CN107405629B - 集结、加工和输送生物质的方法 - Google Patents

Abstract

本文公开的实施例涉及一种用于将生物质加工和输送到终端用户的方法和系统。在实施例中，公开了一种将生物质加工和输送到终端用户的方法。该方法包括选择生物质用于加工、将生物质加工成生物质浆料、以及通过与终端用户之间的输送管道将生物质浆料输送到场地外的终端用户。

Description

集结、加工和输送生物质的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年1月16日提交的申请号为62/104,514的美国临时专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

目前用于输送生物质的工业技术集中在生物质的打捆收割上，其可包括田地干燥时间、打捆生物质、将生物质装载到货车上以及将生物质输送到终端用户(例如，造粒设备、沼气池、生物加工设备或纤维素乙醇设备)，在此处生物质必须被进一步加工以适于在其中使用。在诸如生物加工设备的终端用户处，捆包经过破坏、拆捆、调整尺寸(例如，在锤式粉碎机中粉碎至指定尺寸)至少一次、清洁、掺水或脱水、然后被送到生物反应器或机械致密化设备(例如，制粒机或压力机)供在其中使用。

然而，目前用于生物质的收割、输送和加工的工业技术导致来自将生物质从田地输送到仓库再到终端使用场地所需的多台轧制设备的巨大的污染。此外，目前的工业技术是非常劳工化和能源(例如燃料)密集型的。

用于收割、加工和输送生物质的设备、系统和方法的制造商和用户继续寻求改进的收割、加工和输送系统以及方法。

发明内容

本文公开的实施例涉及一种用于加工生物质并将生物质输送到终端用户的方法和系统。例如，生物质包括但不限于草、饲料作物(玉米、大豆、苜蓿、谷物等)或其茎或残留物、木材或可以是块状或颗粒状形式的任何其它可收割植物。

在实施例中，公开了一种加工生物质并将其输送到终端用户的方法。该方法包括选择(tap)用于加工的生物质、将生物质加工成生物质浆料、以及通过与终端用户之间的输送管道，将生物质浆料输送到场地外的终端用户。

在实施例中，公开了一种用于加工和传送生物质的系统。该系统包括移动式生物质浆化设备，其被配置为将生物质分解成特定的平均粒径以下，并将水与分解的生物质结合以形成生物质浆料。该系统进一步包括与移动式生物质浆化设备流体连通的至少一个增压泵。该系统还包括至少一个输送管道，其与至少一个增压泵联接并与其流体连通，该至少一个输送管道终止于终端使用侧。

任何所公开的实施例的特征可以彼此结合使用，但不限于此。此外，通过考虑以下的详细描述和附图，本公开的其它特征和优点对于本领域普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

附图示出了本发明的多个实施例，其中相同的附图标记表示在附图中示出的不同视图或实施例中的相同或相似的元件或特征。

图1是根据实施例的将生物质集结(staging)、输送和输送到终端用户的方法的流程图。

图2是根据实施例的将生物质集结、输送和输送到终端用户的方法的流程图。

图3是根据实施例的用于将生物质集结、加工和输送到终端用户的方法中使用的设备的示意性框图。

图4A至图4C是根据各个实施例的用于加工和传送所夹带(entrain)的生物质的系统的示意图。

具体实施方式

本文公开的实施例涉及一种用于将加工生物质并将其输送到终端用户的方法和系统。生物质包括但不限于一种或多种禾本科植物(grasses)(例如，柳枝稷、芒草、象草、芦苇、芦竹、甘蔗、高粱等)，饲料作物(玉米、大豆、苜蓿、谷物等)或其茎或残留物，木材、或可以是块状和/或颗粒状形式的任何其它可收割植物。一个或多个实施例包括生物质现场集结、对现场储存的生物质按需选择、生物质的现场制备、以及将制备好的生物质从生物质现场储存的位置输送到场地外(off-site)的终端用户。

通常，在实施例中，一种将生物质集结、加工以及输送到终端用户的方法包括在现场对生物质进行集结、选择用于加工的储存的生物质、将生物质加工成浆料以及将生物质浆料输送到终端用户。例如，集结生物质可包括在现场收割并储存生物质诸如存储在坑(bunker)或放置坪(pad)中(例如，青贮堆或青贮摞)。选择生物质可包括将一部分生物质从坑或放置坪上转移以供加工。加工生物质可包括将生物质浆化以进行液体输送。将生物质浆化包括将生物质研磨、切碎或粉碎成较小的颗粒、纤维或丝状体，并将其与液体混合(例如，将水添加到切碎的草类生物质中)。将生物质输送到终端用户包括通过输送管道将生物质浆料泵送到终端用户。以下关于图1至图3的实施例更详细地描述了将生物质集结、选择、加工和输送到终端用户的方法。

图1和图2是根据实施例的将生物质集结、加工和输送到终端用户的方法的流程图。参照图1，公开了一种将生物质集结、选择、加工和输送到终端用户的方法100。方法100包括现场集结生物质的操作110。“现场”是指生物质收割的场地或其附近的场地(例如，在田地中或田地间集中的存储位置，例如在一组田地中的每一田地的两英里以内的中心位置，例如距离一组田地中的每一田地都小于一英里)，在此处生物质(在生物质浆化设备中)被加工成浆化生物质，并且在一些实施例中，在生物质收割的场地，其内还可包括生物质浆化设备。在一些实施例中，现场位置可距离终端使用场地15英里，例如距离生物质加工设施15英里，或距离生物质加工设施一至十英里以内、一至五英里以内、二至八英里以内、五至十英里以内或者一至二英里以内。在实施例中，在现场对生物质进行集结包括将生物质集中到接近于生物质浆化设备(例如，生物质浆化设备的200、100或50码以内)的至少一个生物质集中位置或部分(例如堆、摞、堆叠或其组合)中。例如，集结生物质包括在任何期望的状态下将生物质集中到集中位置，例如在潮湿状态(例如，如在潮湿状态下收割、下雨或通过再润湿保持潮湿状态)下，在干燥状态(例如，在干燥状态下收割或在田地干燥)下，或其混合状态。任何本文所公开的方法的实施例的操作可在不考虑现场生物质中的水分含量的情况下执行。在实施例中，方法100可在没有操作110的情况下执行，例如通过将收割的生物质直接放入生物质浆化设备中。

方法100进一步包括选择所储存的生物质用于加工的操作120。例如，操作120可包括使用一件设备(例如，前端装载机)将生物质从集中位置转移到现场的另一位置，诸如转移到生物质浆化设备用于进一步加工成浆料。响应于终端用户的请求或下游工艺的进给需求可对储存的生物质执行选择以供加工。

方法100进一步包括将生物质加工成浆料的操作130。例如，操作130可包括将生物质进给到被设计和配置成将生物质分解成较小颗粒或纤维并将分解的生物质与诸如水的液体混合的生物质浆化设备。合适的生物质浆化设备包括打浆机、碎浆机、粉碎机或削片机。如下面更详细讨论的分解打浆机、分解碎浆机是可市采的。

方法100进一步包括将生物质浆料输送到终端用户的操作140。终端用户包括生物质浆料的使用者(例如，生物加工的生物反应器或纤维素乙醇设备或造纸厂)、存储介质(例如在生物反应器场地的分批槽或分配中心的存储槽)、分配中心或其组合。在实施例中，输送生物质浆料包括通过液体输送使生物质流经输送管道，诸如一个或多个管子、管道、软管、管线或槽(例如，衬砌的沟渠或渠道)的流动。例如，输送管道可包括上述任何一个的一个或多个部分。作为进一步的示例，输送生物质浆料可包括通过一个或多个输送管道将浆料泵送到终端使用场地。生物质浆料可通过一个或多个输送管道重力进给和/或泵送到终端使用场地。如下面更详细地说明的，可使用一个或多个增压泵来维持或以其它方式控制输送管道中的生物质浆料的速度。方法100可减少或消除与将收割的生物质输送到终端使用场地相关联的一项或多项成本，诸如从收割场地到终端使用场地的轧制设备相关的成本(例如，燃料和设备维护)。

图2是根据实施例的将生物质集结、加工和输送到终端用户的方法的流程图。方法200包括上述方法100的操作110至140，其被细分为更详细的方面。如图所示，在现场对生物质集结的操作110可包括收割生物质的操作112、将收割的生物质输送到现场放置坪的操作114、以及在现场储存收割的生物质的操作116。选择储存的生物质以供加工的操作120可包括将储存的生物质的至少一部分从现场储存转移到现场加工设备的操作122。将生物质加工成浆料(例如，夹带的生物质浆料)的操作130可包括在现场将生物质加工为生物质浆料的操作132以及在现场清洁生物质浆料的操作134。将生物质浆料输送到终端用户的操作140可包括将生物质浆料泵送到终端用户的操作142。一个或多个前述操作可从根据各个实施例的本文描述的方法中被省略。本文描述的方法不限于上述操作。

操作110包括收割生物质的操作112。在实施例中，操作112包括诸如在土壤高度处或接近土壤高度将生物质割断。在一些实施例中，可收割生物质，使得生物质将再次生长，例如草类情况。例如，收割生物质可包括将生物质整个割断并使其保留完整的形式，或将生物质割断并在传送之前将生物质加工成更小的碎片，例如利用玉米切碎机或牧草收割机。可在不考虑生物质的水分含量的情况下执行收割生物质。

操作110进一步包括将生物质输送到现场放置坪(例如，青贮)的操作114。在一些实施例中，现场放置坪可位于生物质被收割的田地或其附近(例如，两英里或更少，或一英里或更少，或半英里或更少)。在一些实施例中，现场放置坪可位于生物质被收割的多块田地之间，例如基本上与多块田地中的每一块田地等距离。在一些实施例中，现场放置坪可位于铺设或级配道路表面的附近，以改善(下面描述的)加工设备的便携性。这种现场放置坪可包括可储存(例如，堆积或堆摞)生物质的覆盖了混凝土、沥青、泥土、砾石等的表面。这样的现场放置坪可小如英亩的一部分，或者可以大如几百英亩。根据各个实施例，将生物质输送到现场放置坪可使用以下一个或多个来实现：自卸车、收割机车斗(harvester bed)或料斗、田间马车(field buggy)、前端装载机、传送带或诸如具有被配置成将生物质抛出一定距离到期望点(类似于吹雪机)的进给机构和滑槽的牧草收割机的收割机。例如，输送生物质可包括使用其上具有切碎机的收割机，其被配置为切割生物质、将生物质切碎成更小的块、并将切割和切碎的生物质推进到自卸车的车斗(bed)中以从田地输送到现场放置坪。输送可包括使用与上述相同的收割机，并将滑槽转向田地里的现场放置坪。可将生物质输送到现场放置坪而不考虑生物质的水分含量。在一些实施例中，可省略操作114，例如将新鲜收割的生物质直接储存到浆化设备(例如，切碎机、碎浆机等)中。将生物质仅输送到现场放置坪可减少或消除通过诸如提捞(bail)和货车输送的常规方法将收割的生物质从田地转移到终端使用场地所需的输送成本和设备需求。

操作110包括在现场储存生物质的操作116。在实施例中，在现场储存生物质可包括在现场将处于如收割状态(例如，湿的或干燥的)的所收割的生物质储存在一个或多个堆、摞或生物质坑中。例如，坑可包括水平或垂直青贮窖或类似的储存容器，或青贮堆(具有或没有围绕其的墙壁或其上的遮盖物)。在一些实施例中，生物质被堆积或堆摞，使得堆内部的生物质不会像在露天中一样快地腐烂或腐败。例如，生物质可保持为未压实的或可在堆或摞上压实。作为进一步的示例，生物质可在加工和输送到终端用户之前以收割状态储存数月。生物质可被堆放在具有不足一英亩至数百英亩占地面积的储存堆或青贮堆或青贮窖中，而不考虑现场放置坪尺寸。生物质可被堆积数英尺高或更高，如几十英尺高。

操作120包括从现场储存中转移储存的生物质的至少一部分的操作122。在实施例中，从现场储存中转移储存的生物质的至少一部分的操作122可包括转移生物质并将其放置到现场的加工设备(例如浆化设备和/或清洁设备)中。在一些实施例中，生物质可以打捆结构和/或以收割状态储存。在这样的实施例中，转移可包括不提捞的和/或初步清洁步骤，例如在泻水台中。可使用任何合适的输送设备完成转移，诸如前端装载机、挖掘机、推土机、真空装置(vacuum)、马铃薯铲或马铃薯锹、传送带、泄水道、沟渠、倾斜的或斜坡放置坪或具有被配置成将生物质抛出一定距离到期望点(类似于鼓风机)的机构和滑槽的进料器。将储存的生物质的至少一部分从现场储存转移到现场的加工设备包括将生物质输送到浆化设备。将生物质输送到浆化设备可包括从储存堆或摞中挖取生物质，并使用任何上述输送设备将生物质倾倒到浆化设备中或邻近于浆化设备的位置。例如，前端装载机可在现场放置坪上从一堆生物质中挖取一铲斗生物质，并将该一铲斗的生物质递送到现场的浆化设备。在实施例中，生物质可被放置在浆化设备的进料设备上，例如重力(例如倾斜板)或带式进料。在这样的实施例中，收割的生物质可被直接放置在进料设备上，或者可被如上所述地集结在堆中，然后可将其从此处转移至进料装置。前端装载机既可通过行驶到堆上也可开往堆的一面来从堆的任何部分转移生物质，以便转移它的一部分。可以加工设备的进料速率所需的速率完成转移生物质，或者可响应于下游用户的请求来完成。

如上所述，将生物质加工成生物质浆料的操作130可包括在现场将生物质加工为浆料的操作132和在现场清洁生物质浆料的操作134的任何一个。在实施例中，在现场将生物质加工为浆料的操作132包括将生物质在浆化设备中浆化以形成夹带的生物质浆料。例如，在现场将生物质加工为浆料的操作132可包括在生物质浆化设备处接收生物质，例如利用必要的料斗、滑道和滑槽来给浆化设备进料。浆化设备可包括适于将植物物质或其它生物质分解成更小部分或纤维，并将分解的植物物质与液体混合的任何装置，诸如分解打浆机、分解碎浆机。合适的分解打浆机包括可从Voith、S.L工业或MTR Martco市购的设备。在实施例中，在现场将生物质加工为浆料的操作132可包括将生物质颗粒分解成选择的尺寸。例如，浆化设备可被配置为将生物质分解成特定的颗粒或纤维尺寸。这样的浆化设备可包括具有桨叶和/或格栅或被设计成过滤通过其的特粒径并防止较大的颗粒从其通过的筛网结构的碎浆机。例如，浆化设备可被配置为将生物质分解成(所有测量轴的长度、宽度和高度)约10mm或更小的(平均)粒径，诸如约100μm至约50mm、100μm至约10mm、约500μm至约5mm、约100μm至约2mm、约1mm至约4mm、约2mm至约5mm、约4mm至约10mm、约10mm至约50mm、约1mm至约25mm、约5mm至约30mm、约10mm至约40mm、小于约50mm、小于约5mm、小于约2mm或小于约1mm。在实施例中，在现场将生物质加工为浆料的操作132可包括使浆料饱和至选择的液体含量水平。浆料(例如，浆化生物质)中合适的液体含量水平可包括浆料的重约25％至约65％的生物质、浆料的重约40％至约50％的生物质或重约45％的生物质。生物质浆料可通过浆化设备中的筛网或格栅被排出并过滤，按路线通过清洁装置或直接按路线输送到输送管道以递送到终端用户。浆化设备和清洁机构的尺寸调整可针对终端用户选择的进料尺寸实施(例如，生物反应器处的生物质的期望进料尺寸)。浆化设备可诸如经由柔性输送管路、管线或管道流体地连接到清洁设备。

在实施例中，在现场清洁生物质浆料的操作134可包括在现场的清洁设备中接收生物质，例如在气旋式清洁器中接收生物质。合适的气旋式清洁器可包括那些能够进行气旋式分离技术以从生物质中去除诸如过大的生物质碎片、泥土、沙子、岩石和其它的碎屑的设备。碎屑经由气旋式清洁器的气旋式作用从浆料中掉落，并且夹带的浆料被进给到输送管道中，以输送到终端用户。合适的气旋式清洁器包括从Kadant公司可市购的旋液分离清洁器。在实施例中，被过滤的水和/或碎屑可被送回到浆化设备进一步分解或者可被送到沉淀池中。在一些实施例中，气旋式清洁器可被设置在浆化设备的下游及增压泵的上游。在这样的实施例中，清洁的生物质浆料可通过增压泵被进给到输送管道中。

在实施例中，清洁或处理化学品(例如，表面活性剂、抗真菌或抗微生物添加剂)可被添加到浆化设备、清洁设备或输送管道中的一个或多个所夹带的浆料中。在实施例中，为了机动性，浆化设备和/或清洁器可被安装在诸如轮子、滑道，或者一个或多个拖车(例如，平板拖车)的移动平台上，并且根据需要从一个场地移动到另一个场地。类似地，输送管道的至少一部分可从一个场地移动到另一个场地。也就是说，至少一些输送管道可以被非永久性地安装(例如，至少部分地在地面上方)，并且随后被转移并输送到不同的场地。在夹带之前，这种移动设备可使生物质的现场夹带成为可能而不从收割场地(或距离收割场地超过一英里或两英里)输送生物质，这可省略提捞(bailing)和不提捞生物质。如下面更详细地解释的，具有移动浆料和清洁设备的生物质浆化系统可利用有限的输送成本和基础设施成本使生物质的多样的现场加工成为可能。

将生物质浆料输送到终端用户的操作140包括将生物质浆料泵送到终端用户的操作142。将生物质浆料泵送到终端用户包括通过输送管道泵送生物质浆料。在实施例中，输送管道可包括一个或多个柔性或刚性的传送管线(例如软管、管道、管子或槽)。例如，柔性传送管线可包括一个或多个柔性聚合物管线，诸如高密度聚乙烯(HDPE)、掺夹聚酯聚氨酯(polyester jacketed polyurethane)或编织的聚氯乙烯(PVC)管线或管子；加强型橡胶软管；诸如不锈钢的编织金属软管；任何其它合适的柔性流体管道。合适的刚性传递管线可包括聚合物或涂覆聚合物的材料；金属(例如，铝、铜、不锈钢)；或其它刚性管。输送管道和/或其各个部分可具有任何合适的长度，例如小于100英尺至一英里或更多，或约500码至约15英里，这取决于生物质储存场地到终端用户的距离。输送管道可包括多个单独的输送管道部分(在本文中统称为输送管道)，其可在一个或多个方面彼此相同或不同。(例如，长度、直径或结构)。适用于输送管道的直径可以是至少约1/2英寸，诸如约2英寸至约18英寸、约3英寸至约6英寸、或约6英寸至约12英寸。在实施例中，将清洁的生物质浆料从气旋式清洁器接收在输送管道中，并且清洁的生物质浆料通过输送管道被泵送至终端用户。生物质浆料可被制造成具有被选择为在输送管道中提供所需的线速度的特定液体含量。泵送可包括使用一个或多个增压泵来维持或提高输送管道中浆料的速度。例如，离心泵可被直接设置在浆化设备和/或清洁设备之后并且与其流体连通，由此离心泵提高输送管道中夹带的生物质的速度。在一些实施例中，增压泵可被设置在终端用户处，以将夹带的生物质浆料抽吸到终端用户位置。在实施例中，一个或多个增压泵可包括在沿输送管道的任何点处，诸如在一个或多个中心处，以增加输送管道中夹带的生物质浆料的线速度。每个具有增压泵的一个或多个中心可在整个输送管道中以基本上相等的间隔设置在更陡峭的斜坡(例如，向小山丘泵送)、接入点(例如，靠近道路或安全区域)或其组合上。输送管道的长度和宽度；输送管道在其上延伸的地形地势；和/或生物质类型、粒径和浆液含量可能影响所需的增压泵的数量和/或尺寸。合适的增压泵可包括离心浆料泵，诸如市购的或其等同物。

在一些实施例中，方法200可另外包括将生物质加工设备移动到新的场地的操作150。将生物质加工设备移动到新的场地可包括将浆化设备、清洁设备、增压泵以及输送管道的至少一部分的一个或多个移动到新的场地。在一些实施例中，生物质加工设备可以是可移动的，即包括滑道、轮子或者可被安装在拖车上。在一些实施例中，浆化设备、清洁设备或增压泵中的一个或多个可以被安装在相同或不同的滑道、轮子或拖车上，作为生物质加工设备的其它配件中的一个。将生物质加工设备移动到新的场地可包括将生物质加工设备拖曳或拖拉至新的场地。移动生物质加工设备可包括将输送管道的至少一部分(例如，生物质加工设备和第一中心之间的单独部分)移动到新的场地。将加工设备移动到新的场地可减少或消除通过常规方法(例如提捞和货车运送)将收割的生物质从田地运送到终端使用场地相关的成本或设备。

另外的操作可包括在终端用户处接收夹带的浆料，诸如在分流阀组件中，其进一步指向另一点(例如，HDPE存储容器或分批槽)，或直接进入分批槽，以便在终端用户的视线下储存。在实施例中，夹带的浆料可通过输送管道直接输送到生物反应器，在那里将其加工以进一步在其中使用。在实施例中，夹带的浆料可在终端用户处脱水，例如在被送至生物反应器之前在分批槽中脱水。在实施例中，来自脱水过程的水可被泵送到处理水池中或泵送回储存场地。本方法的另外的操作和设备可包括清洁或清除生物质加工设备和纤维生物碎屑的输送管道，以及执行这些操作的设备。另外的操作可包括移动储存场地或包括与其相关联的所有设备的终端用户场地，和/或通过输送管道将储存场地与一个或多个不同位置处的终端用户场地连接。

除了省去常规收割方法所需的步骤数量、包括生物质的从储存场地到终端用户的常规输送(例如货车)的成本和排放，上述方法至少减少或完全消除在终端用户处的一些加工需要。例如，生物质材料可在浆化设备处被调整尺寸，减少或消除在终端用户场地进行锤磨或进一步调整尺寸的需要。另外，湿的或潮湿的生物质的尺寸化比相似体积的干的生物质需要少得多的机械能，从而进一步节省能源。生物质浆料在被输送之前在清洁设备中至少部分地被清洁，减少或消除在终端用户处的清洁需要。如本文所公开的生物质的液体传送也降低了与打捆的生物质和干的材料在储存和锤磨中的相关的爆燃风险。本文公开的方法消除从需要空气许可的捆包储存、捆包打开和调整尺寸活动中的颗粒污染。

图3是集结、加工和输送生物质的方法的示意性框图。本文中被称为“现场”的场地401包括未收割的生物质作物410，例如草、玉米、甘蔗、大豆、亚麻或任何其它合适的生物质的田间或田地。在收割生物质之后，收割的生物质可被输送到现场存储部420(例如，现场放置坪)，在那里它可与来自其它的、相邻行或田地的生物质聚集在一起。然后被储存的生物质被输送到在现场的生物质浆化设备430，在这里其被浆化成如本文所述的期望的平均粒径和液体含量。夹带的生物质浆料可经由如本文所述的增压泵被送到现场的气旋式生物质清洁器440或直接被送到生物质输送管道450。在实施例中，生物质被送到将在此处被清洁的气旋式生物质清洁器440，然后被输送到生物质输送管道450。生物质作物410、现场存储部420、生物质浆化设备430、气旋式生物质清洁器440、以及生物质输送管道450(包括至少一个增压泵)的至少部分的每一个位于场地401(例如，现场)处。生物质浆化设备430、气旋式生物质清洁器440以及生物质输送管道450的一部分(包括至少一个增压泵)可被安装在可移动组件上或者可单独移动，例如具有轮子、滑道或被设置在拖车上用于输送。

输送管道450从场地401延伸到终端使用场地402。输送管道450可延伸任何期望的距离而将其现场终点与其终端用户终点流体连接。如上所述，输送管道可延伸几码或几英里。输送管道可包括多个连接的单独部分，其在现场终点和输送管道的终端使用终点之间形成连续的流体连接。每个单独部分可被配置成与输送管道的相邻单独部分匹配和/或被紧固到输送管道的相邻单独部分。每个单独部分可包括上文公开的任何长度、直径或组合。在实施例中，输送管道延伸约3000英尺，或者输送管道450的每个单独部分延伸约3000英尺或更多。在一些实施例中，每个单独部分可在一个或多个方面与每个相邻的单独部分相似或相同(例如，相同的材料或直径)。在一些实施例中，一些单独部分可在一个或多个方面与相邻的单独部分不同。如下面更详细地讨论的，在一些实施例中，一个或多个单独部分可包括其间的中心。中心可包括被配置为增强、维持或以其他方式控制输送管道中的生物质浆料的速度的增压泵。

夹带的生物质浆料在终端用户场地被接收在生物质浆料存储部460中。生物质浆料存储部可包括适于储存或容纳特定生物质浆料的槽或设备中的一种或多种。生物质储存槽或容器的合适材料包括混凝土；碳素钢；不锈钢；合金金属；硬壁水密金属容器；或HDPE，聚丙烯或其它塑料。在终端用户场地的生物质浆料可从生物质存储部460被输送以进一步加工或终端使用470。进一步加工可包括脱水、掺水、调整尺寸、化学处理、添加酶、抗真菌或抗微生物处理、pH调节、或任何使生物质在终端使用场地(诸如在生物反应器中)可用所需的其它处理。

本文公开的基本上可移动的且高度便携的生物质加工和传送系统可增加加工设备的有效占地面积，而不将生物物质长距离输送(例如通过货车)到加工设备，或者不需要对任何种类的收割的生物质进行打捆、干燥或润湿。图4A至4C是根据各个实施例的用于从多个位置例如401、401'和401″夹带和传送生物质的可移动且多功能的传送系统400的示意图。每个位置401、401'或401″可与位置401、401'和401″彼此相距数英亩或数英里(例如，100英亩、10英里，或小于25)。每个位置可包括相关联的未收割的生物质作物410、410'或410″。系统400可包括生物质加工设备(例如本文所述的浆化设备430、清洁设备440、增压泵等)、一个或多个可移动中心455a至455c(通常被描述为中心455)、终端(例如，终端使用场地402)以及其间的输送管道450a至450d的一个或多个单独部分。

根据地形、距离、输送管道的尺寸、增压泵的尺寸、被输送的生物质的类型、被输送的生物质的液体含量或上述任何的组合，中心455可在输送系统400中间隔地设置。中心455中的每一个可包括输送管道450的单独部分、增压泵457、控制阀或系统400的接入点之间的一个或多个连接。在实施例中，一个或多个中心455可被设置在现场位置401和终端使用位置402之间。每个中心455可包括被配置成维持或以其它方式控制输送管道450中的生物质浆料的速度的增压泵457。如图所示，中心455a至455c的每一个包括增压泵457a至457c(通常被称为增压泵457)。系统400可包括每英里的输送管道450具有一个中心455和/或相关联的增压泵457，每半英里的输送管道450具有一个中心455，每四分之一英里的输送管道450具有一个中心455，每两英里的输送管道450具有一个中心455，或每一英里输送管道450具有至少一个中心455。每个中心455处的增压泵457可维持到终端使用场地402的夹带的生物质浆料的恒定的或根据需求的流量。

在第一位置401处生物质耗尽时，可移动浆化设备430、清洁设备440、增压泵、以及至少一些输送管道450可被移动到第二位置401'或第三位置401″，同时一个或多个中心455b或455c(以及相关联的增压泵457b和457c)保留在相同的位置。以这种方式，可能仅需要系统400的一个或多个部分的有限的运动量，这可允许具有相同设备的更大的有效占地面积而不将生物质长距离输送到加工设备。在一些实施例中，输送管道450a至450c的一个或多个单独部分可被添加或从系统400中移除，以改变系统到达各种生物质源的长度。

如图4A所示，可按如上所公开的收割和加工第一位置401处的生物质。生物质可在浆化设备430和清洁设备440中被加工，并经由一个或多个增压泵457在输送管道450a至450d中输送。增压泵457可被设置在中心455a至455c、清洁设备和/或浆化设备和/或终端使用场地402处的一个或多个处。虽然仅描述具有三个中心455a至455c，但是中心(以及相关设备，如阀门和/或增压泵)的总数可以是一个或多个，例如一个至三个、二个至五个、四个至十个、八个至十五个或少于二十个中心(包括其任何组件，诸如增压泵)。在图4A中，输送管道450a至450d将第一位置401与终端使用场地402流体连接。

在选择的时间，浆化设备430、清洁设备440和相关联的增压泵457可被从当前收割的田地411输送(例如拖曳或驾驶)到第二未收割的生物质作物410'。如图4B所示，输送管道450a可从第一位置401移动到第二位置401'，并且依然将加工设备流体连接到中心455a和相关联的增压泵457a。在系统400中的随后的中心455b和455c以及相关联的输送管道450b至450d可被移动到或保持在与图4A中基本相同的位置，以继续将生物质浆料传送到终端使用场地402。在位置401'处的生物质可被如上文关于图1至图3所述地收割和加工。

生物质在第二位置401'处耗尽时，浆化设备430、清洁设备440和相关联的增压泵457(未示出)可从当前收割的田地411'被再次输送(例如，拖曳或驾车运送)到第三未收割的生物质作物410″。如图4C所示，输送管道450a可被从第二位置401'移动到第三位置401″，并且现在可将加工设备流体连接到中心455b和相关联的增压泵457b。如图所示，至少中心455a、增压泵457a和输送管道450b(和/或输送管道455a至455d的至少一个单独的部分)可被从系统400转移，以适应加工设备与终端使用场地402的接近程度的变化。在一些实施例中，可添加一个或多个中心455、增压泵457和/或另外的输送管道450(或其单独的部分)，以适应与终端使用场地402的接近程度的变化。系统400中的中心455b和/或455c以及相关联的输送管道450c和450d可被移动到或保持在与图4A和图4B所示的基本相同的位置，以继续将生物质浆料传送到终端使用场地402。在第三位置401″处的生物质可被如上文关于图1至图3所述地收割和加工。

生物质在第三位置401″处耗尽时，浆化设备430、清洁设备440和相关联的增压泵457可从当前收割的田地411'被再次输送(例如，拖曳或驾车运送)到另一生物质作物位置(例如，集中位置)或到存储部。系统400的移动性/便携性允许加工设备的更大的有效占地面积，同时保持收割的生物质的最小输送成本。虽然在图4A至图4C中描绘出生物质加工设备(现场存储部420、浆化设备430、清洁设备440)处于收割或未收割的生物质作物的区域内(例如，收割的田地)，但是在一些实施例中，生物质加工设备可邻近于生物质收割场地(例如，在一英里或两英里内、在一英里以内或更少、在半英里以内或更少)。在这样的实施例中，现场储存420、浆化设备430，清洁设备440、相关联的增压泵和输送管道可处于与未收割的生物质位置相邻的位置，例如在其间的集中位置或其它位置。

在一些实施例中，基本上所有的输送管道450、中心455和相关联的增压泵457或阀可被移动到新的集中位置来加工和输送收割的生物质。在一些实施例(未示出)中，多个输送管道可在单个中心处汇集。例如，数个较小的输送管道可在相同的中心处汇合，其中单个较大直径的输送管道或较高的线速度管道(例如，来自在中心处的较高速度的增压泵)运送所有较小输送管道的生物质。在一些实施例中，系统可不包括任何中心。例如，系统可仅包括在清洁设备和输送管道之间的增压泵。

虽然上文描述了用于在相对较大距离上从田地到终端用户的加工和输送生物质的系统的实施例，但是在一些实施例中，本文所公开的系统可在终端使用位置处或与之相邻(例如，在一英里内)的位置使用。例如，终端使用场地可包括用于收割的生物质的较大的储存放置坪(例如，20英亩或更大的储存放置坪，例如40、50、60、75或100英亩)。在这样的实施例中，储存放置坪可位于诸如生物反应器的生物质加工设备的一英里、半英里或者四分之一英里的范围内。在这样的实施例中，一个或多个可移动加工设备、柔性输送管道或包括增压泵的中心可被采用以在储存放置坪的不同部分上将收割的或储存的生物质加工成浆化生物质。本文所述的便携式加工设备可允许用户利用最少的设备(例如，一个装载机或货车来将生物质输送到浆料容器)来加工储存放置坪上储存的生物质的一部分。在邻近于储存放置坪上的加工设备的收割的生物质的一部分已经被浆化之后，用户可将加工设备移动到储存放置坪的另一部分，以选择与之相邻的储存的生物质。输送管道和加工设备的便携性和灵活性可消除对一个或多个诸如前端装载机或货车的轧制设备的需要。在一些实施例中，在储存放置坪处可能仅需要前端装载机。

关于本文的各个操作描述的一个或多个设备可被认为是用于将生物质选择、加工和输送到终端用户的系统的一个或多个部分，该系统布局已被详尽描述。从浆化设备到终端用户视线，生物质浆料可处于基本密封或封闭的系统中，或处于如本文所述的任何点处。在这种密封或封闭的系统中，浆液经由诸如本文所述的那些流体连接的管道从一个设备穿过到另一个设备。系统可在其中一个或多个位置(例如，在中心处)具有排放点和/或安全阀。本文描述的系统可减少或消除从田地到终端使用场地的收割、加工和/或输送生物质所需的一种或多种成本和设备。本文所述的系统可提供用于从田地浆化到终端使用场地浆化并输送生物质的便携系统。这种便携式系统可减少在终端使用场地处建立永久或半永久性结构、轧制设备、输送成本和/或加工成本的需要(例如，生物质可以处于或接近期望的粒径传送、可至少部分地预清洁、可在无提捞状态下传送)。

本文描述的方法可减少从田地到终端用户的收割、储存和输送生物质所需的人力、能源和设备。

虽然本文已经公开了各个方面和实施例，但是可以预想到其它方面和实施例。本文公开的各个方面和实施例是为了说明的目的，而不是限制性的。

Claims (29)

1.一种将生物质加工和输送到终端用户的方法，所述方法包括：

选择生物质用于加工；

在位于生物质收割的场地或其附近的现场将生物质加工成生物质浆料；以及

在将所述生物质浆料输送到终端用户之前，清洁所述生物质浆料以在所述生物质收割的场地或其附近的现场去除碎片、岩石、泥土、或其它的碎屑中的至少一种；

在清洁所述生物质浆料之后，通过所述生物质浆料与场地外的终端用户之间的输送管道将清洁的生物质浆料输送到所述终端用户；以及

使用被设置在输送管道的一个或多个间隔处的一个或多个增压泵控制所述清洁的生物质浆料通过所述输送管道的速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在现场对所述生物质进行集结，其包括将所述生物质存储在邻近于生物质浆化设备的集中存储位置中。

3.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述生物质用于加工包括将生物质的至少一部分从集中存储位置转移到生物质浆化设备。

4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述生物质加工成生物质浆料包括将所述生物质分解成约100μm至约50mm的平均粒径。

5.根据权利要求1所述的方法，其中清洁所述生物质浆料包括按路线发送所述生物质浆料通过被配置为去除碎屑、岩石、泥土或其它碎片中的至少一个的清洁设备。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述清洁设备包括气旋式清洁器。

7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述生物质加工成生物质浆料包括将所述生物质进给到包括打浆机、削片机、粉碎机、或碎浆机中的一个或多个的生物质浆化设备。

8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括将所述生物质浆化设备和所述输送管道的至少一部分移动到新的场地。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个间隔大约相隔一英里。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个间隔大约相隔半英里。

11.一种用于加工和传送生物质的系统，所述系统包括：

移动式生物质浆化设备，其被配置为在位于生物料收割的场地或其附近的现场将生物质分解为低于特定的平均粒径，并将水与所分解的生物质结合以形成生物质浆料；

至少一个输送管道，其与所述移动式生物质浆化设备流体连通，所述至少一个输送管道终止于终端使用场地；

移动式清洁设备，其设置在所述移动式生物质浆化设备与所述至少一个输送管道之间，其中所述移动式清洁设备配置为在将所述生物质浆料输送到终端用户之前，在所述生物质收割的场地或其附近的现场从所述生物质浆料中去除碎片、岩石、泥土、或其它的碎屑中的至少一种；以及

所述至少一个输送管道的每一英里至少一个增压泵，所述至少一个增压泵可操作地联接到所述至少一个输送管道并与其流体连通。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述移动式清洁设备与所述移动式浆化设备流体连接，处于所述移动式浆化设备下游，并且处于所述至少一个增压泵的上游。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述移动式清洁设备包括气旋式清洁器。

14.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个增压泵包括被按间隔设置在所述至少一个输送管道上的多个增压泵。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述间隔大约相距一英里。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述间隔大约相隔半英里。

17.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统在所述浆化设备和所述终端使用场地之间是封闭的。

18.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个输送管道包括彼此流体连通的多个输送管道。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述多个输送管道的至少一些是柔性的。

20.一种将生物质加工和输送到终端用户的方法，所述方法包括：

收割生物质；

将所收割的生物质输送到现场放置坪；

将所述生物质储存在所述现场放置坪上；

将至少一部分所述生物质从所述现场放置坪转移，并且将所述生物质输送到移动式浆化设备；

在位于生物质收割的场地或其附近的现场的所述移动式浆化设备中将所转移的生物质加工成生物质浆料；

在将所述生物质浆料输送到终端用户之前，利用在现场的移动式清洁设备清洁所述生物质浆料以在所述生物质收割的场地或其附近的现场从所述生物质浆料中去除碎片、岩石、泥土、或其它的碎屑中的至少一种；以及

使用与其可操作地联接的并被设置在其中一个或多个间隔处的一个或多个增压泵通过一个或多个传输管道将清洁的生物质浆料泵送到场地外的终端用户；

在加工在现场放置坪上的所有所述生物质之后，将所述移动式浆化设备、移动式清洁设备、至少一个增压泵以及所述一个或多个输送管道的至少一部分移动到新的场地；以及

再次重复所述收割、输送、存储、转移、加工、清洁以及泵送操作。

21.根据权利要求20所述的方法，其中：

所述移动式浆化设备和所述移动式清洁设备都被安装在相同的滑道或相同的拖车上；并且

将所述移动式浆化设备、移动式清洁设备、至少一个增压泵以及一个或多个输送管道的至少一部分移动到新的场地包括将所述移动式浆化设备和所述移动式清洁设备拖拽或拖拉到所述新的场地。

22.根据权利要求20所述的方法，其中将所述清洁的生物质浆料泵送到终端用户包括使用一个或多个增压泵控制所述清洁的生物质浆料通过所述输送管道的速度。

23.一种用于加工和传送生物质的系统，所述系统包括：

移动式生物质浆化设备，其被配置为在位于生物质收割的场地或其附近的现场将生物质分解为低于特定的平均粒径，并将水与所分解的生物质结合以形成生物质浆料，所述移动式生物质浆化设备中包括所述生物质浆料的至少一部分；

移动式清洁设备，其可操作地联接所述移动式生物质浆化设备，所述移动式清洁设备配置为在将所述生物质浆料输送到终端用户之前，在所述生物质收割的场地或其附近的现场从所述生物质浆料中去除碎片、岩石、泥土、或其它的碎屑中的至少一种；

至少一个增压泵，其与所述移动式生物质浆化设备和所述移动式清洁设备流体连通；以及

至少一个输送管道，其联接到所述至少一个增压泵并与其流体连通，其中所述至少一个输送管道包括柔性的结构并且终止于终端使用场地。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述至少一个增压泵包括被设置在所述移动式清洁设备和所述终端使用场地之间的至少一个输送管道上的间隔处的多个增压泵。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述间隔大约相隔一英里。

26.根据权利要求24所述的系统，其中所述间隔大约相隔半英里。

27.根据权利要求23所述的系统，其中所述至少一个输送管道包括彼此流体连通的多个输送管道，所述多个输送管道中的至少一些具有被设置在其间所述多个增压泵中的一个。

28.一种将生物质加工和输送到终端用户的方法，所述方法包括：

选择生物质用于加工；

在位于生物质收割的场地或其附近的现场将所述生物质加工成生物质浆料；

在将所述生物质浆料输送到终端用户之前，从所述生物质浆料中去除碎片、岩石、泥土、或其它的碎屑中的至少一种；以及

通过所述生物质浆料与场地外的终端用户之间的输送管道将约500码的清洁的生物质浆料输送15英里到达所述终端用户。

29.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括使用在所述输送管道中的一个或多个间隔处设置的一个或多个增压泵来控制所述清洁的生物质浆料通过输送管道的速度。