TWI577956B - 生物乾燥系統及方法 - Google Patents

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TWI577956B TW100136604A TW100136604A TWI577956B TW I577956 B TWI577956 B TW I577956B TW 100136604 A TW100136604 A TW 100136604A TW 100136604 A TW100136604 A TW 100136604A TW I577956 B TWI577956 B TW I577956B
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Description

生物乾燥系統及方法
本發明大致係關於生物乾燥系統及方法，其特定包含纖維素生物乾燥系統及方法。
本申請案主張於2010年10月8日申請之美國臨時申請案第61/391,442號及於2011年8月25日申請之美國專利申請案第13/218,230號之申請日期之益處，出於所有目的，該等案之全部內容以引用的方式併入本文中。
生物粒子之乾燥為眾所周知且為在一低氧環境中加熱生物粒子之一過程。此在待煮沸之粒子及待降級之粒子之細胞結構內引起揮發性化合物，其導致大量損失及易碎性之增加。其亦在剩餘細胞結構內引起增強產品之抗水性之一反應。乾燥粒子在根據每單位重量之熱能量測時具有一增強的能量值。生物粒子之乾燥程度取決於若干因數，包含所施加之熱位準、施加熱之時間長度及周圍氣體狀態(特別相對於氧位準)。
當前系統試圖機械地控制熱、滯留時間及氧位準之可變性以達成一致的乾燥粒子。在低位準氧狀態下意欲乾燥生物粒子之典型機構使用機械構件(諸如，旋轉托盤或螺旋)來輸送該等粒子且將熱施加至用於傳導待乾燥之粒子之輸送表面。此等機構遭受各種缺點，包含難於或不可能顯著增加容量。隨著經乾燥之生物之需求之增加，當前機構之有限容量已變成阻礙使用此生物之一問題。因此，申請者相信，需要能夠持續且有效率地生產經乾燥之生物粒子之改良方法及系統。此等方法及系統應基於容許緊密處理控制同時達成大容量之原理及概念，以滿足發展需求。
本文所描述之實施例提供以一有效及一致方式特別適於乾燥各種尺寸之生物粒子(特別包含細胞生物粒子)之生物乾燥系統及方法。該等系統及方法可輕易調整規模大小以滿足各種各樣的工業需要且關於監測且調整操作參數以最優化或修改所得乾燥之生物粒子之特性而提供增強的處理控制。
根據一實施例，一生物乾燥系統可概述為包含：接收生物粒子之一進口；經組態以圍繞其縱向軸旋轉之一反應滾筒，該反應滾筒具有沿著該反應滾筒之長度定位於其中複數個位置處的複數個升板；位於該反應滾筒之上游之一熱源，其將包含於該系統中的氣體加熱至足以在操作期間乾燥該等生物粒子之一溫度；一風扇裝置，其耦合至該系統以在該系統在操作時產生穿過該反應滾筒的一加熱氣流，該加熱氣流足以在該等生物粒子隨著該反應滾筒旋轉而被該等升板揚升且淋浴穿過該加熱氣流時沿著該反應滾筒之長度間歇傳輸該等生物粒子；及氣體導管，其耦合至至少該反應滾筒、熱源及風扇裝置以再循環離開該反應滾筒之氣體之一部分使其回至該熱源以重新加熱重新引入至該反應滾筒中的氣體。
當該氣流透過該反應滾筒間歇傳輸該等生物粒子時，該加熱氣流直接加熱該等生物粒子。該等揚升之升板可經組態以調節該等生物粒子移動穿過該反應滾筒，藉此影響該反應滾筒內的生物粒子之留持時間。該等揚升之升板可包含以規則或不規則間距及以沿著該反應滾筒之縱向長度之至少三個位置而圍繞該反應滾筒之一內圓周間隔之升板。該等揚升之升板與該加熱氣流交互作用以根據粒子密度及/或尺寸來分類該等生物粒子，相對於類似尺寸之粒子之相對較密集之粒子及相對於具有類似密度之相對較大粒子移動穿過該反應滾筒更緩慢。
該生物乾燥系統可進一步包含一漏斗，其位於該反應滾筒之下游以收集離開該反應滾筒之經乾燥之生物粒子且自該系統排出經乾燥之生物粒子。該系統可進一步包含驅散來自該系統之排放氣體之導管、控制閥及阻尼器，該等控制閥及阻尼器經定位以調節該系統內的一壓力位準以抑制氧之滲入同時使排放氣體離開該系統。該導管可將來自該系統之排放氣體傳送至一遠程裝置以在一輔助或補充過程中使用該排放氣體。該遠程裝置可為(例如)一燃燒器，其經組態以利用該排放氣體以經由一熱交換器將熱供應至在操作期間通過該反應滾筒之氣體。
該系統可進一步包含位於該進口與該反應滾筒之間的至少一氣匣以在接收生物粒子時限制進入該系統之氧之數量。該系統可進一步包含該反應滾筒與鄰近結構之間的至少一密封機構，該密封機構包含該反應滾筒與一外部環境之間的一腔室且該密封機構耦合至用於在一啟動或關閉操作期間選擇性清洗該腔室之一惰性或半惰性氣體源。
用於該系統之熱源可為一電浸類型導管加熱器、氣體至氣體熱交換器、一低氧燃燒器或其他習知熱源，舉例而言，諸如，一廢木材或其他燃燒器，其係經組態以將熱間接供應至該生物乾燥系統中的氣流。
該生物乾燥系統可進一步包含一蒸汽機具，其耦合至該反應滾筒以將蒸汽引入至該反應滾筒且幫助乾燥生物粒子。該蒸汽機具亦可提供安全窒火及冷卻流功能以增強操作安全性。
該生物乾燥系統可進一步包含一控制系統，其經組態以選擇性調整風扇裝置之速度以調節氣體穿過該系統之速度及體積。該控制系統亦可經組態以選擇性調整該反應滾筒之旋轉速度以調節該反應滾筒中的生物粒子之一滯留時間。該控制系統亦可經組態以選擇性調整穿過該系統之氣體流之溫度。該控制系統可經組態以選擇性調整穿過該系統之氣體流之參數，包含體積、速度及/或壓力。該控制系統亦可經組態以獨立控制複數個操作參數以調節生物粒子之一乾燥過程，該等操作參數包含一反應器進口溫度、一反應器出口溫度、一平均滯留時間、加熱氣流之氧含量及氣體流特性之至少一者。該控制系統可經組態以在操作期間連續或間歇調整該等操作參數之至少一些以最優化乾燥過程或修改所得乾燥之生物粒子之特性。
根據一實施例，生物乾燥之一方法可概述為包含：旋轉一反應滾筒，該反應滾筒具有沿著該反應滾筒之一縱向長度而定位於其中複數個位置之各者處之複數個升板；產生穿過該反應滾筒之一加熱氣流，其足以在生物粒子被該等升板揚升且淋浴穿過該加熱氣流同時該反應滾筒旋轉時沿著該反應滾筒之長度間歇傳輸該等生物粒子且同時乾燥該等生物粒子；及經由一或多個氣體導管再循環離開該反應滾筒之氣體之一部分使其回至該反應滾筒之進口。
該方法可進一步包含選擇性改變複數個操作參數之至少一些以修改該等所得乾燥生物粒子之特性，該等操作參數包含該加熱氣流穿過該反應滾筒之一速度、該加熱氣流穿過該反應滾筒之一體積流速、該加熱氣流穿過該反應滾筒之一溫度、該反應滾筒內的一壓力位準、該反應滾筒之一旋轉速度、該加熱氣流之氧含量、該等生物粒子之一水分含量及將該等生物粒子引入至該反應滾筒中的一速率之至少一者。該方法可進一步包含選擇性改變該反應滾筒內的生物粒子之滯留時間。該方法可進一步包含相對於位置及/或密度調整該反應滾筒內的複數個升板以調節該反應滾筒內的生物粒子之滯留時間。該方法可進一步包含以根據粒子密度及/或尺寸之不同速率使生物粒子通過該反應滾筒。該方法可進一步包含排出經乾燥之生物粒子同時實質上防止氧滲入至該反應滾筒中。該方法可進一步包含在該反應滾筒內建立一壓力位準以限制氧滲入至該反應滾筒中。該方法可進一步包含將排放氣體傳送至遠距於該反應滾筒之一裝置以在一輔助或補充過程中使用該排放氣體，舉例而言，諸如，用作為用於一遠程燃燒器之一燃料。
該方法可進一步包含自外部環境密封該反應滾筒及以惰性或半惰性氣體選擇性清洗鄰近於該反應滾筒之密封介面之一或多個腔室。該方法可進一步包含以每小時約一至五十噸之間的一速率使生物粒子通過該反應滾筒，該等生物粒子在該反應滾筒內被乾燥後具有至少20千兆焦耳/噸(GJ/ton)之一能量密度。
該方法可進一步包含在將生物粒子引入該反應滾筒中之前在一旋轉類型、輸送器類型或其他類型之烘乾器系統中烘乾該等生物粒子。在將生物粒子引入該反應滾筒中之前在旋轉類型之烘乾器系統中烘乾該等生物粒子可包含烘乾該等生物粒子使其具有低於按濕重計算的百分之二十之水分含量之一平均水分含量。
該方法可進一步包含建立加熱氣流使得該進入該反應滾筒之該加熱氣流之一進口溫度為至少500℉且使得進入該反應滾筒之該加熱氣流之一出口溫度為至少400℉。該方法可進一步包含在生物粒子單次通過該反應滾筒之後排出經乾燥之生物粒子，該所排出之乾燥生物粒子之粒子尺寸改變至少百分之十，而該等經乾燥之生物粒子之能量密度及水分特性相對恆定，與粒子尺寸無涉。該方法可進一步包含將生物粒子引入至該反應滾筒中，該等生物粒子在進入時具有約1/16立方英吋至約一立方英吋之一平均尺寸。該方法可進一步包含在一故障狀態時通風該反應滾筒。該方法可進一步包含將蒸汽引入至該反應滾筒中以幫助乾燥該等生物粒子。將蒸汽引入至該反應滾筒中包含用一鍋爐產生蒸汽，該鍋爐自離開該反應滾筒之氣體之一部分接收熱。
在下列描述中，闡述某些特定細節以提供各種所揭示之實施例之一透徹理解。然而，熟習此項相關技術者將認知，實施例可在沒有此等特定細節之一或多者之情況下實踐。在其他例子中，未詳細展示或描述與工業處理設備及工業過程相關聯之已知結構或步驟以避免對實施例之描述造成非必要的失焦。例如，熟習此項相關技術者應瞭解，各種感測器(例如，溫度感測器、氧感測器等)、控制裝置及其它工業處理控制可經由用於監測本文所描述之生物乾燥系統及控制乾燥過程之操作參數之一可程式化邏輯控制器(PLC)或其他合適控制系統而提供及管理，以最優化或修改所得乾燥之生物粒子之特性。
除非內容另外需要，否則貫穿說明書及下文之申請專利範圍，詞「包括(comprise)」及其之變化(諸如，「包括(comprises)」及「包括(comprising)」)被視為一開放、包含意義，即如「包含，但不限於」。
貫穿本說明書引用之「一項實施例」或「一實施例」意謂結合實施例一起描述之一特定特徵、結構或特性被包含在至少一項實施例中。因此，貫穿本說明書之多處出現之用語「在一項實施例中」或「在一實施例中」並非必然全都指稱相同的實施例。此外，可在一或多項實施例中以任意適當的方式組合特定特徵、結構或特性。
如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，除非內容另外明確指示，否則單數形式「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」包含複數個參照者。應注意，除非內容另外明確地指示，否則術語「或」一般用於包含「及/或」之意。
圖1展示根據一實例實施例之一生物乾燥系統10之一示意圖。該系統10包含經支撐以便旋轉其之縱向軸16之一反應滾筒12。該系統10進一步包含用於接收待處理之生物粒子之一進口22，如標記為24之箭頭所表示。以任選之惰性或半惰性氣體清洗27之一氣匣或雙氣匣26或類似裝置係耦合至該進口22以在生物粒子注入該系統10中時實質上防止氧進入該系統10。該等生物粒子可經由一輸送器或其他習知材料傳輸機構注入至該進口22。在一實施例中，一插塞注入螺旋輸送器可用於替代該(該等)氣匣以在生物粒子通過該進口22時產生充當一密封件之一材料插塞。
該系統10進一步包含設置於該反應滾筒12之上游以將熱供應至藉由一風扇裝置32在該系統10內產生之一氣流34之一熱源30，該風扇裝置32可為(例如)一誘導通風風扇裝置或一強制通風風扇裝置。該風扇裝置32係經驅動以牽引或強制氣體穿過該反應滾筒12且以一再循環方式循環該氣體(或該氣體之大部分)使其回至該熱源30以重新加熱且供應至該反應滾筒12。在一些實施例中，離開該反應滾筒12之百分之八十或更多之氣體體積比可再循環至該反應滾筒12之進口。在一些實施例中，離開該反應滾筒12之百分之九十或更多氣體之體積比可再循環至該反應滾筒12之進口。在一些實施例中，離開該反應滾筒12之百分之九十五或更多氣體之體積比可再循環至該反應滾筒12之進口。
在操作期間，該氣流34充當一熱流體以載送熱能至該反應滾筒12內的生物粒子且提供該等生物粒子之運輸動量。該氣流亦可加熱該滾筒12之內部結構(尤其為揚升之升板)，其亦可依次加熱該等生物粒子。氣體導管36係經適當調整尺寸且耦合至至少該反應滾筒12、熱源30及風扇裝置32以在該系統10中再循環該氣流34。在一些實施例中，進入該反應滾筒12之氣體之一絕大多數部分或總數係以一連續方式再循環回至該反應滾筒12之進口，而藉由乾燥該等生物粒子所產生之許多氣體被排放或以其他方式傳送至該系統10之外部。在一些實施例中，新的氣體(除了意外洩漏之氣體外)未在操作期間被供應至再循環氣流34。
在所繪示之實施例中，該熱源30為一種氣體至氣體熱交換器60。例如，在約800℉至約1400℉之範圍內的一熱氣流35經由一進口管道62而供應至該熱交換器60，如藉由標記為64之箭頭所表示。該熱氣流35與該乾燥系統10之再循環氣流34相互作用以將熱轉移至其。在一些實施例中，該熱交換器60經組態以將該熱交換器60中的乾燥氣流34之進口溫度自約500℉±100℉升高至約700℉±150℉之一出口溫度。如此做需要降低該交換器60中的其他隔離氣流35在經由一出口管道66離開該熱交換器60之前之溫度。然而，該其他隔離氣流35之溫度仍足夠熱以有利於其他過程，舉例而言，諸如，在進入該生物乾燥系統10之前烘乾生物粒子。因此，在一些實施例中，經由該出口管道66自該熱交換器60排出之氣流35可被傳送至一烘乾器系統70(圖2)或其他裝置，如藉由標記為68之箭頭所表示。在一些實施例中，該所排出之氣流35可被傳送回至該熱交換器60之進口且與具有一更高溫度之其他加熱氣體(舉例而言，諸如，一遠程燃燒器)混合以將該熱交換器60之進口溫度調節至一所需位準或落入一所需溫度範圍。
儘管圖1之熱源30之所繪示之實施例被展示為一氣體至氣體熱交換器60，然應瞭解，可提供其他各種熱源30。例如，在一些實施例中，可在該生物乾燥系統10之氣流34之路徑內提供一電浸類型熱源。在其他實施例中，低氧燃燒器可直接引導至該系統10中以在未顯著增加該系統10內的氧位準之情況下加熱氣流34。然而，不論該熱源30為何，其有益於以一再循環方式隔離該氣流34以促進維持有助於乾燥生物粒子之該反應滾筒12內的一低位準氧環境。
在該反應滾筒12之下游處，提供用於在粒子離開該反應滾筒12時收集該等經乾燥之生物粒子(例如，經乾燥之木屑、經乾燥之巨大的竹屑、其他經乾燥之細胞生物)之一分離器漏斗38。接著此等粒子被機械地注入及/或在重力作用下朝向一出口40以用於收集。一或多個氣匣裝置42耦合至該出口40以在該等經乾燥之粒子自該系統10撤回時實質上防止氧滲入該系統10。可通過該分離器漏斗38之較小粒子(例如，經乾燥之木屑、經乾燥之巨大竹屑、其他經乾燥之細胞生物)可藉由一過濾裝置44(舉例而言，諸如，一氣旋類型過濾裝置)而過濾且自該氣流34移除。一或多個額外氣匣裝置46可耦合至一二級出口48以在未將大量氧引入至該系統10中之情況下自該系統10移除經過濾之材料。在一些實施例中，一對依序對準之氣匣42、46之間的一腔室或間隔可耦合至用於選擇性清洗該腔室或間隔之一惰性或半惰性氣體源，如藉由標記為43、47之箭頭所表示(圖2)。在一些實施例中，該乾燥系統10可包含替代一漏斗38之一氣旋類型過濾裝置以自該氣流34分離及/或過濾經乾燥之生物粒子。在一些實施例中，該乾燥系統10可包含一或多個氣動排出裝置(未展示)以自該系統10排出經乾燥之生物粒子。
如先前所描述，該氣流34被牽引或強制穿過該反應滾筒12且在該風扇裝置32之影響下返回至該熱源30(在分離經乾燥之粒子、切屑、細料、灰塵及/或任意碎片後)。當再循環大多數氣體時，一些氣體可轉至排放導管50。透過該排放導管50排放之氣體可用於該過程或其他過程中的別處，如藉由標記為52之箭頭所表示。例如，該排放氣體可用作為燃料以產生熱來輔助該熱源30增加該氣流34之溫度。該排放導管50可包含一變位阻尼器54，該阻尼器可用於將該反應滾筒12內部之壓力自略負平衡至略正。取決於設定，此可用於抑制氧進入該系統10。
圖2展示根據一實例實施例之一整合式生物處理系統11之一示意圖。該整合式生物處理系統除了其他物品外亦包含上文所描述之生物乾燥系統10及經組態以在生物粒子引入至該乾燥系統10之前烘乾該等生物粒子之一烘乾器系統70。在一些實施例中，該生物乾燥系統10係經組態以接受具有藉由該烘乾器系統70減少至低於按濕重計算之百分之二十水分含量之一水分含量之生物粒子。在一些實施例中，該等生物粒子可為具有約1/16立方英吋與約一立方英吋之間的一平均粒子尺寸且具有高於按濕重計算之百分之四十水分含量之一初始水分含量之木屑。在一些實施例中，該等生物粒子可具有一實質上一致之尺寸(小於百分之十之差異)，及在其他實施例中，該等粒子之尺寸可改變百分之十、百分之二十、百分之三十或更多。
根據圖2之所繪示之實施例，該烘乾器系統70包含經支撐以便圍繞其縱向軸72旋轉之一旋轉滾筒71。該烘乾器系統70進一步包含用於接收待處理之生物粒子之一進口74，如藉由標記為75之箭頭所表示。該等生物粒子可經由一輸送器或其他習知材料傳輸機構注入至該進口74。
該烘乾器系統70耦合至一燃燒器76，該燃燒器76經組態以經由穿過該旋轉滾筒71之導管77注入一加熱氣流且在該滾筒71旋轉時間歇載送生物粒子穿過該滾筒71。當該氣流推進該等粒子穿過該旋轉滾筒71時，該加熱氣流同步烘乾該等生物粒子。該燃燒器76可經組態以燒樹皮、偏材或其他燃料來加熱注入至該烘乾器系統70之氣流。進入該烘乾器系統70之氣流亦可以如別處所進一步詳細描述之整合式生物處理系統11之其他氣流補充或與之混合。
在該旋轉滾筒71之下游端處，提供用於在粒子離開該旋轉滾筒71時收集經烘乾之生物粒子(例如，經烘乾之木屑、經烘乾之巨大竹屑、其他經烘乾之細胞生物)之一分離器漏斗78。接著此等粒子被機械地注入及/或在重力作用下朝向一出口79以用於收集以供後續使用或封裝。可通過該分離器漏斗78之較小粒子及灰塵(例如，經烘乾之木屑、經烘乾之巨大竹屑、其他經烘乾之細胞生物)係藉由一過濾裝置80(舉例而言，諸如，一氣旋類型過濾裝置)過濾且自該氣流移除。此等粒子被注入至一二級出口81以供後續使用或封裝。在一些實施例中，該烘乾器系統70可包含替代一漏斗78之一氣旋類型過濾裝置以自該氣流分離及/或過濾經烘乾之生物粒子。在一些實施例中，該烘乾器系統70可包含一或多個氣動排出裝置(未展示)以自該烘乾器系統70排出經烘乾之生物粒子。
一風扇裝置92可經提供以牽引或強制該氣流穿過該旋轉滾筒71且將來自該旋轉滾筒71之排放氣體傳送朝向環境發射控制設備82，以在釋放至環境或其他系統之前處理該烘乾器系統70之排放，如藉由標記為83之箭頭所表示。作為一實例，該發射控制設備82可包含一濕靜電集塵器(WESP)以促進自排放氣流移除次微米尺寸之固體粒子及液體小滴。該發射控制設備82可進一步包含一再生式熱氧化器(RTO)以消除存在於排放氣體中的有毒氣體及揮發性有機化合物(VOC)。在一些實施例中，可提供使用天然氣以將排放氣體加熱至約1500℉之氧化VOC之一RTO。在其他實施例中，乾燥器廢氣可用於加熱該RTO，由於天然氣在操作此設備時原本需要大量成本，故該乾燥器廢氣可顯著減少該RTO之操作成本。
來自該烘乾器系統70之排放氣體之至少一部分可被傳送或循環回至該旋轉滾筒71之進口74且與來自該燃燒器76之加熱氣流組合以烘乾被連續注入至該旋轉滾筒71之生物粒子，如藉由標記為84之箭頭所表示。來自該乾燥系統10之熱交換器60之出口之額外氣體亦可與來自該烘乾器系統70之排放氣體組合，以在排出至環境中及/或引入回至該烘乾器系統70中之前用於清潔，如藉由標記為85之箭頭所表示。
根據圖2之所繪示之實施例，經烘乾之生物粒子(例如，經烘乾之木屑及細料)可傳送至另一位置以用於後續處理、儲存或封裝該等經烘乾之生物粒子作為一獨立商品，如藉由標記為86之箭頭所表示。該等經烘乾之生物粒子之一部分或整個供應可被傳送至該乾燥系統10以用於後續處理，如藉由標記為87之箭頭所表示。
如自圖2可瞭解，經由該烘乾器系統70產生之經烘乾之生物粒子可用作用於該乾燥系統10之輸入材料。在一些實施例中，該等經烘乾之生物粒子在進入該乾燥系統10時可具有低於按濕重計算之百分之二十水分含量之一平均水分含量。在其他實施例中，該等經烘乾之生物粒子之平均水分含量可在約按濕重計算之百分之五水分含量與約按濕重計算之百分之十五水分含量之間。在又一實施例中，該等經烘乾之生物粒子之平均水分含量可大於按濕重計算之百分之二十水分含量。
儘管該烘乾器系統70被繪示為旋轉滾筒類型烘乾器系統(諸如，由本申請案之受讓人的所併入之Teal Sales設計及出售之該等烘乾器系統)，然應瞭解，其他烘乾器系統可結合本發明之實施例使用，包含(例如)具有旋轉螺旋之乾燥爐及輸送器嵌入式輸送機構。因此，本文所描述之生物處理系統之實施例不限於所繪示之特定烘乾器系統，而可併入一寬範圍之習知烘乾器系統。
繼續參考圖2，熱源30被展示為經組態以自燃燒器76接收一加熱氣流之一氣體至氣體熱交換器60，如藉由標記器88之箭頭所指示。進入該熱交換器60之加熱氣流可與來自該熱交換器60之一出口之氣體混合(如藉由標記為90之箭頭所表示)以調節進入該熱交換器60之加熱氣流之輸入溫度。在一些實施例中，進入該熱交換器之氣流之進口溫度可在約600℉與約1400℉之間，及在一些實施例中，進入該熱交換器60之氣流之進口溫度可在約800℉與約1000℉之間。該乾燥系統10之再循環氣流通過該熱交換器60且根據一些實施例被加熱至至少500℉之一反應滾筒進口溫度。在通過該反應滾筒12後，該加熱氣流具有至少400℉之一反應滾筒出口溫度。因此，在操作期間通過該乾燥反應滾筒12之生物粒子在該反應滾筒12之整個長度上直接經受具有至少400℉之一溫度之一加熱氣流。在一些實施例中，該反應滾筒進口溫度為約700℉±150℉及該反應滾筒出口溫度為約500℉±100℉。該加熱氣流之反應滾筒進口溫度及反應滾筒出口溫度可以適當溫度感測器監測且經由一普通或串接控制迴路控制，以在操作期間將穿過該反應滾筒之溫度梯度維持在一所需位準。
來自乾燥過程之排放氣體(包含煮沸生物粒子之碳氫化合物、洩露至該系統中的水汽及任意周圍空氣)可根據一些實施例被傳送至燃燒器76以用於燃燒，如藉由標記為91之箭頭所指示。以此方式，包含於該等排放氣體中的能量可用於加熱該熱交換器60中所使用之一熱轉移介質，以將流經該反應滾筒12之加熱氣流34維持在一所需進口高溫。此外，在一些實施例中，該反應滾筒進口溫度可為約700℉±150℉及該反應滾筒出口溫度可為約500℉±100℉。該反應滾筒溫度梯度可透過設定該反應滾筒進口溫度之一串接控制迴路而控制。該反應滾筒進口溫度可(例如)藉由改變自該燃燒器76注入至該熱交換器60之加熱氣體之數量而控制。在一些實施例中，該燃燒器76可經組態以用燒樹皮、偏材或其他燃料來加熱透過該熱交換器60注入之氣流35。此外，此氣流35之加熱可藉由燃燒來自該乾燥系統10之排放氣體而予以補充，如藉由標記為91之箭頭所表示。
圖3至圖8繪示類似於先前所描述之生物乾燥系統10之根據另一實例實施例之一生物乾燥系統110，但其具有額外的結構細節及一不同實例熱源130。該系統110包含支撐於一結構框架114上以圍繞一水平旋轉軸116旋轉之一反應滾筒112。該反應滾筒112藉由可電耦合至用於選擇性控制該反應滾筒112之旋轉且視情況調整其之速度之一控制系統之一驅動馬達118驅動。該控制系統包含具有適當控制(開關、刻度板、測量儀等)之一控制面板120以選擇性控制且監測該系統110。出於監測及控制目的，其他測量儀及控制(例如，感測器、閥等)可經遠程定位且耦合至該系統之特定組件。
該系統110進一步包含用於接收待處理之生物粒子之一滑槽形式之一進口122，如藉由標記為124之箭頭所表示。以任選惰性或半惰性氣體清洗之一氣匣或雙氣匣126或類似裝置係耦合至該進口122以在輸入生物粒子時實質上防止氧進入該系統110。該等生物粒子可經由一輸送器或其他習知材料傳輸機構注入至該進口122。引入生物粒子之速率可經監測且經控制以最優化或修改所得乾燥之生物粒子之特性。出於監測、維護及其他目的，可對一使用者提供階梯128或其他接達裝置以接達該進口122及該系統110之其他組件。
該系統110亦可包含用於將熱供應至藉由一風扇裝置132在該系統110中產生之一氣流之設置於該反應滾筒112之上游之一熱源130，該風扇裝置132可為(例如)一誘導通風風扇裝置或一強制通風風扇裝置。該風扇裝置132係藉由一驅動馬達134驅動以牽引或強制氣體通過該反應滾筒12且以一再循環方式使其循環回至該熱源130以重新加熱且供應至該反應滾筒112。出於此目的，氣體導管136係經適當調整大小且耦合至至少該反應滾筒112、熱源130及風扇裝置132。
在該反應滾筒112之下游端處，提供一種用於在粒子離開該反應滾筒112時自氣流分離經乾燥之生物粒子之一分離器漏斗138。接著此等粒子被機械地注入及/或在重力作用下朝向一出口140以用於收集以供後續使用或封裝。一氣匣裝置142耦合至該出口140以用於在撤回該等經乾燥之粒子時實質上防止氧滲入該系統110。可通過該分離器漏斗138之較小粒子及灰塵係藉由一過濾裝置144(舉例而言，諸如，一氣旋類型過濾裝置)過濾且自該氣流移除。另一氣匣裝置146可耦合至一二級出口148以在未引入大量氧進入該系統110之情況下自該系統110移除經過濾之材料。在一些實施例中，該系統110可包含替代一漏斗138之一氣旋類型過濾裝置以自通過該反應滾筒112之氣流分離及/或過濾經乾燥之生物粒子。在一些實施例中，該系統110可包含一或多個氣動排出裝置(未展示)以自該系統110排出經乾燥之生物粒子。
如先前所描述，該氣流係在該風扇裝置132之影響下被牽引或強制通過該反應滾筒112且返回至該熱源130(在分離經乾燥之粒子、灰塵及任意碎片之後)。當大多數氣體再循環至該反應滾筒112時，一些氣體被轉至一排放煙囪150。可重新擷取透過該煙囪150排放之氣體以用於該過程或其他過程中的別處，舉例而言，諸如，用作燃料以產生熱。該煙囪150可包含可用於將該反應滾筒112內的壓力自略負平衡至略正之一變位阻尼器152。取決於設定，此可用於抑制氧進入該系統110。
現將參考圖7及圖8描述該反應滾筒112之進一步細節。如所繪示之實施例中所展示，該反應滾筒112以一水平定向支撐於許多滾輪160上。該等滾輪160沿著固定至該滾筒112之一圓周之軸承軌道162接觸該滾筒112。該滾筒112之直徑可為三英尺、四英尺、五英尺或更大且可經組態以每小時接收且處理多於五十噸之經乾燥之生物粒子。
該驅動馬達118係耦合至一驅動帶或鏈164且經由該控制系統控制而以各種速度(舉例而言，諸如，約3 rpm或更大或更小)選擇性旋轉該滾筒112。高精度密封件166設置於該旋轉滾筒112與靜態組件之間以防止氧滲入至該系統中。此一方式，該系統之密封件166及其他特徵能藉由產生一實質上密封之容器而將氣流維持在一致的低氧位準上。
在該反應滾筒112內，有許多沿著其之一縱向長度在複數個位置之各者處圓周間隔之揚升升板170。該等揚升升板170之密度可經設計以適合該系統110之各種需要，且可取決於許多相關因數，舉例而言，諸如，該反應滾筒112之旋轉速度、材料注入至該系統110中之速率，及該風扇裝置132之速度或通過該反應滾筒112之加熱氣流之強度。當該反應滾筒112以藉由箭頭172所指示之方向旋轉時，該等升板係經組態以將該等生物粒子揚升且接著將生物粒子引導及淋浴至藉由氣流之動能而主要沿著該反應滾筒112之長度間歇載送且同步乾燥之氣流中。此優點在於：用於該等生物粒子之傳輸機構提供用於將熱直接轉移至該等粒子之一高效率介質。因此，大體積之生物粒子可在縮減能量需求下由一系統處理。此外，當相較於尺寸概略相當之習知乾燥系統時，經乾燥之生物粒子之生產量或速率(噸/小時)可相對較大。
該等生物粒子存在於該滾筒112中一段時間，且接著被依序排出至該分離器漏斗138或其他分離裝置中且以藉由標記為174之箭頭所指示之方向輸送以進一步處理。該氣流之一主要或大部分係以藉由標記為176之箭頭所指示之方向傳送且再循環、加熱及重新引入至該反應滾筒112中，如藉由標記為178之箭頭所指示。
因此該系統110實現一連續乾燥過程，該過程係關於經由一氣匣或若干氣匣126將生物粒子引入至一旋轉反應滾筒中以維持有助於乾燥生物粒子之該乾燥系統110內的一低氧位準。該等粒子可藉由一加熱氣流之動能而輸送穿過該滾筒112，該動能係由經由藉由一導管136連接至該滾筒112之出口之一風扇裝置132產生一誘導通風或強制通風而產生。亦有位於該滾筒112之上游之一熱源130，舉例而言，諸如，一電浸類型導管加熱器(圖3)或一氣體至氣體熱交換器(圖1)。該風扇裝置132牽引或強制氣體越過或穿過該熱源130且穿過該滾筒112。再循環離開該滾筒112之氣體使其回至該熱源130用於重新加熱有益於過程之可行性。如別處所更詳細討論，當氣流同步傳輸生物粒子使其間歇穿過該反應滾筒112時，加熱氣流在一低氧環境下直接加熱該等生物粒子之能力亦有益於過程之可行性。
當然有自該系統110排出之某一氣體流(不管外部環境或另一相關或不相關處理組件)，其實質上等於由於加熱(包含水蒸發)所引起之生物粒子之被驅出之氣體及可進入該系統110之任意洩露氣體之總和。
該滾筒112之內部包含特製之揚升及下降距離控制升板170，該等升板在該滾筒112旋轉時揚升及淋浴該等粒子，藉此將該等粒子曝露於引起粒子內的水分蒸發之加熱氣流。當該等粒子在該滾筒112內淋浴時，該滾筒112內的移動氣體使其向前輸送。其通常需要該滾筒112之許多旋轉數以提供該等粒子之充足前進以增加穿過該滾筒112之長度之通道。在該滾筒112內的淋浴及輸送過程亦分類該等粒子。相較於較重、較大粒子，較輕、較小粒子通過該滾筒112更快。此容許大粒子在該滾筒112中保持一相對較長的滯留時間且產生一更均勻末端產品(亦即，大粒子及小粒子可一起處理以無關質量及體積差異而具有類似末端特性)。例如，在一些實施例中，粒子尺寸可在經乾燥之生物粒子之一特定範圍內改變百分之十、百分之二十或百分之三十或更多，而維持該等粒子之能量密度及水分特性相對恆定，與粒子尺寸無涉。在一些實施例中，該等升板170可經設計以相對於不同實施例中的位置及/或升板密度而改變，以影響該反應滾筒112內的生物粒子之滯留時間。
當使用該系統110來乾燥生物粒子時，該熱源130負責使熱添加至該系統110內的一再循環氣體系統。此再循環氣體系統內的加熱氣流在其等被輸送通過該系統110時依次直接加熱該等生物粒子。以此方式，該加熱氣流直接加熱且同步傳輸該等生物粒子。此優點在於：用於該等生物粒子之傳輸機構提供用於將熱直接轉移至該等粒子之一高效率介質。因此，大體積之生物粒子可在縮減能量需求下以一系統處理。此外，當相較於尺寸概略相當之習知乾燥系統時，經乾燥之生物粒子之生產量或速率(噸/小時)可相對較大。此有利地使本文所描述之系統以一特定商業可行方式實施。
該熱源130之元件可藉由可任意輕易購得之能源提供。在一些實施例中，例如，直接熱可藉由一電子元件(例如，電浸類型導管加熱器130)施加至氣流。在其他實施例中，熱可透過耦合至一燃燒及/或廢熱系統(例如，圖1及圖2之燃燒器76)之一氣體至氣體熱交換器60(圖1及圖2)提供至氣流。在另一實施例中，低氧燃燒器可直接引導至該系統110中以在未顯著增加該系統110內的氧位準之情況下加熱該氣流。在一些實施例中，自該煙囪150排出之排放氣體可用作為處理加熱燃料之一部分。不論該熱源130為何，貫穿該過程之加熱部分，將非常少的額外氧添加至該系統110。
該等乾燥系統及過程係基於平衡處理速率、加熱源及所需滯留時間所需之能量之一熱及能量平衡。本文所描述之乾燥系統及方法之實施例特別適於操作且控制此等因數，並且提供可輕易調整規模大小以滿足各種工業需要之系統及方法。
例如，該滾筒112內的粒子之滯留時間可藉由各種設計及處理因數而控制。例如，該風扇裝置132之速度及尺寸可經選擇以調整該滾筒112內的循環加熱氣體之速度。此外，該加熱氣流之速度及體積亦可藉由該風扇裝置132之一風扇進口阻尼器而調整。作為另一實例，該滾筒112之旋轉速度可設定為較高或較低以調整該滾筒112內的揚升及淋浴效應之速率，因此造成粒子處於懸浮中的時間增減。此外，由於該等升板170可經設計以在一寬範圍的旋轉速度上運行，該滾筒112旋轉速度可藉由適當控制(諸如，一可變速度驅動馬達)而選擇性調整以調整滯留時間。此外，該滾筒112內的升板170之密度可用於改變在一本質上較短或較長留待時間內給定一個別設計之該滾筒112內的流動狀態。又進一步，該等升板170之尺寸及形狀可經改變以滿足所處理之材料之需要且產生一較明顯或較不明顯的淋浴效應，藉此影響該滾筒112內的滯留時間。
在一些實施例中，該等升板170可以一特定密度及配置固定至該滾筒112以最優化或修改所得乾燥之生物粒子之特性。該滾筒112之長度亦可在初始設計中改變以產生較長或較短之滯留時間。此外，可改變粒子裝載條件以對該滾筒112內的氣流產生更大或更小的阻力，因此影響滯留時間。例如，在一些實施例中，生物粒子之一相對較大體積流速可經設定以擠滿該滾筒112之內部且減慢該等粒子穿過該滾筒112之進程。相反地，生物粒子之一相對較小體積流速可經設定以減小該滾筒112之內部中的擁擠現象且加速生物粒子穿過該滾筒112之進程。
該滾筒112內的氧位準可同樣藉由各種設計及處理因數而控制。例如，粒子進口之機構設計可經選擇以包含(例如)一氣匣、一氣體清潔雙氣匣、螺旋機構或類似物，其中各機構具有防止氧之滲入之一不同能力位準。較佳地，使進入具有粒子之系統110之氧之數量最小化，但其可因根據所處理之生物之粒子尺寸及/或所需產品速率之設計而改變。此外，該等粒子之傳入水分含量可經改變以控制氧位準。在處理期間，所得蒸發水部分地取代該系統110內的氧，及因此可改變水分位準以適合產品需求(例如，較少的初始水分意謂乾燥該等粒子所需之能量較少，及較多的初始水分導致該系統中的氧較少)。又進一步，應認知，當揮發物及水分自該等粒子蒸發時，對該系統有氣體之一淨增量。如先前所描述，此過量氣體可經由一煙囪150自該系統110排放且可根據一些實施例被重新擷取用於該過程或另一過程中的別處(舉例而言，諸如，用作為一燃料以產生熱)。該煙囪150可包含可用於將該滾筒112內的壓力自略負平衡至略正之一變位阻尼器152。取決於該阻尼器152之設定，此可用於抑制氧進入該系統110。
在一些實施例中，許多上文所討論之各種操作參數以及其他操作參數可在操作期間調整(人為或自動地)。在其他實施例中，可在操作之前建立操作參數。不考慮特定控制方案，獨立控制本文所描述之系統之各種操作參數之能力提供特定通用生物乾燥系統及方法，該等系統及方法可經調適以改變條件，舉例而言，諸如，經選擇以處理之生物粒子之水分含量及可改變之所得乾燥之生物粒子之一所需能量密度。
該系統110亦可在旋轉至靜態連接及其它低洩露連接及組件時裝配有精確密封件166，以提供一密封特佳的容器以維持該系統110內的氧之一致低位準。
圖9至圖11繪示一精確密封總成266之一實例實施例，其可用於實質上排除周圍環境之氧於一旋轉介面處滲入反應滾筒212中。如圖10之最佳展示，該密封總成266可包含耦合至該反應滾筒212之一凸緣268以與其一起旋轉之剛性凸緣結構270。該等凸緣結構270可相對於流動方向F而朝向定位於該滾筒212之上游之穩定凸緣結構272延伸。該等穩定凸緣結構272與該等旋轉凸緣結構270之間的一間隙或間隔可藉由密封元件274橫跨以界定一內部腔室276。此內部腔室276可以惰性或半惰性氣體間歇清洗，以維持該密封總成266之一外部環境與該反應滾筒212之一內部環境之間的一惰性或半惰性氣體障壁。
該等密封元件274可包含內部加固構件以提供充分剛性以在該滾筒212在操作期間圍繞旋轉軸216旋轉時維持該等密封元件274與該等旋轉凸緣結構270密封接觸。額外偏置元件280亦可經提供以促進該等密封元件274之一或多者與該等旋轉凸緣結構270穩固接觸。在所繪示之實施例中，該等偏置元件280被展示為自定位於該反應滾筒212之上游之穩定凸緣結構272延伸至覆蓋該等旋轉凸緣結構270之一者之一密封元件274之重疊彈簧元件。如圖11所展示，該等密封元件274可以所展示之方式接合在一起以防止該反應滾筒212及凸緣結構270在操作期間以方向R旋轉時磨損該等密封元件274。
儘管該等凸緣結構270、272之各者被繪示為L形結構構件，然應瞭解，該等凸緣結構270、272之尺寸及形狀可顯著改變。然而，不論尺寸及形狀為何，根據一些實施例，有益於提供可以惰性或半惰性氣體如需要(例如，在系統開啟、關閉或故障狀態期間)選擇性清洗之一隔離內部腔室276，以幫助將該反應滾筒212內的內部環境維持在一致低氧位準上。此外，不論該密封總成266之元件尺寸、形狀及組態為何，一多餘密封介面有益於幫助最小化至內部環境之洩露。
應進一步瞭解，可在該系統中的潛在洩露點處(包含(例如)在生物粒子進口及出口處)提供其他密封件及密封裝置(例如，氣匣或雙氣匣)。此外，實質上密封之腔室亦可形成於乾燥系統與外部環境之間的此等位置處。此等腔室可耦合至惰性或半惰性氣體源以(舉例而言，諸如)在系統啟動、關閉時或在故障狀態期間以惰性或半惰性氣體間歇清洗該等腔室。清洗此等腔室可有利地確保沒有或非常少的來自周圍環境之氧滲入乾燥系統之再循環氣體。在一些實施例中，該系統可裝配有雙送進及排出之氣匣，該等氣匣串聯配置，在該等氣匣之間實現以惰性或半惰性氣體清洗。
各種安全裝置亦可併入該等乾燥系統中以增強操作安全性。例如，該等系統可裝配有通風口，若發生一定規模之輕微爆炸或爆燃而有可能引起設備損壞時，則該等通風口將斷裂或打開。作為另一實例，火花偵測及滅火系統亦可整合至該等乾燥系統中，舉例而言，諸如，購於總部設於Tigard,Oregon之GreCon公司之火花偵測及滅火系統及組件。此外，可(例如)藉由各種感測器(例如，溫度、壓力、氧等)監測系統操作特性及所獲得之操作資料可用於視需要調整且控制系統以增強安全性或以最優化乾燥過程。在一些實施例中，即時質譜法亦可用於識別氣流中的化合物且用於視需要調整或控制系統以增強安全性或以最優化乾燥過程。
在一些實施例中，來自一蒸汽機具93(圖2)(其藉由該反應滾筒12之廢氣(如藉由標記為94之箭頭所表示)或另一燃料或熱源點燃)之一分離鍋爐之蒸汽可注入至該系統10中(如藉由標記為95之箭頭所表示)以進一步控制處理中的氧或作為一安全窒火及冷卻流且亦可作為處理中的一惰性或半惰性氣體。此外，使用蒸汽作為通過該反應滾筒12之處理氣體之一部分亦可改良至生物粒子之熱轉移。在一些實施例中，該鍋爐可藉由耦合至該反應滾筒12之導管96而傳送至此之廢氣加熱。在其他實施例中，該鍋爐可藉由燃燒器76或另一熱源加熱。在一些實施例中，在一故障狀態時，可將足夠數量之蒸汽引入至該反應滾筒12中以用於窒火及冷卻目的。以此方式，可增強該乾燥系統10之操作安全性。
總之，藉由瞭解控制加熱、滯留時間及氧位準之過程及具有初始設計之彈性及本文所描述之許多過程變化，生物乾燥系統及方法之實施例可經設定以將各種生物原料容納於各種當地條件中且提供所需彈性及控制以達成一致乾燥結果。在一些實施例中，例如，該等乾燥系統及方法可經組態以每小時一噸之經乾燥之生物粒子之一最小速率乾燥木屑形式之生物粒子，其中所得乾燥之生物粒子具有至少20 GJ/ton之一能量密度。
本文所描述之乾燥系統及方法特別適於將具有許多優點之一連續乾燥過程提供於習知乾燥系統上，且特定言之，需要在一加熱爐、乾燥爐或其他類似裝置中成批處理生物粒子之一批系統及方法。除了其他事物外，本文所描述之該等乾燥系統及方法之連續本性亦可實現相對較高之生產率。此外，以該等系統及方法處理生物粒子之效率致能以相對較低之能量需求實現高材料生產量。
儘管本文所描述之乾燥系統及方法之實施例在圖中被繪示為包含圍繞一水平對準旋轉軸旋轉之反應滾筒，然應瞭解，在一些實施例中，可省略該旋轉軸。在此等實施例中，重力在將生物粒子傳輸穿過該反應滾筒時扮演一重要角色。此外，該等乾燥系統及方法之實施例在本文被描述為包含通過反應滾筒之一加熱氣流來承載或傳輸生物粒子，同時將熱同步轉移至該等生物粒子以乾燥該等生物粒子，然應瞭解，在一些實施例中，該等生物粒子可藉由交替機構傳輸且在該反應滾筒內經受一逆流加熱氣流以乾燥該等生物粒子。
此外，上文所描述之各個實施例可被組合以提供進一步實施例。根據上述詳細描述，對該等實施例可作此等及其它改變。一般，在下列申請專利範圍中，所使用之術語不應被解譯為限縮於揭示於本說明書中的特定實施例及申請專利範圍之聲明，而應解譯為包含所有可能實施例以及此等申請專利範圍所稱者之等效物之全部範疇。
10．．．生物乾燥系統/乾燥系統
11．．．整合式生物處理系統
12．．．反應滾筒/乾燥反應滾筒
16．．．縱向軸
22．．．進口
24．．．箭頭
27．．．以任選惰性或半惰性氣體清洗
26．．．氣匣/雙氣匣
30．．．熱源
32．．．風扇裝置
34．．．氣流/再循環氣流/乾燥氣流
35．．．熱氣流/隔離氣流
36．．．氣體導管
38．．．分離器漏斗
40．．．出口
42．．．氣匣裝置
43．．．箭頭
44．．．過濾裝置
46．．．氣匣裝置
47．．．箭頭
48．．．二級出口
50．．．排放導管
52．．．箭頭
54．．．變位阻尼器
60．．．氣體至氣體熱交換器/熱交換器
62．．．進口管道
64．．．箭頭
66．．．出口管道
68．．．箭頭
70．．．烘乾器系統
71．．．旋轉滾筒/滾筒
72．．．縱向軸
74．．．進口
75．．．箭頭
76．．．燃燒器
77．．．導管
78．．．分離器漏斗
79．．．出口
80．．．過濾裝置
81．．．二級出口
82．．．發射控制設備
83．．．箭頭
84．．．箭頭
85．．．箭頭
86．．．箭頭
87．．．箭頭
88．．．箭頭
90．．．箭頭
91．．．箭頭
92．．．風扇裝置
93．．．蒸汽機具
94．．．箭頭
95．．．箭頭
96．．．導管
110．．．生物乾燥系統
112．．．反應滾筒/旋轉滾筒/滾筒
114．．．結構框架
116．．．水平旋轉軸
118．．．驅動馬達
120．．．控制面板
122．．．進口
124．．．箭頭
126．．．氣匣/雙氣匣
128．．．階梯
130．．．熱源/電浸類型導管加熱器
132．．．風扇裝置
134．．．驅動馬達
136．．．氣體導管
138．．．分離器漏斗
140．．．出口
142．．．氣匣裝置
144．．．過濾裝置
146．．．氣匣裝置
148．．．二級出口
150．．．排氣煙囪
152．．．變為阻尼器
160．．．滾輪
162．．．軸承軌道
164．．．驅動帶或鏈
166．．．密封件
170．．．升板/揚升升板
172．．．箭頭
174．．．箭頭
176．．．箭頭
178．．．箭頭
212．．．反應滾筒
216．．．旋轉軸
266．．．密封總成
268．．．凸緣
270．．．凸緣結構/旋轉凸緣結構
272．．．穩定凸緣結構
274．．．密封元件
276．．．內部腔室/隔離內部腔室
280．．．偏置元件
F．．．流動方向
R．．．方向
圖1係根據一實施例之一生物乾燥系統之一示意圖。
圖2係根據一實施例之一整合式生物處理系統之一示意圖。
圖3係根據另一實施例之一生物乾燥系統之一等角視圖。
圖4係圖3之生物乾燥系統之一後部等角視圖。
圖5係圖3之生物乾燥系統之一側視圖。
圖6係圖3之生物乾燥系統之一俯視圖。
圖7係圖3之生物乾燥系統之一反應滾筒及鄰近組件之一側視圖。
圖8係沿著線6-6截取之圖7之反應滾筒之一橫截面圖。
圖9係根據一實施例之一密封總成之一側視圖，其可與圖3之生物乾燥系統一起使用。
圖10係圖9之密封總成之一部分之一放大細節圖。
圖11係沿著圖10之線11-11截取之圖9之密封總成之一橫截面圖。
10．．．生物乾燥系統/乾燥系統
12．．．反應滾筒/乾燥反應滾筒
16．．．縱向軸
22．．．進口
24．．．箭頭
26．．．氣匣/雙氣匣
30．．．熱源
32．．．風扇裝置
34．．．氣流/再循環氣流/乾燥氣流
35．．．熱氣流/隔離氣流
36．．．氣體導管
38．．．分離器漏斗
40．．．出口
42．．．氣匣裝置
44．．．過濾裝置
46．．．氣匣裝置
48．．．二級出口
50．．．排放導管
52．．．箭頭
54．．．變位阻尼器
60．．．氣體至氣體熱交換器/熱交換器
62．．．進口管道
64．．．箭頭
66．．．出口管道
68．．．箭頭

Claims (43)

  1. 一種生物乾燥系統，其包括：一進口，其接收生物粒子；一反應滾筒，其經組態以圍繞一旋轉軸旋轉，該反應滾筒具有沿著該反應滾筒之一縱向長度而定位於其中複數個位置處的複數個升板；一熱源，其位於該反應滾筒之上游，其將包含於該系統中的氣體加熱至足以在操作期間乾燥該等生物粒子之一溫度；一風扇裝置，其耦合至該系統以在該系統在操作時產生穿過該反應滾筒的一加熱氣流，該加熱氣流足以在該等生物粒子隨著該反應滾筒旋轉而被升板揚升且淋浴穿過該加熱氣流時沿著該反應滾筒之縱向長度間歇傳輸該等生物粒子；及氣體導管，其耦合至至少該反應滾筒、熱源及風扇裝置以再循環離開該反應滾筒之至少一部分氣體使其回至該熱源以重新加熱重新引入至該反應滾筒之氣體。
  2. 如請求項1之生物乾燥系統，其中當該氣流間歇傳輸該等生物粒子穿過該反應滾筒時，該加熱氣流直接加熱該等生物粒子。
  3. 如請求項1之生物乾燥系統，其中該複數個升板經組態以調節該等生物粒子之移動穿過該反應滾筒，藉此影響該反應滾筒內的該等生物粒子之一留持時間。
  4. 如請求項3之生物乾燥系統，其中該複數個升板包含以規則或不規則間距及沿著該反應滾筒之縱向長度以至少三個位置而圍繞該反應滾筒之一內圓周而間隔之升板。
  5. 如請求項1之生物乾燥系統，其中該複數個升板與該加熱氣流交互作用以根據粒子密度來分類該等生物粒子，相對於類似尺寸之粒子相對較密集之粒子移動穿過該反應滾筒更慢。
  6. 如請求項1之生物乾燥系統，其進一步包括：一漏斗，其位於該反應滾筒之下游以收集離開該反應滾筒之經乾燥之生物粒子且自該系統排出該等經乾燥之生物粒子。
  7. 如請求項1之生物乾燥系統，其進一步包括：導管，其驅散來自該系統之排放氣體；控制閥；及阻尼器，該等控制閥及阻尼器係經定位以調節該系統內的一壓力位準以抑制氧滲入至該系統中同時使排放氣體離開該系統。
  8. 如請求項1之生物乾燥系統，其進一步包括：導管，其將來自該系統之排放氣體傳送至一遠程裝置以在一輔助或補充過程中使用該排放氣體。
  9. 如請求項8之生物乾燥系統，其中該遠程裝置為一燃燒器，其經組態以利用該排放氣體來產生一加熱介質以經由一熱交換器將熱供應至在操作期間通過該反應滾筒之氣體。
  10. 如請求項1之生物乾燥系統，其進一步包括：至少一氣匣，其耦合於該進口與該反應滾筒之間以在接收生物粒子時限制進入該系統之氧之數量；及至少一密封機構，其在該反應滾筒與鄰近結構之間，該密封機構包含該反應滾筒與一外部環境之間的一腔室且該密封機構耦合至用於在操作期間選擇性清洗該腔室之一惰性或半惰性氣體源。
  11. 如請求項1之生物乾燥系統，其中該熱源為定位於該反應滾筒之上游之一電浸類型導管加熱器。
  12. 如請求項1之生物乾燥系統，其中該熱源為定位於該反應滾筒之上游之一熱交換器，該熱交換器經組態以將來自與該反應滾筒隔離之一加熱氣體之熱轉移至在操作期間通過該反應滾筒之氣體。
  13. 如請求項1之生物乾燥系統，其中該熱源為經定位以直接加熱在操作期間通過該反應滾筒之氣體之一低氧燃燒器。
  14. 如請求項1之生物乾燥系統，其進一步包括：一蒸汽機具，其耦合至該反應滾筒以將蒸汽引入至該反應滾筒中且幫助乾燥該等生物粒子。
  15. 如請求項1之生物乾燥系統，其進一步包括：一控制系統，其經組態以選擇性地調整該風扇裝置之速度以調節穿過該系統之氣體流之一速度。
  16. 如請求項1之生物乾燥系統，其進一步包括：一控制系統，其經組態以選擇性地調整該反應滾筒之旋轉速度以調節該反應滾筒中的該等生物粒子之一滯留時間。
  17. 如請求項1之生物乾燥系統，其進一步包括：一控制系統，其經組態以選擇性地調整穿過該系統之氣體流之溫度。
  18. 如請求項1之生物乾燥系統，其進一步包括：一控制系統，其經組態以選擇性地調整穿過該系統之氣體流之參數，其包含體積、速度及/或壓力。
  19. 如請求項1之生物乾燥系統，其進一步包括：一控制系統，其經組態以獨立控制複數個操作參數以調節該等生物粒子之一乾燥過程，該等操作參數包含一反應器進口溫度、一反應器出口溫度、一平均滯留時間、加熱氣流之氧含量及氣體流特性之至少一者。
  20. 如請求項18之生物乾燥系統，其中該控制系統包含用於監測該等操作參數之至少一些之感測器且該控制系統經組態以在操作期間連續或間歇調整該等操作參數之至少一些以最優化該乾燥過程或修改該等所得乾燥生物粒子之特性。
  21. 如請求項1之生物乾燥系統，其中該反應滾筒之直徑為至少五英尺及該系統係經組態以每小時一噸之經乾燥之生物粒子之一最小速率乾燥生物粒子，該等經乾燥之生物粒子具有至少20 GJ/ton之一能量密度。
  22. 如請求項1之生物乾燥系統，其進一步包括：至少一通風口，其經組態以在該反應滾筒內爆燃時使該系統易受一外部環境影響。
  23. 一種生物乾燥之方法，其包括：圍繞一旋轉軸旋轉一反應滾筒，該反應滾筒具有沿著該反應滾筒之一縱向長度定位於複數個位置之各者處的複數個升板；產生穿過該反應滾筒之一加熱氣流，其足以在生物粒子隨著該反應滾筒旋轉而被該等升板揚升且淋浴穿過該加熱氣流時沿著該反應滾筒之縱向長度間歇傳輸該等生物粒子且同時乾燥該等生物粒子；及經由用於乾燥該反應滾筒內的生物粒子之一或多個氣體導管再循環離開該反應滾筒之氣體之一大部分使其回至該反應滾筒之一進口。
  24. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：選擇性改變複數個操作參數之至少一些以修改該等所得乾燥生物粒子之特性，該等操作參數包含該加熱氣流穿過該反應滾筒之一速度、該加熱氣流穿過該反應滾筒之一體積流速、該加熱氣流穿過該反應器之一溫度、該反應滾筒內的一壓力位準、該反應滾筒之一旋轉速度、該加熱氣流之氧含量、該等生物粒子之一水分含量及將該等生物粒子引入至該反應滾筒中的一速率之至少一者。
  25. 如請求項23之生物乾燥方法，其進一步包括：選擇性改變該反應滾筒內的該等生物粒子之一滯留時間。
  26. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：相對於位置或密度調整該反應滾筒內的複數個升板來改變該反應滾筒內的該等生物粒子之留持時間。
  27. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：以根據粒子密度或尺寸之不同速率使生物粒子通過該反應滾筒。
  28. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：排出經乾燥之生物粒子同時實質上防止氧滲入至該反應滾筒中。
  29. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：在該反應滾筒內建立一壓力位準以抑制氧滲入至該反應滾筒中。
  30. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：將排放氣體傳送至一遠距於該反應滾筒之一裝置以在一輔助或補充過程中使用該排放氣體。
  31. 如請求項30之生物乾燥之方法，其中將排放氣體傳送至遠距於該反應滾筒之裝置以在一輔助或補充過程中使用該排放氣體包含將排放氣體傳送至一燃燒器，該燃燒器經組態以利用該排放氣體產生一加熱介質以將熱供應至一氣流以建立加熱氣流。
  32. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：自一外部環境密封該反應滾筒；及以惰性或半惰性氣體選擇性清洗鄰近該反應滾筒之密封介面之一或多個腔室。
  33. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：將來自與該反應滾筒隔離之一加熱氣體之熱轉移至一氣流以建立在操作期間通過該反應滾筒之加熱氣流。
  34. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：使生物粒子以每小時一噸之一最小速率通過該反應滾筒，該等生物粒子在該反應滾筒內被乾燥後具有至少20 GJ/ton之一能量密度。
  35. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：在引入於該反應滾筒之前，在一旋轉類型烘乾器系統中烘乾該等生物粒子。
  36. 如請求項35之生物乾燥之方法，其中在引入於該反應滾筒之前，在一旋轉類型烘乾器系統中烘乾該等生物粒子包含烘乾該等生物粒子使其具有低於按濕重計算的百分之二十之水分含量之一平均水分含量。
  37. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：建立該加熱氣流使得進入該反應滾筒之加熱氣流之一進口溫度為至少500℉。
  38. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：建立該加熱氣流使得離開該反應滾筒之加熱氣流之一出口溫度為至少400℉。
  39. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：在該等生物粒子單次通過該反應滾筒之後排出經乾燥之生物粒子，該等所排出之經乾燥之生物粒子之粒子尺寸改變至少百分之十，而該等經乾燥之生物粒子之能量密度及水分特性相對恆定，與粒子尺寸無涉。
  40. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：將該等生物粒子引入至該滾筒式反應器中，該等生物粒子在進入時具有約1/16立方英吋至約一立方英吋之一平均尺寸。
  41. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：在一故障狀態時通風該反應滾筒。
  42. 如請求項23之生物乾燥之方法，其進一步包括：將蒸汽引入至該反應滾筒中以幫助乾燥該等生物粒子。
  43. 如請求項42之生物乾燥之方法，其中將蒸汽引入至該反應滾筒中包含用一鍋爐產生蒸汽，該鍋爐自離開該反應滾筒之氣體之一部分接收熱。
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