盐以及至少一些植物细胞，这些植物细胞包含包括木质素、半纤维素、以及纤丝内的纤维素微纤丝的细胞壁。在一些实施方案中，未加工的含有机碳原料的水溶性盐含量在干燥的基础上为至少4000mg/kg。在其它实施方案中，盐含量可以大于1000mg/kg、2000mg/kg、或3000mg/kg。含量在很大程度上取决于含有机碳材料所生长的土壤。土地肥沃并且更加能够允许土地用于以商业量生长能量作物的区域通常具有得到水溶性盐含量超过4000mg/kg的含有机碳原料的碱性土壤。
[0031]水溶性盐在使用含有机碳原料以形成燃料的工艺中是不合需要的。这种盐倾向于经由腐蚀、结垢或燃烧时成渣而缩短设备的操作寿命。一些锅炉具有限制燃料中的盐浓度小于1500mg/kg的标准，并且一些锅炉限制燃料中的盐浓度小于500mg/kg。当前，在每种情况下必须找到燃料用于锅炉的可用性与清洁设备和替换部件的频率的花费之间的平衡。如果经济的话，那么较少的盐将是优选的。事实上，经由选矿使盐减少是很大量的，使得其为甚至用于在锅炉中使用含盐生物质(例如，碎木燃料、牧豆树以及松桧)的使能技术。盐还常常在用于形成有益燃料的工艺中使催化剂中毒并且抑制细菌或酶的使用。虽然可耐受一定盐浓度，但理想地，盐的水平应低至经济上可行的。
[0032]水溶性盐和各种形式的水位于植物细胞中的各种区域中。如本文所用的植物细胞由包括纤丝内的微纤丝束的细胞壁组成并且包括胞内水和胞内水溶性盐。图1是典型植物细胞的图解，其细胞壁的区域的分解图示出了细胞壁中的纤丝、微纤丝以及纤维素的布置。示出了植物细胞(100 )，其具有被放大以显示纤丝(130)的细胞壁(120)的区段。每个纤丝由包括纤维素(150)股的微纤丝(140)组成。纤维素股促成一定程度的有序性并且因此促成结晶性。
[0033]植物细胞具有初生细胞壁和次生细胞壁。次生细胞壁的厚度随着植物类型而变化并且提供植物材料的大部分强度。图2是次生植物细胞壁中一起成束的两个纤丝的一部分的透视侧视图的图解，其示出了含有微纤丝并且由半纤维素和木质素股连接的纤丝。植物细胞壁(200)的区段由许多纤丝(210)组成。每个纤丝210包括围绕纤维素微纤丝(230)的聚集体的叶鞘(220)。纤丝210由半纤维素(240)和木质素(250)交织而成的股束缚在一起。为了去除胞内水和胞内水溶性盐，细胞壁200的区段必须通过以下至少一者而刺穿:从半纤维素240和木质素250的股的网状物解开纤丝，使股的一部分解晶，或使股的一部分解聚。
[0034]植物细胞由胞间水彼此隔开。植物细胞的聚集体在植物纤维中集合在一起，每个植物纤维具有纤维素壁，其外部被自由水，也称为表面水分润湿。分布在特定含有机碳原料内的水量随着材料而变化。作为一个实例，水在来自草本植物的新鲜蔗渣中如下分布:约50wt %的胞内水、约30wt %的胞间水、以及约20wt %的自由水。蔗渣是在粉碎甘蔗或高粱杆以提取其汁液之后保留的纤维物质。
[0035]图3是蔗渣纤维区段的剖视图的图解，其示出了水和水溶性盐在植物细胞内部和外部驻留之处。示出了具有植物细胞的聚集体的纤维(300)，其具有在纤维素外壁(320)上的表面水分(310)。在纤维300内铺设由胞间水(340)隔开的个别植物细胞(330)。在每个个别植物细胞330内铺设胞内水(350)和胞内水溶性盐(360)。
[0036]用以对含有机碳原料进行选矿的常规方法包括热工艺、机械工艺以及物理化学工艺。热方法包括涉及热解和烘烤的热处理。热方法并不有效地去除夹带的盐并且仅用来使其浓缩。因此，热工艺对于形成许多产能产品是不可接受的，这些产品诸如用作如同煤和石油一样的燃料替代品的含有机碳原料。另外，所有常规热方法是能量密集的，导致不利的总体能量平衡，并且因此在经济上限制含有机碳原料作为可再生能源的商业用途。
[0037]机械方法，也称为加压挤出或致密化，可以分成两种不连续的工艺，其中水和水溶性盐迫使从含有机碳材料中挤出。这两种工艺是胞间和胞内挤出。胞间水和胞间水溶性盐的挤出在中等压力下发生，这取决于含有机碳材料的新鲜度、粒度、初始水分含量以及含有机碳材料的种类。因此，水分含量介于50wt %与60wt %之间的新伐的草本含有机碳原料的适当大小的粒子将开始在低至l，000psi的压力下挤出胞间水分并且将持续直至过度的压力迫使水分进入植物细胞中(基本上变成胞内水分)。
[0038]随着致密化的进行，需要更高的压力并且因此需要更高的能量成本以试图挤出胞内水和胞内水溶性盐。然而，坚硬的细胞壁提供具有机械强度的生物质材料并且能够经受住高压而不会损失结构完整性。另外，在高于临界压力下压实不同草本生物质材料期间已经观测到在较薄弱细胞壁的草本材料中更为普遍的不透性毡的形成。这种方法是能量密集的。另外，其仅可以去除在干燥的基础上至多50%的水溶性盐，这是因为胞内盐保留并且这种方法不能使水含量降至低于30wt%。
[0039]当长纤维形成织物并且由极小的木髓粒子束缚在一起时形成毡。木髓是在植物中发现的组织并且由软的海绵状实质细胞组成，这些细胞在整个植物中储存和运输水溶性养分。木髓粒子可以在水中固持其自身重量的50倍。随着在压实期间施加的压缩力迫使水进入成形毡中，夹带的木髓粒子收集水分直至其容量为止。因此，任何毡的水分含量可以接近90%。当毡在压实期间形成时，与所施加的力无关，压实的生物质的总体水分含量将实质上高于以其它方式未形成毡的情况。毡阻塞压实装置的出口孔以及垂直于所施加的力的片段，并且阻断水从压实装置排出。毡还阻断水通过植物纤维和植物细胞，使得一些水通过细胞壁的孔隙传回一些植物细胞中。另外，其仅可以去除在干燥的基础上至多50 %的水溶性盐并且不能减少更多的水含量至低于30wt%。
[0040]物理化学方法涉及在压实之前含有机碳原料的化学预处理和压力减压以实质上改善致密的生物质的质量，同时还减少在压实期间达成所需堆积密度所需要的能量的量。在化学方面，生物质主要包含位于相关植物材料的次生细胞壁中的纤维素、半纤维素以及木质素。纤维素和半纤维素股由木质素交联，形成木质素-碳水化合物复合体(LCC) ICC产生消除胞内水的疏水屏障。除了溶解过多的含有机碳材料的纸制浆工艺以外，常规预处理包括酸水解、蒸汽爆炸、AFEX、碱性湿法氧化以及臭氧处理。所有这些工艺如果不小心地进行工程设计的话，单位产品重量的成本可能很昂贵并且并未经过设计以去除在干重的基础上大于25%的水溶性盐。
[0041]另外，一般可从含有机碳材料获得的能量密度取决于其类型，S卩，草本、软木本以及硬木本。而且，在诸如用于发电厂的燃料的后续使用中的混合类型一般是不合需要的，这是因为当前经过加工的含有机碳原料的能量密度随着植物材料的类型有很大变化。
[0042]如上文所陈述，植物材料可以进一步细分成三个子类，草本、软木本以及硬木本，各自具有特定的保水机构。所有植物细胞都具有初生细胞壁和次生细胞壁。如早先所陈述，材料的强度主要来自于次生细胞壁，而不是初生细胞壁。甚至软木本材料的次生细胞壁也比草本材料更厚。
[0043]草本植物是相对薄弱壁的植物，包括玉米，并且具有小于约10至15英尺(约3至5米(M))的最大高度。虽然所有植物都含有木髓粒子，但草本植物经由植物细胞内固持水的高浓度的木髓粒子(如球囊)而保留大部分的其水分，这是因为这些植物具有相对薄弱的细胞壁。压力仅使球囊变形并且不会导致植物失去其水。草本植物具有其水的约50%作为胞内水并且具有约5.2百万BTU/吨(MMBTU/吨)或6吉焦耳/公吨(GJ/MT)的未加工材料的能量密度。比较起来，呈石墨形式的纯碳具有28丽BTU/吨(33GJ/MT)的能量密度，并且无烟煤具有约21MMBTU/吨(25GJ/MT)的能量密度。
[0044]软木本材料是比草本植物更坚实的植物。软木本材料包括松树并且通常具有介于50与60英尺(约15与18M)之间的最大高度。其植物细胞具有更坚硬的壁并且因此需要更少的木髓粒子来保留水分。软木本材料具有其水的约50%作为胞内水并且具有约13-14MMBTU/吨(15-16G J/MT)的能量密度。
[0045]硬木本材料是最坚实的植物，包括橡树，并且通常具有介于60与90英尺(18与27M)之间的最大高度。其具有含最厚的次生细胞壁的纤维素植物细胞并且因此需要最少量的木髓粒子来保留水分。硬木本材料具有其水的约5 0 %作为胞内水并且具有约15 Μ Μ B T U /吨(18GJ/MT)的能量密度。
[0046]在能量工业中需要一种系统和方法以允许能量工业使用含有机碳材料作为商业替代物或辅助燃料来源。可用于在商业规模上生长可再生的含有机碳材料的许多土地还得到具有高于所需的水溶性盐含量的含有机碳材料，这种含量通常在至少4000mg/kg的水平下。在太平洋西北地区的森林产品通常经由近岸内航道运输，使生物质暴露于来自海洋的盐。因此，这样的系统和方法必须能够去除足够水平的水溶性盐以提供适合的燃料替代品。作为一个实例，锅炉一般需要小于1500mg/kg的盐含量以避免与燃料中的高盐相关的高成本维护。另外，用以去除足够的水以达成可接受的能量密度的能量和所产生的成本必须足够低以使含有机碳材料原料成为制造煤或烃燃料替代品的工艺中的适合替代物。
[0047]还需要一种可以处理各种类型的植物并且得到具有类似能量密度的经过加工的含有机碳原料的工艺。
[0048]所公开的本发明允许能量工业使用经过加工的含有机碳材料作为商业替代性燃料来源。本发明的一些实施方案去除几乎所有的人造或天然化学污染，并且使总水含量降至5界1:%至15￥1:%的范围内的水平。这允许诸如电力公用工业的工业掺合至多5(^1:%经过加工的含有机碳原料与50^%煤的比率并且水溶性盐的量实质性降低的含有机碳原料并且在与煤有竞争力的价格下享有与煤相同的丽BTU/吨(GJ/MT)效率。文献已经描述了至多30%的含有机碳原料与煤的比率。最近的专利申请公布EP2580307 A2已经描述了在加热下通过机械压实得到的至多50%的比率，但含有机碳原料中的水溶性盐含量没有明显降低。本文所公开的本发明明确包括在针对所使用的每种特定未加工的含有机碳原料作调整的条件下穿过反应室的实质性水溶性盐降低。如下文所论述，额外计划的清洗子区段和在反应室的压实区段中的后续压制算法可以有益于加工具有特别高的水溶性盐含量的含有机碳原料以使得其可以用于与以其它方式将不可用于在煤锅炉中燃烧的煤掺合。这还包括例如碎木燃料、牧豆树以及东方红柏。
[0049]另外，所公开的本发明允许加工不同类型的含有机碳原料，各自在经过调整的条件下，以得到具有预选的能量密度的经过加工的输出。在本发明的一些实施方案中，可以将具有在5.2至14MMBTU/吨(6至16GJ/MT)的范围内的不同能量密度的多于