用于转化生物质的方法技术

本发明专利技术描述了通过半纤维素提取和随后的压制干燥来增加可燃性生物质的热值。在半纤维素提取后，剩余的生物质是柔软的并且易于被压制干燥至高达80％的高的干物质含量。该方法包括去除大多数水结合的半纤维素并将大部分木质素保留在生物质中。木质素可以在提取过程中保留在生物质中，或者将已从半纤维素提取物中分离的木质素与经提取的生物质组合。

METHODS FOR TRANSFORMATION OF BIOMASS

The present invention describes how to increase the calorific value of flammable biomass by hemicellulose extraction and subsequent pressure drying. After hemicellulose extraction, the remaining biomass is soft and easy to be pressed and dried up to 80% of the high dry matter content. The method involves removing most of the water-bound hemicellulose and retaining most of the lignin in the biomass. Lignin can be retained in biomass during the extraction process, or the lignin separated from hemicellulose extract can be combined with the extracted biomass.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于转化生物质的方法
本专利技术涉及生物质的转化。特别地，本专利技术涉及将生物质如新鲜生物质转化为适合用作燃料的改性生物质组合物的方法。本专利技术还涉及改性的生物质及其用途。
技术介绍
生物质燃烧的一个常见问题是新鲜生物质通常不能原样使用，因为其具有相当高的约60％的含水量。此外，新鲜木屑难以通过压制脱水。与之相比，原木或碎屑需要储存很长时间，以便在环境温度下通过空气干燥降低水含量。在高温下干燥将提高除水率，但在经济上不可行。此外，具有非常高的热值的生物质，尤其是针叶树，挥发性有机化合物(VOC)(如萜烯和异戊二烯)的储存会造成损失。在长时间的储存期间，大量的生物质(10至15％)主要通过微生物活性被降解(Heinek等人，2013)。微生物降解降低了生物质的热值，与使用新鲜生物质相比，使用降解的生物质的经济后果是显著的。在本领域中已经讨论了由生物质制备粒料。US2015167969描述了使用热水提取来制备生物质粒料和可发酵糖，且US2015037859公开了一种由生物质制备木质素粒料的方法。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是消除与现有技术有关的至少一部分问题，并提供一种将生物质转化成适合用作燃料的形式的新方法。问题的解决方案本专利技术基于通过压制降低其含水量来增加生物质如新鲜生物质的热值的构思。已经意外地发现，当对生物质如木质材料(例如木屑)首先进行半纤维素提取时，得到改性的生物质材料，其为柔软的并且特别适于进行压榨以除去水。因此，通过压制这种改性的生物质，增加了生物质的干物质含量，这是压制未改性的生物质(例如新鲜生物质)不能实现的。此外，通过在压制之前对生物质进行半纤维素提取，使得除去大部分半纤维素，可进一步增加生物质的固体物质的热值，这与降低的水含量相结合将提供改性的生物质，其非常适合用作燃料，特别是用作固体燃料。半纤维素提取优选地在使其他木质组分如木质素和纤维素基本上完整的条件下进行。因此，根据本专利技术，首先对生物质，特别是新鲜生物质进行热水提取以进行半纤维素提取；回收由此经处理的生物质；和在生物质仍温热的同时对生物质进行压制以除去水，从而将生物质的干物质含量增加至55wt％或更多。使用该方法，生产了木质纤维素生物质，其具有至少90wt％的干物质含量，生物质含有少于50％的半纤维素和至少90wt％的相应的木质纤维素生物质的木质素，特别是新鲜的木质纤维素生物质。这种木质纤维素生物质可用作能量生产的原料或用作燃料。更具体地，根据本专利技术的方法的主要特征在于权利要求1的特征部分中所述的内容。本专利技术的产品及其用途的特征在于权利要求15和16的特征部分所述的内容。专利技术的有益效果如上所述，在半纤维素提取后，剩余的生物质可以通过压制干燥或也可以通过风干以比含有半纤维素的生物质更容易地进行干燥。这使得新鲜提取的生物质可以比新鲜木材更容易地被干燥至高达90％的干物质含量。生物质中半纤维素的含量降低。由于半纤维素是结合水的亲水性的无定形聚合物，而木质素是疏水性的且纤维素是结晶的(二者都缺乏与半纤维素相同的保水能力)，因此生物质的干燥变得更有效(Olsson等人，2004)。此外，在半纤维素提取过程中，还从生物质中很大程度上除去了金属和其他矿物盐，这减少了生物质燃烧过程中形成的灰分和灰分沉淀物的量。此外，通过除去半纤维素，可以增加剩余干生物质的热值，例如从略高于18MJ/kg增加到大于19.5MJ/kg；这是因为半纤维素(13.6MJ/kg)具有比例如木质素(27.0Mj/kg)更低的热值(Lundgren等人，2009,VanHeiningen,2006)。另一个优点是，由于热水提取的提取温度(其范围通常是大于150℃)，生物质在微生物方面是无菌的。与木质素和纤维素相比，半纤维素更容易被微生物消化。因此，也可以存储半纤维素贫化的生物质而不发生进一步的微生物降解。经提取的生物质可用于制备具有甚至更高热值的热解油。接下来，将参考附图更详细地描述本技术的实施方案。附图的简要说明图1显示了压制干燥和半纤维素提取技术对生物质的较低热值的影响；图2显示了2克的湿生物质在半纤维素提取后的干燥速度。ASE提取技术溶解了一些木质素，这些木质素很可能堵塞一些多孔结构，使得其干燥速度慢于BLN技术。图3给出了实施例3中使用的反应器的示意图；和图4是显示在半纤维素提取期间从生物质中去除木质素对剩余生物质的较高热值(HHV)的影响的条形图。实施方案的描述在一个实施方案中，本专利技术的制备具有高热值的改性生物质组合物的方法包括首先提供含有纤维素、木质素和半纤维素的新鲜生物质的步骤；和使新鲜生物质经受在超过100℃的预定温度下的热水提取的步骤。继续热水提取以从生物质中除去至少50wt％的半纤维素和小于10wt％的木质素。热水提取在反应器容器例如压力容器中进行。通常，“热水提取”代表通过在高于约50℃的温度下使生物质与水或含水溶液接触来提取生物质组分的方法。特别地，在本专利技术的上下文中，热水提取如下进行：使用高于100℃的温度进行加压热水提取。使提取的生物质经受进一步的脱水步骤。在一个实施方案中，通过从反应器中除去生物质，然后进行至少一个其中水被机械除去的步骤来回收生物质。优选的实施方案包括对提取的生物质进行压制干燥，以获得干物质含量高于50wt％的生物质。特别地，将提取的生物质压制干燥至干物质含量为60至90wt％。已经发现，在半纤维素提取之后，生物质产品如木屑是柔软的并且这使得能够将它们压制成预定的干物质含量。特别地，将生物质压制干燥至高于相应的未提取(新鲜)木质纤维素生物质在压制干燥后所能达到的最大干物质含量的干物质含量。在压制期间，只要生物质没有显著冷却，就还从生物质中除去溶解的半纤维素。在一个实施方案中，进行压制干燥的生物质具有大于30℃，特别是至少40℃的表面温度。优选地，以使生物质在提取和压制之间从未冷却到低于35℃的方式进行压制。特别地，使未经冷却的生物质或者在提取和压制干燥步骤之间未曾被冷却至低于35℃，特别是低于40℃的表面温度的生物质经受压制干燥。在一个实施方案中，在低于木质素的溶解度的温度下进行半纤维素提取。当在高于160℃进行热水提取时，木质素的溶解度显著增加。一个实施方案包括在160℃，优选为135-160℃的最高温度下通过热水提取从生物质中除去至少60wt％的半纤维素来进行热水提取步骤。提取后，通过置换洗涤或任何其他方法从生物质中除去游离提取物。此后，通过空气干燥或压制干燥或其组合来干燥生物质，以达到期望的干物质含量。目标干物质含量在55至90％的范围内，其中至少95％的原始木质素保留在生物质中。压制干燥代表处理，通常是机械处理，其中材料被压缩以驱除材料中包含的水或水分。特别地，使用压滤机、螺旋压力机、液压机和能够产生足以使生物质脱水的压力的任何其他类型的压力机(例如，活塞压力机)对所得生物质进行压制干燥。在一个实施方案中，使用一种方法提取半纤维素，其中木质素也溶解在半纤维素提取物中。从固体生物质中除去提取物后，将木质素与半纤维素分离并与固体生物质混合。在一个实施方案中，在高于160℃的温度下从生物质中提取半纤维素，并且在溶液中包含至少60wt％的半纤维素后，通过添加木质素沉淀化学品或使提取物的温度降至低于木质素的溶解度温度或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产具有高热值的改性生物质组合物的方法，包括以下步骤‑提供含有纤维素、木质素和半纤维素的生物质，例如新鲜生物质；‑使所述生物质在超过100℃的预定温度下经受热水提取步骤；‑继续所述热水提取，以从生物质中除去至少50wt％的半纤维素和少于10wt％的木质素，从而产生经提取的生物质；‑回收所述经提取的生物质；和‑对温热的经提取的生物质进行压制干燥，从而获得干物质含量高于50wt％的生物质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.01 FI 201655581.一种生产具有高热值的改性生物质组合物的方法，包括以下步骤-提供含有纤维素、木质素和半纤维素的生物质，例如新鲜生物质；-使所述生物质在超过100℃的预定温度下经受热水提取步骤；-继续所述热水提取，以从生物质中除去至少50wt％的半纤维素和少于10wt％的木质素，从而产生经提取的生物质；-回收所述经提取的生物质；和-对温热的经提取的生物质进行压制干燥，从而获得干物质含量高于50wt％的生物质。2.根据权利要求1所述的方法，其包括将表面温度大于30℃，特别是至少40℃的生物质进行压制干燥。3.根据权利要求1或2所述的方法，其包括在提取和压制干燥步骤之间，将表面温度未冷却至低于35℃，特别是低于40℃的生物质进行压制干燥。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中将所述生物质压制干燥至其干物质含量高于新鲜木质纤维素生物质经压制干燥所能达到的最大干物质含量。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括在160℃，优选为135-160℃的最高温度下通过热水提取从所述生物质中除去至少60wt％的半纤维素来进行热水提取步骤，然后对所得生物质进行压制干燥。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其包括通过热水提取从所述生物质中除去至少50wt％，特别地为至少60wt％的半纤维素来进行所述热水提取步骤。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述生物质在超过160℃的最低温度，特别是在高达220℃的温度下经受热水提取。8.根据前述步骤中任一项所述的方法，其包括：-通过以下进行所述热水提取步骤，o通过热水提取从所述生物质中除去至少60wt％的半纤维素；和o使溶解的木质素从提取溶液中沉淀返回到所述经提取的生物质上；和-将所得生物质压制干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·维赫萨洛，N·拉克斯，S·冯舒尔茨，
申请(专利权)人：CH比奥福斯公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI