固体生物质燃料的生产方法技术

本发明专利技术涉及一种生产固体生物质燃料的方法，以及由所述方法生产的固体生物质燃料。该方法包括以下步骤：(i)粉碎一种或多种生物质源，以得到平均粒径为1000μm至6000μm的生物质粉末；(ii)使所述生物质粉末成型以得到生物质成型产品；(iii)将所述生物质成型产品加热0.25至5小时到160℃至420℃的温度，以得到固体生物质燃料；其中所述一种或多种生物质源包括(i)豆科的物种，(ii)稻草、稻壳和椰子壳的混合物，或(iii)马占相思、楹树和橡胶树的混合物。另外，本发明专利技术还涉及一种燃烧方法，其包括燃烧所述固体生物质燃料以产生能量。

Production method of solid biomass fuel

【技术实现步骤摘要】
固体生物质燃料的生产方法
本专利技术涉及一种生产固体生物质燃料的方法，以及由所述方法生产的固体生物质燃料。另外，本专利技术涉及一种燃烧方法，其包括燃烧所述固体生物质燃料以产生能量。
技术介绍
燃煤发电被全世界的发电厂和工业过程所使用。煤炭和其他化石燃料是不可再生的能源。在过去的几十年中，已经有人呼吁减少燃煤电站中的煤炭消耗，并呼吁使用可再生能源来发电。衍生自生物质的燃料是一种可用于替代或至少部分替代煤的可再生能源。在燃烧过程中，由生物质衍生的燃料可以在发电厂的氧气存在下燃烧，以产生能量。生物质燃料可以在最初设计用于燃煤的传统发电厂中燃烧，或者生物质燃料可以在专门用于生物质燃烧的发电厂中燃烧。某些形式的生物质可以与煤混合并在发电厂内以相同的燃烧过程燃烧。这种过程称为生物质的煤共烧。为了适合与煤共烧，生物质燃料通常必须具有某些特性，例如一定水平的质量和均质性。例如，在共烧过程中特别期望由均一尺寸、密度、水分含量等的颗粒组成的生物质燃料。生物质燃料包含低含量的灰分也是期望的。生物质燃料中的灰分含量通常高于煤炭中的灰分含量。已知各种方法可以从生物质源生产固体生物质燃料。WO2014/087949公开了一种用于生产固体生物质燃料的方法，其中使生物质源蒸汽爆炸然后成型为生物质块，再加热得到生物质燃料。该方法的目的是生产在储存期间具有足够的可操作性并且在储存期间具有更低的排放水化学需氧量(COD)的生物质燃料。该过程中使用的生物质源是棕榈仁壳。WO2016/056608以WO2014/087949的教导为基础，并且公开了一种制造固体生物质燃料的方法，其中不需要蒸汽爆炸步骤来生产燃料。该方法包括成型步骤，将生物质源压碎，成型为生物质块，再将生物质块进行加热。用于所述过程的生物质源是树木，例如道格拉斯冷杉、铁杉、雪松、柏树、欧洲赤松、杏仁老树、杏仁壳、合金欢木质部、合金欢树皮、核桃壳、西谷椰子、棕榈空果串、柳桉木和橡胶。WO2017/175733公开了一种包括成型步骤的类似方法，其中，将生物质源压碎，成型为生物质块，再将生物质块进行加热。WO2017/175733的方法旨在提供生物质燃料，该生物质燃料在暴露于雨水时表现出低的降解性并具有更低的排放水COD。该方法中使用的生物质源选自橡胶树、合金欢、柳桉木、桉树、柚木以及落叶松、云杉和桦树的混合物。WO2019/069849旨在提供一种易于运输和存储并且在存储期间耐自燃的生物质燃料。生物质燃料通过包括成型步骤的方法来制备，在该成型步骤中，将生物质源压碎，成型为生物质块，再将生物质块进行加热。用于生产燃料的生物质源选自橡胶树、合金欢树、辐射松，落叶松、云杉和桦树的混合物；以及云杉、松树和冷杉。WO2019/069860公开了一种用于生产固体生物质燃料的设备。该设备包括碳化炉，用于碳化生物质成型产品以获得固体生物质燃料。该设备还包括产量计算单元、温度测量单元和控制单元。控制单元基于生物质燃料的自燃特性控制施加到碳化炉的热量。通过将生物质源粉碎成粒料，然后使所述粒料成型，得到生物质成型产品。生物质源选自橡胶树、合金欢、龙脑香、辐射松，落叶松、云杉和桦树的混合物或云杉、松树和冷杉的混合物。WO2018/181919公开了与以上讨论的用于生产固体生物质燃料的方法不同的方法。该方法涉及生物质的水热碳化的步骤，其中生物质源在热水中加压以碳化生物质。据报道该方法提供了具有高可磨性、高收率和更低的制造成本的生物质燃料。生物质源选自谷壳、棕榈仁壳、椰子树、竹子、棕榈空果串、杏子和茄子。WO2017/175737公开了一种用于冷却碳化生物质的冷却设备。该设备提高了半碳化的生物质成型的冷却效率。该设备通过在其上喷水来冷却生物质。该冷却器包括振动平板和用于在平板上喷水的喷淋部。通过与上述相同的方法生产生物质燃料。用于生产生物质燃料的生物质源是道格拉斯冷杉、铁杉、雪松、柏树、欧洲赤松、杏仁老树、杏仁壳、合金欢木质部、合金欢树皮、核桃壳、西谷椰子、棕榈空果串、柳桉木和橡胶。最后，WO2014/050964公开了一种用于改善生物质的可磨性使得其可以与煤一起磨碎的方法。该方法包括将磨碎的木质生物质的水分含量提高到10％至50％；将生物质致密化至密度为0.55g/cm3以上再对生物质进行烘焙。生物质源包括木屑、树皮、木刨花和锯末。本专利技术的专利技术人已经认识到上述文献中讨论的固体生物质燃料及其生产方法存在各种问题。例如，以上文献中描述的生物质源是通常仅天然存在且不容易以商业规模进行种植和收获的植物和树木。专利技术人已经认识到，可以容易地以商业规模生长和收获的生物质源将是有利的。可以生长和收获的生物质源可有利于控制生物质源的质量和特定特征。另外，专利技术人发现上述文件中所述的全部由木材和类似材料组成的生物质源当采用本领域已知的常规粉碎技术处理时，会形成均匀度较低的粒料。此外，由于木材和类似材料难以粉碎的性质，因此粉碎生物质源的成本昂贵。本专利技术的专利技术人已经意识到，通过本领域已知的常规粉碎技术更容易粉碎，且在粉碎时形成更均一尺寸的粒料的生物质源是有利的。另外，专利技术人已经发现，由以上文献中讨论的生物质源并通过以上文献中的方法制备的固体生物质燃料的防水特性不足。防水特性对固体生物质燃料很重要，因为在燃烧过程中使用(单独使用或与煤共烧时)需要干燥(或至少充分干燥)。生物质燃料在存储或运输过程中经常暴露于湿气中(例如来自雨水)。因此，具有改进的防水能力的生物质燃料值得期待。本专利技术人还认识到上述文献中描述的生物质燃料生产方法不能提供具有足够质量和均匀性的燃料。特别地，以上讨论的方法在成型步骤期间无法充分控制生物质的密度。
技术实现思路
本专利技术解决了上面讨论的与现有方法有关的问题。令人惊讶的是，本专利技术的专利技术人发现可以以商业规模生长和收获可用于得到固体生物质燃料的某些生物质源。这样做可以在生长周期中得到用于生产燃料的固定且恒定的生物质源。另外，以商业规模生长和收获所述生物质源能够例如通过栽培和育种技术来控制生物质源的质量和均匀性。此外专利技术人还发现所述生物质源比现有技术方法中讨论的树和类似树的源更容易粉碎，从而降低了处理成本。专利技术人还发现，与现有技术中使用的生物质源相比，当粉碎时本专利技术中使用的生物质源具有更大的均质性。除此之外，本专利技术的专利技术人还发现，可以通过改变方法中的成型步骤和/或加热步骤来得到具有改善的防水特性的生物质燃料。专利技术人还已经发现，控制本专利技术方法的成型步骤和加热步骤可改善固体生物质燃料产品的质量和均匀性，并赋予其某些物理特性，非常适合用于燃烧过程中。专利技术人发现生物质源的性质、以及粉碎、成型和加热步骤的特定特征共同作用可得到优于本领域已知的用于燃烧过程的优良的生物质燃料产品。本专利技术的第一方面提供了一种生产固体生物质燃料的方法，其中该方法包括以下步骤：(i)粉碎一种或多种生物质源，以得到平均粒径(D50)为1000μm至6000μm的生物质粉末；(ii)使所述生物质粉末成型以得到生物质成型产品；(iii)将所述生物质成型产品加热0.2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产固体生物质燃料的方法，其中所述方法包括以下步骤：/n(i)粉碎一种或多种生物质源，以得到平均粒径(D50)为1000μm至6000μm的生物质粉末；/n(ii)使所述生物质粉末成型以得到生物质成型产品；/n(iii)将所述生物质成型产品加热0.25至5小时到160℃至420℃的温度，以得到固体生物质燃料；/n其中所述一种或多种生物质源包括(i)豆科的物种，(ii)稻草、稻壳和椰子壳的混合物，或(iii)马占相思、楹树和橡胶树的混合物。/n

【技术特征摘要】
20190513 GB 1906699.2;20190809 GB 1911408.11.一种生产固体生物质燃料的方法，其中所述方法包括以下步骤：
(i)粉碎一种或多种生物质源，以得到平均粒径(D50)为1000μm至6000μm的生物质粉末；
(ii)使所述生物质粉末成型以得到生物质成型产品；
(iii)将所述生物质成型产品加热0.25至5小时到160℃至420℃的温度，以得到固体生物质燃料；
其中所述一种或多种生物质源包括(i)豆科的物种，(ii)稻草、稻壳和椰子壳的混合物，或(iii)马占相思、楹树和橡胶树的混合物。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种生物质源包括朱缨花；任选地所述一种或多种生物质源进一步包括马占相思、楹树、橡胶树、稻草、稻壳或椰子壳。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述一种或多种生物质源包括、基本上由以下组成或由以下组成：i)朱缨花、马占相思、楹树和橡胶树；或ii)朱缨花、稻草、稻壳和椰子壳。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述生物质成型产品加热0.5至3小时，和/或加热所述生物质成型产品的步骤包括：加热所述生物质成型产品到180℃至350℃的温度，任选地加热到210℃至280℃的温度。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述生物质成型产品加热的步骤(iii)包括：在一定条件下加热所述生物质成型产品以烘焙所述生物质成型产品。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：在使所述生物质粉末成型以得到生物质成型产品之前干燥所述生物质粉末的步骤，和/或所述方法包括：在加热步骤之后冷却所述固体生物质燃料的步骤。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使所述生物质粉末成型的步骤(ii)包括：调整所述成型步骤以控制所述生物质成型产品的密度，任选地，调整所述成型步骤以控制所述生物质成型产品的密度的步骤包括：控制在所述成型步骤中使用的模具的压缩比。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中调整加热所述生物质成型产品的步骤(iii)以控制所述固体生物质产品的均匀性；任选地调整步骤(iii)以控制所述固体生物质产品的均匀性包括：在设备中进行步骤(iii)，在所述设备中，所述生物质成型产品在加热的同时旋转；任选地调整步骤(iii)以控制所述固体生物质产品的均匀性包括：控制固体生物质产品的旋转速度或旋转方向；任选地所述生物质成型产品在所述设备中沿逆时针和顺时针方向旋转。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据DINEN15103确定的所述固体生物质燃料的堆密度为0.6kg/l至0.8kg/l，优选为0.6kg/l至0.75kg/l，最优选为0.6至0.7kg/l，和/或根据DINEN15210-1确定的固体生物质燃料的机械耐久性为95％以上、96％以上、97％以上或98％以上。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
(i)所述一种或多种生物质源包括朱缨花，所述固体生物质燃料的堆密度为0.64kg/l至0.66kg/l，机械耐久性为96％以上；
(ii)所述一种或多种生物质源包括朱缨花、马占相思、楹树和橡胶树的混合物，所述固体生物质燃料的堆密度为0.67kg/l至0.69kg/l，机械耐久性为98％以上；
(iii)所述一种或多种生物质源包括朱缨花、稻草、稻壳和椰子壳的混合物，所述固体生物质燃料的堆密度为0.61kg/l至0.63kg/l，机械耐久性为95％以上；
(iv)所述一种或多种生物质源包括稻草、稻壳和椰子壳的混合物，所述固体生物质燃料的堆密度为0.60kg/l至0.62kg/l，机械耐久性为95％以上；或者
(v)所述一种或多种生物质源包括马占相思、楹树和橡胶树的混合物，所述固体生物质燃料的堆密度为0.66kg/l至0.68kg/l，机械耐久性为97％以上；
其中堆密度根据DINEN15103确定，机械耐久性根据DINEN15210-1确定。

【专利技术属性】
技术研发人员：柏红梅，
申请(专利权)人：柏红梅，
类型：发明
国别省市：中国香港;81