机碳原料输入至基本上竖直的升华反应室中;

b.在经过加工的含有机碳原料能够形成液相前,将其加热至升华温度;

c.使所述温度维持在升华温度,持续与将所述经过加工的含有机碳原料转化成经过加工的生物气和经过加工的生物炭所需要的时间同样长的滞留时间;和

d.将所述经过加工的生物气与所述经过加工的生物炭分离。

19.根据权利要求14所述的方法,其中所述加热子系统是微波子系统方法,其包含以下步骤:

a.将经过加工的含有机碳原料输入至基本上透微波反应室中,所述反应室不含外部供应的氧气并且位于微波反射罩内;

b.引导微波从微波源穿过所述反应室的壁以冲击所述原料;

c.提供所述透微波反应室与所述微波源之间的相对运动;和

d.微波处理所述原料直至所述原料进行反应以产生经过加工的生物炭,所述经过加工的生物炭进一步包含相对于未加工的含有机碳原料的水溶性盐含量,以干物质计减少超过60wt%的所述经过加工的含有机碳原料的水溶性盐含量和小于10wt%的水含量。

20.根据权利要求11所述的方法,其中所述选矿子系统方法和所述粒化子系统方法进一步包含以下步骤:

a.向反应室中输入包含自由水、胞间水、胞内水、胞内水溶性盐以及至少一些植物细胞的未加工的含有机碳原料,所述植物细胞包含包括木质素、半纤维素和纤丝内微纤丝的细胞壁;

b.使所述原料在特定针对所述原料的条件下在压力下暴露于热溶剂持续一定时间以使包含结晶纤维素纤丝、木质素以及半纤维素的所述细胞壁的一些区域更加能够被水溶性盐穿透而不会溶解超过25%的所述木质素和半纤维素;

c.去除所述压力从而穿透所述更加可穿透的区域以形成在所述植物细胞壁中具有开放孔隙的多孔原料;和

d.在包括可调节的压实压力对时间概况和压实持续时间的条件下并且在压力板之间压制所述多孔原料,所述压力板被配置成防止毡形成并阻断胞内和胞间水以及胞内水溶性盐从所述反应室逸出,并且形成经过加工的生物质,其水含量小于20wt%,并且相对于未加工的含有机碳原料的水溶性胞内盐含量,其水溶性胞内盐含量以干物质计减少至少60wt%,并且其去除所述水和水溶性盐的单位重量成本减少至小于使用已知机械、已知物理化学或已知热方法进行类似水去除的单位重量成本的60%,

并且,所述掺合子系统方法进一步包含以下步骤:

e.通过使煤和经过加工的生物质的所述大小缩小至用于掺合的相似大小来确定所述粒子的大小

f.将具有恰当大小的煤粒子和经过加工的生物质组合成预定比率的煤与经过加工的生物质的掺合粉末,和

g.将所述掺合的粉末压缩成多种掺合的紧密聚集体。

当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1