通过微波使用选矿的原料制造的生物炭制造技术

描述了一种使用贫氧微波子系统从经过加工的含有机碳原料制造的经过加工的生物炭组合物，这种原料使用选矿子系统制造。可再生的生物质原料通过选矿子系统以使水含量减至低于至少20wt％并且水溶性盐在干燥的基础上从未加工的含有机碳原料减少至少60％。将经过加工的原料引入实质上透微波的反应室中。微波源发出微波，引导这些微波穿过反应室的透微波壁以冲击反应室内的原料。微波源可以相对于反应室旋转。使原料经受微波直至所需反应发生以生产固体经过加工的生物炭燃料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及从含有机碳原料生产固体炭燃料。
技术介绍
绝大多数燃料从有限的地下储备栗抽的原油蒸馏出或从煤开采得到。随着地球上的原油供应变得更加困难而且收集很昂贵并且关于除清洁的无烟煤之外的煤的环境影响的问题越来越多，全世界对能量的需求同时增长。在接下来的十年里，剩余的世界上容易得到的原油储备和清洁的无烟煤储备的耗竭将导致从原油和煤获得燃料的成本显著增加。发现可以有效地使生物质转化成燃料和适合于运输和/或加热的副产品的工艺的研究是满足不断增长的对能量的需求的重要因素。另外，得到具有改善的效用的固体副产品的工艺在需求上也日益增加。生物质是含有植物细胞并且已经显示出作为燃料的经济来源的前景的可再生的含有机碳原料。然而，这种原料通常含有过多的水和污染物，诸如水溶性盐，使其无法成为诸如煤、石油或天然气的燃料的常见来源的经济替代物。在历史上，经由传统的机械/化学工艺，植物将失去少量的小于25重量％的其水分。并且，即使植物经过日晒或窑内干燥，保留于植物细胞中的天然和人造化学物质和水溶性盐也在炉中组合形成腐蚀和破坏性釉。而且，剩余的水分降低原料的产热MMBTU/吨的能量密度，由此限制了炉的效率。经由使用许多生物质材料的实验获得的数百年来的数据全部支持以下结论:需要越来越大的能量增量来达成越来越小的堆积密度增量的改善。因此，加工含有机碳原料，一类较广泛的包括含有植物细胞的材料的原料的城市废料设施一般以花费市政资金的能量匮乏的方式操作。类似地，对于作为煤或石油的有效替代品的废料，加工也包括在含有机碳原料的一般术语内的农业废料所需的能量在没有某种政府补贴下不是商业的并且一般含有水或水溶性盐中的任一者或两者的不令人满意的水平。商业上成功的以足够大的体积适当地制备这类原料的成本是昂贵的并且当前是不经济的。而且，商业上适用的以足够的体积可用的适合的含植物细胞的原料一般具有在常规工艺下导致不利的结垢和污染情况的水溶性盐含量。适合于生长足量的能量作物以取得经济意义的土地通常在得到植物细胞中的高水溶性盐含量，即，通常在干燥的基础上超过4000mg/kg的地方发现。含有机碳原料已经尝试作为固体可再生燃料或煤替代品，但尚未在经济上可行，因为其一般含有可以造成燃烧设备中的腐蚀、结垢以及成渣的水溶性盐，并且具有在很大部分中由于保留的水分而使能量密度降至远低于煤的能量密度的高水含量。然而，仍然需要经过加工的生物炭，因为如果其可以在其水和水溶性盐含量有更加实质性的降低的情况下以成本有效的方式制造，那么其为固体燃料的清洁的可再生来源。通过工艺得到的具有更加有益的特性的固体副产品是满足不断增长的对能量和食品的需求的重要因素。本专利技术满足这些需要并且提供优于现有技术的各种优点。
技术实现思路
本专利技术的实施方案是针对一种来自可再生的未加工的含有机碳原料的组合物和一种工艺。这种组合物是经过加工的生物炭组合物，一种固体可再生碳燃料，其特征包括至少17MMBTU/吨(20GJ/MT)的能量密度、小于10被％的水含量、在干燥的基础上从未加工的含有机碳原料减少超过60wt%的水溶性盐、以及具有小于10%的孔隙大小变化的孔隙。这种组合物是使用如下系统制造:这种系统被配置成使未加工的含有机碳原料使用选矿子系统转化成经过加工的含有机碳原料，并且使用微波子系统转化成经过加工的生物炭。制造固体可再生燃料组合物的工艺包括三个步骤。第一个步骤是向包括第一和第二子系统的系统中输入包括自由水、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，这些植物细胞包含包括木质素、半纤维素、以及纤丝内的微纤丝的细胞壁。第二个步骤是使未加工的含有机碳原料通过第一子系统，即选矿子系统工艺，以得到具有小于20wt%的水含量和在干燥的基础上从未加工的含有机碳原料减少至少60^%的盐含量的经过加工的含有机碳原料。第三个步骤是使经过加工的含有机碳原料通过第二子系统，即微波子系统工艺，以得到具有至少17MMBTU/吨(20GJ/MT)的能量密度、小于10被％的水含量、在干燥的基础上从未加工的含有机碳原料减少至少60wt%的水溶性盐的固体可再生燃料组合物。本专利技术是一种经过加工的生物炭，其为用于使用煤作为原料以产生热的装置，诸如用于发电的燃煤锅炉的适合的清洁煤替代品。经过加工的生物炭的低盐含量实质上减少当今典型的装置的不利腐蚀性磨损和维护性清洁。用于制造经过加工的生物炭的选矿的含有机碳原料的均匀的低水含量和均匀的高能量密度允许在工艺的微波区段中以成本有效的方式使用广泛多种可再生的含有机碳原料。在工艺的选矿区段期间，水溶性盐的实质性降低减少了伴随经过加工的含有机碳原料的后续使用所发生的不利结果。另外，使用本专利技术从上文所描述的未加工的含有机碳原料去除水至低于20wt%的含量并且去除实质量的水溶性盐所需的能量显著小于用于常规工艺的能量。在一些实施方案中，选矿的原料的单位重量总成本比使用已知的机械、物理化学或热工艺进行类似的任务以制备用于后续燃料制造操作中的可再生的含有机碳原料的成本减少至少60 %。以上概述并不意图描述本专利技术的每个实施方案或每个实施。本专利技术的优点和成就连同更加全面的理解将变得显而易见并且通过结合随附图式参考以下详细描述和权利要求书而了解。【附图说明】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。图2是次生植物细胞壁中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。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。图4是选矿子系统中的反应室的一个实施方案的侧视图的图解。图5A是选矿子系统中的压力板的各种实施方案的正视图的图解。图5B是图5A中所示的压力板的一个实施方案的特写的透视图。图5C是示出具有流体矢量和暴露于流体矢量的木髓粒子的压力板中心向下的剖视图的图解。图6A是木质纤维素纤丝的典型应力应变曲线的图解说明。图6B是降低典型含有机碳原料的水含量并且增加其堆积密度所需的压力和能量的图解说明。图6C是达成堆积密度倍增所需的能量需求倍增的图解说明。图6D是使用针对特定的含有机碳原料作调整的本专利技术的一个实施方案降低含有机碳原料中的水含量的压力周期的一个实例的图解说明。图7是说明与已知的工艺相比使用本专利技术的选矿子系统的实施方案从含有机碳原料去除至少75wt%的水溶性盐并且使水含量从50wt%降至12wt%K需的估算能量消耗的表格。图8是具有并联的四个反应室、预处理室以及蒸气冷凝室的选矿子系统的一个实施方案的侧视图的图解。图9A和9B分别说明了被配置成使含有机碳材料转化成生物炭的微波子系统的一个实施方案的反应室的侧视图和剖视图。图9C是微波子系统的一个实施方案的倾斜反应室的图解。图9D是微波子系统的一个实施方案的侧视图的图解。图1OA是使用图9A和9B中所说明的反应室用于水/空气提取和反应工艺的微波子系统的一个实施方案的方块图。图1OB说明了包括反馈控制的微波子系统的一个实施方案。图1lA示出了包括在安置于具有一个或多个透微波壁的圆柱形反应室外部的圆筒上布置的多个固定磁控管的微波子系统。图1IB说明了具有支持可以绕着反应室的纵轴旋转而反应室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，其包含：包含固体可再生碳燃料的经过加工的生物炭组合物，所述固体可再生碳燃料的特征包括至少17MMBTU/吨(20GJ/MT)的能量密度、小于10wt％的水含量、在干燥的基础上从未加工的含有机碳原料减少超过60wt％的水溶性盐、以及具有小于10％的孔隙大小变化的孔隙，并且所述经过加工的生物炭从未加工的含有机碳原料制造，所述未加工的含有机碳原料使用选矿子系统转化成经过加工的含有机碳原料，并且使用微波子系统转化成所述经过加工的生物炭。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·泰特，P·斯卡尔佐，D·M·万索恩，M·L·卡托，
申请(专利权)人：生物质能增强有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US