JP2014518325A - System for roasting lignocellulosic materials - Google Patents

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Abstract

加圧焙焼反応槽であって、反応槽の頂部を通って下に垂直に延びる回転可能シャフト;反応槽内でそれぞれが異なる高さにあって、シャフトに取り付けられている複数のスクレーパー装置;複数のスクレーパー装置のそれぞれの1つと連携し、それによってスクレーパー装置がトレイアセンブリのトレイの直上にあるトレイを含み、前記トレイはオープンメッシュであるか、又はトレイを通って気体流が透過可能であるがバイオマスの通過に対しては透過不能であり、前記トレイのそれぞれは、バイオマスをトレイからトレイアセンブリの下部の1つのトレイに搬送するための排出開口を含み、最下部トレイアセンブリにおける排出開口が、バイオマスを処理槽内のバイオマスの堆積部に搬送するものであり、反応槽の底部排出ポートを通って焙焼されたバイオマスが排出される加圧焙焼反応槽。  A pressure roasting reaction vessel, a rotatable shaft extending vertically down through the top of the reaction vessel; a plurality of scraper devices, each at a different height in the reaction vessel, attached to the shaft; Cooperating with each one of the plurality of scraper devices, whereby the scraper device includes a tray directly above the tray of the tray assembly, the tray being open mesh or allowing gas flow to pass through the tray Are impermeable to the passage of biomass, each of the trays including a discharge opening for transporting the biomass from the tray to one lower tray of the tray assembly, wherein the discharge opening in the bottom tray assembly is The biomass is transported to the biomass accumulation section in the treatment tank and passes through the bottom discharge port of the reaction tank. Pressurized 圧焙 sintered reaction vessel torrefied biomass is discharged.

Description

関連出願Related applications

本出願は、2011年6月28日に出願された米国仮特許出願第61/502,116号の優先権を主張し、2011年6月28日に出願された米国仮特許出願第61/501,900に関連するものである。これら出願の全てが参照として本明細書に包含される。   This application claims priority to US Provisional Patent Application No. 61 / 502,116, filed June 28, 2011, and US Provisional Patent Application No. 61/501, filed June 28, 2011. , 900. All of these applications are incorporated herein by reference.

発明の背景Background of the Invention

本発明は、例えば木材及び他のバイオマスを含むリグノセルロース系材料のようなバイオマス材料の焙焼のための方法に関し、特にこのような材料の焙焼のための加圧反応槽に関する。   The present invention relates to a method for the roasting of biomass materials, such as, for example, lignocellulosic materials containing wood and other biomass, and in particular to a pressure reactor for the roasting of such materials.

焙焼は、バイオマス、例えば木材を、投入したバイオマスに対して増大したエネルギー密度を有する効率的な燃料に変換するために使用される。例えば、木材はヘミセルロース、セルロース及びリグニンを一般に含む。焙焼は、木材から有機揮発成分を除去する。焙焼は、バイオマスのヘミセルロース部分の長い多糖鎖を解重合させ、(質量基準で)増大したエネルギー密度及び改善された粉砕性を有する疎水性固体の可燃性燃料生成物を産生することもできる。焙焼はバイオマスの化学構造を変えるので、焙焼されたバイオマスは、石炭焚きの設備で燃焼することができ(焙焼された木材又はバイオマスは、低品位石炭に類似の性質を有する)、高グレードの燃料ペレットに圧縮することが可能である。   Roasting is used to convert biomass, such as wood, into an efficient fuel that has an increased energy density relative to the input biomass. For example, wood generally contains hemicellulose, cellulose and lignin. Roasting removes organic volatile components from the wood. Roasting can also depolymerize the long polysaccharide chains of the hemicellulose portion of the biomass to produce a hydrophobic solid combustible fuel product with increased energy density and improved grindability (on a mass basis). Since roasting changes the chemical structure of the biomass, the roasted biomass can be burned in coal-fired equipment (roasted wood or biomass has properties similar to low-grade coal) and high It is possible to compress into grade fuel pellets.

焙焼とは、通常、酸素欠乏雰囲気において摂氏200℃〜400℃、又は200℃〜350℃の比較的低い温度、又は熱分解として知られるプロセスのために使用される範囲外の温度で、バイオマスを熱処理することを意味する。酸素欠乏雰囲気は、大気中の空気における酸素のパーセンテージと比較して、低いパーセンテージの酸素を含有する。焙焼プロセスは、関連する米国仮特許出願第61/235,114号明細書に記載されている。   Roasting is typically a relatively low temperature of 200 ° C. to 400 ° C., or 200 ° C. to 350 ° C. in an oxygen-deficient atmosphere, or a temperature outside the range used for a process known as pyrolysis. Is heat-treated. An oxygen deficient atmosphere contains a lower percentage of oxygen compared to the percentage of oxygen in atmospheric air. The roasting process is described in the related US provisional patent application 61 / 235,114.

複数のトレイを有する非加圧反応槽は、米国特許出願公開2010/0083530(’530出願)に記載されているように、焙焼のために使用されている。’530出願は、焙焼が大気圧で稼働する反応槽で行われるべきであることを記載している。大気圧で反応槽を稼働することが有利であることを述べることによって、’530出願は、反応槽が大気圧を超える圧力で稼働されるべきでないことを教示している。’530出願の段落[0061]参照。   Non-pressurized reactors with multiple trays have been used for roasting, as described in US 2010/0083530 ('530 application). The '530 application states that roasting should take place in a reaction vessel operating at atmospheric pressure. By stating that it is advantageous to operate the reactor at atmospheric pressure, the '530 application teaches that the reactor should not be operated at pressures above atmospheric pressure. See paragraph [0061] of the '530 application.

複数のトレイを有する加圧反応槽は、パルプを酸化によって脱リグニン化するためにパルプ工場で使用されてきた。複数のトレイを有するパルプ化反応槽の例が、米国特許3,742,735号(’735特許)及び米国特許3,660,225号(’225特許)の各明細書に開示されている。複数のトレイを有する反応槽は、反応槽においてパルプが垂直配置トレイを通って段階的に落下する(cascade)ことを可能にする。トレイは、パルプが個々のバッチで反応槽を下に段階的に落ちることを可能にする。パルプ化反応槽における酸素リッチの環境は、パルプの脱リグニン化及び漂泊を促進する。’735特許及び’225特許は、木材又は他のバイオマス材料の焙焼のために、酸素欠乏環境を有するパルプ化反応槽を使用することを示唆していない。   Pressurized reactors with multiple trays have been used in pulp mills to delignify pulp by oxidation. Examples of pulping reactors having multiple trays are disclosed in U.S. Pat. No. 3,742,735 (the '735 patent) and U.S. Pat. No. 3,660,225 (the' 225 patent). A reaction vessel with multiple trays allows pulp to cascade in a reaction vessel through a vertically arranged tray. The tray allows the pulp to step down the reactor in individual batches. The oxygen rich environment in the pulping reactor promotes delignification and drifting of the pulp. The '735 and' 225 patents do not suggest using a pulping reactor having an oxygen-deficient environment for roasting wood or other biomass material.

発明の簡単な説明BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

非加圧反応槽に伴う困難性は、焙焼される材料に所与の熱量を伝導するために大容量の気体を取り扱う必要があり、反応槽が大型になることである。大気圧での単位体積当たりの気体の質量は、例えば20バールゲージ(290psig)を超える実質的な圧力での単位体積当たりの気体の質量より実質的に小さい。気体の体積流量(volumetric flow rate)は、材料床(the bed of material)における圧力低下、パイプ、熱交換器にインパクトを与え、同一の加熱効率を発揮するめに、より大型の設備及びより高いエネルギー消費を必要とする。   The difficulty associated with non-pressurized reaction vessels is that large volumes of gas need to be handled to conduct a given amount of heat to the material to be baked, resulting in a large reaction vessel. The mass of gas per unit volume at atmospheric pressure is substantially less than the mass of gas per unit volume at a substantial pressure, for example, greater than 20 bar gauge (290 psig). The volumetric flow rate affects the pressure drop in the bed of material, pipes, heat exchangers, larger equipment and higher energy to achieve the same heating efficiency. Requires consumption.

気体を加圧することは、所与の体積流量に対する気体の質量を増大させる。非加圧槽と比較して、加圧反応槽は、圧縮された気体の使用によってより小さい体積を有する。バイオマスに熱を伝導する気体の能力は、気体の質量に比例する。気体の質量がより大きければ、気体はバイオマスをより速く加熱できる。   Pressurizing the gas increases the mass of the gas for a given volume flow. Compared to non-pressurized tanks, pressurized reaction tanks have a smaller volume due to the use of compressed gas. The ability of a gas to conduct heat to biomass is proportional to the mass of the gas. If the mass of the gas is larger, the gas can heat the biomass faster.

この技術分野で周知のように、加圧反応槽は、反応槽内の気体及び材料を加圧下に維持するためにシール及び他の装置を必要とする。同様に、圧力伝達装置が、反応槽に供給されている材料を加圧するために、加圧反応槽への入口において又は加圧反応槽のための供給システムにおいて必要とされる。さらに、加圧反応槽は加圧気体及び加圧気体のための導管を必要とする。   As is well known in the art, pressurized reactors require seals and other equipment to maintain the gases and materials in the reactor under pressure. Similarly, a pressure transfer device is required at the inlet to the pressurized reaction vessel or in the supply system for the pressurized reaction vessel to pressurize the material being supplied to the reaction vessel. Furthermore, the pressurized reactor requires a pressurized gas and a conduit for the pressurized gas.

バイオマス材料の焙焼のための新規な反応槽が発明され、この反応槽は実質的な圧力下で酸素欠乏高温気体を使用して、バイオマスを乾燥、加熱するための垂直に積み重ねられたトレイを有する。積み重ねられたトレイは、比較的コンパクトな垂直反応槽内で、バイオマスの移動床となるようなものを提供する。さらに、反応槽は大気圧で行われる焙焼のための反応槽より実質的に小さい。酸素欠乏加圧気体は、反応槽中及び気体を再加熱する加圧導管中を循環する。   A new reaction vessel for the roasting of biomass material was invented, which uses an oxygen-deficient hot gas under substantial pressure to create vertically stacked trays for drying and heating biomass. Have. Stacked trays provide a moving bed of biomass in a relatively compact vertical reactor. Furthermore, the reaction vessel is substantially smaller than the reaction vessel for roasting performed at atmospheric pressure. An oxygen-deficient pressurized gas circulates in the reaction vessel and in a pressurized conduit that reheats the gas.

反応槽はそれぞれのトレイを均一に加熱し、それによって焙焼されている材料は、反応槽内のそれぞれの高さで均一に加熱される。それぞれのトレイ上の材料の均一な加熱を達成するために、それぞれのトレイ上の材料床を通る酸素欠乏気体の流量は、トレイ上で処理されている乾燥材料のキログラム(kg)当たり、1〜6キログラムの気体の範囲に制御される。それぞれのトレイ上の材料床を通る乾燥材料に対する酸素欠乏気体の流量は、他の範囲、例えば1〜3の範囲でもよい。   The reaction vessel uniformly heats each tray so that the material being roasted is uniformly heated at each height in the reaction vessel. In order to achieve uniform heating of the material on each tray, the flow of oxygen-deficient gas through the material bed on each tray is from 1 to 1 per kilogram (kg) of dry material being processed on the tray. Controlled to a range of 6 kilograms of gas. The flow rate of the oxygen-deficient gas relative to the dry material through the material bed on each tray may be in other ranges, for example in the range of 1-3.

トレイのそれぞれを通る酸素欠乏気体の流れは連続的であってもよい。酸素欠乏気体は完全に酸素を欠いている必要はない。気体は、焙焼を受けている材料に熱を加え、又は材料から熱を除去する熱伝導媒体である。気体は材料及びトレイを通って流れる。トレイおける材料を通る酸素欠乏気体の連続流は、気体が材料より高い温度であれば材料を加熱する。気体の一定の流れは、発熱反応である焙焼反応が、材料を気体よりも高温にする場合、材料を冷却する。もし材料が過加熱すると、焙焼反応は過反応となるので、気体の連続流は、それぞれのトレイにおける材料の温度が、気体とほぼ同じ温度になるように制御する。   The flow of oxygen-deficient gas through each of the trays may be continuous. An oxygen-deficient gas need not be completely devoid of oxygen. A gas is a heat transfer medium that adds heat to or removes heat from a material that is undergoing roasting. The gas flows through the material and the tray. A continuous flow of oxygen-deficient gas through the material in the tray heats the material if the gas is at a higher temperature than the material. The constant flow of gas cools the material when the roasting reaction, which is an exothermic reaction, makes the material hotter than the gas. If the material is overheated, the roasting reaction is overreacted, so the continuous flow of gas is controlled so that the temperature of the material in each tray is about the same temperature as the gas.

バイオマス材料は、反応槽内のトレイの全てに対して、15〜60分の合計保持時間を有し得る。この保持時間は、材料が焙焼を受けるトレイにおける時間及び材料が焙焼反応の後に冷却される下部トレイにおける時間を含む。反応槽内の保持時間は、反応槽内で処理される材料に基づいて選択され得る。例えば、反応槽内の合計保持時間は、例えば木材のようなリグノセルロース系材料に対して15〜25分である。   Biomass material can have a total retention time of 15-60 minutes for all of the trays in the reaction vessel. This holding time includes the time in the tray where the material undergoes roasting and the time in the lower tray where the material is cooled after the roasting reaction. The retention time in the reaction vessel can be selected based on the material being processed in the reaction vessel. For example, the total holding time in the reaction vessel is 15 to 25 minutes for a lignocellulosic material such as wood.

それぞれのトレイは、パイセグメント(pie-segment)形状の開口を有し、ここからバイオマス材料が反応槽内の次の下部の高さにあるトレイに落下する。バイオマス材料は反応槽内を回って、トレイ上を移動したあと開口を通って落下する。スクレーパーが、材料をトレイ上で開口に向かってスライドさせる。スクレーパーの回転スピードは、それぞれのトレイ上での所望の保持時間を提供するために選択される。保持時間は、反応槽内のトレイのそれぞれで均一であり得る。保持時間は、バイオマスの乾燥、焙焼及び(任意の)冷却のそれぞれを行うトレイの数、並びにこれらのプロセスのそれぞれを行うために必要とされる時間に基づいて選択される。   Each tray has a pie-segment shaped opening from which biomass material falls into the tray at the next lower height in the reactor. The biomass material travels in the reaction vessel, moves on the tray, and then falls through the opening. A scraper slides the material on the tray toward the opening. The rotation speed of the scraper is selected to provide the desired holding time on each tray. The holding time can be uniform for each tray in the reaction vessel. The holding time is selected based on the number of trays each performing drying, roasting and (optional) cooling of the biomass and the time required to perform each of these processes.

積み重ねられたトレイを有する焙焼反応槽を使用するバイオマスの焙焼のための方法が発明され、この方法は、
反応槽の上部入口にバイオマスを供給し、バイオマス材料を反応槽内の垂直に積み重ねられたトレイ中の上部トレイ上に堆積させる工程;
バイオマスが反応槽内を回って積み重ねられたトレイのそれぞれの上で移動するとき、バイオマス材料を、3〜20バールの圧力下で反応槽に注入された酸素欠乏気体で加熱、乾燥させる工程;
バイオマスをトレイのそれぞれにおける開口を通過させて、下部トレイに堆積させることによって、バイオマスをトレイを通って下方に段階的に落下させる工程;
焙焼されたバイオマスを焙焼反応槽の下部出口から排出する工程;
反応槽の下部の高さからの抽出された気体を循環し、この気体を反応槽の上部領域に供給する工程を含む。
A method for roasting biomass using a roasting reaction vessel with stacked trays was invented, which method comprises:
Supplying biomass to the upper inlet of the reactor and depositing the biomass material on the upper tray in vertically stacked trays in the reactor;
Heating and drying the biomass material with oxygen-deficient gas injected into the reaction vessel under a pressure of 3-20 bar as the biomass travels on each of the stacked trays around the reaction vessel;
Dropping the biomass stepwise down through the tray by passing the biomass through an opening in each of the trays and depositing it in the lower tray;
Discharging the roasted biomass from the lower outlet of the roasting reaction tank;
Circulating the extracted gas from the lower height of the reaction vessel and supplying this gas to the upper region of the reaction vessel.

酸素欠乏気体は、過熱状態の水蒸気、窒素及び他の非酸素気体、又はこの発明の目的に適した酸素の少ない気体を含む。バイオマスは、反応槽に供給される前に圧力伝達装置で加圧され得る。トレイは、メッシュ、スクリーンであるか、又は孔もしくはスロットを有し、バイオマスの加熱及び乾燥は、バイオマス及びトレイに気体を通過させることを含む。スクレーパー装置は、アーチ形状の経路でトレイを横切ってバイオマス材料を移動させるために回転する。あるいは、スクレーパー装置及びバイオマスは反応槽内の周りを回転しないが、トレイが回転することがある。それぞれのトレイの開口は、反応槽内のシャフトから反応槽の壁まで延びる三角形の形状部分であり得る。   Oxygen-deficient gases include superheated water vapor, nitrogen and other non-oxygen gases, or low oxygen gases suitable for the purposes of this invention. The biomass can be pressurized with a pressure transfer device before being fed to the reaction vessel. The tray is a mesh, screen, or has holes or slots, and heating and drying of the biomass includes passing gas through the biomass and tray. The scraper device rotates to move the biomass material across the tray in an arcuate path. Alternatively, the scraper device and biomass do not rotate around the reaction vessel, but the tray may rotate. Each tray opening may be a triangular shaped portion extending from the shaft in the reaction vessel to the wall of the reaction vessel.

気体は複数の高さで反応槽に注入されるが、この気体は、上部の高さで注入されたときより、下部の高さで注入されたときにより高温である。気体が抽出される反応槽の高さの下では、バイオマスはトレイを通って下に段階的に落下し続ける。   The gas is injected into the reaction vessel at multiple heights, but this gas is hotter when injected at the lower height than when injected at the upper height. Below the height of the reaction vessel from which the gas is extracted, the biomass continues to drop down through the tray.

積み重ねられたトレイアセンブリを有する焙焼反応槽を使用するリグノセルロース系バイオマスの焙焼のための方法が発明され、この方法は、
バイオマスを焙焼反応槽への上部入口に連続的に供給し、バイオマス材料を、反応槽内に垂直に積み重ねられた複数のトレイアセンブリ中の上部トレイアセンブリ上に堆積させる工程;
バイオマスが、それぞれのトレイアセンブリのトレイによって支持されながら、反応槽内を移動するとき、反応槽に注入された、バイオマスに対して実質的な酸化作用がなく、少なくとも3バールゲージの圧力下、少なくとも200℃〜250℃の範囲の温度である気体でバイオマスを加熱、乾燥する工程;
バイオマスをトレイのそれぞれにおける開口を通じて通過させて、次の下部トレイアセンブリのトレイ上に堆積させることによって、バイオマスをトレイを通って下方に段階的に落下させる工程;
焙焼されたバイオマスを焙焼反応槽の下部出口から排出させ、反応槽から抽出された気体を循環させ、反応槽に戻す工程を含む。
A method for the roasting of lignocellulosic biomass using a roasting reactor with stacked tray assemblies was invented, the method comprising:
Continuously supplying biomass to the upper inlet to the roasting reactor and depositing the biomass material on the upper tray assembly in a plurality of tray assemblies stacked vertically in the reactor;
When the biomass moves through the reaction vessel while being supported by the trays of the respective tray assemblies, there is no substantial oxidative effect on the biomass injected into the reaction vessel and at least under a pressure of at least 3 bar gauge Heating and drying the biomass with a gas having a temperature in the range of 200 ° C to 250 ° C;
Dropping the biomass stepwise down through the tray by passing the biomass through an opening in each of the trays and depositing it on the tray of the next lower tray assembly;
It includes a step of discharging the roasted biomass from the lower outlet of the roasting reaction tank, circulating the gas extracted from the reaction tank, and returning it to the reaction tank.

それぞれのトレイアセンブリのトレイは、メッシュ、スクリーンを有するか、又は孔を有し、バイオマスの加熱及び乾燥は、バイオマス及びトレイに気体を通過させることを含む。トレイアセンブリにおける穴又は開口は、トレイアセンブリを形成するために使用される材料というより、細かいメッシュ又はスクリーン材料によってカバーされている。それぞれのトレイアセンブリに入る気体は、トレイアセンブリの直ぐ上から気体を抽出する抽出パイプと実質的に同じ高さにあるパイプを通過する。さらに、それぞれのトレイアセンブリは、トレイの上に回転スクレーパー装置、及びトレイの下に抽出気体チャンバーを含む。   The tray of each tray assembly has a mesh, screen, or holes, and heating and drying the biomass includes passing gas through the biomass and tray. The holes or openings in the tray assembly are covered by a fine mesh or screen material rather than the material used to form the tray assembly. The gas entering each tray assembly passes through a pipe that is substantially at the same height as the extraction pipe that extracts the gas from directly above the tray assembly. In addition, each tray assembly includes a rotating scraper device above the tray and an extraction gas chamber below the tray.

焙焼のためにトレイアセンブリに注入される気体は、乾燥又は冷却のためにトレイアセンブリに注入される気体より、例えば5〜60℃だけ高温である。さらに、全てのトレイアセンブリの下や反応槽の底部における空間スペースは、バイオマスが堆積物を形成するゾーンである。空間スペースは、バイオマスが反応槽から排出される前に、バイオマスの焙焼を完結させ、焙焼されたバイオマスを冷却するために使用されることがある。冷却ゾーンに注入される冷却気体は、冷却トレイアセンブリに注入される気体より低温であり、前記冷却ゾーンは、バイオマスが大気に曝されたとき自動的に燃焼する温度以下まで冷却し、前記冷却トレイアセンブリは、焙焼されたバイオマスを冷却して、焙焼反応を停止又は抑制する。空間での気体の流れは、バイオマス材料の流れに対して並流又は向流とすることが可能である。   The gas injected into the tray assembly for roasting is at a higher temperature, eg, 5-60 ° C., than the gas injected into the tray assembly for drying or cooling. Furthermore, the space space under all tray assemblies and at the bottom of the reaction vessel is the zone where biomass forms deposits. The space space may be used to complete the roasting of the biomass and cool the roasted biomass before the biomass is discharged from the reaction vessel. The cooling gas injected into the cooling zone is cooler than the gas injected into the cooling tray assembly, the cooling zone cools below the temperature at which biomass automatically burns when exposed to the atmosphere, and the cooling tray The assembly cools the roasted biomass to stop or inhibit the roasting reaction. The gas flow in space can be co-current or counter-current to the biomass material flow.

トレイアセンブリ及び冷却ゾーンから抽出された気体は、ブロワー又はコンプレッサーによって反応槽に循環してもよい。循環されるべき気体は、この気体がコンプレッサー又はブロワーに流入する前に、粒子及び凝縮可能な副生成物を分離するためにサイクロン、コンデンサー又はフィルターを通過させてもよい。焙焼トレイアセンブリに循環される気体は、焙焼トレイアセンブリに注入される前に加熱してもよい。トレイアセンブリから抽出された気体の一部は、焙焼トレイアセンブリに循環される気体に加えられる熱エネルギーを産生するために、燃焼装置や他のプロセスステップに指向させてもよい。   The gas extracted from the tray assembly and cooling zone may be circulated to the reaction vessel by a blower or compressor. The gas to be circulated may be passed through a cyclone, condenser or filter to separate particles and condensable by-products before the gas enters the compressor or blower. The gas circulated to the roasting tray assembly may be heated before being injected into the roasting tray assembly. A portion of the gas extracted from the tray assembly may be directed to a combustion device or other process step to produce thermal energy that is added to the gas circulated to the roasting tray assembly.

加圧焙焼反応槽が発明され、この反応槽は
実質的に垂直に延びる槽壁;
反応槽の頂部を通って下に垂直に延びる回転可能シャフト;
反応槽内でそれぞれが異なる高さにあって、シャフトと同軸である複数のスクレーパー装置;
それぞれのトレイアセンブリがスクレーパー装置の1つと連携し、それによってスクレーパー装置がトレイアセンブリのトレイの直上にある複数のトレイアセンブリ;
前記槽壁にある複数の気体抽出開口;
焙焼されたバイオマスが排出される反応槽の底部排出ポートを含み、
前記トレイアセンブリの少なくとも1つは、トレイ、トレイの下の気体抽出通路及びトレイの上の気体注入通路を含み、このトレイはオープンメッシュであるか、又はトレイを通って気体流が透過可能であるがバイオマスの通過に対しては透過不能であり、
前記トレイのそれぞれは、バイオマスをトレイからトレイアセンブリの下部の1つのトレイに搬送するための排出開口を含み、
最下部トレイにおける排出開口が、バイオマスを処理槽内のバイオマスの堆積部に搬送するものであり、
前記気体抽出開口の少なくとも1つは気体抽出通路と位置合わせされ、気体抽出開口の別の1つは、最下部トレイアセンブリの下の高さ及びバイオマスの堆積部の上の高さであることを特徴とするものである。
A pressure roasting reaction tank was invented, the reaction tank extending substantially vertically;
A rotatable shaft extending vertically down through the top of the reaction vessel;
A plurality of scraper devices, each at a different height in the reaction vessel, coaxial with the shaft;
A plurality of tray assemblies, each tray assembly being associated with one of the scraper devices, whereby the scraper device is directly above the tray assembly tray;
A plurality of gas extraction openings in the vessel wall;
Including a bottom discharge port of the reaction vessel through which the roasted biomass is discharged,
At least one of the tray assemblies includes a tray, a gas extraction passage below the tray, and a gas injection passage above the tray, the tray being an open mesh or allowing gas flow to pass through the tray. Is impermeable to the passage of biomass,
Each of the trays includes a discharge opening for conveying biomass from the tray to one tray at the bottom of the tray assembly;
The discharge opening in the lowermost tray conveys the biomass to the biomass deposit in the treatment tank,
At least one of the gas extraction openings is aligned with a gas extraction passage, and another one of the gas extraction openings is at a height below the bottom tray assembly and above the biomass deposit. It is a feature.

図1は、反応槽の内部構成部品の図示を可能にするために反応槽の前壁が除去された加圧反応処理槽の前面及び頂部の斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view of the front and top of a pressurized reaction treatment tank with the front wall of the reaction tank removed to allow illustration of the internal components of the reaction tank.

図2は、反応槽の内部構成部品の図示を可能にするために反応槽の前壁が除去された加圧反応処理槽の前面及び底部の斜視図である。   FIG. 2 is a perspective view of the front and bottom of a pressurized reaction treatment tank with the front wall of the reaction tank removed to allow the internal components of the reaction tank to be illustrated.

図3は、反応槽の支持脚及び底部排出口を示し、反応槽の内部における収束部分を示す加圧反応処理槽の下部領域の斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view of the lower region of the pressurized reaction treatment tank showing the support leg and the bottom outlet of the reaction tank and showing the converging portion inside the reaction tank.

図4は、加圧反応処理槽の下から上への図である。   FIG. 4 is a view from the bottom to the top of the pressurized reaction treatment tank.

図5は、加圧反応処理槽の側面図であり、図示の目的のために反応槽の4分の1の部分が除去されている。   FIG. 5 is a side view of the pressurized reaction treatment tank with a quarter of the reaction tank removed for purposes of illustration.

図6は、加圧反応処理槽の頂部及び側面の斜視図であり、図示の目的のために反応槽の4分の1の部分が除去されている。   FIG. 6 is a perspective view of the top and sides of the pressurized reaction vessel, with a quarter portion of the reactor removed for purposes of illustration.

図7は、トレイアセンブリの部分を図示する加圧反応処理槽の一部分の断面の拡大図である。   FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a portion of a pressurized reaction vessel illustrating a portion of the tray assembly.

図8は、加圧処理槽の開放頂部の斜視図であり、反応槽の外壁がトレイアセンブリのコンポーネントを図示するために除去されている。   FIG. 8 is a perspective view of the open top of the pressure treatment tank, with the reaction vessel outer wall removed to illustrate the components of the tray assembly.

図9は、加圧処理槽の開放頂部の上から下への図である。   FIG. 9 is a view from the top to the bottom of the open top of the pressure treatment tank.

図10は、垂直シャフト及びシャフトのための下部支持体を図示する加圧処理槽の一部分の断面図である。   FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion of a pressure treatment vessel illustrating a vertical shaft and a lower support for the shaft.

図11は、トレイアセンブリのスポークホイールスクレーパーコンポーネントの斜視図である。   FIG. 11 is a perspective view of the spoke wheel scraper component of the tray assembly.

図11Aは、スクレーパー装置のスポーク又はブレード60の1つの下部エッジの拡大された部分の概略図である。   FIG. 11A is a schematic view of an enlarged portion of one lower edge of a spoke or blade 60 of a scraper device.

図12は、トレイアセンブリのトレイ及び底部プレートの斜視図である。   FIG. 12 is a perspective view of the tray and bottom plate of the tray assembly.

図13は、加圧反応槽の収束部分の斜視図である。   FIG. 13 is a perspective view of a converging portion of the pressurized reaction tank.

図14は、気体が収束部分から抽出されることを可能にするスクリーンを示すための収束部分の拡大図である。   FIG. 14 is an enlarged view of the convergence portion to show a screen that allows gas to be extracted from the convergence portion.

図15は、トレイ上のバイオマスに流入する気体及びトレイ上のバイオマスから流出する気体を示すためのトレイアセンブリの概略図である。   FIG. 15 is a schematic view of a tray assembly for showing the gas flowing into and out of the biomass on the tray.

図15Aは、トレイにおける例示的なスロット、穴又は開口を示すためのトレイの断面の拡大図である。   FIG. 15A is an enlarged view of a cross section of the tray to show exemplary slots, holes or openings in the tray.

図16〜18は、加圧反応処理槽を使用する例示的な焙焼プロセスを示すプロセスフロー概略図である。   16-18 are process flow schematic diagrams illustrating an exemplary roasting process using a pressurized reaction vessel.

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

図1及び図2は、バイオマスの供給部12からのバイオマス材料を上部入口14を介して受け入れ、処理、乾燥及び冷却するための加圧処理槽10を示す。バイオマスは、木材チップ、木材パルプ又は他の細砕セルロース系材料である。反応槽内の一連の上部乾燥トレイアセンブリ16上を移動している間、バイオマスは乾燥される。それとともに又はその代わりに、バイオマスは反応槽10に導入される前に乾燥してもよい。   1 and 2 show a pressurized processing vessel 10 for receiving, processing, drying and cooling biomass material from a biomass supply 12 through an upper inlet 14. Biomass is wood chips, wood pulp or other comminuted cellulosic materials. While traveling over a series of upper drying tray assemblies 16 in the reaction vessel, the biomass is dried. In addition or alternatively, the biomass may be dried before being introduced into the reaction vessel 10.

加圧槽への上部入口14は、連続供給、圧力隔離装置、例えば従来のロータリーバルブ又はプラグスクリューフィーダーと連結されており、バイオマスを大気圧にあるバイオマス源から加圧槽に供給する。加圧槽10は、乾燥したバイオマスが反応槽内で乾燥状態にある気相で稼働される。   The upper inlet 14 to the pressurized tank is connected to a continuous supply, pressure isolation device, such as a conventional rotary valve or plug screw feeder, to supply biomass from a biomass source at atmospheric pressure to the pressurized tank. The pressurized tank 10 is operated in a gas phase in which dried biomass is in a dry state in the reaction tank.

バイオマスは、大気温度で入口14に供給されるが、ドライヤー21がバイオマスを予熱すれば、バイオマスは反応槽に入る前に80℃〜120℃又はそれより高い温度となる。バイオマスは、反応槽内で、加圧され高温の酸素減少気体又は酸素欠乏気体によって加熱される。反応槽に入る気体は、200℃〜600℃の範囲の温度にあり、特に250℃〜400℃、250℃〜300℃及び300℃〜380℃の範囲のいずれかにある。   Biomass is supplied to the inlet 14 at ambient temperature, but if the dryer 21 preheats the biomass, the biomass will be at a temperature between 80 ° C. and 120 ° C. or higher before entering the reactor. Biomass is pressurized and heated by the hot oxygen-reduced gas or oxygen-deficient gas in the reaction vessel. The gas entering the reaction vessel is at a temperature in the range of 200 ° C. to 600 ° C., in particular in any of the ranges of 250 ° C. to 400 ° C., 250 ° C. to 300 ° C. and 300 ° C. to 380 ° C.

バイオマスは上部入口14を通って圧力処理槽10に入るが、この入口は反応槽の頂部又は上部部分にあって、単一の入口オリフィス又は入口オリフィスの列である。バイオマスは、反応槽に入る前に予め乾燥されているか、又は反応槽の上部領域において任意の乾燥ゾーン(トレイ)15で乾燥されてもよい。乾燥ゾーンの下で、バイオマスは焙焼ゾーン41(トレイ及び任意にトレイ下のチャンバー)に入る。   Biomass enters the pressure treatment vessel 10 through the upper inlet 14, which is at the top or upper portion of the reaction vessel and is a single inlet orifice or a row of inlet orifices. The biomass may be pre-dried before entering the reaction vessel or may be dried in any drying zone (tray) 15 in the upper region of the reaction vessel. Under the drying zone, the biomass enters the roasting zone 41 (the tray and optionally the chamber below the tray).

反応槽10内の上部入口の直下には、入口からバイオマスを受け入れ、乾燥トレイアセンブリ16の上部トレイのトレイリングセクションの部分に指向させるシュートがある。トレイリングセクションは、上部トレイにおける排出開口64(図12)に隣接する。バイオマスは、トレイのトレイリングセクションに落下し、バイオマスが前記開口のリーディングエッジを越えてトレイを通り、次の下位のトレイのトレイリングセクションに落下するまで、トレイを横切って円弧形状の経路で移動する。トレイリングセクションは、トレイ上のバイオマスの経路に関して、トレイにおける開口から最も遠いトレイの領域である。トレイのトレイリングセクション上にバイオマスを堆積させることは、処理槽に入るバイオマスが、トレイのほぼ全回転期間中に上部トレイ上に保持されることを保証する。   Immediately below the upper inlet in the reaction vessel 10 is a chute that receives biomass from the inlet and directs it to a portion of the trailing section of the upper tray of the drying tray assembly 16. The trailing section is adjacent to the discharge opening 64 (FIG. 12) in the upper tray. Biomass falls into the trailing section of the tray and travels in an arc-shaped path across the tray until the biomass passes through the tray across the leading edge of the opening and falls into the trailing section of the next lower tray To do. The trailing section is the area of the tray farthest from the opening in the tray with respect to the biomass path on the tray. Depositing biomass on the trailing section of the tray ensures that the biomass entering the treatment tank is retained on the upper tray during almost the entire rotation of the tray.

それぞれのトレイの開放部分64(「開口」とも呼ばれる)は、トレイの直上又は直下のトレイにおける開口64と垂直に位置合わせされていないことが好ましい。もし開口が垂直に位置合わせされていれば、バイオマスは、1つの開放部分から、その下にあるトレイの支持表面に滞留することなく、直ちにその下にあるトレイにおける開放部分を通って落下する。   The open portion 64 (also referred to as “opening”) of each tray is preferably not vertically aligned with the opening 64 in the tray directly above or below the tray. If the opening is vertically aligned, the biomass will immediately fall from one open part through the open part in the underlying tray without stagnation on the support surface of the underlying tray.

開口部分64は、垂直にずらされており、それによって、それぞれの開口は、開口の直下のトレイの上部部分のトレイリング領域上にある。トレイのトレイリング領域は、スクレーパー装置56の回転の方向において、開放部分に隣接し、開放部分の後方にある。開放部分64を下部トレイ上のトレイリング領域の上方に位置合わせすることによって、バイオマスは開放部分を通ってトレイリング領域上に落下する。スクレーパーが回転するにつれて、バイオマスは、トレイリング領域から開口部分までの円弧形状の経路で、トレイの全上部表面を横切ってスライドする。バイオマスをそれぞれのトレイの上部表面上に保持することは、トレイ上のバイオマスの保持時間を最大化し、それによって、バイオマスが(上部トレイにおいて)加熱、乾燥され、(下部トレイにおいて)焙焼される。   The opening portions 64 are vertically displaced so that each opening is on the trailing area of the upper portion of the tray directly below the opening. The trailing area of the tray is adjacent to and behind the open portion in the direction of rotation of the scraper device 56. By aligning the open portion 64 above the trailing area on the lower tray, the biomass falls through the open portion onto the trailing area. As the scraper rotates, the biomass slides across the entire upper surface of the tray in an arc-shaped path from the trailing area to the opening. Holding the biomass on the upper surface of each tray maximizes the retention time of the biomass on the tray, whereby the biomass is heated (dried in the upper tray), dried, and roasted (in the lower tray). .

任意に設けられる1つ以上の乾燥トレイアセンブリ16の直下には、1つ以上の焙焼トレイアセンブリ18が配置され、このアセンブリ上で乾燥したバイオマス材料は焙焼反応を引き起こす条件に付される。焙焼トレイアセンブリの下には、任意に設けられる1つ又はそれ以上の冷却トレイアセンブリ20が配置される。トレイアセンブリ16、18及び20のそれぞれの構造は、実質的に類似している。それぞれのトレイアセンブリは、バイオマスが酸素欠乏気体の流れに曝露される移動床であるのが効果的である。   Directly beneath one or more optional drying tray assemblies 16, one or more roasting tray assemblies 18 are disposed, and the biomass material dried on the assemblies is subjected to conditions that cause a roasting reaction. Under the roasting tray assembly, one or more optional cooling tray assemblies 20 are disposed. The structure of each of the tray assemblies 16, 18, and 20 is substantially similar. Each tray assembly is advantageously a moving bed where the biomass is exposed to a stream of oxygen-deficient gas.

加熱された気体の圧力反応槽への流入、圧力反応槽中の流動及び圧力反応槽からの流出は、バイオマスが焙焼のための所望の温度に加熱されている反応槽の上部の高さにおけるトレイアセンブリを通る高温、加圧気体の流れを促進するために構成されている。図1に示されるように、高温の酸素欠乏気体は、頂部入口マニホールド86、及び反応槽の上部部分においてトレイアセンブリ16、18及び20の種々の高さで配置された気体注入ノズル34を通って反応槽10の上部部分に注入される。   The inflow of heated gas into the pressure reactor, the flow in the pressure reactor and the outflow from the pressure reactor are at the top of the reactor where the biomass is heated to the desired temperature for roasting. It is configured to facilitate the flow of hot, pressurized gas through the tray assembly. As shown in FIG. 1, hot oxygen-depleted gas passes through a top inlet manifold 86 and gas injection nozzles 34 located at various heights of tray assemblies 16, 18 and 20 in the upper portion of the reaction vessel. It is injected into the upper part of the reaction vessel 10.

反応槽における複数の高さに流れる酸素欠乏気体は、トレイアセンブリのそれぞれに対して異なる温度及び組成であり得る。例えば、反応槽の最上部に導入される高温気体86は、反応槽に供給される乾燥バイオマス12の温度、例えば100℃より少し高い温度であり、例えば10℃〜40℃だけ高い。反応槽の後続する下部の高さで導入される高温の気体は、次第に高い温度であり、反応槽におけるバイオマスの温度(注入される高温気体に近似する)よりもわずかに高い。高温気体によって加熱されているバイオマスの少し上の温度で気体を注入することによって、加熱の効率が、反応槽に入ってくるバイオマスより実質的に高温である単一の温度で気体を注入することと比較して増大する。あるいは、乾燥及び焙焼のために注入される気体は、実質的に類似の温度、組成であってもよく、バイオマスを冷却するための気体は、反応槽内の他のより低温の高さから抽出された気体でよい。例えば、乾燥トレイからの排出気体は、焙焼レベルからの気体より低温となり、焙焼のために要求される温度より下となる。   The oxygen-deficient gases flowing at multiple heights in the reaction vessel can be at different temperatures and compositions for each of the tray assemblies. For example, the hot gas 86 introduced into the uppermost part of the reaction tank is a temperature slightly higher than the temperature of the dry biomass 12 supplied to the reaction tank, for example, 100 ° C., and is higher by, for example, 10 ° C. to 40 ° C. The hot gas introduced at the subsequent lower height of the reaction vessel is progressively higher and slightly higher than the temperature of the biomass in the reaction vessel (approximate to the injected hot gas). By injecting the gas at a temperature just above the biomass being heated by the hot gas, the efficiency of the heating is injected at a single temperature that is substantially higher than the biomass entering the reactor. Increased compared to Alternatively, the gas injected for drying and roasting may be of substantially similar temperature and composition, and the gas for cooling the biomass is from other cooler heights in the reactor. The extracted gas may be used. For example, the exhaust gas from the drying tray is cooler than the gas from the roasting level and below the temperature required for roasting.

乾燥、焙焼及び冷却のためのトレイアセンブリの数は種々の要因に依存し、この要因は、任意の乾燥装置21が、材料が反応槽10に入る前にバイオマスを乾燥するために使用されるか否か、焙焼及び冷却ゾーン22、24又は冷却スクリュー68(図16)が、バイオマスを焙焼反応が起こる温度から焙焼が停止されるより低い温度まで冷却できる程度を含む。   The number of tray assemblies for drying, roasting and cooling depends on various factors, which are used by any drying device 21 to dry the biomass before the material enters the reaction vessel 10. Whether or not the roasting and cooling zones 22, 24 or the cooling screw 68 (FIG. 16) can cool the biomass from the temperature at which the roasting reaction takes place to a lower temperature at which the roasting is stopped.

一例として、トレイアセンブリの合計数は数(N)であり、5〜15の範囲であり得る。乾燥トレイアセンブリ(DTA)16の数は、ゼロ、(図16に示されるように)1であるか、又は以下のアルゴリズムに基づいて決定される。   As an example, the total number of tray assemblies is a number (N) and can range from 5-15. The number of drying tray assemblies (DTA) 16 is zero, 1 (as shown in FIG. 16), or is determined based on the following algorithm.

DTA=NL (Lは0.2〜0.3の範囲である。) DTA = N * L (L is in the range of 0.2 to 0.3.)

冷却トレイアセンブリ(CTA)20の数は、もしあるとすれば、図16に示されるように2であるか、又は以下のアルゴリズムに基づいて決定される。   The number of cooling tray assemblies (CTA) 20, if any, is 2 as shown in FIG. 16 or is determined based on the following algorithm.

CTA=N−(NM) (Mは0.7〜0.8の範囲である。) CTA = N- (N * M) (M is in the range of 0.7 to 0.8.)

焙焼トレイアセンブリ(TTA)16の数は、DTA及びCTAのそれぞれより多く、例えば図16に示されるように4つのTTAであるか、又は以下のアルゴリズムに基づいて決定される。   The number of roasting tray assemblies (TTAs) 16 is greater than each of DTA and CTA, for example four TTAs as shown in FIG. 16, or is determined based on the following algorithm.

TTA=((NL)+1)−((NM)−1) TTA = ((N * L) +1)-((N * M) -1)

反応槽内のトレイアセンブリの数、並びに、乾燥、焙焼及び冷却トレイアセンブリの比率は、反応槽に対する設計要求に依存する。例えば、反応槽10内のトレイアセンブリの合計数は、4〜20の範囲、6〜15の範囲のいずれかである。乾燥トレイアセンブリ及び冷却トレイアセンブリの比率は、トレイアセンブリの合計数の15〜30パーセント(%)の範囲である。焙焼のためのトレイアセンブリの比率は、トレイアセンブリの合計数の70〜40%の範囲である。これらの範囲は例示であり、トレイアセンブリの数についての制限を規定するものではない。例えば、反応槽は乾燥トレイアセンブリ及び冷却トレイアセンブリを有さず、全て焙焼のためのトレイアセンブリを有することもある。   The number of tray assemblies in the reaction vessel and the ratio of drying, roasting and cooling tray assemblies depends on the design requirements for the reaction vessel. For example, the total number of tray assemblies in the reaction vessel 10 is either in the range of 4-20 or in the range of 6-15. The ratio of the drying tray assembly to the cooling tray assembly ranges from 15 to 30 percent (%) of the total number of tray assemblies. The ratio of tray assemblies for roasting ranges from 70 to 40% of the total number of tray assemblies. These ranges are exemplary and do not prescribe limits on the number of tray assemblies. For example, the reaction vessel may not have a drying tray assembly and a cooling tray assembly, but may all have a tray assembly for roasting.

焙焼反応は中間のトレイアセンブリにおいて起こることがある。焙焼が起こる中間のトレイアセンブリの範囲は、トレイアセンブリの合計数の15〜85%、30〜60%及び15〜100%のいずれかである。焙焼がトレイアセンブリのほとんど又は全てで起こる場合は、バイオマスの乾燥は、反応槽の外部又は反応槽の上流のドライヤーにおいて完全に又は部分的に起こることがあり、任意の冷却は、反応槽の下部領域における焙焼されたバイオマスの堆積において、又は反応槽の排出部の近くの冷却スクリューにおいて起こることがある。   The roasting reaction may occur in the intermediate tray assembly. The range of intermediate tray assemblies where roasting occurs is any of 15-85%, 30-60% and 15-100% of the total number of tray assemblies. If roasting occurs in most or all of the tray assemblies, biomass drying may occur completely or partially outside the reactor or in a dryer upstream of the reactor, and any cooling may be It may occur in the accumulation of roasted biomass in the lower region or in the cooling screw near the reactor discharge.

入口ノズル及び抽出ノズルは、それらの対応するトレイアセンブリに従って、図16において番号が付されている。頂部トレイアセンブリ16は、頂部入口86からの高温の酸素欠乏気体を受け入れるが、頂部入口は熱交換器84からの気体、又は反応槽10の冷却トレイアセンブリ若しくはゾーンから抽出された気体を受け入れている。   Inlet nozzles and extraction nozzles are numbered in FIG. 16 according to their corresponding tray assemblies. The top tray assembly 16 receives hot oxygen-depleted gas from the top inlet 86, while the top inlet receives gas from the heat exchanger 84 or gas extracted from the cooling tray assembly or zone of the reaction vessel 10. .

バイオマスの供給部12から、例えば10〜50ミリメートル(mm)の長さ、10〜50mmの幅及び5〜20mmの厚さのチップ寸法を有するようにチップ化又は切断されたリグノセルロース材料が提供される。チップの厚さは他の範囲、例えば20〜30mm、15〜25mm及び3〜10mmであってもよい。これらのチップの寸法は木材にとって最も好適である。他のチップの寸法が、バイオマスのために使用されている木材又は非木材のタイプに依存して好適となることがある。   A lignocellulosic material that has been chipped or cut to have a chip size of, for example, a length of 10-50 millimeters (mm), a width of 10-50 mm, and a thickness of 5-20 mm is provided from the biomass supply 12. The The thickness of the chip may be in other ranges, for example 20-30 mm, 15-25 mm and 3-10 mm. These chip dimensions are most suitable for wood. Other chip dimensions may be suitable depending on the type of wood or non-wood used for the biomass.

トレイアセンブリ16、18及び20の積み重ねの下で、圧力槽10は焙焼ゾーン22及び任意の下部冷却ゾーン24を有する。焙焼ゾーン22及び下部冷却ゾーン24は、圧力反応槽の最下部トレイ20の下の中空領域であり、圧力槽の高さの下方の2分の1又は3分の2に及ぶことがある。圧力槽は、所望の稼働条件、例えばバイオマス材料の組成、反応槽を流れるバイオマスの体積率に基づいて、所定の寸法、例えば直径、高さを有する。一般に、工業スケールのユニットでは、圧力槽は例えば100フィート(33メートル)を超える高さ及び9フィート(3メートル)を超える直径を有する。   Under the stack of tray assemblies 16, 18 and 20, the pressure vessel 10 has a roasting zone 22 and an optional lower cooling zone 24. The roasting zone 22 and the lower cooling zone 24 are hollow areas under the lowermost tray 20 of the pressure reactor and may span one half or two thirds below the height of the pressure vessel. The pressure tank has a predetermined dimension, for example, a diameter and a height, based on desired operating conditions, for example, the composition of the biomass material and the volume ratio of the biomass flowing through the reaction tank. In general, in an industrial scale unit, the pressure vessel has a height, for example, greater than 100 feet (33 meters) and a diameter greater than 9 feet (3 meters).

圧力反応槽の下部冷却ゾーン24は、反応槽の底部を通り、底部排出ポート26へのバイオマスの均一な移動を提供するために、例えば一次元収束などの収束部分(convergence section)を含むことがある。収束部分は、アンドリッツグループ(Andritz Group)によって販売され、米国特許5,500,083号、5,617,975号、5,628,873号の各明細書に記載されている「ダイアモンドバック」(DIAMONDBACK)(登録商標)の収束部分でよい。   The lower cooling zone 24 of the pressure reactor may include a convergence section, such as a one-dimensional convergence, to provide uniform movement of biomass through the bottom of the reactor and to the bottom discharge port 26. is there. The converging part is sold by Andritz Group and is described in U.S. Pat. Nos. 5,500,083, 5,617,975, 5,628,873, “Diamond Back”. The convergence part of (DIAMONDBACK) (registered trademark) may be used.

圧力反応槽の下部ゾーン24は、焙焼のために使用されるトレイアセンブリよりも低温に維持される。下部ゾーン24はトレイアセンブリにおいて処理され、下部ゾーンに下降した焙焼済みバイオマス材料の堆積物を含む。   The lower zone 24 of the pressure reactor is maintained at a lower temperature than the tray assembly used for roasting. The lower zone 24 contains deposits of roasted biomass material that have been processed in the tray assembly and lowered into the lower zone.

下部ゾーン24における温度は、265℃以下、240℃以下又は200℃以下であり、それとともに又はその代わりに、下部ゾーン24における温度は焙焼トレイアセンブリに入る高温気体の最高温度よりも少なくとも15℃〜40℃低い。下部ゾーンにおける温度を制御及び維持するために、冷却気体が下部ゾーンの上部部分に、例えば注入ノズル92(図16)経由で注入され、冷却気体に、反応槽を通るバイオマスの下方への流れと並流の流れを提供する。これらの気体がバイオマスの流れに対して向流に流れることが望ましいこともあり、堆積物の頂部に向けてバイオマスと共に入る高温の汚染された気体(contaminated gas)を置換する。あるいは、冷却気体はノズル94を通じて下部領域の底部部分に注入されることがあり、このノズルは反応槽を上方に及び軸方向に延びる中心パイプの一部であることがある。ノズル94を通じて流入する冷却気体は、バイオマスの流れに対して逆流に(cross−currently)流れる。さらに、冷却気体ノズル94は、気体が反応槽の一方の側で注入され、反応槽の反対の側で抽出されるように、反応槽を通る逆流の気体流を提供するために配置される。冷却気体の注入及び抽出は下部ゾーン24のいくつかの高さで起こる。冷却トレイアセンブリ及び冷却ゾーンに注入される冷却気体の温度は、より低温の冷却気体が反応槽のより下部の高さに流入するように調整される。焙焼されたバイオマス材料は、反応槽の底部において、又はバイオマスが大気に曝される前に圧力遷移装置(pressure transition device)を通過するときに少なくとも、自動燃焼される温度以下の温度であるべきである。   The temperature in the lower zone 24 is 265 ° C. or lower, 240 ° C. or lower, or 200 ° C. or lower, and with or instead, the temperature in the lower zone 24 is at least 15 ° C. higher than the maximum temperature of the hot gas entering the roasting tray assembly. ~ 40 ° C lower. In order to control and maintain the temperature in the lower zone, a cooling gas is injected into the upper part of the lower zone, for example via injection nozzle 92 (FIG. 16), into the cooling gas and the downward flow of biomass through the reactor. Provides co-current flow. It may be desirable for these gases to flow countercurrent to the biomass flow, replacing the hot contaminated gas that enters with the biomass toward the top of the deposit. Alternatively, cooling gas may be injected through the nozzle 94 into the bottom portion of the lower region, which may be part of a central pipe that extends upward and axially through the reaction vessel. The cooling gas flowing in through the nozzle 94 flows cross-currently with respect to the biomass flow. In addition, the cooling gas nozzle 94 is arranged to provide a back-flow gas flow through the reaction vessel so that gas is injected on one side of the reaction vessel and extracted on the opposite side of the reaction vessel. Cooling gas injection and extraction occurs at several heights in the lower zone 24. The temperature of the cooling gas injected into the cooling tray assembly and cooling zone is adjusted so that cooler cooling gas flows into the lower height of the reaction vessel. The roasted biomass material should be at a temperature below the temperature at which it is autocombusted at the bottom of the reactor or at least when passing through the pressure transition device before the biomass is exposed to the atmosphere. It is.

図3及び図4に示すように、圧力反応槽は、反応槽と地面との間に垂直に延びる支持脚28によって支持されており、支持脚は、反応槽の底部を持ち上げて、排出装置が排出ポート26に反応槽の下で取り付けられることを可能にしている。代替的な支持構造は、スカート状の配置を含み、又は「ダイアモンドバック」(DIAMONDBACK)(登録商標)収束部分の上の反応槽のいくつかの中間地点に設置された支持リングの使用を含む。そのような支持リングは、或る適切な方法で建屋構造物に取り付けられる。   As shown in FIGS. 3 and 4, the pressure reaction tank is supported by a support leg 28 extending vertically between the reaction tank and the ground. The support leg lifts the bottom of the reaction tank, and the discharge device It is possible to attach to the discharge port 26 under the reaction vessel. Alternative support structures include a skirt-like arrangement or use of support rings installed at several midpoints in the reaction vessel above the “DIAMONDBACK®” converging section. Such a support ring is attached to the building structure in some suitable manner.

圧力槽10はアクセス及び観察ポート30を有することがあり、これは開放時に圧力槽の冷却ゾーン及び収束ゾーンへのアクセスを提供する。アクセス及び観察ポートは、圧力槽の稼働中は一般に閉鎖されている。観察ポートは圧力槽の内部の観察を可能にするために透明な窓を含む。透明な窓又はサイトグラスを有する他の観察ポートが、アクセス及び観察ポート30以外の場所で圧力槽に設置されることがある。   The pressure vessel 10 may have an access and observation port 30, which provides access to the pressure vessel cooling and convergence zones when opened. Access and observation ports are generally closed during operation of the pressure vessel. The observation port includes a transparent window to allow observation inside the pressure vessel. Other observation ports with transparent windows or sight glass may be installed in the pressure vessel at locations other than the access and observation port 30.

図5は、加圧処理槽10の断面図である。垂直シャフト32は処理槽と同軸であり、処理槽内のトレイアセンブリ16、18及び20を少なくとも通って延びている。シャフト32の上部部分は処理槽の頂部から延び、モーター及びギアアセンブリ33によって回転駆動されるが、このモーター及びギアアセンブリ33はねじれ支持のために処理槽の頂部に固定される。シャフト32の下部末端は、処理槽内の最下部トレイの下にあるベアリング及びブラケットアセンブリ35によって支持されている。同様にシャフトの上部末端は、処理槽の頂部においてベアリングによって支持され、ギア及びモーターアセンブリと連結されている。スペードンジャーナル(spadone journal)37は、シャフト32をベアリング及びブラケットアセンブリ35と回転可能に連結する。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the pressure treatment tank 10. The vertical shaft 32 is coaxial with the processing tank and extends at least through the tray assemblies 16, 18 and 20 in the processing tank. An upper portion of the shaft 32 extends from the top of the processing tank and is driven to rotate by a motor and gear assembly 33, which is fixed to the top of the processing tank for torsional support. The lower end of the shaft 32 is supported by a bearing and bracket assembly 35 below the lowermost tray in the processing bath. Similarly, the upper end of the shaft is supported by a bearing at the top of the processing bath and is connected to the gear and motor assembly. A spadone journal 37 rotatably couples the shaft 32 with the bearing and bracket assembly 35.

図6は、処理槽10の頂部及び側面の斜視図であり、図示の目的のために処理槽の4分の1部分が除去されている。シャフト32は処理槽の頂部を超えて上に延びている。シャフトの頂部末端上のスプラインは、モーター及びギアアセンブリに適合している。頂部プレート38(図5)は処理槽の頂部を密封し、シャフトベアリングやモーター及びギアアセンブリ33のための支持体を提供する。   FIG. 6 is a perspective view of the top and sides of the processing bath 10 with a quarter portion of the processing bath removed for purposes of illustration. The shaft 32 extends above the top of the processing bath. A spline on the top end of the shaft is adapted to the motor and gear assembly. A top plate 38 (FIG. 5) seals the top of the processing bath and provides support for the shaft bearings, motor and gear assembly 33.

図6〜図12はトレイアセンブリ16、18及び20の構造及び稼働を図示する。トレイアセンブリ16、18及び20のそれぞれは、気体がトレイを通過し、繊維などのバイオマス材料の通過を遮断することを可能にするために、多孔状、スクリーン状、メッシュ状又は他の構造である水平トレイ40を含む。トレイ40は環状であり、シャフト32から処理槽10の円筒状壁の内部表面まで半径方向に延びている。トレイは水平であり、一般に同じレベルにある。トレイは処理槽に固定され、シャフトと共に回転しない。例えば、トレイは、水平に配置され、シャフト32と処理槽の壁42との間の処理槽内の開放エリアを実質的にカバーするする多孔状のスチールメッシュである。トレイ40を形成するために使用される他の材料は、ドリル加工又はレーザーカットされた開口、スロット又は穴によって多孔状にされたスチールプレートを含む。   6-12 illustrate the construction and operation of the tray assemblies 16, 18 and 20. FIG. Each of the tray assemblies 16, 18 and 20 is porous, screened, meshed or other structure to allow gas to pass through the tray and block the passage of biomass material such as fibers. A horizontal tray 40 is included. The tray 40 is annular and extends in a radial direction from the shaft 32 to the inner surface of the cylindrical wall of the processing bath 10. The tray is horizontal and is generally at the same level. The tray is fixed to the processing tank and does not rotate with the shaft. For example, the tray is a porous steel mesh that is arranged horizontally and substantially covers the open area in the processing tank between the shaft 32 and the wall 42 of the processing tank. Other materials used to form the tray 40 include steel plates made porous by drilled or laser cut openings, slots or holes.

図15Aは、トレイにおける例示的なスロット、穴又は開口100を示すためのトレイの断面の拡大図である。バイオマスが流れ矢印102の方向にトレイの表面上を移動するにつれて、気体はバイオマスを通り、トレイの下の気体通路52への開口を通って下に流れる。スロット、穴又は開口は、トレイを通る一般に均一な断面を有する。あるいは図15Aに示されるように、スロット、穴又は開口100は、断面が一般に均一である上部部分104及び下方向に断面積が拡大する下部部分106を有する。スロット、穴又は開口100の上部部分は、トレイの厚さの30〜50パーセントである。さらにスロット、穴又は開口の上部縁は、例えば図15Aに示されるようにトレイリングエッジにある傾斜された部分108である。傾斜部108は、バイオマスからの繊維が、スロット、穴又は開口の上部縁上に捕捉されることを避けるのに役立ち、特に縁のトレイリングエッジ上で捕捉されることを避けるのに役立つ。スロット、穴又は開口は、より細かいメッシュ又はスクリーン材料でカバーされていてもよい。   FIG. 15A is an enlarged view of a cross section of the tray to show exemplary slots, holes or openings 100 in the tray. As biomass travels over the surface of the tray in the direction of flow arrow 102, the gas passes through the biomass and flows down through an opening to gas passage 52 below the tray. The slot, hole or opening has a generally uniform cross section through the tray. Alternatively, as shown in FIG. 15A, the slot, hole or opening 100 has an upper portion 104 that is generally uniform in cross-section and a lower portion 106 that expands downward in cross-sectional area. The upper portion of the slot, hole or opening 100 is 30-50 percent of the thickness of the tray. Further, the upper edge of the slot, hole or opening is a beveled portion 108 at the trailing edge, for example as shown in FIG. 15A. The ramp 108 helps to prevent fibers from the biomass from being captured on the upper edge of the slot, hole or opening, and in particular to avoid being captured on the trailing edge of the edge. The slot, hole or opening may be covered with a finer mesh or screen material.

トレイ40の直下には、トレイ40とプレート44との間の気体通路52に対する底部を形成する中実の環状底部プレート44がある。この気体通路は、バイオマス及びトレイを通って引き込まれ、抽出ノズル36に排気される気体のためのものであるが、この抽出ノズル36は、トレイと底部プレート44との間の気体通路に対応する高さで、処理槽の壁42に取り付けられている。バッフルプレート46、48及び50は底部プレート44の上に取り付けられ、気体通路を通ってトレイ40まで上方向に延びている。バッフルプレートは、気体を抽出ノズル36への入口に向かって指向させる。バッフルプレートは、半径方向に延びる短いバッフルプレート46及び長いバッフルプレート48、並びに気体通路に対する末端壁を形成する円環壁プレート50を含むことがある。長い半径プレート48は、気体通路を三角形状のスクリーンセグメントに分割する。例として、それぞれのトレイは4〜8のスクリーンセグメントを有することがある。パイ形状セグメントで形成されたトレイ40に加えて、プレート44もパイ形状セグメントであることがあり、長い半径プレート48がこれらのセグメントのそれぞれに対する側壁を形成することがある。   Directly below the tray 40 is a solid annular bottom plate 44 that forms the bottom for the gas passage 52 between the tray 40 and the plate 44. This gas passage is for biomass and gas drawn through the tray and exhausted to the extraction nozzle 36, which corresponds to the gas passage between the tray and the bottom plate 44. At a height, it is attached to the wall 42 of the treatment tank. Baffle plates 46, 48 and 50 are mounted on the bottom plate 44 and extend upwardly through the gas passages to the tray 40. The baffle plate directs the gas toward the inlet to the extraction nozzle 36. The baffle plate may include a radially extending short baffle plate 46 and a long baffle plate 48 and an annular wall plate 50 that forms an end wall for the gas passage. A long radius plate 48 divides the gas passage into triangular screen segments. As an example, each tray may have 4-8 screen segments. In addition to the tray 40 formed of pie-shaped segments, the plate 44 may also be pie-shaped segments, and the long radius plate 48 may form sidewalls for each of these segments.

バッフルプレートは、トレイ40のスクリーン又は格子に対するサポートも提供する。円環壁プレートは、開放スロットを有し、この開放スロットは、気体が抽出ノズル36への入口に流れることを可能にし、注入ノズル34のためのパイプが、処理槽の壁から底部プレート44を通過し、次の下部トレイアセンブリに開口することを可能にする。   The baffle plate also provides support for the screen or grid of tray 40. The toroidal wall plate has an open slot that allows gas to flow to the inlet to the extraction nozzle 36 and the pipe for the injection nozzle 34 connects the bottom plate 44 from the wall of the process vessel. Allowing it to pass through and open to the next lower tray assembly.

トレイ40は、加圧処理槽10の壁42の内部表面によって支持されている。壁42はハンガー、リッジ、又はそれぞれのトレイの外側リムが置かれる他のサポート表面を含む。処理槽を開放し、トレイを処理槽の中で又は外にスライドすることによって、トレイが処理槽内で除去、置換又は再配置されることがある。   The tray 40 is supported by the inner surface of the wall 42 of the pressure treatment tank 10. Wall 42 includes hangers, ridges, or other support surfaces on which the outer rim of each tray rests. By opening the processing tank and sliding the tray into or out of the processing tank, the tray may be removed, replaced, or rearranged in the processing tank.

あるいは、トレイ、回転スクレーパー及びシャフトは、カートリッジアセンブリとして建造され、処理槽の頂部ヘッドプレートから主にサポートされている。カートリッジアセンブリは全体として処理槽に挿入され、処理槽から除去されることが可能である。回転防止チップ又はピースは、カートリッジアセンブリが処理槽内で回転することを防止する目的で処理槽の壁に取り付けられる。   Alternatively, the tray, rotating scraper and shaft are built as a cartridge assembly and are supported primarily from the top head plate of the processing tank. The cartridge assembly as a whole can be inserted into the processing bath and removed from the processing bath. The anti-rotation tip or piece is attached to the wall of the processing tank for the purpose of preventing the cartridge assembly from rotating in the processing tank.

シュート116を通って流れるバイオマスは処理槽の任意の下部部分80に降下する。バイオマスは、バイオマスを一時的に保持する下部部分に堆積物を形成する。堆積物中でバイオマスは焙焼反応を受け続ける。焙焼されたバイオマスは出口116から排出される。   Biomass flowing through the chute 116 falls to an optional lower portion 80 of the treatment tank. Biomass forms deposits in the lower portion that temporarily holds the biomass. Biomass continues to undergo a roasting reaction in the sediment. The roasted biomass is discharged from the outlet 116.

回転スクレーパー装置に対する代替案として、トレイはシャフトと共に回転してもよい。静止スクレーパー装置は、固定された位置にあり、トレイ上に延びる半径アームを含む。   As an alternative to a rotating scraper device, the tray may rotate with the shaft. The stationary scraper device is in a fixed position and includes a radial arm that extends over the tray.

注入ノズル34は気体通路を通って延び、底部プレート44を通って延びる出口53を有する。出口53は、気体を、1つのトレイアセンブリの底部プレート44と、底部プレートの直下のトレイアセンブリのトレイ40との間に形成されたバイオマス通路54に排出する。バイオマス通路は、バイオマスを受け入れる処理槽10内の体積である。それぞれのトレイのための注入ノズル34の数は均一であり、処理槽の稼働条件に基づいて選択される。ノズル数の選択は、均一な流れの分配及び均一な気体温度で、トレイ上のバイオマス材料を通る均一な気体の流れを提供するものであれば十分である。例えば、6〜8つの注入ノズルが、それぞれのトレイに均一な流れを提供するために使用される。   The injection nozzle 34 has an outlet 53 extending through the gas passage and extending through the bottom plate 44. The outlet 53 discharges gas into a biomass passageway 54 formed between the bottom plate 44 of one tray assembly and the tray 40 of the tray assembly directly below the bottom plate. The biomass passage is a volume in the processing tank 10 that receives biomass. The number of injection nozzles 34 for each tray is uniform and is selected based on the operating conditions of the processing bath. Selection of the number of nozzles is sufficient as long as it provides a uniform gas flow through the biomass material on the tray with uniform flow distribution and uniform gas temperature. For example, 6-8 injection nozzles are used to provide a uniform flow for each tray.

注入ノズル34は、トレイ上のバイオマスのキログラム(kg)当たり1〜4キログラムの気体を供給するために構成されている。注入ノズルによって供給される気体の体積は、バイオマスのキログラムに対して1〜6kg、1〜12kg又は1〜24kgの範囲である。   The injection nozzle 34 is configured to supply 1-4 kilograms of gas per kilogram (kg) of biomass on the tray. The volume of gas supplied by the injection nozzle is in the range of 1-6 kg, 1-12 kg or 1-24 kg per kilogram of biomass.

注入ノズルは、トレイ40、底部プレート44及びバッフルプレート46、48、50と共に組み立てられる。例えば、トレイ、底部プレート、バッフルプレート及び注入ノズルからなるそれぞれのパイ形状セグメントは、予め組み立てられて、処理槽内で例えば半径スポークなどの支持構造物上に取り付けられる。さらに、これらの予め組み立てられたトレイアセンブリセグメント又は予め組み立てられたトレイアセンブリは、頂部プレート38を除去し、予め組み立てられたアセンブリを、アセンブリが配置されるべき処理槽の適切な高さに降下させることによって反応槽内に取り付けられることもある。一旦配置されると、注入ノズルは処理槽の側壁42におけるノズル開口に連結される。同様に、トレイアセンブリが反応槽内に配置されると、外側バッフルプレート50における開口は処理槽の側壁42に取り付けられた抽出ノズル36と位置合わせされる。   The injection nozzle is assembled with the tray 40, bottom plate 44 and baffle plates 46, 48, 50. For example, each pie-shaped segment consisting of a tray, a bottom plate, a baffle plate, and an injection nozzle is pre-assembled and mounted on a support structure, such as a radial spoke, in a processing bath. In addition, these pre-assembled tray assembly segments or pre-assembled tray assemblies remove the top plate 38 and lower the pre-assembled assembly to the appropriate height of the processing tank in which the assembly is to be placed. In some cases, it may be installed in the reaction vessel. Once placed, the injection nozzle is connected to a nozzle opening in the side wall 42 of the process bath. Similarly, when the tray assembly is placed in the reaction vessel, the opening in the outer baffle plate 50 is aligned with the extraction nozzle 36 attached to the side wall 42 of the treatment vessel.

それぞれのトレイの下には、処理槽の外壁に実質的に同じ高さに配置され、処理槽の周囲に均一な角度で隔てられた1つ又はそれ以上の気体抽出ノズルがある。気体抽出ノズルの数は、気体注入ノズルと同じか又は異なる。例えば、1つ、2つ又は3つの気体抽出ノズルが、それぞれのトレイの下に存在してもよく、あるいは1つの気体抽出ノズルがそれぞれのトレイセグメントに対して存在してもよい。気体注入ノズル34は、気体抽出ノズルより小さい直径であることがあり、酸素欠乏気体が処理槽に入るとき膨張するものであれば特にそうである。ノズル34,36のための気体入口マニホールドは、厚い壁のパイプであるか又はスチールで作製されている。それぞれのトレイに対して、気体が、気体注入ノズル34を通って処理槽に入り、トレイ上のバイオマス材料及びトレイを通過し、抽出ノズル36を通って処理槽から排出される。   Below each tray is one or more gas extraction nozzles disposed at substantially the same height on the outer wall of the processing tank and spaced at a uniform angle around the processing tank. The number of gas extraction nozzles is the same as or different from the gas injection nozzles. For example, one, two, or three gas extraction nozzles may exist under each tray, or one gas extraction nozzle may exist for each tray segment. The gas injection nozzle 34 may be smaller in diameter than the gas extraction nozzle, especially if the oxygen-deficient gas expands when entering the treatment tank. The gas inlet manifold for the nozzles 34, 36 is a thick wall pipe or made of steel. For each tray, gas enters the treatment tank through gas injection nozzle 34, passes through the biomass material and tray on the tray, and is discharged from the treatment tank through extraction nozzle 36.

図11は、バイオマスをそれぞれのトレイアセンブリのバイオマス通路内を移動させるスクレーパー装置56を示す。スクレーパー装置56は、半径スクレーパースポーク又はブレード60、センターカラー58及び外側環状リング56を有する。リング56は処理槽10の壁42に近接し、例えば壁42の3〜5ミリメートル(mm)以内である。ブレード60の下部エッジはトレイの上部表面に近接し、例えばトレイの3〜10mm以内である。ブレードの上部エッジは、次の高さのトレイアセンブリの底部プレート44に近接し、例えば10〜25mm以内である。スクレーパー装置のスポーク又はブレード60は真っ直ぐに延び、カラーとリングとの間に延びる半径ラインと位置合わせされる。あるいは、スポーク又はブレード60は、(図11に示されるように)半径ラインに対して15〜20度の角度で、回転角の方向に傾斜しており、ブレードは回転角の方向に湾曲しているか又は曲線状である。   FIG. 11 shows a scraper device 56 that moves the biomass through the biomass passages of each tray assembly. The scraper device 56 has a radius scraper spoke or blade 60, a center collar 58 and an outer annular ring 56. The ring 56 is proximate to the wall 42 of the processing bath 10 and is, for example, within 3 to 5 millimeters (mm) of the wall 42. The lower edge of the blade 60 is close to the upper surface of the tray, for example within 3-10 mm of the tray. The top edge of the blade is adjacent to the bottom plate 44 of the next height tray assembly, for example within 10-25 mm. The scraper device spoke or blade 60 extends straight and is aligned with a radial line extending between the collar and the ring. Alternatively, the spokes or blades 60 are inclined in the direction of the angle of rotation (as shown in FIG. 11) at an angle of 15-20 degrees with respect to the radial line, and the blades are curved in the direction of the angle of rotation. Or curved.

図11Aは、スクレーパー装置のスポーク又はブレードの一つの下部エッジの拡大部分の概略図である。スロット、パイプ又は他の気体通路112が下部エッジに配設され、通路112の半径長さに沿って配置された開口又はノズル114を有する。高圧気体の供給源114が、処理槽のシャフト32を通って通路112に連結されている。高圧気体源114は処理槽の外部にあり、図11Aでは図示の目的のためだけにシャフト内に示されている。通路112及びノズル114を通って流れる高圧気体は、トレイにおける開口100を清浄にし、気体が開口を自由に通過することを確実にするために適用される。あるいは高圧気体源114は、空気ポンプ又はブロワーのような吸引源であってもよい。通路112及びノズル114に適用される吸引は、開口から繊維及び残骸物を除去する。通路112を有するブレードがトレイ上を回転するとき、トレイ中の開口100が清浄される。トレイ中の開口の清浄は、処理槽10内のバイオマスの処理と同時でよい。   FIG. 11A is a schematic view of an enlarged portion of one lower edge of a spoke or blade of a scraper device. A slot, pipe or other gas passage 112 is disposed at the lower edge and has an opening or nozzle 114 disposed along the radial length of the passage 112. A high pressure gas supply 114 is connected to the passage 112 through the shaft 32 of the processing bath. The high pressure gas source 114 is external to the processing bath and is shown in the shaft in FIG. 11A for illustration purposes only. The high pressure gas flowing through the passage 112 and the nozzle 114 is applied to clean the opening 100 in the tray and ensure that the gas passes freely through the opening. Alternatively, the high pressure gas source 114 may be a suction source such as an air pump or blower. Suction applied to the passage 112 and the nozzle 114 removes fibers and debris from the openings. When the blade having the passage 112 rotates on the tray, the opening 100 in the tray is cleaned. The cleaning of the opening in the tray may be performed simultaneously with the processing of the biomass in the processing tank 10.

スクレーパー装置56は予め組み立てられ、この装置を処理槽内で下にスライドさせることによって取り付けられる。センターカラーは溶接されるか又は他の方法でシャフトに取り付けられる。スクレーパーバーの直径は、小さな隙間を有しつつ処理槽の内部直径に適合する。センターカラーは、スクレーパー装置がシャフトと共に回転するようにシャフト32に固定される。スクレーパー装置56の高さは、図15に示されるように、バイオマススペース54の高さとほぼ同じであるか、又はトレイ上のバイオマス66の所望の厚みとほぼ同じである。   The scraper device 56 is pre-assembled and attached by sliding the device down in the processing bath. The center collar is welded or otherwise attached to the shaft. The diameter of the scraper bar matches the internal diameter of the treatment tank with a small gap. The center collar is fixed to the shaft 32 so that the scraper device rotates with the shaft. The height of the scraper device 56 is approximately the same as the height of the biomass space 54, as shown in FIG. 15, or approximately the desired thickness of the biomass 66 on the tray.

シャフト32の回転は、トレイ40のそれぞれの直上のスクレーパー装置56を回転させる。バイオマスは、スクレーパー装置のスポーク60の間の容積を満たすか又は部分的に満たす。各トレイ上のスクレーパー装置の回転は、トレイを横切ってバイオマス材料を移動させる。バイオマス材料がトレイを横切って移動するとき、バイオマス材料は、均一な温度で酸素欠乏気体の一定の流れに曝露される。気体は、処理槽の外壁に開口を有する気体注入ノズル34を通って、又はトレイ及びバイオマススペース54の上の底部プレート44における開口53を通って処理槽に入る。底部プレートにおける開口53は単一の排出ポートであるか、又はトレイ上のバイオマスの上に配置された一連の気体排出ポートを有する気体分配マニホールド55である。また、開口53は、トレイ上のバイオマスの上への酸素欠乏気体の供給(disbursing)を促進するために拡大していることがある。気体分配マニホールド53は、パイプとノズルを有するパイプ接続部とを配置したものであり、トレイアセンブリと共に組み立てられる。開口又は気体分配マニホールドは、全体のトレイ上のバイオマスに気体を均一に分配するために配置されている。均一な気体の分配を達成するために、複数の注入ノズルが処理槽の壁の周りに配置され、例えば、それぞれのトレイセグメントに対して少なくとも1つのノズルが配置される。   The rotation of the shaft 32 rotates the scraper device 56 immediately above each tray 40. Biomass fills or partially fills the volume between the spokes 60 of the scraper device. The rotation of the scraper device on each tray moves the biomass material across the tray. As the biomass material moves across the tray, the biomass material is exposed to a constant flow of oxygen-deficient gas at a uniform temperature. The gas enters the processing tank through a gas injection nozzle 34 having an opening in the outer wall of the processing tank or through an opening 53 in the bottom plate 44 above the tray and biomass space 54. The opening 53 in the bottom plate is a single exhaust port or a gas distribution manifold 55 with a series of gas exhaust ports located above the biomass on the tray. Also, the opening 53 may be enlarged to facilitate the disbursing of oxygen-deficient gas onto the biomass on the tray. The gas distribution manifold 53 is configured by arranging pipes and pipe connecting portions having nozzles, and is assembled together with the tray assembly. Openings or gas distribution manifolds are arranged to distribute gas evenly to the biomass on the entire tray. In order to achieve a uniform gas distribution, a plurality of injection nozzles are arranged around the wall of the processing tank, for example at least one nozzle is arranged for each tray segment.

気体がバイオマス及びトレイを通って移動するとき、スクレーパー装置は、トレイアセンブリを通る円弧形状の経路でバイオマスを移動させるために回転する。バイオマスはトレイアセンブリを通って移動し、図12に示される開口64を通って排出される。開口は、トレイ中のシュート、ダクト、枢軸回転ドア(pivoting door)又は他の排出装置を含む。バイオマスは開口64を通って、スクレーパー装置の中や次の下部のトレイアセンブリのトレイ上に降下する。開口64は、次の下部のトレイアセンブリにおける開口64と垂直に位置合わせされており、それによってバイオマスは、次の下部のトレイアセンブリにおけるシュートの上をちょうど回転しているスクレーパー装置の三角形状部分に落下する。これらのシュートの位置合わせは、バイオマスが全体のトレイの上を円弧状に移動し、トレイアセンブリのそれぞれにおいてバイオマスの保持時間を最大にすることを可能にする。最下部トレイは、バイオマスが冷却ゾーンの垂直中心に流れることを可能にするセンター排出シュート付き反転円錐形状であることがある。   As the gas moves through the biomass and tray, the scraper device rotates to move the biomass in an arcuate path through the tray assembly. Biomass travels through the tray assembly and is discharged through the opening 64 shown in FIG. The openings include chutes, ducts, pivoting doors or other discharge devices in the tray. Biomass descends through openings 64 into the scraper device and onto the tray of the next lower tray assembly. The opening 64 is aligned perpendicular to the opening 64 in the next lower tray assembly so that the biomass is in the triangular portion of the scraper device that is just rotating over the chute in the next lower tray assembly. Fall. These chute alignments allow the biomass to move in an arc over the entire tray, maximizing the biomass retention time in each of the tray assemblies. The bottom tray may be an inverted conical shape with a center discharge chute that allows biomass to flow to the vertical center of the cooling zone.

図13及び図14は、処理槽10の底部部分における収束ゾーン24を示す。収束部分は一次元にのみ収束する領域を含み、例えば、収束する平坦な側壁及びこれらの側壁に接合する収束しない湾曲壁を有する。一次元収束部分は、バイオマス材料が出口26へと流れる間に、処理槽において付着する傾向を減少させる。一次元収束部分は「ダイアモンドバック」(Diamondback)(登録商標)として、アンドリッツグループ(Andritz Group)によって市販されている。一次元収束によって、処理槽の底部におけるバイオマスの閉塞を防止するための回転スクレーパー及び他の機械装置を有する必要性が一般的になくなる。一次元収束部分が本明細書では開示されたが、処理槽の底部の排出地点に材料を搬送する他の手段、例えばモーター駆動の可動底部ユニット、例えばスクレーパーや出口装置アセンブリなどを使用してもよい。   13 and 14 show the convergence zone 24 in the bottom portion of the processing bath 10. The converging portion includes a region that converges only in one dimension, and has, for example, converging flat side walls and non-converging curved walls that join these side walls. The one-dimensional converging portion reduces the tendency for the biomass material to adhere in the treatment tank while flowing to the outlet 26. The one-dimensional convergent part is marketed by the Andritz Group as “Diamondback®”. One-dimensional convergence generally eliminates the need to have a rotating scraper and other mechanical devices to prevent biomass blockage at the bottom of the treatment tank. Although a one-dimensional converging portion has been disclosed herein, other means of conveying material to the discharge point at the bottom of the processing tank may be used, such as a motor-driven movable bottom unit, such as a scraper or outlet device assembly. Good.

図15は、トレイアセンブリを通る気体流の概略図である。気体は、トレイアセンブリの直上の気体通路52と位置合わせされて通過する気体注入ノズル34を通って流れる。注入された酸素欠乏気体は出口53を通って流れ、トレイアセンブリ中のバイオマススペース54に流れる。それぞれのトレイアセンブリのためのバイオマススペースの周りに半径方向に配置された出口53を有するいくつかの注入ノズル34があってもよい。気体流は、バイオマス床66の上にあるバイオマススペース54の気体スペースに入ることによって、バイオマス床66の上部表面に均一に分配される。バイオマス床の厚さは、一例として、1メートル(1m)であるか、又は所望のバイオマス処理量を達成し、加熱用気体がバイオマス床を均一に流れることを可能にするその他の厚さである。例えば、バイオマス床の厚さは150ミリメートル〜1メートルの範囲又は1メートルを超えている。バイオマス床はトレイ40の上に着床している。   FIG. 15 is a schematic view of gas flow through the tray assembly. The gas flows through a gas injection nozzle 34 that passes in alignment with the gas passage 52 directly above the tray assembly. The injected oxygen-deficient gas flows through outlet 53 and flows into biomass space 54 in the tray assembly. There may be a number of injection nozzles 34 having outlets 53 arranged radially around the biomass space for each tray assembly. The gas stream is uniformly distributed to the upper surface of the biomass bed 66 by entering the gas space of the biomass space 54 above the biomass bed 66. The thickness of the biomass bed is, by way of example, 1 meter (1 m) or other thickness that achieves the desired biomass throughput and allows the heating gas to flow uniformly through the biomass bed. . For example, the thickness of the biomass bed ranges from 150 millimeters to 1 meter or exceeds 1 meter. The biomass bed is placed on the tray 40.

気体はバイオマス床及びトレイに流下し、気体通路52に入る。気体は、気体通路から、トレイのそれぞれのセグメントにおいて処理槽の壁の周りに半径方向に配置された抽出ノズル36を通って排出する。気体抽出ノズル36は、トレイ上のバイオマスを通る気体の均一な流れを促進するために配置される。気体抽出ノズルの数は、気体注入ノズル34の数より少ない。   The gas flows down to the biomass bed and tray and enters the gas passageway 52. The gas exits the gas passages through extraction nozzles 36 that are arranged radially around the wall of the treatment tank in each segment of the tray. A gas extraction nozzle 36 is arranged to facilitate a uniform flow of gas through the biomass on the tray. The number of gas extraction nozzles is less than the number of gas injection nozzles 34.

図15Aは、トレイにおける例示的なスロット、穴又は開口を示すためのトレイの断面の拡大図である(穴、スロット又は開口をカバーするために使用されるより細かいメッシュ又はより細かいスクリーン材料は図示されていない)。バイオマスが流れ矢印102の方向にトレイの表面上を移動するとき、気体はバイオマス及び開口を通り、トレイの下の気体通路53に流下する。スロット、穴又は開口は、トレイを通る一般に均一な断面を有する。あるいは図15Aに示すように、穴、スロット又は開口100は、断面が一般に均一である上部部分104及び下方向に断面積が拡大する下部部分106を有する。スロット、穴又は開口100の上部部分は、トレイの厚さの30〜50パーセントである。さらにスロット、穴又は開口の上部縁は傾斜された部分108であり、例えば図15Aに示されるようにトレイリングエッジにある。傾斜部108は、バイオマスからの繊維が、スロット、穴又は開口の上部縁上に捕捉されるのを防止するのに役立ち、特に縁のトレイリングエッジ上で捕捉されるのを防止するのに役立つ。   FIG. 15A is an enlarged view of a cross section of the tray to show exemplary slots, holes or openings in the tray (the finer mesh or finer screen material used to cover the holes, slots or openings is illustrated. It has not been). As biomass travels on the surface of the tray in the direction of flow arrow 102, the gas flows through the biomass and openings and flows down to gas passage 53 below the tray. The slot, hole or opening has a generally uniform cross section through the tray. Alternatively, as shown in FIG. 15A, the hole, slot or opening 100 has an upper portion 104 that is generally uniform in cross section and a lower portion 106 that expands downward in cross sectional area. The upper portion of the slot, hole or opening 100 is 30-50 percent of the thickness of the tray. Further, the upper edge of the slot, hole or opening is a sloped portion 108, such as at the trailing edge as shown in FIG. 15A. The ramp 108 helps to prevent fibers from the biomass from being captured on the upper edge of the slot, hole or opening, and in particular to prevent it from being captured on the trailing edge of the edge. .

図16〜図18は、処理槽10内で行われる例示的な焙焼プロセスを示すプロセスフローチャートである。これらのプロセスに共通する特徴は、焙焼されたバイオマス材料が、減圧されて大気に暴露される前に冷却されることである。冷却は、処理槽の下部トレイ、冷却ゾーン24、又は処理槽の排出部26の下流にある加圧冷却チップチューブ67及び冷却スクリュー68アセンブリで起こる。あるいは冷却は流動床(図示せず)で起こることがある。ゾーン24が、冷却ゾーンの前の複合反応ゾーンであることも可能である。   16 to 18 are process flowcharts showing an exemplary roasting process performed in the processing tank 10. A common feature of these processes is that the roasted biomass material is cooled before being decompressed and exposed to the atmosphere. Cooling occurs in a pressurized cooling tip tube 67 and cooling screw 68 assembly downstream of the processing tank lower tray, cooling zone 24, or processing tank discharge 26. Alternatively, cooling can occur in a fluidized bed (not shown). It is also possible that zone 24 is a combined reaction zone before the cooling zone.

冷却気体は、反応槽からの排出の前に、焙焼されたバイオマスを冷却するために、下部トレイ、冷却ゾーン、チップチューブ又はチップスクリューに注入される。冷却気体は、焙焼反応を停止又は減速させるため、及び焙焼されたバイオマスを処理槽の外部の酸素雰囲気に対して安全で適切なものとするために使用される。例えば、焙焼反応を停止又は減速するための冷却は、バイオマスを酸素雰囲気に適したものとするために、冷却ゾーン22又は処理槽の下流の加圧冷却装置で起こる。焙焼反応を停止又は減速するための冷却は、冷却気体が必要であるが、この冷却気体は焙焼反応を促進するために焙焼トレイアセンブリに注入される気体より摂氏10〜30度だけ低温である。焙焼されたバイオマスを酸素雰囲気に対して安全にするための冷却気体は、冷却トレイアセンブリに加えられる冷却気体からさらに摂氏10〜30度、摂氏10〜50度、摂氏10〜80度、摂氏10〜100度又は摂氏20〜120度だけより低温である。   Cooling gas is injected into the lower tray, cooling zone, tip tube or tip screw to cool the roasted biomass prior to discharge from the reaction vessel. The cooling gas is used to stop or slow the roasting reaction and to make the roasted biomass safe and appropriate for the oxygen atmosphere outside the treatment tank. For example, cooling to stop or slow down the roasting reaction occurs in the cooling zone 22 or a pressurized cooling device downstream of the treatment tank to make the biomass suitable for an oxygen atmosphere. Cooling to stop or slow the roasting reaction requires a cooling gas, which is 10-30 degrees Celsius below the gas injected into the roasting tray assembly to facilitate the roasting reaction. It is. The cooling gas to make the roasted biomass safe against oxygen atmosphere is further 10-30 degrees Celsius, 10-50 degrees Celsius, 10-80 degrees Celsius, 10 degrees Celsius from the cooling gas added to the cooling tray assembly. It is cooler by -100 degrees or 20-120 degrees Celsius.

例えば収束部分などにある冷却ゾーン24からの気体は、図13及び図14に示すように処理槽の側壁のスクリーン65を通って排出される。同様に、冷却気体は下部冷却トレイから又はチップチューブ及びスクリュー68から排出される。   For example, the gas from the cooling zone 24 in the converging portion is discharged through the screen 65 on the side wall of the processing tank as shown in FIGS. 13 and 14. Similarly, the cooling gas is discharged from the lower cooling tray or from the tip tube and screw 68.

冷却された焙焼済みバイオマスは、例えば回転バルブなどの圧力伝達装置70を通過する。圧力伝達装置の下流の焙焼済みバイオマスの圧力は、大気圧である。圧力伝達装置から、焙焼済みバイオマスは例えばスクリューコンベヤー72を使用して、他のプロセスに移動される。   The cooled and roasted biomass passes through a pressure transmission device 70 such as a rotary valve. The pressure of the roasted biomass downstream of the pressure transmission device is atmospheric pressure. From the pressure transmission device, the roasted biomass is transferred to another process, for example using a screw conveyor 72.

処理槽内で、例えば下部トレイ18において、焙焼反応が起こる前に、バイオマスは酸素欠乏環境下で200℃〜400℃の温度で乾燥及び加熱される。バイオマスは処理槽10に到達する前に、バイオマス12に作用する分離されたドライヤーで乾燥及び加熱されてもよい。それとともに又はその代わりに、バイオマスは、トレイアセンブリの1つ又はそれ以上を含む処理槽10の上部乾燥ゾーンにおいて乾燥されてもよい。バイオマスは、処理槽の頂部又はドライヤーに注入された酸素欠乏気体、例えば過熱水蒸気、窒素又は両方の混合物で直接加熱されてもよい。   In the treatment tank, for example, in the lower tray 18, the biomass is dried and heated at a temperature of 200 ° C. to 400 ° C. in an oxygen-deficient environment before the baking reaction occurs. The biomass may be dried and heated with a separate dryer acting on the biomass 12 before reaching the treatment tank 10. In addition or alternatively, the biomass may be dried in the upper drying zone of the treatment vessel 10 including one or more of the tray assemblies. The biomass may be directly heated with an oxygen-deficient gas, such as superheated steam, nitrogen or a mixture of both, injected into the top of the treatment tank or dryer.

処理槽に必要とされる高温の酸素欠乏気体の体積は、大気圧で稼働する槽と比べて加圧反応槽10において劇的に減少する。処理槽10を加圧すると、バイオマスを加熱するために必要とされる高温気体の体積は、大気圧での槽と比べて2〜35倍だけ減少する。処理槽に対する減少倍数は、処理槽における圧力に依存する。   The volume of hot oxygen-deficient gas required in the treatment tank is dramatically reduced in the pressurized reaction tank 10 compared to a tank operating at atmospheric pressure. When the treatment tank 10 is pressurized, the volume of the hot gas required to heat the biomass is reduced by 2 to 35 times compared to the tank at atmospheric pressure. The reduction factor for the treatment tank depends on the pressure in the treatment tank.

加圧反応槽で必要とされる高温気体の体積が減少するので、処理槽10の体積、従って処理槽10のサイズ及びコストが大気圧で稼働する槽と比べて有意に減少する。高温気体が注入される加圧槽は、処理槽内において気体からバイオマスへの効率的で経済的な熱伝導を提供する。   Since the volume of hot gas required in the pressurized reaction vessel is reduced, the volume of the treatment vessel 10, and thus the size and cost of the treatment vessel 10, is significantly reduced compared to a vessel operating at atmospheric pressure. The pressurized tank into which the hot gas is injected provides efficient and economical heat transfer from the gas to the biomass in the treatment tank.

処理槽10は、酸素欠乏気体、例えば酸素減少気体を、35バールゲージ(barg)までの圧力、例えば3バールゲージ〜35バールゲージの範囲で注入することによって加圧される。加圧槽10は、バイオマスを直接加熱してバイオマスとの焙焼反応を促進するために加熱加圧気体が槽を循環する酸素欠乏気体環境で稼働する。   The treatment tank 10 is pressurized by injecting an oxygen-deficient gas, such as an oxygen-reduced gas, at a pressure up to 35 bar gauge (barg), for example, in the range of 3 bar gauge to 35 bar gauge. The pressurized tank 10 operates in an oxygen-deficient gas environment in which heated pressurized gas circulates through the tank in order to directly heat the biomass and promote a roasting reaction with the biomass.

高温の酸素欠乏気体は、水蒸気、例えば過熱水蒸気、窒素又は二酸化炭素であり、焙焼反応からの気体状の副生成物をより少ない量で含む。さらに高温気体は供給システム(図示せず)内において、例えば圧力隔離装置の下流の入口又は高圧力伝達装置の下流の入口においてバイオマスに注入される。高圧伝達装置があれば、圧力隔離装置は処理槽10の入口において不要である。   The hot oxygen-deficient gas is water vapor, such as superheated water vapor, nitrogen or carbon dioxide, and contains lower amounts of gaseous by-products from the roasting reaction. Further, hot gas is injected into the biomass in a supply system (not shown), for example at the inlet downstream of the pressure isolation device or the inlet downstream of the high pressure transmission device. If there is a high-pressure transmission device, no pressure isolation device is required at the inlet of the treatment tank 10.

乾燥及び焙焼トレイアセンブリにおいて、高温気体は処理槽10内でバイオマスを通って流れ、材料における焙焼反応を促進する温度、例えば240℃〜300℃の範囲の温度にバイオマスを直接加熱する。高温気体及び反応槽内で発生した気体は、抽出ノズル36を通って種々の高さで反応槽から排出される。気体は約250℃〜280℃の温度で反応槽から排出される。乾燥のために使用される気体は焙焼のために使用される気体より低温である。乾燥のための気体は、焙焼トレイアセンブリから抽出された気体であり、ブロワ―を使用して、気体にさらに熱を加えることなく乾燥トレイアセンブリに循環される。焙焼トレイに循環される気体は、焙焼トレイアセンブリに戻される前に熱交換器において加熱されることがある。   In the drying and roasting tray assembly, the hot gas flows through the biomass in the treatment bath 10 and directly heats the biomass to a temperature that promotes the roasting reaction in the material, for example in the range of 240 ° C to 300 ° C. The hot gas and the gas generated in the reaction vessel are discharged from the reaction vessel at various heights through the extraction nozzle 36. The gas is discharged from the reaction vessel at a temperature of about 250 ° C to 280 ° C. The gas used for drying is at a lower temperature than the gas used for roasting. The gas for drying is the gas extracted from the roasting tray assembly and is circulated to the drying tray assembly using a blower without adding further heat to the gas. The gas circulated to the roasting tray may be heated in a heat exchanger before being returned to the roasting tray assembly.

排出された気体の一部は、焙焼システムの外部で使用するために処理槽から除去される。排出された気体の別の一部は、熱交換器84(又は他の熱伝導装置)において間接的に加熱され、処理槽10の頂部にある気体入口マニホールド24に戻される。熱交換器34は、例えば、約250℃から約300℃まで、さらに約380℃まで排出気体を加熱するために熱エネルギーを加える。排出気体を再加熱及び再循環することは、処理槽の気体入口マニホールドに供給するのに必要とされる追加の加圧加熱酸素欠乏気体の量を減少させる。   A portion of the exhausted gas is removed from the treatment tank for use outside the roasting system. Another portion of the exhausted gas is indirectly heated in the heat exchanger 84 (or other heat transfer device) and returned to the gas inlet manifold 24 at the top of the processing bath 10. The heat exchanger 34 applies thermal energy, for example, to heat the exhaust gas from about 250 ° C. to about 300 ° C., and further to about 380 ° C. Reheating and recirculating the exhaust gas reduces the amount of additional pressurized heated oxygen deficient gas needed to supply the treatment vessel gas inlet manifold.

図16における例示的なプロセスフローは、加圧槽10が1つの乾燥トレイアセンブリ16、4つの焙焼トレイアセンブリ18及び2つの冷却トレイアセンブリ20を有するように図示している。高温の酸素欠乏気体は、3〜20Barg(300〜2,000キロパスカル)又は5〜8Bargの範囲の上昇した圧力で加圧槽、ブロワー74、79及び熱交換器84を循環する。乾燥トレイアセンブリ16及び焙焼トレイアセンブリ18のための高温気体は、熱交換器84から提供される。熱エネルギーは、例えば燃焼装置からの高温気体88によって、熱交換器を流れる酸素欠乏気体に加えられる。熱交換器84から排出された温かい燃焼気体は、燃焼装置へ流れる温かい空気に流れる。   The exemplary process flow in FIG. 16 is illustrated such that the pressure vessel 10 has one drying tray assembly 16, four roasting tray assemblies 18 and two cooling tray assemblies 20. Hot oxygen-deficient gas circulates through the pressurized tank, blowers 74, 79 and heat exchanger 84 at an elevated pressure in the range of 3-20 Barg (300-2,000 kilopascals) or 5-8 Barg. Hot gas for the drying tray assembly 16 and roasting tray assembly 18 is provided from a heat exchanger 84. Thermal energy is added to the oxygen-deficient gas flowing through the heat exchanger, for example, by hot gas 88 from a combustion device. The warm combustion gas discharged from the heat exchanger 84 flows into the warm air that flows to the combustion device.

図17及び図18は、頂部入口90に流れる乾燥気体が、焙焼トレイアセンブリ18に流れる酸素欠乏気体より、例えば10℃〜30℃だけ低温であるプロセスフローを示す。図17及び図18において、頂部入口90に流れる気体は、冷却トレイアセンブリ20にも注入される。   FIGS. 17 and 18 illustrate a process flow in which the dry gas flowing to the top inlet 90 is lower by, for example, 10 ° C. to 30 ° C. than the oxygen-deficient gas flowing to the roasting tray assembly 18. 17 and 18, the gas flowing to the top inlet 90 is also injected into the cooling tray assembly 20.

図16〜図18のプロセスフローにおいて示される酸素欠乏気体は、実質的に閉鎖された気体ループシステムで加圧処理槽10に循環される。   The oxygen-deficient gas shown in the process flow of FIGS. 16-18 is circulated to the pressurized treatment tank 10 in a substantially closed gas loop system.

気体の一部は、ブリードオフガス(bleed off gasses)90としてシステムから除去される。気体の一部は、最下部の一つ若しくはいくつかの焙焼トレイアセンブリ、焙焼トレイアセンブリの全て、焙焼トレイアセンブリの中間のセットからの気体であり、又は乾燥トレイアセンブリから除去された気体である。ブリードオフガスは、除去されて、後に燃焼又は他の処理がされる焙焼反応の副生成物を高濃度で有するように選ばれる。あるいはブリードオフガスは、燃焼又は他のプロセスで使用される焙焼反応の副生成物を低濃度で有するように選ばれる。   A portion of the gas is removed from the system as bleed off gasses 90. Some of the gas is from the bottom one or several roasting tray assemblies, all of the roasting tray assemblies, an intermediate set of roasting tray assemblies, or gas removed from the drying tray assembly It is. The bleed-off gas is selected to have a high concentration of by-products of the roasting reaction that is removed and later burned or otherwise processed. Alternatively, the bleed-off gas is selected to have a low concentration of by-products of the roasting reaction used in combustion or other processes.

酸素欠乏気体は処理槽10及び熱交換器84を循環される。ブロワー74、76及び78は、気体を循環するための原動力を提供する。焙焼トレイアセンブリからの高温気体は、焙焼トレイアセンブリ18や任意に処理槽の頂部入口86に戻される前に、高温度ブロワー76及び74、並びに熱交換器84を通って流れる。複数のブロワー74、76が、多くの焙焼トレイアセンブリに気体を循環させるために必要とされる流量を提供するために使用される。ブロワー74とブロワー76との間のバルブ80は、高温度気体がこれらのブロワーを平行に流れることを可能にするために開放されたままである。バルブ82は、高温度ブロワー74、76を流れる高温気体が、低温度ブロワー78を流れる低温度気体と混合することを防止するために閉鎖される。バルブ80、82は、処理槽から抽出されるより低温の気体の量に対する、処理槽から抽出される高温気体の量に依存して開放又は閉鎖するようにセットされる.   The oxygen-deficient gas is circulated through the treatment tank 10 and the heat exchanger 84. Blowers 74, 76 and 78 provide the motive force for circulating the gas. Hot gas from the roasting tray assembly flows through the high temperature blowers 76 and 74 and the heat exchanger 84 before being returned to the roasting tray assembly 18 and, optionally, the top inlet 86 of the processing bath. A plurality of blowers 74, 76 are used to provide the flow rate required to circulate gas through many roasting tray assemblies. The valve 80 between the blower 74 and the blower 76 remains open to allow high temperature gas to flow through these blowers in parallel. The valve 82 is closed to prevent the hot gas flowing through the high temperature blowers 74, 76 from mixing with the low temperature gas flowing through the low temperature blower 78. Valves 80, 82 are set to open or close depending on the amount of hot gas extracted from the processing bath relative to the amount of cooler gas extracted from the processing bath.

比較的に低温の酸素欠乏気体が、冷却トレイアセンブリ20、処理槽の冷却ゾーン22(例えばスクリーン65を通じて)、任意に乾燥トレイアセンブリ16から抽出され、焙焼トレイアセンブリから抽出されたより高温の酸素欠乏気体のために使用される配管から隔てられた配管を通って流れる。より低温の気体は低温度ブロワー78によって抽出ノズル36を通って除去されるが、この低温度ブロワー78は気体を処理槽に押し戻し、処理槽では、気体が注入ノズル34を通り、冷却トレイアセンブリ20に入り、任意に底部トレイアセンブリに位置合わせされたノズル92を通って冷却ゾーン22の頂部に入る。   A relatively cooler oxygen deficient gas is extracted from the cooling tray assembly 20, the treatment tank cooling zone 22 (eg, through screen 65), optionally from the drying tray assembly 16, and is extracted from the roasting tray assembly. It flows through a pipe separated from the pipe used for the gas. The cooler gas is removed by the low temperature blower 78 through the extraction nozzle 36, which pushes the gas back into the treatment tank where the gas passes through the injection nozzle 34 and the cooling tray assembly 20. And enters the top of the cooling zone 22 through a nozzle 92, optionally aligned with the bottom tray assembly.

ブリードオフガスは、処理槽10内で起こる焙焼反応の主副生成物を除去するための手段を提供する。これらの主副生成物は、酢酸、一酸化炭素、二酸化炭素、ホルムアルデヒド、ギ酸、水、リグニンフラグメント及び他の微量成分を含む。主副生成物は、処理槽内で焙焼反応が起こる温度及び圧力で一般に気体状である。副生成物の一部は、ブリードオフガス中で運ばれるエアロゾル又は微細炭の形態である。同様に、バイオマスからのリグノセルロース材料の微細粒子は、気体がトレイ及び処理槽におけるスクリーンを通過し、ブリードオフガスによってシステムの外に運ばれるとき、気体と共に流れる。   The bleed-off gas provides a means for removing the main by-product of the roasting reaction that occurs in the treatment tank 10. These main by-products include acetic acid, carbon monoxide, carbon dioxide, formaldehyde, formic acid, water, lignin fragments and other minor components. The main by-product is generally gaseous at the temperature and pressure at which the roasting reaction takes place in the treatment tank. Some of the by-products are in the form of aerosols or fine coals carried in the bleed-off gas. Similarly, fine particles of lignocellulosic material from biomass flow with the gas as it passes through the screens in the trays and processing tanks and is carried out of the system by the bleed-off gas.

主副生成物は、化合及び凝縮し、タール様物質を形成することがある。処理槽内及び下流プロセス構成物内で凝縮すれば、タール様物質は処理槽及び上記構成物の表面上、特に配管及び熱交換器の内部表面上に堆積することがある。   Major by-products can combine and condense to form tar-like materials. If condensed in the treatment tank and downstream process components, tar-like materials may accumulate on the surfaces of the treatment tank and the components, particularly on the internal surfaces of the piping and heat exchangers.

反応槽10及び熱交換器84を循環している気体は、循環気体から反応副生成物を除去するために処理されることがある。反応槽10及び熱交換器84に気体を循環させるためのシステムは、反応副生成物を除去するための分離装置96を含む。分離装置96は、気体が熱交換器で再加熱される前に、副生成物を液体に凝縮し、除去するために気体を冷却する凝縮装置である。分離装置96の他の例は、副生成物を酸化する装置、副生成物を触媒的に変換する装置、副生成物を気体流からフィルター濾過する装置、及び粒子を気体流から分離するために遠心力を使用する例えばサイクロンのような流れ分離機である。これらの分離装置96は、システム内で単独で又は組み合わせて使用される。これらの構成物によって分離された副生成物は、分離、濃縮又は有用な生成物に精製されることによって、さらに処理されることがある。ブリードオフガス90は、これらの副生成物が気体状の形態にある間に、反応槽から主副生成物を除去する。図16及び図17に示されるように、ブリードオフガスは乾燥トレイアセンブリから、特に乾燥トレイアセンブリのための抽出ノズル36から流れる抽出気体流から抽出される。乾燥トレイアセンブリから抽出された気体は湿分に富み、焙焼を開始するために必要とされる温度以下である傾向がある。図18に示すように、ブリードオフガスは、焙焼トレイアセンブリ18から、特にこれらのトレイアセンブリ18の中間から下部までの高さから抽出される。焙焼トレイアセンブリから抽出された気体中の有機副生成物の濃度は、反応槽10から抽出された気体に比べて最高レベルである。   The gas circulating through the reaction vessel 10 and the heat exchanger 84 may be treated to remove reaction byproducts from the circulating gas. The system for circulating gas through the reaction vessel 10 and heat exchanger 84 includes a separation device 96 for removing reaction byproducts. Separator 96 is a condensing device that cools the gas to condense and remove by-products into a liquid before the gas is reheated in a heat exchanger. Other examples of separation device 96 are devices that oxidize by-products, devices that catalytically convert by-products, devices that filter by-products from the gas stream, and for separating particles from the gas stream. A flow separator such as a cyclone that uses centrifugal force. These separation devices 96 are used alone or in combination in the system. By-products separated by these constituents may be further processed by separation, concentration or purification to useful products. The bleed-off gas 90 removes main by-products from the reaction vessel while these by-products are in gaseous form. As shown in FIGS. 16 and 17, bleed-off gas is extracted from the drying tray assembly, in particular from the extraction gas stream flowing from the extraction nozzle 36 for the drying tray assembly. The gas extracted from the drying tray assembly is rich in moisture and tends to be below the temperature required to initiate roasting. As shown in FIG. 18, the bleed-off gas is extracted from the roasting tray assemblies 18, in particular from the height from the middle to the bottom of these tray assemblies 18. The concentration of organic by-products in the gas extracted from the roasting tray assembly is the highest level compared to the gas extracted from the reaction vessel 10.

ブリードオフガス90は燃焼装置に流れ、そこで天然ガス又は他の気体状の燃料と混合され、燃焼される。燃焼は、熱交換器84で循環気体を再加熱するために使用され得る、副生成物からの熱エネルギーを放出する。燃焼からの熱は、任意のドライヤー21においてバイオマスを乾燥及び加熱するために使用されることもある。   The bleed-off gas 90 flows to the combustion device where it is mixed with natural gas or other gaseous fuel and burned. Combustion releases thermal energy from by-products that can be used to reheat the circulating gas in heat exchanger 84. The heat from the combustion may be used to dry and heat the biomass in any dryer 21.

本発明を、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられているものとの関係で説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものでなく、種々の修正及び均等な配置も添付の特許請求の範囲に含まれることを意図していることを理解されたい。   Although the present invention has been described in relation to what is presently considered to be the most practical and preferred embodiments, the invention is not limited to the disclosed embodiments, and various modifications and equivalents It should be understood that arrangements are also intended to be included within the scope of the appended claims.

Claims (30)

加圧焙焼反応槽であって、
実質的に垂直に延びる槽壁;
反応槽の頂部を通って下に垂直に延びる回転可能シャフト;
反応槽内でそれぞれが異なる高さにあって、シャフトと同軸である複数のスクレーパー装置;
それぞれのトレイアセンブリがスクレーパー装置の1つと連携し、それによってスクレーパー装置がトレイアセンブリのトレイの直上にある複数のトレイアセンブリ;
前記槽壁にある複数の気体抽出開口;
焙焼されたバイオマスが排出される反応槽の底部排出ポートを含み、
前記トレイアセンブリの少なくとも1つは、トレイ、トレイの下の気体抽出通路及びトレイの上の気体注入通路を含み、このトレイはオープンメッシュであるか、又はトレイを通って気体流が透過可能であるがバイオマスの通過に対しては透過不能であり、
前記トレイのそれぞれは、バイオマスをトレイからトレイアセンブリの下部の1つのトレイに搬送するための排出開口を含み、
最下部トレイにおける排出開口が、バイオマスを処理槽内のバイオマスの堆積部に搬送するものであり、
前記気体抽出開口の少なくとも1つは気体抽出通路と位置合わせされ、気体抽出開口の別の1つは、最下部トレイアセンブリの下の高さ及びバイオマスの堆積部の上の高さであることを特徴とする加圧焙焼反応槽。
A pressure roasting reaction tank,
A tank wall extending substantially vertically;
A rotatable shaft extending vertically down through the top of the reaction vessel;
A plurality of scraper devices, each at a different height in the reaction vessel, coaxial with the shaft;
A plurality of tray assemblies, each tray assembly being associated with one of the scraper devices, whereby the scraper device is directly above the tray assembly tray;
A plurality of gas extraction openings in the vessel wall;
Including a bottom discharge port of the reaction vessel through which the roasted biomass is discharged,
At least one of the tray assemblies includes a tray, a gas extraction passage below the tray, and a gas injection passage above the tray, the tray being an open mesh or allowing gas flow to pass through the tray. Is impermeable to the passage of biomass,
Each of the trays includes a discharge opening for conveying biomass from the tray to one tray at the bottom of the tray assembly;
The discharge opening in the lowermost tray conveys the biomass to the biomass deposit in the treatment tank,
At least one of the gas extraction openings is aligned with a gas extraction passage, and another one of the gas extraction openings is at a height below the bottom tray assembly and above the biomass deposit. A pressurized roasting reaction tank.
トレイアセンブリ及びスクレーパー装置が、交互に配置され、加圧槽のシャフトに沿って垂直に積み重ねられている、請求項1の加圧槽。   The pressure vessel of claim 1 wherein the tray assemblies and scraper devices are alternately arranged and stacked vertically along the pressure vessel shaft. トレイが多孔状のスチールメッシュ又はドリル加工されたスチールプレートの少なくとも1つから形成されている、請求項1又は2の加圧槽。   3. A pressure vessel according to claim 1 or 2, wherein the tray is formed from at least one of a porous steel mesh or a drilled steel plate. トレイにおける多孔が、ドリル加工された穴、又はレーザーカットされた穴若しくはスロットである、請求項1〜3のいずれかの加圧槽。   4. A pressurized bath according to any of claims 1 to 3, wherein the perforations in the tray are drilled holes or laser cut holes or slots. トレイにおける穴又はスロットが、下方向に増大する断面積を有する、請求項4の加圧槽。   The pressure vessel of claim 4, wherein the holes or slots in the tray have a cross-sectional area that increases downward. スロット又は穴のそれぞれが、一定の断面上部領域及び増大する断面積の下部領域を有する、請求項5の加圧槽。   6. The pressure vessel of claim 5, wherein each slot or hole has a constant cross-sectional upper region and an increasing cross-sectional lower region. 穴又はスロットの上部縁が、少なくとも縁のトレイリング部分に沿って傾斜している、請求項4〜6のいずれかの加圧槽。   7. A pressurized vessel according to any of claims 4 to 6, wherein the upper edge of the hole or slot is inclined at least along the trailing portion of the edge. トレイアセンブリの少なくとも1つが、中実の底部プレートを含む、請求項1〜7の加圧槽。   The pressure vessel of any of claims 1-7, wherein at least one of the tray assemblies includes a solid bottom plate. トレイアセンブリの1つに対する気体注入通路が、トレイと、次のより高いトレイアセンブリの中実の底部プレートとの間に延びている、請求項8の加圧槽。   The pressurized reservoir of claim 8, wherein the gas injection passage for one of the tray assemblies extends between the tray and the solid bottom plate of the next higher tray assembly. 気体分配マニホールドが、底部プレートを貫通するか又は底部プレートに取り付けられ、気体注入通路に連結されている、請求項8又は9の加圧槽。   10. A pressurized tank according to claim 8 or 9, wherein the gas distribution manifold passes through or is attached to the bottom plate and is connected to the gas injection passage. 気体分配マニホールドが、組み立てられた金属構造物の少なくとも1つであり、パイプ接続部を含む、請求項10の加圧槽。   The pressure vessel of claim 10, wherein the gas distribution manifold is at least one of an assembled metal structure and includes a pipe connection. 気体分配マニホールドが、気体を下部トレイアセンブリのトレイ上のバイオマスの上に分配する少なくとも1つのノズルを含む、請求項10又は11の加圧槽。   12. The pressurized tank of claim 10 or 11, wherein the gas distribution manifold includes at least one nozzle that distributes gas over the biomass on the trays of the lower tray assembly. 気体分配マニホールドが、気体を次の下部のトレイアセンブリのトレイ上のバイオマスの上に均一に流れるように指向させる複数のノズルを含む、請求項10〜12のいずれかの加圧槽。   13. The pressurized tank of any of claims 10-12, wherein the gas distribution manifold includes a plurality of nozzles that direct the gas to flow uniformly over the biomass on the tray of the next lower tray assembly. それぞれのトレイが、パイ形状トレイセグメントの環状配列であり、排出開口が環状配列におけるパイ形状の開口である、請求項1〜13のいずれかの加圧槽。   14. A pressure vessel according to any of claims 1 to 13, wherein each tray is an annular array of pie-shaped tray segments and the discharge openings are pie-shaped openings in the annular array. 気体抽出通路において半径方向に延びるバッフルプレートをさらに含む、請求項1〜14のいずれかの加圧槽。   The pressurized tank according to claim 1, further comprising a baffle plate extending in a radial direction in the gas extraction passage. バッフルプレートが、垂直に延びており、トレイ及びトレイアセンブリの底部プレートに取り付けられている、請求項15の加圧槽。   The pressure vessel of claim 15, wherein the baffle plate extends vertically and is attached to a tray and a bottom plate of the tray assembly. それぞれのパイ形状トレイアセンブリが、トレイと底部プレートとの間に垂直に延びるサイドプレートを有する、請求項14〜16のいずれかの加圧槽。   17. A pressurized vessel according to any of claims 14 to 16, wherein each pie-shaped tray assembly has a side plate extending vertically between the tray and the bottom plate. 少なくとも1つのトレイに指向された少なくとも1つのクリーニングノズルを含み、このクリーニングノズルが、加圧流体流をトレイの多孔、スロット、穴又はメッシュに対して指向させる、請求項1〜17のいずれかの加圧槽。   18. At least one cleaning nozzle directed to at least one tray, the cleaning nozzle directing a pressurized fluid stream against a tray pore, slot, hole or mesh. Pressurized tank. クリーニングノズルが、スクレーパー装置のブレードの下部エッジに取り付けられている、請求項18の加圧槽。   The pressure vessel of claim 18, wherein the cleaning nozzle is attached to the lower edge of the blade of the scraper device. 気体注入通路が、加圧槽の壁における少なくとも1つの気体注入ポートに連結している、請求項1〜19のいずれかの加圧槽。   The pressurization tank in any one of Claims 1-19 in which the gas injection path is connected with the at least 1 gas injection port in the wall of a pressurization tank. トレイアセンブリのそれぞれのセグメントのための1つの気体抽出開口があり、トレイアセンブリは抽出開口と連携している、請求項1〜20のいずれかの加圧槽。   21. A pressurized vessel according to any of claims 1 to 20, wherein there is one gas extraction opening for each segment of the tray assembly, the tray assembly being associated with the extraction opening. スクレーパー装置が、シャフトから加圧槽の壁に向かって延びるブレードを含み、このブレードがシャフトの周りに角度をつけて配置されている、請求16〜21のいずれかの加圧槽。   A pressure vessel according to any of claims 16 to 21, wherein the scraper device comprises a blade extending from the shaft towards the wall of the pressure vessel, the blade being arranged at an angle around the shaft. スクレーパー装置が、シャフトと共に回転し、スクレーパー装置の回転が、バイオマスをスクレーパー装置の直下のトレイ上で移動させる、請求項1〜22のいずれかの加圧装置。   23. A pressurization device according to any of claims 1 to 22, wherein the scraper device rotates with the shaft, and rotation of the scraper device moves the biomass on a tray directly below the scraper device. スクレーパー装置が、シャフトに固定された中心ハブを含み、スクレーパー装置のブレードがハブから外側に延びている、請求項22〜23のいずれかの加圧槽。   24. A pressure vessel according to any of claims 22 to 23, wherein the scraper device includes a central hub secured to the shaft, and the blades of the scraper device extend outwardly from the hub. ブレードが、カラーに連結された半径方向外側末端を有し、このカラーが加圧槽の壁に近接している、請求項22〜24のいずれかの加圧槽。   25. A pressure vessel according to any of claims 22 to 24, wherein the blade has a radially outer end connected to a collar, the collar being proximate to the wall of the pressure vessel. ブレードのそれぞれが、ブレードの直下のトレイの3〜5ミリメートル(mm)、3〜10mm又は10〜25mmの範囲の1つである下部エッジを有する、請求項22〜25のいずれかの加圧槽。   26. A pressure vessel according to any of claims 22-25, wherein each of the blades has a lower edge that is one of the ranges 3-5 millimeters (mm), 3-10 mm or 10-25 mm of the tray directly under the blades. . ブレードが、ブレードに対応する半径ラインに関してスクレーパー装置の回転方向に0〜20度でそれぞれ傾斜している、請求項22〜26のいずれかの加圧槽。   27. A pressure vessel according to any of claims 22 to 26, wherein the blades are each inclined at 0 to 20 degrees in the direction of rotation of the scraper device with respect to a radial line corresponding to the blade. ブレードが、スクレーパー装置の回転の方向に湾曲しているか又は曲線状である、請求項22〜27のいずれかの加圧槽。   28. A pressure vessel according to any of claims 22 to 27, wherein the blade is curved or curved in the direction of rotation of the scraper device. スクレーパー装置のブレードの少なくとも1つが、高圧通路を受け入れる半径スロットを含み、この通路は、気体をブレードの下のトレイに対して指向させるノズル、又はトレイに吸引を適用する吸引ポートを含む、請求項22〜28のいずれかの加圧槽。   At least one of the blades of the scraper device includes a radial slot that receives a high pressure passage, the passage including a nozzle that directs gas to a tray below the blade, or a suction port that applies suction to the tray. The pressure tank in any one of 22-28. トレイの下のエリアが、焙焼反応ゾーン、及び焙焼反応ゾーンの下の冷却ゾーンを含む、請求項1〜29のいずれかの加圧槽。

30. A pressure vessel according to any of claims 1 to 29, wherein the area under the tray comprises a roasting reaction zone and a cooling zone below the roasting reaction zone.

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