JP6418478B2 - 水とリグノセルロース含有物の固液混合物から、素材、燃料、腐植質、または、メイラードまたはメイラード類似反応生成物を製造するための製造方法 - Google Patents
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Description
化石燃料の燃焼による二酸化炭素排出が気候変動の主要因である。
1.密度、粒径、湿度、純度、炭素、鉱物、塩基成分等、原材料の成分と特性
2.固相・液相比、ないし乾燥質量と処理水
3.温度、圧力、さらにこれら変数の変動幅.
4.触媒:選択、成分、濃度、粒径、混合比、投入タイミング。反応は、反応経過中後期に触媒ないし触媒混合物を添加することにより、加速ないし制限できる。これにより反応生成物の特性に影響を与えることができる。最終生産物の形態付与と構造化に中心的役割を果たすのは、金属触媒の粒径である。反応速度は酸度(pKs値)による影響が大きい。
5.熱交換システムと温度調節の速度、pH値、濃度比、処理水においても同様。
6.例えば加水分解による、反応混合物の材質または化学的変化:特に、変換反応中の密度と脆さの増大。
7.重合速度、即ち、重合速度が速いほど、反応生成物の純度が高い。
8.攪拌とエネルギー入力の方法、流速、裁断力、混合間隔、その時点。
9.処理水:塩基塩濃度、酸、塩素、硫黄、およびこれらの塩、金属、鉱物、さらにリンおよび窒素結合を含む要素。稼動中のプロセス中またはその外部での処理水浄化プロセス。
10.反応の進行を妨害する、遅らせる、滞留させるまたは沈殿から目的以外の副産物を発生させる砂または物質からなる障害物の濃度。
11.本出願に記載される各プロセス・ステップの強度と継続時間を含む実施の仕方。
12.緩和および混合システムの選択、組合せ、総合的作用、制御。
13.処理水および素材投入ないし排出による可変反応量所要調節の考慮も含み、処理水浄化と投入の選択、組合せ、パフォーマンス、効率。
1.バイオマス、原材料、原材料、触媒および水の調達
2.前処理
3.搬送システムまたは容器内への原材料の移送
4.各加工または処理に適す容器への原材料移送
5.原材料の脱水または乾燥
6.原材料の粉砕と、必要なら触媒の粉砕
7.金属/障害物質の除去
8.触媒特に酸によるインキュベーション
9.1種または追加的に複数の触媒の混合
10.バイオマスの予備加熱
11.リアクター内への投入等の際の圧縮
12.圧力容器または反応空間内への投入
13.加熱
14.処理水の浄化処理とエアー浄化
15.反応空間からの反応生成物の排出
16.反応混合物からの反応、中間生成物、副産物、または最終生成物の分離
17.目的とする反応生成物の乾燥
18.目的とする反応生成物の粉砕
19.目的とする反応生成物の冷却
20.調製
21.特に熱変換によるエネルギー取得。
1.加速された駆動放射と流体放射により発生した乱流は、連続的流体と分散した固相との間で高い相対速度となる。
2.より頻繁に粒子間衝突、さらに粒子と壁面との衝突も発生する。
3.粒子がより集中的に混合される。
4.反応混合物と流体との熱交換が加速する
5.堆積が最小化する。
6.反応プロセス中に例えば水と反応物の添加を制御できる。
静的沈降濃縮装置は、重力の作用による水分削減に、機械的自動回転装置ないし汚泥処理装置例えば定置型沈降濃縮装置または通過沈降濃縮装置をともなうまたはともなわずに、利用される。投入量調節は注入装置に行わせることができる。対応する大容量であれば、当該装置は、濃縮された計量された混合物を、複数の装置に均一に投入できる。当該沈降濃縮装置はさらに直接乾燥装置に統合できる。漏斗型構造のレイアウトによれば乾燥装置に直接、混合物を投入でき、有利である。プロセスサイズに対応する調節を行うと、外部設置が不要になる。代替的には濃縮する混合物を圧力下で凹面篩表面またはないし器型篩に投下できる。この際発生する遠心力は液体の一部を篩のスリットを通して排出する。濃縮された混合物は篩レールの終端で回収され、乾燥装置に投入される。さらに有利な機械的分離プロセスは、その中で固形物と液体が遠心力加速により分離される遠心機である。下部から出る濃縮された混合物は乾燥装置に投入されて、処理されたないし浄化された液体は上部を流れて遠心機から放出される。事前に設置され調整済沈降濃縮装置と中間に設置する計量装置を用いて、乾燥装置へ連続的最適投入を確保できる。この点は特にプッシャー遠心分離機を乾燥に用いると有意義である。プッシャー遠心分離機は運転安全性が高く、粒状固形物の除湿と洗浄に適す。
・原材料、処理水を含む水、反応生成物、中間生成物、副産物、または最終生成物、特に燃料、炭素含有素材、腐植質またはメイラードないしバイオマスからのメイラード類似反応生成物等の加工・処理プロセス、これには粉砕、乾燥、脱水、調製、浄化または乾燥、特に金属製物質等の金属・障害物質除去プロセスを含み、例えば遠心分離機、インキュベーター、攪拌・混合システム、ポンプ、加熱、水蒸気投入、熱交換器プロセス、圧縮、搬送・輸送プロセス、処理水、水、排水の浄化とエアー浄化、固液分離プロセス、冷却、次の加工過程用調製、エネルギー回収を含む。
金属特にアルミ、ケイ素鉄、食料特にミルク加工、ビール生産、さらに温室と
果実加工をともなうともなわないに関わらず庭園農作等の、工業規模での生産、加工、処理事業
・施肥、肥料の生産・加工業とタイヤリサイクル設備
・化学工業事業場と生産工場、特に酸素、窒素、アルゴンを含む気体および液体状の空気成分およびその他の素材由来の製品生産と加工
・浄水・脱塩設備、特に逆浸透の使用によるもの、または
・製油設備、精製所、エタノール生産設備
石炭火力発電所なかでも特にIGCC−コンセプト、石炭ガス化の統合を含み、優先的には石炭粉末発電所、特に流動床ファーネス、とりわけコンビプロセスによる加圧定置型流動床ファーネス(DWSF)、特に優先的には圧力石炭粉末ファーネス(DKSF)によるコジェネ発電所
ガス発電所
燃料電池であって、メタノール、石炭、石油、ガスを含む各種の燃料を使用するもの
バイオマス発電所、または
ソーラー発電所
炭素含有量が等しい他の自然界に存在する炭素結合に比較して導電性が向上
泥炭から石炭類似燃料
等価炭素含有量の慣用または化石燃料より揮発性が低い成分
燃焼による灰形成が少ない、窒素、イオウ、硝酸塩、重金属等の含有率が低い、すなわち、等価炭素含有量の高いこれらと匹敵する化石燃料におけるよりも、自然発火点が低くなる。
等価炭素含有量の高いこれらと匹敵する化石燃料におけるよりも、燃焼から発生する燃焼排ガス成分有害度が極めて低い
風化を減少する
ミミズその他の地中生物の栄養になる
夏には地中温度を下げ、冬には上げる。
植物が耐えるようにゆっくり供給するので植物の養分になる
土地が水分をスポンジのように貯蔵できるようにし、蒸発を最小限に止める
石灰と有機肥料を与える際地中の化学的変化プロセスを制御する
ミネラルを放出するために高塩基性土地が中和される有機酸が無い
アンモニアとその他の窒素化合物を互換性のある再利用できる形で貯蔵する
プロセス管理により保水性を増大でき、自然界の腐植質または泥炭よりかなり高くなる。4倍に及ぶこともある。
燃焼特性に関しては、反応生成物の上述された熱水炭化特性が該当する。
最適なプロセス管理、特に、反応混合物,内部の固相・液相間の濃度勾配により、腐植質中の特定の物質を濃縮できる。CO2結合素材ないし肥料として腐植質の変換を行う際必要条件である。
バイオマスからは、本発明による方法の応用により、泥炭、石炭、石炭類似燃料を生産できる。
熱量はプロセス管理、特に反応時間に依存する。熱量はリアクター内の反応時間ないし経過時間とともに増大する。
等価炭素含有量の慣用または化石燃料より揮発性が低い
石炭に至るまでのエネルギー歩留率は0.7〜0.95。炭水化物シェアが低いほど、エネルギー取得量は高い。
90〜95%のリグニンないしバクテリアバイオマスも処理できる
当該燃料は、炭素含有量が同じく高い匹敵化石燃料より反応性が高く、自然引火点が低い。
褐炭または石炭等の化石燃料は、熱水炭化工程から本発明による方法で生産される燃料(燃料)に比べて、類似の熱量を呈示するが、当該燃料からは、組成と特性が顕著に異なる。
化石石炭の各種クラスと種類は、生産地と採掘地域に応じて、極めて異なる化学的組成と特性を有するため、各石炭種が個別にばらばらの特性を有する。例えば化石系ラウジツ産褐炭原石の熱量は、8700kJ/kg、水分約56%、硫黄成分約0.7%、灰成分約4.5%である。当該燃料の水分、イオウ分、灰成分は少なくても熱量は原則として2万kJ/kgある。水分含有率とは関係なく、1Kgの化石系ラウジツ産褐炭原石で1kwH電力を発生できるが、同じ分量の当該燃料からは、その二倍以上の電力を生産できる。
化石石炭とは対照的に、本発明に係る材料または燃料には、十分実証可能な濃度のメイラード反応生成物が含まれる。指標としてNε−(カルボキシメチル)リジン(CML)が確立している。反応生成物の液相でも固相でもこの結合を実証できる。濃度0.2から1.5mmol/mol以上のリジンが計測されたが、この際、液相では固相より高いシェアとなった。しかし濃度分布は原材料、反応条件、プロセス管理に依存する。
化石石炭は、採掘後は塊状に積まれるか、または、採掘深度によっては比較的高密度の擬集塊状として存在するため、粉砕には多くのエネルギーを要する。さらに乾燥されて、石炭粉砕装置に投入され、ファインな褐炭塵芥まで粉砕される。これに反して、当該原料または燃料は工程終了後に、小粒の粒子原則として1mmから30ナノメーターサイズとして存在し、表面積が広いので乾燥も容易である。当該燃料の調製、特に乾燥に要するエネルギー量は固形の化石石炭よりはるかに小さい。
特に当該燃料の燃焼特性は化石石炭種に対してばかりではなく、再生可能原料由来の、従来利用されてきた大部分の燃料に対しても、ローコストである。少なくとも1個の、通常は複数のまたは全ての以下のパラメーターは、特に原材料ないし代替的化石系またはバイオマス燃料に対して、当該燃料では無くなる。微量灰成分、微量の塩素、硝酸塩、イオウ、重金属、さらに微小な塵芥・粒子灰燼、気体状の例えば窒素酸化物と硫酸等の有害物質。この点は当該燃料の圧縮加工された、ブリケットとペレット等の形態にも該当する。
当該燃料品質と燃焼特性は、原材料ないし原材料混合物、プロセス管理、触媒混合物、処理水の組成に依存する。
脂肪とエネルギー量の割合が高い原材料は、高い熱量を有する燃料を生む。例えば、加工過程では、特に適したヘドロの熱量は34〜36MJ/kgを到達可能である。
熱量30〜33MJ/kgの当該燃料の燃焼後の灰成分は、熱量17〜20MJ/kgの原材料より75%以上少ない。
熱量30〜33MJ/kgの当該燃料の燃焼後の硫黄成分は、熱量17〜20MJ/kgの原材料より最大50%以上少ない。
微粒灰燼とガス排出量は原材料より少ない。
燃焼結果はプロセス管理、調製に依存する燃料品質、リアクター技術の三位一体に依存する。
当該燃料は原材料と触媒の組成およびプロセス管理に関して特性を計算して制御できる金一な燃料である。
当該燃焼特性の既述の相違のほかに、以上は、石炭、褐炭または泥炭等の化石燃料からの追加的な差別化点である。
純粋、高純度石炭または超純度石炭類似物質も本発明に係る製品に含まれる。原材料に対してまず鉱物性物質が減少したことに起因する有利な特性を有する。純粋石炭とは、とりわけ、石炭の可燃部分を指し、高純度石炭としては活性炭も含める。超純度石炭には、例えば0.1重量%未満の鉱物含有量であるものを意味する。
本発明による方法による反応生成物由来粒子と塵芥からのブリケット生産(ブリケット、塵芥)
ブリケットの高強度と密度をはじめ、すばやい点火と良好な燃焼進行は、ブリケットの最も重要な特長である。
深み約1cmから2cm、傾斜角30から70度の強度の十字断面により、火炎空間内の気流が改善することで点火がよくなり、表面固有面積が増大するので、ブリケットが良好に燃え尽きる。
安定性と燃焼進行を支持するのは、本発明に従い生産された粉砕塵芥対セルロースないしリグニン含有構成要素の混合比である。
熱量25〜30MJ/kgの塵芥対小型薪材ないしウッドチップの概算比率は、約53:47さらに58:42または優先的64:36である。この際小型薪材ないしウッドチップの水分は約10%でありうる。粒子は2mmを超えず、または1.5mmとより小さくさらに1mm未満でもよい。
熱量22〜25MJ/kgの塵芥対藁の概算比率は、61:39さらに66:44または72:28である。この際小型薪材ないしウッドチップの水分は約10%でありうる。粒子は2mmを超えず、または1.5mmとより小さくさらに1mm未満でもよい。
上記の各比率に応じて、塵芥は、セルロースとリグニン成分が等価である泥炭と混成してブリケットに加工される。
泥炭はセルロースとリグニン成分を等価にして、そのままブリケットに加工できる。
当該塵芥と、セルロースとリグニン含有追加物質ないし泥炭は共にまたは単独で例えば2mmのConidur(登録商標)排出篩付の、ブローノーズ製粉機で集中的に混合される。
圧縮圧力は100MPa以上、さらに120MPa以上または140MPa以上である。
圧縮温度は80℃で90℃を超えないほうが良い。
大きさは250x60x50mm
ブリケットのかさ密度は約0.95〜1.15g/立方メートル。
本発明による方法における反応生成物からのペレットの生産(ペレット)は、湿式ペレット化の後擬集乾燥工程を優先的に用いる工程である。当該プロセスは異なる熱量の燃料からペレットを比較的ローコストで生産するために適す。
ペレットで、市販自動リアクターシステム内で良好な燃焼結果を得ることができる。
この際小型燃焼設備用規定の排気規格が満たされる。
前提条件は、小粒で可及的に同形状の燃料の供給である。
当該ペレットは直径3mmから7mm、優先的には4mmから6mmとする。長さは5から45mmである。高い強度、塵芥がほぼ無い、耐水性を示し、計量が容易である。
当該ペレットは全自動ペレットオーブンまたは鍋内に連続的に投入されそこで調節されて燃焼する。
最適条件下で均一に可及的完全燃焼により、高い熱変換効率を有害物質排気を極小化して達成できる。
25MJ/kg以上さらに27MJ/kg以上の高熱量の場合には、結合材と燃焼加速剤特に壁紙用糊、草原草、藁、その他リグノセルロース含有バイオマスを投入する。
熱量25〜30MJ/kgの塵芥と対小型薪材ないしウッドチップまたはリグノセルロース含有バイオマスの概算比率は、81:19さらに85:15さらに優先的には89:11。
熱量22〜25MJ/kgの塵芥対対小型薪材ないしウッドチップまたはリグノセルロース含有バイオマスの概算比率は、87:13さらに90:10さらに93:7である
リグノセルロース含有バイオマスのシェア最大30%程度までは例えば壁紙糊で大体できる。
小型薪材ないしウッドチップまたは他のリグノセルロース含有バイオマスの水分は、12から14%でありえる。
当該粒子はこの際、2mmを超えず、さらに1.5mmより小さく、さらに1mmより小さくてもよい。
上記の各比率に従って、塵芥はセルロースとリグニン等価成分からなる泥炭とともにペレットに加工される。
泥炭はさらにセルロースとリグニン等価成分で単独にペレットに加工することができる。
当該塵芥とリグノセルロース含有添加剤ないし泥炭は共にまたは単独に集中的に、例えば、2mmのConidur(登録商標)排出篩があるブローノーズ製粉機で集中的に混合される。
圧縮圧力は100MPa以上、さらに120MPa以上または140MPa以上である。
圧縮温度は80℃で90℃を超えないほうが良い。
特に化石燃料由来ペレットに反して、ペレットの最も重要な改善は燃焼特性の向上により生じるもので、石炭灰の焼結進行、灰除去方法(原則として灰成分に対する)、燃焼プレートのサイズ領域にある。
ペレット形状の場合:燃料は原則としてペレットオーブン、ペレット槽または設置バーナーにより、さらに自動的燃料投入により実施される。原則として市販燃焼設備を用いてよい。燃焼特性改善のために、本発明に従う燃焼設備の次の部分を、燃焼特性の変化に適合できる。
Claims (1)
- 水、および、リグノセルロース含有バイオマス成分の固液混合物から、泥炭ないし泥炭類似物質を含む燃料、または、腐植質を製造するための製造方法であって、
少なくとも1種類の原材料ないし固液混合物に、0.1〜3.0%の濃度の無機酸が含まれる補助材料を用いた培養による前処理、および、水分除去、および/または、粉砕、および/または、攪拌、および/または、予備加熱による前処理をおこなった後、
温度100〜300℃、圧力5bar以上、少なくても3時間で、固液混合物を処理することを特徴とする製造方法。
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