[发明专利]生质变成生质煤的超级烘焙法

说明书

技术领域

本发明是有关一种生产燃料的设备和方法，特别是有关于一种将生质变成生质煤的烘焙系统和程序。

背景技术

与在约900℃用于生质的热解相反，烘焙是在一般大气和无氧条件下，且在200℃至320℃下对生质的热化学处理。若留下一些挥发物，且固体内的C、H和O原子重新进行化学的排列，则生质变成烘焙的生质(亦称为生质煤)能在较低温下发生。经由烘焙所产生的生质煤在现有的燃煤发电厂内是可以使用的，不同的生质原料可以烘焙形成生质煤。在烘焙时，水蒸气由生质释出，且由生质连续移除水蒸气以帮助驱动绿色生质的分解。

传统的烘焙程序有其缺点。由于发电厂使用粒子尺寸小于0.2毫米(mm)的煤粉，故需要质量管理以保证生质煤的所需研磨性。并且，生质原先的含水量为50%左右，但生质煤的含水量则需相当低。甚至，在烘焙时需驱除烘焙程序期间产生的一些挥发物而不能失去太多潜在的燃料含量。

所有的烘焙程序需要相当多的能源，以将生质变成生质煤。例如，需要能源来切碎木材(或竹子)，将秣草(或软枝草)烧成煤块，加热生质以便由生质驱除水份，运送生质到烘焙系统，并且将生质煤由烘焙系统运送到目的地。因此，若目标是生产具有竞争价格的生质煤，重要的是生产设备要有高的能源效率。由于能量损失随表面积的增加而增加，但生产速率是随体积的增加而增加，在烘焙程序内的高产量是达到能源效率和经济竞争性的关键。

为了降低能源消耗，建议使用烘焙时由生质释出的挥发性有机化合物(VOCs)作为热源。VOCs可能被送到一个反应器或火炉，然后产生烟道气以加热生质。该方法有技术和经济的问题。首先，烟道气不是一种有效率的热传剂。其次，建造一个排除空气的气体系统的连续设备是一个挑战。在烟道气的整批过程内，需要花很多小时以使温度高到足以驱除水份并将生质加热到烘焙的情况。第三，若烘焙的热是衍生自一部分生质的燃烧，则会产生相当多的煤烟而造成空气污染。第四，当使用木材作为生质时，在烘焙时木材不会产生足够的VOCs。为了获得一种较高质量的产品，需将VOCs与天然气混合，因而增加生产成本和二氧化碳的碳足迹。

亦建议使用高温蒸汽作为干净的热源来加热生质。然而，水可能渗透到最终的产品，而对生质煤的质量产生负面的影响。

美国专利7,942,942(「942专利」)揭露一个以热烷烃或油来烘焙生质的弯曲的管路设备。在942专利内，生质经由一个暖油/烷烃的预热段进入一个无氧的环境，而在一个热油/烷烃的中段烘焙，并以生质煤经由一个暖油/烷烃的后冷却段离开。以外部加热或冷却将每一段维持在一个固定的温度，导致额外的能量损失，尤其是当生质内的水蒸发且在随后的再冷凝程序中没有再捕集潜热时。并且，油/烷烃留在生质煤的孔内，并且残存的油/烷烃可能占有高达生质煤重量的40%，使生质煤不适合磨碎以供现代燃煤发电厂使用。甚至，因为每单元热值的油比煤贵，所产生的含大量残存油的生质煤并不经济。一个使热生质煤经由一个维持在280℉(138℃)的后冷却油口离开并暴露在空气中的设计，亦会造成一个安全问题。由仍热的生质煤释出或由中烘焙段移至弯曲管的末端冷却段的残存VOCs，如具有低闪火点的甲醇和甲烷，可能引起火灾或甚至造成爆炸。

发明内容

根据本发明的烘焙程序，能够经济和有效地将生质变成生质煤。在一个形式内，烘焙系统包含至少一个含有一种液体热传剂的槽。热传剂提供生质碎片的热接触，以便将生质碎片加热成生质煤。提供一个输送带系统以第一方向将生质运过至少一个槽，并将生质煤以一个与第一方向相反的第二方向运过至少一个槽。

在另一个形式内，一个将生质烘焙成生质煤的烘焙程序包含：预先干燥生质；在第一方向上经由至少一个含有液体热传剂的槽运送生质，液体热传剂提供生质的热接触以便将生质加热成生质煤；在与第一方向相反的第二方向上经由至少一个槽运送生质煤；和后干燥生质煤。

在一个特征内，烘焙程序包含一个捕集冷凝的挥发性有机化合物(VOCs)以供较经济使用的步骤。

在另一个特征内，烘焙系统包含具有不同温度的多个槽，其与进入的生质和离开的生质煤和VOCs之间维持热平衡。烘焙程序的热传剂是由矿物油、烷烃以及有机熔盐等的群组内所选出来的。用于所有形式的生质的有机熔盐最好是一种醋酸钠和醋酸钾的共熔混合物。若对快速烘焙或闪火热解需要较高的操作温度，则可使用碱金属的氟化盐或氯化盐的混合物。

在其它特征内，多个槽更进一步包含溶剂槽以洗出离开的生质煤内的矿物油或烷烃。当热传剂是油和烷烃时，溶剂可能是己烷或轻油。当热传剂是有机熔盐时，溶剂可能是温度等于或低于沸点的液态水。