(57)【要約】  加圧焙焼反応槽であって、反応槽の頂部を通って下に垂直に延びる回転可能シャフト；反応槽内でそれぞれが異なる高さにあって、シャフトに取り付けられている複数のスクレーパー装置；複数のスクレーパー装置のそれぞれの１つと連携し、それによってスクレーパー装置がトレイアセンブリのトレイの直上にあるトレイを含み、前記トレイはオープンメッシュであるか、又はトレイを通って気体流が透過可能であるがバイオマスの通過に対しては透過不能であり、前記トレイのそれぞれは、バイオマスをトレイからトレイアセンブリの下部の１つのトレイに搬送するための排出開口を含み、最下部トレイアセンブリにおける排出開口が、バイオマスを処理槽内のバイオマスの堆積部に搬送するものであり、反応槽の底部排出ポートを通って焙焼されたバイオマスが排出される加圧焙焼反応槽。
2014518325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧焙焼反応槽であって、
実質的に垂直に延びる槽壁；
反応槽の頂部を通って下に垂直に延びる回転可能シャフト；
反応槽内でそれぞれが異なる高さにあって、シャフトと同軸である複数のスクレーパー装置；
それぞれのトレイアセンブリがスクレーパー装置の１つと連携し、それによってスクレーパー装置がトレイアセンブリのトレイの直上にある複数のトレイアセンブリ；
前記槽壁にある複数の気体抽出開口；
焙焼されたバイオマスが排出される反応槽の底部排出ポートを含み、
前記トレイアセンブリの少なくとも1つは、トレイ、トレイの下の気体抽出通路及びトレイの上の気体注入通路を含み、このトレイはオープンメッシュであるか、又はトレイを通って気体流が透過可能であるがバイオマスの通過に対しては透過不能であり、
前記トレイのそれぞれは、バイオマスをトレイからトレイアセンブリの下部の１つのトレイに搬送するための排出開口を含み、
最下部トレイにおける排出開口が、バイオマスを処理槽内のバイオマスの堆積部に搬送するものであり、
前記気体抽出開口の少なくとも１つは気体抽出通路と位置合わせされ、気体抽出開口の別の1つは、最下部トレイアセンブリの下の高さ及びバイオマスの堆積部の上の高さであることを特徴とする加圧焙焼反応槽。
【請求項２】
トレイアセンブリ及びスクレーパー装置が、交互に配置され、加圧槽のシャフトに沿って垂直に積み重ねられている、請求項１の加圧槽。
【請求項３】
トレイが多孔状のスチールメッシュ又はドリル加工されたスチールプレートの少なくとも１つから形成されている、請求項１又は２の加圧槽。
【請求項４】
トレイにおける多孔が、ドリル加工された穴、又はレーザーカットされた穴若しくはスロットである、請求項１〜３のいずれかの加圧槽。
【請求項５】
トレイにおける穴又はスロットが、下方向に増大する断面積を有する、請求項４の加圧槽。
【請求項６】
スロット又は穴のそれぞれが、一定の断面上部領域及び増大する断面積の下部領域を有する、請求項５の加圧槽。
【請求項７】
穴又はスロットの上部縁が、少なくとも縁のトレイリング部分に沿って傾斜している、請求項４〜６のいずれかの加圧槽。
【請求項８】
トレイアセンブリの少なくとも１つが、中実の底部プレートを含む、請求項１〜７の加圧槽。
【請求項９】
トレイアセンブリの１つに対する気体注入通路が、トレイと、次のより高いトレイアセンブリの中実の底部プレートとの間に延びている、請求項８の加圧槽。
【請求項１０】
気体分配マニホールドが、底部プレートを貫通するか又は底部プレートに取り付けられ、気体注入通路に連結されている、請求項８又は９の加圧槽。
【請求項１１】
気体分配マニホールドが、組み立てられた金属構造物の少なくとも１つであり、パイプ接続部を含む、請求項１０の加圧槽。
【請求項１２】
気体分配マニホールドが、気体を下部トレイアセンブリのトレイ上のバイオマスの上に分配する少なくとも1つのノズルを含む、請求項１０又は１１の加圧槽。
【請求項１３】
気体分配マニホールドが、気体を次の下部のトレイアセンブリのトレイ上のバイオマスの上に均一に流れるように指向させる複数のノズルを含む、請求項１０〜１２のいずれかの加圧槽。
【請求項１４】
それぞれのトレイが、パイ形状トレイセグメントの環状配列であり、排出開口が環状配列におけるパイ形状の開口である、請求項１〜１３のいずれかの加圧槽。
【請求項１５】
気体抽出通路において半径方向に延びるバッフルプレートをさらに含む、請求項１〜１４のいずれかの加圧槽。
【請求項１６】
バッフルプレートが、垂直に延びており、トレイ及びトレイアセンブリの底部プレートに取り付けられている、請求項１５の加圧槽。
【請求項１７】
それぞれのパイ形状トレイアセンブリが、トレイと底部プレートとの間に垂直に延びるサイドプレートを有する、請求項１４〜１６のいずれかの加圧槽。
【請求項１８】
少なくとも１つのトレイに指向された少なくとも１つのクリーニングノズルを含み、このクリーニングノズルが、加圧流体流をトレイの多孔、スロット、穴又はメッシュに対して指向させる、請求項１〜１７のいずれかの加圧槽。
【請求項１９】
クリーニングノズルが、スクレーパー装置のブレードの下部エッジに取り付けられている、請求項１８の加圧槽。
【請求項２０】
気体注入通路が、加圧槽の壁における少なくとも１つの気体注入ポートに連結している、請求項１〜１９のいずれかの加圧槽。
【請求項２１】
トレイアセンブリのそれぞれのセグメントのための１つの気体抽出開口があり、トレイアセンブリは抽出開口と連携している、請求項１〜２０のいずれかの加圧槽。
【請求項２２】
スクレーパー装置が、シャフトから加圧槽の壁に向かって延びるブレードを含み、このブレードがシャフトの周りに角度をつけて配置されている、請求１６〜２１のいずれかの加圧槽。
【請求項２３】
スクレーパー装置が、シャフトと共に回転し、スクレーパー装置の回転が、バイオマスをスクレーパー装置の直下のトレイ上で移動させる、請求項１〜２２のいずれかの加圧装置。
【請求項２４】
スクレーパー装置が、シャフトに固定された中心ハブを含み、スクレーパー装置のブレードがハブから外側に延びている、請求項２２〜２３のいずれかの加圧槽。
【請求項２５】
ブレードが、カラーに連結された半径方向外側末端を有し、このカラーが加圧槽の壁に近接している、請求項２２〜２４のいずれかの加圧槽。
【請求項２６】
ブレードのそれぞれが、ブレードの直下のトレイの３〜５ミリメートル（ｍｍ）、３〜１０ｍｍ又は１０〜２５ｍｍの範囲の１つである下部エッジを有する、請求項２２〜２５のいずれかの加圧槽。
【請求項２７】
ブレードが、ブレードに対応する半径ラインに関してスクレーパー装置の回転方向に０〜２０度でそれぞれ傾斜している、請求項２２〜２６のいずれかの加圧槽。
【請求項２８】
ブレードが、スクレーパー装置の回転の方向に湾曲しているか又は曲線状である、請求項２２〜２７のいずれかの加圧槽。
【請求項２９】
スクレーパー装置のブレードの少なくとも１つが、高圧通路を受け入れる半径スロットを含み、この通路は、気体をブレードの下のトレイに対して指向させるノズル、又はトレイに吸引を適用する吸引ポートを含む、請求項２２〜２８のいずれかの加圧槽。
【請求項３０】
トレイの下のエリアが、焙焼反応ゾーン、及び焙焼反応ゾーンの下の冷却ゾーンを含む、請求項１〜２９のいずれかの加圧槽。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１１年６月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／５０２，１１６号の優先権を主張し、２０１１年６月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／５０１，９００に関連するものである。これら出願の全てが参照として本明細書に包含される。
【発明の背景】
【０００２】
本発明は、例えば木材及び他のバイオマスを含むリグノセルロース系材料のようなバイオマス材料の焙焼のための方法に関し、特にこのような材料の焙焼のための加圧反応槽に関する。
【０００３】
焙焼は、バイオマス、例えば木材を、投入したバイオマスに対して増大したエネルギー密度を有する効率的な燃料に変換するために使用される。例えば、木材はヘミセルロース、セルロース及びリグニンを一般に含む。焙焼は、木材から有機揮発成分を除去する。焙焼は、バイオマスのヘミセルロース部分の長い多糖鎖を解重合させ、（質量基準で）増大したエネルギー密度及び改善された粉砕性を有する疎水性固体の可燃性燃料生成物を産生することもできる。焙焼はバイオマスの化学構造を変えるので、焙焼されたバイオマスは、石炭焚きの設備で燃焼することができ（焙焼された木材又はバイオマスは、低品位石炭に類似の性質を有する）、高グレードの燃料ペレットに圧縮することが可能である。
【０００４】
焙焼とは、通常、酸素欠乏雰囲気において摂氏２００℃〜４００℃、又は２００℃〜３５０℃の比較的低い温度、又は熱分解として知られるプロセスのために使用される範囲外の温度で、バイオマスを熱処理することを意味する。酸素欠乏雰囲気は、大気中の空気における酸素のパーセンテージと比較して、低いパーセンテージの酸素を含有する。焙焼プロセスは、関連する米国仮特許出願第６１／２３５，１１４号明細書に記載されている。
【０００５】
複数のトレイを有する非加圧反応槽は、米国特許出願公開２０１０／００８３５３０（’５３０出願）に記載されているように、焙焼のために使用されている。’５３０出願は、焙焼が大気圧で稼働する反応槽で行われるべきであることを記載している。大気圧で反応槽を稼働することが有利であることを述べることによって、’５３０出願は、反応槽が大気圧を超える圧力で稼働されるべきでないことを教示している。’５３０出願の段落[００６１]参照。
【０００６】
複数のトレイを有する加圧反応槽は、パルプを酸化によって脱リグニン化するためにパルプ工場で使用されてきた。複数のトレイを有するパルプ化反応槽の例が、米国特許３，７４２，７３５号（’７３５特許）及び米国特許３，６６０，２２５号（’２２５特許）の各明細書に開示されている。複数のトレイを有する反応槽は、反応槽においてパルプが垂直配置トレイを通って段階的に落下する（cascade）ことを可能にする。トレイは、パルプが個々のバッチで反応槽を下に段階的に落ちることを可能にする。パルプ化反応槽における酸素リッチの環境は、パルプの脱リグニン化及び漂泊を促進する。’７３５特許及び’２２５特許は、木材又は他のバイオマス材料の焙焼のために、酸素欠乏環境を有するパルプ化反応槽を使用することを示唆していない。
【発明の簡単な説明】
【０００７】
非加圧反応槽に伴う困難性は、焙焼される材料に所与の熱量を伝導するために大容量の気体を取り扱う必要があり、反応槽が大型になることである。大気圧での単位体積当たりの気体の質量は、例えば２０バールゲージ（２９０ｐｓｉｇ）を超える実質的な圧力での単位体積当たりの気体の質量より実質的に小さい。気体の体積流量(volumetric flow rate)は、材料床（the bed of material）における圧力低下、パイプ、熱交換器にインパクトを与え、同一の加熱効率を発揮するめに、より大型の設備及びより高いエネルギー消費を必要とする。
【０００８】
気体を加圧することは、所与の体積流量に対する気体の質量を増大させる。非加圧槽と比較して、加圧反応槽は、圧縮された気体の使用によってより小さい体積を有する。バイオマスに熱を伝導する気体の能力は、気体の質量に比例する。気体の質量がより大きければ、気体はバイオマスをより速く加熱できる。
【０００９】
この技術分野で周知のように、加圧反応槽は、反応槽内の気体及び材料を加圧下に維持するためにシール及び他の装置を必要とする。同様に、圧力伝達装置が、反応槽に供給されている材料を加圧するために、加圧反応槽への入口において又は加圧反応槽のための供給システムにおいて必要とされる。さらに、加圧反応槽は加圧気体及び加圧気体のための導管を必要とする。
【００１０】
バイオマス材料の焙焼のための新規な反応槽が発明され、この反応槽は実質的な圧力下で酸素欠乏高温気体を使用して、バイオマスを乾燥、加熱するための垂直に積み重ねられたトレイを有する。積み重ねられたトレイは、比較的コンパクトな垂直反応槽内で、バイオマスの移動床となるようなものを提供する。さらに、反応槽は大気圧で行われる焙焼のための反応槽より実質的に小さい。酸素欠乏加圧気体は、反応槽中及び気体を再加熱する加圧導管中を循環する。
【００１１】
反応槽はそれぞれのトレイを均一に加熱し、それによって焙焼されている材料は、反応槽内のそれぞれの高さで均一に加熱される。それぞれのトレイ上の材料の均一な加熱を達成するために、それぞれのトレイ上の材料床を通る酸素欠乏気体の流量は、トレイ上で処理されている乾燥材料のキログラム（ｋｇ）当たり、１〜６キログラムの気体の範囲に制御される。それぞれのトレイ上の材料床を通る乾燥材料に対する酸素欠乏気体の流量は、他の範囲、例えば１〜３の範囲でもよい。
【００１２】
トレイのそれぞれを通る酸素欠乏気体の流れは連続的であってもよい。酸素欠乏気体は完全に酸素を欠いている必要はない。気体は、焙焼を受けている材料に熱を加え、又は材料から熱を除去する熱伝導媒体である。気体は材料及びトレイを通って流れる。トレイおける材料を通る酸素欠乏気体の連続流は、気体が材料より高い温度であれば材料を加熱する。気体の一定の流れは、発熱反応である焙焼反応が、材料を気体よりも高温にする場合、材料を冷却する。もし材料が過加熱すると、焙焼反応は過反応となるので、気体の連続流は、それぞれのトレイにおける材料の温度が、気体とほぼ同じ温度になるように制御する。
【００１３】
バイオマス材料は、反応槽内のトレイの全てに対して、１５〜６０分の合計保持時間を有し得る。この保持時間は、材料が焙焼を受けるトレイにおける時間及び材料が焙焼反応の後に冷却される下部トレイにおける時間を含む。反応槽内の保持時間は、反応槽内で処理される材料に基づいて選択され得る。例えば、反応槽内の合計保持時間は、例えば木材のようなリグノセルロース系材料に対して１５〜２５分である。
【００１４】
それぞれのトレイは、パイセグメント（pie-segment）形状の開口を有し、ここからバイオマス材料が反応槽内の次の下部の高さにあるトレイに落下する。バイオマス材料は反応槽内を回って、トレイ上を移動したあと開口を通って落下する。スクレーパーが、材料をトレイ上で開口に向かってスライドさせる。スクレーパーの回転スピードは、それぞれのトレイ上での所望の保持時間を提供するために選択される。保持時間は、反応槽内のトレイのそれぞれで均一であり得る。保持時間は、バイオマスの乾燥、焙焼及び（任意の）冷却のそれぞれを行うトレイの数、並びにこれらのプロセスのそれぞれを行うために必要とされる時間に基づいて選択される。
【００１５】
積み重ねられたトレイを有する焙焼反応槽を使用するバイオマスの焙焼のための方法が発明され、この方法は、
反応槽の上部入口にバイオマスを供給し、バイオマス材料を反応槽内の垂直に積み重ねられたトレイ中の上部トレイ上に堆積させる工程；
バイオマスが反応槽内を回って積み重ねられたトレイのそれぞれの上で移動するとき、バイオマス材料を、３〜２０バールの圧力下で反応槽に注入された酸素欠乏気体で加熱、乾燥させる工程；
バイオマスをトレイのそれぞれにおける開口を通過させて、下部トレイに堆積させることによって、バイオマスをトレイを通って下方に段階的に落下させる工程；  
焙焼されたバイオマスを焙焼反応槽の下部出口から排出する工程；
反応槽の下部の高さからの抽出された気体を循環し、この気体を反応槽の上部領域に供給する工程を含む。
【００１６】
酸素欠乏気体は、過熱状態の水蒸気、窒素及び他の非酸素気体、又はこの発明の目的に適した酸素の少ない気体を含む。バイオマスは、反応槽に供給される前に圧力伝達装置で加圧され得る。トレイは、メッシュ、スクリーンであるか、又は孔もしくはスロットを有し、バイオマスの加熱及び乾燥は、バイオマス及びトレイに気体を通過させることを含む。スクレーパー装置は、アーチ形状の経路でトレイを横切ってバイオマス材料を移動させるために回転する。あるいは、スクレーパー装置及びバイオマスは反応槽内の周りを回転しないが、トレイが回転することがある。それぞれのトレイの開口は、反応槽内のシャフトから反応槽の壁まで延びる三角形の形状部分であり得る。
【００１７】
気体は複数の高さで反応槽に注入されるが、この気体は、上部の高さで注入されたときより、下部の高さで注入されたときにより高温である。気体が抽出される反応槽の高さの下では、バイオマスはトレイを通って下に段階的に落下し続ける。
【００１８】
積み重ねられたトレイアセンブリを有する焙焼反応槽を使用するリグノセルロース系バイオマスの焙焼のための方法が発明され、この方法は、
バイオマスを焙焼反応槽への上部入口に連続的に供給し、バイオマス材料を、反応槽内に垂直に積み重ねられた複数のトレイアセンブリ中の上部トレイアセンブリ上に堆積させる工程；
バイオマスが、それぞれのトレイアセンブリのトレイによって支持されながら、反応槽内を移動するとき、反応槽に注入された、バイオマスに対して実質的な酸化作用がなく、少なくとも３バールゲージの圧力下、少なくとも２００℃〜２５０℃の範囲の温度である気体でバイオマスを加熱、乾燥する工程；
バイオマスをトレイのそれぞれにおける開口を通じて通過させて、次の下部トレイアセンブリのトレイ上に堆積させることによって、バイオマスをトレイを通って下方に段階的に落下させる工程；
焙焼されたバイオマスを焙焼反応槽の下部出口から排出させ、反応槽から抽出された気体を循環させ、反応槽に戻す工程を含む。
【００１９】
それぞれのトレイアセンブリのトレイは、メッシュ、スクリーンを有するか、又は孔を有し、バイオマスの加熱及び乾燥は、バイオマス及びトレイに気体を通過させることを含む。トレイアセンブリにおける穴又は開口は、トレイアセンブリを形成するために使用される材料というより、細かいメッシュ又はスクリーン材料によってカバーされている。それぞれのトレイアセンブリに入る気体は、トレイアセンブリの直ぐ上から気体を抽出する抽出パイプと実質的に同じ高さにあるパイプを通過する。さらに、それぞれのトレイアセンブリは、トレイの上に回転スクレーパー装置、及びトレイの下に抽出気体チャンバーを含む。
【００２０】
焙焼のためにトレイアセンブリに注入される気体は、乾燥又は冷却のためにトレイアセンブリに注入される気体より、例えば５〜６０℃だけ高温である。さらに、全てのトレイアセンブリの下や反応槽の底部における空間スペースは、バイオマスが堆積物を形成するゾーンである。空間スペースは、バイオマスが反応槽から排出される前に、バイオマスの焙焼を完結させ、焙焼されたバイオマスを冷却するために使用されることがある。冷却ゾーンに注入される冷却気体は、冷却トレイアセンブリに注入される気体より低温であり、前記冷却ゾーンは、バイオマスが大気に曝されたとき自動的に燃焼する温度以下まで冷却し、前記冷却トレイアセンブリは、焙焼されたバイオマスを冷却して、焙焼反応を停止又は抑制する。空間での気体の流れは、バイオマス材料の流れに対して並流又は向流とすることが可能である。
【００２１】
トレイアセンブリ及び冷却ゾーンから抽出された気体は、ブロワー又はコンプレッサーによって反応槽に循環してもよい。循環されるべき気体は、この気体がコンプレッサー又はブロワーに流入する前に、粒子及び凝縮可能な副生成物を分離するためにサイクロン、コンデンサー又はフィルターを通過させてもよい。焙焼トレイアセンブリに循環される気体は、焙焼トレイアセンブリに注入される前に加熱してもよい。トレイアセンブリから抽出された気体の一部は、焙焼トレイアセンブリに循環される気体に加えられる熱エネルギーを産生するために、燃焼装置や他のプロセスステップに指向させてもよい。
【００２２】
加圧焙焼反応槽が発明され、この反応槽は
実質的に垂直に延びる槽壁；
反応槽の頂部を通って下に垂直に延びる回転可能シャフト；
反応槽内でそれぞれが異なる高さにあって、シャフトと同軸である複数のスクレーパー装置；
それぞれのトレイアセンブリがスクレーパー装置の１つと連携し、それによってスクレーパー装置がトレイアセンブリのトレイの直上にある複数のトレイアセンブリ；
前記槽壁にある複数の気体抽出開口；
焙焼されたバイオマスが排出される反応槽の底部排出ポートを含み、
前記トレイアセンブリの少なくとも1つは、トレイ、トレイの下の気体抽出通路及びトレイの上の気体注入通路を含み、このトレイはオープンメッシュであるか、又はトレイを通って気体流が透過可能であるがバイオマスの通過に対しては透過不能であり、
前記トレイのそれぞれは、バイオマスをトレイからトレイアセンブリの下部の１つのトレイに搬送するための排出開口を含み、
最下部トレイにおける排出開口が、バイオマスを処理槽内のバイオマスの堆積部に搬送するものであり、
前記気体抽出開口の少なくとも１つは気体抽出通路と位置合わせされ、気体抽出開口の別の1つは、最下部トレイアセンブリの下の高さ及びバイオマスの堆積部の上の高さであることを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
図１は、反応槽の内部構成部品の図示を可能にするために反応槽の前壁が除去された加圧反応処理槽の前面及び頂部の斜視図である。
【００２４】
図２は、反応槽の内部構成部品の図示を可能にするために反応槽の前壁が除去された加圧反応処理槽の前面及び底部の斜視図である。
【００２５】
図３は、反応槽の支持脚及び底部排出口を示し、反応槽の内部における収束部分を示す加圧反応処理槽の下部領域の斜視図である。
【００２６】
図４は、加圧反応処理槽の下から上への図である。
【００２７】
図５は、加圧反応処理槽の側面図であり、図示の目的のために反応槽の４分の１の部分が除去されている。
【００２８】
図６は、加圧反応処理槽の頂部及び側面の斜視図であり、図示の目的のために反応槽の４分の１の部分が除去されている。
【００２９】
図７は、トレイアセンブリの部分を図示する加圧反応処理槽の一部分の断面の拡大図である。
【００３０】
図８は、加圧処理槽の開放頂部の斜視図であり、反応槽の外壁がトレイアセンブリのコンポーネントを図示するために除去されている。
【００３１】
図９は、加圧処理槽の開放頂部の上から下への図である。
【００３２】
図１０は、垂直シャフト及びシャフトのための下部支持体を図示する加圧処理槽の一部分の断面図である。
【００３３】
図１１は、トレイアセンブリのスポークホイールスクレーパーコンポーネントの斜視図である。
【００３４】
図１１Ａは、スクレーパー装置のスポーク又はブレード６０の１つの下部エッジの拡大された部分の概略図である。
【００３５】
図１２は、トレイアセンブリのトレイ及び底部プレートの斜視図である。
【００３６】
図１３は、加圧反応槽の収束部分の斜視図である。
【００３７】
図１４は、気体が収束部分から抽出されることを可能にするスクリーンを示すための収束部分の拡大図である。
【００３８】
図１５は、トレイ上のバイオマスに流入する気体及びトレイ上のバイオマスから流出する気体を示すためのトレイアセンブリの概略図である。
【００３９】
図１５Aは、トレイにおける例示的なスロット、穴又は開口を示すためのトレイの断面の拡大図である。
【００４０】
図１６〜１８は、加圧反応処理槽を使用する例示的な焙焼プロセスを示すプロセスフロー概略図である。
【発明の詳細な説明】
【００４１】
図１及び図２は、バイオマスの供給部１２からのバイオマス材料を上部入口１４を介して受け入れ、処理、乾燥及び冷却するための加圧処理槽１０を示す。バイオマスは、木材チップ、木材パルプ又は他の細砕セルロース系材料である。反応槽内の一連の上部乾燥トレイアセンブリ１６上を移動している間、バイオマスは乾燥される。それとともに又はその代わりに、バイオマスは反応槽１０に導入される前に乾燥してもよい。
【００４２】
加圧槽への上部入口１４は、連続供給、圧力隔離装置、例えば従来のロータリーバルブ又はプラグスクリューフィーダーと連結されており、バイオマスを大気圧にあるバイオマス源から加圧槽に供給する。加圧槽１０は、乾燥したバイオマスが反応槽内で乾燥状態にある気相で稼働される。
【００４３】
バイオマスは、大気温度で入口１４に供給されるが、ドライヤー２１がバイオマスを予熱すれば、バイオマスは反応槽に入る前に８０℃〜１２０℃又はそれより高い温度となる。バイオマスは、反応槽内で、加圧され高温の酸素減少気体又は酸素欠乏気体によって加熱される。反応槽に入る気体は、２００℃〜６００℃の範囲の温度にあり、特に２５０℃〜４００℃、２５０℃〜３００℃及び３００℃〜３８０℃の範囲のいずれかにある。
【００４４】
バイオマスは上部入口１４を通って圧力処理槽１０に入るが、この入口は反応槽の頂部又は上部部分にあって、単一の入口オリフィス又は入口オリフィスの列である。バイオマスは、反応槽に入る前に予め乾燥されているか、又は反応槽の上部領域において任意の乾燥ゾーン（トレイ）１５で乾燥されてもよい。乾燥ゾーンの下で、バイオマスは焙焼ゾーン４１（トレイ及び任意にトレイ下のチャンバー）に入る。
【００４５】
反応槽１０内の上部入口の直下には、入口からバイオマスを受け入れ、乾燥トレイアセンブリ１６の上部トレイのトレイリングセクションの部分に指向させるシュートがある。トレイリングセクションは、上部トレイにおける排出開口６４（図１２）に隣接する。バイオマスは、トレイのトレイリングセクションに落下し、バイオマスが前記開口のリーディングエッジを越えてトレイを通り、次の下位のトレイのトレイリングセクションに落下するまで、トレイを横切って円弧形状の経路で移動する。トレイリングセクションは、トレイ上のバイオマスの経路に関して、トレイにおける開口から最も遠いトレイの領域である。トレイのトレイリングセクション上にバイオマスを堆積させることは、処理槽に入るバイオマスが、トレイのほぼ全回転期間中に上部トレイ上に保持されることを保証する。
【００４６】
それぞれのトレイの開放部分６４（「開口」とも呼ばれる）は、トレイの直上又は直下のトレイにおける開口６４と垂直に位置合わせされていないことが好ましい。もし開口が垂直に位置合わせされていれば、バイオマスは、１つの開放部分から、その下にあるトレイの支持表面に滞留することなく、直ちにその下にあるトレイにおける開放部分を通って落下する。
【００４７】
開口部分６４は、垂直にずらされており、それによって、それぞれの開口は、開口の直下のトレイの上部部分のトレイリング領域上にある。トレイのトレイリング領域は、スクレーパー装置５６の回転の方向において、開放部分に隣接し、開放部分の後方にある。開放部分６４を下部トレイ上のトレイリング領域の上方に位置合わせすることによって、バイオマスは開放部分を通ってトレイリング領域上に落下する。スクレーパーが回転するにつれて、バイオマスは、トレイリング領域から開口部分までの円弧形状の経路で、トレイの全上部表面を横切ってスライドする。バイオマスをそれぞれのトレイの上部表面上に保持することは、トレイ上のバイオマスの保持時間を最大化し、それによって、バイオマスが（上部トレイにおいて）加熱、乾燥され、（下部トレイにおいて）焙焼される。
【００４８】
任意に設けられる１つ以上の乾燥トレイアセンブリ１６の直下には、１つ以上の焙焼トレイアセンブリ１８が配置され、このアセンブリ上で乾燥したバイオマス材料は焙焼反応を引き起こす条件に付される。焙焼トレイアセンブリの下には、任意に設けられる１つ又はそれ以上の冷却トレイアセンブリ２０が配置される。トレイアセンブリ１６、１８及び２０のそれぞれの構造は、実質的に類似している。それぞれのトレイアセンブリは、バイオマスが酸素欠乏気体の流れに曝露される移動床であるのが効果的である。
【００４９】
加熱された気体の圧力反応槽への流入、圧力反応槽中の流動及び圧力反応槽からの流出は、バイオマスが焙焼のための所望の温度に加熱されている反応槽の上部の高さにおけるトレイアセンブリを通る高温、加圧気体の流れを促進するために構成されている。図１に示されるように、高温の酸素欠乏気体は、頂部入口マニホールド８６、及び反応槽の上部部分においてトレイアセンブリ１６、１８及び２０の種々の高さで配置された気体注入ノズル３４を通って反応槽１０の上部部分に注入される。
【００５０】
反応槽における複数の高さに流れる酸素欠乏気体は、トレイアセンブリのそれぞれに対して異なる温度及び組成であり得る。例えば、反応槽の最上部に導入される高温気体８６は、反応槽に供給される乾燥バイオマス１２の温度、例えば１００℃より少し高い温度であり、例えば１０℃〜４０℃だけ高い。反応槽の後続する下部の高さで導入される高温の気体は、次第に高い温度であり、反応槽におけるバイオマスの温度（注入される高温気体に近似する）よりもわずかに高い。高温気体によって加熱されているバイオマスの少し上の温度で気体を注入することによって、加熱の効率が、反応槽に入ってくるバイオマスより実質的に高温である単一の温度で気体を注入することと比較して増大する。あるいは、乾燥及び焙焼のために注入される気体は、実質的に類似の温度、組成であってもよく、バイオマスを冷却するための気体は、反応槽内の他のより低温の高さから抽出された気体でよい。例えば、乾燥トレイからの排出気体は、焙焼レベルからの気体より低温となり、焙焼のために要求される温度より下となる。
【００５１】
乾燥、焙焼及び冷却のためのトレイアセンブリの数は種々の要因に依存し、この要因は、任意の乾燥装置２１が、材料が反応槽１０に入る前にバイオマスを乾燥するために使用されるか否か、焙焼及び冷却ゾーン２２、２４又は冷却スクリュー６８（図１６）が、バイオマスを焙焼反応が起こる温度から焙焼が停止されるより低い温度まで冷却できる程度を含む。
【００５２】
一例として、トレイアセンブリの合計数は数（Ｎ）であり、５〜１５の範囲であり得る。乾燥トレイアセンブリ（DTA）１６の数は、ゼロ、（図１６に示されるように）１であるか、又は以下のアルゴリズムに基づいて決定される。
【００５３】
DTA＝Ｎ＊Ｌ  （Ｌは０．２〜０．３の範囲である。）
【００５４】
冷却トレイアセンブリ（CTA）２０の数は、もしあるとすれば、図１６に示されるように２であるか、又は以下のアルゴリズムに基づいて決定される。
【００５５】
CTA＝Ｎ−（Ｎ＊Ｍ）  （Ｍは０．７〜０．８の範囲である。）
【００５６】
焙焼トレイアセンブリ（TTA）１６の数は、DTA及びCTAのそれぞれより多く、例えば図１６に示されるように４つのTTAであるか、又は以下のアルゴリズムに基づいて決定される。
【００５７】
TTA＝（（Ｎ＊Ｌ）＋１）−（（Ｎ＊Ｍ）−１）
【００５８】
反応槽内のトレイアセンブリの数、並びに、乾燥、焙焼及び冷却トレイアセンブリの比率は、反応槽に対する設計要求に依存する。例えば、反応槽１０内のトレイアセンブリの合計数は、４〜２０の範囲、６〜１５の範囲のいずれかである。乾燥トレイアセンブリ及び冷却トレイアセンブリの比率は、トレイアセンブリの合計数の１５〜３０パーセント（％）の範囲である。焙焼のためのトレイアセンブリの比率は、トレイアセンブリの合計数の７０〜４０％の範囲である。これらの範囲は例示であり、トレイアセンブリの数についての制限を規定するものではない。例えば、反応槽は乾燥トレイアセンブリ及び冷却トレイアセンブリを有さず、全て焙焼のためのトレイアセンブリを有することもある。
【００５９】
焙焼反応は中間のトレイアセンブリにおいて起こることがある。焙焼が起こる中間のトレイアセンブリの範囲は、トレイアセンブリの合計数の１５〜８５％、３０〜６０％及び１５〜１００％のいずれかである。焙焼がトレイアセンブリのほとんど又は全てで起こる場合は、バイオマスの乾燥は、反応槽の外部又は反応槽の上流のドライヤーにおいて完全に又は部分的に起こることがあり、任意の冷却は、反応槽の下部領域における焙焼されたバイオマスの堆積において、又は反応槽の排出部の近くの冷却スクリューにおいて起こることがある。
【００６０】
入口ノズル及び抽出ノズルは、それらの対応するトレイアセンブリに従って、図１６において番号が付されている。頂部トレイアセンブリ１６は、頂部入口８６からの高温の酸素欠乏気体を受け入れるが、頂部入口は熱交換器８４からの気体、又は反応槽１０の冷却トレイアセンブリ若しくはゾーンから抽出された気体を受け入れている。
【００６１】
バイオマスの供給部１２から、例えば１０〜５０ミリメートル（mm）の長さ、１０〜５０mmの幅及び５〜２０ｍｍの厚さのチップ寸法を有するようにチップ化又は切断されたリグノセルロース材料が提供される。チップの厚さは他の範囲、例えば２０〜３０ｍｍ、１５〜２５ｍｍ及び３〜１０ｍｍであってもよい。これらのチップの寸法は木材にとって最も好適である。他のチップの寸法が、バイオマスのために使用されている木材又は非木材のタイプに依存して好適となることがある。
【００６２】
トレイアセンブリ１６、１８及び２０の積み重ねの下で、圧力槽１０は焙焼ゾーン２２及び任意の下部冷却ゾーン２４を有する。焙焼ゾーン２２及び下部冷却ゾーン２４は、圧力反応槽の最下部トレイ２０の下の中空領域であり、圧力槽の高さの下方の２分の１又は３分の２に及ぶことがある。圧力槽は、所望の稼働条件、例えばバイオマス材料の組成、反応槽を流れるバイオマスの体積率に基づいて、所定の寸法、例えば直径、高さを有する。一般に、工業スケールのユニットでは、圧力槽は例えば１００フィート（３３メートル）を超える高さ及び９フィート（３メートル）を超える直径を有する。
【００６３】
圧力反応槽の下部冷却ゾーン２４は、反応槽の底部を通り、底部排出ポート２６へのバイオマスの均一な移動を提供するために、例えば一次元収束などの収束部分（convergence section）を含むことがある。収束部分は、アンドリッツグループ（Andritz Group）によって販売され、米国特許５，５００，０８３号、５，６１７，９７５号、５，６２８，８７３号の各明細書に記載されている「ダイアモンドバック」（DIAMONDBACK）（登録商標）の収束部分でよい。
【００６４】
圧力反応槽の下部ゾーン２４は、焙焼のために使用されるトレイアセンブリよりも低温に維持される。下部ゾーン２４はトレイアセンブリにおいて処理され、下部ゾーンに下降した焙焼済みバイオマス材料の堆積物を含む。
【００６５】
下部ゾーン２４における温度は、２６５℃以下、２４０℃以下又は２００℃以下であり、それとともに又はその代わりに、下部ゾーン２４における温度は焙焼トレイアセンブリに入る高温気体の最高温度よりも少なくとも１５℃〜４０℃低い。下部ゾーンにおける温度を制御及び維持するために、冷却気体が下部ゾーンの上部部分に、例えば注入ノズル９２（図１６）経由で注入され、冷却気体に、反応槽を通るバイオマスの下方への流れと並流の流れを提供する。これらの気体がバイオマスの流れに対して向流に流れることが望ましいこともあり、堆積物の頂部に向けてバイオマスと共に入る高温の汚染された気体(contaminated gas)を置換する。あるいは、冷却気体はノズル９４を通じて下部領域の底部部分に注入されることがあり、このノズルは反応槽を上方に及び軸方向に延びる中心パイプの一部であることがある。ノズル９４を通じて流入する冷却気体は、バイオマスの流れに対して逆流に（cross−currently）流れる。さらに、冷却気体ノズル９４は、気体が反応槽の一方の側で注入され、反応槽の反対の側で抽出されるように、反応槽を通る逆流の気体流を提供するために配置される。冷却気体の注入及び抽出は下部ゾーン２４のいくつかの高さで起こる。冷却トレイアセンブリ及び冷却ゾーンに注入される冷却気体の温度は、より低温の冷却気体が反応槽のより下部の高さに流入するように調整される。焙焼されたバイオマス材料は、反応槽の底部において、又はバイオマスが大気に曝される前に圧力遷移装置（pressure transition device）を通過するときに少なくとも、自動燃焼される温度以下の温度であるべきである。
【００６６】
図３及び図４に示すように、圧力反応槽は、反応槽と地面との間に垂直に延びる支持脚２８によって支持されており、支持脚は、反応槽の底部を持ち上げて、排出装置が排出ポート２６に反応槽の下で取り付けられることを可能にしている。代替的な支持構造は、スカート状の配置を含み、又は「ダイアモンドバック」（DIAMONDBACK）（登録商標）収束部分の上の反応槽のいくつかの中間地点に設置された支持リングの使用を含む。そのような支持リングは、或る適切な方法で建屋構造物に取り付けられる。
【００６７】
圧力槽１０はアクセス及び観察ポート３０を有することがあり、これは開放時に圧力槽の冷却ゾーン及び収束ゾーンへのアクセスを提供する。アクセス及び観察ポートは、圧力槽の稼働中は一般に閉鎖されている。観察ポートは圧力槽の内部の観察を可能にするために透明な窓を含む。透明な窓又はサイトグラスを有する他の観察ポートが、アクセス及び観察ポート３０以外の場所で圧力槽に設置されることがある。
【００６８】
図５は、加圧処理槽１０の断面図である。垂直シャフト３２は処理槽と同軸であり、処理槽内のトレイアセンブリ１６、１８及び２０を少なくとも通って延びている。シャフト３２の上部部分は処理槽の頂部から延び、モーター及びギアアセンブリ３３によって回転駆動されるが、このモーター及びギアアセンブリ３３はねじれ支持のために処理槽の頂部に固定される。シャフト３２の下部末端は、処理槽内の最下部トレイの下にあるベアリング及びブラケットアセンブリ３５によって支持されている。同様にシャフトの上部末端は、処理槽の頂部においてベアリングによって支持され、ギア及びモーターアセンブリと連結されている。スペードンジャーナル（spadone journal）３７は、シャフト３２をベアリング及びブラケットアセンブリ３５と回転可能に連結する。
【００６９】
図６は、処理槽１０の頂部及び側面の斜視図であり、図示の目的のために処理槽の４分の１部分が除去されている。シャフト３２は処理槽の頂部を超えて上に延びている。シャフトの頂部末端上のスプラインは、モーター及びギアアセンブリに適合している。頂部プレート３８（図５）は処理槽の頂部を密封し、シャフトベアリングやモーター及びギアアセンブリ３３のための支持体を提供する。
【００７０】
図６〜図１２はトレイアセンブリ１６、１８及び２０の構造及び稼働を図示する。トレイアセンブリ１６、１８及び２０のそれぞれは、気体がトレイを通過し、繊維などのバイオマス材料の通過を遮断することを可能にするために、多孔状、スクリーン状、メッシュ状又は他の構造である水平トレイ４０を含む。トレイ４０は環状であり、シャフト３２から処理槽１０の円筒状壁の内部表面まで半径方向に延びている。トレイは水平であり、一般に同じレベルにある。トレイは処理槽に固定され、シャフトと共に回転しない。例えば、トレイは、水平に配置され、シャフト３２と処理槽の壁４２との間の処理槽内の開放エリアを実質的にカバーするする多孔状のスチールメッシュである。トレイ４０を形成するために使用される他の材料は、ドリル加工又はレーザーカットされた開口、スロット又は穴によって多孔状にされたスチールプレートを含む。
【００７１】
図１５Aは、トレイにおける例示的なスロット、穴又は開口１００を示すためのトレイの断面の拡大図である。バイオマスが流れ矢印１０２の方向にトレイの表面上を移動するにつれて、気体はバイオマスを通り、トレイの下の気体通路５２への開口を通って下に流れる。スロット、穴又は開口は、トレイを通る一般に均一な断面を有する。あるいは図１５Ａに示されるように、スロット、穴又は開口１００は、断面が一般に均一である上部部分１０４及び下方向に断面積が拡大する下部部分１０６を有する。スロット、穴又は開口１００の上部部分は、トレイの厚さの３０〜５０パーセントである。さらにスロット、穴又は開口の上部縁は、例えば図１５Ａに示されるようにトレイリングエッジにある傾斜された部分１０８である。傾斜部１０８は、バイオマスからの繊維が、スロット、穴又は開口の上部縁上に捕捉されることを避けるのに役立ち、特に縁のトレイリングエッジ上で捕捉されることを避けるのに役立つ。スロット、穴又は開口は、より細かいメッシュ又はスクリーン材料でカバーされていてもよい。
【００７２】
トレイ４０の直下には、トレイ４０とプレート４４との間の気体通路５２に対する底部を形成する中実の環状底部プレート４４がある。この気体通路は、バイオマス及びトレイを通って引き込まれ、抽出ノズル３６に排気される気体のためのものであるが、この抽出ノズル３６は、トレイと底部プレート４４との間の気体通路に対応する高さで、処理槽の壁４２に取り付けられている。バッフルプレート４６、４８及び５０は底部プレート４４の上に取り付けられ、気体通路を通ってトレイ４０まで上方向に延びている。バッフルプレートは、気体を抽出ノズル３６への入口に向かって指向させる。バッフルプレートは、半径方向に延びる短いバッフルプレート４６及び長いバッフルプレート４８、並びに気体通路に対する末端壁を形成する円環壁プレート５０を含むことがある。長い半径プレート４８は、気体通路を三角形状のスクリーンセグメントに分割する。例として、それぞれのトレイは４〜８のスクリーンセグメントを有することがある。パイ形状セグメントで形成されたトレイ４０に加えて、プレート４４もパイ形状セグメントであることがあり、長い半径プレート４８がこれらのセグメントのそれぞれに対する側壁を形成することがある。
【００７３】
バッフルプレートは、トレイ４０のスクリーン又は格子に対するサポートも提供する。円環壁プレートは、開放スロットを有し、この開放スロットは、気体が抽出ノズル３６への入口に流れることを可能にし、注入ノズル３４のためのパイプが、処理槽の壁から底部プレート４４を通過し、次の下部トレイアセンブリに開口することを可能にする。
【００７４】
トレイ４０は、加圧処理槽１０の壁４２の内部表面によって支持されている。壁４２はハンガー、リッジ、又はそれぞれのトレイの外側リムが置かれる他のサポート表面を含む。処理槽を開放し、トレイを処理槽の中で又は外にスライドすることによって、トレイが処理槽内で除去、置換又は再配置されることがある。
【００７５】
あるいは、トレイ、回転スクレーパー及びシャフトは、カートリッジアセンブリとして建造され、処理槽の頂部ヘッドプレートから主にサポートされている。カートリッジアセンブリは全体として処理槽に挿入され、処理槽から除去されることが可能である。回転防止チップ又はピースは、カートリッジアセンブリが処理槽内で回転することを防止する目的で処理槽の壁に取り付けられる。
【００７６】
シュート１１６を通って流れるバイオマスは処理槽の任意の下部部分８０に降下する。バイオマスは、バイオマスを一時的に保持する下部部分に堆積物を形成する。堆積物中でバイオマスは焙焼反応を受け続ける。焙焼されたバイオマスは出口１１６から排出される。
【００７７】
回転スクレーパー装置に対する代替案として、トレイはシャフトと共に回転してもよい。静止スクレーパー装置は、固定された位置にあり、トレイ上に延びる半径アームを含む。
【００７８】
注入ノズル３４は気体通路を通って延び、底部プレート４４を通って延びる出口５３を有する。出口５３は、気体を、１つのトレイアセンブリの底部プレート４４と、底部プレートの直下のトレイアセンブリのトレイ４０との間に形成されたバイオマス通路５４に排出する。バイオマス通路は、バイオマスを受け入れる処理槽１０内の体積である。それぞれのトレイのための注入ノズル３４の数は均一であり、処理槽の稼働条件に基づいて選択される。ノズル数の選択は、均一な流れの分配及び均一な気体温度で、トレイ上のバイオマス材料を通る均一な気体の流れを提供するものであれば十分である。例えば、６〜８つの注入ノズルが、それぞれのトレイに均一な流れを提供するために使用される。
【００７９】
注入ノズル３４は、トレイ上のバイオマスのキログラム（ｋｇ）当たり１〜４キログラムの気体を供給するために構成されている。注入ノズルによって供給される気体の体積は、バイオマスのキログラムに対して１〜６ｋｇ、１〜１２ｋｇ又は１〜２４ｋｇの範囲である。
【００８０】
注入ノズルは、トレイ４０、底部プレート４４及びバッフルプレート４６、４８、５０と共に組み立てられる。例えば、トレイ、底部プレート、バッフルプレート及び注入ノズルからなるそれぞれのパイ形状セグメントは、予め組み立てられて、処理槽内で例えば半径スポークなどの支持構造物上に取り付けられる。さらに、これらの予め組み立てられたトレイアセンブリセグメント又は予め組み立てられたトレイアセンブリは、頂部プレート３８を除去し、予め組み立てられたアセンブリを、アセンブリが配置されるべき処理槽の適切な高さに降下させることによって反応槽内に取り付けられることもある。一旦配置されると、注入ノズルは処理槽の側壁４２におけるノズル開口に連結される。同様に、トレイアセンブリが反応槽内に配置されると、外側バッフルプレート５０における開口は処理槽の側壁４２に取り付けられた抽出ノズル３６と位置合わせされる。
【００８１】
それぞれのトレイの下には、処理槽の外壁に実質的に同じ高さに配置され、処理槽の周囲に均一な角度で隔てられた１つ又はそれ以上の気体抽出ノズルがある。気体抽出ノズルの数は、気体注入ノズルと同じか又は異なる。例えば、１つ、２つ又は３つの気体抽出ノズルが、それぞれのトレイの下に存在してもよく、あるいは１つの気体抽出ノズルがそれぞれのトレイセグメントに対して存在してもよい。気体注入ノズル３４は、気体抽出ノズルより小さい直径であることがあり、酸素欠乏気体が処理槽に入るとき膨張するものであれば特にそうである。ノズル３４，３６のための気体入口マニホールドは、厚い壁のパイプであるか又はスチールで作製されている。それぞれのトレイに対して、気体が、気体注入ノズル３４を通って処理槽に入り、トレイ上のバイオマス材料及びトレイを通過し、抽出ノズル３６を通って処理槽から排出される。
【００８２】
図１１は、バイオマスをそれぞれのトレイアセンブリのバイオマス通路内を移動させるスクレーパー装置５６を示す。スクレーパー装置５６は、半径スクレーパースポーク又はブレード６０、センターカラー５８及び外側環状リング５６を有する。リング５６は処理槽１０の壁４２に近接し、例えば壁４２の３〜５ミリメートル（ｍｍ）以内である。ブレード６０の下部エッジはトレイの上部表面に近接し、例えばトレイの３〜１０ｍｍ以内である。ブレードの上部エッジは、次の高さのトレイアセンブリの底部プレート４４に近接し、例えば１０〜２５ｍｍ以内である。スクレーパー装置のスポーク又はブレード６０は真っ直ぐに延び、カラーとリングとの間に延びる半径ラインと位置合わせされる。あるいは、スポーク又はブレード６０は、（図１１に示されるように）半径ラインに対して１５〜２０度の角度で、回転角の方向に傾斜しており、ブレードは回転角の方向に湾曲しているか又は曲線状である。
【００８３】
図１１Ａは、スクレーパー装置のスポーク又はブレードの一つの下部エッジの拡大部分の概略図である。スロット、パイプ又は他の気体通路１１２が下部エッジに配設され、通路１１２の半径長さに沿って配置された開口又はノズル１１４を有する。高圧気体の供給源１１４が、処理槽のシャフト３２を通って通路１１２に連結されている。高圧気体源１１４は処理槽の外部にあり、図１１Ａでは図示の目的のためだけにシャフト内に示されている。通路１１２及びノズル１１４を通って流れる高圧気体は、トレイにおける開口１００を清浄にし、気体が開口を自由に通過することを確実にするために適用される。あるいは高圧気体源１１４は、空気ポンプ又はブロワーのような吸引源であってもよい。通路１１２及びノズル１１４に適用される吸引は、開口から繊維及び残骸物を除去する。通路１１２を有するブレードがトレイ上を回転するとき、トレイ中の開口１００が清浄される。トレイ中の開口の清浄は、処理槽１０内のバイオマスの処理と同時でよい。
【００８４】
スクレーパー装置５６は予め組み立てられ、この装置を処理槽内で下にスライドさせることによって取り付けられる。センターカラーは溶接されるか又は他の方法でシャフトに取り付けられる。スクレーパーバーの直径は、小さな隙間を有しつつ処理槽の内部直径に適合する。センターカラーは、スクレーパー装置がシャフトと共に回転するようにシャフト３２に固定される。スクレーパー装置５６の高さは、図１５に示されるように、バイオマススペース５４の高さとほぼ同じであるか、又はトレイ上のバイオマス６６の所望の厚みとほぼ同じである。
【００８５】
シャフト３２の回転は、トレイ４０のそれぞれの直上のスクレーパー装置５６を回転させる。バイオマスは、スクレーパー装置のスポーク６０の間の容積を満たすか又は部分的に満たす。各トレイ上のスクレーパー装置の回転は、トレイを横切ってバイオマス材料を移動させる。バイオマス材料がトレイを横切って移動するとき、バイオマス材料は、均一な温度で酸素欠乏気体の一定の流れに曝露される。気体は、処理槽の外壁に開口を有する気体注入ノズル３４を通って、又はトレイ及びバイオマススペース５４の上の底部プレート４４における開口５３を通って処理槽に入る。底部プレートにおける開口５３は単一の排出ポートであるか、又はトレイ上のバイオマスの上に配置された一連の気体排出ポートを有する気体分配マニホールド５５である。また、開口５３は、トレイ上のバイオマスの上への酸素欠乏気体の供給（disbursing）を促進するために拡大していることがある。気体分配マニホールド５３は、パイプとノズルを有するパイプ接続部とを配置したものであり、トレイアセンブリと共に組み立てられる。開口又は気体分配マニホールドは、全体のトレイ上のバイオマスに気体を均一に分配するために配置されている。均一な気体の分配を達成するために、複数の注入ノズルが処理槽の壁の周りに配置され、例えば、それぞれのトレイセグメントに対して少なくとも１つのノズルが配置される。
【００８６】
気体がバイオマス及びトレイを通って移動するとき、スクレーパー装置は、トレイアセンブリを通る円弧形状の経路でバイオマスを移動させるために回転する。バイオマスはトレイアセンブリを通って移動し、図１２に示される開口６４を通って排出される。開口は、トレイ中のシュート、ダクト、枢軸回転ドア（pivoting door）又は他の排出装置を含む。バイオマスは開口６４を通って、スクレーパー装置の中や次の下部のトレイアセンブリのトレイ上に降下する。開口６４は、次の下部のトレイアセンブリにおける開口６４と垂直に位置合わせされており、それによってバイオマスは、次の下部のトレイアセンブリにおけるシュートの上をちょうど回転しているスクレーパー装置の三角形状部分に落下する。これらのシュートの位置合わせは、バイオマスが全体のトレイの上を円弧状に移動し、トレイアセンブリのそれぞれにおいてバイオマスの保持時間を最大にすることを可能にする。最下部トレイは、バイオマスが冷却ゾーンの垂直中心に流れることを可能にするセンター排出シュート付き反転円錐形状であることがある。
【００８７】
図１３及び図１４は、処理槽１０の底部部分における収束ゾーン２４を示す。収束部分は一次元にのみ収束する領域を含み、例えば、収束する平坦な側壁及びこれらの側壁に接合する収束しない湾曲壁を有する。一次元収束部分は、バイオマス材料が出口２６へと流れる間に、処理槽において付着する傾向を減少させる。一次元収束部分は「ダイアモンドバック」（Diamondback）（登録商標）として、アンドリッツグループ（Andritz Group）によって市販されている。一次元収束によって、処理槽の底部におけるバイオマスの閉塞を防止するための回転スクレーパー及び他の機械装置を有する必要性が一般的になくなる。一次元収束部分が本明細書では開示されたが、処理槽の底部の排出地点に材料を搬送する他の手段、例えばモーター駆動の可動底部ユニット、例えばスクレーパーや出口装置アセンブリなどを使用してもよい。
【００８８】
図１５は、トレイアセンブリを通る気体流の概略図である。気体は、トレイアセンブリの直上の気体通路５２と位置合わせされて通過する気体注入ノズル３４を通って流れる。注入された酸素欠乏気体は出口５３を通って流れ、トレイアセンブリ中のバイオマススペース５４に流れる。それぞれのトレイアセンブリのためのバイオマススペースの周りに半径方向に配置された出口５３を有するいくつかの注入ノズル３４があってもよい。気体流は、バイオマス床６６の上にあるバイオマススペース５４の気体スペースに入ることによって、バイオマス床６６の上部表面に均一に分配される。バイオマス床の厚さは、一例として、１メートル（１ｍ）であるか、又は所望のバイオマス処理量を達成し、加熱用気体がバイオマス床を均一に流れることを可能にするその他の厚さである。例えば、バイオマス床の厚さは１５０ミリメートル〜１メートルの範囲又は1メートルを超えている。バイオマス床はトレイ４０の上に着床している。
【００８９】
気体はバイオマス床及びトレイに流下し、気体通路５２に入る。気体は、気体通路から、トレイのそれぞれのセグメントにおいて処理槽の壁の周りに半径方向に配置された抽出ノズル３６を通って排出する。気体抽出ノズル３６は、トレイ上のバイオマスを通る気体の均一な流れを促進するために配置される。気体抽出ノズルの数は、気体注入ノズル３４の数より少ない。
【００９０】
図１５Ａは、トレイにおける例示的なスロット、穴又は開口を示すためのトレイの断面の拡大図である（穴、スロット又は開口をカバーするために使用されるより細かいメッシュ又はより細かいスクリーン材料は図示されていない）。バイオマスが流れ矢印１０２の方向にトレイの表面上を移動するとき、気体はバイオマス及び開口を通り、トレイの下の気体通路５３に流下する。スロット、穴又は開口は、トレイを通る一般に均一な断面を有する。あるいは図１５Ａに示すように、穴、スロット又は開口１００は、断面が一般に均一である上部部分１０４及び下方向に断面積が拡大する下部部分１０６を有する。スロット、穴又は開口１００の上部部分は、トレイの厚さの３０〜５０パーセントである。さらにスロット、穴又は開口の上部縁は傾斜された部分１０８であり、例えば図１５Ａに示されるようにトレイリングエッジにある。傾斜部１０８は、バイオマスからの繊維が、スロット、穴又は開口の上部縁上に捕捉されるのを防止するのに役立ち、特に縁のトレイリングエッジ上で捕捉されるのを防止するのに役立つ。
【００９１】
図１６〜図１８は、処理槽１０内で行われる例示的な焙焼プロセスを示すプロセスフローチャートである。これらのプロセスに共通する特徴は、焙焼されたバイオマス材料が、減圧されて大気に暴露される前に冷却されることである。冷却は、処理槽の下部トレイ、冷却ゾーン２４、又は処理槽の排出部２６の下流にある加圧冷却チップチューブ６７及び冷却スクリュー６８アセンブリで起こる。あるいは冷却は流動床（図示せず）で起こることがある。ゾーン２４が、冷却ゾーンの前の複合反応ゾーンであることも可能である。
【００９２】
冷却気体は、反応槽からの排出の前に、焙焼されたバイオマスを冷却するために、下部トレイ、冷却ゾーン、チップチューブ又はチップスクリューに注入される。冷却気体は、焙焼反応を停止又は減速させるため、及び焙焼されたバイオマスを処理槽の外部の酸素雰囲気に対して安全で適切なものとするために使用される。例えば、焙焼反応を停止又は減速するための冷却は、バイオマスを酸素雰囲気に適したものとするために、冷却ゾーン２２又は処理槽の下流の加圧冷却装置で起こる。焙焼反応を停止又は減速するための冷却は、冷却気体が必要であるが、この冷却気体は焙焼反応を促進するために焙焼トレイアセンブリに注入される気体より摂氏１０〜３０度だけ低温である。焙焼されたバイオマスを酸素雰囲気に対して安全にするための冷却気体は、冷却トレイアセンブリに加えられる冷却気体からさらに摂氏１０〜３０度、摂氏１０〜５０度、摂氏１０〜８０度、摂氏１０〜１００度又は摂氏２０〜１２０度だけより低温である。
【００９３】
例えば収束部分などにある冷却ゾーン２４からの気体は、図１３及び図１４に示すように処理槽の側壁のスクリーン６５を通って排出される。同様に、冷却気体は下部冷却トレイから又はチップチューブ及びスクリュー６８から排出される。
【００９４】
冷却された焙焼済みバイオマスは、例えば回転バルブなどの圧力伝達装置７０を通過する。圧力伝達装置の下流の焙焼済みバイオマスの圧力は、大気圧である。圧力伝達装置から、焙焼済みバイオマスは例えばスクリューコンベヤー７２を使用して、他のプロセスに移動される。
【００９５】
処理槽内で、例えば下部トレイ１８において、焙焼反応が起こる前に、バイオマスは酸素欠乏環境下で２００℃〜４００℃の温度で乾燥及び加熱される。バイオマスは処理槽１０に到達する前に、バイオマス１２に作用する分離されたドライヤーで乾燥及び加熱されてもよい。それとともに又はその代わりに、バイオマスは、トレイアセンブリの１つ又はそれ以上を含む処理槽１０の上部乾燥ゾーンにおいて乾燥されてもよい。バイオマスは、処理槽の頂部又はドライヤーに注入された酸素欠乏気体、例えば過熱水蒸気、窒素又は両方の混合物で直接加熱されてもよい。
【００９６】
処理槽に必要とされる高温の酸素欠乏気体の体積は、大気圧で稼働する槽と比べて加圧反応槽１０において劇的に減少する。処理槽１０を加圧すると、バイオマスを加熱するために必要とされる高温気体の体積は、大気圧での槽と比べて２〜３５倍だけ減少する。処理槽に対する減少倍数は、処理槽における圧力に依存する。
【００９７】
加圧反応槽で必要とされる高温気体の体積が減少するので、処理槽１０の体積、従って処理槽１０のサイズ及びコストが大気圧で稼働する槽と比べて有意に減少する。高温気体が注入される加圧槽は、処理槽内において気体からバイオマスへの効率的で経済的な熱伝導を提供する。
【００９８】
処理槽１０は、酸素欠乏気体、例えば酸素減少気体を、３５バールゲージ（barg）までの圧力、例えば３バールゲージ〜３５バールゲージの範囲で注入することによって加圧される。加圧槽１０は、バイオマスを直接加熱してバイオマスとの焙焼反応を促進するために加熱加圧気体が槽を循環する酸素欠乏気体環境で稼働する。
【００９９】
高温の酸素欠乏気体は、水蒸気、例えば過熱水蒸気、窒素又は二酸化炭素であり、焙焼反応からの気体状の副生成物をより少ない量で含む。さらに高温気体は供給システム（図示せず）内において、例えば圧力隔離装置の下流の入口又は高圧力伝達装置の下流の入口においてバイオマスに注入される。高圧伝達装置があれば、圧力隔離装置は処理槽１０の入口において不要である。
【０１００】
乾燥及び焙焼トレイアセンブリにおいて、高温気体は処理槽１０内でバイオマスを通って流れ、材料における焙焼反応を促進する温度、例えば２４０℃〜３００℃の範囲の温度にバイオマスを直接加熱する。高温気体及び反応槽内で発生した気体は、抽出ノズル３６を通って種々の高さで反応槽から排出される。気体は約２５０℃〜２８０℃の温度で反応槽から排出される。乾燥のために使用される気体は焙焼のために使用される気体より低温である。乾燥のための気体は、焙焼トレイアセンブリから抽出された気体であり、ブロワ―を使用して、気体にさらに熱を加えることなく乾燥トレイアセンブリに循環される。焙焼トレイに循環される気体は、焙焼トレイアセンブリに戻される前に熱交換器において加熱されることがある。
【０１０１】
排出された気体の一部は、焙焼システムの外部で使用するために処理槽から除去される。排出された気体の別の一部は、熱交換器８４（又は他の熱伝導装置）において間接的に加熱され、処理槽１０の頂部にある気体入口マニホールド２４に戻される。熱交換器３４は、例えば、約２５０℃から約３００℃まで、さらに約３８０℃まで排出気体を加熱するために熱エネルギーを加える。排出気体を再加熱及び再循環することは、処理槽の気体入口マニホールドに供給するのに必要とされる追加の加圧加熱酸素欠乏気体の量を減少させる。
【０１０２】
図１６における例示的なプロセスフローは、加圧槽１０が１つの乾燥トレイアセンブリ１６、４つの焙焼トレイアセンブリ１８及び２つの冷却トレイアセンブリ２０を有するように図示している。高温の酸素欠乏気体は、３〜２０Ｂａｒｇ（３００〜２，０００キロパスカル）又は５〜８Ｂａｒｇの範囲の上昇した圧力で加圧槽、ブロワー７４、７９及び熱交換器８４を循環する。乾燥トレイアセンブリ１６及び焙焼トレイアセンブリ１８のための高温気体は、熱交換器８４から提供される。熱エネルギーは、例えば燃焼装置からの高温気体８８によって、熱交換器を流れる酸素欠乏気体に加えられる。熱交換器８４から排出された温かい燃焼気体は、燃焼装置へ流れる温かい空気に流れる。
【０１０３】
図１７及び図１８は、頂部入口９０に流れる乾燥気体が、焙焼トレイアセンブリ１８に流れる酸素欠乏気体より、例えば１０℃〜３０℃だけ低温であるプロセスフローを示す。図１７及び図１８において、頂部入口９０に流れる気体は、冷却トレイアセンブリ２０にも注入される。
【０１０４】
図１６〜図１８のプロセスフローにおいて示される酸素欠乏気体は、実質的に閉鎖された気体ループシステムで加圧処理槽１０に循環される。
【０１０５】
気体の一部は、ブリードオフガス（bleed off gasses）９０としてシステムから除去される。気体の一部は、最下部の一つ若しくはいくつかの焙焼トレイアセンブリ、焙焼トレイアセンブリの全て、焙焼トレイアセンブリの中間のセットからの気体であり、又は乾燥トレイアセンブリから除去された気体である。ブリードオフガスは、除去されて、後に燃焼又は他の処理がされる焙焼反応の副生成物を高濃度で有するように選ばれる。あるいはブリードオフガスは、燃焼又は他のプロセスで使用される焙焼反応の副生成物を低濃度で有するように選ばれる。
【０１０６】
酸素欠乏気体は処理槽１０及び熱交換器８４を循環される。ブロワー７４、７６及び７８は、気体を循環するための原動力を提供する。焙焼トレイアセンブリからの高温気体は、焙焼トレイアセンブリ１８や任意に処理槽の頂部入口８６に戻される前に、高温度ブロワー７６及び７４、並びに熱交換器８４を通って流れる。複数のブロワー７４、７６が、多くの焙焼トレイアセンブリに気体を循環させるために必要とされる流量を提供するために使用される。ブロワー７４とブロワー７６との間のバルブ８０は、高温度気体がこれらのブロワーを平行に流れることを可能にするために開放されたままである。バルブ８２は、高温度ブロワー７４、７６を流れる高温気体が、低温度ブロワー７８を流れる低温度気体と混合することを防止するために閉鎖される。バルブ８０、８２は、処理槽から抽出されるより低温の気体の量に対する、処理槽から抽出される高温気体の量に依存して開放又は閉鎖するようにセットされる.
【０１０７】
比較的に低温の酸素欠乏気体が、冷却トレイアセンブリ２０、処理槽の冷却ゾーン２２（例えばスクリーン６５を通じて）、任意に乾燥トレイアセンブリ１６から抽出され、焙焼トレイアセンブリから抽出されたより高温の酸素欠乏気体のために使用される配管から隔てられた配管を通って流れる。より低温の気体は低温度ブロワー７８によって抽出ノズル３６を通って除去されるが、この低温度ブロワー７８は気体を処理槽に押し戻し、処理槽では、気体が注入ノズル３４を通り、冷却トレイアセンブリ２０に入り、任意に底部トレイアセンブリに位置合わせされたノズル９２を通って冷却ゾーン２２の頂部に入る。
【０１０８】
ブリードオフガスは、処理槽１０内で起こる焙焼反応の主副生成物を除去するための手段を提供する。これらの主副生成物は、酢酸、一酸化炭素、二酸化炭素、ホルムアルデヒド、ギ酸、水、リグニンフラグメント及び他の微量成分を含む。主副生成物は、処理槽内で焙焼反応が起こる温度及び圧力で一般に気体状である。副生成物の一部は、ブリードオフガス中で運ばれるエアロゾル又は微細炭の形態である。同様に、バイオマスからのリグノセルロース材料の微細粒子は、気体がトレイ及び処理槽におけるスクリーンを通過し、ブリードオフガスによってシステムの外に運ばれるとき、気体と共に流れる。
【０１０９】
主副生成物は、化合及び凝縮し、タール様物質を形成することがある。処理槽内及び下流プロセス構成物内で凝縮すれば、タール様物質は処理槽及び上記構成物の表面上、特に配管及び熱交換器の内部表面上に堆積することがある。
【０１１０】
反応槽１０及び熱交換器８４を循環している気体は、循環気体から反応副生成物を除去するために処理されることがある。反応槽１０及び熱交換器８４に気体を循環させるためのシステムは、反応副生成物を除去するための分離装置９６を含む。分離装置９６は、気体が熱交換器で再加熱される前に、副生成物を液体に凝縮し、除去するために気体を冷却する凝縮装置である。分離装置９６の他の例は、副生成物を酸化する装置、副生成物を触媒的に変換する装置、副生成物を気体流からフィルター濾過する装置、及び粒子を気体流から分離するために遠心力を使用する例えばサイクロンのような流れ分離機である。これらの分離装置９６は、システム内で単独で又は組み合わせて使用される。これらの構成物によって分離された副生成物は、分離、濃縮又は有用な生成物に精製されることによって、さらに処理されることがある。ブリードオフガス９０は、これらの副生成物が気体状の形態にある間に、反応槽から主副生成物を除去する。図１６及び図１７に示されるように、ブリードオフガスは乾燥トレイアセンブリから、特に乾燥トレイアセンブリのための抽出ノズル３６から流れる抽出気体流から抽出される。乾燥トレイアセンブリから抽出された気体は湿分に富み、焙焼を開始するために必要とされる温度以下である傾向がある。図１８に示すように、ブリードオフガスは、焙焼トレイアセンブリ１８から、特にこれらのトレイアセンブリ１８の中間から下部までの高さから抽出される。焙焼トレイアセンブリから抽出された気体中の有機副生成物の濃度は、反応槽１０から抽出された気体に比べて最高レベルである。
【０１１１】
ブリードオフガス９０は燃焼装置に流れ、そこで天然ガス又は他の気体状の燃料と混合され、燃焼される。燃焼は、熱交換器８４で循環気体を再加熱するために使用され得る、副生成物からの熱エネルギーを放出する。燃焼からの熱は、任意のドライヤー２１においてバイオマスを乾燥及び加熱するために使用されることもある。
【０１１２】
本発明を、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられているものとの関係で説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものでなく、種々の修正及び均等な配置も添付の特許請求の範囲に含まれることを意図していることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１Ａ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１５Ａ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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