MX2014013561A

MX2014013561A - Carbon biogenico activado y metodos de fabricacion y uso del mismo.

Info

Publication number: MX2014013561A
Application number: MX2014013561A
Authority: MX
Inventors: James A Mennell; Daniel J Despen
Original assignee: Biogenic Reagent Ventures Llc
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2015-05-11
Also published as: EP3653570A1; PL2847127T3; JP2019206475A; EP4292981A1; US20150144831A1; HRP20201795T1; EP2846897A4; EP2847126A1; JP2021100911A; US20210009427A1; JP7392012B2; BR112014027978A2; JP2023116590A; LT2847127T; JP2015520726A; EP3702325A1; EP2846897A2; CA2873040C; JP2015520671A; EP2847127B1

Abstract

La presente invención se refiere a composiciones de carbón biogénico activado descritas en este documento que comprenden al menos 55% en peso de carbono, algo del cual puede estar presente como grafeno, y tienen áreas superficiales altas, como por ejemplo número de Yodo superiores a 2000. Algunas modalidades proporcionan carbón biogénico activado que es sensible a un campo magnético. Un proceso continuo para producir carbón biogénico activado comprende poner en contacto a contracorriente, por medios mecánicos, una materia prima con una corriente de vapor que comprende un agente de activación que incluye agua y/o dióxido de carbono; extraer el valor de la zona de reacción; reciclar al menos algo de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, a la admisión de la(s) zona(s) de reacción como carbón biogénico activado.

Description

CARBÓN BIOGÉNICO ACTIVADO Y MÉTODOS DE FABRICACIÓN Y USO DEL MISMO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente descripción se refiere en general a procesos, sistemas y aparatos para la producción de carbón biogénico activado, a carbón biogénico activado y a los usos de carbón biogénico activado incluyendo el control de las emisiones.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El carbón activado fue producido comercialmente por primera vez a principios del siglo 20 y se utilizó inicialmente para decolorar el azúcar, a continuación, después de eliminar el sabor y olor del agua. El carbón activado granular fue desarrollado primero para máscaras de gas y se ha utilizado posteriormente para una variedad de propósitos adicionales, tales como la recuperación del disolvente y la purificación del aire. Los procesos para producir carbón activado generalmente requieren grandes insumos de energía y sufren de bajos rendimientos. La mayoría de procesos requieren dos etapas distintas: la pirólisis de la materia prima carbonosa, seguido por la activación de los sólidos pirolizados. La pirólisis típicamente consiste en calentar directamente el sustrato carbonoso en un ambiente REF.: 252398 bajo en oxígeno. La activación generalmente implica la aplicación de vapor de agua o dióxido de carbono para aumentar la superficie de los sólidos pirolizados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En una modalidad, la presente descripción proporciona una composición de carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso nitrógeno; en donde la composición de carbón activado se caracteriza por un índice de yodo superior a aproximadamente 500, y, opcionalmente, en el que la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona una composición de carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso nitrógeno; en donde la composición de carbón activado se caracteriza por un índice de yodo superior a aproximadamente 500, y, opcionalmente, en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona una composición de carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos de hidrógeno, menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno y de aproximadamente 0.0001% en peso a aproximadamente 5% en peso de hierro; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno, en donde la composición de carbón activado se caracteriza por un índice de yodo superior a aproximadamente 500, y en el que la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona una composición de carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos de hidrógeno, menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno y de aproximadamente 0.1% en peso a aproximadamente 5% en peso de hierro; en donde la composición de carbón activado se caracteriza por un índice de yodo superior a aproximadamente 500, y en el que la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona una composición de carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso nitrógeno; composición de carbón activado en el que se caracteriza por un índice de yodo superior a aproximadamente 500, y en donde al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un producto que contiene grafeno biogénico que se caracteriza por un índice de yodo superior a aproximadamente 500.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona una composición que comprende grafeno, en el que el grafeno se deriva de una composición de carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un proceso continuo para producir carbón biogénico activado, comprendiendo el procedimiento: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono que comprende la biomasa; (b) opcionalmente, secar la materia prima para eliminar al menos una parte de la humedad de la materia prima; (c) en una o más zonas de reacción se calentó indirectamente, mecánicamente a contracorriente en contacto la materia prima con una corriente de vapor que comprende un gas sustancialmente inerte y un agente de activación que comprende al menos uno de agua o dióxido de carbono, para generar sólidos, vapores condensables, y no gases no condensables, en donde los vapores condensables y los gases no condensables entran en la corriente de vapor; (d) retirar al menos una porción de la corriente de vapor de la zona de reacción, para generar una corriente de vapor separado; (e) recielar al menos una porción de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, la materia prima antes de la etapa (c) y/o a una entrada de gas de la(s) zona(s) de reacción; y (f) recuperar al menos una parte de los sólidos de la(s) zona(s) de reacción como carbón biogénico activado.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un proceso continuo para producir carbón biogénico activado, comprendiendo el procedimiento: (a) proporcionar una materia prima que comprende la biomasa que contiene carbono de partida; (b) secar opcionalmente la materia prima que contiene carbono para eliminar al menos una porción de la humedad de la misma; (c) en una o más zonas de reacción se calentó indirectamente, mecánicamente transportar la materia prima y en contracorriente en contacto la materia prima con una corriente de vapor que comprende un gas sustancialmente inerte y un agente de activación que incluye al menos uno de agua o dióxido de carbono, para generar los sólidos, los vapores condensables y gases no condensables, en donde los vapores condensables y los gases no condensables entran en la corriente de vapor; (d) retirar al menos una porción de la corriente de vapor de la zona de reacción, para generar una corriente de vapor separado; (e) introducir un líquido que contiene carbono o corriente de vapor de una fuente externa a la materia prima antes de la etapa (c) y/o a una entrada de gas de la(s) zona(s) de reacción; y (f) recuperar al menos una parte de los sólidos de la(s) zona(s) de reacción como carbón biogénico activado.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un proceso continuo para la producción de carbón biogénico activado que contiene grafeno, comprendiendo el procedimiento: (a) proporcionar una materia prima de biomasa que comprende que contiene carbono de partida; (b) opcionalmente, secar la materia prima que contiene carbono para eliminar al menos una porción de la humedad a partir de la materia prima que contiene carbono; (c) en una o más zonas de reacción se calentó indirectamente, mecánicamente transportar la materia prima y en contracorriente en contacto la materia prima con una corriente de vapor que comprende un gas sustancialmente inerte y un agente de activación que incluye al menos uno de agua o dióxido de carbono, para generar los sólidos, los vapores condensables y gases no condensables, en donde los vapores condensables y los gases no condensables entran en la corriente de vapor; (d) retirar al menos una porción de la corriente de vapor de la zona de reacción, para generar una corriente de vapor separado; (e) recielar al menos una porción de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, la materia prima antes de la etapa (c) y/o a una entrada de gas de la(s) zona(s) de reacción; y (f) recuperar al menos una parte de los sólidos de la(s) zona(s) de reacción, en el que los sólidos incluyen carbón biogénico activado que contiene grafeno.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un proceso continuo para la producción de carbón biogénico activado que contiene grafeno, comprendiendo el procedimiento: (a) proporcionar una materia prima de biomasa que comprende que contiene carbono de partida; (b) opcionalmente, secar la materia prima que contiene carbono para eliminar al menos una parte de la humedad de la materia prima; (c) en una o más zonas de reacción se calentó indirectamente, mecánicamente transportar la materia prima y en contracorriente en contacto la materia prima con una corriente de vapor que comprende un gas sustancialmente inerte y un agente de activación que comprende al menos uno de agua o dióxido de carbono, para generar sólidos, vapores condensables y gases no condensables, en donde los vapores condensables y los gases no condensables entran en la corriente de vapor; (d) retirar al menos una porción de la corriente de vapor de la zona de reacción, para generar una corriente de vapor separado; (e) recielar al menos una porción de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, a la materia prima antes de la etapa (c) y/o a una entrada de gas de la(s) zona(s) de reacción, para aumentar el área de superficie del carbono en los sólidos; y (f) recuperar al menos una parte de los sólidos de la(s) zona(s) como carbón biogénico activado, en el que el carbón biogénico activado comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno, en el que al menos una porción del carbón biogénico activado está presente en la forma de grafeno, en donde la composición de carbón biogénico activado se caracteriza por un índice de yodo superior a aproximadamente 500, y en donde el carbón biogénico activado es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un método para reducir o eliminar al menos un contaminante a partir de una corriente de emisión en fase gaseosa, comprendiendo el método: (a) proporcionar una corriente de emisiones en fase gaseosa que comprende al menos un contaminante; (b) poner en contacto las emisiones en fase gaseosa con un flujo de partículas de carbón activado y aditivos que comprenden una composición de carbón biogénico activado para generar partículas contaminantes adsorbidos; y (c) separar al menos una porción de las partículas contaminantes adsorbidas a partir de las emisiones en fase gaseosa de flujo para producir una corriente de emisión de gases de fase reducido de contaminantes.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso de una composición de carbón biogénico activado para reducir las emisiones de mercurio, comprendiendo el método: (a) proporcionar una corriente de emisiones de fase gaseosa que comprende mercurio; (b) poner en contacto la fase gaseosa de flujo de las emisiones con partículas de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado que comprende hierro o un compuesto que contiene hierro para generar partículas de carbono de mercurio adsorbido; y (c) separar al menos una porción de las partículas de carbono de mercurio adsorbido desde las emisiones de gas de la fase de flujo usando precipitación electrostática, para producir una corriente de emisiones de mercurio en fase gaseosa reducido.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un proceso para producir energía que comprende: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono que comprende una composición de carbón biogénico activado; y (b) oxidar la materia prima para generar energía y una corriente de emisiones en fase gaseosa que comprende al menos un contaminante, donde la composición de carbón biogénico activado adsorbe al menos una porción de la al menos un contaminante que contiene carbono.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso de una composición de carbón biogénico activado para purificar un líquido, comprendiendo el método: (a) proporcionar un líquido que comprende al menos un contaminante; y (b) poner en contacto las partículas líquidas con un aditivo y de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado para generar partículas de carbono-contaminantes adsorbidos y un líquido contenido reducido de contaminantes.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un método para eliminar al menos una porción de un contaminante de azufre de un líquido, comprendiendo el método: (a) proporcionar un líquido que comprende un contaminante de azufre; y (b) poner en contacto las partículas líquidas con un aditivo y de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado, en el que después de la etapa (b) al menos una porción de las partículas de carbón activado comprende el contaminante de azufre.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un proceso para reducir una concentración de sulfatos en el agua, comprendiendo el procedimiento: (a) proporcionar un volumen o una corriente de agua que comprende sulfatos; y (b) poner en contacto el agua con un aditivo y partículas de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un método para eliminar un contaminante de azufre de una corriente de emisiones de fase gaseosa, comprendiendo el método: (a) proporcionar emisiones de gas de fase corriente que comprende al menos un contaminante de azufre; (B) poner en contacto las emisiones en fase gaseosa con un flujo de partículas de aditivo y de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado; y (c) separar al menos una porción de las partículas de carbón activado desde las emisiones de gas de la fase de flujo después de la etapa (b).

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un método para reducir o eliminar uno o más contaminantes de un gas o líquido, comprendiendo el método: (a) proporcionar una corriente de gas o líquido que contiene uno o más contaminantes; y (b) poner en contacto el gas o corriente de líquido con una composición de carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno y un índice de yodo de al menos aproximadamente 500, en el que la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un método para reducir o eliminar uno o más contaminantes de un gas o líquido, comprendiendo el método: (a) proporcionar una corriente de gas o líquido que contiene uno o más contaminantes; y (b) poner en contacto el gas o corriente de líquido con una composición de carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno y un índice de yodo de al menos aproximadamente 500, en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un método para reducir o eliminar un contaminante de un líquido o gas, comprendiendo el método: (a) la obtención de una composición de carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno, en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; y (c) poner en contacto el líquido o gas con el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado.

En otra modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso de grafeno, comprendiendo el método: (a) la obtención de una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; y (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, en un adhesivo, un sellante, un revestimiento, una pintura, una tinta de un material compuesto, un catalizador, un soporte de catalizador, un electrodo de batería, un electrodo de pila de combustible, un sistema de circuito o de la memoria graphene- basado, un material de almacenamiento de energía o dispositivo, un supercondensador, un sumidero para la disipación de la electricidad estática, un material o dispositivo para el transporte electrónico o iónico, un sistema de comunicación de gran ancho de banda, un sensor de infrarrojos, un sensor químico, un sensor biológico, una pantalla electrónica, una célula voltaica, o un aerogel de grafeno.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La FIG.1 representa una modalidad multi-reactor de un sistema de la descripción.

La FIG.2 representa una modalidad de un solo reactor, de varias zonas de un sistema de la descripción La FIG. 3 representa una modalidad de un mecanismo de alimentación continua en oxígeno cero adecuado para su uso en conexión con la presente descripción.

La FIG. 4 representa otra modalidad de una unidad de procesamiento de biomasa de un solo reactor, de zonas múltiples adecuada para su uso en conexión con la presente descripción.

La FIG. 5 representa una modalidad de una unidad de recuperación de carbono adecuados para su uso en conexión con la presente descripción.

La FIG.6 representa una modalidad de una modalidad de una unidad de procesamiento de biomasa de un solo reactor de la presente descripción con un secador opcional.

La FIG. 7 representa una modalidad de un sistema de reactor de pirólisis de la descripción con un secador opcional y una entrada de gas.

La FIG. 8 representa una modalidad de una unidad de procesamiento de la biomasa de un solo reactor de la descripción, con una entrada de gas y un enfriador opcional.

La FIG. 9 representa una modalidad del sistema de la unidad de procesamiento de biomasa de un solo reactor de la descripción con un secador opcional y del desaireador, y una entrada de gas inerte.

La FIG. 10 representa una modalidad del sistema de reactores múltiples de la descripción con un secador opcional y de-aireador, y una entrada de gas inerte.

La FIG. 11 representa una modalidad de un sistema de reactores múltiples de la descripción con un secador y enfriador opcional, y una unidad de enriquecimiento material.

La FIG. 12 representa una modalidad de un sistema de reactores múltiples de la descripción con un secador opcional, un desaireador, un refrigerador, y una entrada de gas inerte.

La FIG. 13 representa una modalidad de un sistema de reactores múltiples de la descripción con un secador opcional y de-aireador, una entrada de gas inerte, y un refrigerador.

Las FIGS. 14A y 14B muestran la dispersión de partículas magnéticas en un carbón biogénico activado de acuerdo con la presente descripción.

La FIG. 15 muestra carbón biogénico activado con aditivo de haluro de hierro preparada de acuerdo con la presente descripción atraída por un imán.

La FIG.16 representa el cambio en la concentración del componente de gas con el tiempo cuando pasa a través de un tapón de un carbón biogénico activado de acuerdo con la presente descripción.

La FIG. 17 representa la adsorción de dióxido de carbono en el tiempo para un enchufe o tapón de un carbón biogénico activado de acuerdo con la presente descripción.

La FIG.18 representa un gráfico que ilustra el efecto del tiempo de retención en el contenido de carbono fijo de un producto de carbón biogénico activado producido de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La FIG.19 representa un gráfico que ilustra el efecto de la temperatura de pirólisis en el contenido de carbono fijo de un producto de carbón biogénico activado producido de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La FIG.20 representa un gráfico que ilustra el efecto de la biomasa de tamaño de partícula en el contenido de carbono fijo de un producto de carbón biogénico activado producido de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La FIG. 21 representa una modalidad de la unidad de procesamiento de biomasa de un solo reactor de la descripción para la producción de carbón biogénico activado.

La FIG. 22 representa una modalidad de la unidad de procesamiento de biomasa de dos reactores de la descripción para la producción de carbón biogénico activado.

La FIG. 23 es una micrografía electrónica de transmisión de carbón activado a modo de ejemplo con un índice de yodo de 2029. Los segmentos de líneas oscuras, curvas son cristalitos de grafeno.

La FIG. 24 es una micrografía electrónica de transmisión de carbón activado a modo de ejemplo con un índice de yodo de 2029. Los segmentos de líneas oscuras, curvas son cristalitos de grafeno.

La FIG. 25 es una micrografía electrónica de transmisión de carbón activado con un índice de yodo de 2029. Las líneas paralelas a través de la imagen son atómicamente delgadas capas de grafeno.

La FIG. 26 es una micrografía electrónica de transmisión de carbón activado con un índice de yodo de 2029. Segmentos de líneas oscuras, curvas son cristalitos de grafeno.

La FIG. 27 es una micrografía electrónica de transmisión de carbón activado con un índice de yodo de 716. Las líneas paralelas a través de la imagen son atómicamente delgadas capas de grafeno.

La FIG. 28 es una micrografía electrónica de transmisión de carbón activado con un índice de yodo de 716. Las líneas paralelas a través de la imagen son capas atómicamente delgadas de grafeno en grafito.

La FIG. 29 es una micrografía electrónica de transmisión de carbón activado con un índice de yodo de 716.

El objeto más o menos cuadrado en la parte inferior central se hace agranda hacia fuera de la Fig.28. Las regiones más ligeras comprenden pequeños cristalitos de grafeno.

La FIG. 30 es una micrografía electrónica de transmisión de carbón activado con un índice de yodo de 716. El objeto cuadrado pequeño, oscuro, a la izquierda del centro es la pieza de grafito de las Figs.28 y 29. Las regiones más claras indican pequeños cristalitos de grafeno.

La FIG. 31 es una micrografía electrónica de transmisión de carbón activado con un índice de yodo de 806. Las líneas paralelas a través de la imagen son capas atómicamente delgadas de grafeno, mientras que los segmentos curvos cortos son cristalitos de grafeno.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Esta descripción permitirá a un experto en la materia realizar y utilizar la descripción, y describe varias modalidades, adaptaciones, variaciones, alternativas y usos de la descripción. Estas y otras modalidades, características y ventajas de la presente descripción se harán más evidentes para los expertos en la téenica cuando se toma con referencia a la siguiente descripción detallada de la descripción en conjunción con las figuras adjuntas.

Tal como se utiliza en esta descripción y las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", una y "el" incluyen referentes plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario. A menos que se defina lo contrario, todos los términos téenicos y científicos usados en este documento tienen el mismo significado que se entiende comúnmente por un experto ordinario en la técnica a la que pertenece esta descripción.

A menos que se indique lo contrario, todos los números expresan las condiciones de reacción, estequiometrías , concentraciones de componentes, y así sucesivamente utilizados en la descripción y las reivindicaciones deben entenderse como modificados en todos los casos por el término "aproximadamente". Por consiguiente, a menos que se indique lo contrario, los parámetros numéricos expuestos en la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas son aproximaciones que pueden variar dependiendo al menos en una técnica analítica específica.

Para los fines actuales, "biogénico" pretende significar un material (ya sea una materia prima, producto, o intermedio) que contiene un elemento, tal como carbono, que es renovable en escalas de tiempo de meses, años o décadas. Los materiales no biogénicos pueden ser no renovables, o pueden ser renovables en escalas temporales de siglos, miles de años, millones de años, o incluso escalas de tiempo geológico más largas. Tenga en cuenta que un material biogénico puede incluir una mezcla de fuentes biogénicas y no biogénicas .

Para los fines actuales, "reactivo" pretende significar un material en su sentido más amplio; un reactivo puede ser un combustible, un producto químico, un material, un compuesto, un aditivo, un componente de la mezcla, un disolvente, y así sucesivamente. Un reactivo no es necesariamente un reactivo químico que causa o participa en una reacción química. Un reactivo puede o no puede ser un reactivo químico; que puede o no puede ser consumido en una reacción. Un reactivo puede ser un catalizador para una reacción química particular. Un reactivo puede provocar o participar en el ajuste de una propiedad mecánica, física o hidrodinámica de un material al que se puede añadir el reactivo. Por ejemplo, un reactivo se puede introducir en un metal para impartir ciertas propiedades de resistencia al metal. Un reactivo puede ser una sustancia de pureza suficiente (que, en el contexto actual, es típicamente pureza de carbono) para su uso en análisis químico o pruebas físicas.

El grafeno es una monocapa de átomos de carbono perfectamente embalados en un entramado en forma de panal de dos dimensiones, y es un bloque de construcción básico para los materiales de grafito de otras dimensiones. El grafeno puede ser envuelto en fullerenos de dimensión cero, enrollado en nanotubos de una sola dimensión, o apilado en grafito en tres dimensiones, por ejemplo. Es decir, aunque el grafeno es una sola capa de carbono atómico, cualquier número de capas (tales como 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 o más) puede estar presente en cualquier parte particular de una muestra que contiene el grafeno. En la presente descripción, "grafeno" se refiere al grafeno en cualquiera de sus formas, incluidas los alótropos de grafito sp2 que son típicamente planos, aunque no necesariamente planos, capas individuales de grafeno, y varias capas de grafeno. En una modalidad, el grafeno es una lámina plana de un átomo de espesor de átomos de carbono unidos por sp2 que están en una disposición hexagonal. En otra modalidad, el grafeno es una lámina plana de un átomo de espesor de átomos de carbono unidos por sp2 que están en una disposición hexagonal en una red cristalina de nido de abeja. En otra modalidad, el grafeno tiene una longitud de enlace carbono-carbono de aproximadamente 0.142 nm. A menos que el contexto indique lo contrario, todas las referencias a grafeno incluyen estrictamente una sola capa, así como múltiples capas de átomos de carbono. Además, todas las referencias a grafeno deben ser consideradas como intercambiables con "grafeno biogénico".

El carbón biogénico activado tiene relativamente alto contenido de carbono en comparación con la materia prima inicial utilizado para producir el carbón biogénico activado. Un carbón biogénico activado como lo dispuesto en la presente descripción, contendrán normalmente mayor que aproximadamente la mitad de su peso como carbono, ya que el contenido de carbono típico de la biomasa es no mayor de aproximadamente 50% en peso. Más típicamente, pero dependiendo de la composición de la materia prima, un carbón biogénico activado contendrá al menos 55% en peso, al menos 60% en peso, al menos 65% en peso, al menos 70% en peso, al menos 75% en peso, al menos 80% en peso 85% en peso, al menos 90% en peso, al menos 95% en peso, al menos 96% en peso, al menos 97% en peso, al menos 98% en peso, al menos 99% en peso de carbono.

No obstante lo anterior, el término "carbón biogénico activado" se usa en el presente documento para fines prácticos para describir consistentemente materiales que pueden ser producidos por procesos y sistemas de la descripción, en diversas modalidades. Limitaciones en cuanto a contenido de carbono, o cualquier otras concentraciones, no serán imputados del término sí mismo, sino sólo por referencia a modalidades particulares y sus equivalentes. Por ejemplo, se apreciará que un material de partida que tiene un contenido muy bajo de carbono inicial, sometida a los procesos descritos, puede producir un carbón biogénico activado que está altamente enriquecido en relación de carbono para el material de partida (alto rendimiento de carbono), pero sin embargo relativamente bajo en carbono (de baja pureza de carbono), incluyendo menos de o igual a aproximadamente 50% en peso de carbono.

"Pirólisis" y "pirolizarse " generalmente se refiere a la descomposición térmica de un material carbonoso. En la pirólisis, menos oxígeno está presente que se requiere para la combustión completa del material, tal como menos de o igual a aproximadamente 10%, menos de o igual a aproximadamente 5%, menos de o igual a aproximadamente 1%, menos de o igual a alrededor de 0.5%, menos de o igual a aproximadamente 0.1%, o menos de o igual a aproximadamente 0.01% del oxígeno que se requiere para la combustión completa. En algunas modalidades, la pirólisis se lleva a cabo en ausencia de oxígeno.

Los ejemplos de los cambios que pueden ocurrir durante la pirólisis incluyen cualquiera de los siguientes: (i) transferencia de calor desde una fuente de calor aumenta la temperatura dentro de la materia prima; (ii) el inicio de las reacciones de pirólisis primarios a esta mayor temperatura libera volátiles y forma subproductos carbonados; (iii) el flujo de volátiles calientes hacia sólidos más fríos resulta en la transferencia de calor entre los volátiles calientes y materia prima no pirolizada más fría; (iv) la condensación de algunos de los compuestos volátiles en las partes más frías de la materia prima, seguido de reacciones secundarias, puede producir alquitrán; (v) las reacciones de pirólisis secundarias autocatalíticas aavvaannzzaann mientras que las reacciones pirolíticas primarias ocurren simultáneamente en la competencia; y (vi) adicionalmente la descomposición térmica, el reformado, las reacciones de desplazamiento agua-gas, la recombinación de radicales libres, y/o deshidrataciones también pueden ocurrir, que son una función del tiempo de residencia, la temperatura y el perfil de presión.

La pirólisis puede deshidratar al menos parcialmente la materia prima. En diversas modalidades, la pirólisis elimina más de aproximadamente 50%, más de aproximadamente 75%, más de aproximadamente 90%, más de aproximadamente 95%, más de aproximadamente 99%, o más de 99% del agua de la materia prima.

Como se mencionó anteriormente, algunas variantes de la descripción se basan, al menos en parte, en el descubrimiento de que varios reactores o varias zonas dentro de un único reactor pueden ser diseñados y operados de manera que optimiza el rendimiento de carbono y calidad del producto de la pirólisis, mientras que se mantiene la flexibilidad y adaptabilidad a las variaciones de las materias primas y los requisitos del producto.

En términos generales, se seleccionan las temperaturas y tiempos de permanencia para lograr la química de pirólisis relativamente lento. El beneficio es potencialmente la conservación sustancial de las paredes celulares contenida en la estructura de la biomasa, lo que significa que el producto final puede retener algunos, la mayoría, o la totalidad de la forma y la fuerza de la biomasa de partida. A fin de maximizar este beneficio potencial, un aparato que no destruye mecánicamente las paredes celulares o de otro modo convertir la biomasa en las partículas pequeñas multas pueden ser utilizados. Varias configuraciones de reactor se discuten después de la descripción del proceso a continuación.

Además, si la materia prima es una materia prima molida o tamaño, tales como virutas de madera o pellets, puede ser deseable que la materia prima sea cuidadosamente molida o triturado por su tamaño. El tratamiento inicial cuidadoso tenderá a conservar la fuerza y la integridad de la pared celular que está presente en la fuente de materia prima nativa (por ejemplo, árboles). Esto también puede ser importante cuando el producto final debe conservar algunos, la mayoría, o la totalidad de la forma y la fuerza de la biomasa de partida.

En diversas modalidades, se toman medidas para preservar la estructura vascular de materia prima leñosa para crear una mayor fuerza en productos de carbón biogénico activado. Por ejemplo, y sin limitación, en diversas modalidades de la materia prima se prepara mediante el secado de la materia prima durante un período prolongado de tiempo, por ejemplo durante un período de tiempo de no menos de 1 hora, no menos de aproximadamente 2 horas, no menos de aproximadamente 3 horas, no menos de alrededor de 4 horas, no menos de aproximadamente 5 horas, no menos de aproximadamente 6 horas, no menos de aproximadamente 7 horas, no menos de alrededor de 8 horas, no menos de aproximadamente 9 horas, no menos de 10 horas, no menos de 11 horas, no menos de alrededor de 12 horas, no menos de alrededor de 13 horas, no menos de alrededor de 14 horas, no menos de alrededor de 15 horas, no menos de alrededor de 16 horas, no menos de aproximadamente 17 horas, no menos de aproximadamente 18 horas, no menos de aproximadamente 19 horas, no menos de aproximadamente 20 horas, no menos de aproximadamente 21 horas, no menos de aproximadamente 22 horas, no menos de aproximadamente 23 horas, o no menos de aproximadamente 24 horas, para permitir que el agua y los gases salgan de la biomasa sin destruir la estructura vascular de la materia prima. En diversas modalidades, se utiliza una tasa de uso de calor lenta y progresiva durante la pirólisis (por ejemplo, en contraste con flash de pirólisis) durante minutos u horas para permitir que el agua y los gases para salir de la biomasa sin destruir la estructura vascular de la materia prima. Por ejemplo y sin limitación, una tasa de aumento de la temperatura durante la etapa de pirólisis puede variar de aproximadamente 1°C por minuto a aproximadamente 40°C por minuto, por ejemplo aproximadamente 1°C por minuto, a unos 2°C por minuto, a unos 4°C por minuto, a unos 5°C por minuto, aproximadamente 10°C por minuto, aproximadamente 15°C por minuto, aproximadamente 20° C por minuto, sobre 25°C por minuto, aproximadamente 30°C por minuto, aproximadamente 35°C por minuto, o alrededor de 40°C por minuto. En algunas modalidades, el aumento de la temperatura se produce en una zona de pre-calor para producir una materia prima precalentada. En algunas modalidades, el aumento de temperatura se produce predominantemente o totalmente en una zona de pre-calor para producir una materia prima precalentada. En algunas modalidades, la temperatura de una materia prima precalentada se incrementa en una zona de pre-pirólisis. En algunas modalidades, el aumento de temperatura se produce al menos en parte en una zona de carbonización o una zona de pirólisis. En algunas modalidades, el aumento de temperatura se produce predominantemente o totalmente en una zona de carbonización o una zona de pirólisis. En algunas modalidades, una zona de zona de precalentamiento, una zona de pre-pirólisis, la zona de carbonización o pirólisis está configurado para aumentar la temperatura durante la pirólisis de una baja temperatura inicial, hasta una temperatura final, mayor con el tiempo. En algunas modalidades, el aumento de la temperatura es lineal o sustancialmente lineal en el tiempo. En algunas modalidades, la tasa de aumento de la temperatura aumenta o disminuye con el tiempo tal que la temperatura durante el precalentamiento, pre-pirólisis y/o la carbonización o pirólisis es al menos parcialmente no lineal, por ejemplo logarítmica o sustancialmente logarítmica para al menos una parte del paso de precalentamiento, pre-pirólisis y/o la carbonización o pirólisis. En diversas modalidades, un aditivo se utiliza antes del secado o la pirólisis para reducir la formación de gas que podría dañar la estructura vascular de la materia prima durante la pirólisis. En diversas modalidades, antes de la pirólisis, la materia prima seca se dimensiona con una sierra u otro dispositivo de corte diseñado para ser menos destructivos para la estructura vascular de la madera que otros enfoques de tamaño, tales como saltar o cizallamiento madera húmeda que fractura madera y disminuye su fuerza. En tales modalidades, un producto de carbón biogénico activado tiene un índice de fuerza mayor (por ejemplo, el valor CSR) que un producto de carbón biogénico activado comparable no preparado de tal manera.

En diversas modalidades, la materia prima se prepara moliendo la biomasa para formar una pluralidad de piezas de biomasa que son de tamaño sustancialmente uniforme y la forma sustancialmente uniforme. Por ejemplo y sin limitación, la biomasa puede ser procesada para producir serrín de tamaño de grano aproximadamente uniforme (por ejemplo, tamaño de malla). Alternativamente, la biomasa puede ser procesada para producir astillas que tienen dimensiones sustancialmente uniformes (por ejemplo, aproximadamente piezas de 2.54 cm (1 pulgada) por aproximadamente 1.27 cm (1/2 pulgadas) por aproximadamente 0.3 cm (1/8 pulgadas)). En otras modalidades, la materia prima se puede preparar por molienda de biomasa para formar longitudes de material de anchura y profundidad con dimensiones sustancialmente uniformes o diámetros (por ejemplo, barras de madera, tableros o espigas). En modalidades relacionadas, las longitudes de material que tienen anchura sustancialmente uniforme y la profundidad o el diámetro puede ser más muele para producir piezas de materia prima de longitudes sustancialmente uniformes, resultando en un material de materia prima que tiene un tamaño y forma sustancialmente uniforme. Por ejemplo, las clavijas de madera que tiene un diámetro uniforme (por ejemplo, aproximadamente 2.54-0.3 cm (1-1/8 pulgadas)) puede ser cortado en piezas de longitud sustancialmente uniforme (por ejemplo, aproximadamente 3.8 cm (1.5 pulgadas)). Las piezas de materia prima resultantes tienen una forma sustancialmente uniforme (cilindros) y un tamaño sustancialmente uniforme (aproximadamente 2.54-0.3 cm (1-1/8 pulgadas) de diámetro por longitudes de aproximadamente 3.8 cm (1.5 pulgadas)). En algunas modalidades, un producto de carbón biogénico activado preparado a partir de una materia prima que consiste en trozos de forma y tamaño sustancialmente uniforme se produce en mayor rendimiento másico de un producto de carbón biogénico activado comparable preparada a partir de piezas de materia prima de forma y/o tamaño sustancialmente no uniforme.

Haciendo referencia ahora a las figuras en general.1 a 13, diagramas de flujo de bloques de una de varias modalidades de reactores múltiples ejemplares de la presente descripción se ilustran. Cada figura se discute a su vez a continuación. Se debe apreciar que las figuras 1 a 13 representan algunos ejemplos de modalidad, pero no todas las modalidades contempladas de la presente descripción. Como veremos más adelante, también se contemplan diversas modalidades y combinaciones de los varios componentes y características que se describen en el presente documento no ilustrada adicionales. Como se comprenderá en la discusión que sigue, cualquiera de la pluralidad de reactores discutidos en el presente documento pueden ser reactores independientes o, alternativamente, dentro de un único BPU reactor puede incluir una pluralidad de zonas, o una combinación de los mismos. Se debe apreciar que, aunque las figuras ilustran cada una modalidad alternativa diferente, todos los demás discusión en esta descripción se puede aplicar a cada una de las modalidades ilustradas y no ilustrados.

Haciendo ahora referencia general a la Fig. 1, un diagrama de flujo de bloques de una modalidad del reactor múltiples de la presente exposición se ilustra. Esta modalidad se puede utilizar de dos a una pluralidad de diferentes reactores. Tres reactores se muestran en la modalidad ilustrativa, sin embargo, cualquier número diferente de reactores podría ser empleado. En una modalidad, cada reactor está conectado a al menos otro reactor a través de una unidad de transporte de material 304 (que se muestra en la Fig.3). En una modalidad, la unidad de transporte de material 304 controla las condiciones de temperatura y ambiente.

En la modalidad ilustrada, la materia prima 109, como la biomasa, está opcionalmente secado y dimensionado fuera del sistema y se introduce en el primer reactor 100 en un ambiente bajo en oxígeno, opcionalmente mediante el uso de un sistema de alimentación de material 108. Como se discute en más detalle a continuación y como se ilustra en la Fig.3, el sistema de alimentación de material 108 reduce el nivel de oxígeno en el aire ambiente en el sistema a menos de o igual a aproximadamente 3%. La materia prima 109 entra en el primer reactor 112 a través de la unidad de transporte de material cerrado 304 después de que los niveles de oxígeno se han disminuido en el primer reactor. En una modalidad, la unidad de transporte de materia prima incluirá una camisa o vaina encapsulada a través del cual el vapor y los gases de salida del reactor se envían y se utilizan para pre-calentar la biomasa, ya sea directamente o enviados a un calentador de gas de proceso y o intercambiador de calor y luego se envían y se utiliza para precalentar o pirolizar la biomasa.

En la modalidad ilustrada, la materia prima 109 primero se desplaza desde el sistema de alimentación de material 108 en la unidad de transporte de material 304 en el primer reactor de la BPU 112.

Como se discute en más detalle más adelante, en una modalidad, el primer reactor 112 está configurado para ser conectado a cualquier otro reactor en el sistema para recuperar el calor residual 132 y conservar la energía a través de un sistema de recuperación de calor de desecho adecuado. En una modalidad, el calor residual se desprende en el primer reactor 112 se utiliza para operar un recipiente de vapor u otro mecanismo de calentamiento adecuado configurado para secar las materias primas 109 dentro o fuera del sistema. En diversas modalidades, otros subproductos de calor residual, tal como un gas inerte sustancialmente calentado, o similares, se pueden utilizar otras partes del sistema para enriquecer aún más el material en cualquier punto a lo largo del proceso.

En la modalidad ilustrada, la biomasa 109 entra en el primer reactor 112, en el que la temperatura se eleva desde el intervalo de aproximadamente temperatura ambiente a aproximadamente 150°C a una temperatura de aproximadamente 100°C hasta alrededor de 200°C. En una modalidad, la temperatura no exceda de 200°C en el primer reactor 112. Como se discute en mayor detalle a continuación, el primer reactor 112 puede incluir un mecanismo de salida para capturar y fuera de los gases de escape 120 de la biomasa 123 mientras se está calentando. En una modalidad, los gases residuales 120 se extraen para su uso posterior opcional. En diversas modalidades, la fuente de calor utilizada para las diferentes zonas en la BPU 102 es eléctrico o de gas. En una modalidad, la fuente de calor utilizada para los diferentes reactores de la BPU 102 es gas residual de otros reactores de la unidad 102 o de fuentes externas. En diversas modalidades, el calor es indirecto.

Después del precalentamiento en el primer reactor 112, la unidad 304 de transporte de material pasa el material precalentado 123 en el segundo reactor opcional 114. En una modalidad el reactor 114 es el mismo que la del reactor 112. En una modalidad donde el reactor 114 es diferente del reactor 112, la unidad 304 de transporte de material penetra en el segundo reactor 114 a través de un sistema de sello de vapor de alta temperatura (por ejemplo, una esclusa de aire), que permite que la unidad de transporte de material 304 para penetrar en el segundo reactor, mientras que la prevención gas se escape. En una modalidad, el interior del segundo reactor 114 se calienta a una temperatura de aproximadamente 100°C hasta aproximadamente 600°C o alrededor de 200°C hasta a alrededor de 600°C. En otra modalidad, el segundo reactor 114 incluye un puerto de salida similar a la primera reactor 102 para capturar y agotar los gases emitidos 122 del material precalentado 123 mientras se está carbonizado. En una modalidad, los gases 122 se extraen para su uso posterior opcional. En una modalidad ilustrativa, los gases residuales 120 del primer reactor 112 y los gases 122 del segundo reactor 114 se combinan en un flujo de gas 124. Una vez carbonizada, la biomasa carbonizada 125 sale del segundo reactor 114 y entra en el tercer reactor 116 para la refrigeración. Una vez más, el tercer reactor puede ser el mismo reactor como 112 o 114 o diferente.

En una modalidad, cuando el producto 125 de carbón biogénico activado entra en el tercer reactor 116, la biomasa carbonizada 125 se deja enfriar (activa o pasiva) a un intervalo de temperatura especificado para formar biomasa carbonizada 126, como se discutió anteriormente. En una modalidad, la temperatura de la biomasa carbonizada 125 se reduce en el tercer reactor en condiciones atmosféricas sustancialmente inertes. En otra modalidad, el tercer reactor se enfría la biomasa carbonizada 125 con un mecanismo de enfriamiento de agua adicional. Se debe apreciar que la biomasa carbonizada 126 se deja enfriar en el tercer reactor 116 hasta el punto donde no se combustión espontánea si se expone a aire oxigenado. En una de tales modalidades, el tercer reactor 116 reduce la temperatura de la biomasa carbonizada por debajo de 200°C. En una modalidad, el tercer reactor incluye un mezclador (no mostrado) para agitar y enfriar uniformemente la biomasa carbonizada. Se debe apreciar que el enfriamiento puede ocurrir ya sea directamente o indirectamente con agua u otros líquidos; El enfriamiento también puede ocurrir ya sea directamente o indirectamente con el aire u otros gases enfriados, o cualquier combinación de los anteriores.

Debe apreciarse que en varias modalidades (no se muestra) uno o más enfriadores o se emplean mecanismos de enfriamiento para reducir aún más la temperatura de la biomasa carbonizada. En varios de tales modalidades, el enfriador está separado de los otros reactores 112, 114, 116, a lo largo del sistema de transporte de material. En algunas modalidades, el enfriador sigue los reactores. En algunas modalidades, el enfriador puede ser el mismo que los reactores 112, 114, 116. En otras modalidades, el enfriador es, por ejemplo, un tornillo, tornillo sinfín, transportador (específicamente una cinta transportadora en una modalidad), tambor, pantalla, charola, lecho a contracorriente, torre vertical, paletas con camisa, tornillo enfriado o combinación de los mismos, ya sea que enfrían directa o indirectamente con agua u otros líquidos, o directa o indirectamente con otros gases, o una combinación de los anteriores. En diversas modalidades, refrigeradores podrían incluir pulverización de agua, corrientes de gas inerte enfriadas, nitrógeno líquido, o aire ambiente, si están por debajo de la temperatura de ignición. Se debe apreciar que el calor puede ser recuperado de este paso por la captura el vapor instantáneo generado por el agua pulverizada, o el vapor sobrecalentado generado cuando el vapor saturado se introduce y se calienta por la biomasa carbonizada.

Como se ilustra en las figuras 1 y 5, la unidad 200 de separador de fase gaseosa incluye al menos una entrada y una pluralidad de salidas. La al menos una entrada está conectada a los puertos de escape en el primer reactor 112 y el segundo reactor 114 de la BPU 102. Una de las salidas está conectada a la unidad 104 de recuperación de carbono, y otra de las salidas está conectada a equipos de recogida o de su equipo de procesamiento tales como una unidad 106 de hidrogenación de ácido o columna de destilación. En diversas modalidades, el separador de fase gaseosa procesa los gases de salida 120, 122 del primer reactor 112 y el segundo reactor 114 para producir un condensado 128 y un gas 204 de enriquecimiento. En diversas modalidades, los condensables se pueden utilizar ya sea para la recuperación de energía (134) (por ejemplo, en el calentador secador, reactor o gas de proceso), o por otra enriquecimiento de carbono. En diversas modalidades, los no condensables (por ejemplo, CO) pueden ser utilizados para la recuperación de energía (134) (por ejemplo en un calentador de secador, reactor o gas de proceso), como un gas inerte en el proceso (por ejemplo, en la unidad de desaireación, reactor, BPU o enfriador se discute en más detalle a continuación) o para el enriquecimiento de carbono.

En diversas modalidades, el condensado 128 incluye compuestos polares, tales como ácido acético, metanol y furfural. En otra modalidad, el gas 204 enriquecimiento producido por el separador 200 de la fase gaseosa incluye al menos gases no polares, por ejemplo monóxido de carbono, terpenos, metano, dióxido de carbono, etc. En una modalidad, el separador de fase gaseosa comprende una columna de fraccionamiento. En una modalidad, el ácido acético se envía a través de una línea 128 a una unidad de hidrogenación de ácido opcional. En otra modalidad, metanol y/o furfural se envía vía línea(s) 136 adicional(es) opcional(es) a una unidad 138 de destilación/procesamiento.

En diversas modalidades, como se discute en más detalle a continuación, la unidad de recuperación de carbono en sí mismo tiene la posibilidad de enriquecer el material. En otras diversas modalidades, el material se enriquece en una unidad de enriquecimiento de material separado de la unidad de recuperación de carbono. Se debe apreciar que, en algunas de tales modalidades, la unidad de recuperación de carbono es un recipiente para almacenar el material carbonizado, y la unidad de enriquecimiento de material separado es la unidad en la que se introducen los gases de enriquecer el material.

En la modalidad ilustrada, la unidad 500 de recuperación de carbono también enriquece la biomasa carbonizada 126. La biomasa carbonizada 126 sale del tercer reactor a lo largo de la unidad de transporte de material 304 y entra en la unidad 500 de recuperación de carbono. En diversas modalidades, como se ilustra en más detalle en la Fig. 5 y se discutió anteriormente, la unidad 500 de recuperación de carbono también incluye una entrada 524 conectada al separador 200 de fase gaseosa. En una modalidad, el gas de enriquecimiento 204 se dirige a la unidad de recuperación de carbono se combina con el producto 126 carbón biogénico activado para crear un producto 136 de carbón biogénico activado de alto contenido de carbono. En otra modalidad, un gas de carbono enriquecido de una fuente externa también puede ser dirigido a la unidad de recuperación de carbono para ser combinada con la biomasa carbonizada 126 para añadir carbono adicional al producto de carbón biogénico activado con alto contenido de carbono final producido. En diversas modalidades, la biomasa carbonizada 126 es la biomasa carbonizada a temperatura reducida. De forma ilustrativa, el sistema 100 puede ser colocado cerca de una planta de procesamiento de la madera y el gas de carbono enriquecido desde la planta de procesamiento de la madera se puede utilizar como gas de una fuente externa.

Haciendo ahora referencia general a la Fig. 2, se ilustra un diagrama de flujo de bloques de una modalidad de un solo reactor, de zonas múltiples de la presente descripción. En la modalidad ilustrada, la materia prima 209, como la biomasa, se introduce en el reactor 200 en un ambiente bajo en oxígeno, opcionalmente mediante el uso de un sistema 108 de alimentación de material ya descrita. Como se discute en más detalle a continuación, el sistema 108 de alimentación de material reduce el nivel de oxígeno en el aire ambiente en el sistema a menos de o igual a aproximadamente 3%. La materia prima 209 entra en el BPU 202 en una unidad 304 de transporte de material adjunto después de que los niveles de oxígeno han disminuido. En una modalidad, la unidad de transporte de material incluirá una camisa o vaina encapsulada a través de la cual el vapor y los gases de salida del reactor 200 se envían y se utiliza para precalentar la biomasa.

En la modalidad ilustrada, la materia prima se desplaza primero desde el sistema 108 de alimentación de material en la unidad 304 de transporte de material a través de una zona 210 de secado opcional de la BPU 202. En una modalidad, la zona 210 de secado opcional calienta la materia prima para eliminar el agua y otro tipo de humedad antes de ser pasado a lo largo de la zona 212 de precalentamiento. En una modalidad, el interior de la zona 210 de secado opcional se calienta a una temperatura de aproximadamente temperatura ambiente a aproximadamente 150°C. Agua 238 u otra humedad extraída de la materia prima 209 pueden agotarse, por ejemplo, desde la zona 210 de secado opcional. En otra modalidad, la zona de secado opcional está adaptada para permitir que los vapores y el vapor a extraer. En otra modalidad, los vapores y los vapores de la zona de secado opcional se extraen para su uso posterior opcional. Como se discute a continuación, los vapores o el vapor extraído de la zona de secado opcional se puede utilizar en un sistema de recuperación de calor residual adecuado con el sistema de alimentación de material. En una modalidad, los vapores y el vapor utilizado en el sistema de alimentación de material de precalentamiento de las materias primas, mientras que los niveles de oxígeno están siendo purgados en el sistema de alimentación de material. En otra modalidad, la biomasa se seca fuera del reactor y el reactor no comprende una zona de secado.

Como se discute en más detalle más adelante, en una modalidad, la zona 210 de secado opcional está configurada para ser conectada a la zona 216 de enfriamiento para recuperar el calor residual 232 y conservar la energía a través de un sistema de recuperación de calor de desecho adecuado. EEnn uunnaa mmooddaalliiddaadd,, el calor residual que se desprende en la zona 216 de enfriamiento se utiliza para operar un mecanismo de calentamiento configurado para secar las materias primas 209 en la zona 210 de secado opcional. Después de ser secada durante un período de tiempo deseado, la biomasa seca 221 sale de la zona 210 de secado opcional y entra en la zona 212 de precalentamiento.

En la modalidad ilustrada, la biomasa seca 221 entra en la primera (precalentamiento) zona 212, en la que la temperatura se eleva desde el intervalo de aproximadamente temperatura ambiente a aproximadamente 150°C a un intervalo de temperatura de aproximadamente 100°C hasta alrededor de 200°C. En una modalidad, la temperatura no excede de 200°C en la primera/zona 212 de precalentamiento. Debe tenerse en cuenta que si la zona de precalentamiento 212 es demasiado caliente o no lo suficientemente caliente, la biomasa seca 221 se puede procesar correctamente antes de entrar en la segunda zona 214. Como se discute en mayor detalle a continuación, la zona de precalentamiento 212 puede incluir un mecanismo de salida para capturar y descargar los gases de escape 220 de la biomasa seca 221 mientras se está precalentado. En otra modalidad, los gases residuales 220 se extraen para su uso posterior opcional. En diversas modalidades, la fuente de calor utilizada para las diferentes zonas en la BPU 202 es eléctrica o de gas. En una modalidad, la fuente de calor utilizada para las diversas zonas de la BPU 202 es gas de desecho de otras zonas de la unidad 202 o de fuentes externas. En diversas modalidades, el calor es indirecto.

Después de la zona 212 de precalentamiento, la unidad 304 de transporte de material pasa el material precalentado 223 a la segunda zona 214 (pirólisis). En una modalidad, la unidad de transporte de material 304 penetra en la segunda/zona de pirólisis a través de un sistema de sello de vapor de alta temperatura (tal como una bolsa de aire, no mostrado), que permite que la unidad 304 de transporte de material penetrar en la zona de pirólisis a alta temperatura mientras que se evita (o minimiza) que el gas se escape. En una modalidad, el interior de la zona 214 de pirólisis se calienta a una temperatura de aproximadamente 100°C hasta aproximadamente 600°C o alrededor de 200°C hasta alrededor de 500°C. En otra modalidad, la zona 214 de pirólisis incluye un puerto de salida similar a la zona de precalentamiento 212 para capturar y agotar los gases emitidos 222 de la biomasa precalentado 223 mientras se está carbonizado. En una modalidad, los gases 222 se extraen para su uso posterior opcional. En una modalidad ilustrativa, los gases 220 de salida de la zona 212 de precalentamiento y los gases de salida 222 de la zona 214 de pirólisis se combinan en un flujo de gas 224. Una vez carbonizada, la biomasa carbonizada 225 sale de la segunda/zona 214 de pirólisis y entra en la tercera/ zona 216 de reducción de temperatura de enfriamiento.

En una modalidad, cuando la biomasa carbonizada 225 entra en la zona de enfriamiento 216, la biomasa carbonizada 225 se deja enfriar a un intervalo de temperatura especificado de alrededor de 20°C a 25°C (aproximadamente temperatura ambiente) para convertirse en la biomasa 226 carbonizada a temperatura reducida, como se discutió anteriormente. En diversas modalidades, la BPU 202 incluye una pluralidad de zonas de enfriamiento. En una modalidad, la zona 216 de enfriamiento enfría la biomasa carbonizada a por debajo de 200°C. En una modalidad, la zona de enfriamiento incluye un mezclador para agitar y enfriar uniformemente los materiales. En diversas modalidades, uno o más de la pluralidad de zonas de refrigeración está fuera de la BPU 202.

Como se ilustra en las Fig.2 y 5, la unidad 200 de separador de fase gaseosa incluye al menos una entrada y una pluralidad de salidas. En esta modalidad ilustrativa, la al menos una entrada está conectada a los puertos de escape en la primera/zona 212 de precalentamiento y la segunda/zona 214 de pirólisis de la BPU 202. Una de las salidas está conectada a la unidad 500 de recuperación de carbono (que está configurado para enriquecer el material), y otra de las salidas está conectada a equipos de recolección o de su equipo de procesamiento adicional tal como una unidad 206 de hidrogenación de ácido o columna de destilación. En diversas modalidades, el separador de fase gaseosa procesa los gases residuales 220, 222 de la primera/zona 212 de precalentamiento zona y la segunda/zona 214 de pirólisis para producir un condensado 228 y un gas 204 de enriquecimiento. En una modalidad, el condensado 228 incluye compuestos polares, tales como ácido acetico, metanol y furfural. En una modalidad, el gas 204 de enriquecimiento producido por el separador 200 de fase gaseosa incluye al menos gases no polares. En una modalidad, el separador de fase gaseosa comprende una columna de fraccionamiento. En una modalidad, el ácido acético se envía a través de una línea 228 a una unidad 206 de hidrogenación de ácido opcional. En otra modalidad, metanol y/o furfural se envía vía línea(s) 236 adicional(es) opcional(es) a una unidad 238 de destilación/procesamiento 238.

En las modalidades ilustradas, la biomasa carbonizada sale del reactor/zona de enfriamiento a lo largo de la unidad 304 de transferencia de material y entra en la unidad 500 de recuperación de carbono. En diversas modalidades, como se ilustra en más detalle en la Fig. 5 y se discutió anteriormente, la unidad 500 de recuperación de carbono también incluye una entrada 524 conectada al separador 200 de fase gaseosa. En una modalidad, el gas de enriquecimiento 204 se dirige a la unidad 500 de recuperación de carbono que se combina con el producto 226 de carbón biogénico activado para crear un producto 136 de carbón biogénico activado alto contenido de carbono. En otra modalidad, un gas de carbono enriquecido de una fuente externa también puede ser dirigido a la unidad 500 de recuperación de carbono para ser combinado con el producto 226 de carbón biogénico activado para añadir carbono adicional al producto de carbón biogénico activado. En diversas modalidades, los gases extraídos de la unidad 500 de recuperación de carbono en la referencia 234 se utilizan opcionalmente en los sistemas y/o sistemas de recuperación de energía para un mayor enriquecimiento de carbono. Del mismo modo, en diversas modalidades, los gases extraídos de una o más zonas de la BPU 202 se usan opcionalmente en los sistemas y/o sistemas de recuperación de energía para un mayor enriquecimiento de carbono. De forma ilustrativa, el sistema 200 puede ser colocado cerca de una planta de procesamiento de la madera y el gas de carbono enriquecido desde la planta de procesamiento de la madera se puede utilizar como gas de una fuente externa.

Ahora se hace referencia generalmente a la Fig.3, se ilustra una modalidad del sistema de alimentación de material de la presente descripción. Como se discutió anteriormente, los altos niveles de oxígeno en el aire ambiente que rodea la materia prima, ya que podría dar lugar a procesos de combustión indeseable o la oxidación de la materia prima, lo que reduce la cantidad y la calidad del producto final. En una modalidad, el sistema de alimentación de material es un sistema cerrado e incluye uno o más colectores configurados para purgar el oxígeno del aire que rodea a la materia prima. En una modalidad, el nivel de oxígeno de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 1.0% se utiliza para el precalentamiento, de pirólisis/carbonización y enfriamiento. Se debe apreciar que un objetivo principal del sistema de alimentación de material cerrado es reducir los niveles de oxígeno a menos de o igual a aproximadamente 3%, menos de o igual a aproximadamente 2%, menos de o igual a aproximadamente 1% o menos de o igual a aproximadamente 0.5%. Despues se reduce el nivel de oxígeno, la biomasa se transfiere a lo largo del sistema de alimentación de material en la BPU. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, pre-calentamiento de los gases inertes a través de la energía del proceso recuperado y posterior introducción de gases inertes precalentado a la BPU, reactor o reactor de recorte hace que el sistema sea más eficiente.

En algunas modalidades, un reactor de recorte está incluido en el sistema. En una modalidad el reactor de recorte, el material pirolizado de la BPU se alimenta a un reactor adicional separado para una mayor pirólisis donde se introduce gas inerte calentado para crear un producto con niveles más altos de carbono fijo. En diversas modalidades, el proceso secundario se puede realizar en un contenedor, como un tambor, el tanque, barril, recipiente, totalizador, tubería, saco, prensa, o contenedor de desembarco. En diversas modalidades, el recipiente final también puede ser utilizado para el transporte de la biomasa carbonizada. En algunas modalidades, el gas inerte se calienta a través de un intercambiador de calor que se deriva calor de los gases extraídos de la BPU y quemadas en un calentador de gas de proceso.

Como se ve en la Fig.3, el sistema 108 de alimentación de material cerrado incluye una tolva 300 de alimentación de materia prima, una unidad 304 de transporte de material y un colector 302 de purga de oxígeno.

En una modalidad, la tolva 300 de alimentación de materia prima es cualquier recipiente adecuado cerrado al aire o abierto al aire, configurado para recibir biomasa 109/209 seca/ en bruto o clasificada por tamaño. La tolva 300 de alimentación de materia prima está operativamente conectada con la unidad 304 de transporte de material, que en una modalidad, es un sistema de tornillo sinfín u operativamente girado por una fuente de accionamiento. En una modalidad, la materia prima 109/209 se introduce en la unidad 304 de transporte de material por un sistema de alimentación por gravedad. Se debe apreciar que la unidad de transporte de material 304 de la Fig. 3 se forma de tal manera que el tornillo o tornillo sinfín 305 está encerrado en un recinto adecuado 307. En una modalidad, el recinto 307 es sustancialmente de forma cilindrica. En diversas modalidades, los sistemas de alimentación de material incluyen un tornillo, taladro, cinta transportadora, tambor, pantalla, canal, cámara de caída, dispositivo de transporte neumático, incluyendo una cámara de aire rotativo o una bolsa de aire de doble o triple solapa.

Como la materia prima 109/209 se alimenta desde la tolva 300 de alimentación de materia prima a la unidad 304 de transporte de material, la barrena o el tornillo 305 se hace girar, moviendo la materia prima 109/209 hacia el colector 302 de purga de oxígeno. Se debe apreciar que, cuando la materia prima 109/209 alcanza el colector 302 de purga de oxígeno, el aire del ambiente entre la materia prima 109/209 en la unidad de transporte de material 304 incluye alrededor de 20.9% de oxígeno. En diversas modalidades, el colector 302 de purga de oxígeno está dispuesto adyacente a o alrededor de la unidad 304 de transporte de material. Dentro del colector de pliegue de oxígeno de una modalidad, el recinto 307 de la unidad 304 de transporte de material incluye una pluralidad de puertos de entrada de gas 310a, 310b, 310C y una pluralidad de orificios de salida de gas 308a, 308b, 308c.

El colector 302 de purga de oxígeno tiene al menos una línea 312 de entrada de gas y la línea 314 de salida de al menos un gas. En diversas modalidades, la al menos una línea 312 de entrada de gas del colector 302 de la purga de oxígeno está en comunicación operable con cada uno de la pluralidad de puertos de entrada de gas 310a, 310b, 310C. Del mismo modo, en diversas modalidades, la al menos una línea 314 de salida de gas del colector 302 de la purga de oxígeno está en comunicación operable con cada uno de la pluralidad de puertos de salida de gas 308a, 308b, 308c. Se debe apreciar que, en una modalidad, la línea 312 de entrada de gas está configurada para bombear un gas inerte en los puertos de entrada de gas 310a, 310b, 310c. En una de tales modalidades, el gas inerte es nitrógeno que no contiene sustancialmente oxígeno. En una modalidad, el gas inerte fluye a contracorriente a la biomasa.

Como se comprenderá, la introducción de gas inerte 312 en la unidad 304 de transporte de material cerrado forzará el aire ambiente fuera del sistema cerrado. En funcionamiento, cuando el gas inerte 312 se introduce en el primer puerto 310a de entrada de gas de una modalidad, una cantidad de aire ambiente rico en oxígeno es forzado a salir del orificio de salida 308a. Se debe apreciar que, en este punto, el nivel deseado de menos de o igual a aproximadamente 2% de oxígeno, menos de o igual a aproximadamente 1% de oxígeno, menos de o igual a aproximadamente 0.5% de oxígeno o menos de o igual a aproximadamente 0.2% de oxígeno no se puede lograr. Por lo tanto, en diversas modalidades, las infusiones adicionales de gas inerte 312 se deben hacer para purgar la cantidad necesaria de oxígeno del aire que rodea la materia prima 109 en el sistema cerrado. En una modalidad, el segundo puerto 310b de entrada de gas bombea el gas inerte 312 en el sistema cerrado con posterioridad a la infusión en el primer puerto 310a de entrada de gas, purgando así más del oxígeno restante desde el sistema cerrado. Se debe apreciar que, después de una o dos infusiones de gas inerte 312 para purgar el oxígeno 314, se puede lograr el nivel deseado de menos oxígeno. Si, en una modalidad, los niveles de oxígeno deseados aún no se alcanzan después de dos infusiones de gas inerte, una tercera infusión de gas inerte 312 en la entrada 310c de gas purgará las cantidades restantes no deseadas de oxígeno 314 desde el sistema cerrado en la salida 308c de gas. Las entradas adicionales/salidas también pueden incorporarse si se desea. En diversas modalidades, los niveles de oxígeno son monitoreados en todo el sistema de alimentación de material para permitir la calibración de la cantidad y localización de las infusiones de gas inerte.

En una modalidad alternativa, el calor, el vapor y los gases recuperados del reactor se dirigen al sistema de alimentación en el que están encerrados en chaqueta y separados del contacto directo con el material de alimentación, pero indirectamente calienta el material de alimentación antes de la introducción al reactor.

En una modalidad alternativa, el calor, el vapor y los gases recuperados de la zona de secado del reactor se dirigen al sistema de alimentación en el que están encerrados en la chaqueta y separados del contacto directo con el material de alimentación, pero indirectamente calienta el material de alimentación antes de la introducción en el reactor.

Se debe apreciar que los puertos de entrada de gas 310a, 310b, 310C y los puertos de salida de gas correspondiente 308a, 308b, 308c, respectivamente, de una modalidad están ligeramente desplazados entre sí con respecto a un plano bisector vertical a través del material de unidad de transporte 304. Por ejemplo, en una modalidad, el orificio de entrada 310a y puerto de salida 308a correspondiente están desplazados en la unidad 304 de transporte de material en una cantidad que se corresponde aproximadamente con la separación de juego de la barrena 305 en la unidad 304 de transporte de material. En varias modalidades, después de la atmósfera que rodea la materia prima 109/209 es desoxigenada satisfactoriamente, se alimenta desde el sistema 108 de alimentación de material en la BPU 102. En diversas modalidades, los niveles de oxígeno son monitoreados en todo el sistema de alimentación de material para permitir la calibración de la cantidad y localización de las infusiones de gas inerte.

Se debe apreciar que, en una modalidad, la materia prima 109/209, y, posteriormente, la biomasa seca 221, la biomasa precalentada 123/223, la biomasa carbonizada 125/225 y la biomasa carbonizada 126/226, viajan a través del reactor 102 (o reactores) a lo largo de una unidad de transporte de material continuo 304. En otra modalidad, la unidad de transporte de material que lleva el material difiere en las diferentes etapas en el proceso. En una modalidad, el proceso de mover el material a través del reactor, zonas o reactores es continuo. En una de tales modalidades, la velocidad de la unidad de transporte de material 304 está calibrada apropiadamente y se calcula por un controlador asociado y el procesador de tal manera que la operación de la unidad de transporte de material 304 no requiere la interrupción como el material se mueve a través del reactor o reactores.

En otra modalidad, el controlador asociado con el reactor o reactores 102 (112/114/116) está configurado para ajustar la velocidad de la unidad 304 de transporte de material sobre la base de uno o más sensores de retroalimentación, detecta gas (por ejemplo, de la opcionales FTIR), parámetros medidos, medidores de temperatura, u otras variables adecuadas en el proceso de reactor. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, cualquiera de los sensores de humedad adecuados, sensores de temperatura o sensores de gas en comunicación operativa con el controlador y el procesador podrían integrarse en o entre cada una de las zonas / reactores o en cualquier posición adecuada a lo largo de la unidad 304 de transporte de material. En una modalidad, el controlador y el procesador de utilizar la información de los sensores o indicadores para optimizar la velocidad y la eficiencia de la BPU 100/200. En una modalidad, el controlador asociado con el reactor o reactores 102 (112/114/116) está configurado para operar la unidad 304 de transporte de material. En una modalidad, el controlador asociado con el reactor o reactores 102 (112/114/116) está configurado para controlar la concentración, la temperatura y la humedad del gas dentro de la unidad 304 de transporte de material o dentro de cualquiera de los reactores. En una modalidad, el controlador está configurado para ajustar la velocidad de la unidad 304 de transporte de material, la entrada de los gases en la unidad de transporte de material y el calor aplicado al material en la unidad de transporte de material basan en una o más lecturas tomadas por los diversos sensores.

Con referencia ahora a las Figs.2 y 4, se ilustra una modalidad de la BPU 102. Debe apreciarse que la representación gráfica de la BPU 202 en la figura 4 corresponde sustancialmente a la BPU 202 en la figura 2.

También debe apreciarse que, en diversas modalidades, la BPU 202 está encerrada en una carcasa del horno para controlar y manipular las altas cantidades de calor necesarias para el proceso de reactor. Como se ve en la Fig. 4, en una modalidad, la carcasa del horno de la BPU 202 incluye varias cámaras aislantes (416, 418) que rodean las cuatro zonas 210, 212, 214 y 216. En una modalidad, el horno incluye cuatro zonas separadas. En varias modalidades, cada una de las cuatro zonas 210, 212, 214 y 216 de la BPU 202, incluye al menos un tramo de entrada y al menos un tramo de salida. Como se discute en mayor detalle a continuación, dentro de cada zona de una de tales modalidades, los tramos de entrada y salida están configurados para ser ajustable para controlar el flujo de material de alimentación, el gas y el calor dentro y fuera de la zona. Un suministro de aire inerte puede ser introducido en el tramo de entrada y el aire purgado puede ser extraído de la fuga de salida correspondiente. En diversas modalidades, uno o más de los tramos de salida de una zona en la BPU 202 están conectados a uno o más de los otros tramos de entrada o salida en la BPU.

En una modalidad, después que la materia prima 209 está desoxigenada en el sistema de alimentación de material 108, se introduce a la BPU 202, y específicamente a la primera de las cuatro zonas de la zona 210 de secado opcional. Como se ve en la Fig.4, la zona de secado incluye un tramo 422b de entrada y un tramo 420a de salida. En una modalidad, la zona de secado se calienta a una temperatura de alrededor de 80°C hasta aproximadamente 150°C para eliminar el agua u otra humedad de las materias primas 209. La biomasa se mueve entonces a la segunda o zona 212 de precalentamiento, donde la biomasa es pre-calentada como se describió anteriormente.

En otra modalidad, el material que opcionalmente se ha secado y precalentado se mueve a la tercera o la carbonización zona. En una modalidad, la carbonización se produce a una temperatura de aproximadamente 200°C hasta aproximadamente 700°C, por ejemplo aproximadamente 200°C, alrededor de 210 °C, alrededor de 220 °C, alrededor de 230 °C, alrededor de 240 °C, alrededor de 250 °C, alrededor de 260 °C, alrededor de 270 °C, alrededor de 280 °C, alrededor de 290 °C, alrededor de 300 °C, alrededor de 310 °C, alrededor de 320 °C, alrededor de 330 °C, alrededor de 340 °C, alrededor de 350 °C, alrededor de 360 °C, alrededor de 370 °C, alrededor de 380 °C, alrededor de 390 °C, alrededor de 400 °C, 410 °C, alrededor de 420 °C, alrededor de 430 °C, alrededor de 440 °C, alrededor de 450 °C, alrededor de 460 °C, alrededor de 470 °C, alrededor de 480 °C, alrededor de 490 °C, alrededor de 500 °C, alrededor de 510 °C, alrededor de 520 °C, alrededor de 530 °C, a unos 540 °C, alrededor de 550 °C, alrededor de 560 °C, alrededor de 570 °C, alrededor de 580 °C, alrededor de 590 °C, alrededor de 600 °C, alrededor de 610 °C, alrededor de 620 °C, alrededor de 630 °C, alrededor de 640 °C, alrededor de 650 °C, alrededor de 660 °C, alrededor de 670 °C, alrededor de 680 °C, alrededor de 690 °C, o alrededor de 700 °C. En otra modalidad, una zona de carbonización de un reactor 421 está adaptado para permitir que los gases producidos durante la carbonización a extraer. En otra modalidad, los gases producidos durante la carbonización se extraen para su uso posterior opcional. En una modalidad, se selecciona una temperatura de carbonización para minimizar o eliminar la producción de metano (CH4) y maximizar el contenido de carbono de la biomasa carbonizada.

En otra modalidad, la biomasa carbonizada se mueve a una reducción de temperatura de refrigeración o zona (tercera zona) y se le permite pasivamente fría o se enfría activamente. En una modalidad, los sólidos de biomasa carbonizados se enfrían a una temperatura +_ 10, 20, 30 o 40 °C de temperatura ambiente.

En diversas modalidades, la BPU incluye una pluralidad de sondas de introducción de gas y sondas de extracción de gas. En la modalidad de la BPU ilustrada en la Fig.4, la BPU incluye además una pluralidad de sondas de introducción de gas: 408, 410, 412 y 414, y una pluralidad de sondas de extracción de gas: 400, 402, 404 y 406. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, uno de cada gas sondas de introducción y uno de cada uno sondas de extracción de gas corresponden con una diferente de la pluralidad de zonas 210, 212, 214 y 216. También debe apreciarse que, en varias modalidades alternativas, la BPU 202 incluye cualquier número adecuado de sondas de introducción de gas y sondas de extracción de gas, incluidas más de un sondas de introducción de gas y más de un sondas de extracción de gas para cada uno de la pluralidad de zonas.

En la modalidad ilustrada, la zona de secado 210 está asociada con la sonda 412 de introducción de gas y la sonda 402 de extracción de gas. En una modalidad, la sonda 412 de introducción de gas introduce nitrógeno a la zona 210 de secado y la sonda 402 de extracción de gas extrae gas de la zona de secado 210. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, la sonda 412 de introducción de gas está configurada para introducir una mezcla de gas en la zona de secado 210. En una modalidad, el gas extraído es oxígeno. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, la sonda 402 de extracción de gas extractos de los gases procedentes de la zona de secado 210 para ser reutilizado en un sistema de recuperación de calor o energía, como se describe en más detalle anteriormente.

En la modalidad ilustrada, la zona 212 de precalentamiento está asociada con la sonda 414 de introducción de gas y la sonda 400 de extracción de gas. En una modalidad, la sonda 414 de introducción de gas introduce nitrógeno a la zona 212 de precalentamiento y la sonda 400 de extracción de gas extrae gas de la zona 212 de precalentamiento. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, la sonda 414 de introducción de gas está configurada para introducir una mezcla de gas en la zona 212 de precalentamiento. En diversas modalidades, el gas extraído en la sonda 400 de extracción de gas incluye gases de salida enriquecidos con carbono. Se debe apreciar que, en una modalidad, como se discutió anteriormente, los gases extraídos de la zona 212 de precalentamiento y zona 214 de pirólisis se reintroducen al material en una etapa posterior en el proceso, por ejemplo, en la unidad de recuperación de carbono. En diversas modalidades, los gases extraídos de cualquiera de las zonas del reactor se utilizan ya sea para la recuperación de energía en el calentador de la secadora o proceso de gas, para su posterior pirólisis en un reactor de recorte, o en el dispositivo de enriquecimiento de carbono.

En la modalidad ilustrada, la zona de pirólisis 214 está asociada con la sonda 410 de introducción de gas y la sonda 404 de extracción de gas. En una modalidad, la sonda 410 de introducción de gas introduce nitrógeno a la zona 214 de pirólisis de gas y la sonda 404 de extracción de gas extrae gas de la zona de pirólisis 214. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, la sonda 410 de introducción de gas está configurada para introducir una mezcla de gas en la zona de pirólisis 214. En diversas modalidades, el gas extraído en la sonda 404 de extracción de gas incluye gases de salida enriquecidos con carbono. Se debe apreciar que, en una modalidad, como se discutió anteriormente, los gases de salida enriquecidos con carbono, extraídos de la zona de pirólisis 214 se utilizan y son reintroducidos en el material en una etapa posterior en el proceso. En diversas modalidades, como se describe en más detalle a continuación, el gas extraído 400 de la zona 212 de precalentamiento y el gas 404 extraído de la zona de pirólisis 214 se combinan antes de ser reintroducidos en el material.

En la modalidad ilustrada, la zona 116 de enfriamiento está asociada con la sonda 408 de introducción de gas y la sonda 406 de extracción de gas. En una modalidad, la sonda 408 de introducción de gas introduce nitrógeno a la zona 116 de refrigeración y la sonda 406 de extracción de gas extrae gas de la zona 116 de refrigeración. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, la sonda 408 de introducción de gas está configurada para introducir una mezcla de gas en la zona 116 de enfriamiento. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, la sonda 406 de extracción de gas extrae gases procedentes de la zona 116 de refrigeración para ser reutilizados en un sistema de recuperación de calor o energía, como se describe en más detalle anteriormente.

Se debe apreciar que las sondas de introducción de gas y sondas de extracción de gas de diversas modalidades descritas anteriormente están configuradas para operar con el controlador y la pluralidad de sensores descritos anteriormente para ajustar los niveles y concentraciones de gas que se introduce y el gas que se extrae de cada zona.

En diversas modalidades, las sondas de introducción de gas y sondas de extracción de gas están hechas de un tubo adecuado configurado para soportar altas fluctuaciones de temperatura. En una modalidad, las sondas de introducción de gas y sondas de extracción de gas incluyen una pluralidad de aberturas a través de las que se introduce o extrae el gas. En diversas modalidades, la pluralidad de aberturas está dispuesta en el lado inferior de las sondas de entrada y de extracción de gas. En diversas modalidades, cada uno de la pluralidad de aberturas se extiende por una longitud sustancial dentro de la zona respectiva.

En una modalidad, las sondas de introducción de gas se extienden desde un lado de la BPU 202 a través de cada zona. En una de tales modalidades, cada una de las cuatro sondas de introducción de gas se extiende desde un solo lado de la BPU a cada una de las zonas respectivas. En diversas modalidades, se añaden catalizadores gaseosos que enriquecen los niveles de carbono fijo. Se debe apreciar que, en tal modalidad, la pluralidad de aberturas para cada una de las cuatro sondas de introducción de gas sólo está dispuesta en la zona respectiva asociada con esa sonda de introducción de gas particular.

Por ejemplo, viendo la Fig. 4, si cada una de las sondas de introducción de gas se extiende desde el lado izquierdo de la zona de secado en cada una de las zonas, todas las cuatro sondas de introducción de gas viajarían a través de la zona de secado, con las sondas de introducción de gas zona de secado que terminan en la zona de secado. Las tres restantes sondas de introducción de gas viajarían todas a través de la zona de precalentamiento, con la sonda de introducción de gas a la zona de precalentamiento que termina en la zona de precalentamiento. Los dos restantes sondas de introducción de gas viajarían a través de la zona de pirólisis, con la zona de pirólisis de introducción de gas de la sonda termina en la zona de pirólisis. La sonda de introducción de gas zona de enfriamiento sería la única sonda de introducción de gas para viajar a y terminan en la zona de enfriamiento. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, las sondas de extracción de gas se configuran similarmente a las sondas de introducción de gas descritas en este ejemplo. También debe apreciarse que las sondas de introducción de gas y sondas de extracción de gas pueden iniciar desde cada uno de ambos lados de la BPU.

En diversas modalidades, las sondas de introducción de gas están dispuestas concéntricamente una con la otra para ahorrar espacio utilizado por la configuración de múltiples puertos descritos en el ejemplo anterior. En una de tales modalidades, cada uno de los cuatro sondas/puertos de entrada tendría un diámetro más pequeño que la sonda/puerto de entrada anterior. Por ejemplo, en una modalidad, la sonda de introducción de gas zona de secado tiene el mayor diámetro interior, y la zona de sonda de introducción de gas de precalentamiento está situada dentro del diámetro interior de sonda/puerto de entrada de la zona de secado, la sonda de introducción de gas en la zona de pirólisis está entonces situada dentro del diámetro interior de la sonda de introducción de gas en la zona de precalentamiento y la sonda de introducción de gas en la zona de enfriamiento está situada dentro de la sonda de introducción de gas en la zona de pirólisis. En un ejemplo de modalidad, un conector adecuado está unido a cada una de las cuatro sondas de introducción de gas fuera de la BPU 102 para controlar el aire infundido en cada una de las cuatro sondas de introducción de gas individual.

En una modalidad de este tipo, similar al ejemplo anterior, la sonda de introducción de gas en la zona de secado podría terminar en la zona de secado, y las otras tres sondas de introducción de gas continuarían en la zona de precalentamiento. Sin embargo, con una disposición concéntrica o sustancialmente concéntrica, sólo la más exterior de la sonda de introducción de gas se expone en cada zona antes de ser terminado. Por lo tanto, en una de tales modalidades, las introducciones de gas en las zonas individuales se controlan efectivamente independiente una de otra, mientras que sólo requiere una línea de sonda de introducción de gas continuo. Debe apreciarse que una configuración concéntrica o sustancialmente concéntrica similar se utiliza adecuadamente para las sondas de extracción de gas en una modalidad.

En una modalidad, cada zona o reactor está adaptado para extraer y recoger los gases de salida una o más de las zonas individuales o reactores. En otra modalidad, los gases de salida de cada zona/reactor permanecen separados para su eliminación, el análisis y/o uso posterior. En diversas modalidades, cada reactor/zona contiene un sistema de detección de gas tal como un FTIR que puede monitorear la formación de gas dentro de la zona/reactor. En otra modalidad, los gases residuales de una pluralidad de zonas/reactores se combinan para su eliminación, el análisis y/o uso posterior, y en diversas modalidades, fuera de los gases procedentes de una o más zonas/reactores se alimentan a un calentador de gas de proceso. En otra modalidad, los gases de salida de una o más zonas/reactores se introducen en una unidad de recuperación de carbono. En otra modalidad, los gases de salida de una o más zonas/reactores se alimentan a un separador de fase gaseosa antes de la introducción en la unidad de recuperación de carbono. En una modalidad, un separador de fase gaseosa comprende una columna de fraccionamiento. Cualquier columna de fraccionamiento conocido por los expertos en la téenica puede ser utilizada. En una modalidad, los gases de salida se separan en compuestos no polares y compuestos polares utilizando una columna de fraccionamiento estándar calentado a una temperatura adecuada, o una columna de relleno. En otra modalidad, los compuestos no polares o gases enriquecidos de un separador de fase gaseosa se extraen para su uso posterior opcional, y en diversas modalidades, fuera de los gases procedentes de una o más zonas/reactores se alimentan a un calentador de gas de proceso. En una modalidad, los gases extraídos de la zona de precalentamiento/reactor, la zona de pirólisis/reactor y, opcionalmente, la zona de enfriamiento/reactor se extraen en una corriente combinada y se introduce en el separador de fase gaseosa. En diversas modalidades, una o más de las zonas/reactores está configurado para controlar si y cuánto gas se introduce en la corriente combinada.

Como se discutió anteriormente y, en general se ilustra en la Fig. 5, los gases residuales 124/224 de la BPU 102/202 se dirigen hacia el separador 200 de fase gaseosa. En diversas modalidades, los gases residuales 124/224 incluyen los gases extraídos 120 de la primera/zona de precalentamiento/reactor 112/212 combinado con los gases extraídos 122/222 de la segunda/zona de pirólisis/reactor 114/214 o ya sea corriente de gas solo. Cuando los gases residuales 124/224 entran en el separador 200 de fases gaseosas, los gases de 124/224 se separan en compuestos polares 128/228/136/236 y compuestos 204 no polares, tales como los gases no polares. En diversas modalidades, el separador 200 de fase gaseosa es una columna de fraccionamiento conocido.

En diversas modalidades, los gases enriquecidos 204 extraídos de los gases de salida 124/224 combinados se dirigen desde el separador 200 de fase gaseosa en la unidad 500 de recuperación de carbono a través de la entrada 524, que enriquece el material. Como se discutió anteriormente, y como se ilustra en las Figs.8 y 11, se debe apreciar que en diversas modalidades, los gases extraídos se introdujeron por primera vez en una unidad de enriquecimiento de material, y luego en una unidad de recuperación de carbono separado. En la modalidad ilustrada en la Fig.5, el enriquecimiento de material tiene lugar en la unidad 500 de recuperación de carbono. En una modalidad (Fig.5), el separador 200 de fase gaseosa incluye una pluralidad de salidas. En diversas modalidades, una salida desde el separador 200 de fase gaseosa está conectada a la unidad 500 de recuperación de carbono para introducir una corriente de gas enriquecido a la unidad 500 de recuperación de carbono. En una modalidad, una porción de la corriente de gas enriquecido se dirige a la unidad 500 de recuperación de carbono y otra parte se dirige a un lavador de gases, u otro aparato de purificación adecuados para limpiar y eliminar el gas no deseado. En diversas modalidades, los gases residuales que no se envían a la unidad de recuperación de carbono se pueden utilizar ya sea para la recuperación de energía (por ejemplo, en un calentador de gas de proceso) o como un gas inerte (por ejemplo, en la unidad de desaireación, reactor, BPU, o enfriador). Del mismo modo, en diversas modalidades, los gases de salida de la unidad de recuperación de carbono se pueden usar ya sea para la recuperación de energía (por ejemplo, en un calentador de gas de proceso), como un gas inerte (por ejemplo, en la unidad de desaireación, reactor, BPU, o enfriador), o en una unidad de recuperación secundaria.

En una modalidad, otra salida del separador de fase gaseosa extrae los compuestos polares, opcionalmente los condensa en un componente líquido, que incluye una pluralidad de partes diferentes líquidas. En diversas modalidades, el líquido incluye agua, ácido acético, metanol y furfural. En diversas modalidades, el líquido emitido se almacena, se elimina, además se procesada o se reutiliza. Por ejemplo, se debe apreciar que el agua expulsada en una modalidad se puede volver a utilizarse para calentar o enfriar otra porción de un sistema. En otra modalidad, se drena el agua. También debe apreciarse que el ácido acético, metanol y furfural emitido en una modalidad se pueden dirigir a los tanques de almacenamiento para su reutilización, re-venta, destilación o refinamiento.

Como se ve en la Fig.5, la unidad 500 de recuperación de carbono de una modalidad comprende un alojamiento con una porción superior y una porción inferior. Se debe apreciar que, en diversas modalidades en las que una unidad de enriquecimiento material es separado de la unidad de recuperación de carbono, la unidad de enriquecimiento de material incluye características similares a los discutidos con respecto a la unidad 500 de recuperación de carbono de la Fig. 5. En una modalidad, la unidad de recuperación de carbono, comprende: un alojamiento 502 con una parte superior 502a y una parte 502b inferior; una entrada 524 en una parte inferior de la porción inferior de la carcasa configurada para llevar reactor de gas de escape; una salida 534 en una parte superior de la porción superior de la carcasa configurada para llevar una corriente de gas concentrado; una trayectoria 504 definida entre la porción superior y la porción inferior de la carcasa; y un sistema de transporte 528 siguiendo la trayectoria, el sistema de transporte configurado para el transporte de reactivo, en el que la carcasa tiene una forma tal que el reactivo se adsorbe al menos algunos de reactor de gas de escape. En diversas modalidades, la porción superior incluye una pluralidad de puntos de venta y la porción inferior incluye una pluralidad de entradas.

En una modalidad, la carcasa 502 está sustancialmente libre de esquinas que tienen un ángulo de 110 grados o menos, 90 grados o menos, 80 grados o menos o 70 grados o menos. En una modalidad, la carcasa 502 está sustancialmente libre de esquinas convexas. En otra modalidad, la carcasa 502 está sustancialmente libre de esquinas convexas capaces de producir remolinos o atrapando el aire. En otra modalidad, el alojamiento 502 está sustancialmente forma de cubo, prisma rectangular, elipsoide, un elipsoide estereográfica, un esferoide, dos conos fijados base a base, dos tetraedros regulares fijados base a base, dos pirámides rectangulares colocadas base a base o dos prismas triangulares isósceles fijados base a base.

En una modalidad, la porción superior 502a y la porción inferior 502b de la carcasa 502 están cada una formada sustancialmente como un medio-elipsoide, un prisma semi-rectangular, elipsoide semi-estereográfica, un semi-esferoide, un cono, un tetraedro regular, una pirámide rectangular, un prisma triangular isósceles o una transición del conducto-redondo a rectangular.

En otra modalidad, la entrada 524 en la parte inferior de la porción inferior de la carcasa 502b y la salida 534 en la parte superior de la porción superior de la carcasa 502a están configurados para conectarse con un tubo. En otra modalidad, la parte superior de la porción inferior 502b de la carcasa y la parte inferior de la porción superior de la carcasa 502a son sustancialmente rectangular, circular o elíptica. En otra modalidad, la anchura entre la parte superior de la porción inferior 502b de la carcasa y la parte inferior de la porción superior de la carcasa 502a es más ancha que la anchura del sistema de transporte 528. En una modalidad, la anchura del sistema de transporte 528 es su altura.

En una modalidad, la unidad 500 de recuperación de carbono comprende una trayectoria 504 definida entre la parte superior y la parte inferior, una abertura de entrada 506 y una abertura de salida 508. En una modalidad, la abertura de entrada y abertura de salida están configurados para recibir el sistema de transporte. En una modalidad, el sistema de transporte 528 es al menos semipermeable o permeable al gas enriquecedor.

En una modalidad, la abertura de entrada 506 incluye un mecanismo de sellado para reducir el escape de gas abertura de entrada y la abertura de salida 508 incluye una abertura de salida mecanismo de sellado para reducir el escape de gas.

En una modalidad, los mecanismos de entrada y abertura de salida de sellado comprenden una esclusa de aire.

En diversas modalidades, la porción 502b inferior de la carcasa de la unidad de recuperación de carbono tiene una estrecha abertura de conexión de fondo redondo, que está conectado con el separador 200 de fases gaseosas para el transporte de la corriente 204 de gas. En diversas modalidades, la parte superior de la porción 502b inferior de la carcasa de la unidad 500 de recuperación de carbono es de forma sustancialmente rectangular, y sustancialmente más ancha que la estrecha abertura de conexión de fondo redondo. Se debe apreciar que, en una modalidad, la porción inferior transiciones desde la abertura de fondo redondo a una abertura superior rectangular. En una modalidad, la abertura superior rectangular de la parte inferior es de unos 1.82 m (seis pies) de ancho (a lo largo de la dirección del sistema de transporte). En diversas modalidades, la porción superior de la unidad de recuperación de carbono 500 tiene la forma sustancialmente similar a la porción inferior. En una modalidad, la abertura inferior de la porción superior es más ancha que la abertura superior de la porción inferior. En una modalidad, la abertura inferior rectangular de la parte superior es aproximadamente de 1.98 m (seis pies y medio) de ancho (a lo largo de la dirección del sistema de transporte). En una modalidad, la parte superior está configurada para capturar todos los gases pasaron a través de la unidad 500 de recuperación de carbono que no se adsorbe por los materiales activados.

Se debe apreciar que, en diversas modalidades, la forma de la porción inferior de las unidades de recuperación de carbono ayuda a reducir la velocidad y la dispersión de los gases 204 a través de un área de superficie más amplia de la cinta transportadora que lleva el producto de carbón biogénico activado 126/226. En diversas modalidades, la forma precisa de las porciones 502b y 502a superior e inferior de la unidad de recuperación de carbono 500 depende del ángulo de dispersión de gas procedente de la tubería de separador de fase gaseosa. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, el gas natural tenderá a expandirse a medida que se bombea en un intervalo acampanado de entre 5 y 30 grados desde la vertical. En una modalidad, el ángulo de apertura es de aproximadamente 15 grados. Se debe apreciar que la parte inferior de la unidad de recuperación de carbono se construye con el menor número de pliegues y esquinas como sea posible para prevenir la captura de aire o la formación de remolinos.

En una modalidad, la unidad 500 de recuperación de carbono está configurada para conectarse al separador 200 de fase gaseosa como se discutió anteriormente, así como la BPU 102/202. En diversas modalidades, la unidad de recuperación de carbono 500 está conectado a la salida del reactor/zona 216/116 de enfriamiento, o la última zona de enfriamiento de la BPU 102/202 o fuera de la BPU. En una modalidad, la salida del reactor/zona de enfriamiento 116/216 incluye producto de carbón biogénico activado que se han procesado en el BPU 102/202. En una modalidad, el producto 126/226 de carbón biogénico activado entra en la unidad 500 de recuperación de carbono a lo largo de un sistema de transporte adecuado. En diversas modalidades, la porción superior y la porción inferior de la unidad de recuperación de carbono están conectadas la una a la otra, y definen un camino a través del cual un sistema de transporte pasa. En una modalidad, el sistema de transporte está construido con un material poroso o malla configurada para permitir que el gas pase a su través. Se debe apreciar que el sistema de transporte está configurado para pasar a través de una abertura de la unidad 500 de recuperación de carbono y luego a través de una abertura de salida en la recuperación de carbono. En algunas modalidades, la entrada y la salida dentro y fuera de la unidad de recuperación de carbono se sellan adecuadamente con una esclusa de aire u otro mecanismo de sellado adecuado para evitar que los gases escapen a través de la abertura del transportador. En diversas modalidades, los gases residuales que no se envían a la unidad de recuperación de carbono se puede utilizar ya sea para la recuperación de energía (por ejemplo, en un calentador de gas de proceso) o como un gas inerte (por ejemplo, en la unidad de desaireación, reactor, BPU, o enfriador). Del mismo modo, en diversas modalidades, los gases de salida de la unidad de recuperación de carbono se pueden usar ya sea para la recuperación de energía (por ejemplo, en un calentador de gas de proceso), como un gas inerte (por ejemplo, en la unidad de desaireación, reactor, BPU, o enfriador), o en una unidad de recuperación secundaria.

En diversas modalidades, el proceso opera primero sacando el producto 126/226 de carbón biogénico activado de la zona de enfriamiento 116/216 sobre el sistema de transporte utilizando un mecanismo de descarga adecuado del reactor/zona 116/216 de refrigeración. En una modalidad, el producto 126/216 de carbón biogénico activado se extiende en toda la anchura del sistema de transporte para reducir al mínimo el apilamiento de material o agrupamiento y maximizar el área superficial para la absorción gaseosa. En el punto de que el producto 126/216 de carbón biogénico activado se deposita y convenientemente se extiende sobre el sistema de transporte, en diversas modalidades, el sistema de transporte transporta el producto 126/216 de carbón biogénico activado a través de la abertura en la unidad 104 de recuperación de carbono definido entre la parte inferior y la parte superior se discutió anteriormente. En la unidad 104 de recuperación de carbono, el producto 126/216 de carbón biogénico activado adsorben gases de hilo en la parte inferior de la unidad 104 de recuperación de carbono desde el separador 200 de fase gaseosa. Después de que el producto de carbón biogénico activado se enriquece con gases no polares, se debe apreciar que el producto de carbón biogénico activado se convierte en un producto de carbón biogénico activado alto en carbono. En diversas modalidades, el producto de carbón biogénico activado alto contenido de carbono es un producto final del proceso descrito en este documento y es transportado lejos de la unidad 104 de recuperación de carbono en un almacenamiento adecuado o aparato de post-procesamiento.

En una modalidad, después que los gases enriquecidos 204 pasen a través del transportador y el producto 126/216 de carbón biogénico activado, el gas resultante se extrae en la parte superior de la unidad 104 de recuperación de carbono.

En diversas modalidades, los gases gastados 134 son arrastrados a un depurador adecuado, pila o sistema de recuperación. En algunas modalidades, los gases de escape son explotados para cualquier cualidad reutilizable en el sistema, incluyendo el uso en una unidad de recuperación de carbono secundario o para la energía. En diversas modalidades, los gases residuales que no se envían a la unidad de recuperación de carbono se pueden utilizar ya sea para la recuperación de energía (por ejemplo, en un calentador de gas de proceso) o como un gas inerte (por e j emplo, en la unidad de desaireación, reactor, BPU, o enfriador). Del mismo modo, en diversas modalidades, los gases de salida de la unidad de recuperación de carbono se pueden usar ya sea para la recuperación de energía (por ejemplo, en un calentador de gas de proceso), como un gas inerte (por ejemplo, en la unidad de desaireación, reactor, BPU, o enfriador), o en una unidad de recuperación secundaria.

Se debe apreciar que el producto 126/216 de carbón biogénico activado incluye una alta cantidad de carbono, y el carbono tiene una alta preferencia para la adsorción de gases no polares. También debe apreciarse que la corriente de gas enriquecido 204 incluye los gases polares como no principalmente los terpenos, monóxido de carbono, dióxido de carbono y metano. En diversas modalidades, como los gases enriquecidos se dirigen desde el separador de fase gaseosa en la unidad de recuperación de carbono, la tasa de flujo de gas y la velocidad del transportador son monitoreados y controlados para asegurar la absorción máxima de los gases no polares en el producto 126/216 de carbón biogénico activado. En otra modalidad, los compuestos orgánicos de alta energía comprenden al menos una parte de los gases enriquecidos 204 eluidos durante la carbonización de la biomasa, y emitida desde el separador 200 de fase gaseosa a la unidad 104 de recuperación de carbono. En diversas modalidades, los gases enriquecidos 204 están enriquecidos además con aditivos adicionales antes de ser introducida a la unidad de unidad de recuperación de carbono o enriquecimiento material.

Como se discute más a detalle más adelante, en diversas modalidades, el tiempo de residencia del producto 126/216 de carbón biogénico activado en la unidad de recuperación de carbono se controla y varía en función de la composición del producto 126/216 de carbón biogénico activado y gas el flujo y la composición. En una modalidad, el producto de carbón biogénico activado se pasó a través de una o más unidades de recuperación de carbono más de una vez. En diversas modalidades, la salida de aire enriquecido desde el separador de fase gaseosa y la salida del aire expulsado de la unidad 104 de recuperación de carbono pueden ser desviadas o con espiga en una unidad de recuperación de carbono adicional o más refinada o se utilizan para obtener energía o gas inerte para uso en el proceso.

Con referencia más general a las Figs.6 a 13, diversas modalidades de la presente descripción se ilustran y discuten. Debe apreciarse que las diversas modalidades y alternativas discutidas más adelante con respecto a las figuras. 6 a 13 se aplican a las modalidades de las Figs.1-5 discutido anteriormente, y viceversa.

Con referencia específicamente ahora a la Fig.6, esta modalidad puede utilizar una BPU que incluye un único reactor que tiene de dos a una mayor pluralidad de diferentes zonas. Dos zonas se muestran en la modalidad ilustrativa, sin embargo, cualquier número diferente de zonas podría ser empleado. En una modalidad, cada zona está conectada a al menos otra zona a través de una unidad de transporte de material (no representado). En una modalidad, la unidad de transporte de material controla la atmósfera y las condiciones de temperatura.

Específicamente, en una modalidad ilustrada en la Fig. 6, el sistema 600 incluye un sistema de alimentación de material 602, una BPU 606 que incluye una zona de pirólisis 608 y una zona de enfriamiento 610, un refrigerador 614 y una recuperación de carbono unidad 616. Se debe apreciar que el enfriador 614 de la Fig. 6 está fuera de la BPU 606, y es además de la zona de enfriamiento 610 que reside dentro de la BPU 606.

En diversas modalidades, el sistema 600 incluye un secador opcional entre el sistema 602 de alimentación de material y la BPU 606. En diversas modalidades, la BPU 606 incluye una pluralidad de zonas. En la Fig.6, la BPU 606 incluye una zona de pirólisis 608 y una zona 610 de enfriamiento. La BPU 606 también incluye al menos una pluralidad de entradas y salidas para añadir sustancias para la eliminación de diversas sustancias y de la pluralidad de zonas 608, 610, incluyendo por lo menos vapores condensables y gases no condensables 612. Debe apreciarse que en varias modalidades discuten a continuación, uno o más de la pluralidad de la zona 608 o 610 están encerrados por la BPU 606.

Con referencia ahora a la Fig.7, un sistema 700 de una modalidad se ilustra y se describe. El sistema 700 incluye un sistema de un solo reactor, incluyendo un sistema 702 de alimentación de material, un pre-calentador 706, un reactor de pirólisis 708, un refrigerador, 714 y una unidad de recuperación de carbono 716. En diversas modalidades, el sistema 700 incluye un secador opcional 704 entre el sistema 702 de alimentación de material y el pre-calentador 706. Como se ve en la Fig. 7, el reactor de pirólisis 708 de una modalidad incluye al menos una entrada de gas 710 y al menos una salida 712 para la salida de sustancias desde el reactor de pirólisis 708. En diversas modalidades, las sustancias emitidas través de la salida 712 incluyen vapores condensables y/o gases no condensables. Se debe apreciar que el reactor de pirólisis 708 puede incluir una o más zonas, no se discuten en detalle en este documento. En diversas modalidades, el sistema 700 incluye uno o más reactores en adición al reactor de pirólisis 708.

Con referencia ahora a la Fig. 8, un solo reactor, múltiples zonas sistema de BPU 800 de una modalidad se ilustran y discuten. El sistema 800 incluye un sistema 802 de alimentación de material, una BPU 808 que tiene una zona de pirólisis 810 y una zona de enfriamiento 812, una unidad 818 de enriquecimiento de material, y una unidad 820 de recuperación de carbono. Similar a las modalidades descritas anteriormente, la Fig. 8 también incluye un secador opcional 804 situado entre el sistema 802 de alimentación de material y la BPU 808. Se debe apreciar que la humedad 806 de la secadora 804 se elimina durante el proceso de secado. La Fig. 8 también incluye una enfriador 816 opcional fuera de la BPU 808 y antes de que la unidad 818 de enriquecimiento de material. Como se discute en más detalle a continuación, la unidad 818 de enriquecimiento de material está en comunicación con una salida de gas 814 de la BPU 808, que lleva vapores condensables y gases no condensables de la BPU. Se debe apreciar que diversas modalidades ilustradas en la Fig. 8 incluyen una unidad 820 de recuperación de carbono separan de la unidad 818 de enriquecimiento de material. Como se discutió anteriormente, en diversas modalidades, la unidad 829 de recuperación de carbono de la Fig.8 es un recipiente apropiado en el que el material enriquecido se almacena después de la unidad 818 de enriquecimiento de material, y la unidad 820 de recuperación de carbono no enriquece aún más el material.

Se debe apreciar que, en diversas modalidades, un calentador 824 de gas de proceso opcional está dispuesto en el sistema y unido a la BPU 808. En diversas modalidades, vapores u otros gases desprendidos de la BPU 808 se introducen en el calentador de gas de proceso opcional 824, junto con una fuente externa de una cualquiera o más de aire, gas natural, y nitrógeno. Como se discute más adelante, en diversas modalidades, las emisiones al aire desde el calentador 824 de gas de proceso se introducen en la secadora 804 como un sistema de recuperación de calor o energía.

Con referencia ahora a la Fig.9, una BPU 908 de un sistema 900 de una modalidad se ilustra y se describe. La BPU 908 incluye una pluralidad de zonas: la zona de precalentamiento 904, la zona de pirólisis 910, y la zona de enfriamiento 914. La BPU 908 de una modalidad también incluye un sistema de alimentación de material 902 en comunicación con una de las zonas por lo menos una entrada de gas 906 en comunicación con una o más de las zonas 904, 910, 914. En diversas modalidades, como se discute a continuación, una de las zonas también incluye al menos una salida 912 para la salida de sustancias, en una modalidad, los vapores condensables y/o gases no condensables. En diversas modalidades, una de las zonas también incluye una salida para la salida de la avanzada de carbono del sistema 900.

Se debe apreciar que, aunque la Fig. 9 muestra la entrada de gas 906 está conectado a la zona 904 de precalentamiento, diversas modalidades incluyen entradas en cualquier combinación de las tres zonas. Del mismo modo, se debe apreciar que aunque la salida gaseosa 912 viene de la zona de pirólisis 910, diversas modalidades incluyen salidas fuera de uno o más de cualquier combinación de las tres zonas. Como se discute más adelante, diversas modalidades contempladas incluyen entradas y salidas dentro de la BPU: por ejemplo, una salida de la zona de pirólisis 910 es entonces la entrada a la zona de precalentamiento 904. Se debe apreciar que, en la modalidad ilustrada, cada uno de los reactores de la BPU está conectado el uno al otro a través del sistema de alimentación de material, como se discutió anteriormente.

En diversas modalidades, la zona de precalentamiento 904 de la BPU 908 está configurada para la alimentación de biomasa 902 (u otra materia prima que contiene carbono) de una manera que no "choque" con la biomasa, lo que rompería las paredes celulares e iniciaría la descomposición rápida de la fase sólida en vapores y gases. En una modalidad, la zona de precalentamiento 904 se puede pensar en la pirólisis como leve.

En diversas modalidades, zona de pirólisis 910 de la BPU 908 se configura como la zona de reacción primaria, en la que precalienta el material se somete a la química de pirólisis para liberar gases y vapores condensables, dando como resultado un material sólido que es una reacción de alto carbono intermedio. Componentes de la biomasa (principalmente de celulosa, hemicelulosa y lignina) se descomponen y crear vapores de escape, que al penetrar a través de poros o la creación de nuevos nanoporos. Este último efecto contribuye a la creación de la porosidad y el área superficial.

En diversas modalidades, la zona de enfriamiento 914 de la BPU 908 está configurada para recibir la reacción de alto carbono intermedio y enfriar los sólidos, es decir, la zona de enfriamiento 914 será una temperatura más baja que la zona de pirólisis 910. En la zona de enfriamiento 914, el transporte de la química y la masa puede ser complejo. En diversas modalidades, las reacciones secundarias se producen en la zona de enfriamiento 914. Se debe apreciar que los componentes que contiene carbono que se encuentran en la fase gaseosa pueden descomponerse para formar carbono fijo adicional y/o se adsorbe en el carbono. Por lo tanto, el carbono avanzado 916 no es simplemente el residuo sólido, desvolatilizado de las etapas de procesamiento, sino que incluye carbono adicional que se ha depositado desde la fase gaseosa, tal como por descomposición de los vapores orgánicos (por ejemplo, alquitranes) que pueden formar carbono.

Con referencia ahora a las Figs. 10 a 13, varios reactores múltiples modalidades del sistema se ilustran y discuten. Similar a cada una de las modalidades, los sistemas incluyen un desaireador opcional y un secador opcional, como se discute en más detalle a continuación. Haciendo referencia a la Fig. 10, el sistema 1000 incluye el sistema 1002 de alimentación de material, un reactor de pirólisis 1012, un reactor de refrigeración 1018, un enfriador de 1020 y una unidad 1022 de recuperación de carbono unidad. Como se discute más adelante, una fuente de gas 1016 está configurada para ingresar gas en uno o ambos del reactor de pirólisis 1012 y el reactor 1018 de refrigeración. En diversas modalidades, el reactor de pirólisis incluye una salida para emitir vapores al menos condensables y/o gases no condensables. En diversas modalidades, la unidad 1022 de recuperación de carbono incluye una salida 1024 a la salida de carbón activado del sistema 1000.

Se debe apreciar que, en varias modalidades ilustradas por lo menos en las Figs.10 a 13, los sistemas ilustrados incluyen una opción de-aireador y un secador opcional. Como se ve en la Fig.10, por ejemplo, representada por líneas discontinuas, el opcional de-aireador 1004 está conectado al sistema 1000 entre el sistema 1002 de alimentación de material y el reactor de pirólisis 1002. Del mismo modo, la secadora 1006 está conectado al sistema 1000 entre el sistema de alimentación de material 1002 y el reactor de pirólisis 1012. En diversas modalidades, el secador 1006 y el desaireador 1004 están también conectados entre sí de tal manera que el material desde el sistema de alimentación de material puede seguir cualquier número de diferentes caminos a través del sistema de alimentación de material, el desaireador, la secadora, y para el reactor de pirólisis. Se debe apreciar que en algunas modalidades, el material sólo pasa a través de uno de los de-aireador 1004 y secadora 1006 opcionales.

En algunas modalidades, con referencia a la Fig.10, un proceso para la producción de un carbón biogénico activado comprende las siguientes etapas: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono que comprende la biomasa; (b) opcionalmente el secado de la materia prima para eliminar al menos una parte de la humedad contenida dentro de la materia prima; (c) opcionalmente desaireación de la materia prima para eliminar al menos una porción de oxígeno intersticial, en su caso, contenida con la materia prima; (d) pirolizar la materia prima en presencia de una fase gaseosa sustancialmente inerte durante al menos 10 minutos y con al menos una temperatura seleccionada de aproximadamente 250 °C a aproximadamente 700 °C, para generar sólidos calientes pirolizados, vapores condensables y gases no condensables; (e) separar al menos una parte de los vapores condensables y al menos una porción de los gases no condensables de los sólidos pirolizados calientes; (f) enfriar los sólidos pirolizados calientes para generar sólidos pirolizados enfriados; y (g) recuperar un carbón biogénico activado que comprende al menos una porción de los sólidos pirolizados enfriado.

Con referencia ahora a la Fig.11 un sistema de reactor múltiple 1100 de una modalidad se ilustra. Similar a la modalidad descrita anteriormente e ilustrada en la Fig.10, esta modalidad incluye un sistema de alimentación de material 1102, reactor de pirólisis 1112, reactor 1118 de enfriamiento, y la unidad 1124 de recuperación de carbono. En la modalidad ilustrada de la Fig.11, el enfriador 1120 es opcional, y una unidad 1122 de enriquecimiento de material está dispuesto entre el enfriador opcional 1120 y la unidad de recuperación de carbono 1124. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, la unidad de enriquecimiento de material de 1122 enriquece el material antes de que continúa en la unidad de recuperación de carbono separan 1124, que puede o no puede enriquecer aún más el material. En diversas modalidades, un desaireador 1104 opcional y un secador 1106 opcional están dispuestos entre el sistema 1102 de alimentación de material y el reactor de pirólisis 1112. En la modalidad ilustrada, el reactor de pirólisis 1112 también incluye una salida 1114 configurado para eliminar las sustancias tales como vapores condensables y gases no condensables, y ruta de las sustancias eliminadas a la unidad de enriquecimiento de material de 1122.

Diversas modalidades extender el concepto de formación de carbono adicional mediante la inclusión de una unidad 818, 1122 de enriquecimiento de material separado en el que se enfrió de carbono se somete a un entorno incluyendo las especies que contienen carbono, para enriquecer el contenido de carbono del producto final. Cuando la temperatura de esta unidad está por debajo de temperaturas de pirólisis, se espera que el carbono adicional a estar en la forma de las especies adsorbidas carbonosos, en lugar de carbono fijo adicional.

Como se describirá en detalle más adelante, hay un gran número de opciones en cuanto a la entrada y la salida intermedia corrientes de una o más fases presentes en cualquier reactor particular, los diversos esquemas de recielaje de masa y energía, diversos aditivos (purga o sonda) que se pueden introducir en cualquier parte en el proceso, la capacidad de ajuste de las condiciones del proceso incluyendo tanto las condiciones de reacción y separación con el fin de adaptar las distribuciones de productos, y así sucesivamente. La zona o los flujos de entrada y salida de reactores específicos permiten un buen seguimiento y control de procesos, como por ejemplo a través de muestreo FTIR y ajustes en los procesos dinámicos.

La presente descripción es diferente de pirólisis rápida, y es diferente de la pirólisis lenta convencional. Materiales de carbono de alta calidad en la presente descripción, incluyendo composiciones con altas fracciones de carbono fijo, se pueden obtener a partir de los procesos y sistemas descritos.

"Biomasa", para los propósitos de esta descripción, se entenderá como cualquier materia prima biogénica o mezcla de materia prima biogénica y no biogénica. Elementalmente, la biomasa incluye al menos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Los métodos y aparatos de la descripción pueden adaptarse a una amplia gama de materias primas de diversos tipos, tamaños y contenidos de humedad.

La biomasa incluye, por ejemplo, la planta y el material de origen vegetal, vegetación, residuos agrícolas, residuos forestales, residuos de madera, residuos de papel, residuos de origen animal, de aves de corral procedente de desechos y residuos sólidos urbanos. En diversas modalidades de la biomasa utilizando la descripción, la materia prima de biomasa puede incluir uno o más materiales seleccionados de: residuos de la cosecha de madera, astillas de madera blanda, astillas de madera, ramas de árboles, tocones, nudos, hojas, cortezas, virutas, fuera de especificación pasta de papel, celulosa, maíz, rastrojo de maíz, paja de trigo, paja de arroz, bagazo de caña de azúcar, pasto varilla, miscanthus, estiércol, basura municipal, aguas residuales municipales, residuos comerciales, piedra pómez de uva, cáscara de almendra, cáscaras de nuez, cáscaras de coco, granos de café, pastillas de hierba, pellets de heno, pellets de madera, cartón, papel, hidratos de carbono, plástico y tela. Una persona de experiencia ordinaria en la téenica apreciará fácilmente que las opciones de materias primas son prácticamente ilimitadas.

Diversas modalidades de la presente descripción también se pueden usar para materias primas que contiene carbono distintos de biomasa, tales como un combustible fósil (por ejemplo, carbón o coque de petróleo), o cualquier mezcla de biomasa y combustibles fósiles (como la biomasa/carbón mezclas). En algunas modalidades, una materia prima biogénica es, o incluye, carbón, petróleo de esquisto bituminoso, el petróleo crudo, asfalto, o sólidos de procesamiento de petróleo crudo (como el coque de petróleo). Las materias primas pueden incluir los neumáticos de desecho, plásticos recielados, papel reciclado, y otros residuos o materiales reciclados. Cualquier método, aparato o sistema descrito en el presente documento pueden usarse con cualquier materia prima carbonosa. Materias primas que contienen carbono pueden ser transportable por cualquier medio conocido, como por camión, tren, barco, barcaza, camión con remolque, o cualquier otro vehículo o medio de transporte.

La selección de una materia prima o las materias primas en particular no se considera téenicamente crítico, pero se lleva a cabo de una manera que tiende a favorecer un proceso económico. Típicamente, independientemente de las materias primas elegidas, no puede haber (en algunas modalidades) de cribado para eliminar los materiales no deseados. La materia prima opcionalmente se puede secar antes del procesamiento.

La materia prima empleada puede ser proporcionada o transformada en una amplia variedad de tamaños de partículas o formas. Por ejemplo, el material de alimentación puede ser un polvo fino, o una mezcla de partículas finas y gruesas. El material de alimentación puede estar en la forma de grandes piezas de material, tales como astillas de madera u otras formas de madera (por ejemplo, redonda, cilindrica, cuadrada, etc.). En algunas modalidades, el material de alimentación comprende gránulos u otras formas aglomeradas de partículas que han sido prensados juntos o de otra manera unidas, tales como con un aglutinante.

Hay que señalar que la reducción de tamaño es un proceso costoso y que consume mucha energía. El material pirolizado puede dimensionarse con mucho menos consumo de energía, es decir, puede ser más eficiente de la energía para reducir el tamaño de partícula del producto, no la materia prima. Esta es una opción en la presente descripción debido a que el proceso no requiere un material de partida bien, y no hay necesariamente ninguna reducción de tamaño de partícula durante el procesamiento. La presente descripción proporciona la capacidad de procesar muy grandes trozos de materia prima. En particular, algunas aplicaciones de mercado del producto de carbón activado en realidad requieren grandes tamaños (por ejemplo, del orden de centímetros), por lo que en algunas modalidades, las piezas grandes se alimentan, producido y vendido. Se debe apreciar que, aunque no es necesario en todas las modalidades de esta descripción, tamaño más pequeño se ha traducido en un número de carbonos fijos superiores bajo condiciones de proceso similares y puede ser utilizado en algunas aplicaciones que normalmente requieren productos de tamaño pequeño de carbón activado y/o superior fijo contenido de carbono.

Cuando se desea producir un producto biogénico carbonoso final de carbón activado que tiene integridad estructural, tal como en forma de cilindros, hay por lo menos dos opciones en el contexto de esta descripción. En primer lugar, el material producido a partir del proceso se recoge y luego procesar adicionalmente mecánicamente en la forma deseada. Por ejemplo, se presiona o se granula el producto, con un aglutinante. La segunda opción es utilizar materiales de alimentación que poseen generalmente el tamaño y/o forma deseada para el producto final, y emplear etapas de procesamiento que no destruyen la estructura básica del material de alimentación. En algunas modalidades, la alimentación y el producto tienen formas geométricas similares, tales como esferas, cilindros, o cubos.

La capacidad de mantener la forma aproximada de material de alimentación durante todo el proceso es benéfica cuando la fuerza del producto es importante. Además, este control evita la dificultad y el costo de peletización de materiales de alto contenido de carbono fijo.

El material de alimentación de partida en diversas modalidades se proporciona con una gama de niveles de humedad, como se apreciará. En algunas modalidades, el material de alimentación ya está suficientemente seco que no necesita secarse adicionalmente antes de la pirólisis.

Típicamente, será deseable utilizar fuentes comerciales de biomasa que normalmente contiene humedad, y alimentar la biomasa a través de una etapa de secado antes de la introducción en el reactor de pirólisis. Sin embargo, en algunas modalidades se utiliza una materia prima seca. Se debe apreciar que, en varias modalidades, mientras que cualquier obra de biomasa, los siguientes factores pueden afectar el proceso y sus productos: cómo se cultiva el material cosechado, la selección de especies material de regadío y el contenido de carbono. En particular, en diversas modalidades, la baja de fertilizantes y bajos niveles de fósforo utilizado en el crecimiento de resultados en mejores propiedades para la toma de metal. En diversas modalidades, de bajo impacto durante la cosecha resulta en una mayor fortaleza. En diversas modalidades, menos riego y los anillos de crecimiento más pequeños puede resultar en una mayor fortaleza.

Se debe apreciar que, en diversas modalidades aditivos y/o catalizadores se incluyen en la BPU, y perfiles de temperatura dentro de la BPU se seleccionan para promover la producción de dióxido de carbono en monóxido de carbono, lo que lleva a una mayor cantidad de carbono fijo en el producto final.

Es deseable proporcionar un entorno relativamente bajo de oxígeno en el reactor de pirólisis, tal como aproximadamente 10%, 5%, 3%, o 1% de 02 en la fase gaseosa. En primer lugar, la combustión no controlada se debe evitar en el reactor de pirólisis, por razones de seguridad. Una cierta cantidad de oxidación total de carbono a CO2 que ocurren, y el calor liberado por la oxidación exotérmica puede ayudar a la química de pirólisis endotérmica. Grandes cantidades de oxidación del carbono, incluyendo la oxidación parcial de gas de síntesis, se reducirá el rendimiento de carbono a los sólidos.

En la práctica, puede ser difícil de lograr un entorno estrictamente libre de oxígeno en cada uno de los reactores o la BPU . Este límite puede ser abordado, y en algunas modalidades, el(los) reactor(es) o de la BPU está sustancialmente libre de oxígeno molecular en la fase gaseosa. Para asegurarse de que poco o nada de oxígeno está presente en el(los) reactor(es) o BPU, puede ser deseable para eliminar el aire desde el material de alimentación antes de que se introduzca en el(los) reactor(es) o la BPU. Hay varias maneras de eliminar o reducir de aire en la materia prima.

En algunas modalidades, como se ve en las Figs.10, 11, 12 y 13, una unidad de desaireación se utiliza en el cual la materia prima, antes o después del secado, se transmite en la presencia de otro gas que puede eliminar el oxígeno adsorbido y penetrar en los poros de materia prima para eliminar el oxígeno de los poros. La mayoría de los gases que tienen inferior a 21% vol de O2 pueden emplearse, en eficacia variable. En algunas modalidades, se emplea nitrógeno. En algunas modalidades, CO y/o CO2 son empleadas. Las mezclas se pueden usar, tal como una mezcla de nitrógeno y una pequeña cantidad de oxígeno. El vapor puede estar presente en el gas de purga, a pesar de la adición de humedad significativa de nuevo a la alimentación debe ser evitado. El efluente de la unidad de desaireación se puede purgar (a la atmósfera o a una unidad de tratamiento de emisiones) o recielarse.

En principio, el efluente (o una parte del mismo) de la unidad de desaireación podría ser introducido en el reactor de pirólisis en sí ya que el oxígeno retirado de los sólidos será ahora muy diluido. En esta modalidad, puede ser ventajoso introducir el gas efluente de purga a la última zona del reactor, cuando se opera en una configuración de contracorriente.

Se pueden emplear varios tipos de unidades de desaireación. En una modalidad, si el secado se realice, desaireación después del secado evita la etapa de lavado de oxígeno soluble de la humedad presente. En ciertas modalidades, las etapas de secado y de desaireación se combinan en una sola unidad, o se logre una cierta cantidad de desaireación durante el secado.

El material de alimentación opcionalmente se seca y opcionalmente desaireada se introduce en un reactor de pirólisis o múltiples reactores en serie o en paralelo. El sistema de alimentación de material en diversas modalidades introduce la materia prima usando cualquier medio conocido, incluyendo los sistemas de alimentación de material de tornillo o tolvas de bloqueo, por ejemplo. En algunas modalidades, un sistema de alimentación de material incorpora una esclusa de aire.

Cuando se emplea un solo reactor (como en la Fig.6, 3 o 4), múltiples zonas pueden estar presentes. Zonas múltiples, tales como dos, tres, cuatro o más zonas, pueden permitir el control independiente de la temperatura, el tiempo de residencia de los sólidos, el tiempo de residencia del gas, la composición del gas, el patrón de flujo, y/o la presión con el fin de ajustar el proceso de rendimiento general.

Como se discutió anteriormente, las referencias a las "zonas" se interpretará en el sentido amplio para incluir regiones del espacio en una sola unidad física (como en las Figs. 6, 8 ó 9), físicamente unidades separadas (como en la Fig. 7 y 10 al 13), o cualquier combinación de los mismos. Para una BPU, la delimitación de las zonas dentro de esa BPU puede referirse a la estructura, tales como la presencia de los tramos dentro de la BPU o elementos de calefacción distintos para proporcionar calor para separar zonas. Alternativamente, o adicionalmente, en diversas modalidades, la delimitación de zonas en una BPU se refiere a funcionar, tal como al menos: temperaturas distintas, los patrones de flujo de fluidos, los patrones de flujo de sólidos, y grado de reacción. En un solo reactor discontinuo, "zonas" están operando regímenes en el tiempo, en lugar de en el espacio. Diversas modalidades incluyen el uso de múltiples BPU por lotes.

Se apreciará que no hay necesariamente transiciones abruptas de una zona a otra zona. Por ejemplo, el límite entre la zona de precalentamiento y la zona de pirólisis puede ser algo arbitraria; una cierta cantidad de pirólisis puede tener lugar en una parte de la zona de precalentamiento, y cierta cantidad de "precalentamiento" puede continuar a tener lugar en la zona de pirólisis. El perfil de temperatura en la BPU es típicamente continua, incluso en límites de la zona dentro de la zona.

Algunas modalidades, como se ve por ejemplo en la Fig. 9, emplear una zona 304 de precalentamiento que es operada bajo condiciones de precalentamiento y/o pirólisis suave. En diversas modalidades, la temperatura de la zona 304 de precalentamiento es de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 500 °C, tales como alrededor de 300 °C a alrededor de 400 °C. En diversas modalidades, la temperatura de la zona 304 de precalentamiento no es tan alto como a golpes el material de biomasa que se rompe las paredes celulares e inicia la descomposición rápida de la fase sólida en vapores y gases. La pirólisis conocida comúnmente como pirólisis rápida o pirólisis flash se evita en la presente descripción.

Todas las referencias a la zona de las temperaturas en ésta descripción deben interpretarse de una manera no limitativa para incluir temperaturas que pueden aplicarse a los sólidos presentes, o la fase gaseosa, o el reactor o paredes BPU (en el lado de proceso). Se entenderá que habrá un gradiente de temperatura en cada zona, tanto axial como radialmente, así como temporalmente (es decir, después de la puesta en marcha o debido a los transitorios). Por lo tanto, las referencias a temperaturas de la zona pueden ser referencias a las temperaturas medias u otras temperaturas efectivas que pueden influir en la cinética real. Las temperaturas pueden ser medidas directamente por los termopares u otros sensores de temperatura, o indirectamente medidas o estimadas por otros medios.

La segunda zoha, o la zona de pirólisis primaria, es operado en condiciones de pirólisis o carbonización. La temperatura de la zona de pirólisis se puede seleccionar desde aproximadamente 250 °C a aproximadamente 700 °C, tales como alrededor de 300 °C, 350 °C, 400 °C, 450 °C, 500 °C, 550 °C, 600 °C o 650 °C. Dentro de esta zona, la biomasa precalentado se somete a la química de pirólisis para liberar gases y vapores condensables, dejando una cantidad significativa de material sólido como una reacción de alto carbono intermedio. Componentes de la biomasa (principalmente de celulosa, hemicelulosa y lignina) se descomponen y crear vapores de escape, que al penetrar a través de poros o la creación de nuevos poros. La temperatura al menos dependerá del tiempo de residencia de la zona de pirólisis, así como la naturaleza de las propiedades de materias primas y productos.

La zona de enfriamiento funciona para enfriar la reacción de alto carbono intermedio en diversos grados. En diversas modalidades, la temperatura de la zona de enfriamiento es una temperatura más baja que la de la zona de pirólisis. En diversas modalidades, la temperatura de la zona de enfriamiento se selecciona de entre aproximadamente 100 °C a aproximadamente 550 °C, tales como alrededor de 150 °C a alrededor de 350 °C.

En diversas modalidades, las reacciones químicas continúan ocurriendo en la zona de enfriamiento. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, se inician las reacciones de pirólisis secundarias en la zona de enfriamiento. Los componentes que contienen carbono que están en la fase gaseosa pueden condensar (debido a la temperatura reducida de la zona de enfriamiento). La temperatura se mantiene suficientemente alta, sin embargo, para promover reacciones que pueden formar carbono adicional fijo de los líquidos condensados (pirólisis secundaria) o al menos forman enlaces entre las especies adsorbidas y el carbono fijo. Una reacción a modo de ejemplo que puede tener lugar es la conversión de monóxido de carbono a dióxido de carbono más fijas de carbono (reacción de Boudouard). Los tiempos de permanencia de las zonas pueden variar. Para una cantidad deseada de pirólisis, las temperaturas más altas pueden permitir tiempos de reacción más bajas, y viceversa. El tiempo de residencia en una BPU continua (reactor) es el volumen dividido por el caudal volumétrico. El tiempo de residencia en un reactor discontinuo es el tiempo de reacción por lotes, después de calentar a la temperatura de reacción.

Debe reconocerse que en la multifase BPU, hay múltiples tiempos de residencia. En el presente contexto, en cada zona, habrá un tiempo de residencia (y la distribución de tiempo de residencia) tanto de la fase de sólidos y la fase de vapor. Para un aparato dado que emplea múltiples zonas, y con un rendimiento dado, los tiempos de residencia a través de las zonas generalmente serán acoplados en el lado de sólidos, pero los tiempos de residencia pueden ser desacoplado en el lado de vapor cuando múltiples puertos de entrada y salida se utilizan en zonas individuales, en diversas modalidades, los sólidos y los tiempos de residencia de vapor están desacoplados.

El tiempo de residencia de los sólidos de la zona de precalentamiento se puede seleccionar desde aproximadamente 5 min a aproximadamente 60 min, tal como de aproximadamente 10 min dependiendo de la temperatura y el tiempo requerido para alcanzar una temperatura de precalentamiento. La tasa de transferencia de calor, que dependerá del tipo y tamaño de partícula, el aparato físico, y en los parámetros de calefacción, dictará el tiempo de residencia mínimo necesario para permitir que los sólidos alcancen una temperatura de precalentamiento predeterminada.

El tiempo de residencia de los sólidos de la zona de pirólisis se puede seleccionar desde aproximadamente 10 min a aproximadamente 120 min, tal como de aproximadamente 20 min, 30 min, o 45 min. Dependiendo de la temperatura de pirólisis en esta zona, no debe haber tiempo suficiente para permitir la química de carbonización se lleve a cabo, después de la transferencia de calor necesario. Para tiempos por debajo de aproximadamente 10 min, a fin de eliminar grandes cantidades de elementos no-carbono, la temperatura tendría que ser bastante alta, como por encima de 700 °C. Esta temperatura promovería la pirólisis rápida y su generación de vapores y gases derivados del carbono en sí, que se debe evitar cuando el producto previsto es de carbono sólido.

En un sistema estático de diversas modalidades, una conversión de equilibrio se alcanza en un momento determinado. Cuando, como en ciertas modalidades, el vapor fluye continuamente a lo largo de sólidos con eliminación de volátiles continua, la restricción de equilibrio puede ser retirado para permitir la pirólisis y desvolatilización para continuar hasta que las tasas de reacción se aproximan a cero. Tiempos más largos no tenderían a alterar sustancialmente los sólidos restantes recalcitrantes.

Los sólidos tiempo de residencia de la zona de enfriamiento en varias modalidades se puede seleccionar desde aproximadamente 5 min a aproximadamente 60 min, tal como de aproximadamente 30 min. Dependiendo de la temperatura de enfriamiento en esta zona, no debe haber tiempo suficiente para permitir que los sólidos de carbono se enfríen hasta la temperatura deseada. La velocidad de enfriamiento y la temperatura dictará el tiempo de residencia mínimo necesario para permitir el carbono al enfriarse. El tiempo adicional no puede ser deseable, a menos que se desea una cierta cantidad de pirólisis secundaria.

Como se discutió anteriormente, el tiempo de residencia de la fase de vapor puede ser seleccionados y controlados por separado. El tiempo de residencia del vapor de la zona de precalentamiento se puede seleccionar desde aproximadamente 0.1 min a aproximadamente 10 min, tal como aproximadamente 1 min. El tiempo de residencia de vapor de la zona de pirólisis se puede seleccionar desde aproximadamente 0.1 min a aproximadamente 20 min, tal como aproximadamente 2 min. El tiempo de residencia del vapor de la zona de enfriamiento se puede seleccionar desde aproximadamente 0.1 min a aproximadamente 15 min, tal como de aproximadamente 1.5 min. Tiempos de residencia cortos vapor promueven el rápido barrido de volátiles fuera del sistema, mientras que los tiempos de residencia del vapor más largos promueven reacciones de los componentes en la fase de vapor con la fase sólida.

El modo de operación para el reactor, y el sistema en general, puede ser continua, semi-continua, por lotes, o cualquier combinación o variación de estos . En algunas modalidades, la BPU es un reactor continuo, en contracorriente en la que los sólidos y vapor de flujo sustancialmente en direcciones opuestas. La BPU también puede ser operado en lotes pero con simulación de flujo en contracorriente de los vapores, tales como mediante la introducción periódicamente y la eliminación de fases gaseosas desde el recipiente de proceso por lotes.

Varios patrones de flujo pueden ser deseables u observados. Con reacciones químicas y separaciones simultáneas que implican múltiples fases en varias zonas, la dinámica de fluidos pueden ser bastante complejas. Típicamente, el flujo de sólidos pueden acercarse de flujo de tapón (bien mezclado en la dimensión radial) mientras que el flujo de vapor puede enfoque del flujo completamente mezclado (transporte rápido, tanto en dimensiones radiales y axiales). Múltiples puertos de entrada y salida para el vapor pueden contribuir a la mezcla total.

La presión en cada zona puede ser seleccionada y controlada por separado. La presión de cada zona se puede seleccionar independientemente de aproximadamente 1 kPa a aproximadamente 3000 kPa, tal como de aproximadamente 101.3 kPa (presión atmosférica normal). Control de zona independiente de la presión es posible cuando se utilizan múltiples entradas y salidas de gas, incluidos los puertos de vacío para retirar gas cuando se desea una presión de zona de menos de o igual a aproximadamente la atmosférica. Del mismo modo, en un sistema de reactor múltiple, la presión en cada reactor puede ser seleccionada y controlada independientemente.

El proceso puede ser operado convenientemente a presión atmosférica, en algunas modalidades. Hay muchas ventajas asociadas con la operación a presión atmosférica, que van desde la sencillez mecánica para mayor seguridad. En ciertas modalidades, la zona de pirólisis se hace funcionar a una presión de aproximadamente 90 kPa, 95 kPa, 100 kPa, 101 kPa, 102 kPa, 105 kPa, o 110 kPa (presión absoluta).

La operación de vacío (por ejemplo, 10 a 100 kPa) promovería el barrido rápido de volátiles fuera del sistema. Las presiones más altas (por ejemplo, 100-1000 kPa) pueden ser útiles cuando los gases serán alimentados a una operación de alta presión. Presiones elevadas también pueden ser útiles para promover la transferencia de calor, química, o separaciones.

La etapa de separar al menos una parte de los vapores condensables y al menos una porción de los gases no condensables de los sólidos calientes pirolizados puede llevar a cabo en el propio reactor, o el uso de una unidad de separación distinta. Un gas de barrido sustancialmente inerte puede ser introducido en una o más de las zonas. Vapores condensables y gases no condensables son transportados lejos de la(s) zona(s) en el gas de barrido, y fuera de la BPU.

El gas de barrido puede ser N2/ Ar, CO, CO2, H2, H2O, CH4, otros hidrocarburos ligeros, o combinaciones de los mismos, por ejemplo.

El gas de barrido puede primero ser precalentado antes de la introducción, o posiblemente enfriado si se obtiene a partir de una fuente calentada.

El gas de barrido elimina más a fondo los componentes volátiles, por lo que les permitió salir del sistema antes de que puedan condensarse o más en reaccionar. El gas de barrido permite volátiles para ser retirados a tasas más altas de lo que podría lograrse simplemente de volatilización a una temperatura de proceso dado. 0, el uso del gas de barrido permite temperaturas más suaves que deben utilizarse para eliminar una cierta cantidad de volátiles. La razón que el gas de barrido mejora la eliminación de sustancias volátiles es que el mecanismo de separación no es más que la volatilidad relativa, sino más bien líquido desconexión de fase / vapor asistida por el gas de barrido. El gas de barrido puede tanto reducir las limitaciones de transferencia de masa de la volatilización, así como reducir las limitaciones termodinámicas por ozono continuamente una especie volátil dado, para causar más de lo mismo para vaporizar para alcanzar el equilibrio termodinámico.

Es importante para eliminar los gases cargados de carbono orgánico volátil de las etapas de procesamiento posteriores, con el fin de producir un producto con alta carbono fijo. Sin remoción, el carbono volátil puede adsorber o absorber sobre los sólidos pirolizados, requiriendo por lo tanto la energía adicional (costo) para lograr una forma más pura de carbono que puede ser deseado. Mediante la eliminación de vapores rápidamente, también se especula que la porosidad puede ser mejorada en los sólidos de pirolización. En diversas modalidades, tales como productos de carbón activado, mayor porosidad es deseable.

En ciertas modalidades, el gas de barrido en combinación con una presión de proceso relativamente baja, tal como la presión atmosférica, proporciona vapor para la eliminación rápida y sin grandes cantidades de gas inerte necesario.

En algunas modalidades, el gas de barrido fluye en contracorriente a la dirección de flujo de la materia prima. En otras modalidades, el gas de barrido fluye corriente paralela a la dirección de flujo de la materia prima. En algunas modalidades, el patrón de flujo de sólidos acerca de flujo de tapón, mientras que el patrón de flujo del gas de barrido, y la fase gaseosa en general, acerca de flujo completamente mezclado en una o más zonas.

El barrido se puede realizar en una o más de las zonas.

En algunas modalidades, el gas de barrido se introduce en la zona de enfriamiento y se extrajo (junto con las sustancias volátiles producidas) a partir de la refrigeración y/o zonas de pirólisis. En algunas modalidades, el gas de barrido se introduce en la zona de pirólisis y se extrajo de la pirólisis y/o zonas de precalentamiento. En algunas modalidades, el gas de barrido se introduce en la zona de precalentamiento y extrae de la zona de pirólisis. En estas u otras modalidades, el gas de barrido se puede introducir en cada uno de los precalentamiento, pirólisis, y zonas de enfriamiento y también extrae de cada una de las zonas.

En algunas modalidades, la zona o zonas en las que la separación se lleva a cabo es una unidad físicamente separada de la BPU. La unidad de separación o zona puede estar dispuesto entre las zonas, si se desea. Por ejemplo, puede haber una unidad de separación colocada entre las zonas de pirólisis y enfriamiento.

El gas de barrido puede introducirse de forma continua, especialmente cuando el flujo de sólidos es continua. Cuando la reacción de pirólisis se hace funcionar como un proceso por lotes, el gas de barrido puede ser introducido después de una cierta cantidad de tiempo, o periódicamente, para eliminar los volátiles. Incluso cuando la reacción de pirólisis se hace funcionar continuamente, el gas de barrido puede introducirse semi-continua o periódica, si se desea, con válvulas y controles adecuados.

Los compuestos volátiles que contienen gas de barrido puede salir de las una o más zonas, y puede ser combinada si se obtiene de múltiples zonas. La corriente de gas resultante, que contiene varios vapores, puede entonces ser alimentada a un calentador de gas de proceso para el control de emisiones a la atmósfera, como se discutió anteriormente y se ilustra en la Fig. 8. Cualquier unidad térmica-oxidación conocido puede ser empleado. En algunas modalidades, el calentador de gas de proceso se alimenta con gas natural y aire, para alcanzar temperaturas suficientes para la destrucción sustancial de los compuestos volátiles contenida en el mismo.

El efluente del calentador de gas de proceso será una corriente caliente de gas que comprende agua, dióxido de carbono, y nitrógeno. Esta corriente efluente se puede purgar directamente a las emisiones al aire, si se desea. En algunas modalidades, se recupera el contenido de energía del proceso de calentador de gas efluente, tal como en una unidad de recuperación de calor de desecho. El contenido de energía también se puede recuperar mediante intercambio de calor con otra corriente (como el gas de barrido). El contenido de energía puede ser utilizada por calefacción directa o indirectamente, o ayudar con calefacción, una unidad en otra parte en el proceso, tales como la secadora o el reactor. En algunas modalidades, esencialmente todo el proceso de calentador de gas efluente se emplea para el calentamiento indirecto (lado de utilidad) de la secadora. El calentador de gas de proceso puede emplear otros combustibles que el gas natural.

El rendimiento de material carbonoso puede variar, dependiendo de los factores anteriormente mencionados incluyendo el tipo de materia prima y las condiciones de proceso descritas. En algunas modalidades, el rendimiento neto de sólidos como un porcentaje de la materia prima de partida, sobre una base seca, es de al menos 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, o superior. El resto se divide entre los vapores condensables, tales como terpenos, alquitranes, alcoholes, ácidos, aldehidos, cetonas o; y gases no condensables, tales como monóxido de carbono, hidrógeno, dióxido de carbono y metano. Las cantidades relativas de los vapores condensables en comparación con los gases no condensables también dependerán de las condiciones del proceso, incluyendo el agua presente. En algunas modalidades, la incorporación de un aditivo antes de una etapa de pirólisis mejora la producción de material carbonoso en comparación con un proceso idéntico donde se añade el aditivo después de la etapa de pirólisis (si en absoluto). En algunas modalidades, un aditivo (por ejemplo, un aditivo que contiene halógeno) se añade a mojar la biomasa y/o después de secar la biomasa pero antes de la pirólisis y el rendimiento de masa resultante de material carbonoso (por ejemplo, carbón biogénico activado) es mayor que la masa rendimiento de un aditivo producido carbón biogénico activado (i) no se añade en cualquier momento, o (ii) que se añade después de la pirólisis, sino por un proceso por lo demás idéntico.

En términos del balance de carbono, en algunas modalidades, el rendimiento neto de carbono como un porcentaje de carbono a partir de la materia prima es al menos 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, o más alto. Por ejemplo, en algunas modalidades el material carbonoso contiene entre aproximadamente 40% y aproximadamente el 70% del carbono contenido en la materia prima de partida. El resto de los resultados de carbono en la formación de metano, monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrocarburos ligeros, aromáticos, alquitranes, terpenos, alcoholes, ácidos, aldehidos, cetonas o, en diversos grados.

En modalidades alternativas, una parte de estos compuestos se combina con los sólidos ricos en carbono para enriquecer el contenido de carbono y la energía del producto. En estas modalidades, algunos o la totalidad de la corriente de gas resultante del reactor, que contiene varios vapores, puede estar condensado, al menos en parte, y luego pasó sobre sólidos pirolizados enfriados derivados de la zona de enfriamiento y/o desde el enfriador separado. Estas modalidades se describen con más detalle a continuación.

Después de la reacción y de enfriamiento dentro de la zona de enfriamiento (si está presente), los sólidos carbonosos puede introducirse en un refrigerador. En algunas modalidades, los sólidos se recogieron y simplemente se dejan enfriar a tasas lentas. Si los sólidos carbonosos son reactivos o inestables en el aire, puede ser deseable mantener una atmósfera inerte y/o enfriar rápidamente los sólidos, por ejemplo, una temperatura de menos de o igual a aproximadamente 40 °C, tales como la temperatura ambiente. En algunas modalidades, un enfriamiento en agua se emplea para la refrigeración rápida. En algunas modalidades, se emplea un enfriador de lecho fluidizado. Un "enfriador" debe interpretarse ampliamente para incluir también contenedores, tanques, tuberías o partes de los mismos. Se debe apreciar que, en diversas modalidades, el enfriador es distinto de la unidad de refrigeración o enfriamiento del reactor.

En algunas modalidades, el procedimiento comprende además la operación del refrigerador para enfriar los sólidos pirolizados calientes con vapor, generando de este modo los sólidos pirolizados frescos y vapor sobrecalentado; en el que el secado se lleva a cabo, al menos en parte, con el vapor sobrecalentado derivado del enfriador. Opcionalmente, el enfriador puede ser operado para enfriar primero los sólidos pirolizados caliente con vapor para llegar a una primera temperatura más fría, y luego con aire hasta alcanzar una segunda temperatura más fría, en el que la segunda temperatura más fría es inferior a la primera temperatura más fría y se asocia con un riesgo de combustión reducido para los sólidos pirolizados calientes en la presencia del aire.

Después de enfriamiento a las condiciones ambientales, los sólidos carbonosos se pueden recuperar y se almacena, transporta a otra operación del sitio, transportado a otro sitio, o cedidos, intercambiados o vendidos. Los sólidos pueden ser alimentados a una unidad para reducir el tamaño de partícula. Una variedad de unidades de reducción de tamaño se conocen en la téenica, incluyendo trituradoras, trituradoras, molinos, pulverizadores, molinos de chorro, molinos de púas, y molinos de bolas.

La selección o algunos otros medios para la separación basada en el tamaño de partícula pueden ser incluidos. La proyección puede ser aguas arriba o aguas abajo de la molienda, si está presente. Una porción del material tamizado (por ejemplo, trozos grandes) puede ser devuelto a la unidad de molienda. Las partículas pequeñas y grandes pueden ser recuperadas para usos posteriores separados. En algunas modalidades, se enfriaron los sólidos pirolizados se muelen en un polvo fino, tal como un pulverizado de carbono o producto de carbón activado o aumento de la fuerza.

Diversos aditivos pueden ser introducidos durante todo el proceso, antes, durante, o después de cualquier etapa descritos en este documento. Los aditivos pueden ser ampliamente clasificados como aditivos de proceso, seleccionadas para mejorar el rendimiento del proceso, tales como el rendimiento de carbono o el tiempo de pirólisis / temperatura para conseguir una pureza de carbono deseado; y aditivos de productos seleccionados, para mejorar una o más propiedades del carbón biogénico activado, o un producto derivado que incorpora el reactivo. Ciertos aditivos pueden proporcionar procesos y productos características mejoradas, tales como el rendimiento global de producto de carbón biogénico activado en comparación con la cantidad de materia prima de biomasa.

El aditivo puede añadirse en cualquier momento adecuado durante todo el proceso. Por ejemplo y sin limitación, el aditivo se puede añadir antes, durante o después de una etapa de secado materia prima; antes, durante o después de una etapa de desaireación materia prima; antes, durante o después de una etapa de pirólisis; antes, durante o después de una etapa de separación; antes, durante o después de cualquier etapa de enfriamiento; antes, durante o después de una etapa de recuperación de carbón biogénico activado; antes, durante o después de una etapa de pulverización; antes, durante o después de una etapa de encolado; y/o antes, durante o después de una etapa de envasado. Podrán incorporarse aditivos en o en las instalaciones de suministro de materia prima, camiones de transporte, equipo de descarga, depósitos de almacenamiento, transportadores (incluyendo transportadores abiertos o cerrados), secadoras, calentadores de proceso, o cualquier otra unidad. Los aditivos pueden ser añadidos en cualquier lugar en el proceso de pirólisis en sí, con medios adecuados para la introducción de aditivos. Los aditivos pueden ser añadidos después de la carbonización, o incluso después de la pulverización, si se desea.

En consecuencia, un ejemplo de una unidad de procesamiento de la biomasa de un solo reactor coherente con la presente descripción se representa en la figura 21. Unidad 2100 comprende una tolva de 2104 en la que se alimenta la materia prima 2102. El separador 2104 está opcionalmente configurado para permitir la adición y/o la mezcla de gases de salida del reactor (por ejemplo, corriente de vapor 2114) y/o aditivos y/o gases procedentes de fuentes externas 2162 a la materia prima 2102 antes de transportar la materia prima 2102 al reactor 2112. El carbón activado 2126 se transporta mecánicamente a través del reactor 2112 antes de salir en el extremo opuesto. De vapor, nitrógeno, dióxido de carbono, o una combinación de los mismos 2152 se introduce en el reactor 2112 de una manera a contracorriente en comparación con la ruta de la biomasa. Corriente de vapor 2114 se retira al menos en parte desde el reactor 2112 se alimenta opcionalmente en la tolva 2104, y luego a un oxidante térmico 2124. Intercabiador de calor 2154 permite calor de las emisiones del oxidante térmico para calentar la corriente de gas 2158, el cual puede comprender dióxido de nitrógeno y/o carbono. Corriente de gas de 2158, o una porción del mismo, se reciela a través de la trayectoria 2160 al reactor 2112, y/o opcionalmente a la materia prima 2102 antes de la entrada en el reactor de 2112 (no mostrado). Los gases de salida 2156 pueden disponerse de acuerdo con métodos estándar, por ejemplo a través de una pila.

La modalidad mostrada en la Fig.22 ilustra una unidad de procesamiento de la biomasa de dos reactores coherente con la presente descripción. La unidad 2200 comprende una primera unidad 2212A de reactor muítizona, configurado sustancialmente de manera similar a la unidad de procesamiento 2100 descrito anteriormente con respecto a la Fig. 21. En esta modalidad, sin embargo, al menos una porción de la 2226A carbón biogénico activado producido por 2212A reactor se alimenta a una tolva de 2204 y luego en segundo 2212B reactor a través de la trayectoria 2202. Al menos una porción de la corriente de vapor opcionalmente oxidado térmicamente y opcionalmente ajustado 2260 producido por el primer 2212A reactor, oxidante térmico 2224 e intercambiador 2254 de calor se alimenta en contracorriente en segundo 2212B reactor. Opcionalmente, al menos una porción de los gases de salida 2212B segundo reactor se reciela a través del trayecto 2272 para calentar indirectamente la segunda 2212B reactor. Alternativamente, o además, las porciones de los gases que no se reciclan en forma de calor pueden ser eliminados, por ejemplo, por una pila, a través del camino 2256B. Producto de carbón biogénico activado sale del segundo reactor 2213B a través de la trayectoria 2226B.

En estas u otras modalidades, la presente descripción proporciona un procedimiento continuo para producir carbón biogénico activado, comprendiendo el procedimiento: (A) proporcionar una materia prima que contiene carbono de partida que comprende la biomasa; (B) opcionalmente, secar la materia prima para eliminar al menos una parte de la humedad de la materia prima; (C) en una o más zonas de reacción se calentó indirectamente, mecánicamente transportar la carga de alimentación y en contracorriente en contacto la materia prima con una corriente de vapor que comprende un gas sustancialmente inerte y un agente de activación que comprende al menos uno de agua o dióxido de carbono, para generar sólidos, vapores condensables y gases no condensables, en donde los vapores condensables y los gases no condensables entran en la corriente de vapor; (D) retirar al menos una porción de la corriente de vapor de la zona de reacción, para generar una corriente de vapor separado; (E) recielar al menos una porción de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, la materia prima antes de la etapa (c) y/o a una entrada de gas de la(s) zona(s) de reacción; y (F) recuperar al menos una parte de los sólidos de la(s) zona(s) de reacción como carbón biogénico activado.

En algunas modalidades, la etapa (b) se lleva a cabo para eliminar al menos una parte de la humedad contenida dentro de la materia prima. Por ejemplo, la materia prima puede ser secada para contener aproximadamente 12% en peso o menos humedad, tal como aproximadamente 8% en peso o aproximadamente el 4% en peso o menos humedad. En ciertas modalidades, no se añade agua adicional a la materia prima. El agente de activación puede incluir agua que se deriva de la humedad contenida originalmente en la materia prima.

En algunas modalidades, el agente de activación incluye tanto el agua y dióxido de carbono. La relación de agua a dióxido de carbono puede ser optimizada para aumentar la activación de los sólidos.

Al menos una de las zonas de reacción indirectamente calentada se mantiene preferiblemente a una temperatura de reacción seleccionado de entre alrededor de 700 °C a alrededor de 900 °C. Todas las zonas de reacción de calentamiento indirecto se mantienen a una temperatura máxima de reacción de menos de o igual a aproximadamente 950 °C, en a1gunas modalidades.

En algunas modalidades, la etapa (d) comprende retirar al menos una parte de los vapores condensables de la zona de reacción. En algunas modalidades, la etapa (d) comprende la eliminación de la totalidad de la corriente de vapor de la zona de reacción.

En algunas modalidades, la etapa (e) comprende la introducción de al menos una parte de la corriente de vapor separada de la entrada de gas de la zona de reacción y/o a la materia prima antes de la etapa (c). En algunas modalidades, la etapa (e) comprende la introducción de una forma tratada térmicamente de al menos parte de la corriente de vapor separada para la entrada de gas de la zona de reacción y/o a la materia prima antes de la etapa (c).

En algunas modalidades, la etapa (e) comprende además un calentamiento adicional de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma. En algunas modalidades, la etapa (e) comprende además el ajuste de la composición del gas de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma. Ajuste de la composición del gas puede incluir la introducción de una o más especies seleccionadas de entre el grupo que consiste en agua, dióxido de carbono, nitrógeno y oxígeno.

En algunas modalidades, la composición del gas ajustado comprende de 0% a 100% de agua, por ejemplo aproximadamente 0%, aproximadamente el 1%, aproximadamente el 2%, aproximadamente 3%, aproximadamente el 4%, aproximadamente el 5%, aproximadamente 6%, aproximadamente 7%, aproximadamente el 8%, aproximadamente 9 , aproximadamente el 10%, aproximadamente el 11%, aproximadamente el 12%, aproximadamente el 13%, aproximadamente el 14%, aproximadamente el 15%, aproximadamente el 16%, aproximadamente el 17%, aproximadamente el 18%, aproximadamente el 19%, aproximadamente el 20%, aproximadamente el 21%, aproximadamente el 22%, aproximadamente el 23 aproximadamente el 24%, aproximadamente el 25%, aproximadamente el 26%, aproximadamente el 27%, aproximadamente el 28%, aproximadamente el 29%, aproximadamente el 30%, aproximadamente el 31%, aproximadamente el 32%, aproximadamente el 33%, aproximadamente el 34%, aproximadamente el 35%, aproximadamente el 36%, aproximadamente el 37%, aproximadamente el 38%, aproximadamente el 39%, aproximadamente el 40%, aproximadamente el 41%, aproximadamente el 42%, aproximadamente el 43%, aproximadamente el 44%, aproximadamente el 45%, aproximadamente el 46%, aproximadamente el 47%, aproximadamente el 48 %, aproximadamente el 49%, aproximadamente el 50%, aproximadamente el 51%, aproximadamente el 52%, aproximadamente el 53%, aproximadamente el 54%, aproximadamente el 55%, aproximadamente el 56%, aproximadamente el 57%, aproximadamente el 58%, aproximadamente el 59%, aproximadamente el 60%, aproximadamente el 61%, aproximadamente el 62%, aproximadamente el 63%, aproximadamente el 64%, aproximadamente el 65%, aproximadamente el 66%, aproximadamente el 67%, aproximadamente el 68%, aproximadamente el 69%, aproximadamente el 70%, aproximadamente el 71%, aproximadamente el 72%, aproximadamente el 73 %, aproximadamente el 74%, aproximadamente el 75%, aproximadamente el 76%, aproximadamente el 77%, aproximadamente el 78%, aproximadamente el 79%, aproximadamente el 80%, aproximadamente el 81%, aproximadamente el 82%, aproximadamente el 83%, aproximadamente el 84%, aproximadamente el 85%, aproximadamente el 86%, aproximadamente el 87%, aproximadamente el 88%, aproximadamente el 89%, aproximadamente el 90%, aproximadamente el 91%, aproximadamente el 92%, aproximadamente el 93%, aproximadamente el 94%, aproximadamente el 95%, aproximadamente el 96 aproximadamente el 97%, aproximadamente el 98 aproximadamente el 99 o aproximadamente 100% de agua.

En algunas modalidades, la composición del gas ajustado comprende de 0% a 100% de dióxido de carbono, por ejemplo aproximadamente 0%, aproximadamente el 1%, aproximadamente el 2%, aproximadamente 3%, aproximadamente el 4%, aproximadamente el 5%, aproximadamente 6%, aproximadamente 7%, aproximadamente el 8%, aproximadamente 9%, aproximadamente el 10%, alrededor del 11%, aproximadamente el 12%, aproximadamente el 13%, aproximadamente el 14%, aproximadamente el 15%, aproximadamente el 16%, aproximadamente el 17%, aproximadamente el 18%, aproximadamente el 19%, aproximadamente el 20%, aproximadamente el 21%, aproximadamente el 22%, aproximadamente 23%, aproximadamente el 24%, aproximadamente el 25%, aproximadamente el 26%, aproximadamente el 27%, aproximadamente el 28' aproximadamente aproximadamente el 30‘ aproximadamente aproximadamente el 32' aproximadamente aproximadamente el 34%, aproximadamente el 35%, alrededor de 36%, aproximadamente el 37%, aproximadamente el 38%, aproximadamente el 39%, aproximadamente el 40%, aproximadamente el 41%, aproximadamente el 42%, aproximadamente el 43%, aproximadamente el 44%, aproximadamente el 45%, aproximadamente el 46%, aproximadamente el 47 aproximadamente 48%, aproximadamente el 49%, aproximadamente el 50%, aproximadamente el 51%, aproximadamente el 52%, aproximadamente el 53%, aproximadamente el 54%, aproximadamente el 55%, aproximadamente el 56%, aproximadamente el 57%, aproximadamente el 58%, aproximadamente el 59%, aproximadamente el 60% alrededor de 61%, aproximadamente el 62%, aproximadamente el 63%, aproximadamente el 64%, aproximadamente el 65%, aproximadamente el 66%, aproximadamente el 67%, aproximadamente el 68%, aproximadamente el 69%, aproximadamente el 70%, aproximadamente el 71%, aproximadamente el 72%, aproximadamente 73%, aproximadamente el 74%, aproximadamente el 75%, aproximadamente el 76%, aproximadamente el 77%, aproximadamente el 78%, aproximadamente el 79%, aproximadamente el 80%, aproximadamente el 81%, aproximadamente el 82%, aproximadamente el 83%, aproximadamente el 84%, aproximadamente el 85%, aproximadamente el 86%, aproximadamente el 87%, aproximadamente el 88%, aproximadamente el 89%, aproximadamente el 90%, aproximadamente el 91%, aproximadamente el 92%, aproximadamente el 93%, aproximadamente el 94%, aproximadamente el 95%, aproximadamente el 96%, aproximadamente el 97%, aproximadamente 98%, aproximadamente el 99%, o dióxido de carbono aproximadamente el 100%.

En algunas modalidades, la composición del gas ajustado comprende de 0% a 100% de nitrógeno, por ejemplo aproximadamente 0%, aproximadamente el 1%, aproximadamente el 2%, aproximadamente 3%, aproximadamente el 4%, aproximadamente el 5%, aproximadamente 6%, aproximadamente 7%, aproximadamente el 8%, aproximadamente 9%, aproximadamente el 10% 1 sobre 1%, aproximadamente el 12%, aproximadamente el 13%, aproximadamente el 14%, aproximadamente el 15%, aproximadamente el 16%, aproximadamente el 17%, aproximadamente el 18%, aproximadamente el 19%, aproximadamente el 20%, aproximadamente el 21%, aproximadamente el 22%, aproximadamente 23%, aproximadamente el 24%, aproximadamente el 25%, aproximadamente el 26%, aproximadamente el 27%, aproximadamente aproximadamente el 29%, aproximadamente aproximadamente el 31%, aproximadamente el 33%, oximadamente el 35%, alrededor de 36%, aproximadamente el 37%, aproximadamente el 38%, aproximadamente el 39%, aproximadamente el 40%, aproximadamente el 41%, aproximadamente el 42%, aproximadamente el 43%, aproximadamente el 44%, aproximadamente el 45%, aproximadamente el 46%, aproximadamente el 47%, aproximadamente 48%, aproximadamente el 49%, aproximadamente el 50%, aproximadamente el 51%, aproximadamente el 52%, aproximadamente el 53%, aproximadamente el 54%, aproximadamente aproximadamente el 56%, aproximadamente aproximadamente el 58%, aproximadamente aproximadamente el 60%, alrededor de 61%, aproximadamente el 62%, aproximadamente el 63%, aproximadamente el 64%, aproximadamente el 65%, aproximadamente el 66%, aproximadamente el 67%, aproximadamente el 68%, aproximadamente el 69%, aproximadamente el 70%, aproximadamente el 71%, aproximadamente el 72%, aproximadamente 73%, aproximadamente el 74%, aproximadamente el 75%, aproximadamente el 76%, aproximadamente el 77%, aproximadamente el 78%, aproximadamente el 79%, aproximadamente el 80% aproximadamente el 81%, aproximadamente el 82% aproximadamente el 83%, aproximadamente el 84% aproximadamente el 85%, aproximadamente el 86% aproximadamente el 87%, aproximadamente el 88% aproximadamente el 89%, aproximadamente el 90% aproximadamente el 91%, aproximadamente el 92%, aproximadamente el 93%, aproximadamente el 94%, aproximadamente el 95%, aproximadamente el 96%, aproximadamente el 97%, aproximadamente 98%, aproximadamente el 99%, o aproximadamente 100% de nitrógeno.

En algunas modalidades, la composición del gas ajustado comprende de 0% a 100% de oxígeno, por ejemplo de aproximadamente 0%, aproximadamente el 1%, aproximadamente el 2%, aproximadamente 3%, aproximadamente el 4%, aproximadamente el 5%, aproximadamente 6%, aproximadamente 7%, aproximadamente el 8%, aproximadamente 9%, aproximadamente el 10%, aproximadamente el 11%, aproximadamente el 12%, aproximadamente el 13%, aproximadamente el 14%, aproximadamente el 15%, aproximadamente el 16%, aproximadamente el 17%, aproximadamente el 18%, aproximadamente el 19%, aproximadamente el 20%, aproximadamente el 21%, aproximadamente el 22%, aproximadamente el 23 %, aproximadamente el 24%, aproximadamente el 25%, aproximadamente el 26%, aproximadamente el 27%, aproximadamente el 28%, aproximadamente el 29%, aproximadamente el 30%, aproximadamente el 31%, aproximadamente el 32%, aproximadamente el 33%, aproximadamente el 34%, aproximadamente el 35%, aproximadamente el 36%, aproximadamente el 37%, aproximadamente el 38%, aproximadamente el 39%, aproximadamente el 40%, aproximadamente el 41%, aproximadamente el 42%, aproximadamente el 43%, aproximadamente el 44%, aproximadamente el 45%, aproximadamente el 46%, aproximadamente el 47%, aproximadamente el 48 %, aproximadamente el 49%, aproximadamente el 50%, aproximadamente el 51%, aproximadamente el 52%, aproximadamente el 53%, aproximadamente el 54%, aproximadamente el 55%, aproximadamente el 56%, aproximadamente el 57%, aproximadamente el 58%, aproximadamente el 59%, aproximadamente el 60%, aproximadamente el 61%, aproximadamente el 62%, aproximadamente el 63%, aproximadamente el 64%, aproximadamente el 65% , aproximadamente el 66%, aproximadamente el 67%, aproximadamente el 68%, aproximadamente el 69%, aproximadamente el 70%, aproximadamente el 71%, aproximadamente el 72%, aproximadamente el 73%, aproximadamente el 74%, aproximadamente el 75%, aproximadamente el 76%, aproximadamente el 77%, aproximadamente el 78%, aproximadamente el 79%, aproximadamente el 80%, aproximadamente el 81%, aproximadamente el 82%, aproximadamente el 83%, aproximadamente el 84%, aproximadamente el 85%, aproximadamente el 86%, aproximadamente el 87%, aproximadamente el 88%, aproximadamente el 89%, aproximadamente el 90%, aproximadamente el 91%, aproximadamente el 92%, aproximadamente el 93%, aproximadamente el 94%, aproximadamente el 95%, aproximadamente el 96%, aproximadamente el 97%, aproximadamente el 98 aproximadamente el 99 o aproximadamente 100% de oxígeno. En algunas modalidades, la composición del gas ajustada comprende no más de aproximadamente 16%, no más de aproximadamente 14%, no más de aproximadamente 12%, no más de aproximadamente 10%, no más de aproximadamente 8%, no más de aproximadamente 6%, no más de aproximadamente 4%, o no más de aproximadamente 2% de oxígeno.

La corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, puede contener, o se puede modificar para contener, menos de o igual a aproximadamente 1% en peso (tal como aproximadamente 0.1, 0.2, 0.5, o 0.8% en peso) de carbono combinado el monóxido y el contenido de COV. La composición del gas se puede ajustar para contener al menos aproximadamente 70% en peso, al menos aproximadamente 75% de nitrógeno, al menos aproximadamente 80% de nitrógeno, al menos aproximadamente 85% de nitrógeno, al menos aproximadamente 90% de nitrógeno, al menos aproximadamente 95% de nitrógeno, o alrededor de 100% de nitrógeno, en a1gunas moda1idades.

Al menos algunos de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, se puede introducir en un sistema de entrega configurada para la alimentación de forma mecánica la materia prima en una primera zona de reacción calentado indirectamente. Tal sistema de suministro puede incluir un sinfín de alimentación o de tornillo, por ejemplo.

En algunas modalidades, al menos algo del agente de activación se deriva de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma. Paso (e) puede aumentar el rendimiento de carbono en los sólidos. Además, la etapa (e) aumenta preferentemente el área superficial y yodo Número de los sólidos. En algunas modalidades, la etapa (f) comprende la recuperación de todos los sólidos de la zona de reacción como carbón biogénico activado.

Un aditivo está opcionalmente introducido antes, durante, o después de una o más de las etapas (a) - (f), y en el que el aditivo se selecciona de entre un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido de metal, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, o una combinación de los mismos. El aditivo puede ser seleccionado de entre el grupo que consiste en magnesio, manganeso, aluminio, níquel, hierro, cromo, silicio, boro, cerio, molibdeno, fósforo, tungsteno, vanadio, cloruro de hierro, bromuro de hierro, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos, yodo, un compuesto de yodo, y combinaciones de los mismos.

El carbón biogénico activado puede estar caracterizado por un índice de yodo de al menos aproximadamente 500, 1000, 1500, oo 22000000.. El carbón biogénico activado puede caracterizarse por una superficie de al menos aproximadamente 1,000 m2/g, 1,500 m2/g, 2,000 m2/g, o superior.

En algunas modalidades, al menos una porción del carbón biogénico activado está presente en la forma de grafeno. El carbón biogénico activado puede ser sensible a un campo magnético aplicado externamente. Además, el carbón biogénico activado puede tener una conductividad eléctrica superior y/o capacitancia que la materia prima que contiene carbono de partida.

En algunas modalidades, el carbón biogénico activado es sensible a un campo magnético aplicado externamente. En algunas modalidades, las propiedades magnéticas del carbón biogénico activado son debido al menos en parte a la presencia de un metal magnético o compuesto del mismo, tal como el hierro. En otras modalidades, el carbón biogénico activado es sensible a un campo magnético aplicado externamente a pesar de la presencia de hierro, un compuesto de hierro, otro metal magnético o compuesto del mismo, un mineral, un metaloide o compuesto del mismo, u otro material no-grafeno que la propia responde a un campo magnético aplicado externamente. Esto es, en algunas modalidades, el carbón biogénico activado es sensible a un campo magnético aplicado externamente en una medida más allá de lo que se puede atribuir a la presencia de hierro, un compuesto de hierro, otro metal magnético o compuesto del mismo, un mineral, un metaloide o compuesto del mismo, u otro material no-grafeno que sí responde a un campo magnético aplicado externamente.

En ciertas modalidades, el procedimiento comprende además la introducción de al menos una parte de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, a un reactor para el cultivo de grafeno sobre un sustrato en dos o tres dimensiones. En tal proceso, el carbono contenido en el vapor se deposita sobre un sustrato (tal como silicio) para formar capas individuales de carbono. El sustrato puede ser una capa o un objeto tridimensional.

La corriente de liquido o vapor de una fuente externa puede variar ampliamente. Corrientes de vapor de ejemplo pueden incluir CO, CO2, CH4, hidrocarburos ligeros, alquitranes, etc. Corrientes líquidas ejemplares pueden incluir hidrocarburos más pesados (incluyendo olefinas o aromáticos), metanol, etanol, o alcoholes más pesados, ácidos orgánicos, aldehidos, etc. La fuente externa puede ser una corriente de VOC gas de escape de una planta química o de combustible adyacente o co-situado, por ejemplo. Las combinaciones son posibles, incluyendo no sólo los flujos de líquido / vapor, sino también mezclas de fuentes externas con gases recielados dentro del sistema, es decir, la corriente de vapor separados, o una forma tratada térmicamente de la misma .

En algunas modalidades, la presente descripción proporciona un proceso continuo para la producción de grafeno, comprendiendo el procedimiento: (a) proporcionar una materia prima de partida que comprende la biomasa que contiene carbono; (b) opcionalmente, secar la materia prima para eliminar al menos una parte de la humedad de la materia prima; (c) en una o más zonas de reacción se calentó indirectamente, mecánicamente transportar la materia prima y en contracorriente en contacto la materia prima con una corriente de vapor que comprende un gas sustancialmente inerte y un agente de activación que incluye al menos uno de agua o dióxido de carbono, para generar sólidos, vapores condensables y gases no condensables, en el que los vapores condensables y los gases no condensables entran en la corriente de vapor; (d) retirar al menos una porción de la corriente de vapor de la zona de reacción, para generar una corriente de vapor separado; (e) recielar al menos una porción de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, la materia prima antes de la etapa (c) y/o a una entrada de gas de la(s) zona(s) de reacción; y (f) recuperar al menos una parte de los sólidos de la(s) zona(s) de reacción como grafeno.

En algunas modalidades, los sólidos recuperados en la etapa (f) consisten de carbón biogénico activado que contiene grafeno. El carbón biogénico activado contiene grafeno puede contener muy diversas fracciones de grafeno en relación con total de carbono presente. Por ejemplo, la masa (o moles) proporción de carbono presente como grafeno a carbono total en el carbón biogénico activado puede ser de aproximadamente 0.0001 a aproximadamente 1, tal como aproximadamente 0.001, aproximadamente 0.005, aproximadamente 0.01, aproximadamente 0.005, aproximadamente 0.1, aproximadamente 0.15, aproximadamente 0.2, aproximadamente 0.25, aproximadamente 0.3, aproximadamente 0.4, aproximadamente 0.5, aproximadamente 0.6, aproximadamente 0.7, aproximadamente 0.8, aproximadamente 0.9, aproximadamente 0.95, o más alto.

Cabe también señalar que el contenido de grafeno no es necesariamente uniforme en todo el carbón biogénico activado. En algunas modalidades, se cree (sin estar limitado por hipótesis) que el grafeno se cultiva a partir de los vapores que contienen carbono que pasan sobre la materia prima pirolizada o pirolizar, el grafeno puede ser principalmente presente en o cerca de la superficie de los sólidos resultantes. En otras modalidades, con suficiente calor y transporte de masa en los sólidos, la formación de grafeno puede producirse esencialmente a lo largo de los sólidos.

El procedimiento puede comprender además la separación de grafeno del carbón biogénico activado que contiene grafeno. La separación se puede lograr por medios mecánicos, magnéticos o eléctricos, tales como por una centrífuga, un separador magnético, o un precipitador electrostático, respectivamente.

En algunas modalidades, los sólidos se trata adicionalmente para aumentar el contenido de grafeno en los sólidos. Por ejemplo, un catalizador se puede introducir para mejorar el crecimiento de grafeno. Los sólidos se pueden introducir en un proceso separado para fabricar o transferir grafeno sobre un sustrato o en un dispositivo.

En algunas modalidades, se introduce una fuente externa de carbono para aumentar la superficie y/o aumentar el rendimiento de carbono y/o aumentar el contenido de grafeno. En algunas de estas modalidades, un proceso continuo para la producción de carbón biogénico activado comprende: (a) proporcionar una materia prima de partida que comprende la biomasa que contiene carbono; (b) opcionalmente, secar la materia prima para eliminar al menos una parte de la humedad de la materia prima; (c) en una o más zonas de reacción se calentó indirectamente, mecánicamente transportar la materia prima y en contracorriente en contacto la materia prima con una corriente de vapor que comprende un gas sustancialmente inerte y un agente de activación que incluye al menos uno de agua o dióxido de carbono, para generar sólidos, vapores condensables y gases no condensables, en el que los vapores condensables y los gases no condensables entran en la corriente de vapor; (d) retirar al menos una porción de la corriente de vapor de la zona de reacción, para generar una corriente de vapor separado; (e) recielar al menos una porción de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, la materia prima antes de la etapa (c) y/o a una entrada de gas de la(s) zona(s) de reacción; y (f) recuperar al menos una porción de los sólidos de la(s) zona(s) de reacción, en el que los sólidos incluyen carbón biogénico activado que contiene grafeno.

En una modalidad, un proceso continuo para la producción de carbón biogénico activado que contiene grafeno comprende: (a) proporcionar una materia prima de partida que comprende la biomasa que contiene carbono; (b) opcionalmente, secar la materia prima para eliminar al menos una parte de la humedad de la materia prima; (c) en una o más zonas de reacción se calentó indirectamente, mecánicamente transportar la materia prima y en contracorriente en contacto la materia prima con una corriente de vapor que comprende un gas sustancialmente inerte y un agente de activación que incluye al menos uno de agua o dióxido de carbono, para generar sólidos, vapores condensables y gases no condensables, en el que los vapores condensables y los gases no condensables entran en la corriente de vapor; (d) retirar al menos una porción de la corriente de vapor de la zona de reacción, para generar una corriente de vapor separado; (e) recielar al menos una porción de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, la materia prima antes de la etapa (c) y/o a una entrada de gas de la(s) zona(s) de reacción; y (f) recuperar al menos una porción de los sólidos de la(s) zona(s) de reacción, en el que los sólidos incluyen carbón biogénico activado que contiene grafeno.

En algunas modalidades, el procedimiento comprende además el tratamiento de los sólidos recuperados en la etapa (f) para aumentar el contenido de grafeno. En algunas modalidades, el procedimiento comprende además el uso de al menos una parte de los sólidos recuperados en la etapa (f) para la fabricación de grafeno sobre un sustrato o un dispositivo.

En algunas modalidades, el grafeno o carbón biogénico activado contiene grafeno es sensible a un campo magnético aplicado externamente. En algunas modalidades, el grafeno o carbón biogénico activado que contiene grafeno tiene un valor de conductancia eléctrica y/o un valor de capacitancia eléctrica que es mayor que la materia prima que contiene carbono.

En algunas modalidades, la presente descripción proporciona un proceso continuo para la producción de carbón biogénico activado que contiene grafeno, comprendiendo el procedimiento: (a) proporcionar una materia prima de partida que comprende la biomasa que contiene carbono; (b) opcionalmente, secar la materia prima para eliminar al menos una parte de la humedad de la materia prima; (c) en una o más zonas de reacción calentadas indirectamente, mecánicamente transportar la materia prima y en contracorriente en contacto la materia prima con una corriente de vapor que comprende un gas sustancialmente inerte y un agente de activación que comprende al menos uno de agua o dióxido de carbono, para generar sólidos, vapores condensables y gases no condensables, en el que los vapores condensables y los gases no condensables entran en la corriente de vapor; (d) retirar al menos una porción de la corriente de vapor de la zona de reacción, para generar una corriente de vapor separado; (e) recielar al menos una porción de la corriente de vapor separada, o una forma tratada térmicamente de la misma, la materia prima antes de la etapa (c) y/o a una entrada de gas de la(s) zona(s) de reacción, para aumentar el área de superficie de carbono en los sólidos; y (f) recuperar al menos una porción de los sólidos de la(s) zona(s) de reacción como carbón biogénico activado, en el que el carbón biogénico activado comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno, en el que al menos una porción del carbón biogénico activado está presente en la forma de grafeno, en donde la composición de carbón biogénico activado se caracteriza por un índice de yodo superior a aproximadamente 500, y en donde el carbón biogénico activado es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

En algunas variaciones, la presente descripción proporciona un proceso para producir un producto de carbón biogénico activado, comprendiendo el procedimiento: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono que comprende la biomasa; (a1) la adición de un aditivo a la materia prima para producir una materia prima mejorada; (b) opcionalmente secar la materia prima mejorada para producir una materia prima mejorada seca; (c) opcionalmente desaireación de la materia prima reforzada o mejorada la materia prima seca para eliminar al menos una porción de oxígeno intersticial, en su caso, con la materia prima contenida reforzada o mejorada de la materia prima seca; (d) en una zona de pirólisis, la pirólisis de la materia prima producida en cualquiera de las etapas (a'), (b) o (c), o una combinación de los mismos, en presencia de un gas sustancialmente inerte durante al menos aproximadamente 10 minutos y con una temperatura de pirólisis seleccionado de alrededor de 250 °C a aproximadamente 700 °C, para generar sólidos calientes pirolizados, vapores condensables y gases no condensables; (e) separar al menos una parte de los vapores condensables y al menos una porción de los gases no condensables de los sólidos pirolizados calientes; (f) en una zona de enfriamiento, enfriamiento de los sólidos calientes pirolizados, en presencia del gas sustancialmente inerte durante al menos aproximadamente 5 minutos y con una temperatura de enfriamiento con zona de menos de o igual a aproximadamente la temperatura de pirólisis, para generar sólidos pirolizadas cálidos; (g) en un enfriador opcional que está separada de la zona de enfriamiento, enfriando aún más los sólidos pirolizados calientes para generar sólidos pirolizados fresco; (h) recuperar un producto de carbón biogénico activado que comprende al menos una porción de los sólidos pirolizados calientes o fríos; y (i) pulverización de la composición de carbón biogénico activado para reducir el tamaño medio de las partículas de la composición de carbón biogénico activado.

Algunas modalidades proporcionan un procedimiento para producir una composición de carbón biogénico activado, comprendiendo el proceso: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono que comprende la biomasa; (a1) la adición de un aditivo a la materia prima para producir una materia prima mejorada; (b) opcionalmente secar la materia prima mejorada para producir una materia prima mejorada seca; (c) opcionalmente desaireación de la materia prima reforzada o la materia prima seca mejorada para eliminar al menos una porción de oxígeno intersticial, en su caso, con la materia prima contenida reforzada o mejorada de la materia prima seca; (d) en una zona de pirólisis, la pirólisis de la materia prima producida en cualquiera de las etapas (a1), (b) o (c), o una combinación de los mismos, en presencia de un gas sustancialmente inerte durante al menos 10 minutos y con una temperatura de pirólisis seleccionada de aproximadamente 250 °C a aproximadamente 700 °C, para generar sólidos calientes pirolizados, vapores condensables y gases no condensables; (e) separar al menos una parte de los vapores condensables y al menos una porción de los gases no condensables desde los sólidos pirolizados calientes; (f) en una zona de enfriamiento, enfriamiento de los sólidos pirolizados calientes, en presencia del gas sustancialmente inerte durante al menos 5 minutos y con una temperatura de enfriamiento de menos de o igual a aproximadamente la temperatura de pirólisis, para generar sólidos pirolizados cálidos; (g) en un enfriador opcional que está separado de la zona de enfriamiento, enfriando los sólidos caliente pirolizado para generar sólidos pirolizados fresco; (h) recuperar una composición de carbón biogénico activado que comprende al menos una porción de los sólidos pirolizados fresco; y (i) pulverización de la composición de carbón biogénico activado para reducir el tamaño de partícula medio de la composición de carbón biogénico activado.

En algunas modalidades, el procedimiento comprende la adición de un aditivo antes de la etapa de pirólisis. En tales modalidades, el carbón biogénico activado resultante puede ser producido con un rendimiento de masa que es mayor que el carbón biogénico activado producido sin aditivo, o con el aditivo añadido durante o después de la etapa de pirólisis, sino por un método por lo demás idéntico. En una modalidad relacionada, el producto de carbón biogénico activado funciona tan bien como o mejor que el producto de carbón biogénico activado comparable. En algunas modalidades, el proceso requiere menos energía para producir un producto de carbón biogénico activado cuando se añade un aditivo antes de la etapa de pirólisis. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado resultante tiene un contenido de carbono superior fijo en comparación con un carbón biogénico activado producido sin aditivo (o con el aditivo añadido durante o después de la etapa de pirólisis), sino por un proceso por lo demás idéntico. En algunas modalidades, el aditivo se distribuye más a fondo y/o uniformemente por todo el carbón biogénico activado en comparación con el carbón biogénico activado producido por el mismo proceso pero en la que se añade el aditivo durante o después de la etapa de pirólisis. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado requiere menos aditivo para lograr una característica de funcionamiento deseada cuando se añade antes de la etapa de pirólisis en comparación con un carbón biogénico activado producido por un proceso por lo demás idéntico pero en la que se añade el aditivo durante o después de la etapa de pirólisis.

En algunas modalidades, un aditivo se selecciona de un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, o una combinación de los mismos. Por ejemplo, un aditivo puede seleccionarse de, pero no es de ninguna manera se limitan a, magnesio, manganeso, aluminio, níquel, cromo, silicio, boro, cerio, molibdeno, fósforo, tungsteno, vanadio, haluro de hierro, cloruro de hierro, bromuro de hierro, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, y combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, un aditivo se selecciona de entre un ácido, una base, o una sal del mismo. Por ejemplo, un aditivo puede seleccionarse de, pero no es de ninguna manera se limitan a, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, óxido de magnesio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos (por ejemplo, ácido cítrico), o combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, un aditivo se selecciona de un haluro de metal. Haluros metálicos son compuestos entre metales y halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y astatina). Los halógenos pueden formar muchos compuestos con metales. Los haluros metálicos se obtienen generalmente por combinación directa, o más comúnmente, la neutralización de la sal de metal de base con un ácido hidrácido halogenado. En algunas modalidades, un aditivo se selecciona de haluro de hierro (FeX2 y/o FeX3), cloruro de hierro (FeCl2 y/o FeCl3, bromuro de hierro (FeBr2 y/o FeBr3), o hidratos de los mismos, y cualquier combinación de los mismos.

En algunas variaciones, una composición de carbón biogénico activado comprende, en base seca: 55% en peso o más carbono total; 15% en peso o menos hidrógeno; 1% en peso o menos de nitrógeno; 0.5% en peso o menos fósforo; 0.2% en peso o menos de azufre; un aditivo seleccionado de un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, o una combinación de los mismos.

En algunas modalidades, el aditivo comprende yodo o un compuesto de yodo, o una combinación de yodo y uno o más compuestos de yodo. Cuando el aditivo comprende yodo, que puede estar presente en la composición de carbón biogénico activado como I2 molecular absorbido o intercalado, como I2 molecular física o químicamente adsorbido, como I atómico absorbido o intercalado, como I atómico física o químicamente adsorbido, o cualquier combinación de los mismos.

Cuando el aditivo comprende uno o más compuestos de yodo, que puede ser seleccionado del grupo que consiste de ión yoduro, yoduro de hidrógeno, una sal de yoduro, un yoduro de metal, yoduro de amonio, un óxido de yodo, ion triyoduro, una sal de triyoduro, un triyoduro de metal, triyoduro de amonio, ion yodato, una sal yodato, un poliyoduro, yodofor o, ácido yódico, yoduro de metilo, un hidrocarburo yodado, ácido periódico, ácido ortoperyódico, ácido metaperiodico, y combinaciones, sales, ácidos, bases, o derivados de los mismos.

En algunas variaciones, la composición de carbón biogénico activado es producido por un proceso que comprende al menos las etapas de: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono que comprende la biomasa; (b) opcionalmente el secado de la materia prima para eliminar al menos una parte de la humedad contenida dentro de la materia prima; (c) opcionalmente desaireación de la materia prima para eliminar al menos una porción de oxígeno intersticial, en su caso, contenida con la materia prima; (d) en una zona de pirólisis, la pirólisis de la materia prima en presencia de un gas sustancialmente inerte durante al menos 10 minutos y con una temperatura de pirólisis seleccionada de aproximadamente 250 °C a aproximadamente 700 °C, para generar sólidos calientes pirolizadas, vapores condensables y gases no condensables; (e) separar al menos una parte de los vapores condensables y al menos una porción de los gases no condensables de los sólidos pirolizados calientes; (f) en una zona de enfriamiento, enfriamiento de los sólidos calientes pirolizados, en presencia del gas sustancialmente inerte durante al menos 5 minutos y con una temperatura de enfriamiento de menos de o igual a aproximadamente la temperatura de pirólisis, para generar sólidos pirolizados cálidos; (g) en una unidad de refrigeración que está separado de la zona de enfriamiento, enfriamiento de los sólidos pirolizados calientes para generar sólidos pirolizados fresco; (h) recuperar una composición de carbón biogénico activado que comprende al menos una porción de los sólidos pirolizados fresco; y (i) pulverizar la composición de carbón biogénico activado para reducir el tamaño medio de partícula de la composición de carbón biogénico activado.

En algunas variaciones, un proceso para producir una composición de carbón biogénico activado, comprendiendo el procedimiento: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono que comprende la biomasa; (b) opcionalmente el secado de la materia prima para eliminar al menos una parte de la humedad contenida dentro de la materia prima; (c) opcionalmente desaireación de la materia prima para eliminar al menos una porción de oxígeno intersticial, en su caso, contenida con la materia prima; (d) en una zona de pirólisis, la pirólisis de la materia prima en presencia de un gas sustancialmente inerte durante al menos 10 minutos y con una temperatura de pirólisis seleccionada de aproximadamente 250 °C a aproximadamente 700 °C, para generar sólidos calientes pirolizadas, vapores condensables y gases no condensables; (e) separar al menos una parte de los vapores condensables y al menos una porción de los gases no condensables de los sólidos pirolizados calientes; (f) en una zona de enfriamiento, enfriamiento de los sólidos calientes pirolizados, en presencia del gas sustancialmente inerte durante al menos 5 minutos y con una temperatura de enfriamiento de menos de o igual a aproximadamente la temperatura de pirólisis, para generar sólidos pirolizados cálidos; (g) en una unidad de refrigeración que está separada de la zona de enfriamiento, enfriamiento de los sólidos pirolizados calientes para generar sólidos pirolizados fresco (h) recuperar una composición de carbón biogénico activado que comprende al menos una porción de los sólidos pirolizados fresco; y (i) la pulverización de la composición de carbón biogénico activado para reducir el tamaño medio de partícula de la composición de carbón biogénico activado, en el que un aditivo se introduce antes, durante, o después de una o más de las etapas (a) - (i), y en el que el aditivo se selecciona de entre un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, o una combinación de los mismos.

En algunas modalidades, el aditivo comprende yodo o un compuesto de yodo, o una combinación de yodo y uno o más compuestos de yodo, opcionalmente disuelto en un disolvente. Varios disolventes para yodo o compuestos de yodo son conocidos en la téenica. Por ejemplo, haluros de alquilo tales como bromuro de (pero no limitado a) n-propilo o yoduro de n-butilo pueden emplearse. Se pueden usar alcoholes tales como metanol o etanol. En algunas modalidades, una tintura de yodo se puede emplear para introducir el aditivo en la composición.

En algunas modalidades, el aditivo comprende de yodo que se introduce como un sólido que se sublima a vapor de yodo para su incorporación en la composición de carbón biogénico activado. A temperatura ambiente, el yodo es un sólido. Tras el calentamiento, los sublima yodo en forma de vapor. Así, las partículas sólidas de yodo se pueden introducir en cualquier corriente, recipiente, tubería o contenedor (por ejemplo, un barril o una bolsa) que también contiene la composición de carbón biogénico activado. Al calentar las partículas de yodo se sublime y el vapor I2 puede penetrar en las partículas de carbono, por lo que la incorporación de yodo como un aditivo en la superficie de las partículas y potencialmente dentro de las partículas.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método para reducir o eliminar al menos un contaminante a partir de una corriente de emisión en fase gaseosa, comprendiendo el método: (a) proporcionar una corriente de emisiones en fase gaseosa que comprende al menos un contaminante; (b) poner en contacto las emisiones en fase gaseosa con un flujo de partículas de carbón activado y aditivos que comprenden una composición de carbón biogénico activado para generar partículas contaminantes adsorbidos; y (c) separar al menos una porción de las partículas contaminantes adsorbidos desde las emisiones de gas de la fase de flujo para producir una corriente de emisión de gases de fase reducido de contaminantes.

En algunas modalidades, las partículas de carbón activado comprenden además el aditivo. En algunas modalidades, la etapa (b) comprende añadir directamente el aditivo a la corriente de emisiones en fase gaseosa. En algunas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste de un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, y sus combinaciones. En algunas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste en magnesio, manganeso, aluminio, níquel, hierro, cromo, silicio, boro, cerio, molibdeno, fósforo, tungsteno, vanadio, cloruro de hierro, bromuro de hierro, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos, yodo, un compuesto de yodo, y combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, el contaminante es un metal seleccionado del grupo que consiste de mercurio, boro, selenio, arsénico, compuestos de los mismos, sales de los mismos y mezclas de los mismos. En algunas modalidades, el contaminante es un contaminante peligroso del aire. En algunas modalidades, el contaminante es un compuesto orgánico volátil. En algunas modalidades, el contaminante es un gas no condensable seleccionado del grupo que consiste en óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, trióxido de azufre, metano, etano, etileno, ozono, amoníaco, y combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, las partículas de carbono contaminante adsorbido incluyen al menos un contaminante seleccionado del grupo que consiste en dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, mercurio, dióxido de azufre, absorbida formas de la misma, adsorbido formas de la misma, hace reaccionar las formas de los mismos, o mezclas de los mismos.

En algunas modalidades, la corriente de emisiones en fase gaseosa se deriva de, surge de, o es producido por la combustión de un combustible que comprende la composición carbón biogénico activado. En algunas modalidades, la corriente de emisiones en fase gaseosa se deriva de, surja de, o se produce por la co-combustión de carbón y la composición de carbón biogénico activado.

En algunas modalidades, los método comprende además (d) tratar las partículas de carbono contaminante adsorbido para regenerar las partículas de carbón activado.

En algunas modalidades, el método comprende además (d') de combustión de las partículas de carbono contaminante adsorbido para generar energía.

En una modalidad, un método de uso de una composición de carbón biogénico activado para reducir las emisiones de mercurio comprende: (a) proporcionar una corriente de emisiones de fase gaseosa que comprende mercurio; (b) poner en contacto la fase gaseosa de flujo de las emisiones con partículas de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado que comprende hierro o un compuesto que contiene hierro para generar partículas de carbono de mercurio adsorbido; y (c) separar al menos una porción de las partículas de carbono de mercurio adsorbido desde las emisiones de gas de la fase de flujo usando precipitación electrostática, para producir una corriente de emisiones de mercurio en fase gaseosa reducido.

En algunas modalidades, la presencia del hierro o un compuesto que contiene hierro en las partículas de carbón activado mejora la precipitación electrostática durante la etapa (c), mejorando así el control del mercurio.

En algunas modalidades, el método comprende además: (d) separar al menos una parte de las partículas de carbono de mercurio adsorbido de otros precipitados electrostática formada en la etapa (c). En algunas modalidades, la etapa (d) comprende la exposición de las partículas de carbono de mercurio adsorbido a un campo magnético.

En algunas modalidades, un proceso para la producción de energía comprende: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono que comprende una composición de carbón biogénico activado; y (b) oxidar la materia prima para generar energía y una corriente de emisiones en fase gaseosa que comprende al menos un contaminante, donde la composición de carbón biogénico activado adsorbe al menos una porción de la al menos un contaminante que contiene carbono.

En algunas modalidades, la materia prima que contiene carbono comprende el al menos un contaminante, o un precursor del mismo. En algunas modalidades, la materia prima que contiene carbono comprende, además, la biomasa. En algunas modalidades, la materia prima que contiene carbono comprende además carbón. En algunas modalidades, la materia prima que contiene carbono consta esencialmente de composición de carbón biogénico activado. En algunas modalidades, el al menos un contaminante comprende un metal seleccionado del grupo que consiste de mercurio, boro, selenio, arsénico, un compuesto del mismo, una sal del mismo, y mezclas de los mismos. En algunas modalidades, el al menos un contaminante comprende un contaminante peligroso del aire o compuesto orgánico volátil. En algunas modalidades, el al menos un contaminante comprende un gas condensable no seleccionado de entre el grupo que consiste en óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, trióxido de azufre, metano, etano, etileno, ozono, amoníaco, y combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, la composición de carbón biogénico activado comprende un aditivo seleccionado del grupo que consiste de un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, y combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste en magnesio, manganeso, aluminio, níquel, hierro, cromo, silicio, boro, cerio, molibdeno, fósforo, tungsteno, vanadio, cloruro de hierro, bromuro de hierro, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos, yodo, un compuesto de yodo, y combinaciones de los mismos.

En cualquier método de uso descritos en el presente documento, la composición de carbón biogénico activado puede tener un valor de calor de al menos aproximadamente 2775 Kcal/Kg (5000 BTU/libra), por ejemplo aproximadamente 2775 (5.000), al menos aproximadamente 3330 (6,000), al menos aproximadamente 3885 (7,000), al menos aproximadamente 4440 (8.000), al menos aproximadamente 4995 (9,000), al menos aproximadamente 5550 (10,000), al menos aproximadamente 6105 (11.000), al menos aproximadamente 6660 (12,000), o más de aproximadamente 6660 (12,000) Kcal/Kg (BTU/lb).

En cualquier método de uso descrito en el presente documento, las composiciones de carbón biogénico activados como se describe aquí puede ser agregado a (por ejemplo, mezclado con) el combustible en cualquier lugar de un suministro de combustible, almacenamiento de combustible, la preparación del combustible, o proceso de mezcla de combustible en cualquier lugar adecuado, tal como un patio de combustible, en los contenedores de almacenamiento, en transportadores, en mezcladores, durante la inyección, etc. Alternativamente o en adición a lo anterior, el carbón biogénico activado se puede añadir a una zona de combustión, ya sea mezclado con, o independiente de, otra(s) fuente(s) de combustible. Por ejemplo y sin limitación, en algunas modalidades se proporciona la composición de carbón biogénico activado en o antes de una zona de combustión, en o antes de una punta del quemador, y/o antes o simultáneamente con una etapa de oxidación de la materia prima que contiene carbono.

En una modalidad, un método de uso de una composición de carbón biogénico activado para purificar un líquido comprende: (a) proporcionar un líquido que comprende al menos un contaminante; y (b) poner en contacto las partículas líquidas con un aditivo y de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado para generar partículas de carbono adsorbidas con contaminantes y un líquido contenido reducido de contaminantes.

En algunas modalidades, las partículas de carbón activado comprenden el aditivo. En algunas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste de un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, y sus combinaciones. En algunas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste en magnesio, manganeso, aluminio, níquel, hierro, cromo, silicio, boro, cerio, molibdeno, fósforo, tungsteno, vanadio, cloruro de hierro, bromuro de hierro, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos, yodo, un compuesto de yodo, y combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, el al menos un contaminante es un metal seleccionado del grupo que consiste en arsénico, boro, selenio, mercurio, un compuesto del mismo, una sal del mismo, y mezclas de los mismos. En algunas modalidades, el al menos un contaminante comprende un compuesto orgánico. En algunas modalidades, el al menos un contaminante comprende un halógeno. En algunas modalidades, el al menos un contaminante comprende sulfuro de hidrógeno. En algunas modalidades, el al menos un contaminante comprende una cloración por producto. En algunas modalidades, el al menos un contaminante comprende un pesticida o herbicida. En algunas modalidades, el líquido comprende agua.

En algunas modalidades, el método comprende además el tratamiento de las partículas de carbono adsorbido contaminante para regenerar las partículas de carbón activado. En algunas modalidades, el método comprende además de combustión de las partículas de carbono-contaminantes adsorbido para generar energía.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método para eliminar al menos una porción de un contaminante de azufre a partir de un líquido, que comprende: (a) proporcionar un líquido que comprende un contaminante de azufre; y (b) poner en contacto las partículas líquidas con un aditivo y de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado, en el que después de la etapa (b) al menos una porción de las partículas de carbón activado comprende el contaminante de azufre.

En algunas modalidades, el contaminante de azufre se selecciona del grupo que consiste en azufre elemental, ácido sulfúrico, ácido sulfuroso, dióxido de azufre, trióxido de azufre, aniones de sulfato, aniones bisulfato, aniones de sulfito, bisulfito de aniones, tioles, sulfuros, disulfuros, polisulfuros, tioéteres, tioésteres, tioacetales, sulfóxidos, sulfonas, tiosulfinatos, sulfimidas, sulfoximidas , sulfonediiminas, haluros de azufre, tiocetonas, tioaldehidos, óxidos de azufre, ácidos tiocarboxílicos, tioamidas, ácidos sulfónicos, ácidos sulfínicos, ácidos sulfénicos, sulfonio, oxosulfonio, sulfuranes, persulfuranes, derivados de los mismos, sales de los mismos y combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, el contaminante de azufre es un sulfato en forma aniónica y/o sal. En algunas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste de un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, y sus combinaciones. En algunas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste en magnesio, manganeso, aluminio, níquel, hierro, cromo, silicio, boro, cerio, molibdeno, fósforo, tungsteno, vanadio, cloruro de hierro, bromuro de hierro, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos, yodo, un compuesto de yodo, y combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, la etapa (b) comprende filtración y/o la osmosis del líquido. En algunas modalidades, la etapa (b) comprende poner en contacto el líquido con una membrana de osmosis que comprende las partículas de carbón activado y el aditivo. En algunas modalidades, la etapa (b) comprende la adición de las partículas de carbón activado directamente al líquido. En algunas modalidades, el método comprende además: (c) la sedimentación de las partículas de carbón activado con el contaminante de azufre a partir del líquido. En algunas modalidades, el líquido comprenden las aguas residuales. En algunas modalidades, las aguas residuales se producen por un proceso seleccionado del grupo que consiste en la extracción de metales, el drenaje ácido de minas, procesamiento de minerales, el tratamiento municipal de alcantarillado, la producción de pulpa y papel, y la producción de etanol. En algunas modalidades, el líquido es un cuerpo natural de agua.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un proceso para reducir una concentración de sulfatos en agua que comprende: (a) proporcionar un volumen o una corriente de agua que comprende sulfatos; y (b) poner en contacto las partículas de agua con un aditivo y de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado.

En algunas modalidades, antes de la etapa (a) el agua comprende sulfatos en una concentración de más de aproximadamente 50 mg/L, y después de la etapa (b) el agua comprende sulfatos a una concentración de no más de aproximadamente 50 mg/L. En algunas modalidades, después de la etapa (b) el agua comprende sulfatos a una concentración de no más de aproximadamente 10 mg/L. En algunas modalidades, el agua es una corriente de aguas residuales. En algunas modalidades, la corriente de aguas residuales se produce por un proceso seleccionado del grupo que consiste en la extracción de metales, el drenaje ácido de minas, procesamiento de minerales, el tratamiento municipal de alcantarillado, la producción de pulpa y papel, y la producción de etanol. En algunas modalidades, el agua es un cuerpo natural de agua. En algunas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste de un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, y sus combinaciones. En algunas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste en magnesio, manganeso, aluminio, níquel, hierro, cromo, silicio, boro, cerio, molibdeno, fósforo, tungsteno, vanadio, cloruro de hierro, bromuro de hierro, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos, yodo, un compuesto de yodo, y combinaciones de los mismos.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método para eliminar un contaminante de azufre a partir de una corriente que comprende las emisiones de fase gaseosa: (a) proporcionar una corriente de emisiones en fase gaseosa que comprende al menos un contaminante de azufre; (b) poner en contacto las emisiones en fase gaseosa con un flujo de partículas de aditivo y de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado; y (c) separar al menos una porción de las partículas de carbón activado a partir del flujo de emisiones en fase gaseosa después de la etapa (b).

En algunas modalidades, el contaminante que contiene azufre se selecciona del grupo que consiste en azufre elemental, ácido sulfúrico, ácido sulfuroso, dióxido de azufre, trióxido de azufre, aniones de sulfato, aniones bisulfato, aniones de sulfito, aniones bisulfito, tioles, sulfuros, disulfuros, polisulfuros, tioéteres, tioésteres, tioacetales, sulfóxidos, sulfonas, tiosulfinatos, sulfimidas, sulfoximidas, sulfonediiminas, haluros de azufre, tiocetonas, tioaldehidos, óxidos de azufre, ácidos tiocarboxílicos, tioamidas, ácidos sulfónicos, ácidos sulfínicos, ácidos sulfénicos, sulfonio, oxosulfonio, sulfuranes, persulfuranes, sales de los mismos, derivados de los mismos y combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, la corriente de las emisiones de fase gaseosa se deriva de, surge de, o se produce por la combustión de un combustible que comprende la composición carbón biogénico activado. En algunas modalidades, la corriente de emisiones en fase gaseosa se deriva de, surja de, o se produce por la co-combustión de carbón y la composición de carbono biogénico activado. En algunas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste de un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, y sus combinaciones. En algunas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste en magnesio, manganeso, aluminio, níquel, hierro, cromo, silicio, boro, cerio, molibdeno, fósforo, tungsteno, vanadio, cloruro de hierro, bromuro de hierro, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos, yodo, un compuesto de yodo, y combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, la etapa (c) comprende filtración. En algunas modalidades, la etapa (c) comprende la precipitación electrostática. En algunas modalidades, la etapa (c) comprende el lavado.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método para reducir o eliminar uno o más contaminantes de un gas o líquido, que comprende: (a) proporcionar una corriente de gas o líquido que contiene uno o más contaminantes; y (b) poner en contacto el gas o corriente de líquido con una composición de carbón biogenico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1 % en peso de nitrógeno y un índice de yodo de al menos aproximadamente 500, en el que la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método para reducir o eliminar uno o más contaminantes de un gas o líquido, que comprende: (a) proporcionar una corriente de gas o líquido que contiene uno o más contaminantes; y (b) poner en contacto el gas o corriente de líquido con una composición de carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1 % en peso de nitrógeno y un índice de yodo de al menos aproximadamente 500, en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método para reducir o eliminar un contaminante de un líquido o gas, comprendiendo el método: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno, en el que al menos una parte del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; y (c) poner en contacto el líquido o gas con el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado.

En algunas modalidades, el líquido es agua.

En una modalidad, la presente descripción proporciona una composición que comprende grafeno, en el que el grafeno se deriva de una composición de carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno. En algunas modalidades, la composición está incluido en un adhesivo, un sellante, un revestimiento, una pintura, una tinta, un componente de un material compuesto, un catalizador, un soporte de catalizador, un componente de electrodo de batería, un componente de electrodo de pila de combustible, una circuito basado en grafeno o componente del sistema de memoria, un material de almacenamiento de energía, un componente supercondensador, un sumidero para la disipación de la electricidad estática, un material para el transporte electrónico o iónico, un componente del sistema de comunicación de alto ancho de banda, un componente de un sensor de infrarrojos, un componente de un sensor químico, un componente de un sensor biológico, un componente de una pantalla electrónica, un componente de una célula voltaica, o un aerogel de grafeno.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, en un adhesivo, sellador, revestimiento, pintura o tinta.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un componente en un material compuesto para ajustar las propiedades mecánicas o eléctricas del material compuesto.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como catalizador, un soporte de catalizador, un material de electrodo de batería, o un material de electrodo de pila de combustible.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno,- (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, en un sistema de circuito o de memoria a base de grafeno.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un material de almacenamiento de energía o como un componente supercondensador.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un sumidero para la disipación de la electricidad estática en un sistema de suministro de combustible líquido o vapor.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un material para el transporte electrónico o iónico.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, en un sistema de comunicación de gran ancho de banda.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un componente de un puerto de un detector infrarrojo, químico o biológico.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un componente de una pantalla electrónica.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un componente de una célula fotovoltaica.

En una modalidad, la presente descripción proporciona un método de uso que comprende grafeno: (a) obtener una composición carbón biogénico activado que comprende, sobre una base seca, aproximadamente el 55% en peso o más de carbono total, alrededor del 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en el que al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno a partir de la composición de carbón biogénico activado; (c) usando el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, para formar un aerogel de grafeno.

En una modalidad proporcionan un método de uso de una composición de carbón biogénico activado para reducir las emisiones, comprendiendo el método: (a) proporcionar partículas de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado; (b) proporcionar una corriente de emisiones en fase gaseosa que comprende al menos un contaminante seleccionado; (c) proporcionar un aditivo seleccionado para ayudar en la eliminación del contaminante seleccionado de la corriente de las emisiones de fase gaseosa; (d) la introducción de las partículas de carbón activado y el aditivo en la corriente de emisiones de fase gaseosa, para adsorber al menos una parte del contaminante seleccionado sobre las partículas de carbón activado, generando de ese modo partículas de carbono contaminantes adsorbidas en la corriente de emisiones de fase gaseosa; y (e) separar al menos una parte de las partículas de carbono adsorbidas contaminantes de la corriente de emisiones de fase gaseosa, para producir una corriente de emisión de fase gaseosa reducida de contaminantes.

En algunas modalidades, la composición de carbón biogénico activado comprende 55% en peso o más carbono total; 15% en peso o menos hidrógeno; 1% en peso o menos de nitrógeno; 0.5% en peso o menos de fósforo; y 0.2% en peso o menos de azufre. El aditivo puede proporcionarse como parte de las partículas de carbón activado. Alternativamente, o adicionalmente, el aditivo puede introducirse directamente en la corriente de emisiones de fase gaseosa.

El aditivo (para ayudar en la eliminación del contaminante seleccionado de la corriente de emisiones en fase gaseosa) se puede seleccionar entre un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, o una combinación de los mismos. En algunas modalidades, el aditivo comprende yodo o un compuesto de yodo, o una combinación de yodo y uno o más compuestos de yodo, opcionalmente disuelto en un disolvente.

En algunas modalidades, el contaminante seleccionado es un metal, tal como un metal seleccionado de entre el grupo consistente en mercurio, boro, selenio, arsénico, y cualquier compuesto, sal, y mezcla de los mismos. En algunas modalidades, el contaminante seleccionado es un contaminante peligroso del aire o un compuesto orgánico volátil. En algunas modalidades, el contaminante seleccionado es un gas no condensable seleccionado del grupo que consiste en óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, trióxido de azufre, metano, etano, etileno, ozono, amoníaco, y combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, las partículas de carbono contaminante adsorbido incluyen, en absorbida, adsorbida, o forma, al menos uno, dos, tres, o todos los contaminantes seleccionados del grupo que consiste en dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, mercurio, reaccionado y dióxido de azufre.

En algunas modalidades, la corriente de emisiones de fase gaseosa se deriva de la combustión de un combustible que comprende la composición de carbón biogénico activado. En ciertas modalidades, la corriente de emisiones de fase gaseosa se deriva de co-combustión de carbón y la composición de carbón biogénico activado.

En algunas modalidades, la separación en la etapa (e) comprende la filtración, lo que puede por ejemplo utilizar los filtros de tela. En algunas modalidades, la separación en la etapa (e) comprende la precipitación electrostática. Fregar (incluyendo lavado en húmedo o en seco) puede emplearse también. Opcionalmente, las partículas de carbono contaminante adsorbido se pueden tratar para regenerar las partículas de carbón activado. En algunas modalidades, las partículas de carbono contaminante adsorbido se oxidan catalíticamente térmicamente o no catalíticamente. Las partículas de carbono adsorbido con contaminantes, o una forma regenerada de la misma, se puede quemar para proporcionar energía y/o gasificados para proporcionar gas de síntesis.

En algunas modalidades, un método de uso de una composición de carbón biogénico activado para reducir las emisiones de mercurio, comprende: (a) proporcionar partículas de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado que incluye un aditivo que comprende yodo o un compuesto que contiene yodo; (b) proporcionar una corriente de emisiones de fase gaseosa que comprende mercurio; (c) la introducción de las partículas de carbón activado en la corriente de las emisiones de fase gaseosa, para adsorber al menos una parte del mercurio sobre las partículas de carbón activado, generando de ese modo partículas de carbono de mercurio adsorbido dentro de la corriente de emisión de fase gaseosa; y (d) separar al menos una parte de las partículas de carbono de mercurio adsorbido a partir de la corriente de las emisiones de fase gaseosa utilizando la precipitación electrostática, para producir una corriente de emisiones de mercurio en fase gaseosa reducida.

En algunas variaciones, se proporciona un procedimiento para la producción de energía, comprendiendo el procedimiento: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono que comprende una composición de carbón biogénico activado; y (b) oxidar la materia prima que contiene carbono para generar energía y una corriente de emisiones en fase gaseosa, en el que la presencia de la composición de carbón biogénico activado dentro de la materia prima que contiene carbono es eficaz para adsorber al menos un contaminante producido como un subproducto de la oxidación o derivado de la materia prima que contiene carbono, reduciendo así las emisiones del contaminante, y en el que la composición de carbón biogénico activado incluye además un aditivo que se selecciona de un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, o una combinación de los mismos.

En algunas modalidades, el contaminante, o un precursor del mismo, está contenido dentro de la materia prima que contiene carbono.

En algunas modalidades, el contaminante se produce como un subproducto de la oxidación. La materia prima que contiene carbono comprende, además, biomasa, carbón, u otra materia prima carbonosa, en diversas modalidades.

El contaminante seleccionado puede ser un metal seleccionado de entre el grupo consistente en mercurio, boro, selenio, arsénico, y cualquier compuesto, sal, y mezcla de los mismos; un contaminante peligroso del aire; un compuesto orgánico volátil; o un gas no condensable seleccionado del grupo que consiste en óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, trióxido de azufre, metano, etano, etileno, ozono, amoníaco; y sus combinaciones.

En algunas variaciones, un método de uso de una composición de carbón biogénico activado para purificar un líquido, comprende: (a) proporcionar partículas de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado; (b) proporcionar un líquido que comprende al menos un contaminante seleccionado; (c) proporcionar un aditivo seleccionado para ayudar en la eliminación del contaminante seleccionado entre el líquido; y (d) poner en contacto el líquido con las partículas de carbón activado y el aditivo, para adsorber al menos una porción de la al menos un contaminante seleccionado sobre las partículas de carbón activado, generando de ese modo partículas de carbono absorbidos con contaminantes y un líquido reducido en contaminantes.

La composición de carbón biogénico activado comprende, en algunas modalidades, 55% en peso o más carbono total; 15% en peso o menos hidrógeno; 1% en peso o menos de nitrógeno; 0.5% en peso o menos de fósforo; y 0.2% en peso o menos de azufre.

El aditivo puede proporcionarse como parte de las partículas de carbón activado y/o introduce directamente en el líquido. El aditivo puede ser seleccionado de un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido metálico, un hidróxido metálico, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, o una combinación de los mismos.

En algunas modalidades, el aditivo comprende yodo que está presente en la composición de carbón biogénico activado como I2 molecular absorbido o intercalado, I2 molecular física 0 químicamente adsorbido, I atómico absorbido o intercalado, 1 atómico física o químicamente adsorbido, o una combinación de los mismos.

En algunas modalidades, el aditivo comprende un compuesto que contiene yodo, tales como (pero no limitado a) un compuesto que contiene yodo se selecciona entre el grupo que consta de ión yoduro, yoduro de hidrógeno, una sal de yoduro, un yoduro de metal, yoduro de amonio, un óxido de yodo, ion triyoduro, una sal de triyoduro, un triyoduro de metal, triyoduro de amonio, ion yodato, una sal yodato, un poliyoduro, yodoformo, ácido yódico, yoduro de metilo, un hidrocarburos yodado, ácido periódico, ácido ortoperyódico, ácido metaperyódico, y combinaciones, sales, ácidos, bases, o derivados de los mismos.

Los aditivos pueden resultar en un producto final con un contenido más alto de energía (densidad de energía). Un aumento en el contenido de energía puede resultar de un incremento en carbono total, carbono fijo, carbono volátil, o incluso de hidrógeno. Alternativamente o adicionalmente, el aumento en el contenido de energía puede resultar de la eliminación de la materia incombustible o de material que tiene menor densidad de energía que el carbono. En algunas modalidades, los aditivos reducen el grado de formación de líquido, a favor de la formación de sólidos y gas, o en favor de la formación de sólido.

En diversas modalidades, aditivos modificar químicamente los de biomasa de partida, o la biomasa tratada antes de la pirólisis, para reducir la ruptura de las paredes celulares de una mayor fuerza / integridad. En algunas modalidades, los aditivos pueden aumentar el contenido de carbono fijo de materia prima de biomasa antes de la pirólisis.

Los aditivos pueden resultar en un producto final de carbón biogénico activado con propiedades mecánicas mejoradas, tales como resistencia a la fluencia, resistencia a la compresión, resistencia a la tracción, resistencia a la fatiga, resistencia al impacto, módulo elástico, módulo de volumen, o módulo de cizallamiento.

Los aditivos pueden mejorar las propiedades mecánicas simplemente estando presentes (por ejemplo, el propio aditivo imparte fuerza para la mezcla) o debido a algún tipo de transformación que tiene lugar dentro de la fase de aditivo o dentro de la mezcla resultante.

Por ejemplo, reacciones tales como la vitrificación pueden ocurrir dentro de una porción del producto de carbón biogénico activado que incluye el aditivo, mejorando así la resistencia final.

Los aditivos químicos pueden ser aplicados a materias primas de biomasa húmeda o seca. Los aditivos se pueden aplicar como un polvo sólido, un aerosol, una niebla, un líquido o un vapor. En algunas modalidades, los aditivos pueden ser introducidos a través de la pulverización de una solución de líquido (tal como una solución acuosa o en un disolvente), o por inmersión en tanques, contenedores, bolsas, u otros recipientes.

En ciertas modalidades, se emplea el tratamiento previo de inmersión en el que la materia prima sólida se sumerge en un baño que comprende el aditivo, ya sea de forma discontinua o continua, durante un tiempo suficiente para permitir la penetración del aditivo en la materia prima sólido.

En algunas modalidades, los aditivos aplicados a la materia prima pueden reducir los requerimientos de energía para la pirólisis, y/o aumentar el rendimiento del producto carbonoso. En estas u otras modalidades, los aditivos aplicados a la materia prima puede proporcionar la funcionalidad que se desea para el uso previsto del producto carbonoso, tal como se describirá más adelante con respecto a las composiciones.

En algunas modalidades, el proceso para la producción de un carbón biogénico activado comprende además una etapa de dimensionamiento (por ejemplo, clasificar, cribar, clasificación, etc.) los sólidos pirolizados calientes o fríos para formar sólidos pirolizados tamaño. Los sólidos pirolizados de tamaño se pueden utilizar en aplicaciones que requieren un producto de carbón activado que tiene una característica determinada de tamaño de partícula.

El rendimiento, o la capacidad de proceso, puede variar ampliamente de pequeñas unidades de escala en laboratorio a completas biorrefinerías a escala comercial, incluyendo cualquier piloto, demostración o escala semi-comercial.

En diversas modalidades, la capacidad de proceso es al menos aproximadamente 1 kg / día, 10 kg / día, 100 kg / día, 1 ton / día (todos toneladas son toneladas métricas), 10 toneladas / día, 100 toneladas / día, 500 toneladas / día, 1.000 toneladas / día, 2,000 toneladas / día, o superior.

En algunas modalidades, una porción de sólidos producidos se puede recielar a la parte delantera del proceso, es decir, a la unidad de secado o de desaireación o directamente a la BPU o reactor. Al devolver al extremo frontal y que pasa por el proceso de nuevo, los sólidos tratados pueden llegar a ser más alto en carbono fijo. Corrientes de sólido, líquido, y el gas producido o existentes dentro del proceso pueden ser reciclados de manera independiente, se pasa a las etapas subsiguientes, o se quitan / purgan del proceso en cualquier punto.

En algunas modalidades, el material pirolizado se recupera y luego se alimenta a un reactor separado para más de pirólisis, para crear un producto con mayor pureza de carbono. En algunas modalidades, el proceso secundario puede llevarse a cabo en un recipiente simple, tal como un tambor de acero, en el que calienta el gas inerte (tal como N2 climatizada) se pasa a través. Otros recipientes útiles para este propósito incluyen tanques de proceso, barriles, contenedores, bolsas, sacos, y recipientes oscilantes. Este gas de barrido secundario con sustancias volátiles puede ser enviado al calentador de gas de proceso, o de nuevo a la principal BPU, por ejemplo. Para enfriar el producto final, otra corriente de gas inerte, que está inicialmente a temperatura ambiente, por ejemplo, puede hacerse pasar a través de los sólidos para enfriar los sólidos, y luego regresó a un sistema de precalentamiento de gas inerte. En diversas modalidades, el proceso secundario se lleva a cabo en un reactor de carbonización o pirólisis separada, en la que precalienta el gas sustancialmente inerte se introduce en pirolizar el material y la unidad de carbonización.

Algunas modalidades de la presente descripción proporcionar un sistema de producción de carbón biogénico activado que comprende: (a) un sistema de alimentación de material configurado para introducir una materia prima que contiene carbono,- (b) un secador opcional, dispuesto en comunicación operable con el sistema de alimentación de material, configurado para eliminar la humedad contenida dentro de una materia prima que contiene carbono; (c) una unidad de procesamiento de biomasa incluyendo una pluralidad de zonas, dispuesto en comunicación operable con el secador, en el que la unidad de procesamiento de la biomasa contiene al menos una zona de pirólisis dispuesto en comunicación operable con una zona de enfriamiento espacialmente separada, y en donde la biomasa unidad de procesamiento está configurado con una salida para eliminar los vapores condensables y gases no condensables de los sólidos; (d) un enfriador externo, dispuesto en comunicación operable con la unidad de procesamiento de la biomasa; y (e) una unidad de recuperación de carbono, dispuesto en comunicación operable con el refrigerador.

Algunas modalidades de la presente descripción proporcionar un sistema de producción de carbón biogénico activado que comprende: (a) un sistema de alimentación de material configurado para introducir una materia prima que contiene carbono; (b) un secador opcional, dispuesto en comunicación operable con el sistema de alimentación de material, configurado para eliminar la humedad contenida dentro de una materia prima que contiene carbono; (c) un precalentador opcional, dispuesto en comunicación operable con el secador, configurado para calentar y/o ligeramente pirolizar la materia prima; (d) un reactor de pirólisis, dispuesto en comunicación operable con el precalentador, configurado para pirolizar la materia prima; (e) un refrigerador, dispuesto en comunicación operable con el reactor de pirólisis, configurado para enfriar sólidos pirolizados; y (f) una unidad de recuperación de carbono, dispuesto en comunicación operable con el refrigerador, en el que el sistema está configurado con al menos una salida de gas para eliminar los vapores condensables y gases no condensables de los sólidos.

El sistema de alimentación de material puede estar integrado físicamente con la BPU, tales como mediante el uso de un sistema de alimentación de material de tornillo o mecanismo de tornillo sinfín para introducir sólidos de alimentación en uno de los reactores o zonas.

En algunas modalidades, el sistema comprende además una zona de precalentamiento, dispuesto en comunicación operable con la zona de pirólisis.

Cada una de la zona de pirólisis, zona de enfriamiento, y la zona de precalentamiento (que está presente) puede estar situado dentro de una sola BPU, o puede estar situado en BPU separada.

De manera opcional, el secador puede estar configurado como una zona de secado dentro de la BPU.

Opcionalmente, el enfriador puede estar dispuesto dentro de la BPU (es decir, configurado como una zona de enfriamiento adicional o integrada con la zona de enfriamiento mencionado anteriormente).

El sistema puede incluir una purga de medios para eliminar el oxígeno del sistema. Por ejemplo, los medios de purga pueden comprender una o más entradas para introducir un gas sustancialmente inerte, y una o más salidas para eliminar el gas sustancialmente inerte y oxígeno desplazado desde el sistema. En algunas modalidades, los medios de purga es un deaerater dispuesto en comunicación operable entre el secador y la BPU.

La BPU puede ser configurada con al menos una primera entrada de gas y una primera salida de gas.

La primera entrada de gas y la primera salida de gas pueden estar dispuestos en comunicación con las diferentes zonas, o con las mismas zonas.

En algunas modalidades, la BPU está configurada con una segunda entrada de gas y/o una segunda salida de gas. En algunas modalidades, la BPU está configurado con una tercera entrada de gas y/o tercera salida de gas. En algunas modalidades, la BPU está configurada con un cuarto de entrada de gas y/o cuarta salida de gas. En algunas modalidades, cada zona presente en la BPU está configurada con una entrada de gas y una salida de gas.

Entradas y salidas de gas no sólo permiten la introducción y retirada de vapor, pero salidas de gas (sondas), en particular, permitir un control de proceso preciso y control a través de varias etapas del proceso, hasta e incluyendo potencialmente todas las etapas del proceso.

Se esperaría la supervisión de procesos precisos para dar lugar a mejoras de rendimiento y eficiencia, tanto de forma dinámica, así como durante un período de tiempo en el historial de funcionamiento se puede utilizar para ajustar las condiciones del proceso.

En algunas modalidades (véase, en general, la Fig.4), una sonda de gas de reacción está dispuesta en comunicación operable con la zona de pirólisis.

Tal sonda de gas de reacción puede ser útil para extraer y analizar gases de ellos, con el fin de determinar la extensión de la reacción, la selectividad de pirólisis, u otro proceso de monitoreo.

Luego, basándose en la medición, el proceso puede ser controlado o ajustado en cualquier número de formas, tales como mediante el ajuste de la velocidad de alimentación, velocidad de barrido de gas inerte, la temperatura (de una o más zonas), la presión (de una o más zonas), aditivos, y así sucesivamente.

Tal como se pretende en el presente documento, "monitor y control" a través de sondas de gases de reacción debe ser interpretada para incluir cualquier uno o más extracciones de muestras a través de sondas de gases de reacción, y opcionalmente haciendo ajustes en los procesos o equipos basados en las mediciones, si se considera necesario o deseable, usando los principios conocidos de control de proceso (realimentación, anticipativo, la lógica proporcional-integral-derivativo, etc.).

Una sonda de gas de reacción puede estar configurado para extraer muestras de gas en un número de maneras.

Por ejemplo, una línea de muestreo puede tener una presión más baja que la presión del reactor de pirólisis, de modo que cuando se abre la línea de muestreo una cantidad de gas fácilmente se puede extraer de la zona de pirólisis.

La línea de muestreo puede ser bajo vacío, tal como cuando la zona de pirólisis está cerca de la presión atmosférica.

Típicamente, una sonda de gas de reacción se asociará con una salida de gas, o una porción del mismo (por ejemplo, una fracción de línea de una línea de salida de gas).

En algunas modalidades, tanto una entrada de gas y una salida de gas se utilizan como una sonda de gas de reacción mediante la introducción periódicamente un gas inerte en una zona, y tirando del gas inerte con una muestra de proceso fuera de la salida de gas ("barrido de la muestra ").

Tal disposición podría ser utilizado en una zona que de otro modo no tiene una entrada de gas / salida para el gas sustancialmente inerte para el procesamiento, o, la sonda de gas de reacción podría estar asociado con una entrada de gas separada / salida que se suma a procesar entradas y puntos de venta.

Un gas inerte de muestreo que se introduce y extrae periódicamente para el muestreo (en modalidades que utilizan barridos de muestra) incluso podría ser diferente que el gas inerte proceso, si se desea, ya sea por razones de exactitud en el análisis o para introducir un trazador analítico.

Por ejemplo, la concentración de ácido acético en la fase gaseosa de la zona de pirólisis se puede medir usando una sonda de gas para extraer una muestra, que se analiza a continuación, utilizando una téenica adecuada (por ejemplo, cromatografía de gases, GC; espectroscopia de masas, MS ; GC-MS, o Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR).

La concentración de CO y/o CO2 en la fase gaseosa podrían medirse y utilizarse como una indicación de la pirólisis selectividad hacia los gases/vapores, por ejemplo. Concentración de terpeno en la fase gaseosa podría medirse y utilizarse como una indicación de la selectividad hacia la pirólisis líquidos, y así sucesivamente.

En algunas modalidades, el sistema comprende además al menos una sonda de gas adicional dispuesto en comunicación operable con la zona de enfriamiento, o con la zona de secado (si está presente) o la zona de precalentamiento (si está presente).

Una sonda de gas para la zona de enfriamiento podría ser útil para determinar la extensión de cualquier toma lugar la química adicional en la zona de enfriamiento, por ejemplo.

Una sonda de gas en la zona de enfriamiento también podría ser útil como una medida independiente de la temperatura (además, por ejemplo, para un termopar dispuesto en la zona de enfriamiento). Esta independiente medición puede ser una correlación de la temperatura de refrigeración con una cantidad medida de una determinada especie. La correlación podría desarrollarse por separado, o podría establecerse tras un período de operación del proceso.

Una sonda de gas para la zona de secado podría ser útil para determinar el grado de secado, mediante la medición de contenido de agua, por ejemplo. Una sonda de gas en la zona de precalentamiento podría ser útil para determinar la extensión de cualquier toma de pirólisis lugar suave, por ejemplo .

En ciertas modalidades, la zona de enfriamiento está configurado con una entrada de gas, y la zona de pirólisis está configurado con una salida de gas, para generar flujo sustancialmente a contracorriente de la fase gaseosa con relación a la fase sólida. Alternativamente, o adicionalmente, la zona de precalentamiento (cuando está presente) puede estar configurada con una salida de gas, para generar flujo sustancialmente a contracorriente de la fase gaseosa con relación a la fase sólida. Alternativamente, o además, la zona de secado puede estar configurada con una salida de gas, para generar flujo sustancialmente a contracorriente.

El reactor de pirólisis o reactores se puede seleccionar de cualquier configuración de reactor adecuado que es capaz de llevar a cabo el proceso de pirólisis. Configuraciones de reactor ejemplares incluyen, pero no se limitan a, reactores de lecho fijo, reactores de lecho fluidizado, reactores de flujo arrastrado, sinfines, conos giratorios, hornos de tambor rotativo, calcinadores, tostadores, reactores de lecho, reactores de transporte, lecho en movimiento, reactores ablativos, conos giratorios, o reactores de pirólisis asistidas por microondas.

En algunas modalidades en las que se utiliza una barrena, arena u otro portador de calor se pueden emplear opcionalmente. Por ejemplo, la materia prima y la arena pueden ser alimentadas en un extremo de un tornillo. El tornillo de mezcla de la arena y materia prima y las transporta a través del reactor. El tornillo puede proporcionar un buen control del tiempo de residencia materia prima y no diluir los productos pirolizados con un vehículo o gas de fluidización. La arena puede ser recalentada en un recipiente separado.

En algunas modalidades en las que se utiliza un proceso de ablación, la materia prima se mueve a alta velocidad contra una superficie metálica caliente.

Ablación de cualquier carbón formando en las superficies puede mantener una alta tasa de transferencia de calor. Tal aparato puede evitar la dilución de los productos. Como alternativa, las partículas de materia prima pueden ser suspendidas en un gas portador y se introdujeron a una velocidad alta a través de un cielón cuya pared se calienta.

En algunas modalidades en las que se utiliza un reactor de lecho fluidizado, la materia prima se puede introducir en un lecho de arena caliente fluidizado por un gas, que es típicamente un gas producto recirculado.

Referencia aquí a "arena" incluirá también materiales similares, sustancialmente inertes, tales como partículas de vidrio, se recuperó partículas de ceniza, y similares. Las altas tasas de transferencia de calor de la arena fluidizado pueden dar lugar a un rápido calentamiento de la materia prima. No puede haber alguna ablación por desgaste con las partículas de arena. El calor se proporciona normalmente por tubos de intercambiadores de calor a través del cual fluye el gas de combustión caliente.

Los reactores circulantes de lecho fluidizado se pueden emplear, en el que el gas, arena y materia prima se mueven juntos. Los gases de transporte de ejemplo incluyen recirculan los gases de productos y gases de combustión. Las altas tasas de transferencia de calor de la arena garantizan un rápido calentamiento de la materia prima, y se espera que la ablación a ser más fuerte que con lechos fluidos regulares. Un separador puede ser empleado para separar los gases del producto de las partículas de arena y carbón de leña. Las partículas de arena pueden ser recalentadas en un recipiente quemador fluidizado y se reciela al reactor.

En algunas modalidades, la BPU es un reactor continuo que comprende una entrada de materia prima, una pluralidad de zonas espacialmente separados configurados para controlar por separado la temperatura y la mezcla dentro de cada una de las zonas, y una salida carbonosos sólidos, en el que una de las zonas está configurado con una primera entrada de gas para introducir un gas sustancialmente inerte en la BPU, y en el que una de las zonas está configurada con una primera salida de gas.

En algunas modalidades, el reactor incluye al menos dos, tres, cuatro, o más zonas. Cada una de las zonas está dispuesta en comunicación con medios de calentamiento ajustables por separado seleccionado independientemente del grupo que consiste de transferencia eléctrica de calor, transferencia de calor de vapor, la transferencia de calor de aceite caliente, la transferencia de calor de cambio de fase, la transferencia de calor residual, y combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, al menos una zona se calienta con una corriente de efluente del calentador de gas de proceso, si está presente.

La BPU puede estar configurada para ajustar por separado la composición de fase gaseosa y en fase gaseosa tiempo de residencia de al menos dos zonas, hasta e incluyendo todas las zonas presentes en la BPU.

La BPU puede estar equipada con una segunda entrada de gas y/o una segunda salida de gas. En algunas modalidades, la BPU está configurada con una entrada de gas en cada zona. En estas u otras modalidades, la BPU está configurada con una salida de gas en cada zona. La BPU puede ser un reactor a favor de corriente o contracorriente.

En algunas modalidades, el sistema de alimentación de material comprende un mecanismo de alimentación de tornillo o de la barrena.

En algunas modalidades, la salida de sólidos carbonosos comprende un mecanismo de tornillo o de salida de la barrena.

Algunas modalidades utilizan un calcinador giratorio con un sistema de tornillo de alimentación de material. En estas modalidades, algunos o todos de la BPU son axialmente giratorios, es decir, que gira alrededor de su eje central. La velocidad de rotación tendrá un impacto en el patrón sólido de flujo, y el calor y transporte de masa. Cada una de las zonas puede estar configurado con tramos dispuestas en paredes internas, para proporcionar la agitación de los sólidos. Los tramos pueden ser ajustables por separado en cada una de las zonas.

Otros medios de sólidos de agitación se pueden emplear, tales como taladros, tornillos o transportadores de paletas. En algunas modalidades, la BPU incluye un solo tornillo sin fin, en continuo dispuestas a lo largo de cada una de las zonas. En otras modalidades, el reactor incluye dos hélices dispuestas a lo largo de cada una de las zonas.

Algunos sistemas están diseñados específicamente con la capacidad de mantener el tamaño aproximado del material de alimentación en todo el procesamiento que es, para procesar la materia prima de biomasa sin destruir o dañar su estructura de manera significativa. En algunas modalidades, la zona de pirólisis no contiene taladros, tornillos o rastrillos que tenderían a reducir en gran medida que el tamaño del material de alimentación se piroliza.

En algunas modalidades de la descripción, el sistema incluye además un calentador de gas de proceso dispuesto en comunicación operable con la salida en el que se eliminan vapores condensables y gases no condensables.

El calentador de gas de proceso puede estar configurado para recibir un combustible separado (tal como gas natural) y un oxidante (tal como aire) en una cámara de combustión, adaptada para la combustión del combustible y al menos una parte de los vapores condensables.

Ciertos gases no condensables también pueden ser oxidados, tales como CO o CH4, en CO2.

Cuando se emplea un calentador de gas de proceso, el sistema puede incluir un intercambiador de calor dispuesto entre el calentador de gas de proceso y la secadora, configurada para utilizar al menos parte del calor de la combustión de la secadora. Esta modalidad puede contribuir significativamente a la eficiencia energética total del proceso.

En algunas modalidades, el sistema comprende además una unidad de material de enriquecimiento, dispuesto en comunicación operable con el refrigerador, configurado para combinar vapores condensables, en forma condensada al menos parcialmente, con los sólidos. La unidad de enriquecimiento de material puede aumentar el contenido de carbono del carbón biogénico activado obtenido a partir de la unidad de recuperación de carbono.

El sistema puede incluir además una zona de pirólisis separado adaptado para pirolizar aún más el carbón biogénico activado para aumentar aún más su contenido de carbono. La zona de pirólisis separada puede ser una manera relativamente simple contenedor, unidad o dispositivo, como un tanque, cañón, recipiente, tambor, totalizador, o recipiente basculante.

El sistema global puede ser en una ubicación fija, o puede hacerse portátil. El sistema puede ser construido usando módulos que pueden ser simplemente la reproducción para práctico aumento de escala. El sistema también se puede construir utilizando los principios de la economía de escala, como se conoce bien en las industrias de proceso.

Algunas modalidades de la presente descripción en relación con el enriquecimiento de carbono de sólidos ahora se describirán adicionalmente. En algunas modalidades, un procedimiento para producir un carbón biogénico activado comprende: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono que comprende la biomasa; (b) opcionalmente el secado de la materia prima para eliminar al menos una parte de la humedad contenida dentro de la materia prima; (c) opcionalmente desaireación de la materia prima para eliminar al menos una porción de oxígeno intersticial, en su caso, contenida con la materia prima; (d) en una zona de pirólisis, la pirólisis de la materia prima en presencia de un gas sustancialmente inerte durante al menos 10 minutos y con una temperatura de pirólisis seleccionada de aproximadamente 250 °C a aproximadamente 700 °C, para generar sólidos calientes pirolizadas, vapores condensables y gases no condensables; (e) separar al menos una parte de los vapores condensables y al menos una porción de los gases no condensables de los sólidos pirolizados calientes; (f) en una zona de enfriamiento, enfriamiento de los sólidos calientes pirolizados, en presencia del gas sustancialmente inerte durante al menos 5 minutos y con una temperatura de enfriamiento de menos de o igual a aproximadamente la temperatura de pirólisis, para generar pirolizado cálido sólidos; (g) enfriar opcionalmente los sólidos pirolizados cálidos en un refrigerador para generar sólidos pirolizados frescos; (h) hacer pasar posteriormente al menos una parte de los vapores condensables y/o al menos una parte de los gases no condensables de la etapa (e) a través de las cálidas pirolizado sólidos y/o los sólidos pirolizados fresco, para formar enriquecido sólidos pirolizados con mayor contenido de carbono; y (i) en una unidad de recuperación de carbono, la recuperación de un carbón biogénico activado que comprende al menos una porción de los sólidos pirolizados enriquecidos.

En algunas modalidades, la etapa (h) incluye pasar al menos una parte de los vapores condensables de la etapa (e), en el vapor y/o forma condensada, a través de los sólidos pirolizados cálidos, para producir sólidos pirolizados enriquecido con mayor contenido de carbono. En algunas modalidades, la etapa (h) incluye pasar al menos una porción de los gases no condensables de la etapa (e) a través de los sólidos pirolizados cálidos, para producir sólidos pirolizados enriquecido con mayor contenido de carbono.

Se debe apreciar que, en diversas modalidades, el enriquecimiento de carbono aumenta el contenido de carbono, contenido de energía, así como el rendimiento en masa.

Alternativamente, o adicionalmente, los vapores o gases pueden poner en contacto con los sólidos pirolizados fresco. En algunas modalidades, la etapa (h) incluye pasar al menos una parte de los vapores condensables de la etapa (e), en el vapor y/o forma condensada, a través de los sólidos pirolizados frescos, para producir sólidos pirolizados enriquecido con mayor contenido de carbono. En algunas modalidades, la etapa (h) incluye pasar al menos una porción de los gases no condensables de la etapa (e) a través de los sólidos pirolizados frescos, para producir sólidos pirolizados enriquecido con mayor contenido de carbono.

En ciertas modalidades, la etapa (h) incluye pasar sustancialmente todos los vapores condensables de la etapa (e), en el vapor y/o forma condensada, a través de los sólidos pirolizados frescos, para producir sólidos pirolizados enriquecido con mayor contenido de carbono.

En ciertas modalidades, la etapa (h) incluye pasar sustancialmente la totalidad de los gases no condensables de la etapa (e) a través de los sólidos pirolizados frescas, para producir sólidos pirolizados enriquecido con mayor contenido de carbono.

El proceso puede incluir diversos métodos de tratamiento o la separación de los vapores o gases antes de utilizarlos para el enriquecimiento de carbono.

Por ejemplo, una corriente de alimentación intermedia que consiste en al menos una parte de los vapores condensables y al menos una porción de los gases no condensables, obtenida de la etapa (e), puede ser alimentada a una unidad de separación configurado para generar al menos primero y corrientes segunda salida.

En ciertas modalidades, la corriente de alimentación intermedia comprende todos los vapores condensables, todos los gases no condensables, o ambos.

Las téenicas de separación pueden incluir o utilizar columnas de destilación, vvaassooss ffllaasshh,, centrifugadoras, ciclones, membranas, filtros, lechos de relleno, columnas capilares, y así sucesivamente.

La separación puede basarse principalmente, por ejemplo, en la destilación, absorción, adsorción, o difusión, y puede utilizar las diferencias en la presión de vapor, la actividad, el peso molecular, la densidad, la viscosidad, la polaridad, la funcionalidad química, la afinidad a una fase estacionaria, y cualquier combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, la primera y la segunda corrientes de salida son separados de la corriente de alimentación intermedia basada en la volatilidad relativa. Por ejemplo, la unidad de separación puede ser una columna de destilación, un tanque flash, o un condensador.

Así, en algunas modalidades, la primera corriente de salida comprende los vapores condensables, y la segunda corriente de salida comprende los gases no condensables. Los vapores condensables pueden incluir al menos un compuesto que contiene carbono seleccionado entre terpenos, alcoholes, ácidos, aldehidos, o cetonas. Los vapores de la pirólisis pueden incluir compuestos aromáticos tales como benceno, tolueno, etilbenceno, y xilenos. Compuestos aromáticos más pesados, tales como alquitranes refractarios, pueden estar presentes en el vapor. Los gases no condensables pueden incluir al menos una molécula que contiene carbono seleccionado del grupo que consiste de monóxido de carbono, dióxido de carbono y metano.

En algunas modalidades, la primera y la segunda corrientes de salida están separados corriente de alimentación intermedia basada en polaridad relativa. Por ejemplo, la unidad de separación puede ser una columna de separación, un lecho de relleno, una columna de cromatografía, o membranas.

Así, en algunas modalidades, la primera corriente de salida comprende compuestos polares, y la segunda corriente de salida comprende compuestos no polares. Los compuestos polares pueden incluir al menos una molécula que contiene carbono seleccionado del grupo que consiste en metanol, furfural, y ácido acético. Los compuestos no polares pueden incluir al menos una molécula que contiene carbono seleccionado del grupo que consiste de monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, un terpeno, y un derivado de terpeno.

La etapa (h) puede aumentar el contenido de carbono total del carbón biogénico activado, en relación con un proceso de otro modo idéntico sin el paso (h). El grado de aumento en el contenido de carbono puede ser, por ejemplo, aproximadamente 1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 25%, o incluso superior, en diversas modalidades.

En algunas modalidades, la etapa (h) aumenta el contenido de carbono fijo del carbón biogénico activado. En estas u otras modalidades, la etapa (h) aumenta el contenido de carbono volátil del carbón biogénico activado. Contenido de carbono volátil es el carbono atribuido a la materia volátil en el reactivo. La materia volátil puede ser, pero no se limitan a, hidrocarburos incluyendo compuestos alifáticos o aromáticos (por ejemplo, terpenos); oxigenados incluyendo alcoholes, aldehidos, o cetonas; y diversos alquitranes. Carbono volátil normalmente quedará obligado o adsorbido en los sólidos en condiciones ambientales, pero tras el calentamiento, se dará a conocer antes de que se oxida el carbono fijado, gasificado, o se libera de lo contrario en forma de vapor.

Dependiendo de las condiciones asociadas con el paso (h), es posible que una cierta cantidad de carbono volátil para convertirse en carbono fijo (por ejemplo, a través de la formación de carbono Boudouard de CO).

Típicamente, se espera que la materia volátil para entrar en los microporos del carbono fijo y estará presente como especies / adsorbidos condensados, pero todavía relativamente volátil. Esta volatilidad residual puede ser más ventajoso para aplicaciones de combustible, en comparación con aplicaciones de productos que requieren alta área superficial y porosidad.

La etapa (h) puede aumentar el contenido de energía (es decir, la densidad de energía) del carbón biogénico activado. El aumento en el contenido de energía puede resultar de un aumento en carbono total, carbono fijo, carbono volátil, o incluso de hidrógeno. El grado de aumento en el contenido de energía puede ser, por ejemplo, aproximadamente 1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 25%, o incluso superior, en diversas modalidades.

Otras separaciones se pueden emplear para recuperar uno o más gases no condensables o de vapores condensables, para su uso en el proceso o posterior procesamiento. Por ejemplo, procesamiento adicional se puede incluir para producir CO refinado o gas de síntesis.

Como otro ejemplo, la separación de ácido acético puede llevarse a cabo, seguido por reducción del ácido acético en etanol. La reducción del ácido acético puede llevarse a cabo, al menos en parte, utilizando hidrógeno derivado de los gases no condensables producidos.

Vapores condensables se pueden utilizar ya sea para energía en el proceso (por ejemplo, por oxidación térmica) o en el enriquecimiento de carbono, para aumentar el contenido de carbono del carbón biogénico activado. Ciertos gases no condensables, tales como CO o CH 4, se pueden utilizar ya sea para la energía en el proceso, o como parte del gas sustancialmente inerte para la etapa de pirólisis. Las combinaciones de cualquiera de los anteriores también son posibles.

Un beneficio potencial de la inclusión de la etapa (h) es que la corriente de gas se limpia, con la corriente de gas resultante está enriquecido en CO y CO2. La corriente de gas resultante puede ser utilizado para la recuperación de energía, para el enriquecimiento de carbono recielado de sólidos, y/o se utiliza como un gas inerte en el reactor. Del mismo modo, mediante la separación de gases no condensables de los vapores condensables, el CO / CO 2stream se prepara para su uso como el gas inerte en el sistema de reactor o en el sistema de refrigeración, por ejemplo.

Otras variaciones de la descripción se basan en la comprensión de que los principios de la etapa de enriquecimiento en carbono se pueden aplicar a cualquier materia prima en la que se desea añadir carbono.

En algunas modalidades, un procedimiento discontinuo o continuo para producir un carbón biogénico activado comprende: (a) proporcionar una corriente sólida que comprende un material que contiene carbono; (b) proporcionar una corriente de gas que comprende vapores condensables que contienen carbono, gases que contienen carbono no condensables, o una mezcla de carbono condensable que contiene los vapores y gases que contienen carbono no condensables; y (c) hacer pasar la corriente de gas a través de la corriente sólida bajo condiciones adecuadas para formar un producto que contiene carbono con contenido de carbono aumentado en relación con el material que contiene carbono.

En algunas modalidades, el material que contiene carbono a partir de biomasa es pirolizado o biomasa torrefactada. La corriente de gas se puede obtener durante un proceso integrado que proporciona el material que contiene carbono. O bien, la corriente de gas se puede obtener de procesamiento separado del material que contiene carbono. La corriente de gas, o una porción del mismo, se pueden obtener de una fuente externa (por ejemplo, un horno a una fábrica de madera). Las mezclas de corrientes de gas, así como mezclas de materiales que contienen carbono, de una variedad de fuentes, son posibles.

En algunas modalidades, el procedimiento comprende además el recielado o la reutilización de la corriente de gas para repetir el proceso para aumentar aún más carbono y/o contenido de energía del producto que contiene carbono. En algunas modalidades, el procedimiento comprende además el reciclado o la reutilización de la corriente de gas para llevar a cabo el proceso para aumentar el contenido de carbono y/o energía de otra materia prima diferente del material que contiene carbono.

En algunas modalidades, el procedimiento incluye además la introducción de la corriente de gas a una unidad de separación configurado para generar al menos primera y segunda corrientes de salida, en el que la corriente de gas comprende una mezcla de vapores condensables que contienen carbono y no contiene carbono condensable gases. Las corrientes primera y segunda de salida pueden ser separados sobre la base de la volatilidad relativa, polaridad relativa, o cualquier otra propiedad. La corriente de gas se puede obtener de procesamiento separado del material que contiene carbono.

En algunas modalidades, el procedimiento comprende además el recielado o la reutilización de la corriente de gas para repetir el proceso para aumentar aún más el contenido de carbono del producto que contiene carbono. En algunas modalidades, el procedimiento comprende además el reciclado o la reutilización de la corriente de gas para llevar a cabo el proceso para aumentar el contenido de carbono de otra materia prima.

El producto puede tener un mayor contenido total de carbono que contiene carbono, un mayor contenido de carbono fijo, un contenido de carbono superior volátil, un contenido de energía más alto, o cualquier combinación de los mismos, en relación con el material que contiene carbono de partida.

En variaciones relacionadas, un sistema de producción de carbón biogénico activado comprende: (a) un sistema de alimentación de material configurado para introducir una materia prima que contiene carbono; (b) un secador opcional, dispuesto en comunicación operable con el sistema de alimentación de material, configurado para eliminar la humedad contenida dentro de una materia prima que contiene carbono; (c) una BPU, dispuesta en comunicación operable con el secador, en el que la BPU contiene al menos una zona de pirólisis dispuesto en comunicación operable con una zona de enfriamiento espacialmente separada, y en donde la BPU está configurada con una salida para eliminar los vapores condensables y los gases no condensables de sólidos; (d) un refrigerador, dispuesto en comunicación operable con la BPU; (e) una unidad de enriquecimiento de material, dispuesta en comunicación operable con el refrigerador, configurado para pasar los vapores condensables y/o los gases no condensables a través de los sólidos, para formar sólidos enriquecidos con mayor contenido de carbono; y (f) una unidad de recuperación de carbono, dispuesto en comunicación operable con la unidad de enriquecimiento de material.

El sistema puede comprender además una zona de precalentamiento, dispuesta en comunicación operable con la zona de pirólisis. En algunas modalidades, la secadora está configurada como una zona de secado dentro de la BPU. Cada una de las zonas pueden estar situadas dentro de una misma BPU o separada BPU. Además, el enfriador puede estar dispuesta dentro de la BPU.

En algunas modalidades, la zona de enfriamiento está configurada con una entrada de gas, y la zona de pirólisis está configurada con una salida de gas, para generar flujo sustancialmente a contracorriente de la fase gaseosa con relación a la fase sólida. En estas u otras modalidades, la zona de precalentamiento y/o la zona de secado (o secadora) está configurada con una salida de gas, para generar flujo sustancialmente a contracorriente de la fase gaseosa con relación a la fase sólida.

En modalidades particulares, el sistema incorpora una unidad de enriquecimiento de material que comprende: (i) una carcasa con una porción superior y una porción inferior; (ii) una entrada en una parte inferior de la porción inferior de la carcasa configurada para llevan los vapores condensables y gases no condensables; (iii) una salida en una parte superior de la porción superior de la carcasa configurada para llevar una corriente de gas concentrado derivado de los vapores condensables y gases no condensables; (iv) una trayectoria definida entre la parte superior y la parte inferior de la vivienda; y (v) un sistema de transporte de material siguiendo el camino, el sistema de transporte de material configurado para transportar los sólidos, donde la carcasa está conformada de manera que los sólidos se adsorben al menos algunos de los vapores condensables y/o al menos algunos de los gases no condensable.

La presente descripción es capaz de producir una variedad de composiciones útiles como carbones biogénicos activados, y productos que incorporan estos reactivos.

En algunas variaciones, un carbón biogénico activado es producido por cualquier proceso descrito en este documento, tal como un proceso que comprende las etapas de: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono que comprende la biomasa; (b) opcionalmente el secado de la materia prima para eliminar al menos una parte de la humedad contenida dentro de la materia prima; (c) opcionalmente desaireación de la materia prima para eliminar al menos una porción de oxígeno intersticial, en su caso, contenida con la materia prima; (d) en una zona de pirólisis, la pirólisis de la materia prima en presencia de un gas sustancialmente inerte durante al menos 10 minutos y con una temperatura de pirólisis seleccionada de aproximadamente 250 °C a aproximadamente 700 °C, para generar sólidos calientes pirolizados, vapores condensables y gases no condensables; (e) separar al menos una parte de los vapores condensables y al menos una porción de los gases no condensables de los sólidos pirolizados calientes; (f) en una zona de enfriamiento, enfriamiento de los sólidos calientes pirolizados, en presencia del gas sustancialmente inerte durante al menos 5 minutos y con una temperatura de enfriamiento de menos de o igual a aproximadamente la temperatura de pirólisis, para generar pirolizado cálido sólidos; (g) enfriar las sólidos pirolizados para generar sólidos pirolizados frescos; y (h) la recuperación de un carbón biogénico activado que comprende al menos una porción de los sólidos pirolizados frescos.

En algunas modalidades, el proceso para la producción de un carbón biogénico activado comprende además una etapa de dimensionamiento (por ejemplo, clasificar, cribar, clasificación, etc.) los sólidos pirolizados calientes o fríos para formar sólidos pirolizados tamaño.

Los sólidos pirolizados de tamaño se pueden utilizar en aplicaciones que requieren un producto de carbón activado que tiene una característica determinada de tamaño de partícula.

En algunas modalidades, el carbón biogénico activado comprende al menos aproximadamente 55% en peso, Por ejemplo al menos 55% en peso, al menos 60% en peso, al menos 65% en peso, al menos 70% en peso, al menos 75% en peso, al menos 80% en peso, al menos 85% en peso, al menos 90% en peso, al menos 95% en peso, al menos 96% en peso, al menos 97% en peso, al menos 98% en peso, o al menos 99% en peso total de carbono sobre una base seca. El total de carbono incluye al menos fija de carbono, y puede incluir además de carbono de la materia volátil. En algunas modalidades, el carbono de la materia volátil es alrededor de al menos 5%, al menos 10%, al menos 25%, o al menos 50% del total de carbono presente en el carbón biogénico activado. El carbono fijo se puede medir usando ASTM D3172, mientras carbono volátil puede ser estimada usando ASTM D3175, por ejemplo.

El carbón biogénico activado de acuerdo con la presente descripción pueden comprender de aproximadamente 0% en peso a aproximadamente 8% en peso de hidrógeno. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado comprende más de aproximadamente 0.5% en peso de hidrógeno, por ejemplo aproximadamente 0.6% en peso, aproximadamente 0.7% en peso, aproximadamente 0.8% en peso, aproximadamente 0.9% en peso, aproximadamente 1% en peso, aproximadamente 1.2% en peso, aproximadamente 1.4 % en peso, aproximadamente 1.6% en peso, aproximadamente 1.8% en peso, aproximadamente el 2% en peso, aproximadamente 2.2% en peso, aproximadamente 2.4% en peso, aproximadamente 2.6% en peso, aproximadamente 2.8% en peso, aproximadamente el 3% en peso, aproximadamente 3.2% en peso, aproximadamente 3.4 % en peso, aproximadamente 3.6% en peso, aproximadamente 3.8% en peso, aproximadamente 4% en peso, o mayor de aproximadamente 4% en peso de hidrógeno. El contenido de hidrógeno del carbón biogénico activado se puede determinar por cualquier método adecuado conocido en la téenica, por ejemplo, mediante el procedimiento de análisis de combustión se indica en ASTM D5373. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado tiene un contenido de hidrógeno que es mayor que el contenido de hidrógeno del carbón activado derivado de fuentes de combustibles fósiles. Típicamente, los productos de carbón activado basados en combustibles fósiles tienen menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de hidrógeno, por ejemplo aproximadamente 0.6% en peso de hidrógeno. En algunas modalidades, las características de un producto de carbón activado pueden ser optimizadas mediante la mezcla de una cantidad de un producto de carbón activado a partir de combustibles fósiles (es decir, con un contenido muy bajo de hidrógeno) con una cantidad adecuada de un producto de carbón biogénico activado que tiene un contenido de hidrógeno mayor que la del producto de carbón activado a partir de combustibles fósiles.

El carbón biogénico activado puede comprender aproximadamente 10% en peso o menos, tal como aproximadamente 5% en peso o menos, de hidrógeno sobre una base seca. El producto de carbón biogénico activado puede comprender aproximadamente 1% en peso o menos, tal como aproximadamente 0.5% en peso o menos, nitrógeno sobre una base seca. El producto de carbón biogénico activado puede comprender aproximadamente 0.5% en peso o menos, tal como aproximadamente 0.2% en peso o menos, fósforo sobre una base seca. El producto de carbón biogénico activado puede comprender aproximadamente 0.2% en peso o menos, tal como aproximadamente 0.1% en peso o menos, de azufre sobre una base seca.

En ciertas modalidades, el carbón biogénico activado incluye oxígeno, tal como hasta 20% en peso de oxígeno, por ejemplo aproximadamente 0.2% en peso, aproximadamente 0.5% en peso, aproximadamente 1% en peso, aproximadamente el 2% en peso, aproximadamente el 3% en peso, alrededor de 4% en peso, aproximadamente 5% en peso, aproximadamente 6% en peso, aproximadamente el 7% en peso, aproximadamente 7.5% en peso, aproximadamente el 8% en peso, aproximadamente 9% en peso, aproximadamente 10% en peso, aproximadamente 11% en peso, aproximadamente 12% en peso, aproximadamente el 13% en peso, aproximadamente 14% en peso, aproximadamente el 15% en peso, aproximadamente 16% en peso, aproximadamente 17% en peso, aproximadamente 18% en peso, aproximadamente 19% en peso, o aproximadamente 20% en peso de oxígeno. La presencia de oxígeno puede ser beneficiosa en el carbón activado para ciertas aplicaciones, tales como la captura de mercurio, especialmente en conjunción con la presencia de un halógeno (tal como cloro o bromo). En algunas modalidades, el carbón biogénico activado tiene un contenido de oxígeno que es mayor que el contenido de oxígeno de carbón activado derivado de fuentes de combustibles fósiles. Típicamente, los productos de carbón activado basados en combustibles fósiles tienen menos de o igual a aproximadamente 10% en peso de oxígeno, por ejemplo aproximadamente 7% en peso de oxígeno o de aproximadamente 0.3% en peso de oxígeno. En algunas modalidades, las características de un producto de carbón activado pueden ser optimizadas mediante la mezcla de una cantidad de un producto de carbón activado a partir de combustibles fósiles (es decir, con un contenido muy bajo de oxígeno) con una cantidad adecuada de un producto de carbón biogénico activado que tiene un contenido de oxígeno mayor que el del producto de carbón activado a partir de combustibles fósiles de carbono, hidrógeno y nitrógeno se pueden medir usando ASTM D5373 para el análisis final, por ejemplo. El oxígeno puede ser estimado usando ASTM D3176, por ejemplo. El azufre se puede medir usando ASTM D3177, por ejemplo.

Ciertas modalidades proporcionan reactivos con poco o esencialmente nada de hidrógeno (excepto de cualquier humedad que pueda estar presente), nitrógeno, fósforo o azufre, y son sustancialmente de carbono más cualquier cenizas y humedad presente. Por lo tanto, algunas modalidades proporcionan un material con hasta e incluyendo el 100% de carbono, en base seca / sin cenizas (DAF, por sus siglas en inglés).

En general, las materias primas como la biomasa contienen especies no volátiles, incluyendo sílice y diversos metales, que no se liberan fácilmente durante la pirólisis. Por supuesto, es posible utilizar materias primas sin cenizas, en cuyo caso no debería haber cantidades sustanciales de ceniza en los sólidos pirolizados. La ceniza se puede medir usando ASTM D3174, por ejemplo.

Diversas cantidades de materia incombustible, como la ceniza, pueden estar presentes. El carbón biogénico activado puede comprender aproximadamente 10% en peso o menos, tal como aproximadamente 5% en peso, aproximadamente 2% en peso, aproximadamente 1% en peso o menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de materia no combustible sobre una base seca. En ciertas modalidades, el reactivo contiene poca ceniza, o incluso esencialmente ninguna ceniza u otra materia no combustible. Por lo tanto, algunas modalidades proporcionan de carbono esencialmente puro, incluyendo 100% de carbono, sobre una base seca.

Diversas cantidades de humedad pueden estar presentes. Sobre una base de masa total, el carbón biogénico activado puede comprender al menos 1% en peso, al menos 2% en peso, al menos 5% en peso, al menos 10% en peso, al menos 15% en peso, al menos 25% en peso, al menos 35% en peso, al menos 50% en peso, o más de 50% en peso de humedad. Tal como se pretende en el presente documento, "humedad" se debe interpretar como que incluye cualquier forma de agua presente en el producto de carbón biogénico activado, incluyendo la humedad absorbida, las moléculas de agua adsorbidas, hidratos químicos, físicos e hidratos. El contenido de humedad de equilibrio puede variar al menos con el medio ambiente local, tales como la humedad relativa. Además, la humedad puede variar durante el transporte, la preparación para su uso, y otros aspectos logísticos. La humedad puede medirse por cualquier método adecuado conocido en la téenica, incluyendo ASTM D3173, por ejemplo.

El carbón biogénico activado puede tener mucho "contenido energético", que para los propósitos actuales significa la densidad de energía basado en el poder calorífico superior asociado con la combustión total del reactivo completamente seco. Por ejemplo, el carbón biogénico activado puede poseer un contenido de energía de alrededor de al menos 6105 Kcal/Kg (11,000 Btu/lb), al menos 6660 Kcal/Kg (12,000 Btu/lb), al menos 7215 Kcal/Kg (13,000 BTU/lb), al menos 7770 Kcal/Kg (14,000 BTU/lb), o al menos 8325 Kcal/Kg (15,000 BTU/libra). En ciertas modalidades, el contenido de energía está entre aproximadamente 7770-8325 Kcal/Kg (14,000-15,000 Btu/lb). El contenido de energía se puede medir por cualquier método adecuado conocido en la téenica, incluyendo ASTM D5865, por ejemplo.

El carbón biogénico activado puede estar formado en un polvo, tal como un polvo grueso o un polvo fino. Por ejemplo, el reactivo puede estar formada en un polvo con un tamaño promedio de malla de aproximadamente malla 200, aproximadamente malla 100, malla de aproximadamente 50, aproximadamente malla 10, sobre malla 6, malla de alrededor de 4, o malla de alrededor de 2, en modalidades. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado tiene un tamaño medio de partícula de hasta aproximadamente 500 mm, por ejemplo menos de o igual a aproximadamente 10 mm, alrededor de 10 mm, alrededor del 25 mpi, alrededor del 50 mhi, alrededor del 75 mth, alrededor de 100 mpi, 200 mpi, alrededor de 300 mpi, alrededor de 400 mih, o aproximadamente 500 mth.

El carbón biogénico activado se puede producir como polvo de carbón activado, que generalmente incluye partículas con un tamaño predominantemente menor que o igual a aproximadamente 0.21 mm (70 malla). El carbón biogénico activado puede ser producido como carbón activado granular, que generalmente incluye partículas de forma irregular con tamaños que van desde 0.2 mm a 5 mm. El carbón biogénico activado puede ser producido como carbono activo peletizado, que generalmente incluye objetos extruidos y de forma cilindrica con un diámetro de 0.8 mm a 5 mm.

En algunas modalidades, el carbón biogénico activado está formado en objetos estructurales que comprenden prensadas unidas, o partículas aglomeradas. El material de partida para formar estos objetos puede ser una forma de polvo del reactivo, tal como un intermedio obtenido por reducción de tamaño de partícula. Los objetos pueden estar formados por fuerzas de presión mecánicos u otros, opcionalmente con un aglutinante u otros medios de aglomeración de partículas entre sí.

Después de la formación de la pirólisis, el carbón biogénico activado se pueden pulverizar para formar un polvo. "Pulverización" en este contexto se entiende que incluye cualquier tamaño, molienda, pulverización, molienda, trituración, extrusión, u otro tratamiento mecánico principalmente para reducir el tamaño medio de partícula. El tratamiento mecánico puede ser asistido por fuerzas químicas o eléctricas, si se desea. La pulverización puede ser un proceso por lotes, continuo o semi-continuo y puede ser llevado a cabo en una ubicación diferente que el de la formación de los sólidos pirolizados, en algunas modalidades.

En algunas modalidades, el carbón biogénico activado se produce en la forma de objetos estructurales cuya estructura se deriva sustancialmente de la materia prima. Por ejemplo, astillas de las materias primas pueden producir chips de productos de carbón biogénico activado. 0, los cilindros de materia prima pueden producir cilindros de carbón biogénico activados, que pueden ser algo menor pero por lo demás mantener la estructura básica y la geometría del material de partida.

Un carbón biogénico activado de acuerdo con la presente invención puede ser producido como, o formado en, objetos que tienen una dimensión mínima de al menos 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 6 cm, 7 cm, 8 cm, 9 cm, 10 cm, o más. En varias modalidades, la dimensión mínima o la dimensión máxima pueden ser longitudes, o diámetros.

Otras variaciones de la descripción se refieren a la incorporación de aditivos en el proceso, en el producto. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado incluye al menos un aditivo de proceso incorporado durante el proceso. En estas u otras modalidades, el carbón activado incluye al menos un aditivo del producto introducido al carbón activado siguiendo el proceso.

Otras variaciones de la descripción se refieren a la incorporación de aditivos en el proceso, en el producto, o ambos. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado incluye al menos un aditivo de proceso incorporado durante el proceso. En estas u otras modalidades, el reactivo incluye al menos un aditivo del producto introducido al reactivo siguiendo el proceso.

En algunas modalidades, un carbón biogénico activado comprende, en base seca: 55 %en peso o más de carbono total; 5% en peso o menos de nitrógeno; opcionalmente desde 0.5% en peso a 10% en peso de oxígeno; 0.5% en peso o menos de fósforo; 0.2% en peso o menos de azufre; y un aditivo seleccionado de entre un metal, óxido de metal, un hidróxido de metal, un haluro de metal, o una combinación de los mismos.

El aditivo puede ser seleccionado de entre, pero no se limita por ningún medio a cloruro de hierro, bromuro de hierro, magnesio, manganeso, aluminio, níquel, cromo, silicio, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal o combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, un carbón biogénico activado comprende, en base seca: 55% en peso o más de carbono total; 5% en peso o menos de hidrógeno; 1% en peso o menos de nitrógeno; opcionalmente desde 0.5%% en peso a 10% en peso de oxígeno; 0.5% en peso o menos de fósforo; 0.2% en peso o menos de azufre; y un aditivo seleccionado de un ácido, una base o una sal de los mismos.

El aditivo puede ser seleccionado de entre, pero no se limita por ningún medio a, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, óxido de magnesio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos (por ejemplo ácido cítrico), o combinaciones de los mismos.

En ciertas modalidades, un carbón biogénico activado comprende, en base seca: 55 % en peso o más de carbono total; 5% en peso o menos de hidrógeno; 1% en peso o menos de nitrógeno; opcionalmente desde 0.5% en peso a 10% en peso de oxígeno; 0.55 en peso o menos de fósforo; 0.2% en peso o menos de azufre; un primer aditivo seleccionado de un metal, óxido de metal, hidróxido de metal, un haluro de metal, o una combinación de los mismos; y un segundo aditivo seleccionado de un ácido, una base, o una sal de los mismos, en donde, el primer aditivo es diferente del segundo aditivo.

El primer aditivo puede ser seleccionado de entre cloruro de hierro, bromuro de hierro, magnesio, manganeso, aluminio, níquel, cromo, silicio, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, o combinaciones de los mismos, en tanto que el segundo aditivo puede ser seleccionado independientemente de entre hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, óxido de magnesio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos (por ejemplo, ácido cítrico) o combinaciones de los mismos.

Un cierto carbón biogénico activado consiste esencialmente de, en base seca, carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo, azufre, material no combustible, y un aditivo seleccionado del grupo que consiste de cloruro de hierro, bromuro de hierro, magnesio, manganeso, aluminio, níquel, cromo, silicio, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, y combinaciones de los mismos.

Un cierto carbón biogénico activado consiste esencialmente de, en base seca, carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo, azufre, material no combustible, y un aditivo seleccionado del grupo que consiste de hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, óxido de magnesio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, y combinaciones de los mismos.

La cantidad de aditivo(o de aditivos totales) puede variar ampliamente, como por ejemplo desde aproximadamente 0.01% en peso a aproximadamente 25% en peso, incluyendo aproximadamente 0.1% en peso, aproximadamente 1% en peso, aproximadamente 5% en peso, aproximadamente 10% en peso o aproximadamente 20% en peso sobre una base seca. Se apreciará que cuando se incorporan cantidades relativamente grandes de los aditivos, como por ejemplo, mayores a aproximadamente 1% en peso, habrá una reducción en el contenido de energía calculado sobre la base del peso total del carbón activado (incluyendo los aditivos). Inclusive, en varias modalidades, el carbón biogénico activado con el o los aditivos puede poseer un contenido de energía de aproximadamente al menos 6105 Kcal/Kg (11,000 Btu/lb), al menos 6660 Kcal/Kg (12,000 Btu/lb), al menos 7215 Kcal/Kg (13,000 Btu/lb), al menos 7770 Kcal/Kg (14,000 Btu/lb), o al menos 7325 Kcal/Kg (15,000 Btu/lb), cuando se basa en el peso completo del carbón biogénico activado (incluyendo el o los aditivos).

La discusión anterior relacionada con la forma del producto se aplica también a las modalidades que incorporan los aditivos. De hecho, ciertas modalidades incorporan aditivos como aglutinantes u otros modificadores para mejorar las propiedades finales para una aplicación particular.

En algunas modalidades, la mayoría del carbono contenido en el carbón biogénico activado se clasifica como carbono renovable. En algunas modalidades, sustancialmente todo el carbono se clasifica como carbono renovable. Puede haber ciertos mecanismos del mercado (por ejemplo, Números de Identificación Renovables, créditos en impuestos, etc.) en donde se atribuye un valor al contenido de carbono renovable dentro del carbón biogénico activado. En algunas modalidades, el aditivo en si se deriva de fuentes biogénicas o se clasifica de otra manera como derivado de una fuente de carbono renovable. Por ejemplo, algunos ácidos orgánicos tales como ácido cítrico se derivan de fuentes de carbono renovables. Por lo tanto, en algunas modalidades, el contenido de carbono de un carbón biogénico activado consiste de, consiste esencialmente de, o consiste sustancialmente de carbono renovable. Por ejemplo, un carbón biogénico activado completamente formado mediante los métodos como se describen en este documento consisten esencialmente de, o consiste sustancialmente de (a) sólidos pirolizados derivados solamente de la biomasa de fuentes de carbono renovables y (b) uno o más aditivos derivados de fuentes de carbono renovables.

El carbón biogénico activado producido como se describe en este documento es útil para una amplia variedad de productos carbonáceos. En variaciones, un producto incluye alguno de los carbones biogénicos activados que pueden ser obtenidos por los procesos descritos, o que se describen en las composiciones establecidas en este documento, o cualquier porción, combinaciones, o derivados de los mismos.

Hablando de forma general, los carbones biogénicos activados pueden ser quemados para producir energía (incluyendo electricidad y calor); oxidados o reformados mediante vapor para producir gas de síntesis; utilizados por sus propiedades adsortivas o absortivas; utilizados por sus propiedades reactivas durante la refinación de metales (como por ejemplo reducción de óxidos de metales) u otros procesos industriales; o utilizados por sus propiedades materiales en acero al carbono y varias otras aleaciones metálicas. Esencialmente, los carbones biogénicos activados pueden ser utilizados para cualquier aplicación del mercado de artículos basados en carbono o materiales avanzados, que incluyen usos especializados a ser desarrollados.

El carbón biogénico activado preparado de acuerdo con los procesos descritos en este documento tiene las mismas o mejores características que el carbón activado basado en combustibles fósiles. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado tiene un área superficial que es comparable con, igual a, o mayor que el área superficial asociada con el carbón activado basado en combustibles fósiles. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado puede controlar los contaminantes tan bien como o mejor que los productos de carbón activado tradicionales. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado tiene un nivel de material inerte (por ejemplo, ceniza) que es comparable con, igual a, o menor que o igual a aproximadamente el nivel de material inerte (por ejemplo; ceniza) asociado con un producto de carbón activado tradicional. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado tiene un tamaño de partícula y/o una distribución del tamaño de partícula que es comparable con, igual a, o menor que o igual a aproximadamente el tamaño de partícula y/o la distribución del tamaño de partícula asociados con un producto de carbón activado tradicional. En algunas modalidades, un producto de carbón biogénico activado tiene una forma de partícula que es comparable con, sustancialmente similar a, o igual a la forma de partícula asociada con un producto de carbón activado tradicional. En algunas modalidades, un producto de carbón biogénico activado tiene una forma de partícula que es sustancialmente diferente que la forma de partícula asociada con un producto de carbón activado tradicional. En algunas modalidades, un producto de carbón biogénico activado tiene un volumen de poro que es comparable con, igual a, o mayor que el volumen de poro asociado con un producto de carbón activado tradicional. En algunas modalidades, un producto de carbón biogénico activado tiene dimensiones de poro que son comparables con, sustancialmente similares a, o iguales a las dimensiones de poro asociadas con un producto de carbón activado tradicional. En algunas modalidades, un producto biogénico activado tiene un valor de resistencia a la abrasión de las partículas que es comparable con, sustancialmente similar a, o igual al valor de resistencia al desgaste de las partículas asociado con un producto de carbón activado tradicional. En algunas modalidades, un producto de carbón biogénico activado tiene un valor de dureza que es comparable con, sustancialmente similar a, o igual al valor de dureza asociado con un producto de carbón activado tradicional. En algunas modalidades, un producto de carbón biogénico activado tiene un valor de dureza que es comparable con, sustancialmente menor que o igual a aproximadamente, o menor que o igual a aproximadamente un valor de dureza asociado con un producto de carbón activado tradicional. En algunas modalidades, un producto de carbón biogénico activado tiene un valor de densidad aparente que es comparable con, sustancialmente similar a, o igual a un valor de densidad aparente asociado con un producto de carbón activado tradicional. En algunas modalidades, un producto de carbón activado tiene un valor de densidad aparente que es comparable con, sustancialmente menor que o iguala aproximadamente, o menor que o igual a aproximadamente el valor de densidad aparente asociado con un producto de carbón activado tradicional. En algunas modalidades, un producto de carbón biogénico activado tiene una capacidad absortiva que es comparable con, sustancialmente similar a, o igual a la capacidad absortiva asociada con un producto de carbón activado tradicional.

Antes de la idoneidad o el uso actual en cualquier aplicación del producto, los carbones biogénicos activados pueden ser analizados, medidos, y opcionalmente modificados (como por ejemplo a través de aditivos) de varias formas. Algunas propiedades de interés potencial, distintas a la composición química y el contenido de energía incluyen la densidad, el tamaño de partícula, el área superficial, la microporosidad, la absorbencia, adsorbencia, la capacidad de enlazamiento, la reactividad, la actividad de desulfuración, basicidad, dureza, y Número de Yodo.

Algunas variaciones de la presente descripción proporcionan varios productos de carbón activado. El carbón activado se usa en una amplia variedad de aplicaciones en fase líquida y gaseosa, incluyendo tratamiento de aguas, purificación del aire, recuperación de vapores de solventes, procesamiento de alimentos y bebidas, refinación de azúcar y edulcorantes, usos automotrices, y farmacéuticos. Para el carbón activado, los atributos clave del producto pueden incluir el tamaño de partícula, la forma, y la composición; el área superficial, el volumen de poro y las dimensiones de poro, la distribución del tamaño de partícula, la naturaleza química de la superficie del carbón y el interior, la resistencia al desgaste de las partículas, la dureza, la densidad aparente, y la capacidad adsortiva.

El área superficial del carbón biogénico activado puede variar ampliamente. Las áreas superficiales ejemplares varían desde aproximadamente 400 m2/g a aproximadamente 200 m2/g o superiores, como por ejemplo aproximadamente 500 m2/g, 600 m2/g, 800 m2/g, 1000 m2/g, 1200 m2/g, 1400 m2/g, 1600 m2/g, o 1800 m2/g. El área superficial se correlaciona por lo general con la capacidad de adsorción.

El Número de Yodo es un parámetro usado para caracterizar el desempeño del carbón activado. El Número de Yodo mide el grado de activación del carbón, y es una medida del contenido de microporos (por ejemplo, 0-20 Á). Esta es una medida importante para las aplicaciones en fase líquida. Otras mediciones relacionadas con los poros incluyen absorción de Cloruro de Metileno, la cual mide el contenido de mesoporos (por ejemplo, 20-500 Á); y el Número de Melasa, el cual mide el contenido de macroporos (por ejemplo, >500 Á). Una densidad aparente típica para el carbón biogénico activado es de aproximadamente 400 a 500 g/litro, como por ejemplo aproximadamente 450 g/litro.

La Dureza y el Número de Abrasión es una medida de la resistencia del carbón activado al desgaste. Estos son indicadores de la integridad física del carbón activado para soportar las fuerzas de fricción y los esfuerzos mecánicos durante su manejo o uso. Alguna cantidad de dureza es deseable, pero si la dureza es demasiado alta, puede resultar en desgaste excesivo del equipo. Los Números de Abrasión ejemplares, medidos de acuerdo con ASTM D3802, varían desde aproximadamente 1% a más de aproximadamente 99%, como por ejemplo aproximadamente 1%, aproximadamente 5%, aproximadamente 10%, aproximadamente 15%, aproximadamente 20%, aproximadamente 25%, aproximadamente 30%, aproximadamente 35%, aproximadamente 40%, aproximadamente 45%, aproximadamente 50%, aproximadamente 55%, aproximadamente 65%, aproximadamente 70%, aproximadamente 75%, aproximadamente 80%, aproximadamente 85%, aproximadamente 90%, aproximadamente 95%, aproximadamente 96%, aproximadamente 97%, aproximadamente 98%, aproximadamente 99%, o mayor a aproximadamente 99%.

En algunas modalidades, puede ser logrado un intervalo de dureza óptimo en el cual el carbón biogénico activado sea razonablemente resistente al desgaste pero no provoque abrasión y desgaste a las instalaciones grandes que procesan el carbón activado. Este intervalo óptimo se hace posible en algunas modalidades, de esta descripción debido a la selección de la materia prima así como de las condiciones de procesamiento.

Por ejemplo, se sabe que la cascara de coco produce Números de Abrasión de 99% o superiores, de modo tal que las cascaras de coco serían una materia prima menos que óptima para lograr la dureza óptima. En algunas modalidades en las cuales el uso corriente abajo puede manejar durezas altas, el proceso de esta descripción puede ser operado para aumentar o maximizar la dureza para producir productos de carbón biogénico activado que tengan un Número de Abrasión de aproximadamente 75%, aproximadamente 80%, aproximadamente 8%, aproximadamente 90%, aproximadamente 95%, aproximadamente 96%, aproximadamente 97%, aproximadamente 98%, aproximadamente 99%, o mayores que aproximadamente 99%.

El carbón biogénico activado proporcionado por la presente descripción tiene un amplio intervalo de usos comerciales. Por ejemplo, sin limitación, e¾. carbón biogénico activado puede ser utilizado en el control de emisiones, purificación de agua, tratamiento de aguas subterráneas, tratamiento de aguas residuales, aplicaciones de retiro de aire, aplicaciones de eliminación de PCB, aplicaciones de eliminación de olores, extracción de vapores del suelo, plantas de gas fabricado, filtración de aguas industriales, fumigación industrial, desfogues de tanques y procesos, bombas, sopladores, filtros, pre-filtros, filtros de niebla, tuberías, módulos de tuberías, adsorbedores, absorbedores, y columnas.

Algunas variaciones proporcionan una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en donde la composición de carbón activado se caracteriza por un Número de Yodo mayor a aproximadamente 500, y en donde, al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno.

En algunas modalidades, la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente, o incluye un aditivo que es sensible a un campo magnético aplicado externamente. Tal aditivo puede ser hierro o un compuesto que contenga hierro. El grafeno en si (sin aditivo) puede ser sensible a un campo magnético aplicado externamente.

Algunas variaciones proporcionan una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, 15% en peso o menos de hidrógeno, menos de o igual o aproximadamente igual 1% en peso de nitrógeno, y desde 0.0001% en peso a aproximadamente 1% en peso de hierro; en donde, al menos una porción de carbono está presente en forma de grafeno, en donde, la composición de carbón activado se caracteriza por un Número de Yodo superior a aproximadamente 500, y en donde, la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

Algunas variaciones proporcionan una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos hidrógeno, menos de o precisamente 1% en peso de nitrógeno, y desde aproximadamente 0.1% en peso a aproximadamente 1% en peso de hierro; en donde, la composición de carbón activado se caracteriza por un Número de Yodo superior a aproximadamente 500, y en donde, la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

Algunas variaciones proporcionan una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde, la composición de carbón activado se caracteriza por un Número de Yodo superior a aproximadamente 500, y en donde, al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno.

La presente descripción también proporciona un producto que contiene grafeno biogénico, caracterizado por un Número de Yodo superior a aproximadamente 500.

Algunas variaciones de esta descripción proporcionan un método para usar una composición de carbón biogénico activado para reducir las emisiones, el método que comprende: (a) proporcionar partículas de carbón activado que comprenden una composición de carbón biogénico activado; (b) proporcionar una corriente de emisiones en fase gaseosa que comprende al menos un contaminante seleccionado; (c) proporcionar un aditivo seleccionado para ayudar en la eliminación del contaminante seleccionado de la corriente de emisiones en fase gaseosa; (d) introducir las partículas de carbón activado y el aditivo en la corriente de emisiones en fase gaseosa, para adsorber al menos una porción del contaminante seleccionado sobre las partículas de carbón activado, generándose por ello partículas de carbón con el contaminante adsorbido dentro de la corriente de emisiones en fase gaseosa; y (e) separar al menos una porción de las partículas de carbón con el contaminante adsorbido, de la corriente de emisiones en fase gaseosa, para producir una corriente de emisiones en fase gaseosa con contaminantes reducidos.

El aditivo para la composición de carbón biogénico activado puede ser proporcionado como parte de las partículas de carbón activado. Alternativamente, o adicionalmente, el aditivo puede ser introducido directamente en la corriente de emisiones en fase gaseosa, en un lecho de combustible, o en una zona de combustión. Son posibles otras formas para introducir directamente o indirectamente el aditivo en la corriente de emisiones en fase gaseosa para la eliminación del contaminante seleccionado, como será apreciado por aquellas personas con experiencia en la téenica.

Un contaminante seleccionado (en la corriente de emisiones en fase gaseosa) puede ser un metal, como por ejemplo un metal seleccionado del grupo que consiste de mercurio, boro, selenio, arsénico, y cualquier compuesto, sal, y mezclas de los mismos. Un contaminante seleccionado puede ser un contaminante peligroso del aire, un compuesto orgánico (como por ejemplo un VOC), o un gas no condensable, por ejemplo. En algunas modalidades, un producto de carbón biogénico activado adsorbe, absorbe y/o absorbe químicamente un contaminante seleccionado en cantidades mayores que una cantidad comparable de un producto de carbón activado no biogénico. En algunas de tales modalidades, el contaminante seleccionado es un metal, un contaminante peligrosos del aire, un compuesto orgánico (como por ejemplo un VOC), un gas no condensable, o cualquier combinación de los mismos. En algunas modalidades, el contaminante seleccionado comprende mercurio. En algunas modalidades, el contaminante seleccionado comprende uno o más VOCs. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado comprende al menos aproximadamente 1% en peso de hidrógeno y/o al menos aproximadamente 10% en peso de oxígeno.

Los contaminantes peligrosos del aire son aquellos contaminantes que provocan o que pueden provocar cáncer u otros efectos serios para la salida, como por ejemplo efectos reproductivos o defectos del nacimiento, o afectos ambientales y ecológicos adversos. La Sección 112 de la Clean Air Act, enmendada, se incorpora como referencia en su totalidad en este documento. Conforme a la Sección 112 del Clean Air Act, la United States Environmental Protection Agency (EPA) tiene la responsabilidad de controlar 189 contaminantes peligrosos del aire. Cualquiera de los compuestos actuales o futuros clasificados como contaminantes peligrosos del aire por la EPA se incluyen en los posibles contaminantes en el contexto presente.

Los compuestos orgánicos volátiles, algunos de los cuales también son contaminantes peligrosos del aire, son sustancias químicas orgánicas que tienen presión de vapor en condiciones de temperatura ambiente ordinaria. Los ejemplos incluyen alcanos, olefinas, alcoholes, cetonas, y aldehidos de cadena corta. Muchos compuestos orgánicos volátiles son peligrosos para la salud humana o causan daños al ambiente. La EPA regula los compuestos orgánicos volátiles en el aire, el agua, y la tierra. La definición de la EPA para los compuestos orgánicos volátiles se describe en 40 CFR Sección 51,100, la cual se incorpora en este documento como referencia, en su totalidad.

Los gases no condensables son gases que no se condensan bajo las condiciones de temperatura ambiente, ordinarias. Los gases no condenables pueden incluir, pero no se limitan a óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, trióxido de azufre, metano. Etano, etileno, ozono, amoniaco, o combinaciones de los mismos.

Múltiples contaminantes pueden ser eliminados por medio de partículas de carbón activado. En algunas modalidades, las partículas de carbón activado con el contaminante adsorbido incluyen al menos dos contaminantes, al menos tres contaminantes, o más. El carbón biogénico activado como se describe en este documento puede permitir el control de múltiples contaminantes así como el control de ciertos contaminantes designados (como por ejemplo el selenio).

En ciertas modalidades, las partículas de carbón con contaminantes adsorbidos incluyen al menos uno, al menos dos, al menos tres, o todos de, dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, mercurio, y dióxidos de azufre (en cualquier combinación).

La preparación en la etapa (e) pue incluir filtración (por ejemplo filtros de tela) o precipitación electrostática (ESP), por ejemplo. Los filtros de tela, conocidos también como filtros de manga, pueden utilizar tubos, envolturas, o cartuchos de filtro de tela modificados por ingeniería, por ejemplo, hay varios tipos de filtro de manga, incluyendo sistemas de chorro en pulsos, con vibración, y de chorro de aire invertido. La separación en la etapa (e) también puede incluir purgado.

Un precipitado electroestático, o un limpiador de aire electrostático, son dispositivos de recolección de partículas que extraen las partículas de un gas fluente usando la fuerza de una carga electrostática inducida. Los precipitadores electrostáticos son dispositivos de filtración altamente eficiente que impiden mínimamente el flujo de los gases a través del dispositivo, y pueden extraer fácilmente el material en partículas finas de la corriente de aire. Un precipitado electrostático aplica energía solo al material en partículas que se recolecta y por lo tanto es muy eficiente en su consumo de energía (electricidad).

El precipitador electrostático puede ser seco o húmedo. Un precipitador electrostático húmedo opera con corrientes de gas saturados para remover gotitas de líquido tales como niebla de ácido sulfúrico de corrientes de gas de proceso industrial. Los precipitadores electrostáticos húmedos pueden ser útiles cuando los gases tienen alto contenido de humedad, contienen partículas de combustibles, o tienen partículas que son de naturaleza pegajosa.

En algunas modalidades, las partículas de carbono con contaminantes adsorbidos se tratan para regenerar las partículas de carbón activado. En algunas modalidades, el método incluye oxidar térmicamente las partículas de carbón con contaminantes adsorbidos. Las partículas de carbón con contaminantes adsorbidos, o una forma regenerada de las mismas, pueden ser quemadas para proporcionar energía.

En algunas modalidades, el aditivo se selecciona de entre un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido de metal, un hidróxido de metal, un haluro de metal, o una combinación de los mismos. En ciertas modalidades, el aditivo se selecciona del grupo que consiste de magnesio, manganeso, aluminio, níquel, hierro, cromo, silicio, boro, cerio, molibdeno, fósforo, tungsteno, vanadio, cloruro de hierro, bromuro de hierro, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos (por ejemplo ácido cítrico) y combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, la corriente de emisiones en fase gaseosa de deriva de la combustión de un combustible que comprende la composición de carbón biogénico activado.

En algunas modalidades relacionadas específicamente con la eliminación del mercurio, un método para usar una composición de carbón biogénico activado para reducir las emisiones de mercurio comprende: (a) proporcionar partículas de carbón activado que comprende una composición de carbón biogénico activado que incluye hierro o un compuesto que contiene hierro; (b) proporcionar una corriente de emisiones en fase gaseosa que contiene mercurio; (c) introducir las partículas de carbón activado en la corriente de emisiones en fase gaseosa, para adsorber al menos una porción del mercurio sobre las partículas de carbón activado, generándose por ello partículas de carbón con el mercurio adsorbido dentro de la corriente de emisiones en fase gaseosa; y (d) separar al menos una porción de las partículas de carbono con el mercurio adsorbido, de la corriente de emisiones en fase gaseosa, usando precipitación o filtración electrostática, para producir una corriente de emisiones en fase gaseosa con contenido reducido de mercurio.

En algunas modalidades, un método para usar una composición de carbón biogénico activado para reducir las emisiones (por ejemplo, mercurio) comprende además usar el carbón biogénico activado como una fuente de combustible. En tales modalidades, el alto valor calorífico del producto de carbón biogénico activado puede ser utilizado además de su habilidad para reducir las emisiones al adsorber, absorber, y/o absorber químicamente los contaminantes potenciales. Por lo tanto, en una modalidad ejemplificativa, el producto de carbón biogénico activado, cuando se usa como una fuente de combustible y como un producto de control del mercurio, evita que el menos el 70% del mercurio que emana de una planta de energía, por ejemplo aproximadamente 70%, aproximadamente 75%, aproximadamente 80%, aproximadamente 85%, aproximadamente 90%, aproximadamente 95%, aproximadamente 96%, aproximadamente 97%, aproximadamente 98%, 98.5%, aproximadamente 99%, aproximadamente 99.1%, aproximadamente 99.2%, aproximadamente 99.3%, aproximadamente 99.4%, aproximadamente 99.5%, aproximadamente 99.6%, aproximadamente 99.7%, aproximadamente 99.8%, aproximadamente 99.9%, o más de aproximadamente 99.9% del mercurio.

Como una modalidad ejemplificativa, el carbón biogénico activado puede ser inyectado (como por ejemplo hacia el ducto) corriente abajo de un dispositivo de control de materiales particulados, como por ejemplo, un precipitador electrostático o filtro de tela. En algunos casos, un sistema de desulfuración de gas de chimenea (seco o húmedo) se puede situar corriente abajo del punto de inyección del carbón activado. El carbón activado puede ser inyectado neumáticamente como un polvo. La ubicación de la inyección estará determinada típicamente por la configuración de la planta existente (a menos que este sea un nuevo sitio) y si se modifica el equipo de control de material particulado corriente abajo.

Para las calderas equipadas actualmente con dispositivos de control de materiales particulados, implementar la inyección del carbón biogénico activado para el control el mercurio podría implicar: (i) la inyección de carbón activado pulverizado corriente arriba del dispositivo de control de materiales particulados existente (el precipitador electrostático o el filtro de tela); (ii) inyección del carbón activado pulverizado corriente abajo de un precipitador electrostático existente y corriente arriba de un filtro de tela modernizado; o (iii) inyección de carbón activado pulverizado entre los campos eléctricos del precipitador electrostático.

En algunas modalidades, las téenicas de inyección del carbón biogénico activado pulverizado, se pueden emplear en combinación con los dispositivos de control de S02 existentes. El carbón activado podría ser inyectado antes del dispositivo de control de S02 o después del dispositivo de control de S02, sometido a la disponibilidad de un medio para recolectar el absorbente de carbón activado corriente abajo del punto de inyección.

Cuando se emplea la precipitación electrostática, la presencia de hierro y de un compuesto que contenga hierro en las partículas de carbón activado puede mejorar la efectividad de la precipitación electrostática, mejorándose por ello el control del mercurio.

El método incluye además, opcionalmente, separar las partículas de carbón con el mercurio adsorbido, que contienen el hierro o un compuesto que contiene hierro, de las partículas de carbón o de ceniza que no contiene el hierro o el compuesto que contiene hierro. Las partículas de carbón o de ceniza que no contienen el hierro o el compuesto que contiene hierro pueden ser recuperadas para recielado, venta como subproducto, y otros usos. Cualquier separación que involuere hierro o materiales que contienen hierro puede emplear separación magnética, sacando ventaja de las propiedades magnéticas del hierro.

Una composición de carbón biogénico activado que incluye hierro o un compuesto que contiene hierro es un producto de "carbón activado magnético" . Es decir, el material es sensible a los cabos magnéticos. El hierro o el compuesto que contiene hierro pueden ser separados usando dispositivos de separación magnética. Adicionalmente, el carbón biogénico activado, el cual contiene hierro, puede ser separad usando separación magnética. Cuando se debe emplear la separación magnética, los separadores magnéticos de metales pueden ser cartuchos de imanes, imanes en placas, u otras configuraciones conocidas.

La inclusión del hierro o de los compuestos que contienen hierro puede mejorar drásticamente el desempeño de los precipitadores electrostáticos para el control del mercurio. Además, la inclusión del hierro o de los compuestos que contienen hierro puede cambiar drásticamente las opciones de final de la vida útil, ya que los sólidos de carbón activado gastados pueden ser separados de otras cenizas.

En algunas modalidades, un producto de carbón activado magnético puede ser separado de la corriente de cenizas. Bajo los estándares ASTM para el uso de cenizas volantes en el cemento, las cenizas volantes deben provenir de productos de carbón mineral. Si el carbón activado a base de madera puede ser separado de las otras cenizas volantes, el resto de las cenizas volantes puede ser usado per se los estándares ASTM para la producción de cemento. De forma similar, la habilidad para separar las cenizas cargadas con mercurio les permitirá ser mejor manejadas y eliminadas, reduciéndose potencialmente los costos del manejo de todas las cenizas de una cierta instalación.

En algunas modalidades, el mismo material físico puede ser usado en múltiples procesos ya sea de forma integrada o en secuencia. Así, por ejemplo, un carbón activado puede, al final de su vida útil como un material de rendimiento, sea introducido entonces a un proceso de combustión por su valor energético o para un proceso metalúrgico, etc.

Por ejemplo, un carbón activado inyectado en una corriente de emisiones puede ser adecuado para eliminar los contaminantes, seguido por la combustión de las partículas de carbón activado y posiblemente de los contaminantes, para producir energía y destruir térmicamente y oxidar químicamente los contaminantes.

En algunas variaciones, un proceso para la producción de energía comprende: (a) proporcionar una materia prima que contiene carbono, que comprende una composición de carbón activado (la cual puede incluir uno o más aditivos); y (b) oxidar la materia prima que contiene carbono para generar energía y una corriente de emisiones en fase gaseosa, en donde, la presencia de la composición de carbón biogénico activado dentro de la materia primera que contiene carbono es efectiva para adsorber al menos un contaminante producido como un subproducto de la oxidación o derivado de la materia prima que contiene carbono, reduciéndose por ello las emisiones del contaminante.

En algunas modalidades, el contaminante, o un precursor del mismo están contenidos en la materia prima que contiene carbono. En otras modalidades el contaminante se produce como un subproducto de la oxidación.

La materia prima que contiene carbono puede incluir además biomasa, carbón mineral, o cualquier otro material carbonáceo, además de la composición de carbón biogénico activado. En ciertas modalidades, la materia prima que contiene carbono consiste esencialmente de la composición de carbón biogénico activado como la única fuente de combustible.

El contaminante seleccionado puede ser un metal seleccionado del grupo que consiste de mercurio, boro, selenio, arsénico, y cualquier compuesto, sal, y mezcla de los mismos; un contaminante peligroso del aire; un compuesto orgánico (como por ejemplo un VOC); un gas no condensable seleccionado del grupo que consiste de óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, trióxidos de azufre, metano, etano, etileno, ozono, y amoniaco; o cualquier combinación de los mismos. En algunas modalidades, el producto de carbón biogénico activado adsorbe, absorbe y/o adsorbe químicamente un contaminante seleccionado en cantidades mayores que una cantidad comparable de un producto de carbón activado no biogénico. En algunas de tales modalidades, el contaminante seleccionado es un metal, un contaminante peligroso del aire, un compuesto orgánico (como por ejemplo un VOC), un gas no condensable, o cualquier combinación de los mismos. En algunas modalidades, el contaminante seleccionado comprende mercurio. En algunas modalidades, el contaminante seleccionado comprende uno o más VOCs. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado comprende al menos aproximadamente 1% en peso de hidrógeno y/o al menos aproximadamente 10% en peso de oxígeno.

El carbón biogénico activado y los principios de la descripción pueden ser aplicados a aplicaciones en fase líquida, incluyendo el procesamiento de agua, corrientes acuosas de purezas variables, solventes, combustibles líquidos polímeros, sales fundidas, y metales fundidos, por ejemplo. Como se pretende este documento, "fase líquida" incluye plastas, suspensiones, emulsiones, sistemas de fases múltiples, o cualquier otro material que tenga (o puede ser ajustado para tener) al menos alguna cantidad de un estado líquido presente.

Un método para usar una composición de carbón biogénico activado para purificar un líquido, en algunas variaciones, incluye las siguientes etapas: (a) proporcionar partículas de carbón activado que comprenden una composición de carbón biogénico activado; (b) proporcionar un líquido que comprende al menos un contaminante seleccionado; (c) proporcionar un aditivos seleccionado para ayudar en la eliminación del contaminante seleccionado del líquido; y (d) poner en contacto el líquido con las partículas de carbón activado y el aditivo, para adsorber al menos una porción del al menos un contaminante seleccionado sobre las partículas de carbón activado, generándose por ello partículas de carbón con los contaminantes adsorbidos y un líquido con cantidad reducida del contaminante.

El aditivo puede ser proporcionado como parte de las partículas de carbón activado. 0 el aditivo puede ser introducido directamente en el líquido. En algunas modalidades, los aditivos - los cuales pueden ser el mismo o diferentes - se introducen tanto como parte de las partículas de carbón activado así como directamente en el líquido.

En algunas modalidades, relacionadas con las aplicaciones en fase líquida, un aditivo se selecciona de entre un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido de metal, un hidróxido de metal, un haluro de metal, o una combinación de los mismos. Por ejemplo, el aditivo puede ser seleccionado el grupo que consiste de magnesio, manganeso, aluminio, níquel, hierro, cromo, silicio, boro, cerio, molibdeno, fósforo, tungsteno, vanadio, cloruro de hierro, bromuro de hierro, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos (como por ejemplo ácido cítrico), y combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, el contaminante seleccionado (en el líquido a ser tratado) es un metal, tales como por ejemplo un metal seleccionado del grupo que consiste de arsénico, boro, selenio, mercurio, y cualquier compuesto, al, y mezcla de los mismos. En algunas modalidades, el contaminante seleccionado es un compuesto orgánico (como por ejemplo un VOC), un halógeno, un compuesto biológico un pesticida, o un herbicida. Las partículas de carbono con los contaminantes adsorbidos pueden incluir dos, tres o más contaminantes. En algunas modalidades, un producto de carbón biogénico activado adsorbe, absorbe y/o absorbe químicamente un contaminante seleccionado en cantidades mayores que una cantidad comparable de un producto de carbón activado no biogénico. En algunas de tales modalidades, el contaminante seleccionado es un metal, un contaminante peligroso del aire, un compuesto orgánico (como por ejemplo un VOC), un gas no condensable, o cualquier combinación de los mismos. En algunas modalidades, el contaminante seleccionado comprende mercurio. En algunas modalidades, el contaminante seleccionado comprende uno no más VOCs. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado comprende al menos aproximadamente 1% en peso de hidrógeno y/o al menos aproximadamente 10% en peso de oxígeno.

El líquido a ser tratado típicamente será acuoso, aunque esto no es necesario para los principios de esta descripción. En algunas modalidades, la etapa (c) incluye poner en contacto el líquido con las partículas de carbón activado en un lecho fijo. En otras modalidades, la etapa (c) incluye poner en contacto el líquido con las partículas de carbón activado en solución o en un lecho móvil.

Algunas variaciones proporcionan un método para usar una composición de carbón biogénico activado para eliminar al menos una porción de un contaminante que contiene azufre, de un líquido, el método que comprende: (a) proporcionar partículas de carbón activado que comprenden una composición de carbón biogénico activado; (b) proporcionar un líquido que contiene un contaminante que contiene azufre; (c) proporcionar un aditivo seleccionado para ayudar en la eliminación del contaminante que contiene azufre, del líquido; y (d) poner en contacto el líquido con las partículas de carbón activado y el aditivo, para adsorber o absorber al menos una porción del contaminante que contiene azufre sobre o dentro de las partículas de carbón activado.

En algunas modalidades, el contaminante que contiene azufre se selecciona del grupo que consiste de azufre elemental, ácido sulfúrico, ácido sulfuroso, dióxido de azufre, trióxido de azufre, aniones sulfato, aniones bisulfato, aniones sulfito, aniones bisulfito, tioles, sulfuros, disulfuros, polisulfuros, tioéteres, tioésteres, tioacetales, sulfóxidos, sulfonas, tiosulfinatos, sulfimidas, sulfoximidas, sulfonadiiminas, haluros de azufre, tiocetonas, tioaldehídos, óxidos de azufre, ácidos tiocarboxílíeos, tioamidas, ácidos sulfónicos, ácidos sulfínicos, ácidos sulfénicos, sulfonio, oxosulfonio, sulfúranos, persulfuranos, y combinaciones, sales o derivados de los mismos. Por ejemplo, el contaminante que contiene azufre puede ser un sulfato, en forma aniónica y/o de sal.

En algunas modalidades, la composición de carbón biogénico activado comprende 55% en peso o más de carbono total; 15% en peso o menos hidrógeno; y 1% en peso de nitrógeno; y se proporciona un aditivo como parte de las partículas de carbón activado. El aditivo puede ser seleccionado de entre un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido de metal, un hidróxido de metal, un haluro de metal, yodo, y compuestos de yodo, o una combinación de los mismos. El aditivo puede ser introducido alternativamente (o adicionalmente), directamente en el líquido.

En algunas modalidades, la etapa (d) incluye filtración del líquido. En estas u otras modalidades, la etapa (d) incluye osmosis del líquido. Las partículas de carbón activado y el aditivo pueden ser introducidas directamente al líquido antes de la osmosis. Las partículas de carbón activado y el aditivo pueden ser empleados en la prefiltración antes de la osmosis. En ciertas modalidades, las partículas de carbón activado y el aditivo se incorporan en una membrana para osmosis. Por ejemplo, los materiales de membrana conocidos tales como acetato de celulosa pueden ser modificados al introducir las partículas de carbón activado y/o los aditivos dentro de la membrana en si o como una capa sobre uno o ambos lados de la membrana. Varios compuestos que contienen carbono de película delgada podrían ser fabricados con las partículas de carbón activado y los aditivos.

En algunas modalidades, la etapa (d) incluye la adición directa de las partículas de carbón activado al líquido, seguido, por ejemplo, por sedimentación de las partículas de carbón activado con el contaminante que contiene azufre del líquido.

El líquido puede ser un líquido acuoso, como por ejemplo agua. En algunas modalidades, el agua es agua residual asociada con un proceso seleccionado el grupo que consiste de minería de metales, drenaje ácido de minería, procesamiento de minerales, tratamiento del alcantarillado municipal, pulpa y papel, etanol, y cualquier otro proceso industrial que pueda descargar contaminantes que contienen azufre en las aguas residuales. El agua también puede ser parte (o es parte de) un cuerpo natural de agua, como por ejemplo un lago, rio o corriente.

Algunas variaciones proporcionan un proceso para reducir la concentración de sulfatos en al agua, el proceso que comprende: (a) proporcionar partículas de carbón activado que comprenden una composición de carbón biogénico activado; (b) proporcionar un volumen o corriente de agua que contiene sulfatos; (c) proporcionar un aditivo seleccionado para ayudar en la eliminación de los sulfatos del agua; y (d) poner en contacto el agua con las partículas de carbón activado y el aditivo, para adsorber o absorber al menos una porción de los sulfatos sobre o dentro de las partículas de carbón activado.

En algunas modalidades, los sulfatos se reducen a una concentración de aproximadamente 50 mg/L o menos en el agua. En algunas modalidades, los sulfatos se reducen, como resultado de la absorción y/o la adsorción en la composición de carbón biogénico activado, a una concentración de aproximadamente 100 mg/L, 75 mg/L, 50 mg/L, 25 mg/L, 20 mg/L, 15 mg/L, 12 mg/L, 10 mg/L, 8 mg/L, o menos en la corriente de aguas residuales. En algunas modalidades, el sulfato está presente principalmente en forma de aniones sulfato y/o aniones bisulfato. Dependiendo del pH, el sulfato también puede estar presente en forma de sales de sulfato.

El agua puede ser derivada de, en parte, o en su totalidad de una corriente de aguas residuales. Las corrientes de aguas residuales ejemplares son aquellas que pueden ser asociadas con un proceso de minería de metales, drenaje ácido de minas, procesamiento de minerales, tratamiento de alcantarillado municipal, pulpa y papel, etanol, o cualquier otro proceso que podría descargar contaminantes que contengan azufre a las aguas residuales. El agua puede ser un cuerpo natural de agua, como por ejemplo un lago, río, o corriente. En algunas modalidades, el proceso se lleva a cabo de forma continua. En otras modalidades, el proceso se lleva a cabo en lotes.

La composición de carbón biogénico activado comprende 55% en peso o más de carbono total; 15% en peso o menos de hidrógeno; y 1% en peso o menos de nitrógeno, en algunas modalidades. El aditivo puede ser seleccionado de entre un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido de metal, un hidróxido de metal, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, o una combinación de los mismos. El aditivo se proporciona como parte de las partículas de carbón activado y/o se introduce directamente en el agua.

La etapa (d) puede incluir, pero no se limita a, filtración del agua, osmosis del agua, y/o adición directa (con sedimentación, clarificación, etc.) de las partículas de carbón activado al agua.

Cuando se emplea la osmosis, el carbón activado puede ser usado de varias formas dentro, o para ayudar, a un dispositivo de osmosis. En algunas modalidades, las partículas de carbón activado y el aditivo se introducen directamente al agua antes de la osmosis. Las partículas de carbón activado y el aditivo se emplean opcionalmente en la prefiltración antes de la osmosis. En ciertas modalidades, las partículas de carbón activado y el aditivo se incorporan en una membrana para osmosis.

Esta descripción también proporciona un método para usar una composición de carbón biogénico activado para eliminar un contaminante que contiene azufre de una fase gaseosa, el método comprende: (a) proporcionar partículas de carbón activado que comprenden una composición de carbón biogénico activado. (b) proporcionar una corriente de emisiones en fase gaseosa que comprende al menos un contaminante que contiene azufre; (c) proporcionar un aditivo seleccionado para ayudar en la eliminación del contaminante que contiene azufre de la corriente de emisiones en fase gaseosa; (d) introducir las partículas de carbón activado y el aditivo en la corriente de emisiones en fase gaseosa, para adsorber o absorber al menos una porción del contaminante que contiene azufre sobre las partículas de carbón activado; y (e) separar al menos una porción de las partículas de carbón activado de la corriente de emisiones en fase gaseosa.

En algunas modalidades, el contaminante que contiene azufre se selecciona del grupo que consiste de azufre elemental, ácido sulfúrico, ácido sulfuroso, dióxido de azufre, trióxido de azufre, aniones sulfato, aniones bisulfato, aniones sulfito, aniones bisulfito, tioles, sulfuros, disulfuros, polisulfuros, tioéteres, tioacetales, sulfóxidos, sulfonas, tiosulfinatos, sulfimidas, sulfoximidas, sulfonadiimidas, haluros de azufre, tiocetonas, tioaldehídos, óxidos de azufre, ácidos t iocarboxílíeos, tioamidas, ácidos sulfónicos, ácidos sulfínicos, ácidos sulfénicos, sulfonio, oxosulfonio, sulfaranos, persulfaraños, y combinaciones, sales o derivados de los mismos.

La composición de carbón biogénico activado puede incluir 55% en peso o más de carbono total; 15% en peso o menor de hidrógeno, 1% en peso o menos de nitrógeno; y un aditivo seleccionado de un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido de metal, un hidróxido de metal, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, o una combinación de los mismos. El aditivo puede ser proporcionado como parte de las partículas de carbón activado, o puede ser introducido directamente en la corriente de emisiones en fase gaseosa.

En algunas modalidades, la corriente de emisiones en fase gaseosa se deriva de la combustión de un combustible que comprende la composición de carbón biogénico activado. Por ejemplo, la corriente de emisiones en fase gaseosa puede ser derivada de la co-combustión de carbón mineral y la composición de carbón biogénico activado.

En algunas modalidades, la separación en la etapa (e) comprende filtración. En estas u otras modalidades, la separación en la etapa (e) comprende precipitación electrostática. En cualquiera de estas modalidades, la separación en la etapa (e) puede incluir purgado, el cual puede ser purgado húmedo, purgado seco u otro tipo de purgado.

La composición de carbón biogénico activado puede comprender 55% en peso o más de carbono total; 15% en peso o menos de hidrógeno; 1% en peso o menos de nitrógeno; 0.5% en peso o menos de fósforo; y 0.2% en peso o menos de azufre. En varias modalidades, el aditivo se selecciona de un ácido, una base, una sal de metal, un óxido de metal, un hidróxido de metal, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, o una combinación de los mismos. El aditivo se proporciona como parte de las partículas de carbón activado, en algunas modalidades; alternativamente o adicionalmente, el aditivo puede ser introducido directamente en la corriente de emisiones en fase gaseosa.

En ciertas modalidades, la corriente de emisiones en fase gaseosa se deriva de la combustión de un combustible que comprende la composición de carbón biogénico activado. Por ejemplo, la corriente de emisiones en fase gaseosa puede ser derivada de la co-combustión de carbón mineral y la composición de carbón biogénico activado.

La composición de carbón biogénico activado comprende 55% en peso o más de carbono total; 15% en peso o menos de hidrógeno; 1% en peso o menos de nitrógeno; 0.5% en peso o menos de fósforo; y 0.2% en peso o menos de azufre, en algunas modalidades. El aditivo puede ser seleccionado de entre un ácido, una base, una sal, un óxido de metal, un hidróxido de metal, un haluro de metal, yodo, un compuesto de yodo, o una combinación de los mismos. El aditivo puede ser proporcionado como parte de las partículas de carbón activado. El aditivo puede ser introducido opcionalmente, directamente en la corriente de aguas residuales.

Las partículas de carbón con los contaminantes adsorbidos pueden ser tratadas posteriormente para regenerar las partículas de carbón activado. Después de la regeneración, las partículas de carbón activado pueden ser reutilizadas para la eliminación de contaminantes, o pueden ser usadas con otro propósito, como por ejemplo combustión para producir energía. En algunas modalidades, las partículas de carbón con los contaminantes adsorbidos se oxidan directamente (sin regeneración) para producir energía. En algunas modalidades, la oxidación ocurre en presencia de un dispositivo de control de emisiones (por ejemplo, una segunda cantidad de partículas de carbón activado frescas o regeneradas) para capturar los contaminantes liberados de la oxidación de las partículas de carbón con los contaminantes adsorbidos.

En algunas modalidades, el carbón biogénico activado de acuerdo con la presente descripción puede ser usado en cualquier otra aplicación en la cual podría ser usado el carbón activado tradicional. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado se usa como un reemplazo total (es decir, 100%) para el carbón activado tradicional. En algunas modalidades, el carbón biogénico activado comprende esencialmente todo o sustancialmente todo el carbón activado usado para una aplicación particular. En algunas modalidades, una composición de carbón activado comprende aproximadamente 1% a aproximadamente 100% de carbón biogénico activado, por ejemplo, aproximadamente 1%, aproximadamente 2%, aproximadamente 5%, aproximadamente 10%, aproximadamente 15%, aproximadamente 20%, aproximadamente 25%, aproximadamente 30%, aproximadamente 35%, aproximadamente 40%, aproximadamente 45%, aproximadamente 50%, aproximadamente 55%, aproximadamente 60%, aproximadamente 65%, aproximadamente 70%, aproximadamente 75%, aproximadamente 80%, aproximadamente 85%, aproximadamente 90%, aproximadamente 95%, aproximadamente 96%, aproximadamente 97%, aproximadamente 98%, aproximadamente 99%, o aproximadamente 100% de carbón biogénico activado.

Por ejemplo y sin limitación, el carbón biogénico activado puede ser usado - individualmente o en combinación con un producto de carbón activado tradicional - en filtros. En algunas modalidades, un filtro comprende un componente de carbón activado que consiste de, consiste esencialmente de, o que consiste sustancialmente de un carbón biogénico activado. En algunas modalidades, un filtro comprende un componente de carbón activado que comprende aproximadamente 1% a aproximadamente 100% de carbón biogénico activado, por ejemplo, aproximadamente 1% a aproximadamente 2%, aproximadamente 5%, aproximadamente 10%, aproximadamente 15%, aproximadamente 20%, aproximadamente 25%, aproximadamente 30%, aproximadamente 35%, aproximadamente 40%, aproximadamente 45%, aproximadamente 50%, aproximadamente 55%, aproximadamente 60%, aproximadamente 65%, aproximadamente 70%, aproximadamente 75%, aproximadamente 80%, aproximadamente 85%, aproximadamente 90%, aproximadamente 95%, aproximadamente 96%, aproximadamente 97%, aproximadamente 98%, aproximadamente 99%, o aproximadamente 100% de carbón biogénico activado.

En algunas modalidades, un lecho empacado o columna empacada comprende un componente de carbón activado que consiste de, que consiste esencialmente de, o que consiste sustancialmente de un carbón biogénico activado. En algunas modalidades, un lecho empacado o una columna empacada comprende un componente de carbón activado que comprende aproximadamente 1% a aproximadamente 1000% de carbón biogénico activado, por ejemplo, aproximadamente 1%, aproximadamente 2%, aproximadamente 5%, aproximadamente 10%, aproximadamente 15%, aproximadamente 20%, aproximadamente 25%, aproximadamente 30%, aproximadamente 35%, aproximadamente 40%, aproximadamente 45%, aproximadamente 50%, aproximadamente 55%, aproximadamente 60%, aproximadamente 65%, aproximadamente 70%, aproximadamente 75%, aproximadamente 80%, aproximadamente 85%, aproximadamente 90%, aproximadamente 95%, aproximadamente 96%, aproximadamente 97%, aproximadamente 98%, aproximadamente 99%, o aproximadamente 100% de carbón biogénico activado. En tales modalidades, el carbón biogénico activado tiene una característica de tamaño adecuada para el lecho empacado o la columna empacada particular.

La descripción anterior no debe ser considerada como limitante de ninguna forma para las aplicaciones potenciales del carbón biogénico activado. La inyección de carbón biogénico activado en corrientes de gas puede ser útil para el control de las emisiones de contaminantes en las corrientes de gas o las corrientes líquidas derivadas de plantas de energía a carbón, las plantas de procesamiento de metales, las refinerías de petróleo crudo, las plantas químicas, las plantas de fabricación de polímeros, las plantas de fabricación de pulpa y papel, las plantas de fabricación de cemento, los incineradores de desechos, las plantas de procesamiento de alimentos, las plantas de gasificación, y las plantas de gas de síntesis.

Esencialmente cualquier proceso o sitio industrial que emplee combustibles fósiles o biomasa para la generación de energía o calor, puede beneficiarse del tratamiento del gas por el carbón biogénico activado proporcionado en este documento. Para las aplicaciones en fase líquida, una amplia variedad de procesos industriales que usan o producen corrientes líquidas se pueden beneficiar del tratamiento por el carbón biogénico activado proporcionado en este documento.

Adicionalmente, cuando el carbón biogénico activado se co-utiliza como una fuente de combustible, ya sea en paralelo con su uso para la eliminación de contaminantes o en serie enseguida de la eliminación de los contaminantes (y opcionalmente enseguida de alguna regeneración), el carbón biogénico activado (i) tiene menos emisiones por Btu de energía producida que los combustibles fósiles; (ii) tiene menos emisiones por Btu de energía producida que los combustibles de biomasa; y (iii) puede reducir las emisiones de la biomasa o de los combustibles fósiles cuando se quema conjuntamente con tales combustibles. Cabe señalar que el carbón biogénico activado también puede ser mezclado con carbón mineral u otros combustibles fósiles, y, a través de la combustión conjunta, el carbón activado permite emisiones reducidas de mercurio, SO2, y otros contaminantes.

En algunas variaciones, un método para usar una composición de carbón biogénico activado comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en donde, la composición de carbón activado se caracteriza por un Número de Yodo superior a aproximadamente 500, y en donde, la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente; (b) proporcionar una corriente de gas o líquido que contiene uno o más contaminantes; y (c) poner en contacto la corriente de gas o líquido con la composición de carbón biogénico activado para absorber, adsorber, o hacer reaccionar al menos una porción del uno o más contaminantes de la corriente de gas o líquido.

En algunas variaciones, un método para usar una composición de carbón biogénico activado comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde, la composición de carbón activado se caracteriza por un Número de Yodo superior a aproximadamente 500, y en donde, al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno; (b) proporcionar una corriente de gas o líquido que contiene uno o más contaminantes; y (c) poner en contacto la corriente de gas o líquido con la composición de carbón biogénico activado para absorber, adsorber, o hacer reaccionar al menos una porción del uno o más contaminantes de la corriente de gas o líquido.

También se describen métodos para usar el grafeno. En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde, al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente, separar el grafeno de la composición de carbón biogénico activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, para la filtración de un líquido (por ejemplo agua) que contiene un contaminante.

En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente separar el grafeno de la composición de carbón biogénico activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, para la filtración de un gas que contiene un contaminante.

En algunas modalidades un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno; (b) opcionalmente, separar el grafeno de la composición de carbón biogénico activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, en un adhesivo, sellador, revestimiento, pintura, o tinta.

En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno; (b) opcionalmente, separar el grafeno de la composición de carbón biogénico activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un componente en un material compuesto, para ajustar las propiedades mecánicas o eléctricas del material compuesto.

En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de nitrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno; (b) opcionalmente, separar el grafeno de la composición de carbón biogénico activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un catalizador, un soporte de catalizador, un material para electrodos de baterías, o un material para electrodos de celdas de combustible.

En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente o igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno; (b) opcionalmente, separar el grafeno de la composición de carbón biogénico activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, en un circuito o sistema de memoria basado en grafeno.

En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno; (b) opcionalmente, separar el grafeno de la composición de carbón activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un material de almacenamiento de energía o como un componente de supercapacitores.

En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno; (b) opcionalmente, separar el grafeno de la composición de carbón activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un disipador para la disipación de electricidad estática en un sistema de suministro de combustible líquido o vapor.

En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno; (b) opcionalmente, separar el grafeno de la composición de carbón biogénico activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, en un sistema de comunicación de banda ancha alta.

En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno; (b) opcionalmente, separar el grafeno de la composición de carbón biogénico activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado como un componente de un detector de infrarrojos, químico o biológico.

En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno; (b) opcionalímente, separar el grafeno de la composición de carbón biogénico activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un componente de una pantalla electrónica.

En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno; (b) opcionalmente, separar el grafeno de la composición de carbón biogénico activado,- (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, como un componente de una celda fotovoltaica.

En algunas modalidades, un método para usar el grafeno comprende: (a) obtener una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno; (b) opcionalmente, separar el grafeno de la composición de carbón biogénico activado; (c) usar el grafeno, en forma separada o como parte de la composición de carbón biogénico activado, para formar un aerogel de grafeno.

EJEMPLOS Ejemplo 1. Producción del Producto de Carbón biogénico activado con el Aditivo Este ejemplo demuestra la producción de un producto de carbón biogénico activado que tiene un aditivo, es decir bromuro de hierro(II).

Una solución acuosa de hidrato de bromuro de hierro(II) se creó mezclando 72.6 gramos de hidrato de bromuro de hierro(II) en 1 galón (3.78 L) de agua (por ejemplo, solución acuosa de bromuro al 1.0%). Esta solución se agregó a 5.23 libras (2.37 kg) de virutas de madera de pino rojo secadas al aire (12% de contenido de humedad). Cada viruta era de aproximadamente 2.54 x 1.27 x 0.31 cm (1" x 1/2" x 1/8").

El recipiente de virutas de madera y solución se selló con una tapa hermética. Los contenidos se mezclaron periódicamente durante el curso de aproximadamente cuatro horas volteando y girando el recipiente y los contenidos. Las virutas de madera y la solución se mantuvieron selladas durante toda la noche para permitir la saturación de las virutas de madera con la solución.

Después, los contenidos se transfirieron a una tina a prueba de agua y se permitió secarse al aire durante varias horas, con mezclado periódico, hasta que todo el líquido libre había sido absorbido por las virutas de madera o evaporado. Los contenidos se transfirieron a un secador de aire y se les permitió secarse durante toda la noche.

Se verificó que las virutas de maderas secadas por aire, pretratadas, tuvieran 12% de contenido de humedad. Se determinó que la masa de las virutas de madera, secadas por aire, pretratadas, fuera de 5.25 lbs (2.38 kg). Los contenidos se transfirieron a un rector de pirólisis y se procesaron a las siguientes condiciones: • 370°C, calentamiento de cuatro zonas • Sistema de introducción de nitrógeno caliente operando a 300°C.

• Velocidad de flujo de la sonda de extracción de gas de 11.32 1/min (0.4 pies cúbicos por minuto).

• Ambiente con contenido de oxígeno bajo • Tiempo de procesamiento del producto de 30 minutos El producto terminado se extrajo del reactor a una temperatura menor o igual a aproximadamente 100°C. Tras alcanzar la temperatura ambiente (aproximadamente 23°C) el producto terminado tenía una masa de 2.5 libras (1.14 kg) indicando un rendimiento de masa de 47.6% con base en la masa de materia prima a 12% de contenido de humedad. En una base seca (corrigiendo el 12% de humedad), el rendimiento de masa fue de 54.1%. Como se muestra en la Tabla 1 a continuación, esto representa un aumento de 28-39% en el rendimiento de masa sobre las virutas de madera no tratadas bajo las mismas condiciones.

Tabla 1. El Pretratamiento de la Biomasa con 10% de Bromuro de Hierro(II) Acuoso Aumenta el Rendimiento de la biomasa. iento d ase Sec Bromuro de 47.6% 54.1% Fierro(II) Ninguno 34.3% 39.0% Ninguno 35.4% 40.2% Ninguno 37.2% 42.2 Estos datos indican una mejora significativa en el rendimiento de masa para las virutas de madera tratadas con una solución de bromuro de hierro(II) antes del procesamiento pirolítico.

Ejemplo 2. Rendimiento del Carbón biogenico activado Pretratado con Bromuro de Hierro(II) Una muestra del producto pretratado con bromuro de hierro(II) preparado de acuerdo con el Ejemplo 1 se sometió a reducción de tamaño y se utilizó en un experimento de captura de mercurio.

Un tubo de toma de muestras se preparó con una alícuota del carbón biogenico activado pretratado con bromuro de hierro(II). Un segundo tubo que contenía un material de referencia preparado de acuerdo con el método 30B de USEPA (suministrado por Ohio Lumex) se usó para comparación. Ambos tubos tomaron muestras de una muestra de aire con mercurio en fase vapor a idénticas velocidades (500 centímetros cúbicos por minuto) durante 25 minutos. Los medios de muestreo para ambos tubos se analizaron inmediatamente por el mercurio usando el instrumento de espectrometría de absorción atómica Ohio Lumex RA-915 Plus Zeeman. Ambos grupos de tubos habían recolectado la misma masa en las secciones frontales (calculada como 136 ng/m3), y niveles debajo de lo detectable para las segundas secciones (fondo). Como se define en el Método 30B, esto indica 100% de captura de mercurio en fase vapor por cada uno de los reactivos respectivos.

Ejemplo 3. Propiedades de los Productos de Carbón biogénico activado Pretratados Los carbones biogénicos activados con tamaño reducido, preparados de acuerdo con el método del Ejemplo 1 se sometieron a un imán. La Tabla 2 siguiente resume sus propiedades magnéticas.

Tabla 2. Propiedades Magnéticas de los Productos de Carbón biogénico activado Pretratados A-1 1% de bromuro de fierro(II) Sí (ac) A-2 0.5% de cloruro de fierro(II) Sí (ac) A-3 0.25% de cloruro de fierro(II) Sí (ac) A-4 0.1% de cloruro de fierro(II) Sí (ac) B 1% de haluro de sodio (ac) No C 1% de haluro de potasio (ac) No D 1% de haluro de calcio (ac) No E 1% de haluro de manganeso (ac) No Para investigar la dispersión de las partículas magnéticas en el material de carbón biogénico activado, se obtuvo una electromicrofotografía de una porción del material de la muestra A. Como se muestra en la Figura 14A, la dispersión de las partículas magnéticas no se limita a la superficie del material, sino más bien es penetrante, completa, y esencialmente uniforme en todas partes. En comparación, la Figura 14B muestra un producto de carbón biogénico activado preparado por un método idéntico excepto que sin el pretratamiento con haluro de hierro(II). La Figura 15 ilustra las propiedades magnéticas del producto de carbón biogénico activado pretratado con bromuro de hierro(II) como se describe en este documento.

Ejemplo 4. Reducción de los Gases Ácidos por el Carbón biogénico activado Pretratado con Permanganato de Potasio.

Una mezcla sintética de gases (nitrógeno con 24.7 P de monóxido de carbono, 24.9 ppm de óxido nítrico, y 25.1 ppm de dióxido de azufre; Linde Gas North América) se usó para evaluar las propiedades adsortivas del carbón biogénico activado pretratado con 1% de permanganato de potasio acuoso de acuerdo con el Ejemplo 1. Un detector de Infrarrojos de Transformada de Fourier (FTIR, por sus siglas en inglés) MKS modelo 2030 se usó para medir la concentración del CO, NO, y SO2 en tiempo real.

Una muestra de 0.4 gramos del carbón biogénico activado pretratado con permanganato de potasio se cargó en un tubo de un Tren de Muestreo de Sustancias Orgánicas Volátiles (VOST, por sus siglas en inglés) y se aseguraron en su lugar con fritas de filtro y pinzas de resorte.

El detector FTIR se operó sobre la corriente de gas de normalización para establecer los valores de referencia medidos. Entonces el tubo VOST conteniendo el material se colocó en la corriente de gas antes del detector. Como se muestra en la Figura 16, 100% del dióxido de azufre fue eliminado rápidamente. Además, aproximadamente 20% del óxido nítrico fue eliminado, en tanto que el monóxido de carbono permaneció sin cambios. La flecha en la Figura 16 a aproximadamente 90 segundos indica to, el momento cuando el tubo del VOST se insertó en la corriente de gas.

Ejemplo 5. Reducción de las Emisiones de Dióxido de Carbono por el Producto _ de Carbón biogénico activado Pre tratado con Permanganato de Potasio.

Una mezcla sintética de gases (nitrógeno con 8.52% de dióxido de carbono y 11.00% de oxígeno; Linde Gas North América) se usó para evaluar las propiedades adsortivas del carbón biogénico activado pretratado con 1% de permanganato de sodio acuoso de acuerdo con el Ejemplo 1.

Una muestra de 0.4 gramos de carbón biogénico activado pretratado con permanganato de potasio se cargó en un tubo de Tren de Muestreo de Sustancias Orgánicas Volátiles (VOST) y se aseguró en su lugar con fritas de filtro y pinzas de resorte. Un detector Infrarrojo de Transformada de Fourier (FTIR) MKS modelo 2030 se usó para medir la concentración del CO2 en tiempo real.

El detector FTIR se operó sobre la corriente de gas de normalización a un flujo de 300 ccm para establecer los valores de referencia medidos.

Entonces, el tubo VOST conteniendo el material de prueba se colocó en la corriente de gas antes del detector. Como se muestra en la Figura 17, una gran cantidad de CO2 de adsorbida inicialmente, seguido por un período de equilibrio el cual resultó en una adsorción promedio de 2.6% del dióxido de carbono. La flecha negra en la Figura 17 a aproximadamente 90 segundos indica to, el momento cuando el tubo del VOST se insertó en la corriente de gas; la flecha gris en aproximadamente 10.3 minutos indica el tF, el momento en que el tubo del VOST fue retirado de la corriente de gas.

Ejemplo 6. Preparación del Carbón biogenico activado-Método General.

Trozos grandes de pino rojo de sustrato de madera, cilindros de abeto de Douglas (fragmentos de 3.17 cm (1.25 pulgadas) de diámetro) y fragmentos de abeto de Douglas (de aproximadamente 5.08 x 5.08 cm (2 pulgadas por 2 pulgadas) ), se cargaron en una tolva de carga que tenía un flujo de gas de nitrógeno calentado opcionalmente. Opcionalmente, una solución acuosa al 1% de un aditivo (por ejemplo NaOH, y/o KOH) se aplicaron mediante rociado al sustrato de madera mientras que está la tolva o remojando la biomasa en la solución de aditivo acuoso. Independientemente del método de aplicación, se permitió que la solución de aditivo penetrara la biomasa durante 30 minutos antes que se secara la biomasa. Una vez que el reactor hubo alcanzado la temperatura deseada, se inició la rotación del reactor y el sustrato de madera se alimentó lentamente activando el sistema de alimentación del material. Los tiempos de residencia promedio en la porción calentada del reactor para cada lote se indican en la Tabla 3. Después de salir de la porción calentada del reactor, el material pirolizado recolectado en una tolva de descarga. Una banda transportadora extrajo el producto de carbón biogénico activado de la tolva de descarga para el análisis posterior .

El carbón biogénico activado se preparó de acuerdo con el Método General anterior usando varios tamaños de la materia prima, temperaturas variables del reactor, nitrógeno calentado o a temperatura ambiente, aditivos, y tiempos de referencia. La Tabla 3 resume los parámetros de la pirólisis para cada lote.

Tabla 3. Preparación del Carbón biogénico activado.

Ejemplo 7. Análisis del Carbón biogenico activado.

Los parámetros de los productos de carbón biogénico activado preparados de acuerdo con el Método General del ejemplos 6 se analizaron de acuerdo con la Tabla 4 siguiente. Tabla 4. Métodos Usados para Analizar el Carbón biogénico activado Humedad (total) ASTM D3173 Contenido de cenizas ASTM D3174 Contenido de material volátil ASTM D3175 Contenido de Carbono Fijado ASTM D3172 (por cálculo) Contenido de azufre ASTM D3177 Valor de Calentamiento (BTU ASTM D5865 por libra) Contenido de carbono ASTM D5373 Contenido de hidrógeno ASTM D5373 Contenido de nitrógeno ASTM D5373 Contenido de oxígeno (por ASTM D3176 cálculo) Los resultados para las muestras A a F, las cuales se preparan sin el uso de aditivos, se muestran en la Tabla 5 a continuación.

Tabla 5 . Características de los Productos de Carbón biogénico activado A a F .

’ND : menor que o igual a aproximadamente 0.05% en peso de contenido de azufre .

*NT : No evaluado.

Los resultados para las Muestras G a J2, las cuales se preparan con el uso de aditivos, se muestran en la Tabla 6 a continuación.

Tabla 6. Características de los Productos de Carbón biogénico activado G a J2.

'ND: menor que o igual a aproximadamente 0.05% en peso de contenido de azufre.

Ejemplo 8. Producción del Producto de Carbón biogénico activado con alto Valor Calorífico.

Este ejemplo demuestra la producción de un producto de carbón biogénico activado que tiene un valor calorífico alto.

Una materia prima que contiene fragmentos cilindros de abeto de Douglas (2.85cm (1-1/8") de diámetro, aproximadamente 3.81 cm (1.5 pulgadas) de longitud) se sometió a pirólisis de acuerdo con el Método General del Ejemplo 6. El reactor se calentó a 600 °C, y la materia prima se sometió a pirólisis con un tiempo de residencia de 30 minutos. Después del enfriamiento, el producto de carbón biogénico activado resultante se analizó de acuerdo con los métodos descritos en el Ejemplo 7. Los Resultados se muestran en la Tabla 7.

Tabla 7. Análisis del Producto de Carbón biogénico activado con alto Valor Calorífico.

†ND: El contenido de azufre fue menor o igual a aproximadamente 0.050% en peso (como fue recibido), menor que o igual a aproximadamente 0.051% en peso (libre de humedad) o menor que o igual a aproximadamente 0.052% en peso (libre de cenizas y humedad).

'Sin incluir el agua.

Ejemplo 9 . Producción del Producto de Carbón biogenico activado de Alto Valor Calorífico.

Este ejemplo demuestra la producción de un producto de carbón biogénico activado que tiene un alto valor calorífico.

Una materia prima que comprende trozos de pino rojo que tienen un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 2.54 x 1.27 x 0.3 cm (1 pulgada por 1/2 pulgadas por 1/8 pulgadas) se sometió a pirólisis de acuerdo con el Método General del Ejemplo 6. El reactor se calentó a 550 °C y la materia prima se sometió a pirólisis con un tiempo de residencia de 30 minutos. Después del enfriamiento, el producto de carbón biogénico activado resultante se analizó de acuerdo con los métodos descritos en el Ejemplo 7. Los resultados se muestran en la Tabla 8.

Tabla 8. Análisis del Producto de Carbón biogenico activado con alto Valor Calorífico.

†ND: El contenido de azufre fue menor o igual a aproximadamente 0.050% en peso (como fue recibido), menor que o igual a aproximadamente 0.051 % en peso (libre de humedad) o menor que o igual a aproximadamente 0.052% en peso (libre de cenizas y humedad).

*Sin incluir el agua.

Ejemplo 10. Producción de un Producto de Carbón biogenico activado para Mezclarlo con Coque Metalúrgico.

El carbón biogénico activado se preparó a partir de clavijas de madera secadas en horno, aserradas, sustancialmente de acuerdo con el Método General del Ejemplo Mezclas de coque metalúrgico (ID de la Muestra No. SGS/427-1104014-001) con 2% y 5% del producto de carbón biogénico activado se prepararon mezclando el coque metalúrgico con la cantidad apropiada del producto de carbón biogénico activado. Los valores de resistencia y reactividad se midieron de acuerdo con ASTM D5341 para las mezclas, comparación con el choque metalúrgico solo y se muestran en la Tabla 9 (los valores son el promedio de un mínimo de dos pruebas por muestra).

Tabla 9. CSR y CRI de las Mezclas de Producto de Carbón biogénico activado-Coque Metalúrgico.

Ejemplo 11. Producción de un Producto de Carbón biogénico activado Resistente al Calor Mejorado.

Virutas de madera de pino rojo con y tamaño de aproximadamente 2.54 x 1.27 x 0.3 cm (1" x 1/2" x 1/8") se sometieron a pirólisis de acuerdo con el Método General del ejemplo 6 a 600°C con un tiempo de residencia de 30 minutos. El producto de carbón biogénico activado resultante se conoce como "Muestra A".

Clavijas de manera secadas en horno, aserradas, que tenían un diámetro de 2.85 cm (1-1/8") se cortaron en segmentos que tenían una longitud de aproximadamente 3.81 cm (1.5 pulgadas) cada uno. Los segmentos se sometieron a pirólisis de acuerdo con el Método General del Ejemplo 1 a 600°C con un tiempo de residencia de 2 horas. El producto de carbón biogénico activado resultante se conoce como "Muestra B".

Las muestras A y B se colocaron cada una por separado en tubos de cuarzo y se calentaron a 1,100 °C en presencia de gas de CO2 durante una hora. Después de una hora, la Muestra A tuvo un valor de SCR de aproximadamente 60%. Después de una hora, la Muestra B tuvo un valor de CSR de 64.6%. Estos resultados indican que el potencial para aumentar la resistencia en cliente de un producto de reemplazo de coque biogénico y su idoneidad para ser usado como un reemplazo para el coque metalúrgico en varía aplicaciones de producción de metales.

Ejemplo 12. Preparación de Producto de Carbón biogénico activado Dimensionado de Forma Particular.

Como se muestra en la Tabla 10 a continuación, el producto de carbón biogénico activado que tenía una forma particular y dimensiones promedio se produjo de acuerdo con el Método General del Ejemplo 6.

Tabla 10 . Propiedades del Producto de Carbón biogénico activado Dimensionado de Forma Particular.

Ejemplo 13. Efecto del Tiempo de Residencia sobre los Niveles de Carbono Fijado El efecto del tiempo de residencia sobre los niveles de carbono fijado en el producto de carbón biogénico activado se investigaron al dividir un lote de materia prima en cuatro grupos de aproximadamente igual masa compuestos de fragmentos de materia primera de aproximadamente igual tamaño de partícula. Cada uno de los cuatro grupos se sometió a pirólisis de acuerdo con el Método General del Ejemplo 6 a 350°C con tiempos de residencia de 0, 30 minutos, 60 minutos, y 120 minutos, respectivamente. El contenido de carbono fijado de cada muestra se determinó mediante ASTM D3172. Los Resultados se muestran en la Tabla 11 y la FIG. 18 correspondiente.

Tabla 11. Efecto del Tiempo de Residencia Sobre los niveles de Carbono Fijado.

Ejemplo 14. Efecto de la Temperatura de Pirólisis sobre los Niveles de Carbono Fijado El efecto de la temperatura de pirólisis sobre los niveles de carbono fijado en el producto de carbón biogénico activado se investigó al dividir un lote de materia prima en cinco grupos de aproximadamente igual masa, compuestos de fragmentos de materia prima de aproximadamente igual tamaño de partícula. Cada uno de los cinco grupos se sometió a pirólisis de acuerdo con el Método General del Ejemplo 6 con un tiempo de residencia de 30 minutos. El contenido de carbono fijado de cada muestra se determinó mediante ASTM D3172. Los resultados se muestran en la Tabla 12 y la FIG.19 correspondiente.

Tabla 12. Efecto del Tiempo de Residencia Sobre los Niveles de Carbono Fijado Ejemplo 15. Efecto del Tamaño de Partícula de la Materia Prima Sobre los Niveles de Carbono Fijado.

El efecto del tamaño de partícula de la materia prima sobre los niveles de carbono fijado el producto de carbón biogénico activado se investigó al someter a pirólisis tres grupos de biomasa de pino rojo: aserrín (tamaño de partícula de aproximadamente 0.0625 pulgadas (0.15 cm)), virutas (tamaño promedio de partícula de aproximadamente 1 pulgada por 1/2 pulgada por 1/8 pulgadas (2.54 x 1.27 x 0.3 cm)), y trozos (cilindros que tenían un diámetro de 1-1/8" (2.85 cm) y una longitud de aproximadamente 1.5 pulgadas (2.85 cm)). Cada uno de los tres grupos se sometió a pirólisis de acuerdo con el Método General del Ejemplo 6 a 400 °C durante 30 minutos. El contenido de carbono fijado de cada muestra se determinó mediante ASTM D3172. Los resultados se muestran en la Tabla 13 y la FIG.20 correspondiente.

Tabla 13. Efecto del Tiempo de Residencia Sobre los Niveles de Carbono Fijado Ejemplo 161. Efecto del Nivel de Oxígeno Durante la Pirólisis Sobre el Rendimiento de Masa del Producto de Carbón biogénico activado.

Este ejemplo demuestra el efecto de los niveles de oxígeno sobre el rendimiento de masa del producto de carbón biogénico activado.

Dos muestras de aserrín de madera dura (4.0 g) se colocaron cada una en un tubo de cuarzo. El tubo de cuarzo se colocó entonces en un horno para tubos (Lindberg Modelo 55035). El flujo de gas se ajustó a 2,000 ccm. Una muestra se expuso a una atmósfera de nitrógeno al 100%, en tanto que la otra muestra se sometió a un flujo de gas que comprendía 96% de nitrógeno y 4% de oxígeno. La temperatura del horno se ajustó a 290°C. Tras alcanzar los 290°C (aproximadamente 20 minutos) la temperatura se mantuvo a 290°C durante 10 minutos, tiempo en el cual la fuente de calor se apagó, y se permitió que el tubo y el horno se enfriaran durante 10 minutos. Los tubos se extrajeron del horno (gas aun fluyendo a 2,000 ccm). Una vez que los tubos y las muestras se enfriaron lo suficiente para el proceso, los gases se apagaron, y el material pirólizado se extrajo y se pesó (Tabla 14).

Tabla 14. Efecto de los Niveles de Oxígeno Durante la Pirólisis sobre el Rendimiento de Masa.

Ejemplo 17. Efecto del Nivel de Oxígeno Durante la Pirólisis sobre el Nivel de Contenido de Carbono Fijado y el Valor Calorífico del Producto de Carbón biogénico activado.

Se demostró el aumento en el contenido de carbono y el valor calorífico del uso de una unidad de Recuperación de Carbono ("CRU", por sus siglas en inglés).

Se llevó a cabo la pirólisis de aserrín de madera dura de acuerdo con el Ejemplo 15. Un tubo (No. de Cat. de SKC 226-09) de carbón vegetal de cascara de coco estándar ("CSC" , por sus siglas en inglés) se colocó en la corriente de descarga gaseosa enseguida de un golpeador enano estándar que contenía 10 mL de agua grado HPLC. Los aumentos en los niveles de carbono fijado y el valor de calorífico se compararon con un tupo CSC que no había sido expuesto a los gases de descarga gaseosa (Tabla 15, datos libres de cenizas y humedad).

Tabla 15. Aumento en el Contenido de Carbono Fijado y Valor Calorífico como una Función del Contenido de Oxígeno Durante la Pirólisis.

Los resultados de los Ejemplos 16 y 17 demuestran los beneficios de mantener una atmósfera de oxígeno casi cero sobre el rendimiento de masa y el valor comercial del proceso de pirólisis descrito. Usando los gases de descarga de estos dos experimentos fue posible demostrar que los gases cargados con BTU que salen del proceso pueden ser capturados con el propósito de aumentar el contenido de BTU y/o el contenido de carbono de un sustrato de carbono (carbón mineral, coque, carbón activado, carbono).

Ejemplo 18. Efecto del Nitrógeno Calentado Sobre el Contenido de Carbono Fijado de un Producto de Carbón biogenico activado.

Este Ejemplo demuestra el efecto de introducir gas de nitrógeno calentado a la unidad de procesamiento de biomasa.

Se llevó a cabo la producción de un producto de carbón biogénico activado usando una biomasa que consistía de virutas de pino rojo que tenían dimensiones típicas de 2.54x1.27x0.3cm (1 pulgada por 1/2 pulgada por 1/8 pulgadas), de acuerdo con el Método General del Ejemplo 6 con una reactor a escala piloto de calentamiento de cuatro zonas a 350°C. En la primera corrida, se introdujo nitrógeno a la temperatura ambiente. En una segunda corrida, la cual se llevó a cabo inmediatamente después de la primera corrida con el fin de minimizar las variaciones en otros parámetros, el nitrógeno se precalentó a 300°C antes de su inyección en la zona de pirólisis. En cada caso, la velocidad de flujo del nitrógeno fue de 33.981/min (1.2 pies cúbicos por minuto), y la biomasa se procesó durante 30 minutos.

El contenido de carbono fijado se midió en una base seca, libre de cenizas de acuerdo con ASTM D3172 para cada corrida (Tabla 16).

Tabla 16. Efecto de la Temperatura del Nitrógeno sobre el Contenido de Carbono Fijado de un Producto de Carbón biogénico activado.

Estos resultados de prueba demuestran un aumento de 7.0% [(100)(55.3%)-51.7%)/55.3%] en el contenido de carbono fijado del producto de carbón biogénico activado carbonizado utilizando nitrógeno precalentado.

Ejemplo 19. Mejora en el Rendimiento de Masa Mediante el Pretratamiento de la Biomasa.

Este ejemplo demuestra la producción de un producto de carbón activado que tiene un aditivo, es decir bromuro de hierro(II).

Una solución acuosa de hidrato de bromuro de hierro(II) se creó mezclando 72.6 gramos de hidrato de bromuro de hierro(II) en 1 galón de agua (por ejemplo solución acuosa de bromo al 1.0%). Esta solución se agregó a 5.23 libras (2.37 kg) de virutas de pino rojo secadas por aire (12% de contenido de humedad). Cada viruta tenía aproximadamente 2.54x1.27x0.3cm (1" x 1/2" x 1/8").

El recipiente de virutas y solución se selló con una tapa hermética. Los contenidos se mezclaron periódicamente durante el curso de aproximadamente cuatro horas volteando y girando el recipiente y los contenidos. Las virutas y la solución se mantuvieron selladas durante toda la noche para permitir la saturación de las virutas con la solución.

Después, los contenidos se transfirieron a una tina a prueba de agua y se les permitió secarse durante varias horas, con mezclado periódico hasta que todo el líquido libre había sido absorbido por las virutas o se evaporó. Los contenidos se transfirieron a un secador de aire y se les permitió secarse durante toda la noche.

Se verificó que las virutas secadas por aire, pretratadas tenían un contenido de humedad de 12%. Se determinó que la masa de las virutas, secadas por aire, pretratadas fue de 5.25 lbs (2.38 kg). Los contenidos se transfirieron a un reactor de pirólisis con un gas de nitrógeno precalentado a 300°C con una velocidad de flujo del gas de 0.4 pies cúbicos por minuto. La pirólisis ocurrió a 370°C durante 30 minutos.

El producto terminado se extrajo del reactor a una temperatura menor o igual a aproximadamente 100°C. Tras alcanzar la temperatura ambiente (aproximadamente 23°C), el producto terminado tenía una masa de 2.5 libras (1.14 kg), indicando un rendimiento de masa de 47.6% con base en la masa de la materia prima (por ejemplo, se restó la contribución de masa del aditivo de pretratamiento) a 12% de contenido de humedad. En una base seca (corrigiendo del 12% de humedad y la contribución del aditivo de pretratamiento) , el rendimiento de masa fue de 54.1%. Como se muestra en la Tabla 17 a continuación, esto representa un aumento de 28-39% en el rendimiento de masa sobre las virutas no tratadas procesadas bajo las mismas condiciones.

Tabla 17. El Pretratamiento de la Biomasa con 1.0% de Bromuro de Hierro(II) Acuoso Aumenta el Rendimiento de Masa.

Los datos indican una mejora significativa en el rendimiento de masa para las virutas tratadas con una solución de bromuro de hierro (II) antes del procesamiento irolítico.

Ejemplo 20. Activación Mejorada a traves del lejoramiento de la Materia Prima.

Este ejemplo demuestra los beneficios positivos de recapturar las especies carbonáceas en fase gaseosa sobre un substrato precarbonizado antes de una etapa de activación posterior.

Se utilizó una materia prima precarbonizada (carbonizada a 370°C). En un primer experimento, este material se sometió a pirólisis (activado, tratado térmicamente) sin pasar los gases efluentes de la pirólisis a través de la materia prima. El Número de Yodo máximo alcanzado en esta configuración fue de 909.

En un segundo experimento, este mismo sustrato se utilizó como un material de captura de las sustancias carbonáceas en fase gaseosa. En este modo, el Número de Yodo máximo se registró como 950.

Estos resultados son consistentes con los múltiples experimentos ejecutados a escala piloto usando tanto el sustrato de materia prima precarbonizada, y la materia prima que no había sido precarbonizada.

Todas las publicaciones, patentes, y solicitudes de patente citadas en esta descripción se incorporan en este documento como referencia, en su totalidad, como si cada publicación, patente, o solicitud de patente fuera publicada específicamente e individualmente en este documento.

Cuando los métodos y las etapas descritas anteriormente indican ciertos eventos que ocurren en cierto orden, aquellas personas con experiencia ordinaria en la téenica reconocerán que el ordenamiento de ciertas etapas puede ser modificado y que tales modificaciones están de acuerdo con las variaciones de la descripción. Adicionalmente, ciertas etapas pueden ser llevadas a cabo concurrentemente en un proceso paralelo cuando sea posible o se llevan a cabo secuencialmente.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Una composición de carbón biogénico activado caracterizada porque comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o aproximadamente igual a 1% en peso de nitrógeno; en donde, la composición de carbón activado se caracteriza por un Número de Yodo superior a aproximadamente 500, y opcionalmente en donde, la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

2. Una composición de carbón biogénico activado caracterizada porque comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, 15% en peso o menos hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en donde, la composición de carbón activado se caracteriza por un Número de Yodo superior a aproximadamente 500, y opcionalmente en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno.

3. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque, comprende al menos aproximadamente 75% en peso, al menos aproximadamente 85% en peso, o al menos aproximadamente 95% en peso de carbono en base seca.

4. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque, comprende menos o igual a aproximadamente 0.5% en peso de nitrógeno en base seca.

5. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque comprende menos que o igual a aproximadamente 5% en peso de hidrógeno en base seca.

6. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque comprende además oxígeno.

7. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque comprende entre aproximadamente 1% en peso y aproximadamente 10% en peso de oxígeno en base seca.

8. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque comprende aproximadamente 0.5% en peso o menos fósforo en base seca.

9. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2 caracterizada porque comprende aproximadamente 0.2% en peso o menos azufre, en base seca.

10. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque incluye además un aditivo seleccionado de entre un ácido, una base, una sal, un metal, un óxido de metal, un hidróxido de metal, un haluro de metal, yodo, un compuesto de todo, o una combinación de los mismos.

11. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque el aditivo se selecciona del grupo que consiste de magnesio, manganeso, aluminio, níquel, hierro, cromo, silicio, boro, cerio, molibdeno, fósforo, tungsteno, vanadio, cloruro de hierro, bromuro de hierro, óxido de magnesio, dolomita, cal dolomítica, fluorita, espato flúor, bentonita, óxido de calcio, cal, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, bromuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, silicato de sodio, permanganato de potasio, ácidos orgánicos, yodo, un compuesto de yodo, y combinaciones de los mismos.

12. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque el aditivo es magnético o incluye un componente magnético.

13. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque incluye además hierro.

14. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque el hierro está presente en la composición desde aproximadamente 0.0001% en peso a aproximadamente 1% en peso, desde aproximadamente 0.1% en peso a aproximadamente 0.5% en peso, desde aproximadamente 0.5% en peso a aproximadamente 55 en peso, o desde aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 2% en peso, en base seca.

15. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la composición se caracteriza por un Número de Yodo de al menos aproximadamente 1000, al menos aproximadamente 1500, al menos aproximadamente 2000, o desde aproximadamente 2000 a aproximadamente 2250.

16. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la composición se caracteriza por un área superficial de al menos aproximadamente 1000 m2/g, al menos aproximadamente 1500 m2/g, o al menos aproximadamente 2000 m2/g.

17. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque está en forma pulverizada, forma granular, forma extrudida, o en forma de objetos estructurales.

18. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque tiene un Número de Abrasión desde aproximadamente 20% a aproximadamente 99%.

19. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque incluye un aditivo que es sensible a un campo magnético aplic do externamente.

20. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque el aditivo incluye hierro o un compuesto que contiene hierro.

21. La composición de carbón biogénico activado de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el grafeno es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

22. Una composición de carbón biogénico activado caracterizada porque comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno, y desde aproximadamente 0.0001% en peso a aproximadamente 5% en peso de hierro; en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno, en donde la composición de carbón activado se caracteriza por un Número de Yodo superior a aproximadamente 500, y en donde la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

23. Una composición de carbón biogénico activado caracterizada porque comprende, en base seca, aproximadamente 55% o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, menos que o igual aproximadamente 1% en peso de nitrógeno, y desde aproximadamente 0.1% en peso a aproximadamente 5% en peso de hierro; en donde, la composición de carbón activado se caracteriza por un Número de Yodo superior a aproximadamente 500, y en donde, la composición es sensible a un campo magnético aplicado externamente.

24. Una composición de carbón biogénico activado caracterizada porque comprende, en base seca, aproximadamente 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos de hidrógeno, y menos de o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en donde, la composición de carbón activado se caracteriza por un Número de Yodo superior a aproximadamente 500, y en donde al menos una porción del carbono está presente en forma de grafeno.

25. Un producto que contiene grafeno biogénico, caracterizado por un Número de Yodo superior a 500.

26. Una composición caracterizada porque comprende grafeno, en donde el grafeno se deriva de una composición de carbón biogénico activado que comprende, en base seca, 55% en peso o más de carbono total, aproximadamente 15% en peso o menos hidrógeno, y menos que o igual a aproximadamente 1% en peso de nitrógeno; en donde, al menos una porción del carbono está presente en la forma de grafeno.

27. La composición de conformidad con la reivindicación 26, caracterizada porque incluye en un adhesivo, un sellador, un revestimiento, una pintura, una tinta, un componente de un material compuesto, un catalizador, un soporte de catalizador, un componente para electrodos de baterías, un componente para electrodos de celdas de combustible, un circuito o sistema de memoria basado en grafeno, un material de almacenamiento de energía, un componente de supercapacitor, un disipador para la disipación de electricidad estática, un material para el transporte electrónico o iónico, un componente de un sistema de comunicación de alto ancho de banda, un componente de un detector de infrarrojos, un componente de un decir químico, un componente de un detector biológico, un componente de una pantalla electrónica un componente de una celda voltaica, un aerogel de grafeno.