СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОРРЕФИЦИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА БИОМАССЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГОРЯЧЕЙ ЖИДКОСТИ
PROCESS OF TORREFIED BIOMASS MATERIAL PREPARATION USING COMBUSTIBLE LIQUID

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к торрефицированной биомассе и/или твердым веществам биологического происхождения и, в частности, к торрефицированной уплотненной биомассе и/или торрефицированному уплотненному твердому веществу биологического происхождения, содержащему горючую жидкость, и к способам получения такой торрефицированной уплотненной биомассы и/или твердых веществ биологического происхождения при использовании горючей жидкости.
Уровень техники
Биомасса и твердые вещества биологического происхождения становятся важными источниками энергии, поскольку запасы ископаемого топлива сокращаются. Сжигание нефти, угля и других видов ископаемого топлива также приводит к тому, что загрязнители и парниковые газы поступают в воздух и воду. Биомасса и твердые вещества биологического происхождения являются возобновляемыми, образуют значительно меньше парниковых газов, чем ископаемое топливо, и широко доступны. Однако сырая биомасса и твердые вещества биологического происхождения обычно имеют низкую плотность, что приводит к неэффективному хранению и транспортировке. Низкая энергетическая плотность и повышенное влагосодержание сырой биомассы и твердых веществ биологического происхождения также затрудняют широкое применение сырой биомассы и твердых веществ биологического происхождения в качестве источника тепловой энергии или в качестве замены угля.
Торрефикация сырой биомассы и твердых веществ биологического происхождения была недавно разработана для превращения биомассы и твердых вещества биологического происхождения в углеподобное состояние с помощью медленного нагревания биомассы и твердых веществ биологического происхождения в среде, не содержащей кислорода или содержащей низкие количества кислорода, до максимальной температуры примерно 300°C. Недостаток кислорода предотвращает сгорание биомассы и/или твердых веществ биологического происхождения, и вместо этого материал торрефицируется. Медленное нагревание биомассы и твердых веществ биологического происхождения также приводит к потере массы за счет превращения в газ летучих органических соединений (ЛОС) в сырой биомассе и твердых веществах биологического происхождения. Торрефикация также вызывает химические изменения в клеточных структурах материала, приводящие к частичной потере массы и потере механической прочности и эластичности. Соответственно, торрефикация также приводит к образованию продукта, который имеет повышенную хрупкость и размалываемость. Кроме того, торрефицированный материал является гидрофобным и, следовательно, остается сухим и не чувствителен к влажности воздуха. Это снижает риск гниения, перегрева и самовоспламенения материалов при хранении.
Способы торрефикации известного уровня техники обычно включают использование в процессах термической обработки одного из перечисленного: пара высокого давления, высокотемпературного инертного газа или перегретого пара. Также могут применяться и другие способы торрефикации, использующие газ или давление или вакуумные способы. Однако большинство данных технологий известного уровня техники не в состоянии эффективно и практично превратить биомассу в торрефицированную древесину простым, легким, быстрым, удобным, безопасным, единым и экономичным способом. В частности, применение любого типа инертного газа или пара подразумевает большие системы хранения с большой площадью поверхности, высокую стоимость оборудования, высокие энергозатраты, низкие скорости обработки и низкую общую эффективность эксплуатации с вытекающими отсюда высокими производственными затратами. Системы и оборудование являются сложными и большими для вмещения инертной газовой или паровой теплопередающей среды, и часто требуют утяжеленных материалов с учетом высоких рабочих давлений, необходимых при использовании пара. Кроме того, этим системам часто требуется более часа на торрефикацию биомассы. Следовательно, известные технологии также имеют проблемы с расширением масштабов применения.
В новых способах торрефикации также применяются биожидкости (такие как растительные масла, соевые масла, масла канолы или животный жир), парафиновые углеводороды, масло, расплавленные соли или парафины для нагревания и торрефикации биомассы. Однако некоторые из этих технологий подразумевают использование сопряженных хранилищ для жидкостей и торрефицированной биомассы и требуют прохождения биомассы через множество бассейнов, потоков или отсеков, содержащих жидкости, в ходе процесса торрефикации. Соответственно, эти способы могут потребовать дополнительных технологических затрат, сложных конструкций и больших объемов торрефицирующих жидкостей. Кроме того, эти способы часто включают стадию предварительного нагревания и/или стадию сушки перед торрефикацией, тем самым, являясь дорогостоящими в эксплуатации и времязатратными.
Сущность изобретения
Примеры осуществления настоящего изобретения в целом относятся к торрефицированной уплотненной биомассе и/или твердому веществу биологического происхождения, содержащим горючую жидкость, и к способам получения торрефицированной уплотненной биомассы и/или твердого вещества биологического происхождения при использовании горючей жидкости, представленной углеводородами, такими как масла растительного происхождения, масла морского происхождения, масла животного происхождения, нефтепродукты и продукты на битумной основе.
Пример способа получения торрефицированной уплотненной биомассы и/или торрефицированного уплотненного твердого вещества биологического происхождения настоящего изобретения описан в настоящем документе, при этом в нем используется горючая жидкость для торрефикации уплотненного материала биомассы и/или уплотненного материала твердого вещества биологического происхождения. Приводимый в качестве примера способ может включать один из двух исходных материалов: (i) первоначальным исходным материалом может быть сырая биомасса и/или твердые вещества биологического происхождения, которые подвергаются уплотнению перед нагреванием в горючей жидкости; или (ii) первоначальным исходным материалом может быть уплотненная биомасса и/или уплотненные твердые вещества биологического происхождения, которые легко доступны на рынке.
Приводимый в качестве примера способ настоящего изобретения, как правило, включает в себя стадии уплотнения сырой биомассы и/или твердых веществ биологического происхождения; погружения уплотненного материала в горючую жидкость, нагретую до температуры в диапазоне от примерно 160°C до примерно 320°C; и торрефикации уплотненного материала в нагретой горючей жидкости от примерно 2 минут до примерно 120 минут с образованием торрефицированной уплотненной биомассы и/или твердого вещества биологического происхождения. Полученный торрефицированный уплотненный материал содержит от примерно 2% до примерно 25% мас./мас. горючей жидкости. Уплотненная биомасса и/или твердые вещества биологического происхождения могут непосредственно передаваться из процесса уплотнения в горючую жидкость, чтобы минимизировать любые потери тепла, полученного при уплотнении биомассы/твердых веществ биологического происхождения. Это может повысить эффективность способа, поскольку нагретая уплотненная биомасса и/или уплотненные твердые вещества биологического происхождения будут требовать меньшего нагревания в горючей жидкости.
Способ может дополнительно включать стадию сушки после уплотнения или перед передачей уплотненного материала в горючую жидкость. Сушка может осуществляться вместе с уплотнением.
Исходное сырье также может содержать коммерчески доступную уплотненную биомассу и/или уплотненные твердые вещества биологического происхождения. Для такого сырья описанная здесь начальная стадия уплотнения не требуется.
Подлежащий торрефикации материал биомассы может содержать любой тип материала, полученного из живых или недавно живших организмов, и может быть представлен на примере растительной биомассы, такой как жмых сахарного тростника, кукурузная солома, рисовая солома, пшеничная солома, бамбук, просо и конопля. Материал биомассы также может содержать древесную биомассу, такую как древесина мягких пород, древесина твердых пород, древесные опилки, щепа и древесные побочные продукты. Твердые вещества биологического происхождения могут быть получены из канализационных или сточных вод в процессе очистки сточных вод, в качестве альтернативы, могут быть получены в результате процессов очистки коммунально-бытовых сточных вод, в качестве альтернативы, могут быть получены из потоков промышленных отходов, например, заводов по переработке фруктов и овощей и заводов по переработке растительных волокон, или, в качестве альтернативы, могут быть сельскохозяйственными отходами животноводства и птицеводства. Биомасса и/или твердые вещества биологического происхождения также могут представлять собой любое сочетание описанного здесь сырья.
Описанные в настоящем документе примеры способов также могут быть непрерывными способами, полупериодическими способами или периодическими способами. В таких процессах подача материала биомассы в установку для гранулирования или в установку для брикетирования может быть непрерывной или полупериодической, или порционной. В качестве альтернативы, если используется коммерчески доступная уплотненная биомасса и/или уплотненные твердые вещества биологического происхождения, тогда подача такого уплотненного материала в горючую жидкость может быть непрерывной или полупериодической, или порционной.
Горючая жидкость предпочтительно содержит углеводороды, примером которых являются масла растительного происхождения, масла морского происхождения, масла животного происхождения, нефтепродукты и продукты на битумной основе, которые могут быть нагреты до температуры примерно 320°С. Горючая жидкость может быть получена из любого источника, такого как, например, масло, полученное из растительного источника, морского источника, животного источника, нефтепродукта и продукта на битумной основе. Например, горючая жидкость может быть маслом канолы, льняным маслом, подсолнечным маслом, сафлоровым маслом, кукурузным маслом, арахисовым маслом, пальмовым маслом, соевым маслом, рапсовым маслом, хлопковым маслом, косточковым пальмовым маслом, кокосовым маслом, кунжутным маслом, оливковым маслом, животным жиром, рыбьим жиром, печеночным жиром, а также их смесями. В качестве альтернативы, горючая жидкость может быть маслом на нефтяной основе или маслом на битумной основе, таким как, например, синтетическое моторное масло или масло для двигателей, примерами которого являются масла для двигателей 5W-30 и 10W-30; масло для цепной пилы; цепное масло; трансмиссионные масла и жидкости, примерами которых являются, жидкости для автоматической коробки передач (ATF); гидравлические жидкости; редукторные масла; дизельное топливо; парафиновый воск; парафиновое масло; керосин, печное топливо; и их смесями.
Торрефицированная уплотненная биомасса и/или твердое вещество биологического происхождения, описанные в настоящем документе и полученные описанными здесь способами, могут поглощать от примерно 2% до 25% мас./мас. горючей жидкости в ходе процесса торрефикации и могут иметь теплоту сгорания от примерно 6000 БТЕ/фунт на абсолютно сухое вещество до примерно 13000 БТЕ/фунт на абсолютно сухое вещество (14,0-30,2 ГДж/т), или любую величину между указанными значениями. Теплота сгорания также может быть выражена в гигаджоулях на метрическую тонну (ГДж/т), при этом торрефицированная уплотненная биомасса и/или твердое вещество биологического происхождения, полученные в результате описанных здесь способов, имеют теплоту сгорания от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 27 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую величину между указанными значениями.
Торрефицированная уплотненная биомасса и/или твердое вещество биологического происхождения, описанные в настоящем документе и полученные описанными здесь способами, также могут иметь содержание углерода от примерно 50% на абсолютно сухое вещество до примерно 65% на абсолютно сухое вещество и могут также быть гидрофобными.
Описанные в настоящем документе примеры способов также могут включать в себя систему сбора и конденсации газа для сбора и разделения ЛОС, газов и пара, выделяющихся и/или образованных в ходе процессов уплотнения, сушки и торрефикации, для конденсации и разделения на пригодные для повторного использования источники энергии.
Описание чертежей
Настоящее изобретение будет описано со ссылкой на следующие чертежи, на которых:
на фиг.1 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример способа получения торрефицированного уплотненного материала биомассы и/или торрефицированного уплотненного материала твердого вещества биологического происхождения;
на фиг.2 представлена блок-схема, иллюстрирующая второй пример способа получения торрефицированного уплотненного материала биомассы и/или торрефицированного уплотненного материала твердого вещества биологического происхождения;
на фиг.3 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример способа уплотнения и торрефикации сырья биомассы;
на фиг.4 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример способа уплотнения и торрефикации сырья щепы;
TM
на фиг.5(А) представлен вид сверху в перспективе примера осуществления реактора торрефикации (по технологии Torrefusion, «torrefusion reactor») для использования в непрерывном, полупериодическом или периодическом процессе торрефикации настоящего изобретения, показывающий транспортировку торрефицированных гранул из горючей жидкости; На фиг.5(В) представлен вид сверху в перспективе альтернативного примера осуществления реактора торрефикации для использования в непрерывном, полупериодическом или периодическом процессе торрефикации настоящего изобретения, показывающий загрузку уплотненной биомассы и/или уплотненных твердых веществ биологического происхождения в дозатор уплотненной биомассы/твердых веществ биологического происхождения;
на фиг.6(А) представлен вид сверху в перспективе реактора торрефикации, показанного на фиг.5(В), показывающий транспортировку торрефицированных гранул из горючей жидкости; и На фиг.6(В) представлен вид сверху в перспективе реактора торрефикации, показанного на фиг.5(В), иллюстрирующий направление вращения конвейера реактора торрефикации по мере прохождения уплотненной биомассы и/или уплотненных твердых веществ биологического происхождения через непрерывный, полупериодический или периодический процесс торрефикации настоящего изобретения;
на фиг.7 представлен график, показывающий физико-химические изменения, которые происходят в сырье биомассы за период времени при обработке с помощью описанного здесь примера способа торрефикации;
на фиг.8 представлен график, иллюстрирующий теплоту сгорания сырья биомассы, которое было обработано с помощью описанного здесь примера способа торрефикации, в котором сырье биомассы обрабатывали при разных температурах в течение различных периодов времени;
на фиг.9 представлен график, иллюстрирующий теплоту сгорания сырья биомассы, которое было обработано с помощью описанного здесь примера способа торрефикации, в котором сырье биомассы обрабатывали при разных температурах в течение различных периодов времени;
на фиг.10 представлен график, иллюстрирующий содержание углерода сырья биомассы, которое было обработано с помощью описанного здесь примера способа торрефикации, в котором сырье биомассы обрабатывали при разных температурах в течение различных периодов времени;
на фиг.11 представлен график, иллюстрирующий массу сырья биомассы и абсорбцию масла сырьем биомассы, которое обрабатывали в течение различных периодов времени при использовании масла канолы в качестве горючей жидкости;
на фиг.12 представлен график, иллюстрирующий массу сырья биомассы и абсорбцию масла сырьем биомассы, которое обрабатывали в течение различных периодов времени при использовании парафинового воска в качестве горючей жидкости;
на фиг.13 представлен график, позволяющий сравнить общие потери горючей жидкости при использовании масла канолы и парафинового воска в примере способа торрефикации по настоящему изобретению;
на фиг.14 представлен график, позволяющий сравнить снижение веса (в %) сырья биомассы при использовании масла канолы или парафинового воска в качестве горючей жидкости в примере способа торрефикации по настоящему изобретению;
на фиг.15 представлен график, позволяющий сравнить поглощение воды сырьем биомассы, которое обрабатывали при разных температурах в течение различных периодов времени в примере способа торрефикации по настоящему изобретению;
на фиг.16 представлен график, позволяющий сравнить поглощение воды сырьем биомассы, которое обрабатывали в течение увеличивающихся периодов времени в примере способа торрефикации по настоящему изобретению;
на фиг.17 представлен график, иллюстрирующий общее поглощение масла сырьем биомассы, обработанным с помощью разных типов масла в качестве горючей жидкости в примере способа торрефикации настоящего изобретения;
на фиг.18 представлен график, иллюстрирующий общее поглощение масла сырьем биомассы, обработанным с помощью разных типов масла в качестве горючей жидкости в примере способа торрефикации настоящего изобретения; и
на фиг.19 представлен вид сбоку в перспективе реактора торрефикации малого масштаба, подходящего для использования в некоторых примерах способов торрефикации, описанных в настоящем документе.
Подробное описание
Примеры осуществления настоящего изобретения относятся к торрефицированной уплотненной биомассе и/или торрефицированному уплотненному твердому веществу биологического происхождения, содержащим горючую жидкость, представленную углеводородами. Некоторые примеры осуществления относятся к способам получения торрефицированной уплотненной биомассы и/или торрефицированного уплотненного твердого вещества биологического происхождения, содержащим горючую жидкость. Примерами подходящих горючих жидкостей являются масла растительного происхождения, масла морского происхождения, масла животного происхождения, нефтепродукты и продукты на битумной основе.
Описанные здесь примеры способов торрефикации требуют меньшего энергопотребления по сравнению с известными способами, одновременно с повышением эффективности способа и пропускной способности сырья. Энергия, примерами которой являются ЛОС и пар, образованные при осуществлении способа, может быть рециркулирована в пределах системы для нагревания горючей жидкости и/или создания гранул для торрефикации, и/или торрефикации уплотненной биомассы. Неожиданно было обнаружено, что минимальное количество масла фактически поглощается уплотненной биомассой во время описанных здесь способов торрефикации. Соответственно, горючие жидкости, используемые во время разных стадий торрефикации, могут быть неоднократно рециркулированы и повторно использованы для обработки дополнительного сырья биомассы, тем самым снижая производственные затраты. Кроме того, любой тип масла может использоваться для данных способов, включая малоценные и дешевые масла, которые могут иметь высокое содержание ненасыщенных жиров, благодаря чему производственные затраты снижаются в еще большей степени. Следует отметить, что использование уплотненного материала в качестве сырья биомассы позволит сократить продолжительность торрефикационной обработки, как продемонстрировано в представленных здесь примерах.
Описанные здесь способы торрефикации также не требуют большого объема пространства для работы и характеризуются простотой установки и использования, особенно с учетом того, что различные стадии способа не должны происходить в пределах полностью подсоединенной системы. Сушилка, уплотнитель, приемный контейнер торрефикации и система охлаждения могут обеспечиваться отдельно и устанавливаться в отдельно расположенных местоположениях.
Кроме того, описанные здесь способы торрефикации обеспечивают повышенное качество торрефицированной уплотненной биомассы, поскольку остаточное масло на поверхности торрефицированной уплотненной биомассы снижает количество пыли и других горючих материалов на поверхности биомассы. Таким образом, торрефицированная уплотненная биомасса, полученная с помощью приводимых в качестве примера способов, является гидрофобной. Соответственно, приводимые в качестве примера способы производят торрефицированный уплотненный продукт, который легко транспортируется и отгружается, поскольку он не создает взрывоопасности. Торрефицированный уплотненный продукт может легко использоваться в качестве биотоплива.
Подходящее сырье биомассы для описанных здесь примеров способов и продуктов включает собранный растительный материал, примерами которого является древесина твердых пород и древесина мягких пород, которая может быть переработана в щепу и/или древесные опилки, и/или гранулы, включая брикеты и/или порубочные остатки и отходы деревообработки, волокнистые однолетние или многолетние культуры, такие как Salix, просо, кукурузная солома, солома, полученная при сборе зерновых и/или масличных культур; или материал, полученный из потоков отходов, производимых заводами по переработке фруктов или овощей, или зерновых или масличных культур, или полученные из жмыха сахарного тростника. Также подходящими являются материалы твердых веществ биологического происхождения. Используемое здесь выражение «твердые вещества биологического происхождения» означает любой твердый или полутвердый органический материал, полученный из канализационных или сточных вод в процессе очистки сточных вод, полученный в результате очистки коммунально-бытовых сточных вод или, в качестве альтернативы, который может быть сельскохозяйственными отходами животноводства и птицеводства.
3
3
3
3
Использование материалов биомассы является ограниченным, поскольку биомасса в целом имеет более низкое энергосодержание и более низкую энергетическую плотность по сравнению с традиционными видами ископаемого топлива. Настоящее изобретение относится к уплотненному или гранулированному материалу биомассы, включая биомассу, спрессованную в брикеты, в качестве исходного материала для торрефикации для повышения начальной энергии сырого материала биомассы (например, гранулированная или иным образом уплотненная биомасса, такая как брикеты, в пересчете на сухое вещество, может иметь теплоту сгорания до 40 фунт/фут (641 кг/м), по сравнению с 8 фунт/фут (128 кг/м) для неуплотненного материала биомассы). Как известно в области техники, уплотнение представляет собой процесс увеличения плотности биомассы, и многие формы уплотненной биомассы являются легко доступными, как например, древесные гранулы и брикеты. Кроме того, различные технологии уплотнения биомассы известны в области техники и могут применяться в настоящем способе, в числе прочего, такие как экструзия, брикетирование, гранулирование и агломерирование.
Употребляемый в настоящем документе термин «уплотненный» означает, что материал биомассы был сжат для повышения его плотности. Должно быть понятно, что уплотненный материал биомассы принимает различные формы, при этом отдельные частицы имеют одинаковые формы или чрезвычайно неодинаковые формы.
Употребляемый в настоящем документе термин «гранулированный» означает материал биомассы, который был уплотнен или концентрирован в гранулы, или спрессован в брикеты. Гранулы могут быть любой формы, например, представленной кубиками, пеллетами, шайбами, брикетами и искусственными поленьями, где отдельные частицы имеют одинаковые формы или чрезвычайно неодинаковые формы. Брикеты также могут быть любой формы, например, представленной квадратами, прямоугольниками, треугольниками, четырехугольниками или любыми правильными многоугольниками (как, например, пятиугольниками, семиугольниками, восьмиугольниками и тому подобное) или, в качестве альтернативы, неправильными многоугольниками. Отдельные частицы могут иметь одинаковые формы или неодинаковые формы, асимметричные формы или симметричные формы.
В дальнейшем в этом документе термин «уплотненный» будет относиться к уплотненным и гранулированным материалам вместе взятым, в том числе, без ограничения, к гранулам и брикетам, которые сохраняют некоторое количество влаги, такое как, например, начальное влагосодержание в материале уплотненной биомассы и/или твердых веществах биологического происхождения по меньшей мере примерно 1%. Материал уплотненной биомассы и/или твердых веществ биологического происхождения также может иметь начальное влагосодержание по меньшей мере примерно 1,5%, по меньшей мере примерно 2%, по меньшей мере примерно 2,5%, по меньшей мере примерно 3%, по меньшей мере примерно 3,5%, по меньшей мере примерно 4%, по меньшей мере примерно 4,5%, по меньшей мере примерно 5%, по меньшей мере примерно 5,5%, по меньшей мере примерно 6%, по меньшей мере примерно 6,5%, по меньшей мере примерно 7%, по меньшей мере примерно 7,5%, по меньшей мере примерно 8%, по меньшей мере примерно 8,5%, по меньшей мере примерно 9%, по меньшей мере примерно 9,5%, по меньшей мере примерно 10%, по меньшей мере примерно 11%, по меньшей мере примерно 12%, по меньшей мере примерно 13%, по меньшей мере примерно 14%, по меньшей мере примерно 15%, по меньшей мере примерно 16%, по меньшей мере примерно 17%, по меньшей мере примерно 18%, по меньшей мере примерно 19%, по меньшей мере примерно 20%, или любое влагосодержание между указанными значениями.
Употребляемый в настоящем документе термин «уплотнение» будет относиться к процессам уплотнения, гранулирования и брикетирования. Кроме того, уплотненный материал биомассы также может называться здесь «гранулами», «кубиками» или «брикетами». Однако, следует понимать, что упоминаемая в данном документе уплотненная биомасса не включает брикеты древесного угля, которые уже подвергались торрефикации и поэтому не могут быть торрефицированы в еще большей степени.
Используемый в настоящем документе термин «сырое вещество» или «на вещество в состоянии получения» относится к фактическим значениям или результатам химических измерений образца уплотненного материала биомассы или образца торрефицированной уплотненной биомассы, полученным в результате анализа образца, и включают в себя, без ограничения, влагосодержание, % золы, % летучих веществ, % связанного углерода, % серы, % углерода, % азота, % кислорода, и теплотворную способность, такую как теплота сгорания в БТЕ/фунт, ГДж/т, ккал/кг.
Используемый в настоящем документе термин «сухое вещество» относится к теоретическим значениям, которые вычисляются из значений для «сырого вещества» или «вещества в состоянии получения», чтобы получить результаты для образца уплотненного материала биомассы или образца торрефицированной уплотненной биомассы, как если бы в этом образце не было влаги (т.е. если бы он был абсолютно сухим; общая теплота сгорания как будто сухого вещества). Соответственно, используемый здесь термин «на абсолютно сухое вещество» относится к теоретическому значению для образца уплотненного материала биомассы или образца торрефицированной уплотненной биомассы с нулевым обнаруживаемым влагосодержанием.
Способы торрефикации настоящего изобретения в целом относятся к погружению уплотненного материала биомассы в горючую жидкость, поддерживаемую при температуре в диапазоне от примерно 160°C до примерно 320°C, в течение некоторого промежутка времени в диапазоне от примерно 2 минут до примерно 120 минут, от примерно 5 минут до примерно 120 минут, от примерно 8 минут до примерно 90 минут, от примерно 10 минут до примерно 60 минут, от примерно 12 минут до примерно 45 минут, или от примерно 15 минут до примерно 30 минут.
Используемый в настоящем документе термин «горючая жидкость» означает жидкость для приведения в контакт и погружения в нее уплотненного материала биомассы, и последующей торрефикации уплотненного материала биомассы в горючей жидкости. Термин «горючая жидкость» может включать масло на углеводородной основе, примерами которого являются масла растительного происхождения, масла морского происхождения, масла животного происхождения, нефтепродукты и продукты на битумной основе, и может также включать синтетическое топливо или синтетическое масло. Примерами подходящих масел растительного происхождения являются масло канолы, льняное масло, подсолнечное масло, сафлоровое масло, кукурузное масло, арахисовое масло, пальмовое масло, соевое масло, рапсовое масло, хлопковое масло, косточковое пальмовое масло, кокосовое масло, кунжутное масло, оливковое масло и смеси масел растительного происхождения. Примерами подходящих масел животного происхождения являются, среди прочего, животный жир, масла для обжаривания и печеночный жир, и их смеси. Примерами подходящих масел морского происхождения являются китовый жир, тюлений жир, рыбий жир, водорослевые масла и смеси масел морского происхождения. Подходящие нефтепродукты представлены синтетическим моторным маслом и маслами для двигателей, примерами которых являются масла для двигателей 5W-30 и 10W-30; масло для цепной пилы; цепное масло; трансмиссионные масла и жидкости, такие как жидкости для автоматической коробки передач (ATF), гидравлические жидкости, редукторные масла, дизельное топливо, парафиновый воск, парафиновое масло, керосин и печное топливо, и их смеси. Подходящее синтетическое топливо или синтетическое масло может быть получено в процессе конверсии Фишера-Тропша и представлено на примере пиролизного масла и тому подобного. Горючая жидкость также может быть представлена любыми сочетаниями масел растительного происхождения, масел морского происхождения, масел животного происхождения, нефтепродуктов и синтетических топлив или масел. Горючая жидкость, используемая в настоящем изобретении, также может быть нагрета до 320°C. Используемая здесь горючая жидкость применяется для нагревания уплотненного материала биомассы в бескислородной среде, чтобы торрефицировать уплотненный материал без его воспламенения, а не для наполнения уплотненного материала биомассы горючей жидкостью или, в качестве альтернативы, для значительного повышения поглощения горючей жидкости уплотненным материалом биомассы.
Описанные здесь продукты способов торрефикации представляют собой материал торрефицированной/уплотненной биомассы и/или твердых веществ биологического происхождения, который сохраняет часть горючей жидкости и обладает высокой степенью гидрофобности. Торрефицированная уплотненная биомасса и/или твердое вещество биологического происхождения, полученные описанными здесь способами, могут поглощать от примерно 2% до примерно 25% мас./мас. горючей жидкости в ходе процесса торрефикации, или любое количество между указанными значениями. Например, без ограничения, количество горючей жидкости, поглощенной и сохраняющейся в торрефицированной уплотненной биомассе, может составлять от примерно 2% до примерно 25% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 24% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 23% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 22% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 21% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 20% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 19% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 18% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 17% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; как, например, 3% мас./мас. горючей жидкости, 4% мас./мас. горючей жидкости, 5% мас./мас. горючей жидкости, 6% мас./мас. горючей жидкости, 7% мас./мас. горючей жидкости, 8% мас./мас. горючей жидкости, 9% мас./мас. горючей жидкости, 10% мас./мас. горючей жидкости, 11% мас./мас. горючей жидкости, 12% мас./мас. горючей жидкости, 13% мас./мас. горючей жидкости, 14% мас./мас. горючей жидкости, 15% мас./мас. горючей жидкости, 16% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями.
Специалистам в данной области понятно, что материалы биомассы и/или твердого вещества биологического происхождения настоящего изобретения характеризуются диапазоном значений теплоты сгорания. Специалистам в данной области известно, что приводимая в качестве примера теплота сгорания уплотненной биомассы и/или твердых веществ биологического происхождения может находиться в диапазоне от примерно 4300 БТЕ на фунт (10 ГДж/т) до примерно 12800 БТЕ на фунт (29,8 ГДж/т), в зависимости от исходного сырья и его влагосодержания. Например, специалисту в данной области техники должно быть известно, что древесина обычно имеет энергосодержание от примерно 6400 БТЕ на фунт при 20% влагосодержании (на сухое вещество) до примерно 7600-9600 БТЕ/фунт на абсолютно сухое вещество (или от примерно 15 ГДж/т при 20% влагосодержании до примерно 18-22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество), и что сельскохозяйственные отходы, такие как просо, имеют энергосодержание от примерно 4300 БТЕ на фунт до примерно 7300 БТЕ на фунт (или примерно 10-17 ГДж/т), в зависимости от влагосодержания сельскохозяйственных отходов. Кроме того, специалистам в данной области техники должно быть известно, что уголь имеет энергосодержание примерно 12800 БТЕ на фунт (29,8 ГДж/т). Соответственно, специалисту будет понятно, что диапазон значений теплоты сгорания после торрефикации также может варьировать, при этом материал биомассы и/или твердого вещества биологического происхождения, имеющий более низкую исходную теплоту сгорания, дает конечный продукт, имеющий более низкую теплоту сгорания по сравнению с материалом биомассы и/или твердого вещества биологического происхождения, имеющим более высокую исходную теплоту сгорания. В дополнение к этому, описанные в данном документе различные факторы могут изменяться, как например, без ограничения, плотность уплотненной биомассы, температура горючей жидкости, время погружения уплотненной биомассы в горючую жидкость и тип используемой горючей жидкости, для получения определенной теплоты сгорания торрефицированной уплотненной биомассы и/или твердого вещества биологического происхождения настоящего изобретения.
Торрефицированная уплотненная биомасса и/или твердое вещество биологического происхождения настоящего изобретения могут соответственно иметь теплоту сгорания от примерно 6000 БТЕ/фунт (14 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 13000 БТЕ/фунт (30 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями, например, от примерно 6000 БТЕ/фунт (14 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 12000 БТЕ/фунт (27,9 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 6000 БТЕ/фунт (14 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 11000 БТЕ/фунт (25,6 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 6000 БТЕ/фунт (14 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 10000 БТЕ/фунт (23,3 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 6000 БТЕ/фунт (14 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 9000 БТЕ/фунт (20,9 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 9000 БТЕ/фунт (20,9 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 13000 БТЕ/фунт (30,2 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями, как, например, примерно 9500 БТЕ/фунт (22,1 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 10000 БТЕ/фунт (23,3 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 10500 БТЕ/фунт (24,4 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 11000 БТЕ/фунт (25,6 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 11500 БТЕ/фунт (26,7 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 12000 БТЕ/фунт (27,9 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 12500 БТЕ/фунт (29,1 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 13000 БТЕ/фунт (30,2 ГДж/т), или любую теплоту сгорания между указанными значениями. Теплота сгорания также может быть выражена в гигаджоулях на метрическую тонну (ГДж/т). Торрефицированная уплотненная биомасса и/или твердое вещество биологического происхождения могут, таким образом, иметь теплоту сгорания от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 27 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями, например, от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 26,5 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 26 ГДж/т на абсолютно сухое вещество или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 26 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 25 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 24 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; или от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 23 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями.
Кроме того, описанная здесь торрефицированная уплотненная биомасса может иметь содержание углерода от примерно 50% углерода на абсолютно сухое вещество до примерно 65% углерода на абсолютно сухое вещество, или любое содержание между указанными значениями. Например, без ограничения, содержание углерода торрефицированной уплотненной биомассы может составлять примерно 51% углерода на абсолютно сухое вещество, 52% углерода на абсолютно сухое вещество, 53% углерода на абсолютно сухое вещество, 54% углерода на абсолютно сухое вещество, 55% углерода на абсолютно сухое вещество, 56% углерода на абсолютно сухое вещество, 57% углерода на абсолютно сухое вещество, 58% углерода на абсолютно сухое вещество, 59% углерода на абсолютно сухое вещество, 60% углерода на абсолютно сухое вещество, 61% углерода на абсолютно сухое вещество, 62% углерода на абсолютно сухое вещество, 63% углерода на абсолютно сухое вещество, 64% углерода на абсолютно сухое вещество, 65% углерода на абсолютно сухое вещество, или любым содержанием между указанными значениями.
Торрефицированные конечные продукты легко размалываются в частицы и/или порошок, которые особенно подходят для использования в качестве топлива для выработки электроэнергии и/или тепла. Кроме того, торрефицированный материал легко транспортировать и хранить, и он является гидрофобным.
На фиг.1 представлена блок-схема, которая иллюстрирует пример способа настоящего изобретения для получения торрефицированного материала уплотненной биомассы и/или твердого вещества биологического происхождения, имеющего повышенное значение энергетической плотности по сравнению с неторрефицированным материалом биомассы. В данном варианте осуществления исходный сырой материал 2 биомассы не является уплотненным, и способ получения торрефицированного уплотненного материала биомассы включает в себя начальные стадии сушки и уплотнения сырого материала 2 биомассы в уплотненный материал 20 биомассы. Для осуществления способа торрефикации приемный контейнер 10 наполняют горючей жидкостью 12, как описано выше. Горючую жидкость 12 нагревают до температуры в диапазоне от примерно 160°C до примерно 320°C, и уплотненный материал 20 биомассы погружают в нагретую горючую жидкость 12 в приемном контейнере 10. Уплотненный материал 20 биомассы полностью погружают в нагретую горючую жидкость 12 для создания «бескислородной» среды. Нагретая горючая жидкость 12 может поддерживаться при температуре в диапазоне от примерно 160°С до примерно 320°С или при любой температуре между указанными значениями. В качестве альтернативы, температура нагретой горючей жидкости 12 может изменяться в ходе процесса от примерно 160°C до примерно 320°C. Независимо от того, поддерживается ли температура горючей жидкости 12 на определенном уровне или изменяется в ходе процесса, температура уплотненной биомассы 20 увеличивается от ее начальной температуры до температуры в диапазоне от примерно 160°С до примерно 320°C или до любой температуры между указанными значениями. В ходе данного процесса нагревания большая часть влаги вытесняется из уплотненной биомассы 20, и уплотненная биомасса 20 поглощает тепловую энергию в эндотермической реакции. Уплотненная биомасса 20 также претерпевает химические и структурные изменения и выделяет некоторые ЛОС, содержащиеся в уплотненной биомассе 20. Образующаяся в результате торрефицированная уплотненная биомасса 30 отводится из приемного контейнера 10 и охлаждается в системе 32 охлаждения.
20
5
2
2
20
Любой тип процесса уплотнения, описанный в данной области техники, может использоваться в настоящем способе для получения уплотненного материала  биомассы для торрефикации. Например, уплотнитель  может быть установкой для гранулирования, известной в области техники, и может включать экструзионный процесс для получения гранул (в том числе, например, экструдер-гранулятор, шнековый экструдер), может быть молотковой мельницей, поршневым прессом, роликовым прессом или установкой брикетирования для прессования биомассы в брикет, или может включать агломерирование. Уплотнение может также включать в себя добавление связующего для гранул в процессе уплотнения, чтобы обеспечить поддержание качества гранул. Процесс уплотнения также может включать в себя предварительное нагревание и плавление сырого материала  биомассы посредством механического воздействия, трения и тепла, что приводит к значительному уменьшению объема, устранению некоторого количества влаги и воздуха и повышению температуры биомассы. После того, как сырой материал  биомассы уплотнен, полученная в результате уплотненная биомасса  проходит через процесс торрефикации.
Настоящее изобретение также предусматривает, что сушилка 7 может использоваться для уменьшения влагосодержания сырого материала 2 биомассы до и/или после уплотнения и перед торрефикацией. Специалистам в данной области будет ясно, что может использоваться любая известная в области техники сушилка, такая как, например, Altentech™ Biovertidryer™ (доступная от Altentech™ Power Inc., Ванкувер, Британская Колумбия, Канада), совместно с уплотнителем 5. Процесс сушки может быть полезен для дополнительного нагревания уплотненного материала 20 биомассы перед торрефикацией, тем самым повышая эффективность процесса торрефикации.
7
5
10
12
20
5
7
10
20
20
20
5
7
10
20,
12,
20
5
7
10.
Сушилка и/или уплотнитель  (или комбинированная сушилка/уплотнитель) могут быть расположены возле приемного контейнера ,содержащего горючую жидкость. При таком расположении уплотненная биомасса  может непосредственно передаваться из уплотнителя  и/или сушилки (или комбинированной сушилки/уплотнителя) в приемный контейнер  без промежуточного охлаждения уплотненной биомассы . Специалистам в данной области техники будет ясно, что под действием уплотнителей и при объединении сырья в компактный продукт уплотнители производят большое количество тепла, что приводит к образованию нагретого уплотненного продукта. Известные в данной области сушилки также используют значительное количество тепла для извлечения влаги из сырой биомассы, тем самым дополнительно повышая температуру уплотненного продукта. Соответственно, уплотненная биомасса имеет температуру, превышающую температуру окружающей среды, непосредственно после уплотнения и/или сушки. Передача уплотненной биомассы непосредственно из уплотнителя и/или сушилки  (или комбинированной сушилки/уплотнителя) в приемный контейнер  может способствовать дополнительному снижению затрат на торрефикацию биомассы и повышению эффективности способа, поскольку начальная температура уплотненной биомассы поступающей в горючую жидкость оказывается выше, чем температура окружающей среды. В качестве альтернативы, уплотненная биомасса  может быть охлаждена перед передачей из уплотнителя и/или сушилки  (или комбинированной сушилки/уплотнителя) в приемный контейнер
2
20
Coford Connects
Важно отметить, что настоящее изобретение предусматривает уплотнение до контакта с любым типом масла; иными словами, сырой материал  биомассы уплотняют до приведения в контакт с любым маслом горючей жидкости (или в качестве исходного материала используется уплотненная биомасса ). Специалистам в данной области техники будет ясно, что жир и масло могут препятствовать поглощению водяного пара и уменьшать способность к гранулированию. Жиры и масла могут использоваться и во время гранулирования, но обычно для смазки матрицы и обеспечения плавного пуска после остывания матрицы. Масло смешивают с сырым биоматериалом после уплотнения для очистки матрицы перед остановкой, а не для фактического гранулирования биомассы. Фактически, насыщенная маслом биомасса из пресса-гранулятора может сохраняться после гранулирования для повторного использования в следующей последовательности операций остановки (см., например, Kofman, PD. “The production of wood pellets”, , Processing/Products № 10, с.1-6, 2012). Соответственно, настоящее изобретение предлагает улучшенную торрефицированную уплотненную биомассу по сравнению с известными ранее способами, в которых биомасса покрывается маслом перед уплотнением.
10
10
10
10
10
20
12
Приемный контейнер может быть любым типом контейнера,который может быть нагрет до температуры примерно 320°C и может сохранять нагретую горючую жидкость при температуре до примерно 320°C в течение длительных периодов времени. Таким образом, понятно, что приемный контейнер  будет иметь простую конструкцию. Например, приемный контейнер  может быть коммерчески доступным аппаратом глубокой обжарки, примерами которого являются обжарочный аппарат PITCO (PITCO является зарегистрированным товарным знаком Pitco Frialator, Inc., Берлингтон, штат Вермонт, США), обжарочный аппарат VULCAN (VULCAN является зарегистрированным товарным знаком Vulcan-Hart Corporation, Чикаго, Иллинойс, США), FRYMASTER (FRYMASTER является зарегистрированным товарным знаком Frymaster LLC, Шривпорт, Луизиана, США), обжарочный аппарат Southbend или обжарочный аппарат DEAN (DEAN является зарегистрированным товарным знаком Frymaster LLC Шривпорт, Луизиана, США); или приемный контейнер  может быть барабаном любого размера, кюветой, чашей или другим контейнером, который может нагреваться непосредственно снизу до температуры примерно 320°C, и который может поддерживать горючую жидкость при температуре примерно 320°С в течение длительных периодов времени. Приемный контейнер  также имеет достаточный размер для приема желаемого количества уплотненной биомассы  вместе с горючей жидкостью .
12
10
12
10
Горючая жидкость  может быть нагрета с помощью источника тепла непосредственно под приемным контейнером  или с помощью внешнего источника тепла для нагревания горючей жидкости , которая может быть передана в приемный контейнер , как только она достигнет своей рабочей температуры. Внешний источник тепла может быть, например, атомным реактором с невысокой тепловой мощностью, печью, в которой сжигают уголь или природный газ, или часть полученного биоугля, с дополнительными теплообменниками или без них.
10
12
20
20
Понятно, что, чтобы свести к минимуму затраты на описанные здесь примеры способов, размер приемного контейнера  и количество используемой горючей жидкости  могут ограничиваться размерами и количеством, которые достаточны для полного погружения определенного количества уплотненной биомассы , подлежащей торрефикации. Кроме того, меньшие количества горючей жидкости также могут использоваться, если уплотненная биомасса  содержит гранулы или брикеты меньшего размера. Соответственно, описанные здесь примеры способов могут быть изменены, чтобы сделать способ более эффективным и менее дорогостоящим, и могут быть скорректированы в соответствии с потребностями пользователя.
12
12
12
Как описано выше, горючая жидкость  может быть нагрета до температуры в диапазоне от примерно 160°С до примерно 320°С, или до любой температуры между указанными значениями, и горючая жидкость может поддерживаться при данной температуре в ходе процесса торрефикации. В качестве дополнительного примера, температура, до которой горючая жидкость может быть нагрета и при которой она может поддерживаться, может изменяться в диапазоне от примерно 180°C до примерно 320°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 180°C до примерно 300°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 320°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 310°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 300°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 290°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 280°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 270°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 260°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 250°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 240°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 300°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 290°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 280°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 270°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 260°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 250°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 240°C, или до любой температуры между указанными значениями; или может быть примерно 162°C, 165°C, 168°C, 170°C, 172°C, 175°C, 178°C, 180°C, 181°C, 182°C, 183°C, 184°C, 185°C, 186°C, 187°C, 188°C, 189°C, 190°C, 191°C, 192°C, 193°C, 194°C, 195°C, 196°C, 197°C, 198°C, 199°C, 200°, 210°C, 211°C, 212°C, 213°C, 214°C, 215°C, 216°C, 217°C, 218°C, 219°C, 220°C, 221°C, 222°C, 223°C, 224°C, 225°C, 226°C, 227°C, 228°C, 229°C, 230°C, 231°C, 232°C, 233°C, 234°C, 235°C, 236°C, 237°C, 238°C, 239°C, 240°C, 241°C, 242°C, 243°C, 244°C, 245°C, 248°C, 250°C, 252°C, 255°C, 258°C, 260°C, 262°C, 264°C, 266°C, 268°C, 270°C, 272°C, 274°C, 276°C, 278°C, 280°C, 282°C, 284°C, 286°C, 288°C, 290°C, 292°C, 294°C, 296°C, 298°C, 300°C, 302°C, 304°C, 306°C, 308°C, 310°C, 312°C, 314°C, 316°C, 318°C, 320°C, или любой температурой между указанными значениями.
Дополнительно предполагается, что температура горючей жидкости 12 может повышаться ступенчатым образом. Это ступенчатое нагревание может быть осуществлено в одном приемном контейнере 10 таким образом, что одну и ту же горючую жидкость нагревают до начальной температуры и далее нагревают до повышенной температуры для торрефикации уплотненной биомассы 20. Использование одного приемного контейнера 10 снижает любые затраты, которые могут быть связаны с передачей уплотненной биомассы 20 между несколькими приемными контейнерами 10, с использованием нескольких объемов горючей жидкости 12 и нагреванием нескольких объемов горючей жидкости 12.
20
12
12
12
20
20
20
20
20
12
20
20
Горючая жидкость 12 может быть нагрета до начальной, более низкой температуры перед загрузкой уплотненной биомассы 20. После погружения уплотненной биомассы  в горючую жидкость  при начальной, более низкой температуре, в течение некоторого периода времени, горючая жидкость может быть нагрета до более высокой температуры для торрефикации. Такое ступенчатое нагревание горючей жидкости  и уплотненной биомассы  может привести к более эффективному и менее дорогостоящему способу, поскольку начальная, более низкая температура может использоваться для нагревания уплотненной биомассы  от ее исходной температуры до более высокой температуры и для высвобождения большей части влаги из уплотненной биомассы ; с другой стороны, более высокая температура может быть использована в течение более короткого периода времени для торрефикации уплотненной биомассы . Соответственно, меньшее количество энергии может потребоваться, поскольку более высокая температура будет нужна на более короткий период времени. Например, горючая жидкость 12может быть первоначально нагрета до температуры в диапазоне от примерно 110°C до примерно 200°C, или до любой температуры между указанными значениями, в числе прочего такой как, примерно 110°C, 112°C, 114°C, 116°C, 118°C, 120°C, 122°C, 124°C, 126°C, 128°C, 130°C, 132°C, 134°C, 136°C, 138°C, 140°C, 142°C, 144°C, 148°C, 150°C, 151°C, 152°C, 153°C, 154°C, 155°C, 156°C, 157°C, 158°C, 159°C, 160°C, 161°C, 162°C, 163°C, 164°C, 165°C, 166°C, 167°C, 168°C, 169°C, 170°C, 171°C, 172°C, 173°C, 174°C, 175°C, 176°C, 177°C, 178°C, 179°C, 180°C, 182°C, 185°C, 188°C, 190°C, 192°C, 195°C, 198°C, 200°C, или до любой температуры между указанными значениями. Уплотненная биомасса может быть погружена при более низкой температуре на период времени от примерно 2 минут до примерно 30 минут, или на любое количество времени между указанными значениями, например, 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5; 8; 8,5; 9; 9,5; 10; 10,5; 11; 11,5; 12; 12,5; 13; 13,5; 14; 14,5; 15; 15,5; 16; 16,5; 17; 17,5; 18; 18,5; 19; 19,5; 20; 20,5; 21; 21,5; 22; 22,5; 23; 23,5; 24; 24,5; 25; 25,5; 26; 26,5; 27; 27,5; 28; 28,5; 29; 29,5; 30 минут; или на любое количество времени между указанными значениями. После начального периода тепловой обработки горючая жидкость ,содержащая погруженную в нее уплотненную биомассу , может быть дополнительно нагрета до температуры от примерно 180°C до примерно 320°C, или до любой температуры между указанными значениями, в числе прочего такой как, примерно 181°C, 182°C, 183°C, 184°C, 185°C, 186°C, 187°C, 188°C, 189°C, 190°C, 191°C, 192°C, 193°C, 194°C, 195°C, 196°C, 197°C, 198°C, 199°C, 200°C, 201°C, 202°C, 203°C, 204°C, 205°C, 206°C, 207°C, 208°C, 209°C, 210°C, 211°C, 212°C, 213°C, 214°C, 215°C, 216°C, 217°C, 218°C, 219°C, 220°C, 221°C, 222°C, 223°C, 224°C, 225°C, 226°C, 227°C, 228°C, 229°C, 230°C, 231°C, 232°C, 233°C, 234°C, 235°C, 236°C, 237°C, 238°C, 239°C, 240°C, 241°C, 242°C, 243°C, 244°C, 245°C, 248°C, 250°C, 252°C, 255°C, 258°C, 260°C, 262°C, 264°C, 266°C, 268°C, 270°C, 272°C, 274°C, 276°C, 278°C, 280°C, 282°C, 284°C, 286°C, 288°C, 290°C, 292°C, 294°C, 296°C, 298°C, 300°C, 302°C, 304°C, 306°C, 308°C, 310°C, 312°C, 314°C, 316°C, 318°C, 320°C, или до любой температуры между указанными значениями. Уплотненная биомасса  может быть торрефицирована при более высокой температуре в течение периода времени от примерно 2 минут до примерно 60 минут, или любого количества времени между указанными значениями, например, 2,5 минут, 3 минут, 3,5 минут, 4 минут, 4,5 минут, 5 минут, 5,5 минут, 6 минут, 6,5 минут, 7 минут, 7,5 минут, 8 минут, 8,5 минут, 9 минут, 9,5 минут, 10 минут, 10,5 минут, 11 минут, 11,5 минут, 12 минут, 12,5 минут, 13 минут, 13,5 минут, 14 минут, 14,5 минут, 15 минут, 15,5 минут, 16 минут, 16,5 минут, 17 минут, 17,5 минут, 18 минут, 18,5 минут, 19 минут, 19,5 минут, 20 минут, 20,5 минут, 21 минут, 21,5 минут, 22 минут, 22,5 минут, 23 минут, 23,5 минут, 24 минут, 24,5 минут, 25 минут, 25,5 минут, 26 минут, 26,5 минут, 27 минут, 27,5 минут, 28 минут, 28,5 минут, 29 минут, 29,5 минут, 30 минут, 32 минут, 34 минут, 36 минут, 38 минут, 40 минут, 42 минут, 44 минут, 46 минут, 48 минут, 50 минут, 52 минут, 54 минут, 56 минут, 58 минут, 60 минут, или любого количества времени между указанными значениями.
20
10
20
22
10
Настоящее изобретение предусматривает прямую загрузку уплотненного материала биомассы  в приемный контейнер . В качестве альтернативы, уплотненный материал  биомассы может загружаться в держатель , который затем погружается в приемный контейнер .
20
12
22
22
10,
12
10
22
20
30
22
22
12
22
20
22
22
12
Для прямого контакта уплотненной биомассы  с горючей жидкостью , в случае применения держателя  в приводимом в качестве примера способе, держатель  может быть любым типом держателя, который может вмещать уплотненное сырье для торрефикации и может помещаться в приемный контейнер  и который является проницаемым для горючей жидкости  в приемном контейнере , но не для уплотненного сырья. В связи с этим, держатель  предотвращает выпадание уплотненной биомассы  или торрефицированной уплотненной биомассы , заключенной в держателе ,за пределы держателя , одновременно позволяя горючей жидкости  протекать через держатель  для нагревания и торрефикации уплотненной биомассы . Например, без ограничения, держатель  может быть проволочной корзиной или сетчатой корзиной из проволоки, или корзиной другого типа с отверстиями в ее внешних стенках. Подразумевается, что держатель  может выдерживать высокую температуру горючей жидкости  и может быть нагретым до температуры примерно 320°С в течение длительных периодов времени.
20
12
20
30
30
10
20
12
12
12
Учитывая, что уплотненная биомасса  полностью погружена в горючую жидкость , которая нагрета до температуры в диапазоне от примерно 160°C до примерно 280°C или до любой температуры между указанными значениями, уплотненная биомасса  нагревается до температуры в диапазоне от примерно 160°C до примерно 320°C или до любой температуры между указанными значениями по окончании процесса торрефикации. В качестве дополнительного примера, температура торрефицированной уплотненной биомассы в конце приводимого в качестве примера способа может варьировать в диапазоне от примерно 180°C до примерно 320°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 180°C до примерно 300°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 320°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 310°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 300°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 290°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 280°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 270°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 260°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 250°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 200°C до примерно 240°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 300°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 290°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 280°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 270°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 260°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 250°C, или до любой температуры между указанными значениями; от примерно 220°C до примерно 240°C, или до любой температуры между указанными значениями; или может быть примерно 162°C, 165°C, 168°C, 170°C, 172°C, 175°C, 178°C, 180°C, 181°C, 182°C, 183°C, 184°C, 185°C, 186°C, 187°C, 188°C, 189°C, 190°C, 191°C, 192°C, 193°C, 194°C, 195°C, 196°C, 197°C, 198°C, 199°C, 200°C, 201°C, 202°C, 203°C, 204°C, 205°C, 206°C, 207°C, 208°C, 209°C, 210°C, 211°C, 212°C, 213°C, 214°C, 215°C, 216°C, 217°C, 218°C, 219°C, 220°C, 221°C, 222°C, 223°C, 224°C, 225°C, 226°C, 227°C, 228°C, 229°C, 230°C, 231°C, 232°C, 233°C, 234°C, 235°C, 236°C, 237°C, 238°C, 239°C, 240°C, 241°C, 242°C, 243°C, 244°C, 245°C, 248°C, 250°C, 252°C, 255°C, 258°C, 260°C, 262°C, 264°C, 266°C, 268°C, 270°C, 272°C, 274°C, 276°C, 278°C, 280°C, 282°C, 284°C, 286°C, 288°C, 290°C, 292°C, 294°C, 296°C, 298°C, 300°C, 302°C, 304°C, 306°C, 308°C, 310°C, 312°C, 314°C, 316°C, 318°C, 320°C, или любой температурой между указанными значениями. Специалисту в данной области будет ясно, что температура торрефицированной уплотненной биомассы в конце процесса торрефикации, перед удалением из приемного контейнера ,будет зависеть от исходного сырья, времени, в течение которого уплотненная биомасса  погружена в нагретую горючую жидкость , типа используемой горючей жидкости  и температуры горючей жидкости .
20
12
20
12
30
12
12
20
30
20
20
12
12
12
12
20
12
12
20
12
12
20
12
20
20
12
12
20
30
20,
12
12
12
12
20
12
30
12
Во время погружения уплотненной биомассы в горючую жидкость и во время процесса торрефикации уплотненная биомасса поглощает горючую жидкость ,благодаря чему образующаяся в результате торрефицированная уплотненная биомасса сохраняет некоторое количество поглощенной горючей жидкости . Количество горючей жидкости ,поглощенной уплотненной биомассой  и сохраняющейся в прошедшей торрефикацию уплотненной биомассе , зависит от нескольких разных факторов, включающих, например, физико-химические свойства исходного сырья, плотность уплотненной биомассы , количество исходного сырья, время погружения уплотненной биомассы  в горючую жидкость , тип используемой горючей жидкости  и температуру горючей жидкости . Как будет проиллюстрировано и описано далее в примерах 4 и 5, поглощение горючей жидкости  уплотненной биомассой  не происходит с постоянной скоростью. Горючая жидкость  первоначально поглощается с более высокой скоростью по сравнению со скоростями поглощения, наблюдаемыми в процессе торрефикации позднее. Например, скорость поглощения в начале процесса торрефикации может составлять от примерно 9% до примерно 18% мас./мас. горючей жидкости на массу входящей абсолютно сухой уплотненной биомассы или быть любой скоростью между указанными значениями, такой как, без ограничения, примерно 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17% или любая скорость между указанными значениями. После первоначальной более высокой скорости поглощения горючей жидкости  скорость поглощения уменьшается и остается на достаточно постоянном уровне в течение некоторого периода времени в ходе процесса торрефикации. Данная более низкая скорость, наблюдаемая в середине процесса торрефикации, может составлять от примерно 6% до примерно 14% мас./мас. горючей жидкости на массу входящей абсолютно сухой уплотненной биомассы или быть любой скоростью между указанными значениями, такой как, без ограничения, примерно 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13% или любая скорость между указанными значениями. Было обнаружено, что, если уплотненную биомассу  погружают в горючую жидкость  на более длительные периоды времени, скорость поглощения горючей жидкости  уплотненной биомассой  существенно уменьшается. Например, скорость поглощения на более поздних стадиях процесса торрефикации может составлять от примерно 2% до примерно 10% мас./мас. горючей жидкости на массу уплотненной биомассы от первоначальной скорости поглощения, или быть любой скоростью между указанными значениями, такой как, без ограничения, примерно 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% или любая скорость между указанными значениями. Скорость поглощения горючей жидкости  уплотненной биомассой также может упасть до отрицательных значений, если уплотненная биомасса погружается в горючую жидкость на продолжительный период времени. По-видимому некоторое количество горючей жидкости , поглощенной уплотненной биомассой  в более ранние стадии процесса торрефикации, может высвобождаться из торрефицированной уплотненной биомассы  по мере продолжения процесса торрефикации в течение все более длительных периодов времени. Как описано выше, промежутки времени, в течение которых поглощение происходит с повышенной скоростью, постоянной скоростью, пониженной скоростью или отрицательной скоростью, т.е. с потерей горючей жидкости торрефицированной уплотненной биомассой  будут зависеть от одного или более из перечисленных факторов: температуры горючей жидкости , физико-химических свойств исходного сырья, количества исходного сырья, количества горючей жидкости ,типа используемой горючей жидкости , и других факторов. Однако очевидно, что скорость поглощения горючей жидкости  уплотненной биомассой  изменяется в ходе процесса торрефикации, таким образом, что изначально более высокая скорость поглощения впоследствии уменьшается с течением времени, что, в конечном счете, может привести к потере некоторого количества горючей жидкости , поглощенной в процессе ранее. На основании этих данных длительность процесса торрефикации можно варьировать для получения торрефицированной уплотненной биомассы  с различными количествами поглощенной в ней горючей жидкости .
20
12
10
12
12
30
Количество времени, в течение которого уплотненная биомасса  погружена в горючую жидкость , может меняться в зависимости от различных переменных, таких как, например, свойства исходного сырья, в том числе его размер и начальная температура, размер приемного контейнера , количество исходного сырья для торрефикации, количество горючей жидкости , тип горючей жидкости  и желаемые физико-химические свойства торрефицированной уплотненной биомассы , такие как масса, количество содержащегося в ней масла, содержание углерода, гидрофобность и теплота сгорания (БТЕ/фунт или ГДж/т). Например, время погружения уплотненной биомассы 20 в горючую жидкость 12может варьировать от примерно 2 минут до примерно 120 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; как например, от примерно 2 минут до примерно 110 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 100 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 90 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 80 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 75 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 70 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 65 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 60 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 55 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 50 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 45 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 40 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 35 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 30 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 25 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 2 минут до примерно 20 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 5 минут до примерно 60 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 5 минут до примерно 55 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 5 минут до примерно 50 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 5 минут до примерно 45 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 5 минут до примерно 40 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 5 минут до примерно 35 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 5 минут до примерно 30 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 5 минут до примерно 25 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 5 минут до примерно 20 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; от примерно 5 минут до примерно 15 минут или быть любым количеством времени между указанными значениями; или составлять примерно 2 минуты, 2,5 минуты, 3 минуты, 3,5 минуты, 4 минуты, 4,5 минуты, 5 минут, 5,5 минут, 6 минут, 6,5 минут, 7 минут, 7,5 минут, 8 минут, 8,5 минут, 9 минут, 9,5 минут, 10 минут, 11 минут, 12 минут, 13 минут, 14 минут, 15 минут, 16 минут, 17 минут, 18 минут, 19 минут, 20 минут, 21 минуту, 22 минуты, 23 минуты, 24 минуты, 25 минут, 26 минут, 27 минут, 28 минут, 29 минут, 30 минут, 32 минуты, 34 минуты, 36 минут, 38 минут, 40 минут, 42 минуты, 44 минуты, 46 минут, 48 минут, 50 минут, 52 минуты, 54 минуты, 56 минут, 58 минут, 60 минут, или любое количество времени между указанными значениями.
20
12
30
10
20
10
30
10
12
30
12
22
20
10
22
30
10
После погружения уплотненной биомассы  в горючую жидкость  на желаемое время торрефицированную уплотненную биомассу  извлекают из приемного контейнера . Если уплотненная биомасса  непосредственно загружается в приемный контейнер , любой тип приспособления может использоваться для извлечения торрефицированной уплотненной биомассы  из приемного контейнера . Предпочтительно, используемое приспособление будет ограничивать количество горючей жидкости , которое удаляется с торрефицированной уплотненной биомассой , поскольку настоящий способ предусматривает повторное использование горючей жидкости . Например, приспособление может быть приспособлением перфорированного типа, таким как, без ограничения, шумовка, или может быть пинцетами, щипцами, клещами или тому подобным. Если держатель  используется для загрузки уплотненной биомассы в приемный контейнер , в таком случае держатель  вместе с содержащейся в нем торрефицированной уплотненной биомассой  извлекается из приемного контейнера .
12
30
12
30
22
30
10
30
12
12
10
30
22
10
30
22
10
12
10
12
10
Чтобы привести к минимуму количество горючей жидкости , которое удаляется вместе с торрефицированной уплотненной биомассой  и, таким образом, чтобы иметь возможность повторного использования максимально возможного количества горючей жидкости , торрефицированную уплотненную биомассу или держатель , содержащий торрефицированную уплотненную биомассу , можно удерживать над приемным контейнером от примерно 15 секунд до примерно 150 секунд или в течение любого времени между указанными значениями, для осушения торрефицированной уплотненной биомассы  от горючей жидкости и стекания капель горючей жидкости в приемный контейнер для повторного использования. Например, без ограничения, торрефицированная уплотненная биомасса  или держатель  могут удерживаться над приемным контейнером  примерно 15 секунд, 16 секунд, 17 секунд, 18 секунд, 19 секунд, 20 секунд, 21 секунду, 22 секунды, 23 секунды, 24 секунды, 25 секунд, 26 секунд, 27 секунд, 28 секунд, 29 секунд, 30 секунд, 31 секунду, 32 секунды, 33 секунды, 34 секунды, 35 секунд, 36 секунд, 37 секунд, 38 секунд, 39 секунд, 40 секунд, 41 секунду, 42 секунды, 43 секунды, 44 секунды, 45 секунд, 48 секунд, 50 секунд, 52 секунды, 55 секунд, 58 секунд, 60 секунд, 65 секунд, 70 секунд, 75 секунд, 80 секунд, 85 секунд, 90 секунд, 95 секунд, 100 секунд, 105 секунд, 110 секунд, 115 секунд, 120 секунд, 125 секунд, 130 секунд, 135 секунд, 140 секунд, 145 секунд, 150 секунд, или любое количество времени между указанными значениями. Если время позволяет, специалисту будет понятно, что торрефицированная уплотненная биомасса  или держатель  могут удерживаться над приемным контейнером  в течение более длительных периодов времени для максимального увеличения количества горючей жидкости ,сохраняемой в приемном контейнере . Соответственно, описанный здесь пример способа максимально увеличивает сохранение масла или горючей жидкости  в приемном контейнере , а не поглощение в торрефицированной уплотненной биомассе, что снижает затраты на восполнение масла в каждом цикле торрефикации.
30
32
30
32
30
30
30
30
30
10
30
30
30
30
20
12
12
Приводимый в качестве примера способ также предусматривает стадию охлаждения, на которой торрефицированную уплотненную биомассу  помещают в систему  охлаждения для охлаждения торрефицированной уплотненной биомассы  до температуры, близкой к температуре окружающей среды, при которой с ней можно будет безопасно обращаться для упаковки, хранения, использования или транспортировки. Система  охлаждения может быть, например, ванной с холодной водой достаточно низкой температуры для охлаждения торрефицированной уплотненной биомассы до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Например, без ограничения, ванна с холодной водой может иметь воду с температурой от примерно 0°C до примерно 100°C или любой температурой между указанными значениями, такой как, без ограничения, примерно 0°C, 2°C, 4°C, 6°C, 8°C, 10°C, 12°C, 14°C, 16°C, 18°C, 20°C, 22°C, 24°C, 26°C, 28°C, 30°C, 32°C, 34°C, 36°C, 38°C, 40°C, 42°C, 44°C, 46°C, 48°C, 50°C, 52°C, 54°C, 56°C, 58°C, 60°C, 62°C, 64°C, 68°C, 70°C, 72°C, 74°C, 76°C, 78°C, 80°C, 82°C, 84°C, 86°C, 88°C, 90°C, 92°C, 94°C, 96°C, 98°C, 100°C, или любая температура между указанными значениями. Торрефицированная уплотненная биомасса может быть погружена в ванну с холодной водой на время от примерно 0,5 до примерно 20 минут, или любое время между указанными значениями, такое как, без ограничения, 0,5 минуты, 1 минута, 2 минуты, 3 минуты, 4 минуты, 5 минут, 6 минут, 7 минут, 8 минут, 9 минут, 10 минут, 11 минут, 12 минут, 13 минут, 14 минут, 15 минут, 16 минут, 17 минут, 18 минут, 19 минут, 20 минут, или любое время между указанными значениями. Понятно, что торрефицированная уплотненная биомасса  может быть оставлена в ванне с холодной водой на более длительные периоды времени, и количество времени будет варьировать в зависимости от нескольких факторов, таких как размер торрефицированной уплотненной биомассы , размер и температура ванны с холодной водой, исходная температура торрефицированной уплотненной биомассы  (т.е. ее температура в момент выгрузки из приемного контейнера ), и желаемая температура торрефицированной уплотненной биомассы для обращения. Процесс торрефикации производит гидрофобную торрефицированную биомассу. Соответственно, охлаждение торрефицированной уплотненной биомассы  в воде обычно не приводит к значительному поглощению воды или к увеличению веса торрефицированной уплотненной биомассы . Однако, количество воды, поглощенной торрефицированной уплотненной биомассой , связано с количеством времени, в течение которого уплотненная биомасса  остается в нагретой горючей жидкости , и температурой горючей жидкости . Кроме того, предполагается, что торрефицированная уплотненная биомасса также может охлаждаться ступенчатым образом, так, что используется исходная ванна с холодной водой с температурой воды от примерно 50°С до примерно 100°С или любой температурой между указанными значениями, за которой следует ванна с холодной водой с температурой от примерно 0°С до примерно 50°С или любой температурой между указанными значениями. Это ступенчатое охлаждение может повысить эффективность стадии охлаждения и тем самым снизить затраты и увеличить пропускную способность.
30
32
22
22
30
32
30
10
32
Торрефицированная уплотненная биомасса может быть помещена непосредственно в систему  охлаждениябез держателя , или держатель , содержащий торрефицированную уплотненную биомассу , может быть помещен в систему  охлаждения. Соответственно, торрефицированная уплотненная биомасса  может быть извлечена из ванны с холодной водой аналогичным образом, как она извлекается из приемного контейнера , как описано выше. Использование системы  охлаждения, такой как ванна с холодной водой, не требует значительной энергии или ресурсов, тем самым обеспечивая дополнительное снижение затрат и эффективность. Кроме того, сбор любого пара, выделившегося в процессе охлаждения, также может использоваться на других стадиях способа, как описано более подробно ниже.
12
30
20
12
12
12
30
20
12
12
12
Кроме того, как указано выше, количество горючей жидкости , поглощенной и удерживаемой торрефицированной уплотненной биомассой , может варьировать в зависимости от разных факторов, в том числе продолжительности процесса торрефикации и погружения уплотненной биомассы  в горючую жидкость , температуры горючей жидкости , свойств исходного сырья, количества исходного сырья и типа используемой горючей жидкости , наряду с другими факторами. Следовательно, теплота сгорания торрефицированной уплотненной биомассы  также может быть подобрана с помощью регулирования таких параметров, как продолжительность процесса торрефикации и погружения уплотненной биомассы  в горючую жидкость , температура горючей жидкости , свойства исходного сырья, количество исходного сырья и используемая горючая жидкость , наряду с другими факторами.
12
20
Другой пример способа настоящего изобретения показан на фиг.2. В данном варианте осуществления исходный сырой материал биомассы является уплотненным, так что стадия уплотнения перед погружением в горючую жидкость  не требуется. Уплотненная биомасса может быть любым материалом биомассы, который является легко доступным для приобретения в виде продукта уплотненной биомассы. За исключением начального исходного материала, остальные стадии данного варианта осуществления являются такими же, как и стадии, описанные применительно к фиг.1.
40
10
32
40
10
32
12
32
10
32
5
7
40
12
10
7
5
40
12
7
5
32
12
2
2
4
Как показано на фиг. 1 и 2, система  сбора и конденсации газа, содержащая множество труб, может использоваться для соединения с приемным контейнером  и системой  охлаждения. Система  может содержать серию входов и выходов, при этом вход расположен в приемном контейнере  и в системе  охлаждения, соответственно, выше уровня горючей жидкости  и выше уровня охлаждающей воды в системе . Вход, расположенный в приемном контейнере , предназначен для сбора ЛОС и пара, и вход, расположенный в системе  охлаждения, предназначен для сбора пара после охлаждения торрефицированной уплотненной биомассы. Вход также может быть расположен в уплотнителе  или сушилке  (или комбинированной сушилке/уплотнителе) для улавливания любого пара, который выделяется в процессах уплотнения и сушки. Смесь ЛОС и пара может быть подвергнута дальнейшей обработке и конденсации в системе . Смесь может быть разделена на биожидкости и газы, которые содержат CO, CО и, возможно, также Н, СН и другие примеси летучих компонентов. Газы можно сжигать, чтобы способствовать нагреванию горючей жидкости  в приемном контейнере  или для подачи энергии для сушилки  или уплотнителя  (или комбинированной сушилки/уплотнителя). Если газы используются в приводимых в качестве примера способах, выходы системы  будут находиться в пределах источников тепла для нагревания горючей жидкости  и внутри сушилки  и уплотнителя  (или комбинированной сушилки/уплотнителя), чтобы способствовать работе этих устройств. В качестве альтернативы, газы могут использоваться или продаваться отдельно в качестве сырья для других процессов химического синтеза. Биожидкости, полученные из нелетучих веществ и водяного пара, могут повторно использоваться в системе  охлаждения или, потенциально, в парогенераторе или паровом котле для нагревания горючей жидкости . Таким образом, настоящее изобретение предусматривает систему теплообмена, которая приводит к более энергоэффективному способу.
20
22
20
2
5
7
10
32
30
Дополнительно предполагается, что описанные здесь примеры способов могут быть непрерывными, полупериодическими или периодическими способами. При непрерывном, полупериодическом или периодическом способе различные стадии способа могут быть соединены системой конвейерного типа или системой другого типа для обеспечения непрерывной транспортировки уплотненной биомассы  или держателя , содержащего уплотненную биомассу , через все имеющиеся процессы, как описано в данном документе. Таким образом, настоящее изобретение предусматривает систему для осуществления описанных здесь примеров способов торрефикации. В такой системе конвейер или другой тип системы транспортировки могут использоваться для переноса сырого материала биомассы, не зависимо от того, является ли он изначально уплотненным или нет, через процессы, описанные на фиг.1 и фиг.2. Соответственно, сырой материал  биомассыподается из уплотнителя /сушилки  или приемного контейнера через процесс торрефикации в систему  охлаждения, из которой торрефицированная уплотненная биомасса  извлекается и является доступной для обращения, транспортировки, использования, отгрузки и т.д. Любой рассматриваемый здесь тип непрерывной системы, полупериодической системы или периодической системы представляет собой линейную, простую в конструктивном исполнении, легкую в эксплуатации и эффективную систему с ограниченной сложностью и требуемым оборудованием.
30
30
30
30
30
Описанные здесь иллюстративные способы могут дополнительно включать стадию очистки торрефицированной уплотненной биомассы . Данная стадия очистки может включать в себя процесс просеивания, в котором просеивающее устройство используется для отделения мелочи и любых других частиц отходов от торрефицированной уплотненной биомассы . В качестве альтернативы, данная стадия очистки может включать в себя стадию промывки, на которой торрефицированную уплотненную биомассу промывают в ванне с водой для удаления остатков горючего масла, удерживающегося на внешней поверхности торрефицированной уплотненной биомассы . Очистка торрефицированной уплотненной биомассы  также может включать в себя как стадию просеивания, так и стадию промывки.
100,
105
20
110
115
105
100
115
12,
20
12
115
115
20
12
20
115
20
115
110
100
20
115
115
110
100
120
125
130
110
100
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к примеру способа  проиллюстрированному на фиг.3, в котором отобранное сырье биомассы или твердых веществ биологического происхождения направляется в пресс-гранулятор или установку  для брикетирования, где сырье уплотняется и экструдируется в виде гранул или спрессовывается в брикеты (т.е. уплотненную биомассу ), которые транспортируются с помощью конвейера  подачи гранул в реактор  торрефикации. Подача отобранного сырья биомассы или твердых веществ биологического происхождения в пресс-гранулятор или установку  брикетирования может быть непрерывной, полупериодической или порционной, тем самым, приводя к непрерывному, полупериодическому или периодическому способу . Реактор  торрефикации содержит объем нагретого горючего масла в который гранулы  погружаются и подвергаются торрефикации в течение выбранного периода времени. Горючее масло , содержащееся в реакторе  торрефикации, поддерживается при температуре в диапазоне от примерно 160°С до примерно 320°С. Реактор  торрефикации имеет компоненты, которые регулируемым образом сохраняют гранулы  погруженными в нагретое горючее масло , при этом транспортируя регулируемым образом погруженные гранулы из входного конца в выходной конец реактора  торрефикации. Погруженные гранулы  торрефицируются во время их транспортировки от входного конца к выходному концу реактора  торрефикации с помощью конвейера  (или любого другого подходящего ленточного конвейера, которая позволяет осуществлять непрерывную или полупериодическую транспортировку гранул в способе ). Продолжительность времени для транспортировки погруженных гранул  от входного конца к выходному концу реактора  торрефикации может изменяться регулируемым образом от примерно 2 минут до примерно 120 минут (или более, в случае необходимости). После выхода из выходного конца реактора  торрефикации, торрефицированные гранулы транспортируются на конвейере  (или любом другом подходящем ленточном конвейере, который позволяет осуществлять непрерывную или полупериодическую транспортировку гранул в способе ) в охладитель , из которого они транспортируются в просеивающее устройство  и через него, с отделением мелочи от торрефицированных гранул. Наконец, просеянные торрефицированные гранулы транспортируются в бункер  готового продукта с помощью конвейера  (или любого другого подходящего ленточного конвейера, который позволяет осуществлять непрерывную или полупериодическую транспортировку гранул в способе ).
115
160
170
145
145
150
145
150
115
152
154
150
145
115
150
158
135
140
145
Тепло и газы, образованные в ходе торрефикации гранул в реакторе  торрефикации, собираются в сборном колпаке  для газов торрефикации под действием разрежения, создаваемого компрессором  газов торрефикации, который передает тепло и газы торрефикации в горелку  газов торрефикации. Горелка  газов торрефикации объединяет и сжигает газы торрефикации с образованием нагретого воздуха, который после этого передается к горячей стороне теплообменника  воздух-масло. Тепловая энергия горелки  газов торрефикациии внешней горелки объединяются перед поступлением в теплообменник . Горючее масло, содержащееся внутри реактора  торрефикации, поддерживают при выбранной температуре с помощью постоянной циркуляции масляным насосом  через масляный фильтр  и в холодную сторону теплообменника  воздух-масло, в котором оно нагревается нагретым воздухом, поступающим из горелки  газов торрефикации. Нагретое горючее масло далее поступает обратно в реактор  торрефикации. Теплообменник  воздух-масло стравливают  в атмосферу. Необязательно, просеянная мелочь  также может транспортироваться в горелку  для производства тепловой энергии, и после этого тепловая энергия направляется в горелку  газов торрефикации.
200,
202
205
210
202
200
210
,
210
210
210
205
200
210
210
210
205
200
215
212
210
220
205
200
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к примеру способа  проиллюстрированному на фиг.4, в котором отобранное сырье биомассы или твердых веществ биологического происхождения направляется в пресс-гранулятор или установку  брикетирования, где сырье уплотняется и экструдируется в виде гранул или спрессовывается в брикеты, которые транспортируются с помощью конвейера  подачи гранул в реактор  торрефикации. Подача отобранного сырья биомассы или твердых веществ биологического происхождения в пресс-гранулятор или установку  брикетирования может быть непрерывной, полупериодической или порционной, тем самым, приводя к непрерывному, полупериодическому или периодическому способу . Реактор  торрефикации содержит объем нагретого горючего маслав который гранулы погружаются и подвергаются торрефикации в течение выбранного периода времени. Горючее масло, содержащееся в реакторе  торрефикации, поддерживается при температуре в диапазоне от примерно 160°С до примерно 320°С. Реактор  торрефикации имеет компоненты, которые регулируемым образом сохраняют гранулы погруженными в нагретое горючее масло, одновременно транспортируя регулируемым образом погруженные гранулы из входного конца в выходной конец реактора  торрефикации с помощью конвейера  или другого ленточного конвейера, который позволяет осуществлять непрерывную или полупериодическую транспортировку гранул в способе . Погруженные гранулы подвергаются торрефикации во время их транспортировки от входного конца к выходному концу реактора торрефикации . Продолжительность времени для транспортировки погруженных гранул от входного конца к выходному концу реактора  торрефикации может изменяться регулируемым образом от примерно 2 минут до примерно 120 минут (или более, в случае необходимости). После выхода из выходного конца реактора  торрефикации, торрефицированные гранулы транспортируются с помощью конвейера  (или любого другого подходящего ленточного конвейера, который позволяет осуществлять непрерывную или полупериодическую транспортировку гранул в способе ) в ванну с водяным охлаждением, которая получает постоянный приток свежей воды . Остатки горючего масла, удерживаемые на поверхности торрефицированных гранул, транспортированных из реактора  торрефикации, вымываются из торрефицированных гранул в промывочную воду, которая после этого отделяется от промытых торрефицированных гранул. Промытые торрефицированные гранулы транспортируются в бункер  готового продукта с помощью конвейера  (или любого другого подходящего ленточного конвейера, который позволяет осуществлять непрерывную или полупериодическую транспортировку гранул в способе ).
210
250
255
260
260
262
235
210
225
230
235
260
210
235
237
Тепло и газы, образованные в ходе торрефикации гранул в реакторе  торрефикации, собираются в сборном колпаке  для газов торрефикации под действием разрежения, создаваемого компрессором  газов торрефикации, который передает тепло и газы торрефикации в горелку  газов торрефикации. Горелка  газов торрефикации объединяет и сжигает газы торрефикации при подаче тепловой энергии из внешней горелки  с образованием нагретого воздуха, который далее передается к горячей стороне теплообменника  воздух-масло. Горючее масло, содержащееся внутри реактора  торрефикации, поддерживают при выбранной температуре с помощью постоянной циркуляции масляным насосом  через масляный фильтр  и в холодную сторону теплообменника  воздух-масло, в котором оно нагревается нагретым воздухом, поступающим из горелки  газов торрефикации. Нагретое горючее масло далее поступает обратно в реактор  торрефикации. Теплообменник  воздух-масло стравливают  в атмосферу.
215
275
270
275
272
202
Пресная вода или промывочная вода из ванны  с водяным охлаждением необязательно направляется к оборудованию , которое может принимать входящее сырье биомассы из бункера, показанное на фиг.4 как «сырая соленая щепа» , для которой может потребоваться обессоливающая обработка. Примерами такого сырья биомассы являются потоки отходов щепы, полученные в результате переработки заготовленных бревен, которые транспортировались и/или хранились в каналах с соленой водой и которые могут требовать обессоливания. Промывочная вода смешивается с сырьем биомассы в оборудовании  для обессоливания или обезвоживания. Обогащенная солями промывочная вода, извлеченная из оборудования для обессоливания и обезвоживания, может необязательно удаляться в виде выходящего потока , тогда как обессоленное и обезвоженное сырье биомассы транспортируется к прессу-гранулятору  для уплотнения и экструзии в виде гранул.
115, 210
115
210
20
115
210
20
115
210
110
205
20
100
200
110, 205
20
115, 210
30
115, 210
22
280
110, 205
22
110, 205
20
22
110, 205
20,
110, 205
100, 200,
280
22
20
22
110, 205
110, 205
20
30
110, 205
20
110, 205
30
215
115, 210
Характерные иллюстрации реактора торрефикации малого масштаба для использования в качестве реактора  торрефикации, показаны на фи.5 (А), фиг.5 (B), фиг.6 (А) и фиг.6 (B). Реактор ,  торрефикации может содержать устройство для непрерывной или полупериодической транспортировки уплотненной биомассы через реактор , , или для транспортировки уплотненной биомассы порциями через реактор , , например, с помощью конвейера , (или любого другого подходящего ленточного конвейера, который позволяет осуществлять непрерывную или полупериодическую транспортировку уплотненной биомассы  в способе ,). Конвейер  может приводиться в действие от руки, иметь электронное управление, работать от батареи, работать на солнечной энергии или приводиться в действие иным образом для транспортировки уплотненной биомассы  в реактор  торрефикации и через него, и для отведения торрефицированной уплотненной биомассы  из реактора  торрефикации. Как показано на фиг.5(B), фиг.6(A) и фиг.6(B), реактор торрефикации может включать в себя держатель или приемный бункер/питатель другого типа, который служит в качестве дозатора уплотненной биомассы/твердых веществ биологического происхождения и содержит прорезь, щель, отверстие, промежуток или любой другой тип проема в месте контакта с конвейером ,между дном держателя и конвейером ,благодаря чему уплотненная биомасса может поступать под действием силы тяжести из держателя на движущийся конвейер по мере движения конвейера. Количество уплотненной биомассы  поступающей на конвейер  и пропускаемой через способ  можно регулировать с помощью корректировки размера прорези, щели, отверстия, промежутка или любого другого типа проема  в или на уровне дна держателя , и/или с помощью корректировки количества, размера, веса и толщины слоя уплотненной биомассы , помещаемой в держатель . Направление вращения конвейера  показано на фиг.6 (B). Стрелка (A) представляет направление вращения конвейера  для транспортировки уплотненной биомассы  в горючую жидкость в течение некоторого периода времени и далее транспортировки торрефицированной уплотненной биомассы  из горючей жидкости. Стрелка (B), показанная пунктиром, указывает на то, что конвейер  может быть бесконечным ленточным конвейером, который может непрерывно или полупериодически перемещать уплотненную биомассу  в описанных здесь способах торрефикации. Следует понимать, что в полномасштабном высокопроизводительном способе эксплуатации этот конвейер  может продолжать транспортировать торрефицированную уплотненную биомассу  в ванну  с водяным охлаждением. Примерный размер реактора  торрефикации малого масштаба приводится в таблице А ниже.
Таблица АРазмер реактора торрефикации
Длина реактора, фут (м)
36 (11,0)
Ширина реактора, фут (м)
5 (1,5)
Толщина конвейерной ленты, дюймы (см)
4 (10,2)
Время выдерживания/погружения (мин)
15
Насыпная плотность, фунт/фт<sup>3</sup> (кг/м<sup>3</sup>)
40 (640,7)
Коэффициент заполнения (%)
100%
Плотность конвейерного полотна, фунт/фт<sup>3</sup> (кг/м<sup>3</sup>)
2400 (38444)
Масса конвейерного полотна, т
1,09
Число циклов конвейера в час
4
Подача в час, т
4,355
Выход в час @ 80%, т
3,484
Количество часов работы в день
24,00
Количество дней работы в неделю
7,00
Количество недель работы в году
50,00
Коэффициент использования (%)
80
Суммарная производительность (подача), т/год
29262
Суммарная производительность (выход), т/год
23410
30
30
12
30
Торрефицированная уплотненная биомасса , полученная с помощью описанных здесь способов, содержит от примерно 2% до примерно 25% мас./мас. горючей жидкости после торрефикации (т.е. торрефицированная уплотненная биомасса поглощает от примерно 2% до примерно 25% мас./мас. горючей жидкости в ходе способа) или любое количество между указанными значениями. Например, без ограничения, количество горючей жидкости , поглощенной и удерживаемой торрефицированной уплотненной биомассой , может составлять от примерно 2% до примерно 25% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 24% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 23% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 22% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 21% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 20% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 19% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 18% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; от примерно 2% до примерно 17% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями; как, например, 3% мас./мас. горючей жидкости, 4% мас./мас. горючей жидкости, 5% мас./мас. горючей жидкости, 6% мас./мас. горючей жидкости, 7% мас./мас. горючей жидкости, 8% мас./мас. горючей жидкости, 9% мас./мас. горючей жидкости, 10% мас./мас. горючей жидкости, 11% мас./мас. горючей жидкости, 12% мас./мас. горючей жидкости, 13% мас./мас. горючей жидкости, 14% мас./мас. горючей жидкости, 15% мас./мас. горючей жидкости, 16% мас./мас. горючей жидкости, или любое количество между указанными значениями.
30
30
Торрефицированная уплотненная биомасса , полученная с помощью способов настоящего изобретения, также может иметь теплоту сгорания от примерно 6000 БТЕ/фунт (14 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 13000 БТЕ/фунт (30 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями, например, от примерно 6000 БТЕ/фунт (14 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 12000 БТЕ/фунт (27,9 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 6000 БТЕ/фунт (14 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 11000 БТЕ/фунт (25,6 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 6000 БТЕ/фунт (14 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 10000 БТЕ/фунт (23,3 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 6000 БТЕ/фунт (14 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 9000 БТЕ/фунт (20,9 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; или от примерно 9000 БТЕ/фунт (20,9 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество до примерно 13000 БТЕ/фунт (30,2 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; как, например, примерно 9500 БТЕ/фунт (22,1 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 10000 БТЕ/фунт (23,3 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 10500 БТЕ/фунт (24,4 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 11000 БТЕ/фунт (25,6 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 11500 БТЕ/фунт (26,7 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 12000 БТЕ/фунт (27,9 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 12500 БТЕ/фунт (29,1 ГДж/т) на абсолютно сухое вещество; примерно 13000 БТЕ/фунт (30,2 ГДж/т), или любую теплоту сгорания между указанными значениями. В качестве альтернативы, торрефицированная уплотненная биомасса  может иметь теплоту сгорания от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 27 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями, например, от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 26,5 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 26 ГДж/т на абсолютно сухое вещество или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 26 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 25 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 24 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями; или от примерно 22 ГДж/т на абсолютно сухое вещество до примерно 23 ГДж/т на абсолютно сухое вещество, или любую теплоту сгорания между указанными значениями.
30
30
Торрефицированная уплотненная биомасса , полученная описанными здесь способами, может иметь содержание углерода от примерно 50% углерода на абсолютно сухое вещество до примерно 65% углерода на абсолютно сухое вещество, или любое содержание между указанными значениями. Например, без ограничения, содержание углерода торрефицированной уплотненной биомассы  может составлять примерно 51% углерода на абсолютно сухое вещество, 52% углерода на абсолютно сухое вещество, 53% углерода на абсолютно сухое вещество, 54% углерода на абсолютно сухое вещество, 55% углерода на абсолютно сухое вещество, 56% углерода на абсолютно сухое вещество, 57% углерода на абсолютно сухое вещество, 58% углерода на абсолютно сухое вещество, 59% углерода на абсолютно сухое вещество, 60% углерода на абсолютно сухое вещество, 61% углерода на абсолютно сухое вещество, 62% углерода на абсолютно сухое вещество, 63% углерода на абсолютно сухое вещество, 64% углерода на абсолютно сухое вещество, 65% углерода на абсолютно сухое вещество, или любым содержанием между указанными значениями.
12
30
20
12
12
12
30
30
30
20
12
12
12
Как указано выше, количество горючей жидкости , поглощенной и удерживаемой торрефицированной уплотненной биомассой , может варьировать в зависимости от одного или более факторов, представленных продолжительностью процесса торрефикации, погружения уплотненной биомассы  в горючую жидкость , температурой горючей жидкости , физико-химическими свойствами исходного сырья, количеством исходного сырья и типом используемой горючей жидкости , наряду с другими факторами. Следовательно, теплота сгорания торрефицированной уплотненной биомассы  и другие физико-химические свойства торрефицированной уплотненной биомассы , такие как содержание углерода или гидрофобность торрефицированной уплотненной биомассы , также могут быть подобраны с помощью регулирования таких параметров, как продолжительность процесса торрефикации, погружения уплотненной биомассы  в горючую жидкость , температура горючей жидкости , свойства исходного сырья, количество исходного сырья и тип используемой горючей жидкости , наряду с другими факторами.
Примеры
Следующие примеры приводятся для обеспечения лучшего понимания описанного здесь изобретения.
Пример 1:
Материалы и методы
В данном примере небольшое тестовое устройство было разработано для целей тестирования. Тестовое устройство состояло из: малого контейнера для содержания горючей жидкости, такой как растительное масло; газовой горелки, на которую установлен малый контейнер; и проволочной корзины, соответствующей контуру малого контейнера, благодаря чему проволочная корзина может помещаться в пределах внутренних стенок малого контейнера. В дополнение к этому, небольшие весы, способные измерять до 10 кг с ценой деления 0,001 кг, термопару и температурный датчик использовали для определений, соответственно, веса и температуры.
В данном примере тестировали 10 кг уплотненных гранул из мягкой древесины, полученных из смеси ели, сосны и пихты. 10 кг делили на образцы по 1 кг (с помощью небольших весов для измерения), и один образец откладывали для целей тестирования. На начальной стадии малый контейнер помещали на весы и измеряли чистый вес пустого малого контейнера. Затем растительное масло заливали в малый контейнер, и измеряли общий вес малого контейнера с растительным маслом, тем самым получая чистый вес растительного масла. Один килограмм ненагретого масла отделяли для дополнительных измерений.
После завершения измерений растительного масла включали газовую горелку на температуру примерно 270°С, и температуру растительного масла в малом контейнере контролировали с помощью термопары и температурного датчика. После того, как температура растительного масла стабилизировалась на уровне от примерно 260°С до примерно 270°C, 1 кг образец уплотненных древесных гранул загружали в проволочную корзину и погружали в нагретое растительное масло в малом контейнере примерно на 5 минут. Проволочную корзину с содержащимися в ней уплотненными древесными гранулами затем извлекали из растительного масла в малом контейнере и предоставляли возможность стекания и высыхания над малым контейнером в течение 5 минут. Торрефицированную уплотненную биомассу извлекали из проволочной корзины, и ее вес измеряли без погружения в холодную воду, чтобы исключить любое поглощение воды торрефицированной уплотненной биомассой и контаминирование результатов. Потерю или увеличение чистого веса образца далее рассчитывали путем сравнения с начальным весом уплотненных древесных гранул, в пересчете на сухое вещество. Чистый вес использованного масла также определяли с помощью измерения веса малого контейнера, содержащего использованное масло, и с помощью вычитания веса малого контейнера. Рассчитывали потерю масла на поглощение и потерю веса гранул. Этот процесс повторяли еще 8 раз, в каждом случае с 1 кг образцом уплотненных древесных гранул. Общий вес малого контейнера, содержащего масло, измеряли перед каждым экспериментом. Один килограмм использованного растительного масла в малом контейнере отбирали для целей дополнительного тестирования.
Полученную в результате торрефицированную уплотненную биомассу из всех 9 экспериментов отбирали и смешивали для образования порции образца. 1 кг порции образца отбирали для тестирования.
Результаты:
Результаты для двух порций образца, полученных в соответствии со способом, описанным в примере 1, представлены в таблице 1. Результаты испытаний показали, что при выдерживании примерно 5 минут в растительном масле, нагретом от примерно 260°С до примерно 270°C, уплотненные древесные гранулы повышали вес в среднем на 10% и увеличивали теплоту сгорания в единицах БТЕ в среднем на 15%. В дополнение к этому, было обнаружено, что торрефицированные древесные гранулы оказывались гидрофобными и обладали повышенной размалываемостью (т.е. высоким индексом размолоспособности по Хардгрову) по сравнению с неторрефицированными древесными гранулами. «Индекс размолоспособности по Хардгрову» («HGI») является показателем размалываемости угля. Размалываемость обозначают с помощью единицы °H, например, «40°H» или «55°H». Более высокое значение HGI указывает на более легко измельчаемый или более размалываемый продукт.
Как показано в таблице 1 ниже, низшая теплота сгорания (LHV) двух порций образца торрефицированных гранул, полученных в способе, составляла 23,11 ГДж/т и 22,76 ГДж/т, соответственно. Это представляет увеличение LHV приблизительно на 14,8% для образца 1 и приблизительно на 16,1% для образца 2. Специалистам известно, что в среднем LHV для древесного гранулированного топлива варьирует в диапазоне от 18,14 ГДж/т до 19,72 ГДж/т, что указывает на то, что торрефицированные древесные гранулы описанного способа имеют теплоту сгорания приблизительно на 17,5% выше по сравнению с теплотой сгорания биотоплива хорошего качества.
<b>Таблица 1</b>
Результаты измерений
Исходная уплотненная древесная гранула #1
Торрефицированная древесная гранула #1
Торрефицированная древесная гранула #2
На вещество в состоянии получения
На сухое вещество
На вещество в состоянии получения
На сухое вещество
На вещество в состоянии получения
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
1 кг
Влагосо-держание*, %
7,00
0
2,78
0
0,59
0
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
8336
8963
9786
10066
9934
9993
ккал/кг
4631
4979
5437
5592
5519
5552
ГДж/т
19,39
20,85
22,76
23,41
23,11
23,24
Углерод, %
55,46
55,79
Водород, % (исключая Н при влагосо-держании 36,92)
6,58
6,62
Азот, %
0,09
0,09
Сера, %
0,02
0,02
Зола, %
0,56
0,56
Кислород, %
36,70
36,92
Водород, % (включая Н во влаге)
6,65
---
*«Влагосодержание, %» для «торрефицированных древесных гранул» относится к количеству воды в торрефицированных древесных гранулах сразу после процесса торрефикации (т.е. после стекания капель в течение 5 минут).«Исходная уплотненная древесная гранула» представляет собой образец, который был первоначально отложен для целей тестирования.
Пример 2:
Материалы и методы
В данном примере брикет из прибрежной тсуги делили на четыре части и каждую четверть использовали для тестирования. Три четверти использовали в процессе торрефикации, и одну четверть откладывали в сторону. Первоначальный вес разделенных на четыре части брикетов, используемых в процессе торрефикации, приводится в таблице 2 ниже.
Малое тестовое устройство, описанное выше для примера 1, использовали в данном примере. На начальной стадии малый контейнер помещали на весы и измеряли чистый вес пустого малого контейнера. Затем растительное масло заливали в малый контейнер, и измеряли общий вес малого контейнера с растительным маслом, тем самым получая чистый вес растительного масла. Один килограмм ненагретого масла отделяли для дополнительных измерений.
После завершения измерений растительного масла включали газовую горелку на температуру примерно 260°С и контролировали температуру растительного масла в малом контейнере. После того, как температура растительного масла стабилизировалась на примерно 260°С, образец четверти брикета загружали в проволочную корзину и погружали в нагретое растительное масло в аппарате глубокой обжарки на примерно 7,5 минут. Проволочную корзину с содержащемся в ней образцом четверти брикета далее извлекали из растительного масла в малом контейнере и давали возможность стекания над аппаратом глубокой обжарки в течение 5 минут. Торрефицированную уплотненную биомассу затем извлекали из проволочной корзины и ее вес измеряли без погружения в холодную воду, чтобы исключить любое поглощение воды торрефицированной уплотненной биомассой и контаминирование результатов. Потерю или увеличение чистого веса образца далее рассчитывали путем сравнения с начальным весом уплотненных древесных гранул, в пересчете на сухое вещество. Чистый вес использованного масла также определяли с помощью измерения веса малого контейнера, содержащего использованное масло, и с помощью вычитания веса малого контейнера. Рассчитывали потерю масла на поглощение и потерю веса гранул. Этот процесс затем повторяли еще 2 раза для других 2 образцов четвертей брикета, за исключением того, что одну четверть брикета торрефицировали в течение примерно 10 минут, а другую в течение примерно 15 минут. Общий вес малого контейнера, содержащего масло, измеряли перед каждым экспериментом. Один килограмм использованного растительного масла в малом контейнере отбирали для целей дополнительного тестирования. Полученную торрефицированную уплотненную биомассу из каждого эксперимента отбирали для тестирования.
Результаты:
Результаты для примера 2 приведены в таблице 2. Результаты испытаний показали, что все образцы четвертей брикета увеличились в весе в среднем примерно на 10% по сравнению с исходной массой соответствующей четверти брикета, что представляет приблизительное количество масла, поглощенного образцами. В дополнение к этому, было обнаружено, что торрефицированные древесные гранулы оказывались гидрофобными и обладали повышенной размалываемостью (т.е. высоким индексом по шкале Хардгрова) по сравнению с неторрефицированными древесными гранулами.
Таблица 2Эксперимент с разделением брикета на четыре части
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Исходный вес (г)
139,85
140,85
149,60
Конечный вес (г)
156,40
155,25
165,75
Чистая прибавка в весе (%)
10,58%
9,28%
9,74%
Начальная температура масла (°С)
222,00
269,00
266,00
Конечная температура масла (°С)
266,00
270,00
267,00
Время выдерживания в масле (мин)
15,00
7,50
10,00
Пример 3:
Материалы и методы
В данном примере два 1 кг образца уплотненных гранул из мягкой древесины, изготовленных из смеси ели, сосны и пихты, тестировали в малом тестовом устройстве, описанном выше в примере 1.
На начальной стадии малый контейнер помещали на весы и измеряли чистый вес пустого малого контейнера. Затем растительное масло заливали в малый контейнер, и измеряли общий вес малого контейнера с растительным маслом, тем самым получая чистый вес растительного масла. Один килограмм не нагретого масла отделяли для дополнительных измерений.
После завершения измерений растительного масла включали газовую горелку на температуру от примерно 250°С до примерно 260°C, и контролировали температуру растительного масла в малом контейнере. После того, как температура растительного масла стабилизировалась на уровне от примерно 250°С до примерно 260°C, 1 кг образец уплотненных древесных гранул загружали в проволочную корзину и погружали в нагретое растительное масло в малом контейнере на примерно 20 минут для первого образца. Проволочную корзину с содержащимися в ней уплотненными древесными гранулами затем извлекали из растительного масла в малом контейнере и давали возможность стекания над аппаратом глубокой обжарки в течение 5 минут. Торрефицированную уплотненную биомассу затем извлекали из проволочной корзины, и ее вес измеряли без погружения в ванну с холодной водой, чтобы исключить любое поглощение воды торрефицированной уплотненной биомассой и контаминирование результатов. Потерю или увеличение чистого веса образца далее рассчитывали путем сравнения с начальным весом уплотненных древесных гранул, в пересчете на сухое вещество. Чистый вес использованного масла также определяли с помощью измерения веса малого контейнера, содержащего использованное масло, и с помощью вычитания веса малого контейнера. Рассчитывали потерю масла на поглощение и потерю веса гранул.
После указанного выше процесса второй 1 кг образец загружали в проволочную корзину и погружали в нагретое растительное масло в малом контейнере на примерно 30 минут. Проволочную корзину с содержащимися в ней уплотненными древесными гранулами далее извлекали из малого контейнера и давали возможность стекания над аппаратом глубокой обжарки в течение 5 минут. Потерю или увеличение чистого веса образца далее рассчитывали путем сравнения с начальным весом уплотненных древесных гранул, в пересчете на сухое вещество. Чистый вес использованного масла также определяли с помощью измерения веса малого контейнера, содержащего использованное масло, и с помощью вычитания веса малого контейнера. Рассчитывали потерю масла на поглощение и потерю веса гранул. Один килограмм использованного растительного масла в аппарате глубокой обжарки отбирали для целей дополнительного тестирования.
Результаты:
Было установлено, что при 20 минутах в растительном масле, нагретом от примерно 260°С до примерно 270°C, торрефицированные гранулы имеют чистую потерю веса примерно 2,20%. При 30 минутах в нагретом растительном масле было обнаружено, что торрефицированные гранулы имеют чистую потерю веса примерно 6,16%. В дополнение к этому, торрефицированные древесные гранулы были гидрофобными и обладали повышенной размалываемостью (т.е. высоким индексом по шкале Хардгрова) по сравнению с неторрефицированными древесными гранулами.
Не желая быть связанными теорией, предполагается, что некоторое поглощение масла происходит в течение первых нескольких минут торрефикации, что может привести к общему увеличению веса биомассы. После первых нескольких минут, биомасса становится в значительной степени торрефицированной, тем самым выделяя ЛОС и теряя вес, что приводит к образованию торрефицированной уплотненной биомассы, которая имеет чистую потерю веса по сравнению с первоначальным весом исходного материала.
Пример 4:
Материалы и методы
В данном примере четыре различных образца уплотненных гранул из мягкой древесины, изготовленных из смеси ели, сосны и пихты, каждый весом примерно 0,5 кг, тестировали с помощью малого тестового устройства, описанного в примере 1. Растительное масло нагревали от 220°C до примерно 240°C в малом контейнере. Вес малого контейнера измеряли перед тем, как он был заполнен маслом, и после того, как он был заполнен маслом, для определения веса масла перед процессом торрефикации. Один из 4-х различных образцов погружали в масло на заранее определенное количество времени, и после этого позволяли каплям стекать над малым контейнером в течение примерно 5 минут. Малый контейнер, содержащий масло, снова взвешивали после процесса торрефикации для определения количества масла, поглощенного образцом. Эту процедуру повторяли для трех других образцов.
Результаты
Результаты показали, что поглощение было меньше при большем времени в нагретом масле, как описано выше в примере 3. Как показано в таблице 3 ниже, образец 1, который торрефицировали в течение примерно 10 минут в горячем растительном масле, демонстрирует примерно 9,6% поглощения масла, и образец 2, который торрефицировали в течение примерно 15 минут в горячем растительном масле, демонстрирует примерно 6,7% поглощения масла.
Таблица 3Поглощение масла во время торрефикации
Образец 1
Образец 2
Вес образца - в начале
0,5
0,5
Влагосодержание*
4%
4%
Вес образца - в начале; на абсолютно сухое вещество
0,4808
0,4808
Вес образца - в конце
0,45
0,474
Время обработки
15
10
Изменение в весе образца
-6%
-1%
Вес масла - в начале
2,968
2,926
Вес масла - в конце
2,936
2,88
Поглощение масла образцом, % (исходный вес на абсолютно сухое вещество)
6,6556%
9,5674%
*«Влагосодержание» относится к количеству воды (в %) в торрефицированных древесных гранулах непосредственно после процесса торрефикации (т.е. после стекания капель в течение 5 минут).
Пример 5:
Материалы и методы
В данном примере тестировали четыре различных образца уплотненных гранул из мягкой древесины, изготовленных из смеси ели, сосны и пихты, причем каждый образец имел исходный вес 250 г (0,250 кг). Каждый образец тестировали с использованием метода, описанного выше в примере 1, и параметры температуры, времени и веса указаны ниже в таблице 4.
Результаты
Результаты показали, что скорость поглощения масла гранулами изменялась с течением времени. Как показано в таблице 4 ниже, образец 1, который торрефицировали в течение примерно 15 минут в горячем растительном масле, демонстрирует примерно 14,31% поглощения масла на входящую массу абсолютно сухих гранул; образец 2, который торрефицировали в течение примерно 30 минут в горячем растительном масле, демонстрирует примерно 14,00% поглощения масла на входящую массу абсолютно сухих гранул; образец 3, который торрефицировали в течение примерно 45 минут в горячем растительном масле, демонстрирует примерно 13,88% поглощения масла на входящую массу абсолютно сухих гранул; и образец 4, который торрефицировали в течение примерно 60 минут в горячем растительном масле, демонстрирует примерно 11,87% поглощения масла на входящую массу абсолютно сухих гранул.
Как показано на фиг.7, поглощение масла первоначально происходило с более высокой скоростью в течение первых нескольких минут торрефикации, после чего скорость поглощения снижалась и далее оставалась постоянной в течение некоторого периода времени. Поскольку процесс торрефикации продолжался дальше, скорость поглощения становилась равной нулю и затем демонстрировала отрицательные значения, указывающие на то, что масло выделялось из торрефицированной биомассы во время продолжительных периодов торрефикации. В данном примере самая высокая скорость поглощения отмечалась в течение первых 15 минут торрефикации, после чего скорость поглощения масла замедлялась и далее оставалась постоянной в течение 45 минут торрефикации, после чего, по-видимому, уплотненная биомасса начинала выделять масло, ранее поглощенное уплотненной биомассой.
На фиг.7 также видно, что теплота сгорания торрефицированных гранул после процесса торрефикации существенно возрастала между 0 и 15 минутами процесса торрефикации, после этого увеличивалась медленно и оставалась довольно постоянной от 15 минут до 45 минут торрефикации, и в конце концов начинала снижаться после 45 минут торрефикации. «Теплота сгорания образцов - в конце» в таблице 4 и «теплота сгорания готового продукта» на фиг.7 является суммарной для торрефицированной биомассы и поглощенного масла. Соответственно, результаты данного примера показывают, что по мере торрефикации гранулированной биомассы биомасса выделяет масло (меньшее количество масла в готовом продукте означает меньшую теплоту сгорания в готовом продукте, полученном из масла). Поскольку имеется чистый прирост в теплоте сгорания торрефицированных гранул в течение длительного промежутка времени, даже при выделении масла, биомасса сама по себе увеличивает теплоту сгорания в способе, и это происходит не просто из-за поглощения масла.
Таблица 4Поглощение масла и теплота сгорания при различном времени погружения в масло канолы, нагретое до 270°С
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Образец 4
Время погружения (мин)
15
30
45
60
Вес образца - в начале (г)
250,00
250,20
250,80
250,45
Влагосодержание (%)
1,82
1,82
1,82
1,82
Вес образца - в начале; на абсолютно сухое вещество (г)
245,45
245,65
246,24
245,89
Вес образца - в конце (г)
247,5
242,2
236,15
233,5
Вес масла - в начале (г)
650
612,4
572,4
651,7
Вес масла - в конце (г)
612,4
573,35
531,7
612,6
Всего использовано масла (г)
37,6
39,05
40,7
39,1
Испарение масла (г)
2,47
4,65
6,52
9,90
Всего поглощено масла (г)
35,13
34,40
34,18
29,20
Поглощение масла образцом, % (исходный вес на абсолютно сухое вещество)
14,31
14,00
13,88
11,87
Теплота сгорания образцов - в начале (ГДж/т @ 5% влагосодержание)
18,00
18,00
18,00
18,00
Теплота сгорания образцов - в конце (ГДж/т)
24,10
24,56
24,85
24,75
*«Влагосодержание» относится к количеству воды (в %) в торрефицированных древесных гранулах непосредственно после процесса торрефикации (т.е. после стекания капель в течение 5 минут).
Пример 6
Материалы и методы
В данном примере тестировали 20 кг уплотненных гранул из мягкой древесины, полученных из смеси ели, сосны и пихты (древесные гранулы ЕСП). 20 кг делили на образцы по 1 кг, и все двадцать 1 кг образцов тестировали с помощью способа, описанного выше в примере 1, при определенной температуре (т.е. 240°С, 245°С, 250°С, 255°С, 250°С, 265°С или 270°С) и в течение определенного времени погружения (т.е. 10 мин, 15 мин, 20 мин, 25 мин или 30 мин) для каждой температуры, за исключением того, что в способе использовался коммерческий аппарат глубокой обжарки PITCO (а не малый контейнер с газовой горелкой). В дополнение к этому, каждый образец охлаждали в ванне с водой после процесса торрефикации в течение 5 минут, затем извлекали из ванны с холодной водой и давали стекать в течение 5 минут перед отбором образца в большой бак. Способ повторяли для двадцати 1 кг образцов для каждой различной температуры и времени погружения. Соответственно, для каждой комбинации температуры и времени погружения способ повторяли 20 раз, каждый раз с 1 кг образцом. В дополнение к этому, тестировали десять 1 кг образцов с помощью способа, описанного выше в примере 1, при 280°С в течение 30 минут, и шесть 1 кг образцов тестировали с помощью способа, описанного выше в примере 1, при 290°С в течение 30 минут; иначе говоря, способ повторяли 10 раз для комбинации температура/время 280°C/30 минут, и способ повторяли 6 раз для комбинации температура/время 290°C/30 минут, и результаты для каждой комбинации температура/время усредняли.
Полученную в результате торрефицированную уплотненную биомассу из разных экспериментов для каждой комбинации температуры/времени отбирали и смешивали для образования порции образца. 1 кг порции образца отбирали для тестирования. Полученный в результате 1 кг порции образца анализировали для определения теплоты сгорания торрефицированных гранул для каждого условия температуры/времени.
Результаты
Данные для этого примера 6 представлены в таблицах 5-13 и отражены на фиг.8 и фиг.9. Данный пример 6 подкрепляет выводы примера 5 (таблица 4 и фиг.7). Результаты показали, что время погружения/выдерживания в нагретом масле канолы и температура нагретого масла по существу коррелируют с величиной теплоты сгорания торрефицированной древесной гранулы в конце процесса. Как показано в таблицах 5-13 ниже, обычно чем выше температура масла канолы и чем дольше время выдерживания в нагретом масле канолы, тем больше теплота сгорания торрефицированных гранул после процесса торрефикации.
Наибольшую теплоту сгорания получали, когда уплотненные гранулы погружали в масло канолы при температуре 290°C на 30 минут (26,04 ГДж/т на абсолютно сухое вещество), и наименьшую теплоту сгорания получали, когда уплотненные гранулы погружали в масло канолы при температуре 240°C на 10 минут (22,78 ГДж/т на абсолютно сухое вещество). Теплота сгорания всех торрефицированных гранул была выше, чем теплота сгорания, определенная для уплотненной биомассы, которая не подвергалась торрефикации (т.е. 20,49 ГДж/т на абсолютно сухое вещество). Подвергаемые торрефикации гранулы при 250°C давали немного более высокую теплоту сгорания, чем подвергаемые торрефикации гранулы при 255°С в каждый момент времени. Кроме того, время погружения 20 минут давало самую высокую теплоту сгорания при использовании масла канолы с температурой 265°C. Таким образом, эти данные указывают, что процесс торрефикации может быть скорректирован по усмотрению с помощью изменения температуры масла канолы и времени погружения в нагретое масло.
Таблица 5Теплота сгорания торрефицированных древесных гранул до и после торрефикации при 240°C
Результаты измерений
До торрефикации
Торрефикация в течение 10 мин
Торрефикация в течение 15 мин
Торрефикация в течение 20 мин
Торрефикация в течение 25 мин
Торрефикация в течение 30 мин
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
Влагосодержание*, %
5,66
0
6,05
0
4,92
0
5,2
0
4,12
0
3,31
0
Зола, %
0,42
0,44
0,38
0,41
0,37
0,39
0,34
0,36
0,37
0,38
0,35
0,36
Летучие вещества, %
79,99
84,79
79,81
84,95
81,19
85,39
80,26
84,66
81,28
84,77
81,4
84,19
Связанный углерод, %
13,93
14,77
13,76
14,64
13,52
14,22
14,2
14,98
14,23
14,85
14,94
15,45
Сера, %
0,03
0,04
0,02
0,02
0,02
0,02
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
8309
8807
9202
9794
9437
9925
9505
10026
9646
10060
9791
10127
ккал/кг
4616
4893
5112
5441
5243
5514
5281
5570
5359
55,89
5440
5626
ГДж/т
19,33
20,49
21,4
22,78
21,95
23,09
22,11
23,32
22,44
23,4
22,77
23,55
Углерод, %
47,76
50,62
51,48
54,8
52,32
55,03
52,65
55,53
53,19
55,47
53,85
55,69
Азот, %
0,068
0,073
0,032
0,034
0,019
0,020
0,035
0,037
0,036
0,038
0,044
0,045
Кислород, %
40,36
42,78
35,75
38,05
35,97
37,83
35,36
37,31
35,80
37,35
35,91
37,13
*«Влагосодержание, %» в отношении «торрефицированных древесных гранул» относится к количеству воды (в %) в образце после охлаждения в ванне с водой в течение 5 минут и последующего стекания в течение 5 минут, как описано в разделе «методы».
Таблица 6Теплота сгорания торрефицированных древесных гранул до и после торрефикации при 245°C
Результаты измерений
До торрефикации
Торрефикация в течение 10 мин
Торрефикация в течение 15 мин
Торрефикация в течение 20 мин
Торрефикация в течение 25 мин
Торрефикация в течение 30 мин
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
Влагосодержание*, %
5,66
0
7,28
0
6,76
0
4,9
0
5,17
0
4,87
0
Зола, %
0,42
0,44
0,32
0,34
0,35
0,37
0,41
0,43
0,41
0,43
0,39
0,41
Летучие вещества, %
79,99
84,79
79,1
85,31
78,77
84,48
80,82
84,98
79,91
84,27
80,1
84,2
Связанный углерод, %
13,93
14,77
13,3
14,35
14,12
15,15
13,87
14,59
14,51
15,3
14,64
15,39
Сера, %
0,03
0,04
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,02
0,02
0,02
0,02
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
8309
8807
9260
9987
9360
10039
9583
10076
9619
10144
9702
10198
ккал/кг
4616
4893
5145
5548
5200
5577
5324
5598
5344
5635
5390
5666
ГДж/т
19,33
20,49
21,54
23,23
21,77
23,35
22,29
23,44
22,37
23,59
22,57
23,72
Углерод, %
47,76
50,62
51,01
55,01
51,69
55,44
52,99
55,72
52,99
55,88
53,04
55,75
Азот, %
0,068
0,073
0,040
0,043
0,040
0,043
0,037
0,039
0,036
0,038
0,032
0,033
Кислород, %
40,36
42,78
35,10
37,87
34,84
37,37
35,32
37,14
34,99
36,90
35,28
37,09
*«Влагосодержание, %» в отношении «торрефицированных древесных гранул» относится к количеству воды (в %) в образце после охлаждения в ванне с водой в течение 5 минут и последующего стекания в течение 5 минут, как описано в разделе «методы».
Таблица 7Теплота сгорания торрефицированных древесных гранул до и после торрефикации при 250°C
Результаты измерений
До торрефикации
Торрефикация в течение 10 мин
Торрефикация в течение 15 мин
Торрефикация в течение 20 мин
Торрефикация в течение 25 мин
Торрефикация в течение 30 мин
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
Влагосодержание*, %
5,66
0
5,83
0
6,42
0
7,93
0
5,32
0
4,91
0
Зола, %
0,42
0,44
0,36
0,38
0,38
0,41
0,4
0,43
0,4
0,42
0,41
0,43
Летучие вещества, %
79,99
84,79
79,43
84,35
79,35
84,8
78,03
84,75
79,89
84,39
79,71
83,83
Связанный углерод, %
13,93
14,77
14,38
15,27
13,85
14,79
13,64
14,82
14,39
15,19
14,97
15,74
Сера, %
0,03
0,04
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,01
0,01
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
8309
8807
9411
9994
9459
10107
9447
10261
9735
10283
9849
10358
ккал/кг
4616
4893
5228
5552
5255
5615
5248
5701
5408
5713
5472
5754
ГДж/т
19,33
20,49
21,89
23,25
22
23,51
21,97
23,87
22,64
23,92
22,91
24,09
Углерод, %
47,76
50,62
51,67
54,87
51,96
55,52
51,48
55,91
52,93
55,91
53,61
56,38
Азот, %
0,068
0,073
0,040
0,042
0,038
0,041
0,034
0,037
0,034
0,036
0,036
0,038
Кислород, %
40,36
42,78
35,79
38,01
34,89
37,29
33,93
36,85
34,90
36,85
34,59
36,38
*«Влагосодержание, %» в отношении «торрефицированных древесных гранул» относится к количеству воды (в %) в образце после охлаждения в ванне с водой в течение 5 минут и последующего стекания в течение 5 минут, как описано в разделе «методы».
Таблица 8Теплота сгорания торрефицированных древесных гранул до и после торрефикации при 255°C
Результаты измерений
До торрефикации
Торрефикация в течение 10 мин
Торрефикация в течение 15 мин
Торрефикация в течение 20 мин
Торрефикация в течение 25 мин
Торрефикация в течение 30 мин
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
Влагосодержание*, %
5,66
0
8,63
0
9,5
0
7,17
0
6,86
0
6,77
0
Зола, %
0,42
0,44
0,39
0,42
0,37
0,41
0,44
0,48
0,51
0,55
0,41
0,44
Летучие вещества, %
79,99
84,79
77,87
85,23
76,01
83,99
78,75
84,84
78,09
83,84
78,49
84,2
Сера, %
0,03
0,04
0,01
0,01
0,01
0,02
0,02
0,02
0,01
0,01
0,02
0,03
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
8309
8807
9130
9992
9059
10011
9437
10166
9447
10143
9564
10259
ккал/кг
4616
4893
5072
5551
5033
5561
5243
5648
5248
5635
5313
5700
ГДж/т
19,33
20,49
21,24
23,24
21,07
23,28
21,95
23,65
21,97
23,59
22,25
23,86
Углерод, %
47,76
50,62
51,14
55,97
51,07
56,43
52,63
56,69
52,96
56,87
53,5
57,38
Азот, %
0,068
0,073
0,066
0,073
0,067
0,074
0,063
0,067
0,061
0,065
0,062
0,067
Кислород, %
40,36
42,78
33,58
36,77
32,83
36,28
33,37
35,94
33,30
35,73
32,86
35,23
*«Влагосодержание, %» в отношении «торрефицированных древесных гранул» относится к количеству воды (в %) в образце после охлаждения в ванне с водой в течение 5 минут и последующего стекания в течение 5 минут, как описано в разделе «методы».
Таблица 9Теплота сгорания торрефицированных древесных гранул до и после торрефикации при 260°C
Результаты измерений
До торрефикации
Торрефикация в течение 10 мин
Торрефикация в течение 15 мин
Торрефикация в течение 20 мин
Торрефикация в течение 25 мин
Торрефикация в течение 30 мин
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
Влагосодержание*, %
5,66
0
10,01
0
7,62
0
9,13
0
6,92
0
6,59
0
Зола, %
0,42
0,44
0,39
0,44
0,39
0,42
0,37
0,41
0,39
0,42
0,4
0,43
Летучие вещества, %
79,99
84,79
76,06
84,52
78,25
84,7
75,83
83,44
77,91
83,7
77,42
82,89
Сера, %
0,03
0,04
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,02
0,02
0,02
0,03
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
8309
8807
8989
9989
9475
10256
9376
10318
9677
10397
9771
10461
ккал/кг
4616
4893
4994
5550
5264
5698
5209
5732
5376
5776
5428
5812
ГДж/т
19,33
20,49
20,91
23,24
22,04
23,86
21,81
24
22,51
24,18
22,73
24,33
Углерод, %
47,76
50,62
50,81
56,47
52,5
56,83
51,92
57,14
53,42
57,39
53,87
57,68
Азот, %
0,068
0,073
0,068
0,075
0,064
0,069
0,063
0,070
0,069
0,074
0,058
0,062
Кислород, %
40,36
42,78
32,59
36,19
33,13
35,87
32,34
35,58
32,86
35,31
32,71
35,00
*«Влагосодержание, %» в отношении «торрефицированных древесных гранул» относится к количеству воды (в %) в образце после охлаждения в ванне с водой в течение 5 минут и последующего стекания в течение 5 минут, как описано в разделе «методы».
Таблица 10Теплота сгорания торрефицированных древесных гранул до и после торрефикации при 265°C
Результаты измерений
До торрефикации
Торрефикация в течение 10 мин
Торрефикация в течение 15 мин
Торрефикация в течение 20 мин
Торрефикация в течение 25 мин
Торрефикация в течение 30 мин
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
Влагосодержание*, %
5,66
0
8,35
0
9,44
0
7,53
0
7,06
0
6,76
0
Зола, %
0,42
0,44
0,38
0,41
0,39
0,43
0,37
0,4
0,38
0,41
0,4
0,43
Летучие вещества, %
79,99
84,79
77,45
84,51
75,58
83,46
77,2
83,49
76,74
82,57
77,25
82,86
Сера, %
0,03
0,04
0,02
0,02
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
8309
8807
9341
10193
9326
10298
9759
10554
9763
10504
9823
10535
ккал/кг
4616
4893
5190
5663
5181
5721
5422
5863
5424
5836
5457
5853
ГДж/т
19,33
20,49
21,73
23,71
21,69
23,95
22,7
24,55
22,71
24,43
22,85
24,51
Углерод, %
47,76
50,62
51,67
56,38
51,66
57,05
53,85
58,24
53,87
57,96
54,33
58,27
Азот, %
0,068
0,073
0,068
0,074
0,064
0,071
0,063
0,068
0,062
0,067
0,053
0,057
Кислород, %
40,36
42,78
33,35
36,39
32,34
35,71
31,88
34,46
32,31
34,76
32,10
34,42
*«Влагосодержание, %» в отношении «торрефицированных древесных гранул» относится к количеству воды (в %) в образце после охлаждения в ванне с водой в течение 5 минут и последующего стекания в течение 5 минут, как описано в разделе «методы».
Таблица 11Теплота сгорания торрефицированных древесных гранул до и после торрефикации при 270°C
Результаты измерений
До торрефикации
Торрефикация в течение 10 мин
Торрефикация в течение 15 мин
Торрефикация в течение 20 мин
Торрефикация в течение 25 мин
Торрефикация в течение 30 мин
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
Влагосодержание*, %
5,66
0
9,36
0
10,12
0
8,26
0
7,28
0
7,2
0
Зола, %
0,42
0,44
0,34
0,38
0,36
0,4
0,41
0,44
0,38
0,41
0,38
0,41
Летучие вещества, %
79,99
84,79
76,4
84,3
75,3
83,77
75,32
82,11
77,14
83,2
76,3
82,23
Связанный углерод, %
13,93
14,77
13,90
15,32
14,22
15,83
--
--
15,20
16,39
16,12
17,36
Сера, %
0,03
0,04
0,03
0,03
0,03
0,03
0,01
0,01
0,03
0,03
0,03
0,03
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
8309
8807
9347
10313
9347
10399
9623
10490
9858
10631
9918
10688
ккал/кг
4616
4893
5193
5729
5193
5777
5346
5828
5477
5906
5510
5938
ГДж/т
19,33
20,49
21,74
23,99
21,74
24,19
22,38
24,4
22,93
24,73
23,07
24,86
Углерод, %
47,76
50,62
51,74
57,08
51,82
57,65
53,39
58,19
54,39
58,66
54,85
59,11
Азот, %
0,068
0,073
0,149
0,164
0,139
0,155
0,068
0,074
0,134
0,145
0,134
0,144
Кислород, %
40,36
42,78
32,31
35,66
31,47
35,03
31,64
34,51
31,50
33,98
31,09
33,50
*«Влагосодержание, %» в отношении «торрефицированных древесных гранул» относится к количеству воды (в %) в образце после охлаждения в ванне с водой в течение 5 минут и последующего стекания в течение 5 минут, как описано в разделе «методы».
Таблица 12Теплота сгорания торрефицированных древесных гранул до и после торрефикации при 280°C
Результаты измерений
До торрефикации
Торрефикация в течение 30 мин
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
Влагосодержание*, %
5,66
0
9,05
0
Зола, %
0,42
0,44
0,41
0,45
Летучие вещества, %
79,99
84,79
73,75
81,09
Связанный углерод, %
13,93
14,77
16,79
18,46
Сера, %
0,03
0,04
0,03
0,03
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
8309
8807
9913
10900
ккал/кг
4616
4893
5507
6056
ГДж/т
19,33
20,49
23,06
25,35
Углерод, %
47,76
50,62
54,62
60,06
Азот, %
0,068
0,073
0,138
0,152
Кислород, %
40,36
42,78
29,60
32,54
*«Влагосодержание, %» в отношении «торрефицированных древесных гранул» относится к количеству воды (в %) в образце после охлаждения в ванне с водой в течение 5 минут и последующего стекания в течение 5 минут, как описано в разделе «методы».
Таблица 13Теплота сгорания торрефицированных древесных гранул до и после торрефикации при 290°C
Результаты измерений
До торрефикации
Торрефикация в течение 30 мин
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
Влагосодержание*, %
5,66
0
10,03
0
Зола, %
0,42
0,44
0,43
0,47
Летучие вещества, %
79,99
84,79
71,15
79,08
Связанный углерод, %
13,93
14,77
18,39
20,45
Сера, %
0,03
0,04
0,03
0,03
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
8309
8807
10071
11194
ккал/кг
4616
4893
5595
6219
ГДж/т
19,33
20,49
23,42
26,04
Углерод, %
47,76
50,62
55,91
62,15
Азот, %
0,068
0,073
0,143
0,159
Кислород, %
40,36
42,78
27,31
30,35
*«Влагосодержание, %» в отношении «торрефицированных древесных гранул» относится к количеству воды (в %) в образце после охлаждения в ванне с водой в течение 5 минут и последующего стекания в течение 5 минут, как описано в разделе «методы».
Пример 7:
Материалы и методы
Такой же метод, как описано в примере 6, использовали в данном примере, включая различное время погружения в нагретое масло канолы (т.е. 10 мин, 15 мин, 20 мин, 25 мин или 30 мин) и различные температуры масла канолы, использованные в процессе (т.е. 240°C, 245°C, 250°C, 255°C, 250°C, 265°C или 270°C; и погружение на 30 минут при 280°C или 290°C).
В этом примере полученные материалы анализировались для определения содержания углерода торрефицированных гранул при каждой комбинации температуры/времени.
Результаты
Данные для этого примера 7 представлены в таблицах 5-13 выше и отражены на фиг.10. Результаты показали, что процентное содержание углерода торрефицированных древесных гранул в конце процесса торрефикации в целом увеличивалось с повышением времени погружения/выдерживания в нагретом масле канолы и с увеличением температуры нагретого масла. Как показано на фиг.10, существует общая тенденция к увеличению содержания углерода торрефицированных древесных гранул с увеличением температуры масла канолы. Также имеется существенная корреляция между содержанием углерода и временем погружения в нагретое масло.
Наибольшее содержание углерода получали, когда уплотненные древесные гранулы погружали в масло канолы при температуре 290°C на 30 минут (62,15% углерода на абсолютно сухое вещество), и наименьшее содержание углерода получали, когда уплотненные древесные гранулы погружали в масло канолы при температуре 240°C на 10 минут (54,80% углерода на абсолютно сухое вещество). Содержание углерода всех торрефицированных гранул было выше, чем процент углерода, определенный для уплотненной биомассы, которая не подвергалась торрефикации (т.е. 50,62% углерода на абсолютно сухое вещество).
Пример 8:
Материалы и методы
Тестировали величину испарения различных типов горючих жидкостей. Каждую горючую жидкость тестировали один раз, используя следующий тест испарения. Для данного теста использовали малое тестовое устройство, описанное выше для примера 1. Малый контейнер помещали на весы и измеряли чистый вес пустого малого контейнера. Отмеряли объем масла и заливали его в малый контейнер, и помещали крышку на верх малого контейнера. Затем включали газовую горелку на температуру 270°С, и температуру масла контролировали. После того, как желаемая температура достигала 270°С, малый контейнер с растительным маслом снимали с газовой горелки и взвешивали. После этого малый контейнер с растительным маслом помещали обратно на газовую горелку и оставляли нагреваться в течение 30 минут при 270°С. Измеряли вес малого контейнера с растительным маслом спустя 30 минут нагревания и регистрировали снижение веса, вызванное испарением.
Тестируемыми различными горючими жидкостями были: масло канолы, подсолнечное масло, кукурузное масло, арахисовое масло, масло для цепных пил, масло 5W30, жидкость для автоматических трансмиссий, гидравлическая жидкость AW32, трансмиссионное масло 80W90 и парафиновый воск.
Результаты
Результаты показали, что испарение каждой из различных горючих жидкостей после нагревания при 270°С в течение 30 минут было незначительным. Соответственно, испарение горючих жидкостей не принимали во внимание при расчете поглощения масла торрефицированной уплотненной биомассой после процесса торрефикации.
Пример 9:
Материалы и методы
Данный пример 9 осуществляли для того, чтобы сравнить поглощение масла уплотненными гранулами при использовании масла канолы в качестве горючей жидкости по сравнению с использованием парафинового воска в качестве горючей жидкости.
В этом примере тестировали уплотненные гранулы мягкой древесины, изготовленные из смеси ели, сосны и пихты (древесные гранулы ЕСП). Взвешивали 250 грамм древесных гранул ЕСП и отдельно взвешивали проволочное сито для уплотненного материала. Далее образец уплотненного материала загружали в проволочное сито и определяли общий веса сита с уплотненным материалом и затем откладывали для целей тестирования. Для данного примера использовали малое тестовое устройство, описанное в примере 1. В качестве начальной стадии малый контейнер помещали на весы и измеряли чистый вес малого контейнера. Отмеряли объем растительного масла (масла канолы или парафинового воска) и выливали в малый контейнер, и измеряли общий вес малого контейнера с маслом, тем самым, получая чистый вес масла.
После получения результатов измерений для масла включали газовую горелку на определенную температуру (250°C, 260°C или 270°C) и контролировали температуру масла.
После того, как температура масла стабилизировалась на желаемом уровне, осуществляли следующие измерения: (а) веса малого контейнера с нагретым маслом; (b) веса малого контейнера с нагретым маслом с крышкой для малого контейнера и температурным датчиком, вставленным в малый контейнер; и (с) веса малого контейнера с нагретым маслом с крышкой для малого контейнера и температурным датчиком, вставленным в малый контейнер, и 250 г образцом уплотненного материала, загруженного в проволочное сито и помещенного на верх малого контейнера (т.е. пока не погруженного в малый контейнер).
По завершении вышеуказанных измерений, проволочное сито, содержащее уплотненный материал, погружали в нагретое масло, и малый контейнер накрывали крышкой. Уплотненный материал погружали в нагретое масло на определенное время (15 или 30 минут). После погружения на желаемое время газовую горелку выключали и общий вес малого контейнера, масла, крышки, температурного датчика, сита и уплотненного материала измеряли (при этом сито и уплотненный материал оставались по-прежнему погруженными в масло). Проволочное сито с содержащимся в ней уплотненным материалом далее извлекали из малого контейнера и масла и давали возможность стекания над малым контейнером в течение 5 минут. Стекшее проволочное сито с содержащимся в нем уплотненным материалом взвешивали, и после этого уплотненный материал взвешивали отдельно. После удаления сита с уплотненным материалом определяли общий вес малого контейнера, масла, крышки и температурного датчика, и после этого отдельно определяли общий вес малого контейнера c маслом.
Затем вычисляли абсолютно сухой вес торрефицированных гранул (т.е. для получения веса абсолютно сухого вещества для торрефицированных гранул), и после этого абсолютно сухой вес гранул сравнивали с потерей масла и вычисляли % поглощения масла.
Описанный выше процесс осуществляли дважды для каждой комбинации температуры, времени и масла (т.е. два тестовых испытания проводили для каждого отдельного типа тестируемого масла при каждой различной температуре и времени погружения), при этом каждый процесс начинался с образцом уплотненных гранул весом 250 г.
Результаты
Как показано на фиг.11, когда в качестве горючей жидкости для процесса торрефикации использовали масло канолы, поглощение масла уплотненной биомассой в целом имело тенденцию к повышению, когда температура масла канолы повышалась от 250°C до 260°C, но затем незначительно уменьшалось, когда температура торрефикации достигала 270°С. По-видимому, также имеется общее снижение веса торрефицированной уплотненной биомассы с повышением температуры; однако, проведение процесса торрефикации при 260°С в течение 30 минут вызывало увеличение веса (т.е. +11,48 г по сравнению с начальным весом, дававшее в результате вес 249,35 г) по сравнению с проведением процесса при 250°C в течение 30 минут (+8,53 г по сравнению с начальным весом, дававшее в результате конечный вес 246,4 г). Это повышение веса соответствовало повышению поглощения масла для данных условий температура/время (т.е. поглощение масла 21,02% на входящую массу абсолютно сухих гранул при 260°С в течение 30 минут, по сравнению с поглощением масла 16,65% при 250°С в течение 30 минут), что позволяет предположить, что увеличение веса происходит из-за увеличения поглощения масла при торрефикации при 260°С в течение 30 минут. Незначительное уменьшение поглощения масла при температуре 270°C (т.е. 16,86% поглощения масла за 15 мин и 17,11% за 30 мин) также соответствовало уменьшению веса торрефицированной уплотненной биомассы при данной температуре (т.е. -1,28 г за 15 минут и -5,47 г за 30 минут), что также позволяет предположить, что поглощение масла коррелирует с весом образующейся в результате торрефицированной уплотненной биомассы. Эти данные также коррелируют с данными, полученными из примеров 3 и 5.
На фиг.12 показано, что аналогичные результаты были получены при использовании парафинового воска в качестве горючей жидкости. Поглощение масла уплотненной биомассой в целом имело тенденцию к повышению, когда температура парафинового воска повышалась от 250°C до 260°C, но затем уменьшалось, когда температура торрефикации достигала 270°С. Интенсивность увеличения поглощения масла была больше для парафинового воска, чем для масла канолы, при повышении температуры от 250°C до 260°C и при увеличении времени погружения для каждого значения температуры. Как и в случае масла канолы, также отмечалось общее снижение веса торрефицированной уплотненной биомассы с повышением температуры. Однако, по-видимому, не существует корреляции между весом торрефицированной уплотненной биомассы в конце процесса и маслом, поглощенным торрефицированной уплотненной биомассой, как отмечалось для масла канолы.
На фиг.13 и в таблицах 14 и 15 ниже показано, что в процессе торрефикации обычно теряется больше масла канолы, когда масло канолы используется в качестве горючей жидкости. Потери масла в целом были сопоставимыми при использовании масла канолы или же парафинового воска, за исключением случая торрефикации при 250°C. Потери масла при торрефикации при 250°С в течение 15 минут были значительно меньше в случае использования парафинового воска. Кроме того, интенсивность потери масла между 15 минутами торрефикации и 30 минутами торрефикации при 250°С, в случае использования в качестве горючей жидкости парафинового воска, по-видимому, была значительно больше, чем при использовании масла канолы.
Как показано на фиг.14, при использовании масла канолы в качестве горючей жидкости, а не парафинового воска, снижение в весе торрефицированных гранул по сравнению с исходной биомассой отличалось. Для обеих горючих жидкостей, как показано в таблицах 14 и 15 и описано выше, вес торрефицированных гранул в целом имеет тенденцию к понижению с увеличением температуры. Однако, в случае с маслом канолы, вес торрефицированных гранул был больше, чем исходных уплотненных гранул, когда процесс торрефикации проводили при 250°С и 260°С. Снижение веса по сравнению с исходными уплотненными гранулами отмечалось только при торрефикации при 270°С. В случае парафинового воска конечный вес торрефицированных гранул был в целом меньше, чем начальный вес уплотненных гранул, за исключением случаев торрефикации при 250°С в течение 15 минут. Использование парафинового воска в целом давало большее снижение в весе при любом времени и температурах. Без связи с теорией предполагается, что эти результаты могут быть следствием поглощения биомассой меньшего количества парафинового воска в процессе торрефикации, чем при использовании масла канолы. Меньшее поглощение парафинового воска может быть следствием более длинной молекулярной цепи парафинового воска и, возможно, большей интенсивности испарения парафинового воска.
Таблица 14Поглощение масла канолы гранулами и снижение веса гранул в ходе торрефикации при различных температурах и различном времени погружения
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Образец 4
Образец 5
Образец 6
Время погружения (мин)
15
30
15
30
15
30
Температура (°C)
250
250
260
260
270
270
Вес образца - в начале; на сырое вещество (г)
250,00
250,00
250,00
250,00
250,00
250,00
Влагосодержание (%)*
4,85
4,85
4,85
4,85
4,85
4,85
Вес образца - в начале; на абсолютно сухое вещество (г)
237,88
237,88
237,88
237,88
237,88
237,88
Вес образца - в конце; на абсолютно сухое вещество (г)
251,30
246,40
244,48
249,35
236,60
232,40
Изменение в весе - на абсолютно сухое вещество (г)
+13,43
+8,53
+6,60
+11,48
-1,28
-5,47
Вес контейнера с маслом - в начале (г)
2390,20
2350,75
2355,40
2359,20
2352,90
2346,70
Вес контейнера с маслом - в конце (г)
2356,20
2311,15
2318,10
2309,20
2312,80
2306,00
Изменение веса контейнера с маслом (г)
-34,00
-39,60
-37,30
-50,00
-40,10
-40,70
Снижение веса гранул от начала к концу (%)
5,64
3,58
2,78
4,82
-0,54
-2,30
Поглощение масла образцом с учетом испарения (на абсолютно сухое вещество), %
14,29%
16,65%
15,68%
21,02%
16,86%
17,11%
*«Влагосодержание» относится к количеству воды в образцах непосредственно после процесса торрефикации (т.е. после стекания капель в течение 5 минут).
Таблица 15Поглощение парафинового воска гранулами и снижение веса гранул в ходе торрефикации при различных температурах и различном времени погружения
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Образец 4
Образец 5
Образец 6
Время погружения (мин)
15
30
15
30
15
30
Температура (°C)
250
250
260
260
270
270
Вес образца - в начале; на сырое вещество (г)
250,00
250,00
250,00
250,00
250,00
250,00
Влагосодержание (%)*
4,85
4,85
4,85
4,85
4,85
4,85
Вес образца - в начале; на абсолютно сухое вещество (г)
237,88
237,88
237,88
237,88
237,88
237,88
Вес образца - в конце; на абсолютно сухое вещество (г)
242,60
234,95
231,40
230,75
219,15
210,95
Изменение в весе - на абсолютно сухое вещество (г)
+4,72
-2,93
-6,47
-7,13
-18,73
-26,93
Вес контейнера с маслом - в начале (г)
2185,10
2222,35
2183,30
2212,05
2252,75
2214,60
Вес контейнера с маслом - в конце (г)
2178,60
2186,40
2151,30
2162,85
2219,20
2176,45
Изменение веса контейнера с маслом (г)
6,50
35,95
32,00
49,20
33,55
38,15
Снижение веса гранул от начала к концу (%)
1,99
-1,23
-2,72
-3,00
-7,87
-11,32
Поглощение масла образцом с учетом испарения (на абсолютно сухое вещество), %
3
15
13
21
14
16
*«Влагосодержание» относится к количеству воды в образцах непосредственно после процесса торрефикации (т.е. после стекания капель в течение 5 минут).
Пример 10:
Материалы и методы
Торрефицированные гранулы из примера 6, которые обрабатывались в процессе торрефикации при различных температурах (240°C, 245°C, 250°C, 255°C, 260°C, 265°C, 270°C, 280°C или 290°C) в течение различного времени погружения (10, 15, 20, 25 или 30 минут), были протестированы для определения гидрофобности торрефицированных гранул. Для этого образец весом 953,63 г из каждой порции обработанной торрефицированной уплотненной биомассы, соответствующий конкретной комбинации температуры/времени, отбирали и погружали в воду на две недели (т.е. 14 дней). После извлечения из воды, образцам давали стекать в сите в течение 5 минут, и после этого каждый образец взвешивали для измерения изменения веса образца. Результат этого измерения сравнивали с весом воды и рассчитывали количество воды, поглощенной каждым образцом.
Результаты
Данные в таблице 16 показывают, что при увеличении температуры процесса торрефикации (т.е. температуры нагретого масла канолы) гидрофобность получаемого продукта увеличивалась. Эти данные представлены на фиг.15 и фиг.16, которые показывают, что количество воды, поглощенной торрефицированными уплотненными гранулами после процесса торрефикации, коррелирует с температурой процесса торрефикации. При проведении торрефикации при более высоких температурах (например, 270°C, 280°C или 290°C), в отличие от более низких температур (таких как 240°C), образующиеся в результате торрефицированные уплотненные гранулы поглощали меньше воды.
Время погружения в масле канолы, по-видимому, является менее значимым для гидрофобности получаемого продукта; однако, результаты показали, что в целом при более коротком времени погружения (например, 10 минут), большее количество воды поглощалось полученными торрефицированными уплотненными гранулами, чем в случае с более длительным временем погружения для процесса торрефикации (например, 30 минут).
Таблица 16Поглощение воды после торрефикации
Образец
Температура торрефикации (°С)
Время процесса (мин)
Вес брутто воды (г)
Вес контейнера (г)
Чистый вес воды (г)
Вес торрефицированного образца (г)
Поглощенная вода (г)
1
240
10
1536,50
46,37
1490,13
953,63
536,50
2
240
15
1437,20
46,37
1390,83
953,63
437,20
3
240
20
1397,50
46,37
1351,13
953,63
397,50
4
240
25
1391,50
46,37
1345,13
953,63
391,50
5
240
30
1394,00
46,37
1347,63
953,63
394,00
6
245
10
1448,35
46,37
1401,98
953,63
448,35
7
245
15
1377,20
46,37
1330,83
953,63
377,20
8
245
20
1377,85
46,37
1331,48
953,63
377,85
9
245
25
1336,45
46,37
1290,08
953,63
336,45
10
245
30
1335,70
46,37
1289,33
953,63
335,70
11
250
10
1421,80
46,37
1375,43
953,63
421,80
12
250
15
1337,90
46,37
1291,53
953,63
337,90
13
250
20
1305,20
46,37
1258,83
953,63
305,20
14
250
25
1319,70
46,37
1273,33
953,63
319,70
15
250
30
1285,55
46,37
1239,18
953,63
285,55
16
255
10
1358,10
46,37
1311,73
953,63
358,10
17
255
15
1286,25
46,37
1239,88
953,63
286,25
18
255
20
1291,85
46,37
1245,48
953,63
291,85
19
255
25
1260,05
46,37
1213,68
953,63
260,05
20
255
30
1243,35
46,37
1196,98
953,63
243,35
21
260
10
1294,50
46,37
1248,13
953,63
294,50
22
260
15
1290,30
46,37
1243,93
953,63
290,30
23
260
20
1232,85
46,37
1186,48
953,63
232,85
24
260
25
1227,95
46,37
1181,58
953,63
227,95
25
260
30
1223,95
46,37
1177,58
953,63
223,95
26
265
10
1281,10
46,37
1234,73
953,63
281,10
27
265
15
1224,85
46,37
1178,48
953,63
224,85
28
265
20
1225,40
46,37
1179,03
953,63
225,40
29
265
25
1208,25
46,37
1161,88
953,63
208,25
30
265
30
1207,40
46,37
1161,03
953,63
207,40
31
270
10
1236,80
46,37
1190,43
953,63
236,80
32
270
15
1184,40
46,37
1138,03
953,63
184,40
33
270
20
1192,30
46,37
1145,93
953,63
192,30
34
270
25
1164,10
46,37
1117,73
953,63
164,10
35
270
30
1167,80
46,37
1121,43
953,63
167,80
36
280
30
1161,60
46,37
1115,23
953,63
161,60
37
290
30
1149,90
46,37
1103,53
953,63
149,90
Пример 11:
Материалы и методы
В этом примере тестировали как уплотненные гранулы мягкой древесины, изготовленные из смеси ели, сосны и пихты (древесные гранулы ЕСП), так и уплотненную щепу. Отвешивали 250 г древесных гранул ЕСП или уплотненной щепы и отдельно взвешивали проволочное сито для уплотненного материала. Далее образец уплотненного материала загружали в проволочное сито и определяли общий веса сита с уплотненным материалом и затем откладывали для тестирования с помощью малого тестового устройства, описанного в примере 1.
На начальной стадии малый контейнер помещали на весы и измеряли чистый вес пустого малого контейнера. Отмеряли объем масла (одного из перечисленного: подсолнечного масла, кукурузного масла, арахисового масла, масла канолы, масла для цепных пил, масла 5W30, жидкости для автоматических трансмиссий, гидравлической жидкости AW32, трансмиссионного масла 80W90 или парафинового воска) и выливали в малый контейнер, и измеряли общий вес малого контейнера с маслом, тем самым, получая чистый вес масла.
После получения результатов измерений для масла включали газовую горелку на температуру тестирования 270°C и контролировали температуру масла.
После того, как температура масла стабилизировалась на 270°C, осуществляли следующие измерения: (а) веса малого контейнера с нагретым маслом; (b) веса малого контейнера с нагретым маслом с крышкой для малого контейнера и температурным датчиком, вставленным в малый контейнер; и (с) веса малого контейнера с нагретым маслом с крышкой для малого контейнера и температурным датчиком, вставленным в малый контейнер, и 250 г образцом уплотненного материала, загруженного в проволочное сито и помещенного на верх малого контейнера (т.е. пока не погруженного в малый контейнер).
По завершении вышеуказанных измерений, проволочное сито, содержащее уплотненный материал, погружали в нагретое масло, и
малый контейнер накрывали крышкой. Уплотненный материал погружали в нагретое масло на 30 минут. После погружения на 30 минут малый контейнер отключали, и общий вес малого контейнера, масла, крышки, температурного датчика, сита и уплотненного материала измеряли (при этом сито и уплотненный материал оставались по-прежнему погруженными в масло). Проволочное сито с содержащимся в ней уплотненным материалом далее извлекали из малого контейнера и масла, и давали возможность стекания над малым контейнером в течение 5 минут, за исключением случая с образцом щепы, которому давали возможность стекать в течение 10 минут. Стекшее проволочное сито с содержащимся в нем уплотненным материалом взвешивали, и после этого уплотненный материал взвешивали отдельно. После удаления сита с уплотненным материалом определяли общий вес малого контейнера, масла, крышки и температурного датчика, и после этого отдельно определяли общий вес малого контейнера c маслом.
Затем вычисляли абсолютно сухой вес торрефицированных гранул, и после этого абсолютно сухой вес гранул сравнивали с потерей масла (чистое испарение масла), и вычисляли потерю масла канолы в процентах.
Описанный выше процесс осуществляли дважды для каждого использованного типа масла (т.е. два тестовых испытания проводили для каждого отдельного типа тестируемого масла), при этом каждый процесс начинался с образцом уплотненных гранул весом 250 г.
Результаты
Данные этого примера приведены в таблице 17 и на фиг.17 для масел растительного происхождения, и в таблице 18 и на фиг.18 для масел на нефтяной основе. Эти результаты показали, что торрефикация уплотненной биомассы в маслах растительного происхождения в целом приводила к меньшему поглощению масла полученной торрефицированной уплотненной биомассой по сравнению с торрефикацией уплотненной биомассы в маслах на нефтяной основе.
Среди масел растительного происхождения торрефикация гранул ЕСП в подсолнечном масле при 270°C в течение 30 минут приводила к наименьшему количеству масла, поглощенному уплотненной биомассой (в среднем примерно 11,38% поглощения масла). Масло канолы приводило к набольшему поглощению масла торрефицированной уплотненной биомассой после торрефикации в масле канолы при 270°С в течение 30 минут (в среднем примерно 12,12% поглощения масла).
Среди масел на нефтяной основе, парафиновый воск, за которым следует моторное масло 5W30, приводили к наименьшему поглощению масла торрефицированной уплотненной биомассой (в среднем примерно 16,48% и 17,10% поглощения масла, соответственно). Трансмиссионное масло (80W90) приводило к набольшему поглощению масла торрефицированной уплотненной биомассой после торрефикации в трансмиссионном масле при 270°С в течение 30 минут (в среднем примерно 24,32% поглощения масла).
Данные в таблицах 17 и 18 также показывают, что торрефикация в маслах растительного происхождения приводила в целом к более низкой средней чистой потере в весе биомассы по сравнению с торрефикацией в маслах на нефтяной основе. Среди масел растительного происхождения торрефикация в арахисовом масле приводила к самой низкой средней чистой потере в весе (т.е. к чистой потере в весе примерно 7,70 г), и торрефикация в подсолнечном масле приводила к самой высокой средней чистой потере в весе (т.е. к чистой потере в весе примерно 10,85 г). Среди масел на нефтяной основе торрефикация в масле для цепных пил и гидравлической жидкости (AW32) приводила к самой низкой средней чистой потере в весе (т.е. к чистым потерям в весе примерно 10,70 г и 10,60 г, соответственно), и торрефикация в жидкости для автоматических трансмиссий (ATF) приводила к самой высокой средней чистой потере в весе (т.е. к чистой потере в весе примерно 17,23 г).
Как показано в таблицах 17 и 18, когда в качестве исходной уплотненной биомассы использовалась щепа, происходило существенно большее поглощение масла биомассой щепы в маслах растительного происхождения (масло канолы) и маслах на нефтяной основе (парафиновый воск), и отмечалась значительно большая
средняя чистая потеря в весе, когда биомассу щепы торрефицировали в маслах растительного происхождения (масло канолы) и маслах на нефтяной основе (парафиновый воск).
<b>Таблица 17</b><b>Поглощение масла и чистая потеря в весе для различных масел растительного происхождения</b>
Образец
Горючая жидкость
Уплотненная биомасса
Поглощение масла (%)
Чистая потеря в весе (г)
Среднее поглощение масла (%)
Средняя чистая потеря в весе (г)
1
Подсолнечное масло
Гранулы ЕСП
10,81
12,25
11,38
10,85
2
Подсолнечное масло
Гранулы ЕСП
11,96
9,45
1
Кукурузное масло
Гранулы ЕСП
11,25
9,15
11,88
9,33
2
Кукурузное масло
Гранулы ЕСП
12,52
9,50
1
Арахисовое масло
Гранулы ЕСП
12,02
7,35
11,76
7,70
2
Арахисовое масло
Гранулы ЕСП
11,50
8,05
1
Масло канолы
Гранулы ЕСП
10,93
12,05
12,12
10,58
2
Масло канолы
Гранулы ЕСП
13,30
9,10
1
Масло канолы
Щепа
213,40
74,00
239,27
88,23
2
Масло канолы
Щепа
265,13
102,45
Таблица 18
Образец
Горючая жидкость
Уплотненная биомасса
Поглощение масла (%)
Чистая потеря в весе (г)
Среднее поглощение масла (%)
Средняя чистая потеря в весе (г)
1
Масло для цепных пил
Гранулы ЕСП
19,71
11,00
20,39
10,70
2
Масло для цепных пил
Гранулы ЕСП
21,07
10,40
1
Моторное масло 5W30
Гранулы ЕСП
19,18
14,25
17,10
13,25
2
Моторное масло 5W30
Гранулы ЕСП
15,02
12,25
1
Жидкость для автоматических трансмиссий
Гранулы ЕСП
22,70
18,20
20,90
17,23
2
Жидкость для автоматических трансмиссий
Гранулы ЕСП
19,10
16,25
1
Гидравлическая жидкость (AW32)
Гранулы ЕСП
25,72
9,05
19,99
10,60
2
Гидравлическая жидкость (AW32)
Гранулы ЕСП
14,26
12,15
1
Трансмиссионное масло (80W90)
Гранулы ЕСП
34,09
13,70
24,32
12,93
2
Трансмиссионное масло (80W90)
Гранулы ЕСП
14,55
14,75
1
Парафиновый воск
Гранулы ЕСП
15,35
14,50
16,48
14,48
2
Парафиновый воск
Гранулы ЕСП
17,61
14,45
1
Парафиновый воск
Щепа
230,89
73,15
231,00
65,80
2
Парафиновый воск
Щепа
231,10
58,45
Пример 12:
Материалы и методы
В данном примере тестировали 2 кг уплотненных гранул из мягкой древесины, полученных из смеси ели, сосны и пихты (древесные гранулы ЕСП). 2 килограмма делили на образцы по 1 кг, и каждый 1 кг образец тестировали с помощью метода, описанного выше в примере 1, в горючей жидкости (в масле растительного происхождения или в масле на нефтяной основе), нагретой до температуры 270°C в течение 30 минут. Способ повторяли для двух 1 кг образцов для каждого отдельного типа масла. Соответственно, для каждого типа масла способ повторяли дважды, каждый раз с 1 кг образцом. Полученную в результате торрефицированную уплотненную биомассу из обоих экспериментов для каждого типа масла отбирали и смешивали для образования порции образца. 1 кг порции образца отбирали для тестирования.
В данном примере полученный 1 кг порции образца анализировали для определения теплоты сгорания торрефицированных гранул для каждого условия температуры/времени.
Масла растительного происхождения, использованные в данном примере, включали арахисовое масло, подсолнечное масло и
кукурузное масло. Масла на нефтяной основе, использованные в данном примере, включали жидкость для автоматических трансмиссий, трансмиссионное масло 80W90, моторное масло (5W30), масло для цепных пил и гидравлическую жидкость AW32.
Результаты
Результаты, представленные в таблицах 19 и 20 ниже, показывают, что масла на нефтяной основе, как правило, приводят к образованию торрефицированной уплотненной биомассы, имеющей несколько более высокую теплоту сгорания, чем уплотненная биомасса, которую торрефицировали в маслах растительного происхождения. Например, теплота сгорания для торрефицированной уплотненной биомассы, обработанной в маслах на нефтяной основе, составляла приблизительно 26 гигаджоулей на метрическую тонну (ГДж/т); тогда как теплота сгорания для биомассы, обработанной в маслах растительного происхождения, составляла приблизительно около 24-25 ГДж/т. Это различие может быть вызвано большим поглощением масла биомассой, прошедшей обработку в маслах нефтяного происхождения, как показано в примере 10 выше.
Результаты также показали, что все масла растительного происхождения давали торрефицированные продукты с приблизительно одинаковой теплотой сгорания, и все масла на нефтяной основе аналогичным образом давали торрефицированные продукты с приблизительно одинаковой теплотой сгорания.
Таблица 19Теплота сгорания торрефицированных древесных гранул после торрефикации при 270°C в течение 30 минут в маслах растительного происхождения
Результаты измерений
Подсолнечное масло
Кукурузное масло
Арахисовое Масло
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
1 кг
Влагосодержание*, %
1,04
0
0,78
0
1,52
0
Зола, %
0,47
0,48
0,44
0,44
0,43
0,44
Летучие вещества, %
80,96
81,81
80,69
81,32
80,22
81,46
Связанный углерод, %
17,53
17,71
18,09
18,24
17,83
18,10
Сера, %
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
10615
10727
10616
10699
10426
10587
ккал/кг
5897
5959
5898
5944
5792
5881
ГДж/т
24,69
24,95
24,69
24,89
24,25
24,62
Углерод, %
58,27
58,88
58,63
59,09
57,72
58,61
Азот, %
0,15
0,15
0,14
0,14
0,13
0,13
Кислород, %
33,34
33,69
33,29
33,56
33,53
34,04
*«Влагосодержание, %» относится к количеству воды в образцах непосредственно после процесса торрефикации (т.е. после стекания капель в течение 5 минут).
Таблица 20Теплота сгорания торрефицированных древесных гранул после торрефикации при 270°C в течение 30 минут в маслах на нефтяной основе
Результаты измерений
Масло для цепных пил
Гидравлическое масло AW32
Жидкость для автоматических трансмиссий
Трансмиссионное масло 80W90
Моторное масло 5W30
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
На сырое вещество
На сухое вещество
Вес
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
1 кг
Влагосодержание*, %
0,72
0
0,94
0
1,32
0
0,71
0
0,81
0
Зола, %
0,44
0,45
0,57
0,57
0,50
0,51
0,72
0,73
0,68
0,68
Летучие вещества, %
80,00
80,58
80,14
80,90
79,98
81,06
77,67
78,23
79,32
79,97
Связанный углерод, %
18,84
18,97
18,35
18,53
18,20
18,43
20,90
21,04
19,19
19,35
Сера, %
0,03
0,03
0,08
0,08
0,04
0,04
0,13
0,13
0,04
0,04
Теплота сгорания (общая)
БТЕ/фунт
10983
11062
11088
11194
10951
11098
11318
11399
10892
10981
ккал/кг
6102
6146
6160
6219
6084
6166
6288
6333
6051
6100
ГДж/т
25,55
25,73
25,79
26,04
25,47
25,81
26,33
26,51
25,33
25,54
Углерод, %
59,57
60,00
60,01
60,58
59,50
60,30
60,64
61,07
59,18
59,66
Азот, %
0,15
0,15
0,13
0,13
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16
Кислород, %
32,19
32,42
31,27
31,57
31,59
32,01
30,72
30,94
32,30
32,58
*«Влагосодержание, %» относится к количеству воды в образцах непосредственно после процесса торрефикации (т.е. после стекания капель в течение 5 минут).
Пример 13:
Материалы и методы
Реактор торрефикации малого масштаба был сконструирован для тестирования описанного здесь непрерывного/полупериодического способа. Реактор состоит из конвейерной ленты, которая может непрерывно или полупериодически транспортировать гранулы через горючую жидкость, содержащуюся в большой металлической кювете. Горючую жидкость нагревали с контролем температуры. Гранулы подавались на конвейерную ленту реактора в месте расположения бункера и далее транспортировались по конвейерной ленте через горючую жидкость и далее из нее. Реактор показан на фиг.19.
Результаты
Реактор, показанный на фиг.19, был использован для торрефикации древесных гранул и продемонстрировал, что непрерывный/полупериодический способ может использоваться для торрефикации гранул. Уплотненные гранулы подавали на конвейерную ленту в нагретую горючую жидкость (на правой стороне фиг.19) и транспортировали через горючую жидкость и удаляли из другого конца (т.е. на левой стороне фиг.19). Гранулы были полностью погружены при транспортировке на конвейерной ленте через горючую жидкость и подавались на другой конец в виде торрефицированной уплотненной биомассы.