(57)【要約】  すり潰されたバイオマスを投入し、合成ガスおよびバイオ炭と共に生物的中間化合物の複数の蒸気流を産出するための、バイオマス成分分画装置およびバイオマス成分分画方法を提供する。一実施形態において、バイオマスの成分を分画する方法は、バイオマスを薄いシート状に排出する工程と、この薄いシートを温度上昇に晒す工程と、様々な化合物群がこの薄いシートから放出されるときにこれらの化合物群を選択的に収集する工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスの成分を分画するための方法であって、
バイオマスを、すり潰されたバイオマスのシート状にして排出する工程と、
前記シートを温度上昇に晒す工程と、
様々な化合物群が前記シートから放出されるときにこれらの化合物群を選択的に収集する工程と、
を備えることを特徴とするバイオマスの成分を分画する方法。
【請求項２】
前記温度上昇は、一定の範囲の時間、圧力、または局所的な作動ガスの組成に亘って上昇することを特徴とする請求項１に記載のバイオマスの成分を分画する方法。
【請求項３】
バイオマスの成分の分画のためのシステムであって、
すり潰されたバイオマスを前記システム内に受け入れるためのバイオマス装填及び投棄ステーションと、
すり潰されたバイオマスを圧縮するための加熱される粉砕処理ステーションと、
残留炭素およびバイオ炭を収集するためのバイオ炭投棄ステーションと、
複数のバイオマス反応区画と、
を備えており、前記複数のバイオマス反応区画は、ステーションからステーションにすり潰されたバイオマスを運ぶことを特徴とするシステム。
【請求項４】
前記バイオマス装填及び投棄ステーションが、
すり潰されたバイオマスを収容し流し込むためのホッパーと、
このホッパーからすり潰されたバイオマスを排出するためのディスペンサーと、
このディスペンサーからすり潰されたバイオマスを受け入れるエアロックと、
すり潰されたバイオマスを前記バイオマス装填及び投棄ステーション内で移動するための移送機構と、
を備えていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記加熱される粉砕処理ステーションは、前記すり潰されたバイオマスを脱水するために、このすり潰されたバイオマスを加熱することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記加熱される粉砕処理ステーションは、発熱体と、直火燃焼と、加熱された作動ガスの方向づけられた噴射と、超臨界流体の方向づけられた噴射とのいずれかによって前記すり潰されたバイオマスを加熱することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記加熱される粉砕処理ステーションは、生物的中間化合物を収集するために前記すり潰されたバイオマスを加熱することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記加熱される粉砕処理ステーションは、前記すり潰されたバイオマスが粉砕される間にこのすり潰されたバイオマスを圧縮することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数のバイオマス反応区画は、一または複数のディスクとして構成されていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数のバイオマス反応区画は、相互に連結された一連の複数のプレートとして構成されていることを特徴とする請求項３にシステム。
【請求項１１】
前記相互に連結された一連の複数のプレートが、楕円形状に構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
バイオマスの成分を分画する方法であって、
バイオマスを細断し、第一のバイオマスを生成する工程と、
前記第一のバイオマスを複数のバイオマス反応区画のうちの一つを経由させて投入ホッパー内に装填する工程と、
前記第一のバイオマスを脱水しかつ粉砕する工程と、
沸点の低い生物的化合物および熱分解フラグメントを放出するために前記第一のバイオマスを更に加熱する工程と、
前記複数のバイオマス反応区画のうちの一つから残留炭素およびバイオ炭を出口ホッパーに掻き出す工程と、
を備えていることを特徴とするバイオマスの成分を分画する方法。
【請求項１３】
次のバイオマス反応区画は、前記第一のバイオマスが脱水されている間に第二のバイオマスが装填されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
バイオマスの成分の分画装置の中の、ステーションからステーションへすり潰されたバイオマスを運ぶための複数のバイオマス反応区画からなるシステムであって、一または複数のチャンバを有するディスクを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
ステーション間のシールに適合するために、平滑化または被覆された上面を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載のバイオマス反応区画。
【請求項１６】
すり潰されたバイオマスを受け入れるためのバイオマス装填及び投棄ステーションであって、
すり潰されたバイオマスを収容し流し込むためのホッパーと、
このホッパーからすり潰されたバイオマスを排出するためのディスペンサーと、
このディスペンサーからすり潰されたバイオマスを受け入れるエアロックと、
すり潰されたバイオマスを前記バイオマス装填及び投棄ステーション内で移動するための移送機構と、
を備えていることを特徴とするバイオマス装填及び投棄ステーション。
【請求項１７】
すり潰されたバイオマスを圧縮するための複数の圧縮ブロックと、
この複数の圧縮ブロックを加熱するための加熱要素と、
を備えていることを特徴とする加熱される粉砕処理ステーション。
【請求項１８】
バイオマス反応区画から残留炭素およびバイオ炭を収集するためのエアロックされるホッパーを備えることを特徴とするバイオ炭投棄ステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願についての相互参照
本願は２００９年１月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／１４６，０７９号の優先権を主張するものであり、その内容全体を本願において参照により組み込む。
【０００２】
本発明はクリーンエネルギーに関するものであり、より詳細には、本発明のいくつかの実施形態は、バイオマス（生物資源）の成分を分画（分離）するためのシステムおよび方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００３】
２１世紀初頭において、地球温暖化と、この地球温暖化と化石燃料の広範囲に及ぶ使用との相関関係とが主要な技術的な課題の一つになっている。これらの問題に対処するために、再生可能なバイオマスをより効果的に利用する方法を見つけることが非常に重要な事項となっている。産業革命が始まる以前は、木材および植物から採れる油が産業化以前の文明にとって主要なエネルギー源であり、このエネルギーは主に暖房、調理および照明に用いられた。この初期の段階において、バイオマスは熱および光を発生させるために単に開放された状態で燃焼されていた。数千年前、人類は、燃焼過程の間に空気の供給が制限された場合、高密度の黒い残留物（現在ではコークスと呼ばれる）を燃焼木材から抽出することができることを発見した。この高温のコークスを水で急冷し、乾燥させ、そして再燃焼させることによって、より高温かつ高密度の火を生み出すことができるのだった。コークスの出現は冶金学の発達と共に進んできたのであり、これは冶金が、コークスのより高温かつクリーンな火に依存すると共に、鉱石から金属を抽出しこの金属を有用な製品に成形するコークスの還元力に依存するからである。酸素を減じた環境（低酸素状態）あるいは無酸素の環境で可燃材料を焙焼する方法は現在、熱分解（パイロリシス）と呼ばれている。木材その他の混合したバイオマスを熱分解することで、コークス（バイオ炭（バイオチャー）と呼ばれることもある）と、水素、一酸化炭素および二酸化炭素の混合物（合成ガスと呼ばれることもある）とが生じる。無酸素の環境で化石燃料の炭化水素を焙焼すると、長い鎖式炭化水素が短い鎖式炭化水素にまず分解され、最終的にメタン（ＣＨ４）、水素、および元素状炭素といったより元素状のものになる。実際、熱分解は石油精製処理の根幹である石化分解の基本的なメカニズムである。より極度の熱分解が、水素および高純度炭素を生成するために精製処理において用いられる。
【０００４】
同様に、バイオマス（セルロース、ヘミセルロース、リグニン、スターチ、および脂質で作られる）は熱分解処理を受けるときに複数の分解ステップを経る。一般に、長期にわたり高温（例えば８００℃）に晒された場合、熱分解によって最終的に合成ガスが生み出される。温度および露出時間の間隔（長さ）が減少するにつれて、バイオ炭残留物が増え続ける。更に低い温度および短い時間間隔では、より複合した炭化水素および酸化した炭化水素が熱分解されたバイオマスからのガス流に見られる。極端に低い状態では、単純な日々の料理がこれに当たり、一般的に水分が除去され、バイオマスを脱水分解し始め、調理した食品として皆が想起するような暗色化およびカラメル化を生じさせる。
【０００５】
木材チップから下水の汚泥（スラッジ）に至る範囲の生物素材の制御熱分解から有用な化学製品を生成するために、様々な形態の実験用および小型の商用のバイオマス熱分解装置が開発されてきている。いくつかの熱分解装置（パイロライザー）は単に合成ガスを生成することに主眼点を置いているが、より穏やかな熱分解状態の開発（一般的にこれによりバイオオイルと一般に呼ばれる濃縮液体が生成される）に相当な努力がなされてきている。多くの形態の熱分解装置が、包括的にバイオオイルまたは熱分解油と呼ばれるこれらの中間化合物を生成するために実験室レベルで開発されてきている。その形態には、バイオマスをセラミック製船型容器において焙焼する単一の管状炉と、木材を熱面にこすりつける切断熱分解装置（アブレーティブ  パイロライザー，ａｂｌａｔｉｖｅ  ｐｙｒｏｌｙｚｅｒ）と、バイオマスを高温の砂と混ぜ合わせる様々な形態の流動床熱分解装置（ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ  ｂｅｄ  ｐｙｒｏｌｙｚｅｒ）と、従来のコークス化オーブンの設計に基づく様々なより簡素な形態と、が含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
結果として得られた熱分解油の根本的な問題は、何百から何千もの化合物から成ることであり、これは未処理のバイオマスを幅広い温度、時間、および圧力分布（プロファイル、特性）に大量にまとめて晒した結果である。この処理が元々のバイオ原料中の何千もの主な生物化合物によって複雑なものとなり、その結果、結果として生じた多くの化合物が全て一緒に混合されたものとなっている。この種の処理から得られた熱分解油は一般的に熱力学的に安定していない。それらは、有機酸および有機塩基によって触媒される活性酸素フリーラジカルを含んでおり、これらの油はこれに含まれるタールおよび樹脂性物質によって数日間かけて明色の液体から暗色の混合物になることが一般的である。また、熱分解油を再ガス化する試みは、更なる化学反応を生じさせ、これにより更なるバイオ炭が生成され、結果として生じたガス流中でより小さな分子量にシフトすることが一般的である。実験室規模の実験において熱分解油の比較的高い生産量が上げられるが、より大きな産業規模の実証プロジェクトではこれよりも大変低い生産量となることが一般的である。これは、このように大型化された構造体の非常に大きな加熱される三次元の体積内における、幅広い温度と、幅広い保持時間（ホールドタイム）と、幅広い局所化された圧力のせいであると思われる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
本発明の様々な実施形態は、バイオマス熱分解に係る上述の主要な問題点に対処するバイオマス成分の分画を行い、かつ、酸素が減じられた環境、中性の環境、または還元する環境においてバイオマス材料を加熱する基本的な機構をなお用いるシステムおよび方法を提供するものである。本発明の特定の実施形態はバイオマス成分分画装置（ｂｉｏｍａｓｓ  ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｏｒ）と称される。
【０００８】
本発明のいくつかの実施形態は、更なる処理のためにすり潰されたバイオマスを薄いシート状にして排出することを含む。これを行うにあたり、実験室規模のテストに似た環境が作られるが、この環境は拡張縮小でき、入ってくる材料の熱処理のために厚みを一定に保持しつつ、実用的な処理量になるように二次元において拡張することができる。
【０００９】
本発明の他の実施形態は、処理されたバイオマスから生じる様々な群の化合物を選択的に抽出するために、バイオマスシートの個々の区画（コンパートメント）を、時間、圧力および局所的な作動ガス組成に対して綿密に制御された温度上昇に晒す。このようにして、バイオマス熱分解産物は、様々な作動流に効果的に分画し、これは、原油分解塔が、入ってくる原油を様々な作動流に分別することに似ている。
【００１０】
本発明の更に他の実施形態において、モジュール化された（要素化された）機械構造体が複数の分画ステーション（分画の作業場）を助けるために用いられ、これらは全て圧力容器内にあり、戸外の気圧より低く作動することができ、作動媒体として超臨界水に必要な温度および圧力まで高圧にされた状態で作動することができる。係る実施形態は、バイオマスを大量にまとめて入れ、かつ、非常に高温かつ高圧の内部環境からバイオ炭および様々な分画流（分離された流れ）を排出するのを助けるために複数の段階の入口と出口とにエアロック（気密手段）を組み込んでいる。いくつかの実施形態は、本明細書に記載される様々なモジュール式熱分解処理ステーションの間の調整可能な熱絶縁およびガスフローの絶縁を更に採用する。これにより、様々な処理ステーション（処理の作業場）における温度、圧力および局所的なガス組成の実質的な変化によって分画装置の生産量を向上させることができる。
【００１１】
本発明の様々な実施形態は超臨界環境において動作するように特に設計されている。一般的に、超臨界流体の環境では、気体環境と比較して熱伝達が実質的に向上し、かつ非常に高い拡散速度によって液体環境と比較して化学反応速度が実質的に向上する。具体的には、実施形態は超臨界二酸化炭素、超臨界水、メタン、メタノールその他の分子量の小さい炭化水素、これらの酸化物、およびこれらの混合物（例えば二酸化炭素６０％、水３０％、メタン１０％および他の有機物）に対して動作するように設計されている。次の表は、いくつかの鍵となる構成要素の超臨界パラメータの一覧を示す。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
本発明は、一または複数の様々な実施形態によって、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。図面は、説明の目的として提供するものであり、本発明の典型的かつ例示的な実施形態を表すのみである。これらの図面は、本発明の読み手の理解を容易にするために提供するものであり、本発明の幅、範囲または適用範囲を限定するものとしてみなすべきではない。説明を明確かつ容易にするために、これらの図面はかならずしも一定の縮尺ではない。
【００１４】
本願に含まれるいくつかの図は、異なる角度から見た本発明の様々な実施形態を示している。以下の説明において、「上面」、「底面」または「側面」図といった図を参照するが、係る参照は単に描写的なものであって、別段の明示がない限り本発明が特定の空間的位置において構成され又用いられることを意味し又要求するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明のいくつかの実施形態による複数のバイオマス反応区画の一例の線図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、すり潰されたバイオマスのための装填及び投棄ステーションの一例の線図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による、加熱及び粉砕処理ステーションの一例の線図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による、バイオ炭処理ステーションの一例の線図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による、バイオマス成分分画システムの一例の線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
これらの図は、全てを網羅するものではなく、また、本発明を開示されたもののみに限定することを意図するものではない。本発明が改変および変更を伴って実施されることが理解されるべきであり、本発明は特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることも理解されるべきである。
【００１７】
発明の実施形態の詳細な説明
以下の線図および説明は、本発明の実施形態を例示するものであるが、上述の概念の適用範囲を限定するものではない。以下の設計は、それらの適用範囲を単に例示的に説明するためのものである。
【００１８】
図１は、本発明のいくつかの実施形態によるバイオマス反応区画の一例の線図である。図１に示されるように、バイオマス反応区画は、固体のディスク（１、２、３）として機械加工されるか鋳造されることができる。このディスク（円盤）は、歯車駆動（ギアドライブ）、チェーン駆動、ラチェット式スプロケットなどといった多くの一般的な駆動機構のうちの任意のものを介して回転することができる。このディスクは連続的に回転することができる。しかしながら、個々の処理ステーションの動作を単純化するために、ディスクに一回転につきバイオマスチャンバ（バイオマスの小室）と同じ数の、間欠送り用の、割出しを付けることが好ましい。本発明の実施形態は一個のディスクにおいて一または複数のチャンバを有することができるが、一個のディスクにおいてチャンバが４個からＮ個であることが好ましい。
【００１９】
再び図１を参照すると、バイオマスチャンバはその厚みよりも幅があり長い。圧縮されていないバイオマス（１／８インチ以下にすり潰されているか刻まれている）用のチャンバの厚みは約３／４インチであることが好ましい。このバイオマスが（下記に記載するように）加熱されて更に粉砕されると、出現したバイオ炭は厚さ約１／１０インチの層に急速に凝縮する。この複数のバイオマスチャンバがこれらに対応する駆動ディスクの直径に沿って、バイオマス成分分画装置の所望の処理量のために適切な大きさにその幅および長さが設定されることが当業者にとって理解されよう。例えば、３１６ステンレスの厚さ１インチ、直径３４インチのディスクは、このディスクの外周に割り付けられる６個のチャンバ（幅４インチ×長さ１０インチ×奥行３／４インチ）を有することができる。このようなディスクは、１個のチャンバにつき約１３０グラムの乾燥したバイオマスを能率的に処理することができる。１分間につき２０回転で１日２０時間、年間２５０日稼働する場合、１年で５００，０００ガロン以上の有用な生物的中間化学物質（バイオ中間化学物質、ｂｉｏ−ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｒｙ  ｃｈｅｍｉｃａｌ）およびバイオ燃料を生産することができる。あるいは、係るディスクは、防腐金属もしくはセラミックまたはこれらの両方で被膜され、メッキされ、または被覆された鋳鉄といった安価な基材から作ることができる。更に、このプレート（平板）は、隣接する処理ステーション間での幅広い温度限界に耐えることを可能とするために、チャンバ間の熱を絶縁する、ハニカム、空隙、細穴、絶縁体が充填された穴などの様々な熱絶縁構造を備えることを特徴としている。係る構造は、チャンバの穴とは反対側のディスクの平坦面に配置されることが可能である。
【００２０】
必須ではないが、ディスクの上面は、例えばガスタービン式ラビリンスシール、ローラーシール、スライドシールまたは伸縮可能なシールのような、隣接する処理ステーションとの間の様々な種類のガスシール（封止）に適合する適切な固体潤滑剤で平滑化されるか被覆されることができる。
【００２１】
処理量の非常に高い実施形態のために、メインディスクは、相互に連結された一連の多くのプレートに細分され、これらのプレートは連結ヒンジ８を備える楕円形状の構成の所定の軌道（トラック）の周りを移動する。処理ステーションは軌道の周りのどこにでも位置することができるが、この処理ステーションを楕円形の軌道の曲線部に沿った位置ではなく、楕円形の軌道の直線部に沿って直線状に配置することが好ましい（５、５Ａ、６、６Ａ、７、７Ａにて）。実施形態によっては、軌道の片側のみが処理ステーションを有する。他の実施形態は、軌道の両側が処理ステーションを有しており（各側の適合するステーションがそれに付けられた数字およびアルファベットに対応している）、非常に高い処理量に適応する構成となっていることを特徴としている。
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態による、ホッパーと、ディスペンサー（分配手段）と、エアロック（気密手段）と、移送機構とを備える、すり潰されたバイオマスのための装填及び投棄ステーションを例示している。通常、この装填及び投棄ステーションの第一のステーションはその実施形態の最低動作温度である。すり潰されたバイオマス（例えば１／８インチまたはそれ以下）は、スライド式ゲートバルブ１０の上に載るホッパー９内に置かれる。移送プレート（１１、１１Ａ）は、空気シリンダといった従来の制御方式を介して、制御棒（１２、１２Ａ）によって充填位置まで引き戻される。このスライド棒およびホッパーは、側面図１３および上面図１４において表されている。移送プレートが左側すなわち充填位置にある間、エアロック扉１５は閉位置まで押し下げられ、ガイド溝１７（ガイドスロット１７）を通って耐圧壁１６と接触する。エアロック１５は、空気シリンダといった一般的な制御方式によって駆動される。移送プレートが充填位置にある時、移送充填スロット１８（移送充填溝１８）はホッパー充填区間１９に位置している。ホッパー用スライド式ゲートバルブ１０が素早く引き戻され、移送充填スロット１８にすり潰されたバイオマスを充填する。その後スライド式ゲートバルブ１０は素早く閉じられる。その後、移送プレート（１１、１１Ａ）が右側に移動されるとき、バイオマスは底部にある耐圧壁１６および頂部にある圧縮プレート２０の作用によって移送スロット（１８，１８Ａ）内に保持される。移送プレート（１１、１１Ａ）がエアロック扉１５に接近すると、このエアロック扉１５が引き戻され、移送プレート（１１、１１Ａ）を図２に表されるように投棄位置に進める。投棄位置にセットされるとすぐに、エア扉２１は、移送プレート（１１、１１Ａ）の後ろで駆動棒（１２，１２Ａ）を囲んで閉じられ、ガイド溝２２を通って耐圧壁１６と接触する。必須ではないが、チャンバの体積はポート２３を通じて均等に加圧されることができる。
【００２３】
再び図２を参照すると、移送プレート（１１、１１Ａ）は、数気圧までの比較的低圧の動作に適したコンパクトな設計における移送および引き戻し動作の間、エア扉（１５，２１）の両方が同時に開くようにこれらと協働することができる。超高圧動作（例えば、２１８気圧以上の超臨界水を用いる）では、エア扉（１５，２１）間のエアロックの間隔２４は、一方の扉が開く前に他方のドアを閉じるのに十分な幅である必要がある。このように、エアロックの間隔２４は、移送プレート（１１、１１Ａ）の全長を収容するのに十分な幅である。係るシナリオの下では、ポート２３を介した均圧化は効率的な動作にとって重要なものである。
【００２４】
移送プレート（１１，１１Ａ）が図２に示される投棄位置に移動されると、バイオマスは移送スロット（１８，１８Ａ）内で搬出され、移送開口部２５を通って、ディスク（１，２，３）またはヒンジ結合されたプレートセット４上の一つのバイオマス区画に自由に落ちる状態となる。この搬出されたバイオマスは、固定ガイドプレート２６および可動プランジャ２７によって上から拘束される。そして、可動プランジャ２７が移送スロット（１８，１８Ａ）を通って押し下げられ、シリンダといった従来の手段によって作動される駆動機構２８によってバイオマスをバイオマス移送プレート（１１，１１Ａ）からディスク（１，２，３）まで実質的に完全に移送することを確実に行う。その後、移送されたバイオマスは、耐圧壁（１６，２０）の下で離れるように回転し、同時に、移送プレート（１１、１１Ａ）がエア扉の一連の動作順序を反転させることにより充填位置まで引き戻され、ここからこの処理が繰り返される。
【００２５】
図２に示される移送スロット（１８，１８Ａ）の数およびこれに対応する構造体（２６，２７）の数は、移送プレート（１１，１１Ａ）の装填位置から投棄位置までの移動におけるすり潰されたバイオマスの巻き上げ、圧縮、潜在的な詰まりによるバイオマスの性質によって設定される。乾燥状態（含水率１０％未満）の１／８インチのすり潰されたバイオマスのために、スロットの幅対チャンバの高さの縦横比は約２対１でよい。例えば、移送プレートの厚みが３／４インチに対して１．５インチである。スロット（１８，１８Ａ）およびこれに対応する構造体（２６，２７，２８）のための構成調整は、異なるバイオマス原料や含水率の変化や超臨界水に基づく処理といった作動媒体の条件の変化にとって適切なものとすることができる。
【００２６】
図３は、本発明の一実施形態による、一または複数の加熱される粉砕処理ステーションを例示するものである。具体的には、図３は、回転ディスク（１，２，３）の上面図２９を示しており、これに対応するバイオマス処理チャンバ３０が側面図３２に表される圧縮構造体３１の２つまたは３つ以上のセットによってこの回転ディスク上で動作される。圧縮構造体３１は、対応するアクチュエータ（３３、３４）のセットによって力分配プレート（３５、３６）を介して作動される。各圧縮構造体３１はガス抜きスロット３７を備えることができ、各圧縮ブロック３１Ａがバイオマス内に押し下げられるときに露出され機能するようになる。
【００２７】
動作中、ディスク（１、２、３）は、図２に表される装填及び投棄ステーションから入ってくるバイオマスを図３に表される加熱及び粉砕ステーションに移動する。バイオマスは、この回転移動の間にディスク（１、２、３）の床と、圧力容器の側壁及び上面とによって、第一の加熱及び粉砕ステーションに達するまで（例えば図２）、適所に保持される。加熱及び粉砕ステーションは、圧縮ブロック３１Ａがチャンバの上面と同一平面になる停止位置である）この位置は、電気による発熱体、直火燃焼、によって加熱することができ、若しくは、加熱された作動ガスもしくは超臨界流体を方向付けて噴射することによって加熱することができる。第一の処理ステーションの目的は、混入した水を排除することであり、かつ、バイオマスの第一段階の脱水を行うことであり、同時に後の段階においてより効率的に熱伝達がなされるようにバイオマスを圧縮する。バイオマスはこのステーションで加熱されながら、２つまたは３つ以上の圧縮ブロック３１Ａの上下運動によって圧縮され粉砕される。水蒸気が、主にスロット３７から抜かれ、かつ構造体（３１、３５および３６）の周囲からの幾分かの寄生漏れによって抜かれる。加圧棒（３５、３６）の下方への動きは、脱水中のバイオマスを所定の厚み（例えば３インチ）まで圧縮するように制限されることができる。６つのステーションを有するディスク２では例えば毎分２０回転の処理速度である場合、１つのステーションごとの処理時間は０．５秒から間欠送りの時間約０．１秒を引いた時間、すなわち０．４秒である。これは、この比較的高速のディスク回転において粉砕工程を１０サイクル行うことを実用的に可能とする。この速い移送速度は、バイオマス処理チャンバ３０内のバイオマスを排水し、かつ、１５０℃の領域で第一段階の脱水を行うために加熱源が高温であることも意味する。
【００２８】
いくつかの実施形態では、図３に表された少なくとも一つの更なる粉砕ステーションがバイオマス投入ステーションと排水ステーションの後に、成分分画の一連の処理において第三のステーションとして用いられる。この一連の処理におけるこの第三の加熱される粉砕ステーションにおいて、商業的に利用可能な生物中間化合物を気体として抜くためにバイオマスは更に加熱され圧縮される。更なる実施形態において、複数の上記ステーションが更に大きなディスク（１，２，３）の周囲に、または楕円形の軌道４によって、更に長い処理チェーンの周囲に直列に加えることもできる。温度分布（温度プロファイル）、圧力ならびに作動ガスもしくは超臨界媒体の様々な組み合わせを様々な化合物を抽出するために用いることができ、この化合物は例えば（ｉ）長鎖の無水糖、（ｉｉ）リグニン由来の芳香族化合物、（ｉｉｉ）脂質を基材にしているオイル（脂質ベースのオイル）、（ｉｖ）炭水化物を基材にしているフラン、（ｖ）短鎖の炭化水素、（ｖｉ）ブタン、ブタノール、アセトン、アセチル・アルデヒド、アルデヒド、メタン、メタノール等の酸化物、ならびに、（ｖｉｉ）最終的な合成ガス成分（水素、一酸化炭素および二酸化炭素）である。各連続した処理段階で、このステーションは先に詳述した様々な加熱方式を介してより高温に加熱され、その材料がより薄い層に圧縮されて残りのバイオマスの要素としての炭素の濃度が上昇する。
【００２９】
ある程度の濃度の炭素を残し、かつ特定の炭素の収率（生産量）をもたらすために、実施形態によっては、圧縮機構（３１，３３，３４，３５，３６）をなくして単にガスもしくは臨界流体を代わりに用いることができる一または複数の段階の熱処理を後に行う。係るステーションは高純度の炭素の生産を最大限にすることができる。
【００３０】
図４は、本発明の一実施形態による、最後の処理ステーションを例示している。この処理ステーションは、ディスクがバイオマス充填ホッパーに戻る前の位置にある。この加熱されないステーションは、残留している炭素またはバイオ炭を収集するために、そのバイオマスチャンバの中身をエアロックホッパーにあける。このバイオ炭は、チャンバの床および壁に溶けて結合するという性質を有しているため、この残留炭素を投棄シュートに移送するために掻き取りナイフによる処理が用いられる。この機構は垂直方向から見た概略図が図５１において表されており、かつ水平断面図５２において表されている。主要な駆動ディスク（１、２、３）は、要素（５３，５３Ａ）として示されており、圧力容器（５５、５５Ａ）および投棄シュート３８に囲まれたバイオマスチャンバ（５４、５４Ａ）を備えている。掻き取りナイフ（３９、３９Ａ）は、掻き取り刃（４０、４０Ａ）を備えて停止位置において表されている。これは、空気圧シリンダといった任意の従来の手段によってローラーもしくはスライダー（４１、４１Ａ）ならびにプレス棒４２によって押し下げられて、残留炭素あるいはバイオ炭を投棄シュート３８内のゲートバルブ４４まで移送するために鎖線の位置４３まで任意の従来の手段（例えば別の空気圧シリンダ）によって引き戻される。比較的低圧の構成を有する実施形態において、このシステムからバイオ炭を排出するために単純なゲートバルブを用いることができる。より高圧な構成を有する別の実施形態において、均圧ポート４６を含む二重ゲートバルブ４５を効果的な動作のために用いる必要がある。
【００３１】
再び図４を参照すると、炭素が一旦チャンバから掻き出されると、ナイフがその上部停止位置に上昇してその開始位置に延び、ディスクが充填ステーションに戻る。このシステムからの圧力損失を最小限にするためにバイオ炭はプログラムによって、一または複数のゲートバルブ（４４、４５）を通して定期的に投棄される。
【００３２】
図５は、本発明の一実施形態による６つのステーションの完全なシステムを例示している。この例示されたシステムは直径３４インチのディスク（２，５３）を毎分最高２０回転で用いており、主に二酸化炭素からなる超臨界作動媒体を用いて有用な生物的中間物質およびバイオ燃料を年間５００，０００ガロンまで生産する。メイン・ディスク（２、５３）は、間欠送り用の（割出し用）ステッピングモータ４７によってその中心軸上で駆動される。このメインディスク（２、５３）は圧力容器４８に格納されている。細かく刻まれたバイオマスは、図２の移送プレート機構５０を経由して投入ホッパー４９に投与される。次にこのプレートは、図３に表された加熱される粉砕処理ステーションがバイオマスを脱水する位置５７に割り出される（間欠送りされる）。同時に、ホッパーおよびバイオマス移送ステーション（４９、５０）は、次の順番のバイオマス反応区画にバイオマスを装填する。次に、このディスクはステーション５８に間欠送りし、バイオマスの最初の装填された材料が更に加熱され粉砕されて、沸点の低い生物的化合物および熱分解フラグメント（熱分解された断片）を放出する。同時に、バイオマスの第二の装填された材料が、ステーション＃１（５７）から、この装填された材料を脱水するステーション＃２（５８）に移動され、バイオマスの第三の装填された材料がホッパーからこれに対応するバイオマス反応チャンバに移送される。この処理は、全てのステーションが満たされるまでこの円を巡って継続され、そして停止処理の間に最後のステーションが空にされるまで継続して行われる。このように、この継続的なステッピング処理の説明は後に続くステーションに関しては繰り返さないが、それらの処理においても示唆するものである。
【００３３】
再び図５を参照すると、第一の装填されたバイオマスチャンバは、次にステーション５９に進み、ここでは図２に表されるように更に高温の粉砕ステーションがより重いバイオマスのフラグメントであって、例えば糖由来のフランおよびリグニン由来の芳香族化合物を放出する。
【００３４】
このディスク（２，５３）の段階で、バイオマスの第一の装填された材料は加熱システムとガス抜きシステムとを備えるステーション６０に移動され、バイオ炭から、一般的には合成ガスの状態で残留している炭化水素を放出することによって、熱分解処理を完了させる。
【００３５】
次にこのディスクは、図４に表されたバイオ炭の投棄ステーションからなるステーション６２の段階で、このステーションがバイオ炭を出口ホッパー６３内に掻き出す。次に空にされたバイオマスチャンバは最初の充填ステーションに戻るように間欠送りされるのであり、このバイオマス成分分画装置の通常の動作の間、本明細書に記載したようにこのディスクの周りにおいて順次配置されていく。必要に応じて任意に冷却ステーション６４を組み込んでもよく、投入されるバイオマスのために一貫して高まる温度分布を確実なものとするために、バイオマス反応チャンバの壁面温度を次の充填の前に低下させる。
【００３６】
システムの停止時には、ホッパーは閉じられるか材料を使い果たし、残りのバイオマス処理ステーションはバイオ炭のシュート（落とし樋）を通して空にされる。システムの不調の場合には、バイオ炭の掻き取りナイフステーションは、途中まで処理したステーションや未処理のステーションを容易に掃除することができる。不適切に処理された係る材料は、単にバイオ炭の収集シュート３８の底部にて代替の収集装置に投棄される。
【００３７】
本発明の様々な実施形態を以上に説明したが、それらは例として挙げたものに過ぎず、本発明を限定するものではないことを理解されたい。同じように、種々の線図も、本発明の構造またはその他の構成の一例を示したもので、本発明に含まれる特徴および機能を理解させる目的のものである。本発明は、図示の例の構造または構成に限定されるものではなく、所望の特徴は、さまざまな別の構造および構成を利用して実現することができる。実際、当業者には、機能的、論理的、物理的な部分および構成を、どのように実施して本発明の所望の特徴を実現できるか明らかだろう。また、本明細書に示した名称とは異なる名称の多くの異なる構成要素モジュールも、種々の部分に適用できる。加えて、流れ図、動作説明、方法に係る請求項について見れば、ここに複数段階が示された順序は、別段の明示がない限り、詳説した機能を同じ順序で発揮するように種々の実施形態を実施することを要求するものではない。
【００３８】
本発明を、以上、種々の実施形態および態様で説明したが、個々の実施形態で説明された異なる特徴、態様、機能性は、その特定の実施形態にだけ適用されるものではなく、単独または組み合わせによって、本発明の一または複数の他の実施形態にも適用可能であり、その実施形態が説明されているかいないか、その特徴が該実施形態の一部として提示されているかいないかは、問わない。したがって、本発明の幅および範囲は、既述の実施形態のいずれかに限定されるものではない。
【００３９】
本明細書に使用された用語およびその変化形は、他に断りがなければ、変更可能かつ制限のないものと解釈されたい。前述のことの例として：「含む」の語は「制限なしに含む」意味または同様の意味と読むのがよく、「例」の語は、論じられている品目の実例を示すのに用いられるもので、その品目を遺漏のなくまたは限定的に示すリストを示すものではない。「１つの」（ａまたはａｎ）は、「少なくとも１つの」または「一または複数の」等の意味と読むのがよく、「従来の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準的」、「周知の」等の形容詞および類似の意味の用語は、記載の品目を所定期間に限定したり、または所定時期から利用可能な品目に限定するものと解すべきではなく、従来の、伝統的な、通常の、標準的な、現在またはいつか将来に利用可能または周知となる可能性のある技術を含むものと読まれたい。同じように、本明細書で、当業者には明らかなまたは周知の技術と呼ぶ場合、その技術には、現在またはいつか将来、当業者に明らかにまたは周知となる技術が含まれる。
【００４０】
「および」という接続詞でつながれた品目群は、それらの品目の各々が群の中に存在することを要求されるということではなく、他に断りがない限り、むしろ「および／または」と読むのがよい。同じように、「または」と云う接続詞でつなげられた品目群は、その群の中で相互に排除せねばならないことを意味せず、他に断りがない場合は、むしろ「および／または」の意味と解されたい。更に、本発明の品目、部材、構成要素は、単数で説明され、請求されてはいるが、単数に限定されていない限り、複数も本発明の範囲内にあると考えられる。
【００４１】
幾つかの例の場合、「一または複数の」、「少なくとも」、「しかし、．．．には限定されない」等々の範囲拡張を意味する語句は、そうした範囲拡張的な語句が無い場合、より狭い範囲の場合を意図または要求しているという意味に解すべきではない。「モジュール」の語の使用は、モジュールの一部として説明または請求された構成部品または機能性が、すべて１つの共通のパッケージ内に配置されていることを含意しない。実際には、モジュールの種々の構成要素のいずれかまたはすべては、制御論理か、その他の構成要素かを問わず、単一パッケージにまとめられるかまたは別個に維持されるかし、更に、多数の箇所にわたって分配されることもある。
【００４２】
加えて、ここで開示した種々の実施例は、ブロック図、流れ図、その他の図で説明されている。本明細書を読んで、当業者には明らかとなるだろうが、説明した実施例および種々の別形式は、説明した例に限定されることなく実現できる。例えば、ブロック図とその説明は、特定の構造または構成を要求するものと解釈されるべきではない。
【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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【国際調査報告】
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