RU2533542C2 - Измельчение и уплотнение частиц биомассы - Google Patents

Измельчение и уплотнение частиц биомассы Download PDF

Info

Publication number
RU2533542C2
RU2533542C2 RU2011116563/12A RU2011116563A RU2533542C2 RU 2533542 C2 RU2533542 C2 RU 2533542C2 RU 2011116563/12 A RU2011116563/12 A RU 2011116563/12A RU 2011116563 A RU2011116563 A RU 2011116563A RU 2533542 C2 RU2533542 C2 RU 2533542C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biomass
biomass material
solid biomass
firing
solid
Prior art date
Application number
RU2011116563/12A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011116563A (ru
Inventor
Майкл БРЭДИ
Роберт БАРТЕК
Деннис СТЭМАЙРС
Пол О'Коннор
Original Assignee
Кайор Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кайор Инк. filed Critical Кайор Инк.
Publication of RU2011116563A publication Critical patent/RU2011116563A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2533542C2 publication Critical patent/RU2533542C2/ru

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21BFIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/02Pretreatment of the raw materials by chemical or physical means
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21BFIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/02Pretreatment of the raw materials by chemical or physical means
    • D21B1/021Pretreatment of the raw materials by chemical or physical means by chemical means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу получения частиц биомассы, подходящих для использования в системах реакции быстрого пиролиза, таких как реакторы конверсии в потоке, псевдоожиженном слое, с абляцией, вакуумированием и циклонного типа. Способ конверсии материала твердой биомассы в жидкие и газообразные продукты включает воздействие на материал твердой биомассы температурой обжига в диапазоне от 105°C до 200°C в течение времени воздействия в диапазоне от 1 минуты до 12 часов с получением подвергнутого обжигу материала биомассы; подвергание подвергнутого обжигу материала биомассы пиролизу или каталитическому пиролизу с получением жидких и газообразных продуктов. Обеспечивается уменьшение размера частиц материалов твердой биомассы, уменьшение количества используемой энергии. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Description

1. Область техники
Изобретение в общем случае относится к способу получения частиц биомассы, подходящих для использования в системах реакции быстрого пиролиза, таких как реакторы конверсии в потоке, псевдоожиженном слое, с абляцией, вакуумированием и циклонного типа, а говоря более конкретно, к способу мягкой термической предварительной обработки для получения материала биомассы, в большей мере поддающегося воздействию механических способов уменьшения размера частиц.
2. Описание уровня техники
Способы уменьшения размера частиц материалов биомассы предшествующего уровня техники включают способы, такие как дробление, размалывание, резка и тому подобное. Вследствие волокнистой и эластичной природы множества материалов биомассы данные способы требуют использования относительно больших количеств энергии и имеют тенденцию приводить в результате к получению волокноподобных или иглоподобных частиц.
Были предложены способы конверсии материала биомассы в газообразные или жидкие продукты, в частности, топливные продукты. Более перспективные из данных способов включают реакторы конверсии в потоке или реакторы конверсии в псевдоожиженном слое. В общем случае оптимальной формой частиц для реакторов данного типа является сферическая форма.
Таким образом, существует особенная потребность в способах уменьшения размера частиц материалов твердой биомассы, требующих использования меньшего количества энергии в сопоставлении со способами предшествующего уровня техники. Существует дополнительная потребность в таких способах, которые обеспечивают получение частиц биомассы, в большей мере имеющих сферическую форму, чем способы, известные на современном уровне техники.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на решение данных проблем и предлагает способ уменьшения сопротивления материала твердой биомассы механической дезинтеграции, при этом упомянутый способ включает стадию оказания воздействия на материал твердой биомассы температурой обжига в диапазоне от 105°С до 200°С в течение времени воздействия в диапазоне от 1 минуты до 12 часов.
Изобретение дополнительно относится к подвергнутому обжигу материалу биомассы, полученному по способу изобретения, и к частицам биомассы, полученным в результате измельчения подвергнутого обжигу материала биомассы.
Еще один аспект изобретения заключается в способе конверсии частиц биомассы в реакторе конверсии, включающем конверсию в потоке или псевдоожиженном слое частиц биомассы, таком как способ пиролиза, каталитического пиролиза или газификации.
Еще один аспект данного изобретения заключается в способе конверсии подвергнутых обжигу/измельчению частиц биомассы по способу ожижения, в том числе химической, гидротермической, гидропиролитической или ферментативной конверсии.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА
Фиг.1 демонстрирует распределение частиц по размерам для различных образцов опилок, подвергнутых воздействию стандартизованного способа размалывания.
ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее следует описание определенных вариантов осуществления изобретения, приведенное только лишь в порядке примера.
Способ изобретения является в особенности подходящим для материалов биомассы растительного происхождения. Природа создает растения, характеризующиеся высоким уровнем эластичности, для того чтобы растения могли бы без разламывания противостоять воздействию больших усилий, таких как сильные ветра. Лигноцеллюлозные растения, например, образуют волокнистые структуры. Способность растений гнуться под действием ветра, но не ломаться, вошла в поговорку.
Те же самые свойства, которые позволяют растениям противостоять воздействию больших усилий без разламывания, затрудняют уменьшение размера частиц материала биомассы. Способы уменьшения размера частиц твердого материала в общем случае включают приложение к материалу механического усилия. Примеры включают резку, рубку, дробление, размалывание, растирание и тому подобное. В случае превышения приложенным усилием способности материала поглощать приложенные усилия, материал будет раскалываться или ломаться, что в результате приведет к уменьшению размера его частиц. С другой стороны, в случае наличия у материала способности поглощать приложенную к нему механическую энергию энергия будет превращаться в тепло, но какого-либо уменьшения размера частиц не произойдет.
Природа снабдила растения и биомассу на растительной основе способностью поглощать механическую энергию, воздействующую на них. Данная способность затрудняет уменьшение размера частиц материала биомассы. Для уменьшения размера частиц биомассы до менее чем нескольких сантиметров, требуются большие количества энергии.
Вследствие волокнистой природы большинства материалов биомассы небольшие частицы биомассы имеют тенденцию к приобретению волокноподобной или иглоподобной формы. В соответствии с использованием в настоящем термины «волокноподобный» и «иглоподобный» в случае их использования для описания форм частиц будут относиться к частицам, характеризующимся соотношением между длиной и диаметром, равным 3 и более.
В случае способов, включающих поток частиц или псевдоожиженный слой частиц, желательным является получение частиц, имеющих однородную сфероподобную форму. Термин «сфероподобный» в соответствии с использованием в настоящем документе для описания форм частиц относится к частицам, характеризующимся соотношением между длиной и диаметром, меньшим, чем 3. Предпочтительными являются частицы, характеризующиеся отношением между длиной и диаметром, меньшим чем 2, при этом необходимо понимать то, что полностью сферические частицы характеризуются соотношением между длиной и диаметром 1.
Среднее соотношение между длиной и диаметром для дисперсного продукта может быть определено по любой методике, известной на современном уровне техники. Например, микрофотография представительного образца частиц может быть проанализирована при использовании сканирующей камеры и надлежащего компьютерного алгоритма.
В одном аспекте настоящее изобретение представляет собой способ уменьшения сопротивления материала твердой биомассы механической дезинтеграции, при этом упомянутый способ включает стадию оказания воздействия на материал твердой биомассы температурой обжига в диапазоне от 105°С до 200°С в течение времени воздействия в диапазоне от 1 минуты до 12 часов.
Для данного способа тепловой обработки заявители вводят в употребление термин «обжиг», который заявители определяют как тепловую обработку материала твердой биомассы, в частности материала лигноцеллюлозной биомассы, при температуре в диапазоне от 105°С до 200°С. Данная тепловая обработка может быть проведена в присутствии кислородсодержащего газа, такого как воздух, или в атмосфере, обедненной кислородом или свободной от кислорода, такой как водяной пар.
Общепринятой является подготовка деревянных бочек для хранения и выдерживания вина в результате зажигания костра из древесной стружки в новой бочке. Назначением этого является «укрощение» танинов, присутствующих в древесине, для того, чтобы вино, хранящееся в бочке, все еще было бы способным принимать танины из древесины, однако без переполнения ими. Данный способ также называется «обжигом», но неизвестно, чтобы он в результате приводил бы к какому-либо ощутимому уменьшению механической прочности древесины бочки.
В отличие от этого, как было установлено, способ настоящего изобретения в результате приводит к значительному уменьшению механической прочности материала биомассы. Как представляется, это обусловливается тем, что на материал биомассы оказывают воздействие температурой обжига в течение достаточно продолжительного периода времени для достижения всей частицей биомассы температуры, равной, по меньшей мере, 80°С. Требуемое время воздействия зависит от размера частицы подвергаемой обжигу биомассы.
Способ изобретения является в особенности подходящим для материалов лигноцеллюлозной биомассы. Подходящие примеры включают древесину, солому, траву, багассу, кукурузную солому и тому подобное. Предпочтительными являются древесина и солома вследствие их доступности в изобильных количествах. Однако, необходимо понимать то, что доступность и изобилие конкретных материалов лигноцеллюлозной биомассы подвержены изменениям в зависимости от географического местоположения. Например, в зонах выращивания сахарного тростника багасса, вероятно, является доступной в более изобильных количествах, чем древесина или солома.
Как было установлено, для получения желательного уменьшения механической прочности материала биомассы в общем случае достаточными являются температуры в диапазоне от 105°С до 140°С. Желательно избегать конверсии материала биомассы. Также желательно уменьшить в способе потребности в энергии. По этим причинам в общем случае предпочтительным является проведение операций в нижней части температурного диапазона. То есть, в общем случае температуры в диапазоне от 105°С до 140°С являются предпочтительными в сопоставлении с температурами в диапазоне от 140°С до 200°С.
Перед оказанием воздействия на материал биомассы по способу обжига желательно уменьшить размер частиц материала биомассы до диапазона от нескольких мм до нескольких см. Такое первичное уменьшение размера частиц не приводит к потреблению чрезмерных количеств энергии и облегчает манипуляции с материалом. Для размеров частиц в данном диапазоне время воздействия в желательном случае находится в диапазоне от 15 минут до 2 часов.
В дополнение к этому, материал биомассы до или во время реализации способа обжига может быть введен в контакт с органическим соединением. К тому же, кроме того, органическое соединение может иметь форму раствора, в том числе водной фазы, произведенной по способу пиролиза.
Вследствие желательности недопущения конверсии материала биомассы во время реализации способа обжига предпочтительным может оказаться проведение стадии обжига в атмосфере, которая по существу свободна от кислорода.
Однако, как было установлено, во многих случаях присутствие кислорода во время проведения стадии обжига не оказывает какого-либо ощутимого воздействия на состав биомассы. Как представляется, это отчасти обусловливается относительно низкой температурой, при которой проводят стадию обжига. Кроме того, как представляется, это обусловливается присутствием влаги практически в любом исходном сырье на основе биомассы. В условиях проведения стадии обжига влага будет улетучиваться из частиц биомассы и может формировать паровую подушку вокруг материала биомассы, тем самым защищая его от атмосферного кислорода. Необходимо понимать то, что в случае реализации способа на воздухе издержки в способе будут меньшими в сопоставлении с тем, что имеет место для реализации способа в атмосфере, которая по существу свободна от кислорода.
Способ изобретения является в особенности подходящим для получения материала биомассы для способа конверсии в реакторе конверсии в потоке, движущемся слое, кипящем слое или псевдоожиженном слое или циклонном реакторе и так далее.
Фиг.1 иллюстрирует воздействие обжига на отклик частиц опилок на проведение стадии стандартизованного размалывания следующим образом.
Восемь килограммов высушенных частиц древесины канадской веймутовой сосны и 30 кг воды подвергали интенсивным растиранию и перемешиванию в бракомолке Ross Kneader (Model AMK Kneader Extruder Type VIU). Бракомолку снабжали обогревающей рубашкой, которую выдерживали при 115°C. Температура древесной смеси в бракомолке находилась в диапазоне от 95 до 105°С. Крышку держали закрытой для сведения выпаривания к минимуму. Перемешивание проводили в течение одного часа.
По окончании проведения стадии одночасового растирания крышку открывали для обеспечения быстрого выпаривания влаги. Температуру рубашки выдерживали при 115°С. Древесину в данных условиях высушивали до уровня влагосодержания, меньшего, чем 10% (мас.). Данную стадию называют стадией «обжига».
Эксперименты повторяли при использовании вместо воды, соответственно: 5%, в расчете на массу древесины, NaOH, растворенного в 30 кг воды; 20%, в расчете на массу древесины, K2CO3, растворенного в 30 кг воды; 5%, в расчете на массу древесины, NaOH и 10%, в расчете на массу древесины, CaO, растворенного и, соответственно, суспендированного в 30 кг воды; и 10%, в расчете на массу древесины, K2CO3 и 10%, в расчете на массу древесины, оксида Mg-Al, растворенных и суспендированных в воде.
В каждом эксперименте 3 г образца размалывали в домашней кофемолке в течение 40 секунд. Размолотый материал просеивали на ситах на 150 мкм; 500 мкм; и 1000 мкм для получения распределений частиц по размерам. Результаты представлены в таблице 1 и на фиг.1.
ТАБЛИЦА 1
Предварительная обработка % добавки < 150 мкм 150-500 мкм 500-1000 мкм > 1000 мкм
Отсутствует Отсутствует 0,0% 22,0% 41,5% 36,6%
Растирание/обжиг Отсутствует 0,0% 36,1% 47,5% 16,4%
Растирание/обжиг 5% NaOH 0,0% 50,8% 41,5% 7,7%
Растирание/обжиг 20% K2CO3 3,6% 72,3% 21,1% 3,0%
Растирание/обжиг 10% CaO + 5% NaOH 15,5% 63,8% 17,5% 3,2%
Растирание/обжиг 10% K2CO3
10% смешанного оксида Mg-Al
7,9% 34,4% 42,0% 15,7%
Не подвергнутые обработке опилки являются эластичными и противодействуют уменьшению размера частиц. Предварительная обработка в виде растирания/обжига в результате приводит к получению древесного материала, который является хрупким и может быть измельчен в порошок в результате его перетирания между пальцами.
Воздействие предварительной обработки иллюстрируют эксперименты по размалыванию. Все образцы имели равную массу (3 г), и их размалывали в одной и той же мельнице в течение одной и той же продолжительности времени. Благодаря проведению предварительной обработки уменьшение размера частиц, возникающее в результате стандартизованного размалывания, значительно интенсифицировалось.
Данный эффект дополнительно усиливался неорганическими добавками, которые присутствовали во время проведения предварительной обработки в виде растирания/обжига.
Как описывалось в документе WO2007/128800, материал биомассы выгодно однородно перемешать с дисперсным неорганическим материалом. Это лучше всего осуществлять перед проведением стадии обжига, когда материал биомассы является все еще мягким и эластичным. Предпочтительным дисперсным неорганическим материалом является каталитический материал. В особенности предпочтительными являются карбонаты, гидроксиды и оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, в частности NaOH, KOH, Na2CO3 и К2СО3, MgO, MgCO3, Mg(OH)2, CaCO3, Ca(OH)2, CaO, Al(OH)3, Al2(SO4)3, соли фосфорной кислоты или минеральные кислоты.
Еще один класс предпочтительных каталитических материалов представляет собой смешанные оксиды металлов, слоистые катионные материалы, природные глины, такие как бентонит или доломит, и гидроталькитоподобные материалы. В высшей степени предпочтительными являются комбинации из карбоната щелочного металла и гидроталькитоподобного материала (в том числе гидроталькита как такового).
Еще один другой класс подходящих каталитических материалов представляет собой кристаллические алюмосиликаты, такие как цеолиты.
Выгодно создавать однородную смесь из материала биомассы и материала дисперсного неорганического катализатора. Это лучше всего осуществлять перед реализацией способа обжига, когда материал твердой биомассы является все еще относительно мягким. Подходящие способы создания таких однородных смесей включают механический способ, такой как дробление, размалывание, растирание, экструдирование и тому подобное.
В одном альтернативном варианте осуществления перед оказанием воздействия на материал биомассы температурой обжига материал биомассы импрегнируют раствором неорганического материала в подходящем растворителе. Примерами предпочтительных растворителей являются вода и водные жидкости. Примеры предпочтительных неорганических материалов включают карбонаты и гидроксиды щелочных металлов и щелочноземельных металлов, в частности гидроксиды и карбонаты натрия и калия.
В еще одном другом варианте осуществления перед оказанием воздействия на твердую биомассу температурой обжига твердую биомассу импрегнируют раствором растворимого неорганического материала и однородно перемешивают с нерастворимым дисперсным неорганическим материалом. Стадии импрегнирования твердой биомассы раствором неорганического материала и однородного перемешивания твердой биомассы с дисперсным неорганическим материалом могут быть объединены или могут быть проведены последовательно. Предпочтительные растворимые неорганические материалы представляют собой гидроксиды и карбонаты натрия и калия. Предпочтительными нерастворимыми дисперсными неорганическими материалами являются слоистые анионные материалы, в частности гидроталькит и гидроталькитоподобные материалы.
Еще один аспект настоящего изобретения представляет собой материал, полученный по способу обжига. Материал является более хрупким, чем исходный материал твердой биомассы. Его основной характеристикой является возможность механического уменьшения размера его частиц, что требует намного меньшего подвода энергии в сопоставлении с тем, что имеет место для материала твердой биомассы, из которого его производят.
Еще один другой аспект настоящего изобретения представляет собой материал твердой биомассы, который подвергли воздействию способа обжига с последующим проведением стадии уменьшения размера частиц. В желательном варианте данный материал характеризуется средним размером частиц в диапазоне от 10 микрометров до 5 миллиметров. Материал необязательно включает один или несколько материалов неорганических катализаторов.
Еще один другой аспект настоящего изобретения включает ожижение подвергнутого обжигу материала биомассы по способу, включающему химическую, гидротермическую, гидропиролитическую или ферментативную конверсию.
Еще один другой аспект настоящего изобретения включает конверсию подвергнутого обжигу материала биомассы в жидкие и газообразные продуты по способу пиролиза или каталитического пиролиза.
Еще один другой аспект настоящего изобретения включает конверсию подвергнутого обжигу материала биомассы в газообразные продукты по способу газификации.
Вышеупомянутый материал может быть подвергнут воздействию способа конверсии для получения жидких и/или газообразных продуктов. Примеры таких способов включают пиролиз, каталитический крекинг биомассы, гидротермическое облагораживание и газификацию.
В зависимости от своего происхождения исходное сырье твердой биомассы может содержать от 1% до более чем 20%, минералов, в общем случае называемых «золой». В общем случае высокие уровни содержания золы нежелательны, поскольку во время реализации способа конверсии они приводят к прохождению неконтролируемых каталитических реакций. В результате жидкий продукт, полученный по реакции конверсии, может быть плохого качества, что выражается в темной окраске и высоком кислотном числе жидкого продукта. По этой причине перед оказанием воздействия на твердую биомассу по способу конверсии желательным может оказаться удаление золы из твердой биомассы.
Удаление золы может быть проведено до или после реализации способа обжига. В общем случае стадию удаления золы желательно проводить перед добавлением каталитического материала, для того чтобы во время проведения стадии удаления золы не удалить какой-либо каталитический материал. В общем случае удаление золы может быть проведено до или после реализации способа обжига.
Удаление золы может включать пропитывание биомассы водой или водным растворителем. Одним примером водного растворителя является водный раствор гидроксида аммония. Предпочтительными являются растворы гидроксида аммония, характеризующиеся значением рН в диапазоне от 8 до 10. После этого воду или водный растворитель, содержащие растворенную золу, из биомассы удаляют, например, в фильтр-прессе или бракомолке. Удаление золы может быть дополнительно улучшено в результате повторения стадий пропитывания и прессования.
В одном альтернативном варианте осуществления биомассу вводят в контакт с СО2 в критических или почти критических условиях. СО2 в больших количествах получают во время реализации способа конверсии биомассы, и поэтому он имеется в большом количестве по месту переработки биомассы. Использованию (почти) критического СО2 свойственно дополнительное преимущество, заключающееся во вскрытии структуры биомассы при быстром расширении растворителя. Тот же самый результат может быть получен в результате мгновенного высушивания влажной биомассы, что более подробно описывается ниже.
В одном альтернативном варианте осуществления перед обжигом материала твердой биомассы материал твердой биомассы подготавливают в результате: (i) получения частиц биомассы, характеризующихся уровнем влагосодержания, равным по меньшей мере 20% (мас.), более предпочтительно по меньшей мере 30% (мас.); и (ii) оказания воздействия на частицы биомассы мгновенным нагреванием.
Стадия (i) может дополнительно включать введение частиц биомассы в контакт с добавкой, способствующей набуханию, выбираемой из группы, состоящей из растворимых в воде оснований, растворимых в воде кислот, растворимых в воде солей и их смесей. Добавка, способствующая набуханию, может включать, по меньшей мере, один катион, выбираемый из группы, состоящей из К; NH4; Na; Ba; Mn; Mg; Ca; Li; и Zn; или, по меньшей мере, один анион, выбираемый из группы, состоящей из ClO3; SO4; SO3; NO3; Cl; Br; ClO4; I; CNS; HSO4; OH; HCO3; HSO3; (OH)CO3. Добавка, способствующая набуханию, также может включать, по меньшей мере, одно соединение, выбираемое из группы, состоящей из соли: 1) щелочного металла, щелочноземельного металла, переходного металла или редкоземельного металла; и 2) алюминийсодержащего аниона; и их комбинаций.
Мгновенное нагревание может включать увеличение температуры от 80°С и менее до 120°С и более в течение менее чем 30 секунд, предпочтительно менее чем 10 секунд. За мгновенным нагреванием также может следовать падение давления, которое его также может и сопровождать.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления подвергнутый обжигу материал биомассы может быть введен в контакт с водной жидкостью, достаточной для увеличения уровня влагосодержания по меньшей мере до 20% (мас.), и получения влажных подвергнутых обжигу частиц биомассы; c последующим (ii) оказанием воздействия на влажные подвергнутые обжигу частицы биомассы мгновенным нагреванием.
Стадия (i) может дополнительно включать введение частиц биомассы в контакт с добавкой, способствующей набуханию, выбираемой из группы, состоящей из растворимых в воде оснований, растворимых в воде кислот, растворимых в воде солей и их смесей. Добавка, способствующая набуханию, может включать по меньшей мере один катион, выбираемый из группы, состоящей из К; NH4; Na; Ba; Mn; Mg; Ca; Li; и Zn; или, по меньшей мере, один анион, выбираемый из группы, состоящей из ClO3; SO4; SO3; NO3; Cl; Br; ClO4; I; CNS; HSO4; OH; HCO3; HSO3; (OH)CO3. Добавка, способствующая набуханию, также может включать, по меньшей мере, одно соединение, выбираемое из группы, состоящей из соли: 1) щелочного металла, щелочноземельного металла, переходного металла или редкоземельного металла; и 2) алюминийсодержащего аниона; и их комбинаций.
Мгновенное нагревание может включать увеличение температуры от 80°С и менее до 120°С и более в течение менее чем 30 секунд, предпочтительно менее чем 10 секунд. За мгновенным нагреванием также может следовать падение давления, которое его также может и сопровождать.
В одном альтернативном варианте осуществления до или после обжига материала твердой биомассы материал твердой биомассы может быть подвергнут взрывному воздействию перемежающегося давления в результате: (i) воздействия при высоком давлении на упомянутый материал твердой биомассы соединением, выбираемым из группы, состоящей из водяного пара, аммиака и СО2; и (ii) обеспечения уменьшения давления до низкого давления. Давление и температура газа на стадии (i) могут быть такими, чтобы, по меньшей мере, часть газа бы ожижалась. Низкое давление на стадии (ii) является меньшим, чем высокое давление на стадии (i), и может быть достаточно низким, таким, чтобы по существу все данное соединение присутствовало бы в форме газа.
Такие способы более подробно описываются в патенте США № 5693296, выданном авторам Holtzapple, et al. 2 декабря 1997 года; в патенте США № 5865898, выданном авторам Holtzapple, et al. 2 февраля 1999 года; и в статье с выходными данными «Effects of Temperature and Moisture on Dilute-Acid Steam Explosion Pretreatment of Corn Stover and Cellulase Enzyme Digestibility», Tucker, Kim, Newman and Nguyen, Applied Biochemistry and Biotechnology, vol. 105, No 1-3, Spring 2003.
Удаление золы улучшится в случае пропитывания материала твердой биомассы водой перед проведением стадии прессования. В одном альтернативном варианте осуществления удаление золы проводят после реализации способа обжига. Вследствие удаления воды из материала биомассы во время проведения стадии обжига в общем случае стадии прессования должна предшествовать стадия пропитывания. Для стадии пропитывания выгодно использовать горячую воду или влажный водяной пар. В данном варианте осуществления перед реализацией способа удаления золы подвергнутый обжигу материал биомассы предпочитается подвергнуть воздействию стадии уменьшения размера частиц. Уменьшенный размер частиц значительно улучшает доступность биомассы, что, тем самым, делает стадию удаления золы более эффективной. В случае желательности присутствия катализатора при последующем способе конверсии после проведения стадии удаления золы твердая биомасса может быть перемешана с одним или несколькими каталитическими материалами в результате импрегнирования и/или механического перемешивания.
Способ, описывающийся в настоящем документе, обеспечивает контроль исходного сырья на основе твердой биомассы в том, что касается размера частиц и уровня содержания золы в них, делая материал, полученный по данному способу, в особенности подходящим для использования в испытаниях по конверсии биомассы. Поэтому изобретение дополнительно включает использование подвергнутого обжигу материала биомассы в испытательном реакторе. Испытательный реактор может быть реактором лабораторного масштаба или опытно-промышленного масштаба и может быть реактором периодического или непрерывного действия.

Claims (16)

1. Способ конверсии материала твердой биомассы в жидкие и газообразные продукты, включающий:
(a) воздействие на материал твердой биомассы температурой обжига в диапазоне от 105°C до 200°C в течение времени воздействия в диапазоне от 1 минуты до 12 часов с получением подвергнутого обжигу материала биомассы,
(b) подвергание подвергнутого обжигу материала биомассы пиролизу или каталитическому пиролизу с получением жидких и газообразных продуктов.
2. Способ по п.1, в котором материалом твердой биомассы является материал лигноцеллюлозной биомассы.
3. Способ по п.1, в котором температура обжига находится в диапазоне от 105 до 140°C, где время воздействия находится в диапазоне от 15 минут до 2 часов.
4. Способ по п.1, в котором материал биомассы контактировал с органическим соединением до или во время реализации способа обжига.
5. Способ по п.4, в котором органическое соединение имеет форму раствора, включая водную фазу, произведенную из способа пиролиза.
6. Способ по п.1, включающий дополнительную стадию однородного перемешивания материала твердой биомассы с дисперсным неорганическим материалом, где дополнительную стадию осуществляют перед воздействием на материал твердой биомассы температурой обжига.
7. Способ по п.6, в котором неорганический материал выбирают из группы, состоящей из карбонатов щелочных металлов, гидроксидов щелочных металлов, карбонатов щелочноземельных металлов и гидроксидов щелочноземельных металлов.
8. Способ по п.7, в котором неорганический материал выбирают из группы, состоящей из гидроксидов натрия, карбонатов натрия, карбонатов калия и гидроксидов калия.
9. Способ по п.6, в котором неорганический материал содержит оксид кальция.
10. Способ по п.6, в котором неорганический материал содержит гидроксид натрия и оксид кальция.
11. Способ по п.6, в котором дисперсный неорганический материал представляет собой катализатор.
12. Способ по п.1, в котором перед обжигом указанный материал твердой биомассы получают: (i) контактированием материала твердой биомассы с водной жидкостью, тем самым получая частицы биомассы, характеризующиеся уровнем влагосодержания, равным по меньшей мере 20% (мас.); и (ii) воздействием на частицы биомассы мгновенным нагреванием.
13. Способ по п.12, в котором за мгновенным нагреванием следует или его сопровождает падение давления.
14. Способ по п.1, включающий дополнительную стадию удаления золы из материала твердой биомассы.
15. Способ по п.1, где обжиг биомассы проводят в реакторах, относящихся к типам с псевдоожиженным слоем, неподвижным слоем, движущимся слоем или кипящим слоем.
16. Модифицированный материал биомассы, полученный способом по любому из пп.1-9 и 11-16.
RU2011116563/12A 2008-11-28 2009-11-30 Измельчение и уплотнение частиц биомассы RU2533542C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11848308P 2008-11-28 2008-11-28
US61/118,483 2008-11-28
PCT/US2009/066123 WO2010063029A1 (en) 2008-11-28 2009-11-30 Comminution and densification of biomass particles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011116563A RU2011116563A (ru) 2013-01-10
RU2533542C2 true RU2533542C2 (ru) 2014-11-20

Family

ID=42226044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011116563/12A RU2533542C2 (ru) 2008-11-28 2009-11-30 Измельчение и уплотнение частиц биомассы

Country Status (10)

Country Link
US (1) US8465627B2 (ru)
EP (1) EP2352877B1 (ru)
CN (1) CN102227531B (ru)
AU (1) AU2009319719B2 (ru)
BR (1) BRPI0921332A2 (ru)
CA (1) CA2737784A1 (ru)
DK (1) DK2352877T3 (ru)
MX (1) MX2011003483A (ru)
RU (1) RU2533542C2 (ru)
WO (1) WO2010063029A1 (ru)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1852493A1 (en) * 2006-05-05 2007-11-07 BIOeCON International Holding N.V. Hydrothermal treatment of carbon-based energy carrier material
US9499635B2 (en) 2006-10-13 2016-11-22 Sweetwater Energy, Inc. Integrated wood processing and sugar production
WO2010002792A2 (en) 2008-06-30 2010-01-07 Kior, Inc. Co-processing solid biomass in a conventional petroleum refining process unit
US8529765B2 (en) * 2008-12-09 2013-09-10 Sweetwater Energy, Inc. Ensiling biomass for biofuels production and multiple phase apparatus for hydrolyzation of ensiled biomass
EP2236664B1 (en) 2009-03-30 2015-12-16 Omya International AG Process for the production of nano-fibrillar cellulose suspensions
ES2524090T3 (es) 2009-03-30 2014-12-03 Omya Development Ag Proceso para la producción de geles de celulosa nanofibrilar
GB0908401D0 (en) 2009-05-15 2009-06-24 Imerys Minerals Ltd Paper filler composition
US8063258B2 (en) 2009-05-22 2011-11-22 Kior Inc. Catalytic hydropyrolysis of organophillic biomass
CA2759954A1 (en) 2009-05-22 2010-11-25 Robert Bartek Processing biomass with a hydrogen source
SI2386683T1 (sl) 2010-04-27 2014-07-31 Omya International Ag Postopek za proizvodnjo kompozitnih materialov na osnovi gela
EP2386682B1 (en) 2010-04-27 2014-03-19 Omya International AG Process for the manufacture of structured materials using nano-fibrillar cellulose gels
GB201019288D0 (en) 2010-11-15 2010-12-29 Imerys Minerals Ltd Compositions
US8236173B2 (en) * 2011-03-10 2012-08-07 Kior, Inc. Biomass pretreatment for fast pyrolysis to liquids
EP2699648A1 (en) * 2011-04-21 2014-02-26 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for preparing a suspension of solid biomass particles in a hydrocarbon-containing liquid and converting the suspension
CN103620001B (zh) 2011-05-18 2015-06-03 拜奥恩德夫有限责任公司 监测和控制烘焙温度的方法
EP2710097B1 (en) 2011-05-18 2019-12-11 Bioendev AB Countercurrent oxygen enhanced torrefaction
CN102423695B (zh) * 2011-09-01 2014-04-30 广东上九生物降解塑料有限公司 一种可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂及其制造方法
WO2013034811A1 (en) * 2011-09-07 2013-03-14 Upm-Kymmene Corporation A method for manufacturing a material component, a material component and its use and a paper product
US8198493B1 (en) 2012-01-11 2012-06-12 Earth Care Products, Inc. High energy efficiency biomass conversion process
US8765430B2 (en) 2012-02-10 2014-07-01 Sweetwater Energy, Inc. Enhancing fermentation of starch- and sugar-based feedstocks
US8563277B1 (en) 2012-04-13 2013-10-22 Sweetwater Energy, Inc. Methods and systems for saccharification of biomass
CA2906917A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Sweetwater Energy, Inc. Carbon purification of concentrated sugar streams derived from pretreated biomass
CN103611497B (zh) * 2013-12-10 2016-08-24 四川农业大学 一种制备高氮、磷吸附性能生物炭的方法
RU2556860C1 (ru) * 2014-01-31 2015-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Способ получения жидких углеводородных смесей путем гидроконверсии лигноцеллюлозной биомассы
MX2017007631A (es) 2014-12-09 2018-02-09 Sweetwater Energy Inc Pretratamiento rapido.
KR102516994B1 (ko) * 2014-12-31 2023-03-31 선코크 테크놀러지 앤드 디벨로프먼트 엘엘씨 코킹 재료의 다중 모달 베드
RU2719983C2 (ru) 2015-10-14 2020-04-23 Файберлин Текнолоджиз Лимитед 3d-формуемый листовой материал
US11846072B2 (en) 2016-04-05 2023-12-19 Fiberlean Technologies Limited Process of making paper and paperboard products
EP3440259B1 (en) 2016-04-05 2021-02-24 FiberLean Technologies Limited Paper and paperboard products
PL3445900T3 (pl) 2016-04-22 2022-07-11 Fiberlean Technologies Limited Włókna obejmujące mikrofibrylarną celulozę oraz sposoby wytwarzania włókien i włókniny z tych materiałów
US11821047B2 (en) 2017-02-16 2023-11-21 Apalta Patent OÜ High pressure zone formation for pretreatment
WO2021133733A1 (en) 2019-12-22 2021-07-01 Sweetwater Energy, Inc. Methods of making specialized lignin and lignin products from biomass

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2177557A (en) * 1937-02-24 1939-10-24 Method of treating wood or lignine
US4201551A (en) * 1979-03-09 1980-05-06 Combustion Equipment Associates, Inc. Embrittlement additive for treating organic materials
US4797135A (en) * 1986-02-14 1989-01-10 Josef Kubat Method of facilitating comminution of wood and other types of vegetable biomass for use as fuel
US5269947A (en) * 1992-09-17 1993-12-14 Baskis Paul T Thermal depolymerizing reforming process and apparatus
US5693296A (en) * 1992-08-06 1997-12-02 The Texas A&M University System Calcium hydroxide pretreatment of biomass

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1831105A (en) * 1931-11-10 Taljafebro james faffiley
US102665A (en) * 1870-05-03 Richard a
US353998A (en) * 1886-12-07 Thomas w
US1538505A (en) * 1919-08-16 1925-05-19 Frederick C Atkinson Charcoal and method of preparing the same
US1728807A (en) * 1923-06-25 1929-09-17 Schwalbe Carl Gustav Method of carbonizing a cellulose-containing substance such as wood, peat, and the like
US1845917A (en) * 1929-09-12 1932-02-16 Arthur W Grubb Method of destructive distillation of wood waste
US5171592A (en) * 1990-03-02 1992-12-15 Afex Corporation Biomass refining process
US5865898A (en) * 1992-08-06 1999-02-02 The Texas A&M University System Methods of biomass pretreatment
FI104561B (fi) * 1998-02-27 2000-02-29 Fortum Oil And Gas Oy Fortum O Menetelmä hiilipitoisten lähtöaineiden pyrolysoimiseksi
US6555350B2 (en) * 2000-02-17 2003-04-29 Forskningscenter Riso Method for processing lignocellulosic material
JP3954544B2 (ja) * 2002-12-18 2007-08-08 株式会社神戸製鋼所 植物由来バイオマスの乾燥方法およびバイオマス燃料の製造方法
EP1719811A1 (en) * 2005-05-04 2006-11-08 Albemarle Netherlands B.V. Process for producing liquid hydrocarbons from biomass
CN1847520A (zh) * 2005-11-01 2006-10-18 张承绍 一种利用过氧化氢遇过量碱性物质剧烈分解制取纸浆方法
EP1852493A1 (en) 2006-05-05 2007-11-07 BIOeCON International Holding N.V. Hydrothermal treatment of carbon-based energy carrier material
CN1884454A (zh) * 2006-06-02 2006-12-27 张仁龙 生物质颗粒燃料
CN101511971A (zh) * 2006-07-17 2009-08-19 BIOeCON国际控股有限公司 细颗粒状生物质的催化热解以及降低固体生物质颗粒粒度的方法
GR20070100416A (el) * 2007-06-29 2009-01-20 Μεθοδολογια απομακρυνσης ανοργανων συστατικων (καλιου, νατριου, χλωριου και θειου) απο βιομαζα αγροτικης, δασικης και αστικης προελευσης

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2177557A (en) * 1937-02-24 1939-10-24 Method of treating wood or lignine
US4201551A (en) * 1979-03-09 1980-05-06 Combustion Equipment Associates, Inc. Embrittlement additive for treating organic materials
US4797135A (en) * 1986-02-14 1989-01-10 Josef Kubat Method of facilitating comminution of wood and other types of vegetable biomass for use as fuel
US5693296A (en) * 1992-08-06 1997-12-02 The Texas A&M University System Calcium hydroxide pretreatment of biomass
US5269947A (en) * 1992-09-17 1993-12-14 Baskis Paul T Thermal depolymerizing reforming process and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011116563A (ru) 2013-01-10
CN102227531A (zh) 2011-10-26
MX2011003483A (es) 2011-04-21
AU2009319719A1 (en) 2010-06-03
US20110114765A1 (en) 2011-05-19
EP2352877B1 (en) 2014-04-30
CA2737784A1 (en) 2010-06-03
EP2352877A1 (en) 2011-08-10
CN102227531B (zh) 2014-11-12
AU2009319719B2 (en) 2013-10-03
US8465627B2 (en) 2013-06-18
EP2352877A4 (en) 2012-05-02
DK2352877T3 (da) 2014-05-19
BRPI0921332A2 (pt) 2015-12-29
WO2010063029A1 (en) 2010-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2533542C2 (ru) Измельчение и уплотнение частиц биомассы
KR101525648B1 (ko) 펠릿 또는 브리켓의 생산 방법
EP2683797B1 (en) Biomass pretreatment for fast pyrolysis to liquids
Fang et al. Cationic surfactant-assisted microwave-NaOH pretreatment for enhancing enzymatic hydrolysis and fermentable sugar yield from peanut shells
US10730958B2 (en) Pretreatment of densified biomass using liquid ammonia and systems and products related thereto
WO2017025511A1 (en) Mixed composition biomass pellets
US20210071099A1 (en) Torrefied biomass briquettes and related methods
Tooyserkani Hydrothermal pretreatment of softwood biomass and bark for pelletization
EP3233876B1 (en) Process for the preparation of a saccharide-containing solution from a torrefied cellulosic biomass
EP3696253B1 (en) Process for improving structural integrity of hardwood black pellets
Rivadeneira et al. Optimization of acid and steam explosion pretreatment of cogon grass for improved cellulose enzymatic saccharification
Ismail et al. Physico-chemical Treatment of Oil Palm Biomass into Applicable Feedstock
Igbojionu et al. Two-stage alkaline and acid pretreatment applied to sugarcane bagasse to enrich the cellulosic fraction and improve enzymatic digestibility
Dedy Efficient Pretreatment Technology and Ash Handling for Co-firing Pulverized Coal with Biomass
KR20220016853A (ko) 검은 과립들의 pci를 개선시키기 위한 증기 분해 제어
Gu Optimizing Chemical-free Pretreatments for the Bioconversion of Lignocellulosic Biomass from Douglas-Fir (Pseudotsuga Menziesii Var. Menziesii) Forest Wood Residuals