通过蒸汽裂解生产生物燃料的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过木质纤维素生物质的连续或不连续蒸汽裂解生产生物燃料的方法，其特征在于：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过蒸汽裂解生产生物燃料的方法


[0001]本专利技术涉及通过蒸汽裂解或蒸汽爆破法生产固体生物燃料，所述固体生物燃料源自各种来源的生物质的处理。
[0002]生物质是可再生一级能源，其可以被运输到其转化地点，但是一种低密度、可变和易腐烂的能源。
[0003]将木质纤维素生物质(木材、农业废物、农业和农业工业的副产品)转化成能量密集、可运输且易于储存的化合物，使得有可能开发和巩固一种固定能量工业门类(在家庭中、在固定点使用的生物燃料，与生物燃料油相反)，并且减少环境影响(CO2化石排放，使用不具有肥料或植物检疫剂的生物质)。
[0004]通过蒸汽裂解对生物质的热处理允许能量的这种致密化，并改变经处理的生物质的结构：
[0005]－木质纤维素原料经除纤
[0006]－由于无定形部分的结晶，纤维素的结晶度增加
[0007]－半纤维素容易水解
[0008]－由于木质素结构的改变而促进脱木素。
[0009]蒸汽爆破是通常用于生产生物燃料的生物质处理，特别是以颗粒(“黑色粒料”)的形式。其同时使用物理/机械方法和化学方法以破坏木质纤维素材料的结构。一般而言，蒸汽爆破是水剧烈蒸发或闪蒸成蒸汽。在高于大气压下操作的加压容器也可提供快速沸腾的条件，其可表征为蒸汽爆破。连续地或分批地引入蒸汽裂解反应器的生物质在高压下通过饱和蒸汽快速加热。生物质/蒸汽混合物被保持一段时间，以促进半纤维素的水解和其它化学和物理变化。然后在该时间段之后进行爆炸减压。蒸汽爆破通常在160℃至260℃的温度下引发数秒至数分钟，之后材料暴露于大气压。
[0010]用于蒸汽爆破的装置包括蒸发器(蒸汽发生器)和经受快速减压的反应器。蒸汽爆破可描述为由两个相继的阶段组成：蒸汽裂解(即在蒸汽的作用下将复杂分子破碎成更小的分子)和爆炸性减压。
[0011]第一阶段包括使蒸汽在高压下渗入材料结构的内部。因此，蒸汽冷凝并润湿材料的表面。冷凝水引发半纤维素中存在的乙酰基和甲基葡糖醛酸基团的水解。由此释放的酸降低了介质的pH，并催化半纤维素的解聚。更剧烈的条件的应用使得可以形成单糖，同时增加作为发酵抑制剂的糠醛和5
‑
羟甲基糠醛的浓度。
[0012]在第二阶段，爆炸性减压导致结构中存在的一些冷凝水瞬间蒸发。水蒸气的这种膨胀在周围结构上施加剪切力。如果剪切力足够高，蒸汽将导致木质纤维素结构的机械断裂。这两个阶段的组合效果包括材料的物理性质(比表面积，保水性，着色，纤维素的结晶度等)的改性、半纤维素化合物的水解，以及木质素的化学结构的改性，从而允许材料的打开并且促进其提取。
[0013]控制蒸汽爆破的两个参数是反应温度和停留时间。生物质在反应器中花费的时间有助于确定有机酸对半纤维素的水解程度。然而，长的停留时间也将增加降解产物的产生，
这在随后的发酵方法中必须最小化。温度控制反应器中的蒸汽压力。较高的温度导致较高的压力，因此增加了反应器压力和大气压之间的差异。压力差又与剪切力成正比。
[0014]该方法的参数是关键的，并且为了便于不同选项的比较，已经开发了基于如下假设的模型：即该方法的动力学是一级的并且遵循阿伦尼乌斯定律，使得有可能开发反应的纵坐标(R0)：
[0015]R0＝∫
t
exp[(Tr
‑
Tb)/14.75]dt
[0016]其中Tr是反应温度(℃)，Tb是基线温度(水在大气压下的沸点(100℃))，t是停留时间(min)，并且14.75是常规活化能，假定一般方法是水解法并且一般转化是一级。反应纵坐标的log10值给出了用于表示蒸汽爆破对生物质的影响的深度因子(或深度)：
[0017]深度＝log10(R0)
[0018]通常，通过蒸汽裂解的生物燃料的生产从源自测井或覆岩的天然生物质、或源自木材开采的产品、或者其它农产品开始进行，并且优化操作点以获得经蒸汽裂解的粉末的良好能量质量。
[0019]然而，如今，生物质开采项目的倍增给供应渠道、特别是木材供应渠道上产生了巨大的压力。倾向于纸浆木材(颗粒板和造纸)或者在固体建筑或家具木材上的当前应用推高了价格。
[0020]此外，环境政治致力于在产品的寿命结束时增加其再循环，并限制或实际禁止涉及工业废物填埋的解决方案。大多数源自生物质的有机副产物终结于能量回收单元(即焚烧炉)中。
[0021]木材工业的专业人员使用区分为称为“A”的木材、称为“B”的木材和称为“C”的木材的应用分类，其由ADEME在2017年报告“R
é
f
é
rentiels combustibles bois
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nergie de l
’
ADEME”[“ADEME fuel references wood energy”]中提出。
[0022]称为“A”的木材由未涂覆和未处理的木质包装废料构成。
[0023]称为“B”的木材由以下构成：含有少量添加剂或其它材料的非危险木材废料；胶合木材，经过表面处理(防腐、整饰)的木材，或接受涂层(墙纸、三聚氰胺、聚丙烯)的木材。为此，该类别包括面板、家具木材、无碎石的拆除木材。
[0024]被称为“C”的木材则由危险废物构成(例如油浸木材)，其在特殊废物焚烧厂中被破坏或在水泥窑中使用。
[0025]蒸汽裂解与水热预处理(也称为水性分馏、溶剂分解、水热裂解或水热处理)的不同之处在于，后者包括在高温和高压下使用水以促进木质纤维素基质的崩解和分离。该技术不适合于生产黑色粒料，因为所获得的产品大部分是液体。
[0026]热解是在不存在氧气的情况下通过强烈加热使有机化合物化学分解。热解后获得的化合物就其特性而言不同于通过蒸汽裂解获得的那些。蒸汽裂解不能类比于热解技术，因为它使用蒸汽爆破并在氧存在下进行。
现有技术
[0027]例如从文献WO2012/109490或文献CN105806735A中已知有使用数字模型来优化其方法的参数的热解技术。这些已知的热解技术是基于通过在没有氧气的情况下强烈加热的有机化合物化学分解。
[0028]文献BV BABU“Biomass pyrolysis:a state of the art review”也描述了一种热解现有技术。
[0029]美国专利US2013/341569描述了用于预处理生物质的方法，其包括蒸汽裂解步骤以产生合成气。该方法还包括使用控制系统的催化转化器，该控制系统根据催化剂材料的组成调节气体转化率。在该专利中，根据污染物的性质和含量，针对蒸汽裂解步骤使用数字模型以获得最佳参数。该文献公开了一种涉及催化转化器的控制方法，而没有提及蒸汽裂解控制。
[0030]最后，“Superheated steam pyrolysis of biomass elemental components and Sugi(Japanese cedar)for fuels and chemic本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生产生物燃料的方法，该方法通过木质纤维素生物质的连续或不连续蒸汽裂解进行，其特征在于：
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记录根据污染物的性质和含量的最佳蒸汽裂解参数的数字模型；
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将含有受污染的生物质的至少一部分的生物质引入蒸汽裂解反应器；
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在处理期间至少测量一次污染物的性质和含量；
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根据所测量的污染物的性质和含量以及所述数字模型控制对蒸汽裂解参数的调节。2.根据权利要求1所述的通过受污染的生物质的蒸汽裂解生产生物燃料的方法，其特征在于，所述经调节的参数包括以下参数中的至少一种：深度因子、蒸汽裂解压力、蒸汽裂解温度、蒸汽裂解持续时间、蒸汽裂解的停止、蒸汽/固体比(洗涤、汽提)、蒸汽裂解罐的填充速率、蒸汽裂解罐中的前进速度、入口处的压缩率、反应器的排出物出口处的压缩率以及孔隙直径、供应流速、湿度、粒径。3.一种通过蒸汽裂解生产生物燃料的方法，其特征在于，初始生物质在进行蒸汽裂解处理时具有小于27％的湿度。4.根据权利要求1所述的通过受污染的生物质的蒸汽裂解生产生物燃料的方法，其特征在于，所述测量步骤包括获取进入蒸汽裂解罐的生物质的样品，和对所述样品进行物理化学分析以表征和定量存在的污染物。5.根据权利要求1所述的通过受污染的生物质的蒸汽裂解生产生物燃料的方法，其特征在于，所述测量步骤包括在蒸汽裂解罐的出口中或出口处获取废气或废液的样品，和对所述样品进行物理化学分析以表征和定量存在的污染物。6.根据权利要求1所述的通过受污染的生物质的蒸汽裂解生产生物燃料的方法，其特征在于，所述测量步骤包括在蒸汽裂解罐的出口中或出口处...

【专利技术属性】
技术研发人员：JL，
申请(专利权)人：欧洲生物质能公司，
类型：发明
国别省市：