[**]

Представлена система торрификации биомассы, которая позволяет проводить непрерывный процесс торрификации, который включает стадии, в которых вводят частицы биомассы во вращающийся барабанный реактор, имеющий среду с низким содержанием кислорода. Частицы транспортируются через барабан потоком нагретого газа и одновременно подвергаются торрификации им. Газ, выходящий из барабана, вовлекают в рециркуляцию обратно к источнику тепла для повторного нагревания газа перед повторным введением в барабан. Также представлен способ торрификации биомассы.

(57) Реферат / Формула:

Представлена система торрификации биомассы, которая позволяет проводить непрерывный процесс торрификации, который включает стадии, в которых вводят частицы биомассы во вращающийся барабанный реактор, имеющий среду с низким содержанием кислорода. Частицы транспортируются через барабан потоком нагретого газа и одновременно подвергаются торрификации им. Газ, выходящий из барабана, вовлекают в рециркуляцию обратно к источнику тепла для повторного нагревания газа перед повторным введением в барабан. Также представлен способ торрификации биомассы.

---

Евразийское (21) 201390492 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2013.09.30
(22) Дата подачи заявки 2011.10.06
(51) Int. Cl.
C10L 9/08 (2006.01) C10L 5/44 (2006.01) C10B 1/10 (2006.01) F27B 7/16 (2006.01)
(54) СИСТЕМА И СПОСОБ ТОРРИФИКАЦИИ БИОМАССЫ
(31) 61/391,442; 13/218,230
(32) 2010.10.08; 2011.08.25
(33) US
(86) PCT/US2011/055153
(87) WO 2012/048146 2012.04.12
(71) Заявитель:
ТИЛ СЭЙЛС ИНКОРПОРЕЙТЕД (US)
(72) Изобретатель:
Тил Уилльям Б., Гобел Ричард Дж., Джонсон Эндрю (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU) (57) Представлена система торрификации биомассы, которая позволяет проводить непрерывный процесс торрификации, который включает стадии, в которых вводят частицы биомассы во вращающийся барабанный реактор, имеющий среду с низким содержанием кислорода. Частицы транспортируются через барабан потоком нагретого газа и одновременно подвергаются торрификации им. Газ, выходящий из барабана, вовлекают в рециркуляцию обратно к источнику тепла для повторного нагревания газа перед повторным введением в барабан. Также представлен способ торрификации биомассы.
2420-195538ЕА/010 СИСТЕМА И СПОСОБ ТОРРИФИКАЦИИ БИОМАССЫ
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в основном относится к системам и
способам торрификации биомассы, в частности, включающим системы
и способы торрификации целлюлозной биомассы. Уровень техники
Торрификация частиц биомассы хорошо известна, и представляет собой процесс, в котором частицы биомассы нагревают в среде с низким содержанием кислорода. Это обусловливает выкипание летучих соединений внутри частиц и разложение клеточной структуры частиц, приводя к частичной убыли массы и повышению рыхлости. Это также обусловливает реакцию внутри остаточной клеточной структуры, которая повышает влагостойкость продукта. Подвергнутые торрификации частицы имеют увеличенную энергетическую ценность, когда ее измеряют в показателях тепловой энергии на единицу веса. Степень торрификации частиц биомассы зависит от нескольких факторов, включающих уровень подведенной теплоты, продолжительность подведения теплоты и условия окружающего газа (в частности, в отношении уровня содержания кислорода).
Для достижения единообразных торрифицированных частиц в
современных системах стремятся механически регулировать такие
переменные параметры, как тепловой режим, время пребывания и
уровни содержания кислорода. В типичных устройствах,
предназначенных для торрификации частиц биомассы в условиях
низкого уровня содержания кислорода, используют механические
средства для перемещения частиц (такие как вращающиеся тарелки
или шнеки) и подводят теплоту к транспортирующим поверхностям
для теплопереноса на торрифицируемые частицы. Таким устройствам
присущи разнообразные недостатки, включающие затруднительность
или невозможность значительного повышения их
производительности. По мере возрастания спроса на торрифицированную биомассу ограниченная производительность современных установок стала проблемой, препятствующей
применению такой биомассы. В соответствии с этим, заявитель полагает, что желательны усовершенствованные способы и системы, способные единообразно и эффективно производить частицы торрифицированной биомассы. Для удовлетворения растущего спроса эти способы и системы должны основываться на принципах и концепциях, которые обеспечивают возможность надежного управления технологическим процессом, с достижением в то же время высоких уровней производительности. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описываемые здесь варианты исполнения представляют системы и способы торрификации биомассы, которые особенно хорошо приспособлены для выполнения торрификации частиц биомассы (в частности, включая частицы целлюлозной биомассы) с разнообразными размерами эффективным и единообразным путем. Системы и способы легко масштабируются для удовлетворения самых многообразных промышленных потребностей, и обеспечивают улучшенное управление технологическим процессом в отношении мониторинга и корректирования эксплуатационных параметров для оптимизации или точной настройки характеристик полученных частиц торрифицированной биомассы.
Согласно одному варианту исполнения, система торрификации биомассы может быть обобщенно охарактеризована как включающая: впускной канал для принятия частиц биомассы; барабанный реактор, выполненный с возможностью вращения вокруг его продольной оси, причем барабанный реактор имеет множество лопастей, размещенных в нем во множестве местоположений вдоль длины барабанного реактора; источник тепла выше по потоку относительно барабанного реактора для нагревания содержащегося в системе газа до температуры, достаточной для торрификации частиц биомассы во время работы; соединенное с системой вентиляторное устройство для создания, когда система находится в эксплуатационном режиме, потока нагретого газа через барабанный реактор, достаточного для периодического транспортирования частиц биомассы вдоль длины барабанного реактора, когда частицы биомассы поднимаются лопастями и разбрасываются в поток нагретого газа при вращении барабанного
реактора; и газопроводы, соединяющие по меньшей мере барабанный реактор, источник тепла и вентиляторное устройство, для рециркуляции части газа, выходящего из барабанного реактора, обратно к источнику тепла для повторного нагревания газа, чтобы вновь ввести его в барабанный реактор.
Поток нагретого газа непосредственно нагревает частицы биомассы, когда поток газа периодически перемещает частицы биомассы через барабанный реактор. Подъемные лопасти могут быть выполнены с возможностью регулирования перемещения частиц биомассы через барабанный реактор, тем самым влияя на время удерживания частиц биомассы внутри барабанного реактора. Подъемные лопасти могут включать лопасти, расположенные на расстоянии друг от друга вокруг внутренней окружности барабанного реактора с регулярными или нерегулярными промежутками, и по меньшей мере в трех местах вдоль продольной длины барабанного реактора. Подъемные лопасти взаимодействуют с потоком нагретого газа для рассортировывать частиц биомассы согласно плотности и/или размеру частиц, с более медленным перемещением через барабанный реактор сравнительно более плотных частиц относительно частиц со сходными размерами, и сравнительно более крупных частиц относительно частиц, имеющих сходные плотности.
Система торрификации биомассы дополнительно может включать приемный бункер, размещенный ниже по потоку относительно барабанного реактора, для сбора выходящих из барабанного реактора частиц торрифицированной биомассы и для выгрузки частиц торрифицированной биомассы из системы. Система может дополнительно включать трубопровод для рассеяния отходящего газа из системы, с регулировочными вентилями и заслонками, причем регулировочные вентили и заслонки позиционированы для регулирования уровня давления внутри системы, чтобы подавлять просачивание кислорода, в то же время позволяя отходящему газу выходить из системы. Трубопровод может направлять отходящий газ из системы в отдаленное устройство для использования отходящего газа во вспомогательном или дополнительном процессе. Отдаленное устройство может представлять собой, например, горелку,
предназначенную для утилизации отходящего газа, чтобы через теплообменник передавать теплоту газу, который проходит через барабанный реактор во время работы.
Система может дополнительно включать по меньшей мере одну шлюзовую камеру, размещенную между впускным каналом и барабанным реактором, для ограничения количества кислорода, поступающего в систему при загрузке частиц биомассы. Система может дополнительно включать по меньшей мере одно герметизирующее устройство между барабанным реактором и смежными конструкциями, причем герметизирующее устройство включает камеру между барабанным реактором и наружной окружающей средой, и герметизирующее устройство соединено с источником инертного или полуинертного газа для избирательной продувки камеры во время работы в пусковом режиме и при отключении.
Источник тепла для системы может представлять собой канальный электрический нагреватель иммерсионного типа, газогазовый теплообменник, малокислородную горелку или прочие общеупотребительные источники тепла, например, такие как топочная камера для сжигания древесных отходов или другая топочная камера, которая выполнена с возможностью косвенного подведения тепла в газовый поток в системе торрификации биомассы.
Система торрификации биомассы может дополнительно включать соединенную с барабанным реактором парогенераторную установку для введения пара в барабанный реактор и содействия торрификации частиц биомассы. Парогенераторная установка также может обеспечивать действия, связанные с созданием гасящего и охлаждающего потока, для повышения безопасности эксплуатации.
Система торрификации биомассы может дополнительно включать систему управления, выполненную с возможностью избирательного корректирования скорости вентиляторного устройства, чтобы регулировать скорость и объем газа через систему. Система управления также может быть выполнена с возможностью избирательной настройки скорости вращения барабанного реактора, чтобы регулировать время пребывания частиц биомассы в
барабанном реакторе. Система управления также может быть выполнена с возможностью избирательного корректирования температуры газового потока через систему. Система управления также может быть выполнена с возможностью избирательного корректирования параметров течения газа через систему, включающих объем, скорость и/или давление. Система управления также может быть выполнена с возможностью независимого контроля множества эксплуатационных параметров для регулирования процесса торрификации частиц биомассы, причем эксплуатационные параметры включают по меньшей мере один параметр из температуры на входе в реактор, температуры на выходе из реактора, среднего времени пребывания, содержания кислорода в потоке нагретого газа, и характеристик течения газа. Система управления может быть выполнена с возможностью непрерывного или периодического корректирования по меньшей мере некоторых из эксплуатационных параметров во время работы для оптимизации процесса торрификации или точной настройки характеристик полученных частиц торрифицированной биомассы.
Согласно одному варианту исполнения, способ торрификации биомассы может быть обобщенно охарактеризован как включающий стадии, в которых: обеспечивают вращение барабанного реактора, причем барабанный реактор имеет множество лопастей, размещенных в нем на каждом из множества местоположений вдоль продольной длины барабанного реактора; создают поток нагретого газа через барабанный реактор, достаточный для периодического перемещения частиц биомассы вдоль длины барабанного реактора, и одновременно проводят торрификацию частиц биомассы, когда частицы биомассы поднимаются лопастями и разбрасываются в поток нагретого газа, в то время как барабанный реактор вращается; и проводят рециркуляцию части газа, выходящего из барабанного реактора, обратно на впускной канал барабанного реактора через один или более газопроводов.
Способ дополнительно может включать стадию, в которой избирательно варьируют по меньшей мере некоторые из множества эксплуатационных параметров для точной настройки характеристик полученных частиц торрифицированной биомассы, причем
эксплуатационные параметры включают по меньшей мере один параметр из скорости течения нагретого газа через барабанный реактор, величины объемного расхода потока нагретого газа через барабанный реактор, температуры потока нагретого газа через реактор, уровня давления внутри барабанного реактора, скорости вращения барабанного реактора, содержания кислорода в потоке нагретого газа, содержания влаги в частицах биомассы, и скорости введения частиц биомассы в барабанный реактор. Способ дополнительно может включать стадию, в которой избирательно варьируют время пребывания частиц биомассы в барабанном реакторе. Способ дополнительно может включать стадию, в которой настраивают множество лопастей внутри барабанного реактора относительно местоположения и/или плотности размещения для регулирования времени удерживания частиц биомассы внутри барабанного реактора. Способ дополнительно может включать стадию, в которой пропускают частицы биомассы через барабанный реактор при различных скоростях согласно плотности и/или размеру частиц. Способ может дополнительно включать стадию, в которой выгружают частицы торрифицированной биомассы, в то же время по существу с предотвращением проникновения кислорода в барабанный реактор. Способ дополнительно может включать стадию, в которой устанавливают уровень давления внутри барабанного реактора, чтобы воспрепятствовать просачиванию кислорода в барабанный реактор. Способ дополнительно может включать стадию, в которой направляют отходящий газ в устройство, расположенное вдалеке от барабанного реактора, для использования отходящего газа во вспомогательном или дополнительном процессе, например, таком как применение в качестве топлива для внешней топочной камеры.
Способ дополнительно может включать стадии, в которых герметизируют барабанный реактор от наружной окружающей среды, и избирательно продувают одну или более камер, смежных с герметизирующими сопряжениями в барабанном реакторе инертным или полуинертным газом. Способ дополнительно может включать стадию, в которой пропускают частицы биомассы через барабанный реактор со скоростью между около одной до пятидесяти тонн в
час, причем частицы биомассы имеют плотность энергии по меньшей мере 20 гигаджоулей/тонну (ГДж/тонну) после того, как они подвергнуты торрификации внутри барабанного реактора.
Способ дополнительно может включать стадию, в которой высушивают частицы биомассы в сушильной системе вращающегося типа, конвейерного типа или иного типа, перед введением в барабанный реактор. Стадия, в которой проводят высушивание частиц биомассы в сушильной системе вращающегося типа перед введением в барабанный реактор, может включать стадию, в которой выполняют высушивание частиц биомассы до достижения среднего содержания влаги ниже двадцати процентов влагосодержания, в расчете на вес во влажном состоянии.
Способ дополнительно может включать стадию, в которой регулируют течение нагретого газа таким образом, что входная температура потока нагретого газа, поступающего в барабанный реактор, составляет по меньшей мере 500°F (260°С), и таким образом, что выходная температура потока нагретого газа, выходящего из барабанного реактора, составляет по меньшей мере 400°F (204,4°С). Способ дополнительно может включать стадию, в которой выгружают частицы торрифицированной биомассы после одного прохода частиц биомассы через барабанный реактор, причем размеры частиц выгружаемой торрифицированной биомассы варьируют по меньшей мере на десять процентов, тогда как плотность энергии и характеристики влажности частиц торрифицированной биомассы являются относительно единообразными независимо от размера частиц. Способ дополнительно может включать стадию, в которой вводят частицы биомассы в барабанный реактор, причем частицы биомассы при поступлении имеют средний размер от около 1/16 кубического дюйма до около одного кубического дюйма (116,4 см3). Способ дополнительно может включать стадию, в которой проводят вентиляцию барабанного реактора при неисправном состоянии. Способ дополнительно может включать стадию, в которой вводят пар в барабанный реактор для содействия торрификации частиц биомассы. Стадия, в которой вводят пар в барабанный реактор, может включать стадию, в которой генерируют пар в кипятильнике, который получает тепло
от части газа, выведенного из барабанного реактора. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - схематическое изображение системы торрификации биомассы согласно одному варианту исполнения.
Фиг.2 - схематическое изображение объединенной системы для обработки биомассы согласно одному варианту исполнения.
Фиг. 3 - изометрическое изображение системы торрификации биомассы согласно еще одному варианту исполнения.
Фиг.4 - изометрическое изображение в виде сзади системы торрификации биомассы согласно Фиг.3.
Фиг.5 - вид сбоку системы торрификации биомассы согласно Фиг.3.
Фиг. б - вид сверху системы торрификации биомассы согласно Фиг.3.
Фиг. 7 - вид сбоку барабанного реактора и смежных компонентов системы торрификации биомассы согласно Фиг.3.
Фиг.8 - вид в разрезе барабанного реактора согласно Фиг.7, проведенном вдоль линии 8-8.
Фиг. 9 - вид сбоку герметизирующего узла согласно одному варианту исполнения, который может быть использован в системе торрификации биомассы согласно Фиг.3.
Фиг.10 - увеличенный подробный вид участка герметизирующего узла согласно Фиг.9.
Фиг.11 - вид в разрезе герметизирующего узла согласно Фиг.9, проведенном вдоль линии 11-11 на Фиг.10.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В нижеследующем описании определенные конкретные детали приведены для того, чтобы обеспечить исчерпывающее понимание разнообразных раскрытых вариантов исполнения. Однако квалифицированному специалисту в данной области технологии будет понятно, что варианты исполнения могут быть реализованы на практике без одной или более из этих конкретных деталей. В других примерах общеизвестные конструкции или стадии, связанные с промышленным технологическим оборудованием и промышленными процессами, могут быть не показаны или не описаны в подробностях, во избежание необязательных загромождающих
описаний вариантов исполнения. Например, квалифицированным специалистам в этой области технологии будет понятно, что разнообразные датчики (например, датчики температуры, кислородные сенсоры, и т.д.), регулирующие устройства и прочие устройства управления производственным процессом, могут быть предусмотрены и могут управляться с помощью программируемого логического контроллера (PLC) или другой подходящей системы управления, для мониторинга описываемой здесь системы торрификации биомассы и регулирования эксплуатационных параметров процессов торрификации, для оптимизации или точной настройки характеристик полученных частиц торрифицированной биомассы.
Если контекстом не оговорено иное, на всем протяжении описания и пунктов последующей формулы изобретения слово "включают" и его вариации, такие как "включает" и "включающий", должны толковаться в открытом инклюзивном смысле, то есть, как "включающий, но не ограниченный чем-то".
Ссылка на всем протяжении описания на "один вариант исполнения" или "вариант исполнения" означает, что конкретные признак, конструкция или характеристика, описываемые в связи с этим вариантом исполнения, включены по меньшей мере в один вариант исполнения. Так, упоминания фраз "в одном варианте исполнения" или "в варианте исполнения" в различных местах на протяжении этого описания не обязательно все ссылаются на один и тот же вариант исполнения. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характеристики могут быть скомбинированы любым пригодным образом в одном или более вариантах исполнения.
Как используемые в этом описании и в пунктах прилагаемой формулы изобретения, формы единственного числа включают многочисленные объекты, если контекст четко не оговаривает иного. Также следует отметить, что термин "или" в основном используется в его смысле, включающем "и/или", если контекст ясно не оговаривает иное.
Фиг.1 схематически показывает систему 10 торрификации биомассы согласно одному примерному варианту исполнения. Система 10 включает барабанный реактор 12, который
поддерживается так, что вращается вокруг его продольной оси 16. Система 10 дополнительно включает впускной канал 22 для принятия частиц биомассы, которые должны быть обработаны, как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 24. Одна шлюзовая камера или сдвоенная шлюзовая камера 2 6 с необязательной продувкой 2 7 инертным или полуинертным газом, или подобное устройство, присоединены к впускному каналу 22, чтобы по существу предотвратить поступление кислорода в систему 10, когда частицы биомассы подаются в систему 10. Частицы биомассы могут быть поданы во впускной канал 22 через конвейер или другое традиционное устройство для транспортирования материала. В одном варианте исполнения вместо шлюзовой(-ых) камеры(камер) может быть использован шнековый загрузчик с динамическим уплотнением для создания пробки из материала, которая действует как герметизирующее уплотнение, когда частицы биомассы проходят через впускной канал 22.
Система 10 дополнительно включает источник 30 тепла, размещенный выше по потоку относительно барабанного реактора 12, для подведения теплоты к потоку 34 газа, который генерируется внутри системы 10 с помощью вентиляторного устройства 32, которое может представлять собой, например, вентиляторное устройство с форсированной тягой, или вентиляторное устройство с принудительной вентиляцией. Вентиляторное устройство 32 приводится в действие для вытягивания или нагнетания газа через барабанный реактор 12 и циркуляции газа (или значительной части газа) обратно к источнику 30 тепла для его повторного нагревания и подачи в барабанный реактор 12 в режиме рециркуляции. В некоторых вариантах исполнения восемьдесят процентов или более газа по объему, выходящего из барабанного реактора 12, могут быть вовлечены в рециркуляцию к впускному каналу барабанного реактора 12. В некоторых вариантах исполнения девяносто процентов или более газа по объему, выходящего из барабанного реактора 12, могут быть вовлечены в рециркуляцию к впускному каналу барабанного реактора 12. В некоторых вариантах исполнения девяносто пять процентов или более газа по объему,
выходящего из барабанного реактора 12, могут быть вовлечены в рециркуляцию к впускному каналу барабанного реактора 12.
Во время работы поток 34 газа действует как текучая среда-теплоноситель для переноса тепловой энергии на частицы биомассы внутри барабанного реактора 12 и для создания движущей силы для транспортирования частиц биомассы. Газовый поток также может нагревать внутреннюю конструкцию барабана 12, в особенности подъемные лопасти, которые, в свою очередь, также могут нагревать частицы биомассы. Газопроводы 3 6, которым приданы надлежащие размеры, присоединены по меньшей мере к барабанному реактору 12, источнику 30 тепла и вентиляторному устройству 32 для рециркуляции газового потока 34 в системе 10. В некоторых вариантах исполнения преобладающую часть или все количество газа, поступающего в барабанный реактор 12, вовлекают в рециркуляцию обратно к впускному каналу барабанного реактора 12 в непрерывном режиме, тогда как количество газа, образованного торрификацией частиц биомассы, выводят или иным образом направляют наружу из системы 10. В некоторых вариантах исполнения никакой новый газ (иного, нежели непреднамеренно просочившегося) не подводят в поток 34 рециркулирующего газа во время работы.
В иллюстрированном варианте исполнения источник 3 0 тепла присутствует в форме газо-газового теплообменника 60. Поток 35 горячего газа, в диапазоне температур, например, от около 800°F до около 1400°F (427-760°С), подают в теплообменник 60 через впускной трубопровод 62, как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 64. Поток 35 горячего газа взаимодействует с потоком 34 рециркулирующего газа торрификационной системы 10 для переноса на него теплоты. В некоторых вариантах исполнения теплообменник 60 выполнен с возможностью повышения входной температуры потока 34 торрифицирующего газа в теплообменнике 60 от около 500°F±100°F (260°С±37,8°С) до выходной температуры около 700°F±150°F (371°С±65,б°С). При выполнении этого температура другого изолированного газового потока 35 в теплообменнике 60 обязательно снижается перед выходом из теплообменника 60 через
выпускной трубопровод 66. Однако температура другого изолированного газового потока 35 все еще достаточно высока, чтобы быть применимой в других процессах, например, таких как высушивание частиц биомассы перед поступлением в систему 10 торрификации биомассы. Соответственно этому, в некоторых вариантах исполнения газовый поток 35, выведенный из теплообменника 60 через выпускной трубопровод бб, может быть направлен в сушильную систему 7 0 (Фиг.2) или другое устройство, как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 68. В некоторых вариантах исполнения выведенный газовый поток 35 может быть направлен обратно на впускной канал теплообменника 60 и смешан с другим нагретым газом, имеющим более высокую температуру, например, таким как из удаленной топочной камеры, для регулирования входной температуры теплообменника 60 до желательного уровня, или для удержания в пределах желательного температурного диапазона.
Хотя иллюстрированный вариант исполнения источника 3 0 тепла согласно Фиг.1 показан как газо-газовый теплообменник 60, понятно, что могут быть предусмотрены другие разнообразные источники 30 тепла. Например, в некоторых вариантах исполнения внутри протока газового потока 34 системы 10 торрификации биомассы может быть размещен электрический источник тепла иммерсионного типа. В других вариантах исполнения малокислородные горелки могут быть направлены непосредственно в систему 10 для нагревания газового потока 34 без значительного повышения уровня содержания кислорода внутри системы 10. Однако, независимо от источника 30 тепла, полезно изолировать газовый поток 34 в рециркуляционном режиме, чтобы облегчить поддержание среды с низким уровнем содержания кислорода внутри барабанного реактора 12, которая способствует торрификации частиц биомассы.
На расположенном ниже по потоку конце барабанного реактора
12 предусмотрен сепарационный бункер 3 8 для сбора частиц
торрифицированной биомассы (например, торрифицированной
древесной щепы, торрифицированной щепы арундинарии
крупносемянной, другой торрифицированной целлюлозной биомассы),
когда частицы выходят из барабанного реактора 12. Затем эти частицы подают механически и/или под действием силы тяжести в сторону выпускного канала 4 0 для сбора. С выпускным каналом 4 0 соединены одно или более шлюзовых устройств 42, чтобы по существу предотвратить проникновение кислорода в систему 10, когда торрифицированные частицы выводятся из системы 10. Более мелкие частицы {например, мелкие фракции торрифицированной древесины, мелкие фракции торрифицированной арундинарии крупносемянной, другой торрифицированной целлюлозной биомассы), которые могут проходить через сепарационный бункер 38, могут быть отфильтрованы и удалены из газового потока 34 с помощью фильтрационного устройства 44, например, такого как фильтрационное устройство циклонного типа. С вторичным выпускным каналом 4 8 могут быть соединены одно или более дополнительных шлюзовых устройств 4 6 для удаления отфильтрованного материала из системы 10, без введения значительных количеств кислорода в систему 10. В некоторых вариантах исполнения камера или промежуток между парой последовательно соединенных шлюзовых устройств 42, 4 6 могут быть соединены с источником инертного или полуинертного газа для избирательной продувки камеры или промежутка, как представлено стрелками, обозначенными ссылочными позициями 43, 4 7 (Фиг.2). В некоторых вариантах исполнения торрификационная система 10 вместо бункера 38 может включать фильтрационное устройство циклонного типа для отделения и/или отфильтровывания частиц торрифицированной биомассы из газового потока 34. В некоторых вариантах исполнения торрификационная система 10 может включать одно или более пневматических разгрузочных устройств (не показаны) для выгрузки частиц торрифицированной биомассы из торрификационной системы 10.
Как было описано ранее, газовый поток 34 вытягивается или нагнетается через барабанный реактор 12 и возвращается к источнику 30 тепла (после отделения торрифицированных частиц, щепы, мелких фракций, пыли и/или любого мусора) под действием вентиляторного устройства 32. В то время как значительная часть газа участвует в рециркуляции, некоторое количество газа может
быть отведено в вытяжной трубопровод 50. Газ, выведенный через вытяжной трубопровод 50, может быть использован где-нибудь еще в процессе или в еще одном процессе, как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 52. Например, отходящий газ может быть использован в качестве топлива для генерирования тепла в помощь источнику 3 0 тепла для повышения температуры газового потока 34. Вытяжной трубопровод 50 может включать заслонку 54 с переменным позиционированием, которая может быть использована для выравнивания давления внутри барабанного реактора 12 от слегка отрицательного до слегка положительного. В зависимости от настройки, это может быть применено для предотвращения попадания кислорода в систему 10.
Фиг. 2 схематически показывает объединенную систему 11 для обработки биомассы согласно одному примерному варианту исполнения. Объединенная система 11 для обработки биомассы включает, помимо всего прочего, описанную выше систему 10 торрификации биомассы и сушильную систему 70, которая выполнена с возможностью высушивания частиц биомассы перед введением в торрификационную систему 10. В некоторых вариантах исполнения система 10 торрификации биомассы выполнена с возможностью принятия частиц биомассы, имеющих содержание влаги, уменьшенное с помощью сушильной системы 7 0 ниже двадцати процентов влагосодержания, в расчете на вес во влажном состоянии. В некоторых вариантах исполнения частицы биомассы могут представлять собой древесную щепу, имеющую средний размер частиц между около 1/16 кубического дюйма и около одного кубического дюйма (1-16,4 см3), и имеющую начальное содержание влаги выше сорока процентов влагосодержания, в расчете на вес во влажном состоянии. В некоторых вариантах исполнения частицы биомассы могут иметь по существу единообразный размер (с разностью менее десяти процентов), и в других вариантах исполнения размер частиц может варьировать на десять процентов, двадцать процентов, тридцать процентов или более.
Согласно варианту исполнения, иллюстрированному в Фиг.2, сушильная система 7 0 включает вращающийся барабан 71, который поддерживается так, что вращается вокруг своей продольной оси
72. Сушильная система 70 дополнительно включает впускной канал 7 4 для введения частиц биомассы, которые должны быть обработаны, как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 75. Частицы биомассы могут быть подведены во впускной канал 74 через конвейер или другое общеупотребительное устройство для транспортирования материала.
Сушильная система 7 0 соединена с топочной камерой 7 6, которая выполнена с возможностью подачи потока нагретого газа по трубопроводу 7 7 через вращающийся барабан 71, и периодически проводит частицы биомассы через барабан 71, когда он вращается. Поток нагретого газа одновременно высушивает частицы биомассы, когда газовый поток проносит частицы через вращающийся барабан 71. Топочная камера 7 6 может быть выполнена с возможностью сжигания коры, топлива, полученного из отходов пилорамы, или прочего топлива, для нагревания газового потока, который подается в сушильную систему 70. Газовый поток, поступающий в сушильную систему 70, также может быть дополнен или смешан с другими газовыми потоками объединенной системы 11 для обработки биомассы, как более подробно описано в другом месте.
На расположенном ниже по потоку конце вращающегося барабана 71 размещен сепарационный бункер 7 8 для сбора частиц высушенной биомассы (например, высушенной древесной щепы, высушенной щепы арундинарии крупносемянной, другой высушенной целлюлозной биомассы), когда частицы выходят из вращающегося барабана 71. Затем эти частицы подают механически и/или под действием силы тяжести в сторону выпускного канала 7 9 для сбора с последующим использованием или упаковкой. Более мелкие частицы и пыль (например, мелкие фракции высушенной древесины, мелкие фракции высушенной арундинарии крупносемянной, другой высушенной целлюлозной биомассы), которые могут проходить через сепарационный бункер 78, могут быть отфильтрованы и удалены из газового потока с помощью фильтрационного устройства 80, например, такого как фильтрационное устройство циклонного типа. Эти частицы подают в сторону вторичного выпускного канала 81 для последующего использования или упаковки. В некоторых вариантах исполнения сушильная система 7 0 вместо бункера 7 8
может включать фильтрационное устройство циклонного типа для отделения и/или отфильтровывания частиц высушенной биомассы от газового потока. В некоторых вариантах исполнения сушильная система 7 0 может включать одно или более пневматических разгрузочных устройств (не показаны) для выгрузки частиц высушенной биомассы из сушильной системы 70.
Может быть предусмотрено вентиляторное устройство 92 для вытягивания или нагнетания газового потока через вращающийся барабан 71, и для направления отходящего газа из вращающегося барабана 71 в сторону оборудования 82 для контроля выбросов в окружающую среду, чтобы обрабатывать отходящий газ сушильной системы 7 0 перед выпуском его в окружающую среду или в другие системы, как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 83. В качестве одного примера, оборудование 82 для контроля выбросов может включать мокрый электрофильтр (WESP) для облегчения удаления твердых частиц субмикронного размера и капелек жидкостей из потока отходящего газа. Оборудование 82 для контроля выбросов может дополнительно включать регенеративный термический окислитель (RTO) для разложения токсичных примесей в воздухе и летучих органических соединений (VOC), которые могут присутствовать в отходящем газе. В некоторых вариантах исполнения может быть предусмотрен RTO, в котором используют природный газ для нагревания отходящих газов до температуры около 1500°F (815°С), при которой VOC окисляются. В других вариантах исполнения для нагревания RTO могут быть использованы отходящие газы торрификации, что может значительно снизить эксплуатационные расходы на RTO, поскольку природный газ во всем остальном обусловливает значительные затраты на эксплуатацию такого оборудования.
По меньшей мере часть отходящего газа из сушильной системы 7 0 может быть направлена или вовлечена в рециркуляцию обратно к впускному каналу 7 4 вращающегося барабана 71 и объединена с потоком нагретого газа из топочной камеры 7 6 для высушивания частиц биомассы, которые непрерывно подаются во вращающийся барабан 71, как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 84. Дополнительные газы из выпускного канала
теплообменника 60 торрификационной системы 10 также могут быть объединены с отходящими газами из сушильной системы 7 0 для очистки перед выпуском в окружающую среду и/или для введения обратно в сушильную систему 79, как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 85.
Согласно варианту исполнения, иллюстрированному в Фиг.2, частицы высушенной биомассы (например, высушенная древесная щепа и мелкие фракции) могут быть направлены в еще одно место для последующей обработки, хранения или упаковки частиц высушенной биомассы как самостоятельного товара для продажи, как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 86. Часть частиц высушенной биомассы или вся она может быть направлена в систему 10 торрификации для последующей обработки, как указано стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 87.
Как можно понять из Фиг.2, частицы высушенной биомассы, образованные с использованием сушильной системы 70, могут служить в качестве исходного материала для торрификационной системы 10. В некоторых вариантах исполнения частицы высушенной биомассы могут иметь среднее содержание влаги ниже двадцати процентов влагосодержания, в расчете на вес во влажном состоянии, когда поступают в торрификационную систему 10. В других вариантах исполнения среднее содержание влаги в частицах высушенной биомассы может составлять между около пятью процентами влагосодержания, в расчете на вес во влажном состоянии, и около пятнадцатью процентами влагосодержания, в расчете на вес во влажном состоянии. В еще одних вариантах исполнения среднее содержание влаги в частицах высушенной биомассы может быть более, чем двадцать процентов влагосодержания, в расчете на вес во влажном состоянии.
Хотя сушильная система 7 0 иллюстрирована как сушильная система типа вращающегося барабана, такая как система, разработанная и продаваемая на рынке фирмой Teal Sales Incorporated, которой принадлежит настоящая заявка, понятно, что в связи с вариантами осуществления настоящего изобретения могут быть использованы другие сушильные системы, включающие, например, обжиговые печи, имеющие вращающийся шнек, и
транспортные устройства типа конвейерного настила. Соответственно этому, варианты исполнения описываемых здесь систем для обработки биомассы не ограничиваются конкретными иллюстрированными сушильными системами, но могут включать широкий ассортимент общеупотребительных сушильных систем.
С продолжающимся привлечением Фиг.2, источник 3 0 тепла показан как газо-газовый теплообменник 60, который выполнен с возможностью принятия потока нагретого газа из топочной камеры 76, как показано стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 88. Поток нагретого газа, поступающий в теплообменник 60, может быть смешан с газами из выпускного канала теплообменника 60, как представлено стрелками, обозначенными ссылочной позицией 90, для регулирования входной температуры потока нагретого газа, поступающего в теплообменник 60. В некоторых вариантах исполнения входная температура газового потока, поступающего в теплообменник, может быть между около 600°F (315°С) и около 1400°F (760°С), и в некоторых вариантах исполнения входная температура газового потока, поступающего в теплообменник 60, может составлять между около 800°F (427°С) и около 1000°F
(538°С). Рециркулирующий газовый поток торрификационной системы 10 проходит через теплообменник 60 и нагревается, согласно некоторым вариантам исполнения, до температуры на входе в барабанный реактор по меньшей мере 500°F (260°С). После прохода через барабанный реактор 12 поток нагретого газа имеет температуру на выходе барабанного реактора по меньшей мере 400°F (204,4°С). Таким образом, частицы биомассы, которые проходят через торрификационный барабанный реактор 12 во время работы, непосредственно подвергаются воздействию потока нагретого газа, имеющего температуру по меньшей мере 400°F
(204,4°С), на всем протяжении длины барабанного реактора 12. В некоторых вариантах исполнения температура на входе в барабанный реактор составляет около 700°F±150°F (371°С±65, б°С) , и температура на выходе из барабанного реактора около 500°F ± 100°F (260°С±37,8°С). Температуры потока нагретого газа на входе в барабанный реактор и на выходе из барабанного реактора могут отслеживаться подходящими температурными датчиками и
регулироваться посредством общей или каскадной схемы управления для поддержания температурного градиента на протяжении барабанного реактора на желательном уровне во время работы.
Отходящие газы из процесса торрификации, которые включают углеводородные соединения, выкипевшие из частиц биомассы, водяной пар и любой окружающий воздух, который просачивается в систему, могут быть направлены, согласно некоторым вариантам исполнения, в топочную камеру 7 0 для сжигания, как показано стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 91. Этим путем энергия, содержащаяся в отходящих газах, может быть утилизирована для нагревания теплопередающей среды для использования в теплообменнике 60, чтобы поддерживать поток 34 горячего газа, протекающего через барабанный реактор 12, при желательной повышенной входной температуре. Опять же, в некоторых вариантах исполнения, температура на входе в барабанный реактор может составлять около 700°F±150°F (371°С±65,б°С), и температура на выходе из барабанного реактора может быть около 500°F±100°F (260°С±37,8°С). Температурный градиент в барабанном реакторе может регулироваться с помощью каскадной схемы управления, которая настраивает входную температуру барабанного реактора. Температуру на входе в барабанный реактор можно регулировать, например, вариацией количества нагретого газа, подаваемого в теплообменник 60 из топочной камеры 76. В некоторых вариантах исполнения топочная камера 7 6 может быть выполнена с возможностью сжигания коры, топлива, полученного из отходов пилорамы, или прочих топлив, для нагревания газового потока 35, который подается через теплообменник 60. Опять же, нагревание этого газового потока 35 может быть дополнено сжиганием отходящих газов из торрификационной системы 10, как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 91.
Фиг. 3-8 иллюстрируют систему 110 торрификации биомассы согласно еще одному примерному варианту исполнения, который подобен описанной ранее системе 10 торрификации биомассы, но с дополнительными конструкционными деталями и с иным примерным источником 130 тепла. Система 110 включает барабанный реактор
112, который опирается на несущий каркас 114, для вращения вокруг горизонтальной оси 116 вращения. Барабанный реактор 112 приводится в движение приводным двигателем 118, который может быть электрически соединен с системой управления для избирательного регулирования вращения барабанного реактора 112 и, опционально, корректирования скорости его вращения. Система управления включает пульт 12 0 управления с надлежащими управляющими устройствами (переключателями, циферблатами, измерительными приборами, и т.д.) для избирательного регулирования и мониторинга система 110. Другие измерительные приборы и управляющие устройства (например, датчики, вентили, и т.д.) могут быть размещены поодаль и соединены с конкретными компонентами системы для целей мониторинга и управления.
Система 110 дополнительно включает впускной канал 122 в форме спускного лотка для введения частиц биомассы, которые должны быть обработаны, как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 124. К впускному каналу 122 присоединена шлюзовая камера или сдвоенная шлюзовая камера 12 6 с опциональной продувкой инертным или полуинертным газом или подобным устройством, чтобы по существу предотвратить поступление кислорода в систему 110, когда загружаются частицы биомассы. Частицы биомассы могут быть поданы во впускной канал 122 с помощью конвейера или другого общеупотребительного устройства для транспортирования материала. Скорость введения частиц биомассы можно отслеживать и регулировать для оптимизации или точной настройки характеристик полученных частиц торрифицированной биомассы. Могут быть предусмотрены лестница 128 и другие устройства для доступа пользователя, чтобы подходить к впускному каналу 122 и другим компонентам системы 110 для мониторинга, технического обслуживания и для других целей.
Система 110 также включает источник 130 тепла, размещенный выше по потоку относительно барабанного реактора 112, для подведения теплоты к газовому потоку, который генерируется в системе 110 вентиляторным устройством 132, которое, например, может представлять собой вентиляторное устройство с
форсированной тягой, или вентиляторное устройство с принудительной вентиляцией. Вентиляторное устройство 132 приводится в действие приводным двигателем 134 для вытягивания или нагнетания газа через барабанный реактор 112 и вовлечения его в циркуляцию обратно к источнику 130 тепла для его повторного нагревания и подачи в барабанный реактор 112 в режиме рециркуляции. Газопроводы 13 6 имеют надлежащие для этого размеры и присоединены для этой цели по меньшей мере к барабанному реактору 112, источнику 130 тепла и вентиляторному устройству 132.
На расположенном ниже по потоку конце барабанного реактора 112 предусмотрен сепарационный бункер 138 для отделения частиц торрифицированной биомассы от газового потока, когда частицы выходят из барабанного реактора 112. Затем эти частицы подают механически и/или под действием силы тяжести в сторону выпускного канала 14 0 для сбора с последующим использованием или упаковкой. С выпускным каналом 14 0 соединено шлюзовое устройство 142, чтобы по существу предотвратить проникновение кислорода в систему 110, когда выгружаются торрифицированные частицы. Более мелкие частицы и пыль, которые могут проходить через сепарационный бункер 138, могут быть отфильтрованы и удалены из газового потока с помощью фильтрационного устройства 144, например, такого как фильтрационное устройство циклонного типа. С вторичным выпускным каналом 14 8 может быть соединено еще одно шлюзовое устройство 14 6 для удаления отфильтрованного материала из системы 110, без введения значительных количеств кислорода в систему 110. В некоторых вариантах исполнения система 110 вместо бункера 138 может включать фильтрационное устройство циклонного типа для отделения и/или отфильтровывания частиц торрифицированной биомассы из газового потока, проходящего через барабанный реактор 112. В некоторых вариантах исполнения система 110 может включать одно или более пневматических разгрузочных устройств (не показаны) для выгрузки частиц торрифицированной биомассы из торрификационной системы 110.
Как было описано ранее, газовый поток вытягивается или
нагнетается через барабанный реактор 112 и возвращается к источнику 130 тепла (после отделения торрифицированных частиц, пыли и/или любого мусора) под действием вентиляторного устройства 132. В то время как подавляющее большинство газа участвует в рециркуляции в барабанный реактор 112, некоторое количество газа может быть отведено в вытяжной трубопровод 150. Газ, выведенный через вытяжной трубопровод 150, может быть повторно уловлен для использования где-нибудь еще в процессе или в еще одном процессе, например, для применения в качестве топлива для генерирования тепла. Вытяжной трубопровод 150 может включать заслонку 152 с переменным позиционированием, которая может быть использована для выравнивания давления внутри барабанного реактора 112 от слегка отрицательного до слегка положительного. В зависимости от настройки, это может быть применено для предотвращения попадания кислорода в систему 110.
Теперь будут описаны дополнительные детали барабанного реактора 112 со ссылкой на Фиг.7 и 8. Как показано в иллюстрированном варианте исполнения, барабанный реактор 112 установлен на опоры в горизонтальной ориентации на несколько роликов 160. Ролики 160 контактируют с барабаном 112 вдоль беговых дорожек 162, которые закреплены на окружности барабана 112. Барабан 112 может иметь диаметр в три, четыре, пять футов (91,5, 122, 152,5 см) или более, и может быть выполнен с возможностью принятия и обработки свыше пятидесяти тонн частиц торрифицируемой биомассы в час.
Приводной двигатель 118 соединен с приводным ремнем или цепью 164, и регулируется с помощью системы управления для избирательного вращения барабана 112 с разнообразными скоростями, например, такими как около 3 об/мин, или более, или менее. Между вращающимся барабаном 112 и неподвижными деталями размещены высокопрецизионные уплотнения 166 для предотвращения просачивания кислорода в систему. Этим путем уплотнения 166 и прочие конструктивные особенности системы способны поддерживать газовый поток на единообразно низком уровне содержания кислорода созданием по существу герметичного резервуара.
Внутри барабанного реактора 112 присутствуют несколько
подъемных лопастей 17 0, расположенных на расстоянии друг от друга по окружности в каждом из многочисленных мест вдоль его продольной оси. Плотность размещения подъемных лопастей 17 0 может быть рассчитана на удовлетворение различных потребностей системы 110 и может зависеть от ряда взаимосвязанных факторов, например, таких как скорость вращения барабанного реактора 112, скорость подачи материала в систему 110, и скорость вращения вентиляторного устройства 132 или интенсивность потока нагретого газа, проходящего через барабанный реактор 112. Лопасти 17 0 выполнены с возможностью подъема частиц биомассы, когда барабанный реактор 112 вращается по направлению, указанному стрелкой 172, и затем направления и разбрасывания частиц биомассы в поток газа, с периодическим продвижением вдоль длины барабанного реактора 112, главным образом, посредством кинетической энергии газового потока, и с одновременной торрификацией. Это является преимущественным в том отношении, что механизм транспортирования частиц биомассы обеспечивает высокоэффективную среду для переноса теплоты непосредственно на частицы. Соответственно этому, системой могут быть обработаны большие объемы частиц биомассы с пониженным потреблением энергии. В дополнение, пропускная способность, или величина расхода потока частиц торрифицированной биомассы (тонн/час), может быть относительно более высокой по сравнению с традиционными торрификационными системами со сравнимыми в общем габаритами.
Частицы биомассы находятся в барабане 112 в течение периода времени и затем последовательно выводятся в сепарационный бункер 138 или другое разделительное устройство, и транспортируются по направлению, указанному стрелкой, которая обозначена ссылочной позицией 174, для дальнейшей обработки. Преобладающую или значительную часть газового потока проводят по направлению, указанному стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 17 6, и вовлекают в рециркуляцию, нагревают и вновь вводят в барабанный реактор 112, как указано стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 17 8.
Тем самым система 110 позволяет непрерывно проводить
процесс торрификации, который включает стадию, в которой частицы биомассы вводят во вращающийся барабанный реактор 112 через шлюзовую камеру или шлюзовые камеры 12 6 для поддержания низкого уровня содержания кислорода внутри торрификационной системы 110, который является благоприятным для частиц торрифицируемой биомассы. Частицы транспортируются через барабан 112 посредством кинетической энергии потока нагретого газа, который генерируется созданием форсированной тяги или принудительной вентиляции с помощью вентиляторного устройства 132, соединенного трубопроводом 13 6 с выпускным каналом барабана 112. Кроме того, выше по потоку относительно барабана 112 имеется источник 130 тепла, например, такой как канальный электрический нагреватель иммерсионного типа (Фиг.З) или газогазовый теплообменник (Фиг.1). Вентиляторное устройство 132 вытягивает или нагнетает газ сквозь или через источник 130 тепла и через барабан 112. Для эффективности процесса является благоприятной рециркуляция газа, выходящего из барабана 112, обратно к источнику 130 тепла для повторного нагревания. Для эффективности процесса также является благоприятной способность потока нагретого газа непосредственно нагревать частицы биомассы в среде с низким содержанием кислорода, когда газовый поток одновременно транспортирует частицы биомассы в периодическом режиме через барабанный реактор 112, как более подробно обсуждается в другом месте.
Само собой разумеется, имеется определенный поток газа, который выводится из системы 110 (будь то в наружную окружающую среду, или же в еще один технологический компонент, имеющий или не имеющий отношения к процессу), который является по существу равным сумме газов, выделяемых из частиц биомассы вследствие нагревания (в том числе испарения воды), и любой протечке, которая может проникать в систему 110.
Внутри барабана 112 содержатся специализированные подъемные и регулирующие дистанцию падения лопасти 17 0, которые поднимают и разбрасывают частицы, когда барабан 112 вращается, тем самым подвергая частицы воздействию потока нагретого газа, чем обусловливается испарение влаги внутри частиц. Когда
частицы разбрасываются внутри барабана 112, движущийся внутри барабана 112 газ заставляет их перемещаться вперед. Для достижения достаточного продвижения частиц вперед, как правило, требуются несколько оборотов барабана 112, чтобы они прошли по всей длине барабана 112. В процессе разбрасывания и транспортирования внутри барабана 112 частицы также рассортировываются. Более легкие, более мелкие частицы проходят через барабан 112 быстрее, нежели более тяжелые, более крупные частицы. Это позволяет крупным частицам оставаться в барабане 112 в течение относительно более длительного времени пребывания, и создает более однородный конечный продукт (то есть, крупные и мелкие частицы могут быть обработаны совместно, чтобы иметь сходные конечные характеристики, несмотря на различие в массе и объеме). Например, в некоторых вариантах исполнения размер частиц может варьировать в пределах конкретной партии частиц торрифицируемой биомассы на десять, двадцать или тридцать процентов или более, тогда как плотность энергии и характеристики влажности частиц поддерживаются относительно единообразными независимо от размера частиц. В некоторых вариантах исполнения лопасти 17 0 могут быть выполнены так, что варьируют в отношении местоположения и/или плотности размещения лопастей в различных вариантах исполнения, чтобы влиять на время пребывания частиц биомассы внутри барабанного реактора 112.
При использовании системы 110 для торрификации частиц биомассы, источник 130 тепла ответственен за подведение теплоты в систему рециркуляции газа внутри системы 110. Поток нагретого газа внутри системы рециркуляции газа, в свою очередь, непосредственно нагревает частицы биомассы, когда они транспортируются через систему 110. Таким образом, поток нагретого газа непосредственно нагревает и перемещает частицы биомассы одновременно. Это является преимущественным в том отношении, что механизм транспортирования частиц биомассы создает высокоэффективную среду для переноса теплоты непосредственно на частицы. Соответственно этому, системой могут быть обработаны большие объемы частиц биомассы с
пониженным потреблением энергии. В дополнение, пропускная способность, или величина расхода потока частиц торрифицированной биомассы (тонн/час), может быть относительно более высокой по сравнению с традиционными торрификационными системами со сравнимыми в общем габаритами. Это преимущественно обеспечивает возможность практической реализации описываемых здесь систем особенно подходящим в промышленном отношении путем.
Элементы источника 130 тепла могут производить тепло из любого легкодоступного источника энергии. Например, в некоторых вариантах исполнения теплота может быть непосредственно подведена в газовый поток с использованием электрического элемента (например, канального электрического нагревателя 130 иммерсионного типа). В других вариантах исполнения теплота может быть подведена в поток газа с помощью газо-газового теплообменника 60 (Фиг.1 и 2), соединенного с системой сгорания и/или отбросного тепла (например, топочной камерой 7 6 на Фиг.1 и 2). В еще одном варианте исполнения малокислородные горелки могут быть непосредственно направлены в систему 110 для нагревания газового потока без значительного повышения уровня содержания кислорода внутри системы 110. В некоторых вариантах исполнения отходящий газ, который выведен из вытяжного трубопровода 150, может быть использован как часть топлива для нагревания в процессе. Независимо от источника 130 тепла, очень малое количество дополнительного кислорода вводится в систему 110 на протяжении всего цикла нагревания в процессе.
Системы и способы торрификации основываются на тепловом и энергетическом балансе, который согласовывает необходимую энергию с режимом обработки, источником нагревания и требуемым временем пребывания. Описываемые здесь варианты исполнения систем и способов торрификации особенно хорошо пригодны для управления и контроля этих факторов, и создают системы и способы, которые без труда могут быть масштабированы для соответствия разнообразным промышленным требованиям.
Например, время пребывания частиц внутри барабана 112 может контролироваться разнообразными конструкционными и
технологическими факторами. Например, скорость вращения и габариты вентиляторного устройства 132 могут быть выбраны для корректирования скорости циркулирующего нагретого газа внутри барабана 112. В дополнение, скорость и объем потока нагретого газа также могут регулироваться вентиляторной входной заслонкой в вентиляторном устройстве 132. В качестве еще одного примера, скорость вращения барабана 112 может быть настроена на более высокое или более низкое значение для корректирования степени эффекта подъема и разбрасывания внутри барабана 112, тем самым оставляя больше или меньше времени, в течение которого частицы находятся во взвешенном состоянии. Кроме того, поскольку лопасти 17 0 могут быть рассчитаны на работу в пределах широкого диапазона скоростей вращения, скорость вращения барабана 112 может быть избирательно скорректирована с помощью надлежащих управляющих устройств (таких как приводной двигатель с переменной скоростью вращения) для настройки времени пребывания. Кроме того, плотность размещения лопастей 17 0 внутри барабана 112 может быть использована для изменения условий течения внутри барабана 112 при данной индивидуальной конструкции, обусловливающей более короткое или более длительное собственное время пребывания. В дополнение к этому, размер и форма лопастей 17 0 могут быть изменены для соответствия свойствам обрабатываемого материала и создания более или менее выраженного эффекта разбрасывания, тем самым влияя на время пребывания в барабане 112.
В некоторых вариантах исполнения лопасти 17 0 могут быть закреплены на барабане 112 с конкретными плотностью размещения и расположением для оптимизации или точной настройки характеристик полученных частиц торрифицированной биомассы. Длина барабана 112 также может варьировать относительно базовой конструкции для создания более или менее длительного времени пребывания. В дополнение, условия загрузки частиц могут варьировать для создания большего или меньшего сопротивления потоку газа внутри барабана 112, тем самым влияя на время пребывания. Например, в некоторых вариантах исполнения относительно большее значение объемного расхода потока частиц
биомассы может быть настроено на скопление внутри барабана 112 и медленное перемещение частиц через барабан 112. Напротив, относительно меньший объемный расход частиц биомассы может быть рассчитан на сокращение скопления во внутренности барабана 112 и быстрое продвижение частиц биомассы через барабан 112.
Уровень содержания кислорода внутри барабана 112 также может контролироваться разнообразными конструкционными и технологическими факторами. Например, может быть выбрана механическая конструкция впускного канала для частиц, включающая, например, шлюзовую камеру, сдвоенную шлюзовую камеру с продувкой газом, шнековые устройства или тому подобные, причем каждое устройство имеет различный уровень способности предотвращать проникновение кислорода. Количество кислорода, который поступает в систему 110 с частицами, предпочтительно сводят к минимуму, но скорее всего оно варьирует в зависимости от конструкции согласно размеру частиц и/или желательной производительности для обрабатываемой биомассы. В дополнение, содержание поступающей влаги в частицах может варьировать для регулирования уровня содержания кислорода. Во время обработки образованная испарением вода частично замещает кислород внутри системы 110, и тем самым уровень влажности может варьировать для соответствия технологическим требованиям (например, меньшая начальная влажность означает меньшее количество энергии, необходимой для торрификации частиц, и более высокая начальная влажность приводит к меньшему содержанию кислорода в системе). Кроме того, дополнительно следует учитывать, что имеет место внутреннее добавление газа в систему, такого как летучие соединения и влага, испаренные из частиц. Как было описано ранее, этот избыточный газ может быть выведен из системы 110 как отходящий газ через вытяжной трубопровод 150, и, согласно некоторым вариантам исполнения, может быть вновь уловлен для использования в другом месте в процессе или в еще одном процессе, например, таком как применение в качестве топлива для генерирования теплоты. Вытяжной трубопровод 150 может включать заслонку 152 с переменным позиционированием, которая может быть
использована для выравнивания давления внутри барабана 112 от слегка отрицательного до слегка положительного. В зависимости от настройки заслонки 152, это может быть использовано для подавления поступления кислорода в систему 110.
В некоторых вариантах исполнения многие из обсуждаемых
выше эксплуатационных параметров, а также прочие
эксплуатационные параметры, могут быть скорректированы (вручную
или автоматически) во время работы. В других вариантах
исполнения эксплуатационные параметры могут быть установлены
перед работой. Независимо от конкретной схемы управления,
возможность независимо регулировать разнообразные
эксплуатационные параметры вышеописанных систем создает особенно универсальные системы и способы торрификации биомассы, которые могут быть приспособлены к меняющимся условиям, например, таким как содержание влаги в частицах обрабатываемой биомассы и желательная плотность энергии в полученных частицах торрифицированной биомассы, которые могут варьировать.
Система 110 также может быть укомплектована прецизионными уплотнениями 166 на стыках вращающихся и неподвижных деталей, и другими малопроницаемыми соединениями и деталями, чтобы особенно хорошо герметизировать резервуар для поддержания единообразно низких уровней содержания кислорода внутри системы 110.
Фиг. 9-11 иллюстрируют один примерный вариант исполнения прецизионного герметизирующего узла 2 66, который может быть использован, чтобы по существу устранить просачивание кислорода из окружающей среды в барабанный реактор 212 в сопряжении вращающихся и неподвижных компонентов. Как лучше всего показано в Фиг.10, герметизирующий узел 2 66 может включать жесткие фланцевые конструкции 27 0, которые присоединены к фланцу 2 68 барабанного реактора 212 для вращения синхронно с ним. Фланцевые конструкции 27 0 могут быть протяженными в сторону стационарных фланцевых конструкций 2 72, размещенных выше по потоку относительно барабана 212 по направлению F течения. Зазор, или промежуток, между стационарными фланцевыми конструкциями 2 72 и вращающимися фланцевыми конструкциями 27 0
может быть перекрыт герметизирующими элементами 2 74 для формирования внутренней камеры 27 6. Эта внутренняя камера 27 6 может периодически продуваться инертным или полуинертным газом для сохранения барьера из инертного или полуинертного газа между окружающей средой, наружной относительно герметизирующего узла 266, и внутренней средой барабанного реактора 212.
Герметизирующие элементы 274 могут включать внутренние элементы жесткости для обеспечения достаточной жесткости, чтобы поддерживать герметизирующие элементы 274 в герметизирующем контакте с вращающимися фланцевыми конструкциями 27 0, когда барабан 212 вращается во время работы вокруг оси 216 вращения. Также могут быть предусмотрены дополнительные смещающиеся элементы 2 80 для поджатия одного или более герметизирующих элементов 274 с созданием плотного контакта с вращающимися фланцевыми конструкциями 27 0. В иллюстрированном варианте исполнения смещающиеся элементы 280 показаны как перекрывающиеся пружинные элементы, протяженные от стационарных фланцевых конструкций 2 72, размещенных выше по потоку относительно барабанного реактора 212, до герметизирующего элемента 274, перекрывая одну из вращающихся фланцевых конструкций 27 0. Как показано в Фиг.11, герметизирующие элементы 274 могут быть соединены внахлест между собой таким образом, как показано, для предотвращения истирания герметизирующих элементов 274, когда барабанный реактор 212 и фланцевые конструкции 27 0 вращаются по направлению R во время работы.
Хотя каждая из фланцевых конструкций 27 0, 2 72 иллюстрирована как L-образный конструкционный элемент, понятно, что размер и форма фланцевых конструкций 27 0, 2 72 могут в значительной мере варьировать. Однако, независимо от размера и формы, согласно некоторым вариантам исполнения является благоприятным создание внутренней камеры 27 6, которая может быть избирательно продута, при необходимости (например, во время пуска, отключения или в случае неисправности системы), инертным или полуинертным газом, чтобы способствовать сохранению внутренней среды внутри барабанного реактора 212 при
единообразно низком уровне содержания кислорода. В дополнение, независимо от размера, формы и конфигурации элементов герметизирующего узла 2 66, является полезным избыточное герметизирующее сопряжение, чтобы содействовать минимизации протечки во внутреннюю среду.
Кроме того, понятно, что другие уплотнения и герметизирующие устройства (например, шлюзовые камеры или сдвоенные шлюзовые камеры) могут быть предусмотрены в других местах потенциальной протечки в системе, включающих, например, впускные и выпускные каналы для частиц биомассы. В дополнение, в этих местах между системой торрификации и наружной окружающей средой могут быть также сформированы по существу герметичные камеры. Эти камеры могут быть соединены с источниками инертного или полуинертного газа для периодической продувки камер инертным или полуинертным газом, например, при пуске, отключении или в случае неисправности системы. Продувка этих камер может преимущественно обеспечивать то, что никакое или очень малое количество кислорода из окружающей среды просочится в рециркулирующий газ торрификационной системы. В некоторых вариантах исполнения система может быть оснащена сдвоенными загрузочными и разгрузочными шлюзовыми камерами, которые размещены последовательно, с обеспечением возможности продувки инертным или полуинертным газом между шлюзовыми камерами.
В систему торрификации для повышения безопасности обслуживания могут быть также включены разнообразные предохранительные устройства. Например, системы могут быть оборудованы воздушными клапанами, которые будут разрушаться или открываться, если происходит небольшая вспышка или бурное горение с интенсивностью, достаточной для того, чтобы вызвать повреждение оборудования. В качестве еще одного примера, в торрификационные системы также могут быть встроены системы детектирования искрения и пожаротушения, например, такие как системы и компоненты для детектирования искрения и пожаротушения, продаваемые фирмой GreCon, Inc., с головным офисом в Тайгерде, Орегон. В дополнение, эксплуатационные характеристики системы могут отслеживаться, например, с помощью
разнообразных датчиков (например, температуры, давления, кислорода, и т.д.), и полученные эксплуатационные данные могут быть при необходимости использованы для корректирования и регулирования системы, чтобы повысить надежность или оптимизировать процесс торрификации. В некоторых вариантах исполнения масс-спектрометрия в режиме реального времени также может быть применена для идентификации соединений в газовых потоках и для корректирования или регулирования системы по необходимости, чтобы повысить надежность или оптимизировать процесс торрификации.
В некоторых вариантах исполнения водяной пар из отдельного кипятильника или парогенерирующей установки 93 (Фиг.2), в которой сжигают отходящий газ из барабанного реактора 12 (как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 94), или другое топливо, или источника тепла, может быть введен в систему 10 (как представлено стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 95) для дополнительного регулирования содержания кислорода в процессе, или как надежно гасящий и охлаждающий поток, и также может быть использован в качестве инертного или полуинертного продувочного газа в процессе. В дополнение, использование пара как части технологического газа, который проходит через барабанный реактор 12, также может улучшать теплопередачу на частицы биомассы. В некоторых вариантах исполнения кипятильник может нагреваться отходящим газом, направленным в него по трубопроводу 96, соединенному с барабанным реактором 12. В других вариантах исполнения кипятильник может быть нагрет горелкой 7 6 или еще одним источником тепла. В некоторых вариантах исполнения, в случае возникновения неисправности, пар может быть введен в барабанный реактор 12 в количествах, достаточных для целей гашения и охлаждения. Этим путем может быть повышена надежность эксплуатации торрификационной системы 10.
В целом, при знании способов, которыми регулируются тепловой режим, время пребывания и уровни содержания кислорода, и при гибком подходе к начальной конструкции и многочисленным технологическим переменным факторам, описанным здесь, варианты
исполнения систем и способов торрификации биомассы могут быть отрегулированы для приспособления к самым разнообразным сырьевым материалам биомассы в многочисленных местных условиях, и достижения технологической гибкости и управления, необходимых для получения единообразных результатов торрификации. Например, в некоторых вариантах исполнения системы и способы торрификации могут быть выполнены с возможностью проведения торрификации частиц биомассы в форме древесной щепы при минимальной производительности в одну тонну частиц торрифицированной биомассы в час, с получением частиц торрифицированной биомассы, имеющей плотность энергии по меньшей мере 2 0 ГДж/тонну.
Описанные здесь системы и способы торрификации в особенности хорошо пригодны для выполнения непрерывного процесса торрификации, который имеет многообразные преимущества перед традиционными системами торрификации, и в частности, системами и способами периодического действия, для которых требуется обработка партий частиц биомассы в печи, обжиговой печи или другом подобном устройстве. Непрерывный характер действия описанных здесь систем и способов торрификации позволяет, помимо всего прочего, обеспечить относительно высокие уровни производительности. В дополнение, эффективность, с которой частицы биомассы могут быть обработаны с помощью этих систем и способов, обеспечивает высокую пропускную способность для материала при относительно низких энергозатратах.
Хотя описанные здесь варианты исполнения систем и способов
торрификации иллюстрированы в фигурах как включающие барабанные
реакторы, которые вращаются вокруг горизонтально
ориентированной оси вращения, понятно, что в некоторых вариантах исполнения ось вращения может быть наклонной. В таких вариантах исполнения существенную роль в транспортировании частиц биомассы через барабанный реактор может играть сила тяжести. В дополнение, хотя варианты исполнения систем и способов торрификации описаны здесь как включающие поток нагретого газа, проходящий через барабанный реактор для переноса или транспорта частиц биомассы, вместе с тем одновременно перенося теплоту на частицы биомассы для их
торрификации, понятно, что в некоторых вариантах исполнения частицы биомассы могут транспортироваться с помощью альтернативных механизмов (например, силы тяжести, шнековыми устройствами, конвейерными устройствами, и т.д.), и подвергаться воздействию потока нагретого газа в режиме противотока внутри барабанного реактора для торрификации частиц биомассы.
Более того, описанные выше разнообразные варианты исполнения могут быть скомбинированы для создания дополнительных вариантов исполнения. Эти и прочие изменения могут быть сделаны в вариантах исполнения с учетом подробно изложенного выше описания. В общем, в пунктах нижеследующей патентной формулы, использованные термины не должны толковаться как ограничивающие пункты формулы изобретения конкретными вариантами исполнения, раскрытыми в описании и в пунктах формулы изобретения, но должны толковаться как включающие все возможные варианты осуществления вместе с полным охватом эквивалентов, существование которых обусловливают такие пункты формулы изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Система торрификации биомассы, включающая:
впускной канал для принятия частиц биомассы;
барабанный реактор, выполненный с возможностью вращения вокруг его оси вращения, причем барабанный реактор имеет множество лопастей, размещенных в нем во множестве местоположений вдоль продольной длины барабанного реактора;
источник тепла выше по потоку относительно барабанного реактора для нагревания содержащегося в системе газа до температуры, достаточной для торрификации частиц биомассы во время работы;
соединенное с системой вентиляторное устройство для создания, когда система находится в эксплуатационном режиме, потока нагретого газа через барабанный реактор, достаточного для периодического транспортирования частиц биомассы вдоль продольной длины барабанного реактора, когда частицы биомассы поднимаются лопастями и разбрасываются в поток нагретого газа при вращении барабанного реактора; и
газопроводы, присоединенные по меньшей мере к барабанному реактору, источнику тепла и вентиляторному устройству, для рециркуляции по меньшей мере части газа, выходящего из барабанного реактора, обратно к источнику тепла для повторного нагревания газа, чтобы вновь ввести его в барабанный реактор.
2. Система торрификации биомассы по п.1, в которой поток
нагретого газа непосредственно нагревает частицы биомассы,
когда поток газа периодически перемещает частицы биомассы через
барабанный реактор.
3. Система торрификации биомассы по п.1, в которой множество лопастей выполнены с возможностью регулирования перемещения частиц биомассы через барабанный реактор, тем самым влияя на время удерживания частиц биомассы внутри барабанного реактора.
4. Система торрификации биомассы по п.З, в которой множество лопастей включают лопасти, расположенные на расстоянии друг от друга вокруг внутренней окружности барабанного реактора с регулярными или нерегулярными
3.
промежутками, и по меньшей мере в трех местах вдоль продольной оси барабанного реактора.
5. Система торрификации биомассы по п.1, в которой множество лопастей взаимодействуют с потоком нагретого газа для рассортировывать частиц биомассы согласно плотности частиц, с более медленным перемещением через барабанный реактор сравнительно более плотных частиц относительно частиц со сходными размерами.
6. Система торрификации биомассы по п.1, дополнительно включающая:
приемный бункер, размещенный ниже по потоку относительно барабанного реактора, для сбора выходящих из барабанного реактора частиц торрифицированной биомассы и для выгрузки частиц торрифицированной биомассы из системы.
7. Система торрификации биомассы по п.1, дополнительно включающая:
трубопровод для рассеяния отходящего газа из системы; регулировочные вентили; и
заслонки, причем регулировочные вентили и заслонки позиционированы для регулирования уровня давления внутри системы, чтобы подавлять просачивание кислорода, в то же время позволяя отходящему газу выходить из системы.
8. Система торрификации биомассы по п.1, дополнительно включающая:
трубопровод для направления отходящего газа из системы в отдаленное устройство для использования отходящего газа во вспомогательном или дополнительном процессе.
9. Система торрификации биомассы по п. 8, в которой отдаленное устройство представляет собой топочную камеру, предназначенную для утилизации отходящего газа, для генерирования нагретой среды, чтобы через теплообменник подводить теплоту к газу, который проходит через барабанный реактор во время работы.
10. Система торрификации биомассы по п.1, дополнительно включающая:
по меньшей мере одну шлюзовую камеру, размещенную между
впускным каналом и барабанным реактором, для ограничения количества кислорода, поступающего в систему при загрузке частиц биомассы; и
по меньшей мере одно герметизирующее устройство между барабанным реактором и смежными конструкциями, причем герметизирующее устройство включает камеру между барабанным реактором и наружной окружающей средой, и герметизирующее устройство соединено с источником инертного или полуинертного газа для избирательной продувки камеры во время работы.
11. Система торрификации биомассы по п.1, в которой источник тепла представляет собой канальный электрический нагреватель иммерсионного типа, размещенный выше по потоку относительно барабанного реактора.
12. Система торрификации биомассы по п.1, в которой источник тепла представляет собой теплообменник, размещенный выше по потоку относительно барабанного реактора, причем теплообменник выполнен с возможностью передачи теплоты от нагретого газа, изолированного от барабанного реактора, газу, который проходит через барабанный реактор во время работы.
13. Система торрификации биомассы по п.1, в которой источник тепла представляет собой малокислородную горелку, размещенную для непосредственного нагревания газа, который проходит через барабанный реактор во время работы.
14. Система торрификации биомассы по п.1, дополнительно включающая:
соединенную с барабанным реактором парогенераторную установку для введения пара в барабанный реактор и содействия торрификации частиц биомассы.
15. Система торрификации биомассы по п.1, дополнительно включающая:
систему управления, выполненную с возможностью
избирательного регулирования скорости вентиляторного
устройства, чтобы регулировать скорость течения газа через систему.
16. Система торрификации биомассы по п.1, дополнительно включающая:
16.
систему управления, выполненную с возможностью избирательного регулирования скорости вращения барабанного реактора, чтобы регулировать время пребывания частиц биомассы в барабанном реакторе.
17. Система торрификации биомассы по п.1, дополнительно включающая:
систему управления, выполненную с возможностью избирательного регулирования температуры потока газа через систему.
18. Система торрификации биомассы по п.1, дополнительно включающая:
систему управления, выполненную с возможностью избирательного корректирования параметров течения газа через систему, включающих объем, скорость и/или давление.
19. Система торрификации биомассы по п.1, дополнительно включающая:
систему управления, выполненную с возможностью независимого контроля множества эксплуатационных параметров для регулирования процесса торрификации частиц биомассы, причем эксплуатационные параметры включают по меньшей мере один параметр из температуры на входе в реактор, температуры на выходе из реактора, среднего времени пребывания, содержания кислорода в потоке нагретого газа, и характеристик течения газа.
20. Система торрификации биомассы по п.18, в которой система управления включает датчики для мониторинга по меньшей мере некоторых из эксплуатационных параметров, и система управления выполнена с возможностью непрерывного или периодического корректирования по меньшей мере некоторых из эксплуатационных параметров во время эксплуатации для оптимизации процесса торрификации или точной настройки характеристик полученных частиц торрифицированной биомассы.
21. Система торрификации биомассы по п.1, в которой
барабанный реактор имеет диаметр по меньшей мере пять футов
(152,5 см), и система выполнена с возможностью торрификации
частиц биомассы при минимальной скорости в одну тонну частиц
торрифицированной биомассы в час, причем частицы торрифицированной биомассы имеют плотность энергии по меньшей мере 2 0 ГДж/тонну.
22. Система торрификации биомассы по п.1, дополнительно включающая:
по меньшей мере один воздушный клапан, выполненный с возможностью подвергания системы воздействию наружной окружающей среды при интенсивном горении внутри барабанного реактора.
23. Способ торрификации биомассы, включающий стадии, в которых:
обеспечивают вращение барабанного реактора вокруг оси вращения, причем барабанный реактор имеет множество лопастей, размещенных в нем на каждом из множества местоположений вдоль продольной длины барабанного реактора;
создают поток нагретого газа через барабанный реактор, достаточный для периодического перемещения частиц биомассы вдоль продольной длины барабанного реактора, и одновременно проводят торрификацию частиц биомассы, когда частицы биомассы поднимаются лопастями и разбрасываются в поток нагретого газа, когда барабанный реактор вращается; и
проводят рециркуляцию значительной части газа, выходящего из барабанного реактора, обратно на впускной канал барабанного реактора через один или более газопроводов, для торрификации частиц биомассы внутри барабанного реактора.
24. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадии, в которых:
избирательно варьируют по меньшей мере некоторые из многочисленных эксплуатационных параметров для точной настройки характеристик полученных частиц торрифицированной биомассы, причем эксплуатационные параметры включают по меньшей мере один параметр из скорости течения нагретого газа через барабанный реактор, величины объемного расхода потока нагретого газа через барабанный реактор, температуры потока нагретого газа через реактор, уровня давления внутри барабанного реактора, скорости вращения барабанного реактора, содержания кислорода в потоке
нагретого газа, содержания влаги в частицах биомассы, и скорости введения частиц биомассы в барабанный реактор.
25. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
избирательно варьируют время пребывания частиц биомассы в барабанном реакторе.
26. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
регулируют множество лопастей внутри барабанного реактора относительно местоположения или плотности размещения для изменения времени удерживания частиц биомассы внутри барабанного реактора.
27. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
пропускают частицы биомассы через барабанный реактор при различных скоростях согласно плотности или размеру частиц.
28. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
выгружают частицы торрифицированной биомассы, в то же время по существу с предотвращением проникновения кислорода в барабанный реактор.
29. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
устанавливают уровень давления внутри барабанного реактора, чтобы воспрепятствовать просачиванию кислорода в барабанный реактор.
30. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
направляют отходящий газ в устройство, расположенное вдалеке от барабанного реактора, для использования отходящего газа во вспомогательном или дополнительном процессе.
31. Способ торрификации биомассы по п.30, в котором стадия, в которой направляют отходящий газ в устройство, расположенное вдалеке от барабанного реактора, для использования отходящего газа во вспомогательном или дополнительном процессе, включает стадию, в которой направляют
31.
отходящий газ в горелку, выполненную с возможностью утилизации отходящего газа с генерированием нагретой среды для подведения теплоты в газовый поток с созданием потока нагретого газа.
32. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадии, в которых:
герметизируют барабанный реактор от наружной окружающей среды; и
избирательно продувают одну или более камер, смежных с герметизирующими сопряжениями в барабанном реакторе инертным или полуинертным газом.
33. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
передают теплоту от нагретого газа, изолированного от барабанного реактора, газовому потоку для создания потока нагретого газа, который проходит через барабанный реактор во время работы.
34. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
пропускают частицы биомассы через барабанный реактор с минимальной скоростью в одну тонну в час, причем частицы биомассы имеют плотность энергии по меньшей мере 2 0 ГДж/тонну после того, как подвергнуты торрификации внутри барабанного реактора.
35. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
высушивают частицы биомассы в сушильной системе вращающегося типа перед введением в барабанный реактор.
36. Способ торрификации биомассы по п.35, в котором стадия, в которой высушивают частицы биомассы в сушильной системе вращающегося типа перед введением в барабанный реактор, включает стадию, в которой выполняют высушивание частиц биомассы до достижения среднего содержания влаги ниже двадцати процентов влагосодержания, в расчете на вес во влажном состоянии.
37. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
36.
регулируют течение нагретого газа таким образом, что входная температура потока нагретого газа, поступающего в барабанный реактор, составляет по меньшей мере 500°F (260°С).
38. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
регулируют течение нагретого газа таким образом, что выходная температура потока нагретого газа, выходящего из барабанного реактора, составляет по меньшей мере 400°F (204,4°С).
39. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
выгружают частицы торрифицированной биомассы после одного прохода частиц биомассы через барабанный реактор, причем размеры частиц выгружаемой торрифицированной биомассы варьируют по меньшей мере на десять процентов, тогда как плотность энергии и характеристики влажности частиц торрифицированной биомассы являются относительно единообразными независимо от размера частиц.
40. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
вводят частицы биомассы в барабанный реактор, причем частицы биомассы при поступлении имеют средний размер от около 1/16 кубического дюйма до около одного кубического дюйма (1 -16,4 см3) .
41. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой:
проводят вентиляцию барабанного реактора при неисправном состоянии.
42. Способ торрификации биомассы по п.23, дополнительно включающий стадию, в которой: вводят пар в барабанный реактор для содействия торрификации частиц биомассы.
43. Способ торрификации биомассы по п.42, в котором стадия, в которой вводят пар в барабанный реактор, включает стадию, в которой генерируют пар в кипятильнике, который получает тепло от части газа, выведенного из барабанного реактора.
По доверенности
(19)
(19)
(19)
ФИГ.2
ФИГ.2
ФИГ.З
ФИГ.З
ФИГ.8
ФИГ.8
ФИГ. 11
ФИГ. 11