JP2019529634A - バイオマス処理方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この特許文書の開示の一部は著作権保護の対象となる資料を含む。特許商標庁の特許ファイルまたは記録に見られるように、著作権所有者は、特許文書または特許開示の誰かによるファクシミリ複製に異議を唱えないが、そうでなければすべての著作権を留保する。
[関連出願の相互参照]
関連出願はない。
前記緻密化段階は、実質的に乾燥された小サイズ化されたバイオマスを連続式またはバッチ式のバイオマス処理装置に供給するステップを有し、前記バイオマスは、ある量の水分を含有する。
1実施形態では、前記バイオマスに含まれるある量の水分は、8wt%〜12wt%である。
前記緻密化段階は、前記バイオマスをペレットまたはブリケットの形態にするステップを含む。
前記緻密化段階は、ペレットまたはブリケットの形態の前記緻密化されたバイオマスを前記第1の処理段階へ放出するステップを含む。
前記第1の処理段階は、前記ある量の水分を含有する前記緻密化されたバイオマスを第1滞留時間にわたって予備焙焼温度まで加熱するステップを有する。
1実施形態では、前記第1の処理段階で使用される前記予備焙焼温度は、260℃〜300℃の範囲である。
前記第1の処理段階における前記加熱によって前記水分を蒸発させることによって前記バイオマスから水分を蒸発させることによって前記バイオマスは、さらに乾燥され、又は完全に乾燥され、前記バイオマスは、前記加熱の後で、少なくとも部分的に焙焼されたバイオマス又は予備焙焼されたバイオマスとなる。
前記予備焙焼したバイオマスは、その後、前記第1の処理段階から前記第2の処理段階に放出される。
前記第2の処理段階は、前記予備焙焼されたバイオマスを第2滞留時間の間、焙焼温度まで加熱するステップを有する。1実施形態では、前記焙焼温度は、240℃〜280℃の範囲である。前記第2滞留時間は、第1滞留時間以上であり得る。1実施形態では、本方法における第1及び第2滞留時間のための実際の滞留時間は、第1及び第2の処理段階が実行される区画の対応する高さに依存し、また、第2の処理段階における焙焼の後の焙焼されたバイオマスの放出速度に依存する。前記予備焙焼されたバイオマスは、前記第2の処理段階における前記加熱の後で焙焼されたバイオマスとなり、前記焙焼されたバイオマスは前記第2の処理段階から前記冷却処理段階に放出される。
前記冷却処理段階は、前記焙焼されたバイオマスを100℃以下に冷却するステップを含む。1実施形態では、前記焙焼されたバイオマスは、前記冷却処理段階での冷却で概略室温まで冷却される。他の実施形態では、前記冷却処理段階での冷却は、前記焙焼されたバイオマスを水と直接接触させることにより行われる。例示的な実施形態では、本方法の前記第1及び第2の処理段階は、同一の焙焼装置内で行われ、これは、2つの別個の装置で行われる従来の方法と相違する。第1の高温ガスおよび第2の高温ガスが、それぞれ、上記予備焙焼温度および焙焼温度に達するように上記第1および第2の処理段階に供給される。1実施形態では、前記第1の高温ガスは、少なくとも1つの第1の高温ガス入口により前記第1の処理段階に少なくとも供給され、その残りは、少なくとも1つの第1の高温ガス出口により前記第1の処理段階から放出される。
他の実施形態では、前記第2の高温ガスは、少なくとも1つの第2の高温ガス入口により前記第2の処理段階に少なくとも供給され、その残りは、少なくとも1つの第2の高温ガス出口により前記第2の処理段階から放出される。
前記第2の高温ガス入口の前記第2の高温ガスは、前記第1の高温ガス入口の前記第1の高温ガスと同じかそれ未満の温度を有する。
前記第1の高温ガス及び/又は前記第2の高温ガスは、酸素を含有し得る。
1実施形態では、前記第1の高温ガスは、前記第1の処理段階に供給される前記緻密化されたバイオマスと直接接触し、前記第1の高温ガスは、10体積%以下の酸素を含有する。
他の実施形態では、前記第2の高温ガスは、前記第2の処理段階に供給される前記予備焙焼されたバイオマスと直接接触し、前記第2の高温ガスは、3体積%以下の酸素を含有する。
前記第1及び/又は第2の処理段階後に、揮発性可燃性ガスを含む、前記第1の高温ガスの残りの部分及び/又は前記第2の高温ガスの残りの部分が再循環され得る。
1実施形態では、前記第1の処理段階の後で前記第1の高温ガス出口から放出された前記第1の高温ガスの前記残りの部分は、1つ以上の熱交換を介して、前記第1の高温ガス入口を通して前記第1の処理段階に後に供給される第1の高温ガスを加熱するための煙道ガスを生成するために燃焼バーナーに再循環される。
他の実施形態では、前記第2の処理段階の後で前記第2の高温ガス出口から放出された前記第2の高温ガスの前記残りの部分は、1つ以上の熱交換を介して、前記第2の高温ガス入口を通して前記第2の処理段階に後に供給される第2の高温ガスを加熱するための煙道ガスを生成するために燃焼バーナーに再循環される。
前記燃焼バーナーは、熱交換を介して第1及び第2の高温ガスを加熱するための煙道ガスに対して、同一又は相違し得る。
任意的には、前記熱交換から出た煙道ガスは、前記緻密化段階の前などの他の段階に熱をすることができ、前記熱交換段階から出た煙道ガスは、ペレット化又はブリケット化の前前記緻密化段階に導入する前にバイオマスの水分含有量を8wt%〜12wt%の範囲に減少させるために使用され得る。
前記1つ以上の熱交換を介して燃焼バーナーへの第1及び/又は第2の高温ガスの残りの部分を再循環させることで、本方法は、前記第1及び/又は第2処理段階に最初に第1及び/又は第2の高温ガスが供給された後は自己維持される。
前記処理チャンバはさらに、実質的に乾燥され高密度化されたバイオマスをチャンバ内に供給するために前記処理チャンバの上部に配置された少なくとも1つのガスシール弁入口;バイオマス分配装置;前記処理チャンバの底部に配置され、粒子状の焙焼バイオマスを均一に排出するバイオマス排出装置;最終の焙焼バイオマス出口としての少なくとも1つのガスシールバルブ出口;それぞれ、第1高温ガスを処理チャンバの第1処理チャンバに供給し、第1の高温ガスの残りの部分を処理チャンバの第1処理区画から再循環のために排出するための少なくとも1つの第1の高温ガス入口および少なくとも1つの第1の高温ガス出口;それぞれ、第2高温ガスを処理チャンバの第2処理区画に供給し、第2高温ガスの残りの部分を再循環のために処理チャンバの第2処理区画から排出するための少なくとも1つの第2高温ガス入口および少なくとも1つの第2高温ガス出口;前記二重壁ハウジングの外壁と内側有孔壁であって、前記二重壁ハウジングの外壁と内側有孔壁の間に間隙が画定されている、前記二重壁ハウジングの外壁と内側有孔壁;星形、クモ形またはリング形に配置された複数の有孔二重分離プレートを含む高温ガス分配システム;処理チャンバの中央に配置された少なくとも1つの有孔ダクトを有する。
一実施形態では、前記内側有孔壁、前記少なくとも1つの有孔ダクト及び有孔二重分離プレートのシステムは、垂直軸に沿って処理チャンバの底部から頂部へと上昇する。好ましい実施形態では、第1の高温ガス入口(単数/複数)は、処理チャンバの第1の処理区画の頂部に取り付けられている。
第1の高温ガスは、第1の高温ガス入口を通って供給され、次に、第一滞留時間の間、処理チャンバの第一処理区画に供給された全てのバイオマスを所定の温度に均一に加熱するため二重壁ハウジングの内周間隙と星型またはクモ型またはリング状に配置された内側有孔二重分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる。
その後、第1の処理段階後の第1の高温ガスの残りの部分は、処理チャンバの中央にある有孔ダクトを通して回収され、少なくとも1つの第1の高温ガス出口によって排出される。好ましくは、熱交換を介して第1の高温ガスの残りの部分から熱を第1の処理区画に再循環させるために第1の高温ガスの残りの部分を改修するために、少なくとも1つの第1の高温ガス出口が第1処理区画の底部に取り付けられる。好ましい実施形態では、第2の高温ガス入口は処理室の第2の処理区画の底部に取り付けられている。
第2の高温ガスは、第2の高温ガス入口を通って供給され、次に、処理チャンバーの第二処理区画に供給される全てのバイオマスを第二滞留時間の間所定の温度に均一に加熱するため、二重壁ハウジングの内側周辺間隙と星型または蜘蛛型またはリング状に配置された内側有孔二重分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる。
その後、第2の処理段階後の第2の高温ガスの残りの部分は、第2の処理区画の中央にある有孔ダクトを通して回収され、少なくとも1つの第2の高温ガス出口によって排出される。好ましくは、熱交換を介して第2の高温ガスの残りの部分から熱を第二処理区画に再循環させるために第2の高温ガスの残りの部分を改修するために、少なくとも1つの第2の高温ガス出口が第2処理区画の上部に取り付けられる。
さらに、処理チャンバは、処理チャンバの各パーツ/部分/区画内の所定の条件に従って異なるパラメータを監視および制御するための制御システムを含み得る。
本明細書において、用語「a」または「an」は、1つまたは複数を含むために使用され、用語「または」は、他に示さない限り、非排他的な「または」を指すために使用される。さらに、本明細書で使用され、他に定義されていない表現または用語は、説明のみを目的としており、限定を目的としていないことを理解されたい。さらに、本明細書で言及される全ての刊行物、特許、および特許文書は、個々に参照により組み込まれるのと同様に、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。この文書と参照によりそのように組み入れられているそれらの文書との間で矛盾する用法がある場合には、組み入れられた参考文献における用法はこの文書のそれに対する補足と考えられるべきである。矛盾しない矛盾については、この文書での使用法が支配する。
例えば、「ステップA、ステップB、ステップC、ステップD、およびステップE」と記載されているクレーム要素は、ステップAが最初に実行され、ステップEが最後に実行され、ステップB、C、およびDはステップAとEとの間で任意の順序で実施することができ、その順序は依然として請求された方法の文言通りの範囲内にある。所与のステップまたはステップのサブセットも繰り返すことができる。
以下において、説明は好ましい例として記載される。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、追加および/または置換を含む修正を加えることができることは当業者には明らかであろう。本発明を曖昧にしないために、具体的な詳細は省略されることがある。しかしながら、本開示は、当業者が過度の実験なしに本明細書の教示を実施することを可能にするように書かれている。
前記二重壁構造を導入することの利点の1つは、生産規模が増大するときに処理されるバイオマスの体積が増大したとしても、高温ガスを処理チャンバ内に効率的かつ均一に分配することができることである。従来の焙焼反応炉は通常は改変の際の形状及び設計によって制限されるので、本発明において処理チャンバ内に追加の二重壁構造を導入することによるスケールアップのコストは、増大する生産規模に対処するための従来の焙焼反応炉の改変よりも比較的低い。本発明の装置は、スケールアップの場合に従来の焙焼反応炉に勝る他の利点を有し、それは、より多くの高温ガスを処理チャンバに向けるために多数の二重壁構造が導入されても、高温ガスの残りの部分を導くために、処理チャンバの垂直軸に沿って処理チャンバの中央に配置された少なくとも一つのみの有孔ダクトが必要なことであり、本発明の設計に基づく改変コストを大幅に削減できることを示唆する。また、有効性の観点から、スケールアップの場合にこの種の二重壁構造を導入することによって高温ガスをより均一に処理チャンバ内に分配することができ、本装置がより省エネであり、時間短縮され、バイオマスの処理における均質な製品品質を維持できることを示唆する。
バイオマス(10)は重力によって第1の処理段階から第2の処理段階へ移動し、その間の機械的または空気圧的な寄与を排除し、それによって保守、エネルギー、時間および費用を節約する。本発明の装置の処理チャンバ内で予備焙焼したバイオマスが第1の処理区画から第二処理区画へ移動するとき、有孔二重分離プレートの垂直空間を通過する。通過中のバイオマスによる有孔二重分離プレート(62)のいかなる孔の閉塞も回避するために、孔は、バイオマス(10)が通過できずに高温ガス(11、22)のみが通過できるように設計されている。この種の孔を有する有孔二重分離プレートの実施形態の1つを図9に示す。実線の矢印は高温ガスの流れを表し、影のない矢印はバイオマスが処理チャンバ内の第1の処理区画から第2の処理区画に移動する方向を表す。図9に示す実施形態では、孔(93)は、有孔二重分離プレートの間隙へのガスの流入または流出のみを可能にするように構成され、バイオマスまたは他の固体はそれらの孔を通過できない。そのような構成を有するために、実質的にガス透過性であるがバイオマスまたは他の固体に対して不透過性であるように、有孔二重分離プレートの壁の一部を穿孔することによって、有孔二重分離プレートの壁から延びるわずかに湾曲した突起部(93a)のようなキャップ様構造が作られ得る。また、本実施形態において、有孔二重分離プレートの壁を開口することによってそのように形成されたわずかに湾曲した突起は、気体透過性のみである孔状開口部(93b)が、第1の処理区画から第2の処理区画へのバイオマスの移動が突起(93a)によって阻止されるような方向に向くように突起させることができ、これにより、バイオマスが有孔二重分離プレートの孔(93a)を通過する可能性をさらに減少させる。この孔は、有孔二重分離プレートの前記壁を形成する金属材料のシートをスタンピング(打ち抜き/stamping)又はパンチ(punching out)することによって作られるのが好ましい。この種の孔はまた、高温ガスが処理チャンバ内および/または処理チャンバから流出することを可能にするために孔を必要とする本発明の他の部分、例えば、有孔ダクトまたは内側有孔壁にも適用することができる。
揮発性可燃性ガスを含む第1の処理段階から出た第1の高温ガス(11)の少なくとも一部は燃焼バーナー(400)に再循環され、熱交換を介して第1の処理段階が実行される第1の処理区画に再導入されるべき第1の高温ガス(11)を加熱するための煙道ガス(12)が生成され、揮発性可燃性ガスを含む第2の処理段階から出た第2の高温ガス(22)の少なくとも一部は、燃焼バーナー(400)に再循環され、熱交換を介して第2の処理段階が行われる第2の処理区画に再導入されるべき第2の高温ガス(22)を加熱するための煙道ガス(12)が生成さる。前記1つまたは複数の熱交換は、前記第1の高温ガスおよび前記第2の高温ガスを加熱するための前記煙道ガスのそれぞれについて同じでも異なっていてもよい。このように、前記第1および第2の処理段階または前記第1および第2の処理区画のための第1および第2の高温ガスを連続的に加熱するための追加の外部燃料は不要であり、これにより、バイオマスを処理するための自立プロセスまたは装置が提供される。
本発明の方法は、MISO原理に対処するために焙焼段階の前に均質ペレットまたはブリケットの形態で最初に緻密化段階を実施することによってバイオマスおよび他の同等の固体廃棄物、特に木質/農業バイオマス/固体廃棄物を処理するのに有用でありかつエネルギー効率が高く、これに限定はされないが、バインダーの使用を含む、焙焼バイオマスの緻密化後に関連する問題の大部分を排除した。さらに、本装置は、本方法を実施するためのものであるだけでなく、入力要素の均一な分配を必要とする方法、再循環高温ガスの連続供給を伴うリアルタイムでの制御および監視式処理チャンバ、及び/又は、最終製品の均一排出などの他の処理方法にも適用可能である。本装置はまた、熱および熱化学処理プロセスのための均一性、酸素、温度及び滞留時間のリアルタイム制御を必要とするコーヒー豆または他の農業用/非農業用材料のような要素を処理するのにも適している。
本発明の方法は、MISO原理に対処するために焙焼段階の前に均質ペレットまたはブリケットの形態で最初に緻密化段階を実施することによってバイオマスおよび他の同等の固体廃棄物、特に木質/農業バイオマス/固体廃棄物を処理するのに有用でありかつエネルギー効率が高く、これに限定はされないが、バインダーの使用を含む、焙焼バイオマスの緻密化後に関連する問題の大部分を排除した。さらに、本装置は、本方法を実施するためのものであるだけでなく、入力要素の均一な分配を必要とする方法、再循環高温ガスの連続供給を伴うリアルタイムでの制御および監視式処理チャンバ、及び/又は、最終製品の均一排出などの他の処理方法にも適用可能である。本装置はまた、熱および熱化学処理プロセスのための均一性、酸素、温度及び滞留時間のリアルタイム制御を必要とするコーヒー豆または他の農業用/非農業用材料のような要素を処理するのにも適している。
下記は、出願当初より本願に記載の発明である。
<請求項1>
バイオマス処理装置においてバイオマスを処理するための方法であって、
緻密化段階、
第1の処理段階、
第2の処理段階、及び
冷却処理段階を含み、
前記緻密化段階は、ある量の水分を含有する実質的に乾燥された小サイズ化されたバイオマスを連続式またはバッチ式のバイオマス処理装置に供給するステップと、前記バイオマスをペレットまたはブリケットの形態の緻密化されたバイオマスに形成するステップと、ペレットまたはブリケットの形態の前記緻密化されたバイオマスを前記第1の処理段階へ放出するステップを含み;
前記第1の処理段階は、前記ある量の水分を含有する前記緻密化されたバイオマスを第1滞留時間にわたって予備焙焼温度まで加熱することで、前記第1の処理段階における前記加熱によって前記水分を蒸発させることによって前記緻密化バイオマスが完全に乾燥させるステップと、前記予備焙焼したバイオマスを前記第2の処理段階に排出するステップを有し、
前記第2の処理段階は、前記予備焙焼されたバイオマスを第2滞留時間の間、焙焼温度まで加熱して焙焼バイオマスを形成するステップと、前記焙焼されたバイオマスを前記冷却処理段階に放出するステップを含み、
前記冷却処理段階は、前記焙焼されたバイオマスを冷却温度に冷却するステップを含み、
前記実質的に乾燥したおよび/または小サイズされたバイオマス中の前記水分の量は、バイオマスの全重量に対して8重量%から12重量%の範囲であり、
第1の高温ガスおよび第2の高温ガスが、それぞれ、上記予備焙焼温度および焙焼温度に達するように上記第1および第2の処理段階に供給される
ことを特徴とする方法。
<請求項2>
前記第1の処理段階または前記第2の処理段階に供給され、前記予備焙焼または焙焼バイオマスからの揮発性可燃性ガスを含有する前記第1の高温ガスまたは前記第2の高温ガスの少なくとも一部が、熱交換を介して前記第1の処理段階または前記第2の処理段階に供給される前記第1の高温ガスまたは前記第2の高温ガスを加熱するための煙道ガスを生成するために燃焼バーナーに再循環させるために前記第1の処理段階または前記第2の処理段階から再回収される、請求項1の方法。
<請求項3>
前記第1の高温ガスが少なくとも1つの第1の高温ガス入口を介して前記第1の処理段階に供給され、前記第1の処理段階に供給された後の残りの部分が次に前記第1の処理段階から少なくとも1つの第1の高温ガス出口を介して排出され、前記1つまたは複数の熱交換を介して前記第1の処理段階に再循環される、請求項2の方法。
<請求項4>
前記第2の高温ガスが少なくとも1つの第2の高温ガス入口を介して前記第2の処理段階に供給され、前記第2の処理段階に供給された後の残りの部分が次に前記第2の処理段階から少なくとも1つの第2の高温ガス出口を介して排出され、前記1つまたは複数の熱交換を介して前記第1の処理段階階に再循環される、請求項2の方法。
<請求項5>
前記第2の処理段階に供給される前記第2の高温ガスが、前記第1の処理段階に供給される前記第1の高温ガスの温度以下の温度を有する、請求項1に記載の方法。
<請求項6>
前記第1の高温ガスおよび前記第2の高温ガスが異なる体積百分率の酸素を含む、請求項1に記載の方法。
<請求項7>
前記第1の高温ガスが10体積%以下の酸素含有量である、請求項6に記載の方法。
<請求項8>
前記第2の高温ガスが、3体積%以下の酸素含有量である、請求項6に記載の方法。
<請求項9>
前記焙焼温度が前記予備焙焼温度以下である、請求項1に記載の方法。
<請求項10>
前記予備焙焼温度が260〜300℃の範囲である、請求項1に記載の方法。
<請求項11>
前記焙焼温度が240〜280℃の範囲である、請求項1に記載の方法。
<請求項12>
前記第2の滞留時間が前記第1の滞留時間以上である、請求項1に記載の方法。
<請求項13>
前記冷却温度が100℃未満である、請求項1に記載の方法。
<請求項14>
前記冷却温度がほぼ室温である、請求項1に記載の方法。
<請求項15>
前記冷却が、前記焙焼バイオマスを冷却ガスまたは水と直接接触させることによって行われる、請求項1に記載の方法。
<請求項16>
前記緻密化段階、前記第1の処理段階、前記第2の処理段階、および前記冷却段階で使用される条件を制御および監視するためのリアルタイムでの制御および監視ステップをさらに含み、前記条件は温度、滞留時間、酸素含有量、水分量、および/またはガス流量を含む、請求項1に記載の方法。
<請求項17>
前記第1および第2の処理段階が同じ処理チャンバ内で行われ、前記処理チャンバが連続式またはバッチ式の移動床反応器型である、請求項1に記載の方法。
<請求項18>
前記第1の高温ガスおよび第2の高温ガスが、高温ガス分配システムによって前記処理チャンバ全体に均一に分配される、請求項1に記載の方法。
<請求項19>
前記緻密化バイオマスが、前記第1の処理段階における前記緻密化バイオマスの前記加熱の前にバイオマス分配装置によって均等に分配される、請求項1に記載の方法。
<請求項20>
二重壁ハウジングを有する処理チャンバと、
前記処理チャンバの頂部に配置され、バイオマスを前記処理チャンバ内に供給するための少なくとも1つのガスシールバルブ入口と、
前記処理チャンバから最終生成物を排出するために前記処理チャンバの底部に配置された少なくとも1つのガスシールバルブ出口と、
前記ガスシール弁入口からバイオマスを均等に分配するためのバイオマス分配装置と、
前記ガスシールバルブ出口を介して排出する前に、焙焼後に、焙焼したバイオマスを均一に排出するためのバイオマス排出装置を有するバイオマス処理装置であって、
前記処理チャンバは、
バイオマスの予備焙焼および焙焼がそれぞれ行われる第1の処理区画および第2の処理区画と、
第1の高温ガスをそれぞれ第1の処理区画に供給し、そこから排出するために、前記第1の処理区画の頂部及び底部に配置される少なくとも1つの第1の高温ガス入口および少なくとも1つの第1の高温ガス出口と、
第2の高温ガスをそれぞれ第2の処理区画に供給し、そこから排出するために、前記第2の処理区画の底部及び頂部に配置される少なくとも1つの第2の高温ガス入口および少なくとも1つの第2の高温ガス出口を有し、
前記処理チャンバは、前記二重壁ハウジングを形成する内側有孔壁と外壁と、前記外壁と前記内側有孔壁との間に画定された内側周辺間隙と、高温ガス分配システムを形成する複数の有孔二重分離プレートと、前記処理チャンバの中央に配置された有孔ダクトを有し、前記内側有孔壁、前記有孔二重分離プレートおよび前記有孔ダクトは前記垂直軸に沿って前記処理チャンバの底部から頂部まで上方に延在する、バイオマス処理装置。
<請求項21>
前記第1の高温ガスは、ガスシールバルブ入口を介して処理チャンバ内に供給されたバイオマスを予備焙焼温度まで均一に加熱するために、前記第1の高温ガス入口を介して前記第1の処理区画に供給され、次いで前記二重壁ハウジングの前記内側周辺間隙および前記二重孔分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる、請求項20記載の装置。
<請求項22>
前記第2の高温ガスは、前記第1の処理区画からのバイオマスを焙焼温度まで均一に加熱するために、前記第2の高温ガス入口を介して前記第2の処理区画に供給され、次いで前記二重壁ハウジングの前記内側周辺間隙および前記二重孔分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる、請求項20に記載の装置。
<請求項23>
前記バイオマス分配装置が、モータによって駆動される回転ワイパーホイールに取り付けられてガスシールバルブ入口から来るバイオマスを均等に分配する少なくとも1つの回転ワイパーアームを含む、請求項20に記載の装置。
<請求項24>
前記二重壁ハウジングの前記間隙と前記第1の処理区画および前記第2の処理区画の前記有孔二重分離プレートの前記間隙とは、無孔仕切板によって隔てられている、請求項20に記載の装置。
<請求項25>
前記有孔二重分離プレート、前記治療チャンバの中央に配置された前記有孔ダクトに接続された少なくとも1つの第1の端部を有する、請求項20に記載の装置。
<請求項26>
前記有孔二重分離プレートが、前記内側有孔壁に接続された少なくとも1つの第2の端部をさらに備える、請求項20に記載の装置。
<請求項27>
前記有孔二重分離プレートが前記処理チャンバを少なくとも2つの垂直部分に分割するように前記処理チャンバ内に配置されている、請求項20に記載の装置。
<請求項28>
前記バイオマス排出装置が、少なくとも1つの回転モータによって駆動される2つの同軸回転ディスクを含み、
前記2つの同軸回転ディスクの各々は、交互に配置された星形の複数の開口部と複数のブロックとを含み、前記2つの同軸回転ディスクは、制御された出力速度に従って第2の処理チャンバからバイオマスを均等に排出するために、互いに同じ方向または反対方向に回転するように構成されており、前記2つの同軸回転ディスクはまた、同じ速度または異なる速度のいずれかで回転するように構成されている、請求項20に記載の装置。
<請求項29>
前記装置の異なる部分における滞留時間、温度、水分、流速、酸素含有量を含む条件をリアルタイムで制御および監視して前記条件が所定のレベルに維持されることを確実にするための制御装置をさらに含む、請求項20に記載の装置。
<請求項30>
前記第1の処理区画で使用される所定の温度が260〜300℃の範囲である、請求項20に記載の装置。
<請求項31>
前記第2の処理区画で使用される所定の温度が240〜280℃の範囲である、請求項20に記載の装置。
<請求項32>
前記第2の処理区画が、前記第1の処理区画の予備焙焼温度以下の焙焼温度を有する、請求項20に記載の装置。
<請求項33>
前記第2の処理区画が、前記第1の処理区画の高さと同じかそれより高い高さを有する、請求項20に記載の装置。
<請求項34>
前記バイオマスが、前記第2の処理区画内の期間と等しいかそれより短い期間、前記第1の処理区画内に存在する、請求項20に記載の装置。
<請求項35>
前記バイオマスが前記第1および第2の処理区画に存在する期間は、前記第1および第2の処理区画の相対的な高さおよび/または前記バイオマス排出装置によって制御される前記バイオマスの排出量に依存する、請求項34に記載の装置。
<請求項36>
前記第1の高温ガス出口および前記第2の高温ガス出口をそれぞれ介して、前記第1の処理区画及び前記第2の処理区画から放出された後の前記バイオマスからの揮発性の可燃性ガスを含有する前記第1の高温ガスおよび前記第2の高温ガスの一部を再循環させるための燃焼バーナーおよび1つまたは複数の熱交換器をさらに含み、
揮発性の可燃性ガスを含有する前記第1の高温ガスおよび前記第2の高温ガスの残りの一部を用いて、前記1つ以上の熱交換を介して前記第1の処理区画および前記第2の処理区画にそれぞれ供給される前記第1の高温ガスの一部および前記第2の高温ガスの一部を加熱するための煙道ガスを前記燃焼バーナーで生成する、請求項20に記載の装置。
<請求項37>
前記第1の処理区画が、前記第1の高温ガスの10体積%以下の酸素レベルに保たれる、請求項20に記載の装置。
<請求項38>
前記第2の処理区画が、前記第2の高温ガスの3体積%以下の酸素レベルに保たれる、請求項20に記載の装置。
<請求項39>
前記有孔二重分離プレートが星型、クモ型またはリング型に配置されている、請求項20に記載の装置。
<請求項40>
前記第1の処理区画内の前記予備焙焼後の前記バイオマスが、焙焼のために、重力によって前記第2の処理区画に移動される、請求項20に記載の装置。
<請求項41>
前記第1及び第2の高温ガスが、前記第1および第2の処理区画に効率的に供給され、前記第1および第2の処理区画内で均等に分配されるように、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および/または前記有孔ダクトが、気体のみを透過させる、前記バイオマスまたは他の固体を透過させないように構成される孔を含む、請求項20に記載の装置。
<請求項42>
前記孔のそれぞれが、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および/または前記有孔ダクトの壁から延びる突起であって、前記突起は、前記バイオマスが前記突起によって遮られる方向に向いた開口を前記突起が規定するように、前記壁の一部に穿孔することで形成される突起を有する、請求項41に記載の装置。
<請求項43>
前記突起を含む前記複数の孔を形成するための、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および/または前記有孔ダクトの壁の一部の開口形成が、一枚の金属材料の打ち抜き又はパンチによって行われる、請求項42に記載の装置。
Claims (43)
- バイオマス処理装置においてバイオマスを処理するための方法であって、
緻密化段階、
第1の処理段階、
第2の処理段階、及び
冷却処理段階を含み、
前記緻密化段階は、ある量の水分を含有する実質的に乾燥された小サイズ化されたバイオマスを連続式またはバッチ式のバイオマス処理装置に供給するステップと、前記バイオマスをペレットまたはブリケットの形態の緻密化されたバイオマスに形成するステップと、ペレットまたはブリケットの形態の前記緻密化されたバイオマスを前記第1の処理段階へ放出するステップを含み;
前記第1の処理段階は、前記ある量の水分を含有する前記緻密化されたバイオマスを第1滞留時間にわたって予備焙焼温度まで加熱することで、前記第1の処理段階における前記加熱によって前記水分を蒸発させることによって前記緻密化バイオマスが完全に乾燥させるステップと、前記予備焙焼したバイオマスを前記第2の処理段階に排出するステップを有し、
前記第2の処理段階は、前記予備焙焼されたバイオマスを第2滞留時間の間、焙焼温度まで加熱して焙焼バイオマスを形成するステップと、前記焙焼されたバイオマスを前記冷却処理段階に放出するステップを含み、
前記冷却処理段階は、前記焙焼されたバイオマスを冷却温度に冷却するステップを含み、
前記実質的に乾燥したおよび/または小サイズされたバイオマス中の前記水分の量は、バイオマスの全重量に対して8重量%から12重量%の範囲であり、
第1の高温ガスおよび第2の高温ガスが、それぞれ、上記予備焙焼温度および焙焼温度に達するように上記第1および第2の処理段階に供給される
ことを特徴とする方法。 - 前記第1の処理段階または前記第2の処理段階に供給され、前記予備焙焼または焙焼バイオマスからの揮発性可燃性ガスを含有する前記第1の高温ガスまたは前記第2の高温ガスの少なくとも一部が、熱交換を介して前記第1の処理段階または前記第2の処理段階に供給される前記第1の高温ガスまたは前記第2の高温ガスを加熱するための煙道ガスを生成するために燃焼バーナーに再循環させるために前記第1の処理段階または前記第2の処理段階から再回収される、請求項1の方法。
- 前記第1の高温ガスが少なくとも1つの第1の高温ガス入口を介して前記第1の処理段階に供給され、前記第1の処理段階に供給された後の残りの部分が次に前記第1の処理段階から少なくとも1つの第1の高温ガス出口を介して排出され、前記1つまたは複数の熱交換を介して前記第1の処理段階に再循環される、請求項2の方法。
- 前記第2の高温ガスが少なくとも1つの第2の高温ガス入口を介して前記第2の処理段階に供給され、前記第2の処理段階に供給された後の残りの部分が次に前記第2の処理段階から少なくとも1つの第2の高温ガス出口を介して排出され、前記1つまたは複数の熱交換を介して前記第1の処理段階階に再循環される、請求項2の方法。
- 前記第2の処理段階に供給される前記第2の高温ガスが、前記第1の処理段階に供給される前記第1の高温ガスの温度以下の温度を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の高温ガスおよび前記第2の高温ガスが異なる体積百分率の酸素を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の高温ガスが10体積%以下の酸素含有量である、請求項6に記載の方法。
- 前記第2の高温ガスが、3体積%以下の酸素含有量である、請求項6に記載の方法。
- 前記焙焼温度が前記予備焙焼温度以下である、請求項1に記載の方法。
- 前記予備焙焼温度が260〜300℃の範囲である、請求項1に記載の方法。
- 前記焙焼温度が240〜280℃の範囲である、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の滞留時間が前記第1の滞留時間以上である、請求項1に記載の方法。
- 前記冷却温度が100℃未満である、請求項1に記載の方法。
- 前記冷却温度がほぼ室温である、請求項1に記載の方法。
- 前記冷却が、前記焙焼バイオマスを冷却ガスまたは水と直接接触させることによって行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記緻密化段階、前記第1の処理段階、前記第2の処理段階、および前記冷却段階で使用される条件を制御および監視するためのリアルタイムでの制御および監視ステップをさらに含み、前記条件は温度、滞留時間、酸素含有量、水分量、および/またはガス流量を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1および第2の処理段階が同じ処理チャンバ内で行われ、前記処理チャンバが連続式またはバッチ式の移動床反応器型である、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の高温ガスおよび第2の高温ガスが、高温ガス分配システムによって前記処理チャンバ全体に均一に分配される、請求項1に記載の方法。
- 前記緻密化バイオマスが、前記第1の処理段階における前記緻密化バイオマスの前記加熱の前にバイオマス分配装置によって均等に分配される、請求項1に記載の方法。
- 二重壁ハウジングを有する処理チャンバと、
前記処理チャンバの頂部に配置され、バイオマスを前記処理チャンバ内に供給するための少なくとも1つのガスシールバルブ入口と、
前記処理チャンバから最終生成物を排出するために前記処理チャンバの底部に配置された少なくとも1つのガスシールバルブ出口と、
前記ガスシール弁入口からバイオマスを均等に分配するためのバイオマス分配装置と、
前記ガスシールバルブ出口を介して排出する前に、焙焼後に、焙焼したバイオマスを均一に排出するためのバイオマス排出装置を有するバイオマス処理装置であって、
前記処理チャンバは、
バイオマスの予備焙焼および焙焼がそれぞれ行われる第1の処理区画および第2の処理区画と、
第1の高温ガスをそれぞれ第1の処理区画に供給し、そこから排出するために、前記第1の処理区画の頂部及び底部に配置される少なくとも1つの第1の高温ガス入口および少なくとも1つの第1の高温ガス出口と、
第2の高温ガスをそれぞれ第2の処理区画に供給し、そこから排出するために、前記第2の処理区画の底部及び頂部に配置される少なくとも1つの第2の高温ガス入口および少なくとも1つの第2の高温ガス出口を有し、
前記処理チャンバは、前記二重壁ハウジングを形成する内側有孔壁と外壁と、前記外壁と前記内側有孔壁との間に画定された内側周辺間隙と、高温ガス分配システムを形成する複数の有孔二重分離プレートと、前記処理チャンバの中央に配置された有孔ダクトを有し、前記内側有孔壁、前記有孔二重分離プレートおよび前記有孔ダクトは前記垂直軸に沿って前記処理チャンバの底部から頂部まで上方に延在する、バイオマス処理装置。 - 前記第1の高温ガスは、ガスシールバルブ入口を介して処理チャンバ内に供給されたバイオマスを予備焙焼温度まで均一に加熱するために、前記第1の高温ガス入口を介して前記第1の処理区画に供給され、次いで前記二重壁ハウジングの前記内側周辺間隙および前記二重孔分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる、請求項20記載の装置。
- 前記第2の高温ガスは、前記第1の処理区画からのバイオマスを焙焼温度まで均一に加熱するために、前記第2の高温ガス入口を介して前記第2の処理区画に供給され、次いで前記二重壁ハウジングの前記内側周辺間隙および前記二重孔分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる、請求項20に記載の装置。
- 前記バイオマス分配装置が、モータによって駆動される回転ワイパーホイールに取り付けられてガスシールバルブ入口から来るバイオマスを均等に分配する少なくとも1つの回転ワイパーアームを含む、請求項20に記載の装置。
- 前記二重壁ハウジングの前記間隙と前記第1の処理区画および前記第2の処理区画の前記有孔二重分離プレートの前記間隙とは、無孔仕切板によって隔てられている、請求項20に記載の装置。
- 前記有孔二重分離プレート、前記治療チャンバの中央に配置された前記有孔ダクトに接続された少なくとも1つの第1の端部を有する、請求項20に記載の装置。
- 前記有孔二重分離プレートが、前記内側有孔壁に接続された少なくとも1つの第2の端部をさらに備える、請求項20に記載の装置。
- 前記有孔二重分離プレートが前記処理チャンバを少なくとも2つの垂直部分に分割するように前記処理チャンバ内に配置されている、請求項20に記載の装置。
- 前記バイオマス排出装置が、少なくとも1つの回転モータによって駆動される2つの同軸回転ディスクを含み、
前記2つの同軸回転ディスクの各々は、交互に配置された星形の複数の開口部と複数のブロックとを含み、前記2つの同軸回転ディスクは、制御された出力速度に従って第2の処理チャンバからバイオマスを均等に排出するために、互いに同じ方向または反対方向に回転するように構成されており、前記2つの同軸回転ディスクはまた、同じ速度または異なる速度のいずれかで回転するように構成されている、請求項20に記載の装置。 - 前記装置の異なる部分における滞留時間、温度、水分、流速、酸素含有量を含む条件をリアルタイムで制御および監視して前記条件が所定のレベルに維持されることを確実にするための制御装置をさらに含む、請求項20に記載の装置。
- 前記第1の処理区画で使用される所定の温度が260〜300℃の範囲である、請求項20に記載の装置。
- 前記第2の処理区画で使用される所定の温度が240〜280℃の範囲である、請求項20に記載の装置。
- 前記第2の処理区画が、前記第1の処理区画の予備焙焼温度以下の焙焼温度を有する、請求項20に記載の装置。
- 前記第2の処理区画が、前記第1の処理区画の高さと同じかそれより高い高さを有する、請求項20に記載の装置。
- 前記バイオマスが、前記第2の処理区画内の期間と等しいかそれより短い期間、前記第1の処理区画内に存在する、請求項20に記載の装置。
- 前記バイオマスが前記第1および第2の処理区画に存在する期間は、前記第1および第2の処理区画の相対的な高さおよび/または前記バイオマス排出装置によって制御される前記バイオマスの排出量に依存する、請求項34に記載の装置。
- 前記第1の高温ガス出口および前記第2の高温ガス出口をそれぞれ介して、前記第1の処理区画及び前記第2の処理区画から放出された後の前記バイオマスからの揮発性の可燃性ガスを含有する前記第1の高温ガスおよび前記第2の高温ガスの一部を再循環させるための燃焼バーナーおよび1つまたは複数の熱交換器をさらに含み、
揮発性の可燃性ガスを含有する前記第1の高温ガスおよび前記第2の高温ガスの残りの一部を用いて、前記1つ以上の熱交換を介して前記第1の処理区画および前記第2の処理区画にそれぞれ供給される前記第1の高温ガスの一部および前記第2の高温ガスの一部を加熱するための煙道ガスを前記燃焼バーナーで生成する、請求項20に記載の装置。 - 前記第1の処理区画が、前記第1の高温ガスの10体積%以下の酸素レベルに保たれる、請求項20に記載の装置。
- 前記第2の処理区画が、前記第2の高温ガスの3体積%以下の酸素レベルに保たれる、請求項20に記載の装置。
- 前記有孔二重分離プレートが星型、クモ型またはリング型に配置されている、請求項20に記載の装置。
- 前記第1の処理区画内の前記予備焙焼後の前記バイオマスが、焙焼のために、重力によって前記第2の処理区画に移動される、請求項20に記載の装置。
- 前記第1及び第2の高温ガスが、前記第1および第2の処理区画に効率的に供給され、前記第1および第2の処理区画内で均等に分配されるように、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および/または前記有孔ダクトが、気体のみを透過させる、前記バイオマスまたは他の固体を透過させないように構成される孔を含む、請求項20に記載の装置。
- 前記孔のそれぞれが、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および/または前記有孔ダクトの壁から延びる突起であって、前記突起は、前記バイオマスが前記突起によって遮られる方向に向いた開口を前記突起が規定するように、前記壁の一部に穿孔することで形成される突起を有する、請求項41に記載の装置。
- 前記突起を含む前記複数の孔を形成するための、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および/または前記有孔ダクトの壁の一部の開口形成が、一枚の金属材料の打ち抜き又はパンチによって行われる、請求項42に記載の装置。
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