JP2016526065A - Steam explosion method before vaporization - Google Patents

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Abstract

蒸気爆発プロセスユニットとバイオマスから合成ガスを生成するバイオマス気化部とを含む統合装置が論じられる。蒸気爆発プロセスユニットは熱、圧力及び湿気の組み合わせをバイオマスへと適用し前記バイオマスを湿潤な微粒子形態とする。前記蒸気爆発プロセスユニットは前記バイオマス内に存在する気体及び液体を加熱、加圧するため高圧蒸気を適用し、増加した湿気含有量を持つ前記バイオマスの急速な減圧を通じて前記バイオマスのバルク構造を内部的に分解する。これらの生成された湿潤なバイオマスの微粒子はその後前記バイオマス気化部の供給セクションへと供給され、それにより前記バイオマス粒子を急速なバイオマス気化反応にて反応させ合成ガスを生成する。【選択図】 図１ＢAn integrated device is discussed that includes a steam explosion process unit and a biomass vaporization section that produces syngas from biomass. The steam explosion process unit applies a combination of heat, pressure and moisture to the biomass to make the biomass into a wet particulate form. The steam explosion process unit applies high-pressure steam to heat and pressurize gases and liquids present in the biomass, and internalizes the biomass bulk structure through rapid depressurization of the biomass with increased moisture content. Decompose. These generated wet biomass particulates are then fed to the feed section of the biomass vaporization section, which reacts the biomass particles in a rapid biomass vaporization reaction to produce synthesis gas. [Selection] Figure 1B

Description

＜関連出願＞
本出願は２０１４年５月３日に出願され「気化前の蒸気爆発手法を用いたバイオマスの事前処理」と題した米国出願番号１４／２７６，７１９へと優先権とその利益を主張し、当該米国出願は２０１２年６月２２日に出願され「気化前の蒸気爆発方法を用いたバイオマスの事前処理」と題した米国非仮出願１３／５３１，３１８へと優先権と一部継続出願としての利益を主張している。本出願はまた、米国特許法１１９条の下で、２０１３年５月１４日に出願され「気化前の蒸気爆発方法を用いたバイオマスの事前処理」と題した米国仮出願番号６１／８２３，３６０へと優先権及びその利益を主張する。本出願はまた２０１３年６月４日付の「気化前の蒸気爆発方法を用いたバイオマスの事前処理」と題したＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０４４１４３へと優先権と一部継続出願としての利益を主張し、当該ＰＣＴ出願は上記米国仮出願番号６１／８２３，３６０及び米国非仮出願番号１３／５３１，３１８へと優先権及びその利益を主張した国際出願である。前述のすべての出願は参照により本出願へと取り込まれる。 <Related applications>
This application claims priority and benefit to US Application No. 14 / 276,719 filed May 3, 2014, entitled “Pretreatment of Biomass Using Steam Explosion Techniques Before Vaporization” US application filed on June 22, 2012 to US Non-Provisional Application 13 / 531,318 entitled “Pretreatment of Biomass Using Steam Explosion Method Before Vaporization” Insist on profit. This application is also filed on May 14, 2013 under US Patent Act No. 119, entitled US Preliminary Application No. 61 / 823,360 entitled “Pretreatment of Biomass Using Steam Explosion Method Before Vaporization”. Claim priority and benefits. This application also gives priority and partial continuation benefit to PCT application number PCT / US2013 / 044143 entitled “Pretreatment of biomass using steam explosion method before vaporization” dated June 4, 2013. Claimed, the PCT application is an international application claiming priority and benefit to US provisional application number 61 / 823,360 and US nonprovisional application number 13 / 531,318. All the aforementioned applications are incorporated into this application by reference.

＜技術分野＞
本設計は全般的に気化又は燃焼前の事前処理としての蒸気爆発方法を利用したバイオマスの処理に関する。ある実施形態において、前記設計は統合装置と特に関連し、前記統合装置は、前記バイオマスから液体燃料を生成するため又は前記バイオマスを高密度形態へと変換し液体燃料、熱／電力，動物飼料、寝床又は化学物質をさらに処理するための施設への経済的な移送を促進するためこのバイオマスを使用する。 <Technical field>
This design generally relates to the treatment of biomass using a steam explosion method as a pretreatment prior to vaporization or combustion. In certain embodiments, the design is particularly associated with an integration device that generates liquid fuel from the biomass or converts the biomass to a dense form to provide liquid fuel, heat / power, animal feed, This biomass is used to facilitate economical transfer to a bed or facility for further processing of chemicals.

本技術はもともと乾燥した木材チップを用いて中密度繊維ボードを製造するために想起された。他のプロセスは、前記木材チップを粉砕し、前記チップを乾燥させ、前記チップを再度粉砕し、前記繊維を湿潤化し、前記繊維を高密度化し、そして前記木材チップを高密度化（例えばペレット形態）する、といった複数の工程を必要とする。これらの工程は複雑で、資本集約的で、大量のエネルギーを必要とする。またある典型的なプロセスは、バイオマスの前記チップを乾燥させ、後の加熱／処理ユニットへと送る前に前記チップを非常に細かい寸法に粉砕することを必要とする。この乾燥及び粉砕には多量のエネルギーと資本コストがかかる。これらのプロセスは小さい繊維を生成するものの蒸気爆発プロセス（ＳＥＰ）により生成される微粒子の何倍ものサイズの繊維である。従前のＳＥＰプロセスを使用した産業では、繊維強度だけでなくバイオマスを構成する繊維の集約性も維持することが望まれ、それゆえ蒸気爆発ユニット内の過酷な状況には服しないより長い断片が望まれていた。また、前記バイオマスの追加的な機械的撹拌は、繊維長と繊維集約性の両者をさらに減少させてしまうことから適用されていなかった。   This technology was originally conceived to produce medium density fiberboard using dry wood chips. Other processes include crushing the wood chips, drying the chips, crushing the chips again, moistening the fibers, densifying the fibers, and densifying the wood chips (eg, in pellet form) ) Is required. These processes are complex, capital intensive and require large amounts of energy. One typical process also requires that the chips of biomass be dried and ground to very fine dimensions before being sent to a subsequent heating / processing unit. This drying and grinding requires a large amount of energy and capital costs. Although these processes produce small fibers, they are many times the size of the fine particles produced by the vapor explosion process (SEP). In industries using conventional SEP processes, it is desirable to maintain not only fiber strength, but also the integrity of the fibers that make up the biomass, and therefore longer fragments that are not subject to the harsh conditions in a steam explosion unit are desired. It was rare. Also, the additional mechanical agitation of the biomass has not been applied because it further reduces both fiber length and fiber aggregation.

統合装置は、蒸気爆発ユニットと、バイオマスから合成ガス（Ｓｙｎｇａｓ）を生成するためのバイオマス気化部とを含む。蒸気爆発ユニットは、前記バイオマスへと熱、圧力及び湿気の組み合わせを適用し前記バイオマスを湿潤な微粒子形態とする。前記蒸気爆発ユニットは、前記バイオマス内に存在する気体及び流体を加熱及び加圧する高圧の蒸気を適用する。前記２又はそれ以上のステージへの出口オリフィスにて、前記加圧されたバイオマスのバルク構造は内部的に分解し前記増加した湿気含有量を有する前記バイオマスの急速な減圧を通じて内部的に分解することとなる。この生成された湿潤なバイオマスの微粒子はその後前記バイオマス気化部のセクションへと供給され、それは合成ガス成分を生成する急速なバイオマス気化反応において前記バイオマス粒子と反応する。前記蒸気爆発ユニットの前記蒸気爆発ステージは精製ステージと結合し、前記精製ステージは、１又はそれ以上の刃を有し、前記バイオマスが前記蒸気爆発ユニットからオリフィスを通じてブローラインへと出る前に前記バイオマスを機械的に撹拌するよう構成されている。   The integrated apparatus includes a steam explosion unit and a biomass vaporization unit for generating synthesis gas (Syngas) from the biomass. The steam explosion unit applies a combination of heat, pressure, and moisture to the biomass to bring the biomass into a wet particulate form. The steam explosion unit applies high-pressure steam that heats and pressurizes gases and fluids present in the biomass. At the exit orifice to the two or more stages, the bulk structure of the pressurized biomass is internally decomposed and internally decomposed through rapid depressurization of the biomass having the increased moisture content It becomes. This generated wet biomass particulate is then fed into the biomass vaporization section, which reacts with the biomass particles in a rapid biomass vaporization reaction that produces a syngas component. The steam explosion stage of the steam explosion unit is combined with a purification stage, the purification stage having one or more blades, and before the biomass exits the steam explosion unit through an orifice to the blow line. Is mechanically stirred.

複数の図面が本設計の例示的実施形態について言及している。
図１Ａは、蒸気爆発ユニットの実施形態に係るフローの概念図を示し、蒸気爆発ユニットは供給材料としてバイオマスを受け入れる入力穴と、２又はそれ以上の蒸気供給口と、バイオマス気化部への後の供給のために前記バイオマスを事前処理する２又はそれ以上のステージとを備えている。 図１Ｂは、蒸気爆発ユニットの実施形態に係るフローの概念図であり、蒸気爆発ユニットは供給材料としてバイオマスを受け入れる入力穴と、２又はそれ以上の蒸気供給口と、バイオマス気化部への後の供給のために前記バイオマスを事前処理する２又はそれ以上のステージとを備えている。 図２は、バイオマスから合成ガスを生成し前記合成ガスから液体燃料製品を生成する統合装置に関するフロー図の実施形態を示す。 図３−１は、例示的なバイオマス気化部の代替構成について示している。 図３−２は、例示的なバイオマス気化部の代替構成について示している。 図３−３は、例示的なバイオマス気化部の代替構成について示している。 図３−４は、例示的なバイオマス気化部の代替構成について示している。 図４Ａ〜４Ｃは、リグニンにより囲まれ互いに接合されたセルロース繊維の繊維束を有する例示的バイオマスチップの異なる水準の拡大図について示している。 図４Ａ〜４Ｃは、リグニンにより囲まれ互いに接合されたセルロース繊維の繊維束を有する例示的バイオマスチップの異なる水準の拡大図について示している。 図４Ａ〜４Ｃは、リグニンにより囲まれ互いに接合されたセルロース繊維の繊維束を有する例示的バイオマスチップの異なる水準の拡大図について示している。 図４Ｄは、爆発してバイオマスの微粒子となる例示的なバイオマスチップについて示している。 図４Ｅは、個々の繊維へとほぐれた又は部分的に分離した繊維の束を有するバイオマスチップについて示している。 図５は、合成ガス製品を含む化学製品を生成するよう構成された輻射熱化学反応容器の実施形態に係るフロー概略図について示している。 本設計は、様々な修正及び代替的な形態を採る一方で、特定の実施形態が図面における例示により示され、本書面において詳細に記述されるであろう。本設計は、開示される特定の形態に限定されるものと理解されるべきなく、それとは逆に、本設計の精神と範囲に当てはまるすべての修正、均等物、代替物を含むことを意図している。 Several drawings refer to exemplary embodiments of the present design.
FIG. 1A shows a conceptual diagram of a flow according to an embodiment of a steam explosion unit, where the steam explosion unit has an input hole for receiving biomass as a feed, two or more steam feed ports, and a subsequent to the biomass vaporizer. Two or more stages for pre-processing the biomass for supply. FIG. 1B is a conceptual diagram of a flow according to an embodiment of a steam explosion unit, where the steam explosion unit has an input hole for accepting biomass as a feed, two or more steam feed ports, and a subsequent to the biomass vaporizer. Two or more stages for pre-processing the biomass for supply. FIG. 2 shows an embodiment of a flow diagram for an integrated device that generates syngas from biomass and generates a liquid fuel product from the syngas. FIG. 3A shows an alternative configuration of an exemplary biomass vaporization unit. FIG. 3-2 illustrates an alternative configuration of an exemplary biomass vaporization section. FIG. 3-3 shows an alternative configuration of an exemplary biomass vaporization section. 3-4 illustrate an alternative configuration for an exemplary biomass vaporization section. 4A-4C show different levels of an enlarged view of an exemplary biomass chip having fiber bundles of cellulose fibers surrounded by lignin and joined together. 4A-4C show different levels of an enlarged view of an exemplary biomass chip having fiber bundles of cellulose fibers surrounded by lignin and joined together. 4A-4C show different levels of an enlarged view of an exemplary biomass chip having fiber bundles of cellulose fibers surrounded by lignin and joined together. FIG. 4D shows an exemplary biomass chip that will explode into biomass particulates. FIG. 4E shows a biomass chip having a bundle of fibers loosened or partially separated into individual fibers. FIG. 5 shows a schematic flow diagram according to an embodiment of a radiant heat chemical reaction vessel configured to produce a chemical product including a synthesis gas product. While the design may take various modifications and alternative forms, specific embodiments will be shown by way of example in the drawings and will be described in detail herein. This design should not be construed as limited to the particular forms disclosed, but on the contrary is intended to include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the design. ing.

以下の記述では、本設計の完全な理解を提供するため、例えば、特定の化学物質、命名された構成、接続、熱源の種類等の多数の特定の詳細が述べられる。しかしながら、当業者によれば本設計がこれらの特定の詳細がなくとも実施されることが明らかであろう。他の例では、周知の構成や方法については詳細に説明せず、むしろ本開示を不必要に不明確なものとすることを避けるべくブロック図にて説明した。従って、前記述べられた特定の詳細は単に例示的なものである。前記特定の詳細は、本設計の精神と範囲から変更され得り、かつ未だ本設計の精神と範囲内にあると考えられ得る。   In the following description, numerous specific details are set forth, such as specific chemicals, named configurations, connections, heat source types, etc., in order to provide a thorough understanding of the design. However, it will be apparent to those skilled in the art that the design may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and methods have not been described in detail, but rather are illustrated in block diagrams in order to avoid unnecessarily obscuring the present disclosure. Accordingly, the specific details set forth above are merely exemplary. The specific details may vary from the spirit and scope of the design and may still be considered within the spirit and scope of the design.

一般に、バイオマスの事前処理のための多くの例示的方法及びバイオマスの事前処理と関連した多くの装置が記載される。以下の図面及び文章は、バイオマスの前記事前処理を用いた統合装置のための様々な例示的実施について記述する。ある実施形態においては、前記統合装置は少なくとも蒸気爆発ユニットとバイオマスから合成ガスを生成するバイオマス気化部とを含む。前記蒸気爆発ユニットは、バイオマスを供給材料として受け入れる１又はそれ以上の入力穴と、１又はそれ以上の蒸気供給口と、後に前記バイオマス気化部へと供給するため前記バイオマスを事前処理しバイオマスの粒子を生成する２又はそれ以上のステージと、を有してもよい。前記ステージは、熱、圧力及び湿気の組み合わせを用い、それらは前記バイオマスを湿潤な微粒子形態とするため適用される。前記蒸気爆発プロセスは、前記バイオマスのセルロース繊維からのヘミセルロースとリグニンとの間の結合を分解することを開始し前記受け入れたバイオマスチップの湿気含有量を増加させる、第１の蒸気供給口からの蒸気を適用することにより、前記受け入れたバイオマスチップのバルク構造を少なくとも部分的に分解する。最後のステージにおいて、第２の蒸気供給口からの少なくとも大気圧の１４倍の蒸気が適用され、前記バイオマス内に存在する気体と流体が加熱及び加圧されることとなる。前記２又はそれ以上へのステージの出口オリフィスにおいて前記加圧されたバイオマスの前記バルク構造は前記バイオマスの急速な減圧を通じて内部で分解する。前記バイオマスの前記バルク構造は、増加した湿気含有量と分解した結合を有する前記バイオマスの急速な減圧を通じて分解される。前記ステージからの前記湿潤な微粒子形態へと生成された前記バイオマスは、例えば、厚さが７０ミクロンより小さく長さが５００ミクロンより小さい平均寸法を有し得る。この生成されたバイオマスの湿潤な微粒子は、その後、前記バイオマス気化部の供給セクションへと供給される。前記バイオマス気化部は反応容器を有し、前記反応容器は、前記蒸気爆発ユニットにて分解されたことにより前記入力穴にて受け入れたバイオマスチップに比べて増加した表面積と減少した粒子サイズを有する湿潤な微粒子形態の前記バイオマスを反応させるよう構成されている。前記バイオマス気化部は、第３の蒸気供給口と１又はそれ以上の熱源を有し、前記蒸気の存在下における微粒子形態の前記バイオマスは、前記反応容器において０．１秒から３００秒の滞留時間急速なバイオマス気化反応にて反応し、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）を含む少なくとも合成ガス成分を生成することとなる。   In general, a number of exemplary methods for biomass pretreatment and a number of devices associated with biomass pretreatment are described. The following figures and text describe various exemplary implementations for an integrated device using the pretreatment of biomass. In one embodiment, the integrated device includes at least a steam explosion unit and a biomass vaporization unit that generates synthesis gas from biomass. The steam explosion unit pre-processes the biomass to supply biomass to one or more input holes for receiving the biomass as feed material, one or more steam supply ports, and later to the biomass vaporization section, thereby producing biomass particles. And two or more stages for generating The stage uses a combination of heat, pressure and moisture, which are applied to bring the biomass into a wet particulate form. The steam explosion process begins to break down the bond between hemicellulose and lignin from the biomass fiber of the biomass and increases the moisture content of the received biomass chip, steam from a first steam feed To at least partially decompose the bulk structure of the received biomass chip. In the final stage, steam at least 14 times the atmospheric pressure from the second steam supply port is applied, and the gas and fluid present in the biomass are heated and pressurized. The bulk structure of the pressurized biomass at the outlet orifice of the two or more stages decomposes internally through rapid depressurization of the biomass. The bulk structure of the biomass is degraded through rapid decompression of the biomass with increased moisture content and degraded bonds. The biomass produced into the wet particulate form from the stage may have an average dimension, for example, less than 70 microns in thickness and less than 500 microns in length. The generated biomass wet particulates are then fed to the feed section of the biomass vaporization section. The biomass vaporization unit has a reaction vessel, and the reaction vessel is wet having an increased surface area and a reduced particle size compared to the biomass chip received in the input hole by being decomposed by the steam explosion unit. It is configured to react the biomass in the form of fine particles. The biomass vaporization section has a third steam supply port and one or more heat sources, and the biomass in the form of fine particles in the presence of the steam has a residence time of 0.1 seconds to 300 seconds in the reaction vessel. It reacts by rapid biomass vaporization reaction, and produces | generates at least a synthesis gas component containing hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO).

考え得るバイオマス気化部の実施例は、高温蒸気供給口と、例えば、ガスバーナ又は蓄熱ヒータのような１又はそれ以上の加熱部を有する。前記蒸気の存在下で、前記蒸気爆発ユニットにより分解した前記バイオマスの粒子は、前記バイオマス気化部において７００度Ｃより高い温度で１秒より小さい滞留時間の急速なバイオマス気化反応で前記反応容器内で反応し、それにより水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）を含む合成ガス成分を生成し、当該合成ガス成分はメタノール（ＣＨ３ＯＨ）合成反応器へと供給される。当業者であれば、本例示的書面の以下で議論されるデザインの多くの部分及び側面は、単独のコンセプトとしても用いられてもよいし、互いの組み合わせとして用いられてもよい。   Examples of possible biomass vaporization sections have a high temperature steam supply and one or more heating sections such as, for example, a gas burner or a regenerative heater. In the presence of the steam, the biomass particles decomposed by the steam explosion unit are subjected to a rapid biomass vaporization reaction with a residence time of less than 1 second at a temperature higher than 700 ° C. in the biomass vaporization unit. The reaction thereby produces a syngas component containing hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO), which is fed to a methanol (CH3OH) synthesis reactor. Those skilled in the art may use many portions and aspects of the design discussed below in this exemplary document as a single concept or in combination with each other.

図１Ａ及び１Ｂは、蒸気爆発ユニットの実施形態に係るフロー概念図を示し、蒸気爆発ユニットは供給材料としてバイオマスを受け入れる入力穴と、２又はそれ以上の蒸気供給口と、バイオマス気化部への後の供給のために前記バイオマスを事前処理する２又はそれ以上のステージとを備えている。   1A and 1B show a flow conceptual diagram according to an embodiment of a steam explosion unit, where the steam explosion unit has an input hole for accepting biomass as a feed, two or more steam feed ports, and a post to biomass vaporizer. And two or more stages for pre-processing the biomass for the supply.

前記入って来るチップ形態のバイオマスの水分値は、追加の乾燥なく外部に残されたバイオマスに対しておよそ１５％から６０％まで変化し得る。バイオマスのチップは、チッパユニット１０４により生成し得り、前記チッパユニットは、およそ１インチより小さく平均長さにおいて平均およそ０．５インチであり平均厚さにおいて平均しておよそ０．２５インチとなるチップを生成する寸法を有するフィルタと協働する（例えば、バイオマス丸太４５３からのバイオマスチップ４５１を例示する図４Ａ参照）。前記バイオマスチッパユニット１０４は、前記バイオマスを切り刻みチップ化するのに使用される４又はそれ以上の刃を含み得る。前記バイオマス丸太の供給スピード、ナイフ刃のスピード、前記ナイフの突出距離及び前記ナイフの角度は、すべて前記チップのサイズを制御するよう働く。前記チップは、その後篩にかけられオーバーサイズのものは再度チップ化され得る。特定の性質を高めるため異なるソース又は材木種からのチップの混合もあり得る。不純物を検出し取り除くため磁石又はその他のスキャナが通り過ぎてもよい。バイオマスのチップは運搬部に供給され又は前記蒸気爆発ユニット１０８の前記熱分解ステージの圧力容器内に置かれてもよく、前記蒸気爆発ユニットは、初期低圧飽和蒸気を用いてバイオマスチップの分解、加水／湿潤化及び軟化を開始するものである。前記低圧飽和蒸気は１００度Ｃであってもよい。前記システムは、またこの時点で前記バイオマスチップによる詰まりや栓をしてしまうことを防止するため前記バイオマス気化部１１４からの再利用された灰のような流動補助材を注入し得る。   The moisture value of the incoming chip form biomass can vary from approximately 15% to 60% relative to the biomass left outside without additional drying. Biomass chips can be produced by the chipper unit 104, which is less than approximately 1 inch, averages approximately 0.5 inches in average length, and averages approximately 0.25 inches in average thickness. Working with a filter having dimensions to produce a chip (see, eg, FIG. 4A illustrating a biomass chip 451 from a biomass log 453). The biomass chipper unit 104 may include four or more blades used to chop the biomass into chips. The biomass log feed speed, knife blade speed, knife protrusion distance and knife angle all serve to control the size of the chip. The chips can then be sieved and oversized ones can be chipped again. There can also be a mix of chips from different sources or timber species to enhance certain properties. A magnet or other scanner may be passed to detect and remove impurities. Biomass chips may be supplied to a transport section or placed in a pressure vessel of the pyrolysis stage of the steam explosion unit 108, which uses the initial low pressure saturated steam to decompose and hydrolyze biomass chips. / Initiates wetting and softening. The low-pressure saturated steam may be 100 degrees C. The system may also inject a flow aid such as recycled ash from the biomass vaporizer 114 to prevent clogging or plugging with the biomass chips at this point.

チッパユニット１０４は供給を行ってもよく、前記蒸気爆発ユニット１０８は２又はそれ以上の種類のバイオマス供給材料を受け入れるよう構成され、前記異なる種類のバイオマスは、１）軟材、２）硬材、３）草、４）植物の外皮及び５）いずれかの混合した組み合わせを含み、蒸気爆発ユニットは前記蒸気爆発ユニット１０８内において同質化し加熱された供給材料へと処理し、前記供給材料はその後集約され前記バイオマス気化部１１４へと供給される。前記蒸気爆発ユニット１０８、乾燥部１１２及びバイオマス気化部１１４は、蒸気爆発ステージと乾燥部１１２から生成される前記バイオマス粒子の少なくとも粒子サイズの制御を通じて、前記供給設備の物理的設計又は前記バイオマス気化部１１４の物理的設計を変更することなく供給材料を柔軟なものとするよう設計されている。前記乾燥部１１２は、フラッシュドライヤ、ドラムドライヤ、パドルドライヤ、エアドライヤ、又は同種のデバイスであってもよい。   The chipper unit 104 may supply, and the steam explosion unit 108 is configured to accept two or more types of biomass feedstock, the different types of biomass being 1) softwood, 2) hardwood, 3) including grass, 4) plant hull and 5) any mixed combination, the steam explosion unit is processed into homogenized and heated feed material in the steam explosion unit 108, which feed material is then aggregated And supplied to the biomass vaporization section 114. The steam explosion unit 108, the drying unit 112, and the biomass vaporization unit 114 are configured such that a physical design of the supply facility or the biomass vaporization unit is performed by controlling at least the particle size of the biomass particles generated from the steam explosion stage and the drying unit 112. The feed material is designed to be flexible without changing the physical design of 114. The drying unit 112 may be a flash dryer, a drum dryer, a paddle dryer, an air dryer, or a similar device.

上述の通り、磁気フィルタ及び空気洗浄フィルタシステムは、前記熱加水ステージへと結合してもよく、それにより前記熱加水ステージへと入る前に金属片及び重い石がチップ形態の前記バイオマスから除去されることを保証する。前記磁気フィルタと前記空気洗浄フィルタシステムは、いずれかの金属片及び／又は重い石が前記放出口を含む前記蒸気爆発ユニットの一部を塞ぐことを防止する。前記空気洗浄フィルタシステムは、軽い重量の砂だけでなく非常に重い石が離脱することも補助する。前記蒸気爆発ステージの前記放出口を形成する前記オリフィスは、例えば、０．２５〜０．３７５インチであることに留意されたい。   As described above, a magnetic filter and air wash filter system may be coupled to the thermal hydration stage, whereby metal pieces and heavy stones are removed from the biomass in the form of chips before entering the thermal hydration stage. I guarantee that. The magnetic filter and the air cleaning filter system prevent any piece of metal and / or heavy stone from blocking a portion of the vapor explosion unit including the outlet. The air scrub filter system assists in the removal of very heavy stones as well as light weight sand. Note that the orifice forming the outlet of the vapor explosion stage is, for example, 0.25 to 0.375 inches.

前記蒸気爆発ユニット１０８は、バイオマスを供給材料として受け入れる入力穴と、１又はそれ以上の蒸気供給口と、後のバイオマス気化部１１４への供給のために前記バイオマスを事前処理するための２又はそれ以上のステージとを有する。前記ステージは、前記バイオマスを湿潤な微粒子形態にするために前記バイオマスへと適用される熱と、圧力と湿気の組み合わせを使用する。前記蒸気爆発プロセスは、前記バイオマスのセルロース繊維からのヘミセルロースとリグニンとの間の結合を分解することを開始し前記受け入れたバイオマスチップの湿気含有量を増加させる低圧蒸気供給口からの蒸気を適用することにより前記受け入れたバイオマスチップのバルク構造を少なくとも部分的に分解する（例として、リグニンにより囲まれ互いに接合されたセルロース繊維の繊維束を有するバイオマスのチップを例示する図４Ｂを参照）。最後のステージにおいて、高圧蒸気供給口からの少なくとも大気圧の１４倍の蒸気が、前記バイオマス内に存在する気体及び流体を加熱及び加圧するよう適用され、それにより前記増加した湿気含有量と分解した結合を有する前記バイオマスの急速な減圧を通じて前記受け入れたバイオマスのバルク構造を内部的に分解することとなる。   The steam explosion unit 108 includes an input hole for receiving biomass as a feed material, one or more steam supply ports, and two or more for preprocessing the biomass for subsequent supply to the biomass vaporizer 114. It has the above-mentioned stage. The stage uses a combination of heat, pressure and moisture applied to the biomass to bring the biomass into a wet particulate form. The steam explosion process applies steam from a low pressure steam supply that begins to break down the bond between hemicellulose and lignin from the cellulose fibers of the biomass and increases the moisture content of the received biomass chips. Thereby at least partially degrading the bulk structure of the received biomass chip (see, for example, FIG. 4B illustrating a chip of biomass having fiber bundles of cellulose fibers surrounded by lignin and joined together). In the last stage, at least 14 times the atmospheric pressure of steam from the high pressure steam supply is applied to heat and pressurize the gas and fluid present in the biomass, thereby decomposing with the increased moisture content. Through the rapid depressurization of the biomass with bonds, the bulk structure of the accepted biomass will be internally decomposed.

一の実施形態において、前記蒸気爆発ユニット１０８の前記２又はそれ以上のステージは、少なくとも熱加水ステージと蒸気爆発ステージとを含む。   In one embodiment, the two or more stages of the steam explosion unit 108 include at least a thermal hydration stage and a steam explosion stage.

前記熱加水ステージは、前記バイオマスのチップを受け入れる前記入力穴と、低圧飽和蒸気をバイオマスの前記チップを含む容器へと適用する前記低圧蒸気供給口とを含む。前記熱加水ステージは、葉、針状の葉、樹皮、及び木材を含むチップ形態の前記バイオマスを受け入れるよう構成されている。前記熱加水ステージは、前記リグニンのガラス遷移点より高い温度の前記バイオマスへと前記低圧蒸気を適用し、前記バイオマスを軟化し前記湿気含有量を上昇させ、それにより前記蒸気爆発ステージの前記バイオマスのセルロース繊維が前記チップ形態のバイオマスから容易に内部的に分解可能となる。一の実施形態において、前記バイオマスのチップは、前記蒸気を用いて６０℃より高い温度へと加熱される。前記低圧蒸気供給口は低圧飽和蒸気を容器へと適用し、前記容器は６０度Ｃより高いものの１４５度Ｃより低い上昇した温度であって大気圧付近の前記バイオマスのチップを含み、前記受け入れたチップ形態のバイオマスの分解、加水及び軟化を開始する。前記低圧蒸気口は前記容器の周囲に戦略的に配置された数個のノズルを含み得る。温度センサセットは、前記受け入れたバイオマスのチップの前記上昇した温度のフィードバックを提供する。制御システムは、前記熱加水ステージに８〜２０分の滞留時間前記バイオマスのチップを留置することを維持するよう構成され、前記滞留時間は前記バイオマスを蒸気爆発ステージへと移動させる前に前記バイオマスチップを湿気で飽和させるのに十分な長さである。前記樹木の幹からの木切れにはより短い滞留時間が存在し、樹木の枝や針葉樹等にはより長い滞留時間が存在する。   The thermal hydration stage includes the input hole that receives the chip of biomass and the low pressure steam supply port that applies low pressure saturated steam to a container containing the chip of biomass. The thermal hydration stage is configured to receive the biomass in chip form including leaves, needle-shaped leaves, bark, and wood. The thermal hydration stage applies the low pressure steam to the biomass at a temperature above the glass transition point of the lignin, softens the biomass and increases the moisture content, thereby increasing the biomass of the biomass in the steam explosion stage. Cellulose fibers can be easily decomposed internally from the chip-shaped biomass. In one embodiment, the biomass chips are heated to a temperature above 60 ° C. using the steam. The low pressure steam supply port applies low pressure saturated steam to the container, the container containing the chip of biomass above the atmospheric pressure at an elevated temperature above 145 degrees C but below 145 degrees C Initiates decomposition, hydration and softening of chip-shaped biomass. The low pressure steam port may include several nozzles strategically arranged around the vessel. A temperature sensor set provides feedback of the elevated temperature of the received biomass chip. The control system is configured to maintain indwelling the chip of biomass for 8-20 minutes residence time in the thermal hydration stage, the residence time being the biomass chip before moving the biomass to a steam explosion stage. It is long enough to saturate the water. There is a shorter residence time in the tree cut from the trunk of the tree, and there is a longer residence time in the branches and conifers of the tree.

前記熱加水ステージは、送りねじ供給システムを介し得るが、軟化され湿気含有量が増加したバイオマスチップを前記蒸気爆発ステージへと供給する。制御システムは、前記蒸気爆発ステージの圧力を熱加水ステージに存在する圧力の１０〜３０倍、例えば１６０〜２７０℃、好ましくは１９０〜２２０℃といった上昇した温度に維持する。前記圧力は１８０〜４５０ポンド／スクエアインチ（ＰＳＩ）（好ましくは３００ＰＳＩ）であってもよい。前記蒸気爆発ステージは、前記バイオマスの湿気含有量を、さらに、少なくとも重量において４０％、好ましくは重量において５０〜６０％の湿気含有量だけ上昇させる。前記重量における湿気割合は、前記バイオマスチップと水分重量の和で構成される全重量により割られた水の重量であり得る。前記蒸気爆発ステージにおいて、前記軟化し加水されたバイオマスチップは、前記バイオマス材料のバルク構造の部分的な中空セルロース繊維及びその他の多孔領域内に高圧蒸気を生成するために、例えば３分から１５分の十分な時間区間高温高圧蒸気へとさらされる（例として、多数の多孔領域を有する拡大図であって、リグニンにより囲まれ互いに接合されたセルロース繊維の束を有するバイオマスチップを例示する図４Ｃ参照）。   The thermal hydration stage may be through a feed screw supply system, but supplies the biomass chips that have been softened and have increased moisture content to the steam explosion stage. The control system maintains the pressure of the steam explosion stage at an elevated temperature, such as 10-30 times the pressure present in the thermal hydration stage, for example 160-270 ° C, preferably 190-220 ° C. The pressure may be 180 to 450 pounds per square inch (PSI) (preferably 300 PSI). The steam explosion stage further increases the moisture content of the biomass by a moisture content of at least 40% by weight, preferably 50-60% by weight. The moisture ratio in the weight may be the weight of water divided by the total weight constituted by the sum of the biomass chip and the moisture weight. In the steam explosion stage, the softened and hydrolyzed biomass chips are produced, for example, for 3 to 15 minutes in order to generate high pressure steam in the partial hollow cellulosic fibers and other porous regions of the bulk structure of the biomass material. Exposed to high temperature high pressure steam for a sufficient time period (see, for example, FIG. 4C illustrating a biomass chip having a bundle of cellulosic fibers surrounded by lignin and joined together with a large number of porous regions) .

前記熱加水ステージの後、前記軟化されたチップ形態のバイオマスは、プラグ形態へと１）押しつぶされ及び２）圧縮されのうちのいずれかの組み合わせがなされ、連続的送りねじ運搬システムへと供給される。前記連続的送りねじ運搬システムは、プラグ形態の前記バイオマスを前記蒸気爆発ステージへと移動させる。前記連続的送りねじ運搬システムは、プラグ形態の前記バイオマスを使用して、前記蒸気爆発ステージに存在する前記高圧蒸気からのブローバック背圧が前記熱加水ステージに影響することを防止する。１）チェック弁や、２）各ステージが開閉機構により隔離可能となっている状態でバイオマスをステージ間で移動させること等といったその他の手法も使用可能である。   After the thermal hydration stage, the softened chip-form biomass is either a combination of 1) crushed and 2) compressed and fed to a continuous feed screw delivery system. The The continuous feed screw delivery system moves the biomass in plug form to the steam explosion stage. The continuous feed screw transport system uses the biomass in plug form to prevent blowback back pressure from the high pressure steam present in the steam explosion stage from affecting the thermal hydration stage. Other methods such as 1) a check valve and 2) moving biomass between stages in a state where each stage can be isolated by an opening / closing mechanism can also be used.

前記蒸気爆発ステージは、８５０ｐｓｉまでの圧力で動作可能であるものの、好ましくは４５０ｐｓｉより小さい圧力に維持する。センサセットは、前記動作圧力を検出してもよい。前記プラグ送りねじ供給部は、前記蒸気爆発ステージに沿って前記チップを運搬する。高圧蒸気は、蒸気混合運搬部と呼ばれる部分において前記プラグ送りねじ供給部へと導入される。前記高圧供給口は、前記蒸気混合運搬部の周囲に戦略的に配置された数個のノズルで構成されてもよい。前記蒸気爆発ステージを通じての前記バイオマスチップ材料の供給割合は、前記プラグ送りねじ供給部を介して正確に制御される。前記蒸気爆発ステージ内の保持時間は、前記制御システムにより個別に制御される。前記蒸気爆発ステージにおいてプラグ形態の前記バイオマスは、高圧蒸気入力からの少なくとも１６０度Ｃであって１６０ＰＳＩの高温高圧蒸気へと少なくとも５分間、好ましくはおよそ１０分間さらされ、それは、湿気が前記バイオマスのバルク構造の多孔部分に浸透し前記バイオマス内のすべての液体及び気体が前記高圧へと上昇するまで行われる。一の実施形態において、前記蒸気爆発ステージは、温度と圧力センサのセットと制御システムを有し、前記バイオマスは、湿気が前記バイオマスのバルク構造の多孔部分へと浸透するまで、前記第２の蒸気入力からの少なくとも１８８度Ｃであって１６０ＰＳＩの高温高圧蒸気へと５〜２０分の間さらされる。   The vapor explosion stage is operable at pressures up to 850 psi, but is preferably maintained at a pressure less than 450 psi. The sensor set may detect the operating pressure. The plug feed screw supply unit carries the tip along the vapor explosion stage. High-pressure steam is introduced into the plug feed screw supply section at a portion called a steam mixing and conveying section. The high-pressure supply port may be composed of several nozzles strategically arranged around the vapor mixing and conveying unit. The supply rate of the biomass chip material through the steam explosion stage is accurately controlled via the plug feed screw supply unit. The holding time in the steam explosion stage is individually controlled by the control system. In the steam explosion stage, the biomass in plug form is exposed to a high temperature high pressure steam of at least 160 degrees C and 160 PSI from a high pressure steam input for at least 5 minutes, preferably about 10 minutes, so that moisture is present in the biomass. This is carried out until it penetrates into the porous part of the bulk structure and all liquids and gases in the biomass rise to the high pressure. In one embodiment, the steam explosion stage comprises a set of temperature and pressure sensors and a control system, and the biomass is in the second steam until moisture penetrates into a porous portion of the bulk structure of the biomass. Expose to high temperature high pressure steam at least 188 degrees C from the input and 160 PSI for 5-20 minutes.

上述の通り、爆発の元を提供するよう前記システムが前記バイオマスチップ内に一定程度の湿気（ｈｕｍｉｄｉｔｙ）／湿気（ｍｏｉｓｔｕｒｅ）を有する場合に、前記蒸気爆発プロセスは最良に動作する。そのため通常、前記チップの湿気は一般に、前記蒸気爆発反応器の中にある間、重量において少なくとも５０〜５５％である。前記蒸気爆発ユニット１０８の前記蒸気爆発ステージにおいて、前記圧力と温度は、軟化したリグニンを有する前記バイオマスチップを含むチャンバの中で、前記熱加水ステージのバイオマスチップを有する前記容器の作動環境より少なくとも２０度高い高温であって、前記チャンバ内で大気圧の１４倍より高圧に、前記熱加水ステージの設定時間よりも短い期間ではあるが、上昇させられる。   As described above, the steam explosion process works best when the system has a certain degree of humidity / moisture in the biomass chip to provide the source of the explosion. Therefore, typically the tip moisture is typically at least 50-55% by weight while in the vapor explosion reactor. In the steam explosion stage of the steam explosion unit 108, the pressure and temperature are at least 20 from the operating environment of the vessel having biomass chips in the thermal hydration stage in a chamber containing the biomass chips having softened lignin. The temperature is raised to a pressure higher than 14 times the atmospheric pressure in the chamber, although it is shorter than the set time of the thermal hydration stage.

前記連続的送りねじ運搬システムは、プラグ形態の前記バイオマスを前記蒸気爆発ステージを介して精製ステージへと供給する。前記蒸気爆発ステージは、１又はそれ以上の刃を有する精製ステージへと結合し、前記精製ステージは、前記加圧されたバイオマスが前記蒸気爆発ステージから前記蒸気爆発ステージ内の圧力の３分の１より小さい圧力に維持されたブローラインへと前記出口オリフィスを通じて出る前に前記加圧されたバイオマスを機械的に撹拌し、それにより前記加圧されたバイオマスを内部的に分解するよう構成されている。前記精製ステージにおける前記機械的撹拌は、粒子状態のバイオマスが前記バイオマス粒子の平均寸法においてより均質なサイズ分布をもつ結果となることを生じさせるよう構成される。前記精製ステージの前記刃は、前記加圧され加湿されたバイオマスを機械的に撹拌し、前記撹拌されたバイオマスを前記オリフィス出口へと送る。   The continuous feed screw delivery system supplies the biomass in plug form to the purification stage via the steam explosion stage. The steam explosion stage is coupled to a refining stage having one or more blades, the refining stage, wherein the pressurized biomass is one third of the pressure in the steam explosion stage from the steam explosion stage. Configured to mechanically agitate the pressurized biomass before exiting through the exit orifice to a blow line maintained at a lower pressure, thereby internally decomposing the pressurized biomass. . The mechanical agitation in the purification stage is configured to cause the particulate biomass to result in a more homogeneous size distribution in the average size of the biomass particles. The blade of the purification stage mechanically agitates the pressurized and humidified biomass and sends the agitated biomass to the orifice outlet.

一の実施形態において、小さい開口部は、前記出口を形成し、およそ４〜１０バールの気圧に維持された管又はその他の容器領域へと延び、前記高圧の内部流体又は気体は、前記バイオマスを内部的に分解するよう膨張する。ある場合において、前記圧力は、前記蒸気爆発反応容器内の高圧から大気圧へと降下する。いずれにせよ、前記蒸気爆発ステージの前記出口とサイクロン式水分分離ステージとの間にある前記管又はその他の容器内にて生じる前記大幅な圧力降下は、急速な降下である。一の実施形態において、１６０〜４５０ＰＳＩの前記バイオマスの前記バルク構造を、例えば４〜１０バールの前記劇的に減少した圧力の管へと押し出すことにより、前記圧力降下は急激に生じ、前記圧力降下による急速な蒸気膨張、又は蒸発圧力より小さい圧力への降下により蒸発する液体水分の「急速な通過」による、内部「爆発」を生じさせ、それによりチップ形態の前記バイオマスをバイオマスの微粒子へと内部的に分解することとなる。他の実施形態においては、前記蒸気爆発ステージの前記蒸気爆発反応容器部は、特別な放出機構を含み、前記放出機構は、前記バイオマスチップ材料を「爆発」させ大気圧の次のステージへと送るよう構成されている。前記放出機構は、反応容器の放出バルブ又はドアの外側の前記高圧蒸気爆発容器から前記ブロータンクの前記供給ラインへと前記バイオマスを放出するよう開く。   In one embodiment, a small opening forms the outlet and extends to a tube or other container area maintained at a pressure of approximately 4-10 bar, and the high pressure internal fluid or gas allows the biomass to flow. Inflates to break down internally. In some cases, the pressure drops from high pressure in the steam explosion reactor to atmospheric pressure. In any case, the significant pressure drop that occurs in the tube or other vessel between the outlet of the steam explosion stage and a cyclonic moisture separation stage is a rapid drop. In one embodiment, the pressure drop occurs abruptly by extruding the bulk structure of the biomass of 160-450 PSI into the dramatically reduced pressure tube, eg, 4-10 bar, and the pressure drop Causes an internal “explosion” due to rapid vapor expansion due to, or “rapid passage” of liquid water that evaporates due to a drop to a pressure less than the evaporation pressure, thereby internalizing the biomass in chip form into particulates of biomass Will be broken down. In another embodiment, the steam explosion reaction vessel portion of the steam explosion stage includes a special release mechanism that “explodes” the biomass chip material and sends it to the next stage of atmospheric pressure. It is configured as follows. The release mechanism opens to release the biomass from the high pressure steam explosion vessel outside the reaction vessel discharge valve or door to the supply line of the blow tank.

それゆえ、このステージの前記蒸気爆発反応容器からの前記加圧蒸気又は過熱水は、その後爆発を生じさせるよう急激に降下し、それにより前記バイオマスチップを微粒子へと分解する（例として、バイオマスの微粒子４５３へと爆発するバイオマスチップを例示する図４Ｄ参照）。前記バイオマスを構成する前記もとの繊維束は、分離した細かい粉の粒子となる破片へと爆発する（例として、リグニンにより囲まれ互いに接合されたセルロース繊維の繊維束を有するバイオマスチップの異なるレベルの拡大図を例示する図４Ａ〜Ｃを参照し、図４Ｄと比較されたい）。   Therefore, the pressurized steam or superheated water from the steam explosion reaction vessel at this stage then drops rapidly to cause an explosion, thereby breaking down the biomass chips into fine particles (for example, FIG. 4D illustrating a biomass chip that explodes into microparticles 453). The original fiber bundles that make up the biomass explode into fragments that become separated fine powder particles (for example, different levels of biomass chips having fiber bundles of cellulose fibers surrounded by lignin and joined together) See FIG. 4A-C illustrating an enlarged view of FIG.

前記湿気とバイオマスチップは、前記反応容器の放出口から、前記容器／ブローラインの前記端部においておよそ大気圧の前記ブローライン等の容器へと押し出される。前記バイオマス材料の部分的な中空繊維及びその他の多孔領域内の前記高圧蒸気又は水分の蒸気への転換は、前記バイオマスの細胞が湿潤な粉の微粒子へと爆発することを生じさせる。前記バイオマスの前記バルク構造は、リグニンの有機的ポリマと複数のセルロース繊維を囲むヘミセルロースを含む。前記バイオマスの前記バルク構造は本ＳＥＰステップにおいて内部的に分解され、前記ＳＥＰステップは、前記リグニンの層とヘミセルロースとがまず反応しその後前記セルロース繊維をさらした後にのみ反応するということよりむしろ、例えば、前記バイオマス気化反応の間に直接反応することを可能とするため、前記セルロース繊維を開放し及びさらすための少なくとも湿気、圧力及び熱を使用する。前記中層に沿った繊維の分離を促進するリグニンの軟化のため、前記高温はまた前記バイオマス構造を分解するのに必要なエネルギー／力を低下させる。   The moisture and biomass chips are pushed out from the outlet of the reaction vessel into a vessel such as the blow line at approximately atmospheric pressure at the end of the vessel / blow line. The conversion of the biomass material to partial high-pressure steam or moisture vapor in other hollow regions of the biomass material causes the cells of the biomass to explode into wet powder particles. The bulk structure of the biomass includes lignin organic polymer and hemicellulose surrounding a plurality of cellulose fibers. The bulk structure of the biomass is internally decomposed in this SEP step, which rather than reacting the lignin layer and hemicellulose first and then only after exposing the cellulose fibers, for example, In order to be able to react directly during the biomass vaporization reaction, at least moisture, pressure and heat are used to release and expose the cellulose fibers. Due to the softening of lignin that promotes fiber separation along the middle layer, the high temperature also reduces the energy / force required to degrade the biomass structure.

それゆえ、前記蒸気爆発ステージの内部において、機械構造は例えばバルブ又はドアを開き、又は小さい穴が前記蒸気爆発反応容器に単に存在する。前記反応容器は、高圧のプラグ形態であり得る軟化したバイオマスチップで満たされ、所定の期間後当該軟化したバイオマスチップを前記リグニン、セルロース繊維及びヘミセルロースを含む前記バイオマスの繊維束の前記バルク構造を破片へと物理的に分解し互いに分離する低圧へとさらす。前記蒸気爆発プロセスが、前記蒸気爆発反応容器にて低い厳しさ（ｓｅｖｅｒｉｔｙ）（例えば、１７５〜１８５度Ｃかつ１６０ＰＳＩ）にて動作し、その後小さい繊維の破片のサイズの粒子が高い厳しさ（例えば、３００ＰＳＩ）の前記放出口から出てくるとき、非常に細かい粒子が生成される。   Therefore, inside the steam explosion stage, the mechanical structure opens, for example, a valve or door, or a small hole is simply present in the steam explosion reaction vessel. The reaction vessel is filled with softened biomass chips, which can be in the form of high pressure plugs, and after a predetermined period of time the softened biomass chips fragment the bulk structure of the biomass fiber bundle containing the lignin, cellulose fibers and hemicellulose. To low pressures that physically break down and separate from each other. The steam explosion process operates at low severity (eg, 175-185 degrees C and 160 PSI) in the steam explosion reaction vessel, after which small fiber fragment size particles are of high severity (eg, , 300 PSI), very fine particles are produced.

前記ステージから前記湿潤な微粒子形態へと生成された前記バイオマスは、厚さが５０ミクロンより小さく長さが５００ミクロンより小さい平均寸法を有する。一の実施形態において、前記蒸気爆発ステージは、１又はそれ以上の刃を有する精製ステージと結合し、前記精製ステージは、前記加圧されたバイオマスが前記蒸気爆発ステージから前記出口オリフィスを通じてブローラインへと出る前に前記加圧されたバイオマスを機械的に撹拌するように構成され、前記減少した湿気含有量を有する生成されたバイオマスの微粒子は、分解され、引き裂かれ、寸断され及びこれらのいずれかの組み合わせをされ、かつ厚さが３０ミクロンより小さく長さが２５０ミクロンより小さい平均寸法を有し得るセルロース繊維を含む。上述の生成されたバイオマスの湿潤な微粒子は、後に前記バイオマス気化部１１４の供給セクションへと供給される。   The biomass produced from the stage to the wet particulate form has an average dimension that is less than 50 microns in thickness and less than 500 microns in length. In one embodiment, the steam explosion stage is combined with a purification stage having one or more blades, and the purification stage allows the pressurized biomass to pass from the steam explosion stage to the blow line through the outlet orifice. The pressurized biomass is configured to be mechanically agitated before exiting, and the produced biomass particulate having the reduced moisture content is decomposed, torn, shredded and any of these And cellulose fibers that may have an average dimension less than 30 microns in thickness and less than 250 microns in length. The generated wet microparticles of biomass are supplied to the supply section of the biomass vaporization unit 114 later.

繊維束であるバイオマスの前記バルク構造をセルロース繊維、リグニン及びヘミセルロースの断片及び破片へと内部的に分解することにより、１）前記受け入れたチップ形態のバイオマスに比した微粒子形態の前記バイオマスの表面積の増加、２）前記セルロース繊維の反応よりも前にリグニンとヘミセルロースの外層を反応させる必要性の除去、及び３）繊維というよりむしろ砂の粒子のように流れる微粒子形態の前記バイオマスの粘性の変化、の３つのすべてが生じる。   By internally decomposing the bulk structure of biomass, which is a fiber bundle, into cellulose fibers, lignin and hemicellulose fragments and fragments, 1) the surface area of the biomass in particulate form relative to the accepted chip-form biomass Increase, 2) elimination of the need to react the outer layer of lignin and hemicellulose prior to the reaction of the cellulose fibers, and 3) a change in viscosity of the biomass in the form of particulates that flow like sand particles rather than fibers, All three of these occur.

ＳＥＰ反応容器から出て来る前記バイオマスにおける形態学的変化は以下を含み得る：
ａ．そのままの繊維構造が存在せずむしろすべての部分が爆発しており、より大きい表面積がもたらされ、それにより前記バイオマス気化部における高い反応率がもたらされる
ｂ．繊維が見かけ上崩壊し、離層し、及び細胞壁がさらされ砕ける
ｃ．リグニンの一部は前記セルロース繊維の細胞壁へとまとわり付いたままとなる
ｄ．ヘミセルロースは部分的に加水されリグニンに沿って部分的に可溶化される
ｅ．リグニンと炭水化物／多糖類との間の結合（すなわち、ヘミセルロースとセルロース）の大部分は裂かれる
ｆ．本書面にて議論されるその他多くの変化 Morphological changes in the biomass coming out of the SEP reaction vessel may include:
a. There is no intact fiber structure, but rather all parts are exploding, resulting in a larger surface area, which results in a higher reaction rate in the biomass vaporization section b. Fibers appear to disintegrate, delaminate, and cell walls are exposed and broken c. Part of the lignin remains clinging to the cell wall of the cellulose fiber d. Hemicellulose is partially hydrolyzed and partially solubilized along the lignin e. Most of the bonds between lignin and carbohydrate / polysaccharide (ie, hemicellulose and cellulose) are cleaved f. Many other changes discussed in this document

前記精製された湿潤な微粒子は、例えば、平均で直径において厚さ２０〜５０ミクロンであって長さ１００ミクロンより小さくてもよい。１インチ＝２５，４００ミクロンであることに留意されたい。それゆえ、前記バイオマスは、前記チッパユニット１０４から平均して長さ１インチ、厚さ０．２５インチまでのチップとして来て、平均して直径において厚さ２０〜５０ミクロンであって長さ１００ミクロンより小さい湿潤な微粒子として出て行き、それはサイズにおいて２０００倍の削減である。前記飽和バイオマスチップの猛烈で爆発的な減圧は、チップ形態の前記バイオマスの多孔領域内の前記飽和した高圧の湿気がバイオマスの前記構造から逃れ得るよりも早い割合で起こる。   The purified wet microparticles may be, for example, on average 20 to 50 microns thick in diameter and less than 100 microns in length. Note that 1 inch = 25,400 microns. Therefore, the biomass comes as chips from the chipper unit 104 on average up to 1 inch long and 0.25 inches thick, averaging 20-50 microns in diameter and 100 in length. It comes out as wet microparticles smaller than a micron, which is a 2000-fold reduction in size. The intense and explosive decompression of the saturated biomass chip occurs at a faster rate than the saturated high pressure moisture in the porous region of the biomass in chip form can escape from the structure of biomass.

細胞又は繊維束の外的で機械的な分離は必要ではなく、むしろ前記プロセスは蒸気を用いて内部から外方に向けて細胞を爆発させることに留意されたい（個々の繊維へとほぐれた又は部分的に分離した繊維の束を有するバイオマスチップ４５１について例示する図４Ｅを参照）。前記バイオマスチップへのＳＥＰの使用は、所定のリグニンのコーティングを有するセルロースとヘミセルロースの小さい微粒子を生成する（第１のバイオマスチップ４５１を含み、バイオマス４５３の微粒子へと爆発する、例示的バイオマスチップを例示する図４Ｄを参照）。微粒子形態のリグニン、ヘミセルロース及びセルロースから成る本構成は、高密度で前記システムへと移動／運搬され得る大きい表面積を有する。   Note that external mechanical separation of the cells or fiber bundles is not necessary, rather the process uses steam to explode the cells from the inside to the outside (unraveled into individual fibers or (See FIG. 4E illustrating a biomass chip 451 having a bundle of partially separated fibers). The use of SEP for the biomass chip produces small microparticles of cellulose and hemicellulose with a predetermined lignin coating (including the first biomass chip 451 and exploding into biomass 453 microparticles). (See FIG. 4D for illustration). This configuration of lignin, hemicellulose and cellulose in particulate form has a large surface area that can be transferred / transported into the system at high density.

前記受け入れたチップ形態のバイオマスチップに比して同じ量のバイオマスにおける高い表面積対体積比を実現し、それにより前記バイオマス材料へのより高い熱移動と前記バイオマスのすべての分子のより速い熱分解及び気化を許容することとなるため、前記生成されたバイオマスの微粒子は、前記バイオマス気化部１１４の反応容器における前記急速なバイオマス気化反応のために前記バイオマス気化部１１４へと供給される。   Achieve a high surface area to volume ratio in the same amount of biomass compared to the biomass chip in the accepted chip form, thereby higher heat transfer to the biomass material and faster pyrolysis of all molecules of the biomass and Since the vaporization is allowed, the generated biomass fine particles are supplied to the biomass vaporization unit 114 for the rapid biomass vaporization reaction in the reaction vessel of the biomass vaporization unit 114.

一又はそれ以上の蒸気供給入力口は、前記一又はそれ以上のサイクロンユニットから回収したリサイクルされた汚水から生成された低圧蒸気を含み得るという例のため図１Ｂを参照されたい。例えば、本書面に記載される実施形態は、前記サイクロンユニットからのオフガスを利用して、前記オフガスを前記バイオマス気化部へと供給することを含む。また、それらの気体と如何なる追加的な凝縮物はテレビン回収ユニットへと供給され得る。それゆえ、前記サイクロンユニットから回収した前記蒸気爆発ステージから得られた有機化合物を含む気体は、収集され供給ラインを通じて前記バイオマス気化部へと供給され得る。前記バイオマス気化部は、その後有機化合物を含むそれらの気体を合成ガス成分及びその他の気体へと変換する。   See FIG. 1B for an example where one or more steam supply inputs may include low pressure steam generated from recycled sewage recovered from the one or more cyclone units. For example, the embodiments described in this document include supplying the offgas to the biomass vaporization unit using offgas from the cyclone unit. Also, those gases and any additional condensate can be fed to the turpentine recovery unit. Therefore, the gas containing the organic compound obtained from the steam explosion stage recovered from the cyclone unit can be collected and supplied to the biomass vaporization section through a supply line. The biomass vaporization unit then converts those gases containing organic compounds into synthesis gas components and other gases.

テレビン及びその他の揮発物は、前記１又はそれ以上のサイクロンユニットから回収された汚れた凝縮水の蒸気噴霧化を介して前記バイオマス気化部へと供給されてもよい。例えば、凝縮物／テレビンを含む供給蒸気は、前記気化部へと供給され前記一又はそれ以上のサイクロンからのオフガスを含んでもよい。テレビン回収ユニットは、前記気化部又は前記気化部若しくは改質化部のための前記燃焼システムといった販売製品と共に含まれてもよい。加えて、前記バイオマスがコンパクト化され前記送りねじ供給システムを介して移動されるときに押し出される汚水は、回収され前記テレビン回収ユニットへと送られてもよい。   Turpentine and other volatiles may be supplied to the biomass vaporizer via steam atomization of dirty condensed water recovered from the one or more cyclone units. For example, feed steam including condensate / turpentine may be supplied to the vaporizer and include off-gas from the one or more cyclones. The turpentine recovery unit may be included with the product sold such as the vaporization section or the combustion system for the vaporization section or reforming section. In addition, sewage that is pushed out when the biomass is compacted and moved through the feed screw supply system may be collected and sent to the turpentine collection unit.

一の実施形態において、連続的な運搬システムというより周期的な動作が可能である。前記周期的な動作は、柔らかく湿潤なチップが前記ＳＥＰ反応器へと投入されることを許容し、その後前記蒸気入力口は、前記バイオマス内の気体と液体の圧力を上昇させるため高温高圧蒸気を１０分間導入する。その期間の後、前記バルブ又はドアは、バイオマス粒子をブロータンクへの供給ラインへと押し出すように開く。   In one embodiment, a periodic operation is possible rather than a continuous transport system. The periodic operation allows soft and moist chips to be introduced into the SEP reactor, after which the steam inlet uses high temperature and high pressure steam to increase the pressure of gas and liquid in the biomass. Introduce for 10 minutes. After that period, the valve or door opens to push the biomass particles into the supply line to the blow tank.

前記蒸気爆発ステージの排出ステージの収集チャンバは、パルプ形態であってより小さな粒子サイズへと縮小される前記バイオマスを収集するために使用される。１又はそれ以上のサイクロンフィルタは、バイオマス粒子がブロータンクへとその後供給される場合、バイオマス粒子からの水蒸気を分離するよう前記供給ラインと同列にあってもよい。   A collection chamber at the discharge stage of the steam explosion stage is used to collect the biomass in pulp form and reduced to a smaller particle size. One or more cyclone filters may be in line with the supply line to separate water vapor from the biomass particles when the biomass particles are subsequently fed into the blow tank.

方法はまた、誘因気体を減少させるよう前記蒸気爆発ユニットの出口における圧力を減少させることに含まれてもよいことに留意されたい。すなわち、１又はそれ以上の圧力減少領域は、前記ＳＥＰ容器からより低い排出圧力へと前記高圧を減少させることに含まれてもよい。それゆえ、前記設計は、前記蒸気爆発ユニットの高圧から４〜１０バールといった減少圧力へと圧力を減少させる前記蒸気爆発ユニットの外側にある圧力降下ポイントを配置することを含んでもよい。前記圧力降下は、前記サイクロンへとつながる前記パイプにおいてより早い段階で生じてもよい。   It should be noted that the method may also be included in reducing the pressure at the outlet of the vapor explosion unit to reduce the trigger gas. That is, one or more pressure reduction regions may be included in reducing the high pressure from the SEP vessel to a lower discharge pressure. Therefore, the design may include placing a pressure drop point outside the steam explosion unit that reduces the pressure from a high pressure of the steam explosion unit to a reduced pressure, such as 4-10 bar. The pressure drop may occur at an earlier stage in the pipe leading to the cyclone.

また、一の実施形態において、前記バイオマス粒子の前記ＳＥＰ事前処理ステップと前記バイオマス気化部への前記バイオマス粒子の同伴気体供給との間においてさらなる気体が導入されることはなく、それにより放出と浄化（ｐｕｒｇｅ）気体を減少させることとなる。選択肢は、前記同伴気体が前記バイオマス気化部へと流入するよう前記蒸気爆発ユニットからの前記誘因ガスを使用することに含まれてもよい。   Further, in one embodiment, no further gas is introduced between the SEP pretreatment step of the biomass particles and the entrained gas supply of the biomass particles to the biomass vaporization section, thereby releasing and purifying. (Purge) Gas will be reduced. Options may be included in using the inductive gas from the steam explosion unit so that the entrained gas flows into the biomass vaporization section.

他の実施形態において、前記蒸気爆発ステージの出口において、プラグ形態の前記バイオマスは一旦爆発して前記湿潤な微粒子形態となる。高圧蒸気及び／又は過熱水により満たされた前記蒸気爆発ステージは排出口を含み、前記排出口は、前記バイオマス材料を"爆発"させて大気圧の次のステージへと移動させ微粒子形態のバイオマスを生成するよう構成されている。微粒子形態の前記バイオマスは、高い速度でブローラインの供給ラインを通じて流れる。   In another embodiment, the plug-shaped biomass once explodes into the wet particulate form at the exit of the steam explosion stage. The steam explosion stage filled with high-pressure steam and / or superheated water includes a discharge port, which “explodes” the biomass material and moves it to the next stage at atmospheric pressure to move the biomass in particulate form. Is configured to generate. The biomass in particulate form flows at a high rate through the blow line supply line.

微粒子形態の前記バイオマスは、前記ブロータンクの前記供給ラインへと入る。前記供給ラインは、前記バイオマスの粒子が高速で通過する状態で、初めは直径が１．５インチにすぎない程度に小さい。材料の粘性を改良し水素結合を避けるため前記繊維が未だ濡れている状態で、ワックスのような流動性を向上させるものが前記ブローラインの最初の部分に加えられてもよい。前記供給ラインはここで、直径６０インチまで拡張し、湿潤な微粒子形態の前記バイオマスは、前記ブローラインに沿ってブローラインを温める加熱コイルによって維持された熱を有する。前記バイオマスの温度を維持することは、前記繊維粒子が再度集成することを防止する前記バイオマスの樹脂酸及びロジンを結晶化させることを助ける傾向にある。それゆえ、前記温度は、前記リグニンが凝集しロジンが硬化することを防止することを助ける。   The biomass in particulate form enters the supply line of the blow tank. The feed line is initially small enough to have a diameter of only 1.5 inches with the biomass particles passing at high speed. To improve the viscosity of the material and avoid hydrogen bonding, anything that improves fluidity, such as wax, may be added to the first part of the blow line while the fibers are still wet. The feed line now extends to 60 inches in diameter, and the biomass in wet particulate form has heat maintained by a heating coil that warms the blow line along the blow line. Maintaining the temperature of the biomass tends to help crystallize the biomass resin acid and rosin which prevents the fiber particles from re-aggregating. Therefore, the temperature helps to prevent the lignin from agglomerating and hardening the rosin.

１）前記バイオマス気化部からリサイクルされた灰及び２）オレフィンのいずれかを含む前記流動補助剤、例えばワックスは、前記バイオマスによる詰まりを防止するため１）前記蒸気爆発ステージの放出排出口及び２）前記フィードライン内のいずれかにおいて注入される。加えて、前記供給ラインは、前記微粒子形態のバイオマスのロジンと樹脂酸の結晶化を防止することを助けるため、前記微粒子形態のバイオマスの上昇した温度を維持する前記フィードラインに沿った加熱コイルを有してもよい。   In order to prevent clogging by the biomass, 1) the discharge outlet of the steam explosion stage and 2) 1) the flow aid, for example wax, containing any of ash recycled from the biomass vaporization section and 2) olefin Injected anywhere in the feed line. In addition, the supply line includes a heating coil along the feed line that maintains the elevated temperature of the particulate biomass to help prevent rosin and resin acid crystallization of the particulate biomass. You may have.

前記ブローラインを急速に通過し水蒸気として排出される蒸気により、前記生成されたバイオマス粒子は前記湿気の大きな割合を失う。前記生成されたバイオマス粒子と湿気はその後サイクロンフィルタにより分離され、その後ブロータンクへと供給される。それゆえ、水分分離ユニットは、前記ブローラインと同列にある。前記蒸気爆発ステージの排出ステージにおける収集チャンバはパルプ形態でより小さい粒子サイズに縮小した前記バイオマスを収集するために使用され前記水分分離ユニットへと供給される。水分は、サイクロンユニット及び／又は乾燥ユニットの前記微粒子形態のバイオマスから除去される。   Due to the steam that passes through the blow line rapidly and is discharged as water vapor, the produced biomass particles lose a large proportion of the moisture. The produced biomass particles and moisture are then separated by a cyclone filter and then supplied to a blow tank. Therefore, the moisture separation unit is in the same row as the blow line. A collection chamber in the discharge stage of the steam explosion stage is used to collect the biomass reduced to a smaller particle size in pulp form and fed to the moisture separation unit. Moisture is removed from the particulate form of biomass in the cyclone unit and / or the drying unit.

前記バイオマスの微粒子の湿気含有量は、例えば、好ましくは重量において１〜２０％までバイオマスの微粒子の前記湿気含有量を減少させる低温乾燥ユニット又はフラッシュドライヤ等の乾燥ユニットにより前記ブロータンクの出口においてさらに乾燥される。前記繊維の準備の目的は、最大の表面積を有し前記出力バイオマス微粒子の重量において５〜２０％の湿気にできる程度に乾燥したバイオマス粒子を生成することである。前記ブロータンクから出て来る前記バイオマス粒子を乾燥させるため前記フラッシュドライヤは単に高温の気体を吹き付ける。前記出力されるバイオマス粒子が重量において５％より大きく２０％より小さい湿気含有量を含むよう、前記フラッシュドライヤは、一般に前記ブロータンクの排出口に配置され得り又はその入り口において前記サイクロンを置換し得る。ロックホッパーへと供給される前に前記ＳＥＰバイオマス微粒子をさらに乾燥させるため、前記フラッシュドライヤは、保管のため前記バイオマスをサイロへと供給してもよい。一の実施形態において、パドルドライヤは、前記ドライヤへと向かう前記粒子を運ぶ気体の速度により前記バイオマス粒子のサイズをさらに減少させ得り、それは入ってくる前記バイオマス粒子の粉砕器としての役割を果たす。   The moisture content of the biomass particulates is preferably further at the outlet of the blow tank by a drying unit, such as a low temperature drying unit or a flash dryer, which preferably reduces the moisture content of biomass particulates by 1 to 20% by weight. Dried. The purpose of the fiber preparation is to produce biomass particles that have the maximum surface area and are dried to the extent that they can be 5-20% moisture in the weight of the output biomass particulates. In order to dry the biomass particles coming out of the blow tank, the flash dryer simply blows hot gas. The flash dryer can generally be placed at the outlet of the blow tank or replace the cyclone at the inlet so that the output biomass particles contain a moisture content greater than 5% and less than 20% by weight. obtain. In order to further dry the SEP biomass particulates before being supplied to the lock hopper, the flash dryer may supply the biomass to a silo for storage. In one embodiment, a paddle dryer may further reduce the size of the biomass particles by the velocity of the gas carrying the particles towards the dryer, which serves as a grinder for the incoming biomass particles .

前記結果として生じるバイオマス粒子は、粒子がより結晶構造のように振る舞い、絡み及び集合しがちな繊維よりもより容易に流れる点において、熱機械パルピング（ＴＭＰ）とは異なる。   The resulting biomass particles differ from thermomechanical pulping (TMP) in that the particles behave more like a crystal structure and flow more easily than fibers that tend to entangle and aggregate.

前記微粒子形態のバイオマスの重量において５％からおよそ３５％である前記減少した湿気含有量は、１００〜７００度Ｃの温度で予め設定された時間乾燥又は熱分解を行うため、運搬システムにより、例として、乾燥ユニット１１２へと供給される。   The reduced moisture content, which is from 5% to about 35% by weight of the biomass in the particulate form, is dried by a preset time at a temperature of 100-700 degrees C. Is supplied to the drying unit 112.

前記メタノール合成反応容器等のような有機液体製品合成反応容器へと最終的に供給され得り及びタンクにより収集される前記合成ガス成分の一部の生成のために用いられるオフガスを生成するため、運搬システムは、７００度Ｃよりも低い温度で予め設定された時間前記バイオマスを処理する乾燥ユニット１１２へと前記微粒子形態のバイオマスを供給する。   In order to produce off-gas that can ultimately be supplied to an organic liquid product synthesis reaction vessel, such as the methanol synthesis reaction vessel, and that is used to produce a portion of the synthesis gas component that is collected by a tank, The transportation system supplies the biomass in the form of fine particles to the drying unit 112 that processes the biomass for a preset time at a temperature lower than 700 degrees C.

前記ブロータンク及びフラッシュドライヤからの前記バイオマスの微粒子は、前記蒸気の急速な通過、さらなる気体の乾燥により既に低い湿気含有量を有しており、リグニンのコーティングを有するセルロース繊維の破片、リグニンの一部、セルロース及びヘミセルロース等の混合物である。前記バイオマス気化部１１４は、前記蒸気爆発ユニット１０８により分解されたことにより増加した表面積を有する湿潤な微粒子形態の前記バイオマスを反応させるよう構成された反応容器を有する。前記バイオマス気化部１１４は、高圧蒸気供給口と１又はそれ以上の加熱部を有し、前記蒸気の存在下で前記微粒子形態のバイオマスは、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）とを含む、少なくとも合成ガスを生成するため、前記反応容器において０．１〜５．０秒の滞留時間、急速なバイオマス気化反応がなされる。前記生成された微粒子が高密度で前記バイオマス気化部１１４へと供給された場合、その後前記小さい粒子は急速に反応し、より大きい前記バイオマスの炭化水素分子を前記合成ガスの成分へとより早く完全に分解する。それゆえ、炭素チップの覆われた外殻が分解するのと同程度には分解しない前記チップ内部の一部というよりむしろ、ほぼすべてのバイオマス素材であるリグニン、セルロース繊維及びヘミセルロースは完全に気化する。チップと比べこれらの微粒子は、より少ない残余タール、より少ない炭素コーティング及びより少ない沈殿物を生成する。それゆえ、前記繊維束のバイオマスの集成構造を分解することは、前記バイオマス気化において後に生成されるタールの量を減少させる傾向にある。これらの微粒子はまた、前記バイオマス気化部１１４へと供給される素材のより大きいパッキング密度を許容する。注記として、重量において少なくとも１０パーセント存在する蒸気又は液体としての水分を有することは、前記バイオマス気化部１１４にて生成される前記ＣＯとＨ２に加えて反応生成物としてのメタノールＣＨ３ＯＨを生成することを補助してもよい。   The biomass particulates from the blow tank and flash dryer already have a low moisture content due to the rapid passage of the vapor, further drying of the gas, and the cellulose fiber debris with the lignin coating, one of the lignins. Part, cellulose, hemicellulose and the like. The biomass vaporization unit 114 includes a reaction vessel configured to react the biomass in a wet particulate form having a surface area increased by being decomposed by the steam explosion unit 108. The biomass vaporization unit 114 includes a high-pressure steam supply port and one or more heating units, and the biomass in the form of fine particles in the presence of the steam includes hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO). In order to generate at least synthesis gas, a rapid biomass vaporization reaction is performed in the reaction vessel for a residence time of 0.1 to 5.0 seconds. When the generated fine particles are supplied to the biomass vaporization section 114 at a high density, the small particles react rapidly thereafter, and the hydrocarbon molecules of the larger biomass are completely completed into the components of the synthesis gas. Disassembled into Therefore, almost all biomass materials lignin, cellulose fiber and hemicellulose are completely vaporized, rather than a part of the chip inside that does not decompose as much as the covered shell of the carbon chip decomposes. . Compared to chips, these particulates produce less residual tar, less carbon coating, and less precipitate. Therefore, decomposing the biomass assembly structure of the fiber bundle tends to reduce the amount of tar produced later in the biomass vaporization. These particulates also allow for greater packing density of the material supplied to the biomass vaporization section 114. Note that having moisture as a vapor or liquid present at least 10 percent by weight produces methanol CH3OH as a reaction product in addition to the CO and H2 produced in the biomass vaporization section 114. You may help.

前記乾燥ユニット及びバイオマス気化部１１４は統合ユニットとして結合されてもおよい。   The drying unit and the biomass vaporization unit 114 may be combined as an integrated unit.

変形例にあっては、前記湿潤な分解されたバイオマス粒子は、スラリー状で前記蒸気爆発反応器の出力口から直接に又は乾燥後にペレット製造機へと供給されてもよい。前記ペレット製造機は、前記バイオマスを微粒子形態からバイオマスのペレットへと高密度化してもよく、それらのペレットは前記バイオマス気化部へとその後供給される。この微粒子形態からペレット形態へのバイオマスの直接の供給及び変換は、多数のステップを省きそれらの省略したステップと関連する多くのエネルギー消費を節約する。若しくは、前記ペレットは液体燃料、熱／電力、動物用飼料、リター（ｌｉｔｔｅｒ）又は化学物質へとさらに処理する設備へと移送されてもよい。   In a variant, the wet cracked biomass particles may be supplied in slurry form directly from the output port of the steam explosion reactor or after drying to the pelletizer. The pellet making machine may densify the biomass from particulate form into biomass pellets, which are then fed to the biomass vaporization section. This direct supply and conversion of biomass from the particulate form to the pellet form saves many energy consumptions associated with those omitted steps, omitting many steps. Alternatively, the pellets may be transferred to liquid fuel, heat / power, animal feed, litter, or equipment for further processing into chemicals.

一の実施形態においては、前記バイオマス気化部１１４は、０．１〜１０秒、好ましくは１秒より小さい前記バイオマス粒子の速い気化滞留時間にて前記反応容器の設計を通じて流れるバイオマス粒子へと放射状に熱を伝えるよう設計されている。前記輻射熱反応容器を通じて流れる前記バイオマス粒子及び反応気体は主に、前記輻射熱反応容器の表面からの輻射熱及び潜在的には前記流れに巻き込まれた熱伝導補助粒子により駆動される。前記反応容器は、一酸化炭素と水素を含む前記合成ガスを生成すると共に、生成されるメタンが出口製品、前記出口製品に残留した極微量のタール、及び結果として生じる灰という成分構成が?１％の水準となることを維持するよう、一般には９００度Ｃ、好ましくは１２００℃を超える温度にて前記粒子を加熱してもよい。   In one embodiment, the biomass vaporization section 114 is radially radiated into biomass particles flowing through the design of the reaction vessel with a fast vaporization residence time of the biomass particles of 0.1 to 10 seconds, preferably less than 1 second. Designed to convey heat. The biomass particles and reaction gas flowing through the radiant heat reaction vessel are mainly driven by radiant heat from the surface of the radiant heat reaction vessel and potentially heat conduction auxiliary particles entrained in the flow. The reaction vessel generates the synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen, and has a component structure of methane produced as an outlet product, a trace amount of tar remaining in the outlet product, and the resulting ash. The particles may be heated at a temperature generally above 900 ° C., preferably above 1200 ° C., so as to maintain a% level.

図３−１〜３−４は、前記バイオマス気化部１１４の例示的な実施形態を示す。図３−１は、輻射熱を用いた噴水型反応容器を示し、その中でバイオマスを伴う同伴気体は前記気化部の底から侵入し、中央管及び前記中央管により生成された隔壁を覆う噴水を通じて放出され、外側管と前記中央管との間で生成された部分を落下する。図３−２及び３−３は、一連の輻射熱管が注入されたバイオマスを加熱するために使用される例示的なバヨネット反応容器の輻射熱設計を示している。ガスバーナは、前記管又は前記管へと供給される例えば加熱気体のような中間ソースへと直接に熱を供給し得る。熱が前記管の内側に供給される一方で、前記バイオマスは前記管の外側にあってもよい。或は、前記バイオマスは前記管シートと前記耐火性内面との間にあってもよい。図３〜４は、前記管が前記反応容器へと輻射熱を供給するために用いられる例示的なダウンドラフト輻射熱反応容器について示している。熱が前記管の内側に供給される一方で、前記バイオマスは前記管の外側にあってもよく、またその逆であってもよい。   FIGS. 3-1 to 3-4 show an exemplary embodiment of the biomass vaporization unit 114. FIG. 3-1 shows a fountain-type reaction vessel using radiant heat, in which entrained gas with biomass invades from the bottom of the vaporization section, and through a fountain covering the central pipe and the partition generated by the central pipe Released and drops the part created between the outer tube and the central tube. FIGS. 3-2 and 3-3 illustrate the radiant heat design of an exemplary bayonet reaction vessel that is used to heat biomass injected with a series of radiant heat tubes. The gas burner may supply heat directly to the tube or an intermediate source such as a heated gas supplied to the tube. While the heat is supplied inside the tube, the biomass may be outside the tube. Alternatively, the biomass may be between the tube sheet and the refractory inner surface. 3-4 illustrate an exemplary downdraft radiant heat reaction vessel in which the tube is used to provide radiant heat to the reaction vessel. While heat is supplied inside the tube, the biomass may be outside the tube and vice versa.

前記熱受領部１０６は内壁を有する穴を有する。前記反応容器管１０２に対する前記熱受領部１０６の前記穴の壁の前記輻射幾何は、前記化学反応容器の前記多数の管１０２をオフセットとし、そして前記受領部１０６の内部で千鳥配置となるよう配置する。放射が前記管１０２の領域へと様々な角度から届くことを許容するよう、前記穴の壁の表面積は前記反応容器の管１０２により占められる面積よりも大きい。前記受領部１０６の穴の内壁と前記反応容器管１０２とは主に輻射によりエネルギーを交換し、前記壁と管１０２はすべての前記管１０２へと届く高い輻射熱の流れを実現すべく輻射の再放出としてはたらき、それゆえ、前記管１０２へと届くことから前記輻射を遮蔽しブロックすることを回避し、前記反応容器管１０２が前記反応容器管１０２における反応帯の開始から終了まで着実に一定の温度プロファイルを実現することを許容する。   The heat receiving unit 106 has a hole having an inner wall. The radiation geometry of the hole wall of the heat receiving portion 106 relative to the reaction vessel tube 102 is arranged such that the multiple tubes 102 of the chemical reaction vessel are offset and staggered within the receiving portion 106. To do. The surface area of the hole wall is greater than the area occupied by the tube 102 of the reaction vessel to allow radiation to reach the region of the tube 102 from various angles. The inner wall of the hole of the receiving portion 106 and the reaction vessel tube 102 exchange energy mainly by radiation, and the wall and the tube 102 re-radiate radiation to achieve a high flow of radiant heat reaching all the tubes 102. Acts as a discharge and therefore avoids blocking and blocking the radiation from reaching the tube 102, so that the reaction vessel tube 102 is steadily constant from the start to the end of the reaction zone in the reaction vessel tube 102. Allow to achieve temperature profile.

それゆえ、前記反応容器管１０２と穴の壁の幾何は、２）前記包含された管１０２により占有された面積に比べて大きな直径の穴の壁と結合され、及び追加的に３）前記幾何学的配置下で互いに対する前記多数の反応容器管幾何配置の間の管間輻射交換と結合された１）千鳥配置されオフセットした管１０２により、入射輻射の分散を形成する。前記壁は輻射を高度に反射又は吸収し及び前記輻射を再放出する素材で出来ている。前記入射輻射の分散の形成は、前記受領部１０６の穴内における放出の反射及び吸収の両者を使用する。すなわち、前記包含された超高熱流動化学反応容器の作動温度を維持するよう、前記熱受領部１０６の内壁は、１）輻射エネルギーを吸収及び再放出し、２）前記管１０２へと入射輻射を高度に反射し、又は３）これらの組み合わせのいずれかにより放射分散部と整列し輻射分散部としての役割を果たす。１）前記穴の壁から、２）前記再生燃焼器から直接に、及び３）輻射の再放出として働くその他の管の外壁からの前記輻射は、前記反応容器管１０２により吸収され、その後、前記熱は、前記熱が前記反応粒子と９００度Ｃ〜１６００度Ｃ、好ましくは１１００度Ｃより高い温度の気体へと輻射する場合に、前記反応容器の管１０２の内壁へと伝導により伝えられる。   Therefore, the geometry of the reaction vessel tube 102 and the hole wall is 2) combined with a hole wall of a larger diameter compared to the area occupied by the contained tube 102, and additionally 3) the geometry 1) A staggered and offset tube 102 combined with inter-tube radiation exchange between the multiple reaction vessel tube geometries with respect to each other under a geometric configuration forms a dispersion of incident radiation. The wall is made of a material that highly reflects or absorbs radiation and re-emits the radiation. The formation of the incident radiation dispersion uses both reflection and absorption of the emission within the bore of the receiver 106. That is, the inner wall of the heat receiving unit 106 1) absorbs and re-radiates radiant energy and 2) emits incident radiation to the tube 102 so as to maintain the operating temperature of the included ultra-high heat flow chemical reaction vessel. Highly reflective, or 3) align with the radiation dispersion by any of these combinations and act as a radiation dispersion. The radiation from 1) the wall of the hole, 2) directly from the regenerative combustor, and 3) from the outer wall of the other tube acting as a re-emission of radiation is absorbed by the reaction vessel tube 102 and then the Heat is conducted by conduction to the inner wall of the tube 102 of the reaction vessel when the heat radiates to the reaction particles and a gas having a temperature above 900 ° C. to 1600 ° C., preferably above 1100 ° C.

上述の通り、前記受領部１０６の穴の内壁と反応容器の管１０２とは対流又は伝導ではなく互いに主に輻射によりエネルギーを交換し、それにより、一般により低いお温度のバイオマス粒子及び同伴気体が第１の入力ポイントから前記反応領域に入り第２の出口ポイントにおける前記反応領域を出るために前記加熱された穴を通過するものの、前記反応容器の管１０２は着実に一定の温度プロファイルを達成することを許容する。前記内壁及び前記反応容器管１０２からのこの輻射熱は、前記化学反応を推進し、前記化学反応物質の温度が前記製品及び前記反応容器の出口から出るその他の廃物素材の温度近くまで急速に上昇することを生じさせる。   As described above, the inner wall of the hole of the receiving part 106 and the tube 102 of the reaction vessel exchange energy with each other mainly by radiation rather than convection or conduction, so that generally lower temperature biomass particles and entrained gas are transferred. Although passing through the heated hole to enter the reaction zone from a first input point and exit the reaction zone at a second outlet point, the tube 102 of the reaction vessel steadily achieves a constant temperature profile. Allow that. This radiant heat from the inner wall and the reaction vessel tube 102 drives the chemical reaction and the temperature of the chemical reactant rapidly rises to near that of the product and other waste material exiting from the outlet of the reaction vessel. Cause things to happen.

各前記反応容器管１０２の気化反応領域の長さ及び直径寸法は、少なくとも９００度Ｃの前記気化温度において０．１秒より大きい滞留時間と前記多数の反応容器管１０２における前記気化領域の出口を与えるような大きさとされる。前記反応生成物は、９００度Ｃに等しい又は超える前記気化領域の出口からの温度を有し、この化学反応設計における前記多数の反応容器管１０２は、管間輻射交換と同様に、前記バイオマス粒子への輻射的な交換のため利用可能な反応容器表面積を増加する。結果物の安定な灰形成と共に分散し落下しているバイオマス微粒子の急速な気化は、前記反応容器管１０２における反応領域内で滞留時間の間生じ、それにより、ノーマル立方メートルあたり５００ミリグラムより小さいタールの完全な改善と、前記バイオマスから前記水素生成物と一酸化炭素生成物への少なくとも９０％の変換とを結果として生じさせる。   The length and diameter dimension of the vaporization reaction zone of each reaction vessel tube 102 is such that the residence time is greater than 0.1 seconds at the vaporization temperature of at least 900 ° C. and the vaporization zone outlets in the multiple reaction vessel tubes 102. The size is given. The reaction product has a temperature from the outlet of the vaporization zone equal to or greater than 900 degrees C., and the multiple reaction vessel tubes 102 in this chemical reaction design are similar to the biomass particles as in the inter-tube radiation exchange. Increase available reaction vessel surface area for radiative exchange into Rapid vaporization of the dispersed and falling biomass particulates with the resulting stable ash formation occurs during the residence time within the reaction zone in the reactor vessel 102, thereby reducing the tar to less than 500 milligrams per normal cubic meter. The result is a complete improvement and at least 90% conversion of the biomass to the hydrogen product and carbon monoxide product.

高い転化率及び選択性を達成するため、バイオマスの気化は１０００℃を超える温度を必要とする。さらに高い温度は前記バイオマス自身のさらに大きな部分の爆発を必要とするため、これらは標準的な流動床気化部で達成することは困難である。その結果、間接的かつ流動床の気化は一般には８００℃の温度までに制限される。これらの温度では不要なより高い炭化水素（タール）の生成が著しい。これらのタールは下流側の設備を詰まらせ、触媒面を覆い／機能停止させ、それはタール除去設備への著しい資本投下（全プラントコストの１０〜３０％）を必要とする。高熱流動熱システムは高温を非常に効率的に達成することができる。さらに重要なことに、前記プロセスの効率は濃縮と所望の温度の相互作用として制御され得り、高温を達成するために失われたバイオマスの前記断片とはもはや関連性はない。その結果、タール破砕体制における温度（１０００〜１３００℃）は前記バイオマスから産まれた燃料又は全体的なプロセス効率のいかなる損失もなく成し遂げられ得る。これはバイオマス気化システムと典型的には関連するタール粉砕設備の前記複雑な連続を除去する。加えて、高温での作動は熱伝導を改良し必要な滞留時間を減少させ、それは化学反応容器のサイズ及びその資本コストを減少させる。   In order to achieve high conversion and selectivity, biomass vaporization requires temperatures in excess of 1000 ° C. These are difficult to achieve with standard fluidized bed vaporizers because higher temperatures require explosions of larger parts of the biomass itself. As a result, indirect and fluidized bed vaporization is generally limited to temperatures of 800 ° C. At these temperatures, unnecessary higher hydrocarbon (tar) production is significant. These tars can clog downstream equipment and cover / deactivate the catalytic surface, which requires significant capital investment (10-30% of total plant cost) in tar removal equipment. High heat flow heat systems can achieve high temperatures very efficiently. More importantly, the efficiency of the process can be controlled as an interaction between enrichment and the desired temperature and is no longer relevant to the piece of biomass lost to achieve high temperatures. As a result, temperatures in the tar crushing regime (1000-1300 ° C.) can be achieved without any loss of fuel produced from the biomass or overall process efficiency. This eliminates the complex series of tar grinding equipment typically associated with biomass vaporization systems. In addition, high temperature operation improves heat transfer and reduces the required residence time, which reduces the size of the chemical reaction vessel and its capital cost.

シリカ融解温度（１６００℃）は超えないものの１２００℃〜１４５０℃の壁温度及び９００℃を超える出口気体温度で明確に描写される前記作動温度は、前記気化においては典型的には見られず、勿論間接的な（循環流動床）気化においても見られない。前記超高熱流動化学反応容器においてなされ得るバイオマスの共同気化と天然ガスの蒸気変成を行う潜在能力は、（前記メタンが優先的に燃焼するように）部分的な酸化気化部にて行われることは出来ない。前記プロセスの供給材料の柔軟性は前記単純な管状設計に由来し、上述の理由により多くの気化部は様々な種類の燃料を扱うことは出来ない。   The operating temperature clearly delineated with a wall temperature of 1200 ° C. to 1450 ° C. and an outlet gas temperature of over 900 ° C., although not exceeding the silica melting temperature (1600 ° C.), is typically not found in the vaporization, Of course, it is not observed in indirect (circulating fluidized bed) vaporization. The potential for joint vaporization of biomass and steam conversion of natural gas that can be done in the ultra-high heat flow chemical reaction vessel is performed in a partial oxidative vaporization section (so that the methane burns preferentially). I can't. The process feed flexibility comes from the simple tubular design, and for the reasons described above, many vaporizers cannot handle various types of fuel.

前記受領部３０６の穴の内壁を構成する素材は、１１００〜１６００℃の高温においてその構造強さを保持するため機械的及び化学的性質を有してもよく、前記受領部３０６の穴の高い熱容量（＞２００Ｊ/ｋｇ−Ｋ）、低い熱伝導率（＜１Ｗ／ｍ−Ｋ）に加えてε＞０．８の非常に高い放射率、ε＜０．２の高い反射率を有してもよい。前記反応容器管３０２を構成する素材は、高い放射率（ε＞０．８）、高い熱伝導率（＞１Ｗ／ｍ−Ｋ）、中から高程度の熱容量（＞１５０Ｊ／ｋｇ−Ｋ）を有する。   The material constituting the inner wall of the hole of the receiving part 306 may have mechanical and chemical properties in order to maintain its structural strength at a high temperature of 1100 to 1600 ° C. In addition to heat capacity (> 200 J / kg-K), low thermal conductivity (<1 W / m-K), very high emissivity of ε> 0.8, high reflectivity of ε <0.2 Also good. The material constituting the reaction vessel tube 302 has a high emissivity (ε> 0.8), a high thermal conductivity (> 1 W / m-K), and a medium to high heat capacity (> 150 J / kg-K). Have.

前記粒子サイズを決定する例示的な粒子サイズ分析は、Ｈｏｒｉｂａ，Ｌｔｄ．のＣａｍｓｉｚｅｒ ＸＴ粒子サイズ分析器などのようなデジタル画像処理粒子サイズ及び形状分析システムであり得る。そのようなシステムは、例えば３０μｍから３０ｍｍのサイズ範囲の乾燥粉末及びバルク材の速く精密な粒子サイズ及び粒子形状分布を提供する１又はそれ以上のカメラを用いる。前記デジタル画像処理システムからの計測はふるい分け及び沈殿と同程度の多様な技術からの既存データとの相関を許容し、それはある場合においては粒子サイズを計測することにも使用され得る。一の実施形態において、前記蒸気爆発した木のチップの粒子サイズは、Ｈｏｒｉｂａ Ｌｔｄ．のＣａｍｓｉｚｅｒ ＸＴ粒子サイズ分析器を用いて計測される。計測される前記サンプルは、再封可能な袋の中で、外的な操作により前記袋の中で前記材料を練って撹拌することにより混合される。混合後、例えばおよそ３ｃｍ＾３のようなサンプル量は、前記器具の前記サンプルホッパーへと入れられる。前記ターゲットは、例えば各サンプルから少なくとも２００万の粒子のような十分なサンプルサイズを処理して分析するので、十分な数の粒子に対応するので前記サンプル量のみが重要となる。前記器具における例示的な設定は以下の通りであり、０．２％の被覆領域、画像レート１：１、Ｘ−Ｊｅｔ利用、ギャップ幅＝４．０ｍｍ、分散圧力＝３８０．０ｋＰａ、ｘＦｅ＿ｍａｘ（及びそれに応じてｘｃ＿ｍｉｎ）であり得る。前記コンピュータが前記画像を十分に速く処理することができるよう、供給レートはターゲット被覆領域をもたらすよう制御されている。前記カメラ画像レートは固定され、"基本"とズーム画像が処理毎に得られる。例えば直径が５０ミクロンより小さいような平均粒子サイズの単一の値は客観的な計測基準となってもよい。一の実施形態において、Ｆｅ−ｍａｘ及びｘｃ−ｍｉｎの両者の３点値はより完全である。従って、それはまるで６点値のようである。前記粒子サイズ分布（ＰＳＤ）は、Ｆｅ−ＭａｘのＤ１０、Ｄ５０、Ｄ９０及びＸｃ−ｍｉｎのＤ１０、Ｄ５０、Ｄ９０として定義されてもよい。前記計測はその後例えば前記計測を決定する入力の６つの値のような複数の値を使用し得る。他の同様の機構が使用されてもよい。   An exemplary particle size analysis to determine the particle size is described in Horiba, Ltd. Digital image processing particle size and shape analysis systems such as the Camsizer XT particle size analyzer. Such a system uses one or more cameras that provide a fast and precise particle size and particle shape distribution of dry powders and bulk materials, for example in the 30 μm to 30 mm size range. Measurements from the digital image processing system allow correlation with existing data from as many different techniques as sieving and precipitation, which in some cases can also be used to measure particle size. In one embodiment, the particle size of the steam-exploded wood chip is from Horiba Ltd. Measured using a Camsizer XT particle size analyzer. The sample to be measured is mixed in a resealable bag by kneading and stirring the material in the bag by an external operation. After mixing, a sample volume, for example approximately 3 cm ^ 3, is put into the sample hopper of the instrument. Since the target processes and analyzes a sufficient sample size, for example at least 2 million particles from each sample, it corresponds to a sufficient number of particles, so only the sample amount is important. Exemplary settings for the instrument are as follows: 0.2% coverage, image rate 1: 1, X-Jet utilization, gap width = 4.0 mm, dispersion pressure = 380.0 kPa, xFe_max (and Accordingly, xc_min). The feed rate is controlled to provide a target coverage area so that the computer can process the image fast enough. The camera image rate is fixed, and “basic” and zoom images are obtained for each process. For example, a single value of average particle size such that the diameter is less than 50 microns may be an objective metric. In one embodiment, the three point values for both Fe-max and xc-min are more complete. Therefore, it looks like a 6-point value. The particle size distribution (PSD) may be defined as D10, D50, D90 of Fe-Max and D10, D50, D90 of Xc-min. The measurement may then use a plurality of values, for example the six values of the input that determine the measurement. Other similar mechanisms may be used.

計算は体積基準にてＦｅ ｍａｘ及びｘｃ ｍｉｎを用いてなされ得る。前記粒子画像を分析するために２つのモデルが使用され得る：ｘｃ−ｍｉｎは、物理的にサンプルをスクリーニング／ふるい分けすることにより得られたものと比較可能な結果をもたらし、Ｆｅ−ｍａｘは、与えられた粒子の最長の寸法を計測することに類似している。生データ、周波数プロット、ビン化した結果及び粒子画像はすべてのサンプルに対して得られる。Ｄ１０、Ｄ５０及びＤ９０は、平均アスペクト比で体積基準にて計算され得る。前記分布の９０パーセントはより小さい粒子サイズを有し１０パーセントはより大きい粒子サイズを有するという条件下でＤ９０はその直径を表す。Ｄ１０直径はより小さい１０パーセントとより大きい９０パーセントを有する。前記Ｄ１０、Ｄ５０及びＤ９０を特徴付ける３点列挙は完全なものと考えられ多くの微粒子材料にとって適切である。一の実施形態において、前記粒子サイズ分布ＰＳＤはＤ５０（μｍ）モデルＦｅ−ｍａｘとして定義されてもよい。
表１−蒸気爆発した木の粒子サイズ分布 Calculations can be made using Fe max and xc min on a volume basis. Two models can be used to analyze the particle image: xc-min gives results comparable to those obtained by physically screening / sieving the sample and Fe-max is given by Similar to measuring the longest dimension of a given particle. Raw data, frequency plots, binned results and particle images are obtained for all samples. D10, D50 and D90 can be calculated on a volume basis with an average aspect ratio. D90 represents its diameter under the condition that 90 percent of the distribution has a smaller particle size and 10 percent has a larger particle size. The D10 diameter has a smaller 10 percent and a larger 90 percent. The three-point enumeration characterizing D10, D50 and D90 is considered complete and is appropriate for many particulate materials. In one embodiment, the particle size distribution PSD may be defined as a D50 (μm) model Fe-max.
Table 1-Particle size distribution of steam exploded wood

粒子サイズはｘｃ−ｍｉｎ及びＦｅ−ｍａｘモデルから生成されたＳＥＰ処理されたサンプルを示す。

Figure 2016526065
Particle size indicates SEP treated samples generated from xc-min and Fe-max models.
Figure 2016526065

表１の例は１６バールの蒸気圧力及び１０分の反応時間にて生成された。   The examples in Table 1 were produced with a vapor pressure of 16 bar and a reaction time of 10 minutes.

図２は、バイオマスから合成ガスを生成し前記合成ガスから液体燃料製品を生成する統合プラントのフロー図の実施形態を例示する。前記蒸気爆発ユニット３０８は、上記爆発ユニットと、バイオマス粒子を乾燥部、焙焼ユニット、又は直接前記バイオマス気化部３１４に供給する熱加水ステージとを有してもよい。前記乾燥部は、フラッシュドライヤ、ドラムドライヤ、パドルドライヤ、エアドライヤ、又は同種のデバイスであってもよい。   FIG. 2 illustrates an embodiment of a flow diagram of an integrated plant that generates syngas from biomass and generates a liquid fuel product from the syngas. The steam explosion unit 308 may include the explosion unit and a thermal hydration stage that supplies biomass particles to a drying unit, a roasting unit, or directly to the biomass vaporization unit 314. The drying unit may be a flash dryer, a drum dryer, a paddle dryer, an air dryer, or a similar device.

一の実施形態において、前記蒸気爆発ユニット３０８の前記排出ステージにおいて収集チャンバに結合した運搬システムとサイクロンは焙焼ユニット３１２、直接に前記バイオマス気化部３１４、又はフラッシュドライヤのいずれかへと粒子形態のバイオマスを供給する。前記蒸気爆発ユニット３０８の前記蒸気管ステージの前記受領部の前記バイオマスを構成する前記初期リグニン及びセルロースの大部分は、前記生成されたバイオマス粒子に残存するものの現在は前記蒸気爆発ステージ３０８の前記排出ステージの前記収集チャンバの前記セルロース繊維から実質的に分離されている。   In one embodiment, the transport system and cyclone coupled to the collection chamber at the discharge stage of the steam explosion unit 308 are in particulate form directly into the roasting unit 312, either the biomass vaporizer 314, or the flash dryer. Supply biomass. Although most of the initial lignin and cellulose constituting the biomass of the receiving part of the steam tube stage of the steam explosion unit 308 remain in the generated biomass particles, the exhaust of the steam explosion stage 308 is currently present. It is substantially separated from the cellulose fibers in the collection chamber of the stage.

前記蒸気爆発ユニット３０８の前記収集チャンバは、前記蒸気爆発プロセスの間に前記バイオマスから生成されるオフガスからの非凝縮可能炭化水素を収集するよう構成されている。   The collection chamber of the steam explosion unit 308 is configured to collect non-condensable hydrocarbons from off-gas generated from the biomass during the steam explosion process.

前記蒸気爆発ステージ３０８の後、例えばサイクロンユニットのような水分分離ユニットにて水分は前記バイオマスから除去され、緩い繊維と分離されたリグニンとセルロースで出来た前記減少した湿気含有量のバイオマスは乾燥部へと供給されてもよい。   After the steam explosion stage 308, moisture is removed from the biomass in a moisture separation unit such as a cyclone unit, and the reduced moisture content biomass made of loose fibers and separated lignin and cellulose is dried. May be supplied.

一の実施形態において、１又はそれ以上の前記蒸気爆発ユニット３０８の気体収集タンクは、前記ＳＥＰプロセスの間に前記バイオマスから生成されたオフガスからの非凝縮可能炭化水素を収集し、前記焙焼ユニット３１２で収集されたものと共にそれらの非凝縮炭化水素を触媒変換部３１６へと送ってもよい。   In one embodiment, one or more gas collection tanks of the steam explosion unit 308 collect non-condensable hydrocarbons from off-gas generated from the biomass during the SEP process, and the roasting unit Those non-condensed hydrocarbons along with those collected at 312 may be sent to the catalytic converter 316.

他の実施形態において、前記減少した湿気含有パルプは、前記蒸気爆発ユニット３０８から前記バイオマス気化部３１４、焙焼ユニット３１２又は触媒変換部３１６へと直接進んでもよい。一般に、前記バイオマス粒子は焙焼ユニット３１２へと進んだ後、前記バイオマス気化部３１４へと進む。しかしながら、前記焙焼ユニット３１２とバイオマス気化部は単一のユニットへと結合されてもよい。   In another embodiment, the reduced moisture-containing pulp may travel directly from the steam explosion unit 308 to the biomass vaporization unit 314, roasting unit 312 or catalyst conversion unit 316. In general, the biomass particles proceed to the roasting unit 312 and then to the biomass vaporization unit 314. However, the roasting unit 312 and the biomass vaporizer may be combined into a single unit.

混合され得るバイオマスの種類の一般的構成は、例えば、以下である：

Figure 2016526065
The general composition of the types of biomass that can be mixed is, for example:
Figure 2016526065

前記バイオマス気化部３１４は、前記蒸気爆発ユニット３０８の前記２又はそれ以上のステージにより分解された前記バイオマスの粒子を反応させるよう構成された反応容器を有し、それらのバイオマス粒子はその後前記バイオマス気化部３１４の供給部に供給される。前記バイオマス気化部３１４は、高温蒸気入力口及び１又はそれ以上の加熱部を有し、前記蒸気の存在下において前記蒸気爆発ユニット３０８により分解された前記バイオマスの粒子は水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）とを含む合成ガス成分を生成するため前記バイオマス気化部３１４の中に５秒の滞留時間より少ない時間であって７００度Ｃより高い温度の急速なバイオマス気化反応により前記反応容器内で反応し、それはメタノール（ＣＨ３ＯＨ）合成反応容器３１０へと供給される。前記気化部３１４において、緩い或はは断片状のセルロース繊維、リグニン及びヘミセルロースで出来た前記バイオマス粒子へと伝達された熱は、もはや前記繊維へと到達するようリグニンとヘミセルロースの層を貫通する必要はない。ある実施形態において、前記急速な気化反応は、前記気化反応の間にタールが形成することを最小化することを保証するため７００度Ｃより高い温度で生じる。それゆえ、９５０度よりも低いものの７００度の開始温度は、前記バイオマス気化部の著しい運用範囲となり得る。すべての前記バイオマスはより完全に及び急速に気化する。   The biomass vaporization unit 314 has a reaction vessel configured to react the particles of the biomass decomposed by the two or more stages of the steam explosion unit 308, and the biomass particles are subsequently converted into the biomass vaporization. Supplied to the supply unit of the unit 314. The biomass vaporization unit 314 has a high-temperature steam input port and one or more heating units, and the biomass particles decomposed by the steam explosion unit 308 in the presence of the steam are oxidized with hydrogen (H 2) and monoxide. In order to generate a synthesis gas component containing carbon (CO), the biomass vaporization section 314 has a time shorter than a residence time of 5 seconds and a rapid biomass vaporization reaction at a temperature higher than 700 ° C. in the reaction vessel. It is fed to a methanol (CH 3 OH) synthesis reaction vessel 310. In the vaporization section 314, heat transferred to the biomass particles made of loose or fragmented cellulose fibers, lignin and hemicellulose no longer needs to penetrate the lignin and hemicellulose layer to reach the fibers. There is no. In certain embodiments, the rapid vaporization reaction occurs at a temperature greater than 700 degrees C. to ensure that tar formation during the vaporization reaction is minimized. Therefore, a starting temperature of 700 degrees, which is lower than 950 degrees, can be a significant operating range of the biomass vaporization section. All the biomass evaporates more completely and rapidly.

前記バイオマス気化部３１４は、ある急速な気化滞留時間で前記反応容器設計を通じて流れる粒子への輻射熱伝達を有し、前記気化滞留時間は前記バイオマス粒子について０．１〜１０秒好ましくは１秒より小さいものであり、前記バイオマス粒子と反応気体は前記輻射熱反応容器を通じて流れるものであり、主に、前記流れに同伴する粒子と前記輻射熱反応容器の表面からの輻射熱は前記粒子と生成気体とを一般に７００度Ｃを超え好ましくは少なくとも１２００℃を超える温度にまで加熱し、出口製品、前記出口製品に残存する最小限のタール及び結果として生じる灰との構成組成において生成されるメタンを?１％の水準に維持しつつ、一酸化炭素と水素を含む合成ガス成分を生成する。ある実施形態において、バイオマス気化の温度範囲は８００度Ｃより高く１４００度Ｃまでである。   The biomass vaporization section 314 has radiant heat transfer to particles flowing through the reaction vessel design with a certain rapid vaporization residence time, and the vaporization residence time is 0.1 to 10 seconds, preferably less than 1 second, for the biomass particles. The biomass particles and the reaction gas flow through the radiant heat reaction vessel. Mainly, the particles entrained in the flow and the radiant heat from the surface of the radiant heat reaction vessel are generally divided into 700 particles and product gas. A level of? 1% of methane produced in the composition of the outlet product, the minimum tar remaining in the outlet product and the resulting ash, heated to a temperature greater than degree C and preferably above at least 1200 ° C The synthesis gas component containing carbon monoxide and hydrogen is generated. In some embodiments, the temperature range for biomass vaporization is greater than 800 degrees C to 1400 degrees C.

図２を参照すると、前記プラントはメタノール製品のための合成ガスを生成する前記３つの手法の如何なる組み合わせも用いている。合成ガスは、化学供給材料、燃料及び溶剤として有用なたくさんの有機化合物へと変換可能な一酸化炭素と水素の混合物であり得る。例えば、前記バイオマス気化部３１４は、メタノール製品のための水素と一酸化炭素を発生させるための触媒の必要性を除去するのに十分に高い温度でバイオマスを気化する。   Referring to FIG. 2, the plant uses any combination of the three techniques for generating synthesis gas for methanol products. Syngas can be a mixture of carbon monoxide and hydrogen that can be converted into a number of organic compounds useful as chemical feedstocks, fuels and solvents. For example, the biomass vaporizer 314 vaporizes biomass at a temperature high enough to eliminate the need for a catalyst to generate hydrogen and carbon monoxide for the methanol product.

バイオマスの気化はバイオマスの前記複雑な炭化水素を主に水素、一酸化炭素及び二酸化炭素のより単純な気体状の分子へと分解するのに用いられる。いくらかの無機の灰及びタールもまたメタン、エタン、水及びその他の成分と共に形成される。未加工の製品気体の混合は、使用されるバイオマス供給材料の前記種類及び使用される気化プロセスに応じて異なる。   Biomass vaporization is used to break down the complex hydrocarbons of biomass mainly into simpler gaseous molecules of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide. Some inorganic ash and tar are also formed with methane, ethane, water and other components. The mixing of the raw product gas depends on the type of biomass feed used and the vaporization process used.

灰、硫黄、水及び前記バイオマス気化部３１４を出る前記合成ガスの流れからのその他の汚染物質を洗浄する気体洗浄部は前記バイオマス気化部に続いている。前記合成ガスはその後、メタノール合成に必要な適切な圧力へと圧縮される。上記メタン改質部３２７からの追加的な合成ガスは前記圧縮ステージの上流側又は下流側と接続してもよい。   A gas scrubber that cleans ash, sulfur, water and other contaminants from the synthesis gas stream exiting the biomass vaporizer 314 follows the biomass vaporizer. The synthesis gas is then compressed to the appropriate pressure required for methanol synthesis. The additional synthesis gas from the methane reforming unit 327 may be connected to the upstream side or the downstream side of the compression stage.

前記気化部と前記蒸気メタン改質部３２７からのＨ２とＣＯの前記合成気体は、前記１又はそれ以上のメタノール合成反応容器への供給入力口へと送られる。水素の一酸化炭素に対する前記適格な比は制御システムにより最適化され得り、前記制御システムは前記バイオマス気化部３１４と蒸気メタン改質部３２７を出る合成ガス成分の監視設備からの分析を受領し、メタノール合成のための比の最適化を生じさせるものである。前記１又はそれ以上のメタノール合成反応容器により生成されたメタノールは、その後メタノールからガソリンへのプロセスにおいて処理される。   The synthesis gas of H2 and CO from the vaporization unit and the steam methane reforming unit 327 is sent to a supply input port to the one or more methanol synthesis reaction vessels. The eligible ratio of hydrogen to carbon monoxide can be optimized by a control system, which receives analysis from the synthesis gas component monitoring facility exiting the biomass vaporizer 314 and steam methane reformer 327. This results in optimization of the ratio for methanol synthesis. The methanol produced by the one or more methanol synthesis reactors is then processed in a methanol to gasoline process.

前記統合プラントにて生成された前記液体燃料はガソリン又はディーゼル、ジェット燃料若しくはいくつかのアルコール等のその他のものであってもよい。   The liquid fuel produced in the integrated plant may be gasoline or other such as diesel, jet fuel or some alcohol.

それゆえ、前記バイオマス気化部３１４と前記ＳＭＲ３２７の両者は、メタノール合成反応容器３１０等のような前記下流側の有機液体製品合成反応容器へと合成ガス成分を供給することが出来る。前記メタノールはその後、高品質かつ高オクタンのガソリンを生成するため、メタノールからガソリンへのプロセスへと供給される。前記メタノールは、ジェット燃料、ＤＭＥ、ガソリン、ディーゼル及び混合アルコールを含む他の液化燃料プロセスへと供給されてもよい。   Therefore, both the biomass vaporization unit 314 and the SMR 327 can supply the synthesis gas component to the downstream organic liquid product synthesis reaction vessel such as the methanol synthesis reaction vessel 310 or the like. The methanol is then fed into a methanol to gasoline process to produce high quality and high octane gasoline. The methanol may be fed to other liquefied fuel processes including jet fuel, DME, gasoline, diesel and mixed alcohol.

図４Ａ〜Ｃは、リグニンにより囲まれ互いに接合されたセルロース繊維の繊維束を有する例示的バイオマスチップ４５１の異なる水準の拡大図について示している。   4A-C illustrate different levels of enlarged views of an exemplary biomass chip 451 having a fiber bundle of cellulose fibers surrounded by lignin and joined together.

図４Ｄは、爆発してバイオマスの微粒子４５３となる、第１のバイオマスチップ４５１を含む、例示的なバイオマスチップについて示している。   FIG. 4D illustrates an exemplary biomass chip that includes a first biomass chip 451 that explodes into biomass particulates 453.

図４Ｅは、個々の繊維へとほぐれた又は部分的に分離した繊維の束を有するバイオマスチップ４５１について示している。   FIG. 4E shows a biomass chip 451 having a bundle of fibers loosened or partially separated into individual fibers.

図５は、合成ガス製品を含む化学製品を生成するよう構成された輻射熱化学反応容器の実施形態に係るフロー概略図について示している。前記多数シェル輻射熱化学反応容器５１４は、内壁を有する環状穴を有する耐火性容器５３４を含む。前記輻射熱化学反応容器５１４は固体材料で作られた２又はそれ以上の輻射管５３６を有する。前記１又はそれ以上の輻射管５３６は前記耐火性内面容器５３４の穴の内側に配置される。   FIG. 5 shows a schematic flow diagram according to an embodiment of a radiant heat chemical reaction vessel configured to produce a chemical product including a synthesis gas product. The multi-shell radiant heat chemical reaction vessel 514 includes a refractory vessel 534 having an annular hole with an inner wall. The radiant heat chemical reaction vessel 514 has two or more radiant tubes 536 made of a solid material. The one or more radiant tubes 536 are disposed inside the holes of the refractory inner container 534.

発熱熱源５３８は前記管５３６の内側の空間を加熱する。それゆえ、各輻射管５３６は前記管５３６の各端部にある蓄熱バーナ又はガスバーナ等のような発熱熱源５３８を用いてその内部から加熱される。各輻射管５３６は、前記管５３６の各端部の熱挿入注入口を介した前記バーナ及び可能性として前記２つの端部の間に配置された１又はそれ以上の熱挿入ポートによる火と気体を用いて前記内部から加熱される。１又はそれ以上の天然ガスバーナ５３８の炎と加熱気体は９００℃〜１８００℃の温度の前記多数の輻射管に供給される前記発熱熱源として作用し、前記輻射管５３６の両端につながる。各管５３６はＳｉＣ又はその他同様の材料で作られてもよい。   An exothermic heat source 538 heats the space inside the tube 536. Therefore, each radiation tube 536 is heated from within it using an exothermic heat source 538 such as a heat storage burner or gas burner at each end of the tube 536. Each radiant tube 536 is a fire and gas with one or more heat insertion ports located between the two ends, possibly via the heat insertion inlet at each end of the tube 536. Is used to heat from the inside. The flame and heated gas of one or more natural gas burners 538 act as the heat generating heat source supplied to the multiple radiant tubes at a temperature of 900 ° C. to 1800 ° C. and are connected to both ends of the radiant tube 536. Each tube 536 may be made of SiC or other similar material.

１又はそれ以上の供給ライン５４２は、バイオマス及び反応物質気体を前記化学反応容器５１４の上部又は下部へと供給する。前記バイオマス粒子及び蒸気のための供給ライン５４２は、内部的に加熱される前記輻射管５３６の耐火性内面容器５３４の前記入力ポイントより下から入る。前記供給ライン１１２は１）バイオマス粒子、２）反応物質気体、３）蒸気、４）熱伝導補助粒子又は５）前記４つのいずれかを含む化学反応物質を前記輻射熱化学反応容器へと供給するよう構成されている。輻射熱により推進された化学反応は内部火気を有する前記多数の輻射管５３６の外側で生じる。輻射熱により推進された前記化学反応は、前記耐火性内面容器５３４の穴の内壁及び前記各１又はそれ以上の輻射管５３６の外壁の中で生じる。   One or more supply lines 542 supply biomass and reactant gases to the top or bottom of the chemical reaction vessel 514. A supply line 542 for the biomass particles and steam enters from below the input point of the refractory inner vessel 534 of the radiant tube 536 that is internally heated. The supply line 112 supplies 1) biomass particles, 2) reactant gas, 3) steam, 4) heat conduction auxiliary particles, or 5) chemical reactants including any of the above four to the radiant heat chemical reaction vessel. It is configured. A chemical reaction driven by radiant heat occurs outside the multiple radiant tubes 536 having internal fire. The chemical reaction driven by radiant heat occurs in the inner wall of the hole in the refractory inner vessel 534 and in the outer wall of each of the one or more radiant tubes 536.

前記化学反応は、前記輻射を用いた前記輻射熱化学反応容器５１４で行われる１）バイオマス気化（ＣｎＨｍ＋Ｈ２０→ＣＯ＋Ｈ２＋Ｈ２Ｏ＋Ｘ）、及び２）その他同様の炭化水素分解反応の１又はそれ以上を含む吸熱反応であってもよい。炭素に対する蒸気（Ｈ２Ｏ）のモル比は１：１〜１：４の範囲であり、前記温度は前記化学反応が触媒の存在なく生じるよう十分に高い。   The chemical reaction is an endothermic reaction including one or more of 1) biomass vaporization (CnHm + H20 → CO + H2 + H2O + X) and 2) other similar hydrocarbon decomposition reactions performed in the radiation thermal chemical reaction vessel 514 using the radiation. May be. The molar ratio of steam to carbon (H2O) ranges from 1: 1 to 1: 4, and the temperature is high enough so that the chemical reaction occurs without the presence of a catalyst.

前記輻射熱反応容器設計への供給材料として使用される前記バイオマス粒子は、前記気体に同伴された前記粒子への輻射のより効果的な熱伝導、所与の供給されたバイオマスの量についての一酸化炭素と水素の合成ガス成分の発生の増加した気化生産量、及びタールとＣ２＋オレフィンの減少した生成量を通じて改良したプロセス衛生を通じて、１２００度Ｃを超えるプロセス気体の温度を増加させ維持することが可能であるという有利な効果をもたらす。前記輻射熱反応容器のための前記制御システムは、上述の利益を生むため前記反応容器の表面から前記バイオマス粒子の流量へと伝導される輻射熱と整合する。   The biomass particles used as feed to the radiant heat reactor design are more effective heat transfer of radiation to the particles entrained in the gas, monoxide for a given amount of biomass supplied Increased and maintained process gas temperatures above 1200 degrees C through increased vaporization production of carbon and hydrogen synthesis gas components and improved process hygiene through reduced production of tar and C2 + olefins This has the advantageous effect of being. The control system for the radiant heat reaction vessel is aligned with the radiant heat conducted from the surface of the reaction vessel to the flow rate of the biomass particles to produce the benefits described above.

前記制御システムは、前記輻射熱推進化学反応容器が高熱流を有することを生じさせることを補助するため熱エネルギーを前記化学反応容器５１４へと供給する前記ガスバーナ５３８を制御する。前記化学反応容器５１４の内面は、前記包含された超高熱流動化学反応容器５１４の作動温度を維持するため、１）輻射エネルギーを吸収及び再放出し、２）輻射エネルギーを高度に反射し、及び３）これらのいずれかの組み合わせを行うため整列している。それゆえ、前記耐火性容器の穴の前記内壁と前記各１又はそれ以上の管５３６の前記外壁は、例えば、前記バイオマス粒子と、所与の管５３６の外壁と前記耐火性容器の内壁の間に存在するその他の熱伝導補助粒子へと輻射熱エネルギーを放出する。前記耐火性容器はそれゆえ、前記バイオマス粒子への熱流動、熱伝導補助粒子及び前記化学容器内の反応物質気体を一般に伝える熱輻射及び反射によるエネルギー伝達を生じさせる前記耐火性容器の上部及び下部に沿って配置された前記バーナ５３８からの前記集中したエネルギーを前記管５３６を介して吸収又は反射する。前記熱耐火性容器の穴の前記内壁と多数の管５３６は、輻射を吸収しそれを前記熱伝導補助粒子へと再輻射するか又は前記熱伝導補助粒子への前記入射輻射を反射することのいずれかにより輻射分散部としてはたらく。前記輻射熱化学反応容器５１４は、対流又は伝導ではなく主に輻射熱伝導により生じる超高熱流及び高温を用いる。   The control system controls the gas burner 538 that supplies thermal energy to the chemical reaction vessel 514 to assist in causing the radiant heat propelled chemical reaction vessel to have a high heat flow. The inner surface of the chemical reaction vessel 514 maintains 1) the operating temperature of the contained ultra-high heat flow chemical reaction vessel 514: 1) absorbs and re-emits radiant energy, 2) highly reflects radiant energy, and 3) Align to perform any of these combinations. Thus, the inner wall of the hole in the refractory container and the outer wall of each of the one or more tubes 536 are, for example, between the biomass particles, the outer wall of a given tube 536 and the inner wall of the refractory container. Radiant heat energy is released to other heat conduction auxiliary particles present in the. The refractory container is therefore the upper and lower portions of the refractory container that cause heat transfer to the biomass particles, heat conduction auxiliary particles and heat transfer and general energy transfer through the reactant gas in the chemical container. The concentrated energy from the burner 538 disposed along the line is absorbed or reflected through the tube 536. The inner wall of the hole of the heat-resistant container and the multiple tubes 536 absorb radiation and re-radiate it to the heat conduction auxiliary particles or reflect the incident radiation to the heat conduction auxiliary particles. It works as a radiation dispersion part by either. The radiant heat chemical reaction vessel 514 uses an extremely high heat flow and high temperature generated mainly by radiant heat conduction rather than convection or conduction.

木炭粒子上で一般に用いられる対流バイオマス気化部は典型的には多くて５〜１０ｋＷ／ｍ＾２の熱流動に達する。前記高輻射熱流動バイオマス気化部は、対流によるバイオマス気化部にて見られるそれより少なくとも３倍の量著しく多い熱流動を用いるであろう（２５ｋＷ／ｍ＾２より大）。一般に、高温（＞９５０度Ｃの壁温度）の輻射を用いて、より高い流動（８０ｋＷ／ｍ＾２より大きい高熱流）が前記適切に設計された反応容器と共に実現され得る。ある場合において、前記高熱流は１００ｋＷ／ｍ＾２〜２５０ｋＷ／ｍ＾２であり得る。   The convective biomass vaporizer commonly used on charcoal particles typically reaches a heat flow of at most 5-10 kW / m ^ 2. The high radiant heat flow biomass vaporization section will use significantly more heat flow (greater than 25 kW / m ^ 2) at least three times that found in convection biomass vaporization sections. In general, using high temperature (> 950 ° C. wall temperature) radiation, a higher flow (high heat flow greater than 80 kW / m 2) can be achieved with the appropriately designed reaction vessel. In some cases, the high heat flow may be between 100 kW / m 2 and 250 kW / m 2.

次に、前記制御システムの前記多様なアルゴリズムとプロセスは、例えばコンピュータにより実行されるプログラムモジュールのようなコンピュータで実行可能な指令という一般的な文脈で説明される。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを行い又は特定の抽象的なデータタイプを実行するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む。当業者は、前記説明を実行することができ、及び／又は、本書面において、以下で述べる如何なるコンピュータ可読媒体上でも実現され得るコンピュータで実行可能な指令として理解する。一般に、前記プログラムモジュールは、ソフトウエア指令、電子ハードウエアのロジックブロック及び両者の組み合わせとして実行されてもよい。前記ソフトウエア部分は、機械可読媒体上に保存され、Ｊａｖａ、Ｃ＋＋、Ｃ等のようないかなる数のプログラム言語にて書かれてもよい。前記機械可読媒体は、ハードドライブ、外部ドライブ、ＤＲＡＭ、テープドライブ、メモリスティック等であってもよいが一時的な信号は含まない。それゆえ、前記アルゴリズムと制御システムは、ハードウエアロジック、ソフトウエアと相互作用するハードウエアロジック、又はソフトウエアのみでもっぱら製造されてもよい。   The various algorithms and processes of the control system will now be described in the general context of computer-executable instructions, such as program modules executed by a computer. Generally, program modules include routines, programs, objects, components, data structures, etc. that perform particular tasks or perform particular abstract data types. Those skilled in the art will understand the above description and / or as understood in this document as computer-executable instructions that can be implemented on any computer-readable medium described below. In general, the program modules may be executed as software commands, electronic hardware logic blocks, and combinations thereof. The software portion may be stored on a machine readable medium and written in any number of programming languages such as Java, C ++, C, etc. The machine readable medium may be a hard drive, external drive, DRAM, tape drive, memory stick, etc., but does not include temporary signals. Therefore, the algorithm and control system may be manufactured solely from hardware logic, hardware logic that interacts with software, or software alone.

前記設計のいくつかの特定の実施形態が示されるものの、前記設計はこれらの実施形態に限定されない。例えば、様々なプラントプロセスからの回収された排気熱は、燃焼気体を予熱するために用いられ得り又は他の同様の加熱手段のために用いられ得る。蓄熱ガスバーナ又は従前のバーナは前記炉のための熱源として用いられ得る。前記蒸気メタン改質は、ＳＨＲ（蒸気炭化水素改質）であり／を含み得り、前記ＳＨＲは、合成ガスへと酸化すると共に、炭化水素（アルカン、アルケン、アルキン、芳香油、フラン、フェノール、カルボン酸、ケトン、アルデヒド、エーテル等）を含む短鎖炭化水素（＜Ｃ２０）を分解する。前記設計は、本書面にて説明した前記特定の実施形態により限定されるものではなく、添付の請求項の範囲によりのみ限定されるものと理解されるべきである。   Although some specific embodiments of the design are shown, the design is not limited to these embodiments. For example, recovered exhaust heat from various plant processes can be used to preheat the combustion gases or can be used for other similar heating means. A regenerative gas burner or a conventional burner can be used as a heat source for the furnace. The steam methane reforming may include / include SHR (steam hydrocarbon reforming), and the SHR may be oxidized to synthesis gas and hydrocarbon (alkane, alkene, alkyne, aromatic oil, furan, phenol) , Carboxylic acids, ketones, aldehydes, ethers, etc.) and short chain hydrocarbons (<C20). It should be understood that the design is not limited by the specific embodiments described herein, but only by the scope of the appended claims.

Claims (20)

バイオマスから合成ガスを生成する統合装置であって、
バイオマスチップを供給材料として受け入れる入力穴と、１又はそれ以上の蒸気供給入力口と、バイオマス気化部への後の供給のために前記バイオマスを事前処理する２又はそれ以上のステージと、を有する蒸気爆発ユニットを有し、
前記２又はそれ以上のステージは、前記バイオマスに対して適用される熱と圧力と湿気の組み合わせを使用して前記バイオマスを湿潤な微細粒子形態にし、
前記２又はそれ以上のステージは、前記バイオマスのセルロース繊維からのヘミセルロースとリグニンとの間の結合を分解することを開始し前記受け入れたバイオマスチップの湿気含有量を増加させる、第１の蒸気供給口からの蒸気を適用することにより前記受け入れたバイオマスチップのバルク構造を少なくとも部分的に分解するよう構成され、その後、前記ステージにおいて第２の蒸気供給口からの少なくとも大気圧の１４倍の蒸気が適用され前記バイオマス内に存在する気体と流体が加熱及び加圧され、
前記２又はそれ以上へのステージの出口オリフィスにおいて前記加圧されたバイオマスの前記バルク構造は前記バイオマスの急速な減圧を通じて内部で分解し、
前記分解したバイオマスは前記ステージから排出され厚さが７０ミクロンより小さく長さが５００ミクロンより小さい平均寸法を有する微粒子形態を生成し当該生成された湿潤なバイオマスの微粒子はその後前記バイオマス気化部の供給セクションへと供給され、及び、
前記バイオマス気化部は、前記湿潤な微粒子形態のバイオマスを反応させるよう構成された反応容器を有し、前記湿潤な微粒子形態のバイオマスは、前記蒸気爆発ユニットにて分解されたことにより前記入力穴にて前記受け入れたバイオマスチップに比べて減少した粒子サイズと全体として増加した表面積を有し、
前記バイオマス気化部は、第３の蒸気供給口と１又はそれ以上の熱源を有し、前記蒸気の存在下における微粒子形態の前記バイオマスは前記反応容器において急速なバイオマス気化反応にて反応し、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）を含む少なくとも合成ガスを生成し、
前記蒸気爆発ユニットと前記バイオマス気化部は前記統合装置の一部である、統合装置。 An integrated device for generating synthesis gas from biomass,
Steam having an input hole for receiving biomass chips as feed material, one or more steam supply inputs, and two or more stages for pre-processing said biomass for subsequent supply to a biomass vaporizer Has an explosion unit,
The two or more stages use a combination of heat, pressure and moisture applied to the biomass to bring the biomass into a wet fine particle form;
The two or more stages begin to break down bonds between hemicellulose and lignin from the cellulose fibers of the biomass and increase the moisture content of the received biomass chip, the first steam inlet Is configured to at least partially decompose the bulk structure of the received biomass chip by applying steam from which at least 14 times steam from the second steam supply port is applied in the stage Gas and fluid present in the biomass are heated and pressurized,
The bulk structure of the pressurized biomass at the exit orifice of the stage to the two or more decomposes internally through rapid depressurization of the biomass;
The decomposed biomass is discharged from the stage to produce a particulate form having an average size less than 70 microns in thickness and less than 500 microns in length, and the produced wet biomass particulates are then fed to the biomass vaporization section. Supplied to the section and
The biomass vaporization unit includes a reaction vessel configured to react the biomass in the wet particulate form, and the biomass in the wet particulate form is decomposed in the steam explosion unit into the input hole. Having a reduced particle size and an overall increased surface area compared to the accepted biomass chip,
The biomass vaporization section has a third steam supply port and one or more heat sources, and the biomass in the form of fine particles in the presence of the steam reacts in a rapid biomass vaporization reaction in the reaction vessel, and hydrogen Producing at least synthesis gas containing (H2) and carbon monoxide (CO);
The steam explosion unit and the biomass vaporization unit are integrated devices, which are part of the integrated device. 請求項１に記載の前記統合装置であって、
前記蒸気爆発ユニットの前記２又はそれ以上のステージは、少なくとも熱加水ステージと蒸気爆発ステージとを含み、
前記熱加水ステージは、前記バイオマスチップを受け取る前記入力穴を有し、前記第１の蒸気供給口は、６０度Ｃより高く１４５度Ｃより低い高温であっておよそ大気ＰＳＩの圧力で前記バイオマスチップを含む容器へと低圧飽和蒸気を適用し、前記受け入れたバイオマスチップの分解、加水及び軟化を開始するよう構成され、
温度センサセットは、前記受け入れたバイオマスチップの高められた温度についてのフィードバックを提供し、
制御システムは、８〜２０分の留置時間、前記バイオマスチップを前記熱加水ステージに留めることを維持するよう構成され、前記留置時間は、前記バイオマスを前記蒸気爆発ステージへと移動させる前に前記バイオマスチップを湿気で飽和させるのに十分な長さである、統合装置。 The integrated device according to claim 1,
The two or more stages of the steam explosion unit comprise at least a thermal hydration stage and a steam explosion stage;
The thermal hydration stage has the input hole for receiving the biomass chip, and the first steam supply port is at a high temperature higher than 60 degrees C and lower than 145 degrees C and at a pressure of about atmospheric PSI, the biomass chip. Applying low pressure saturated steam to a container containing and configured to initiate decomposition, hydration and softening of the received biomass chips;
A temperature sensor set provides feedback about the elevated temperature of the received biomass chip;
The control system is configured to maintain the biomass chip in the thermal hydration stage for an indwelling time of 8-20 minutes, wherein the indwelling time is determined by the biomass before moving the biomass to the steam explosion stage. An integrated device that is long enough to saturate the chip with moisture. 請求項２に記載の前記統合装置であって、
前記熱加水ステージは、軟化され湿気含有量が増加した前記バイオマスチップを送りねじシステムを介して前記蒸気爆発ステージへと供給し、前記蒸気爆発ステージは、前記制御システムにより前記熱加水ステージに存在する圧力の１０〜３０倍の圧力となるよう維持されており、前記蒸気爆発ステージはさらに前記バイオマスの湿気含有量と前記バイオマスを構成する細胞の内圧を上昇させる、統合装置。 The integrated device according to claim 2,
The thermal hydration stage supplies the biomass chip that has been softened and has increased moisture content to the steam explosion stage via a feed screw system, and the steam explosion stage is present in the thermal hydration stage by the control system. An integrated apparatus that is maintained at a pressure that is 10 to 30 times the pressure, and wherein the vapor explosion stage further increases the moisture content of the biomass and the internal pressure of the cells that make up the biomass. 請求項１に記載の前記統合装置であって、
前記熱加水ステージの後、前記軟化されたチップ状態のバイオマスは、プラグ形態へと１）押しつぶされ及び２）圧縮されのうちのいずれかの組み合わせがなされ、前記プラグ形態のバイオマスは、その後前記プラグ形態のバイオマスを蒸気爆発ステージへと移動させる連続的送りねじ運搬システムへと供給され、
前記連続的送りねじ運搬システムにおいて前記プラグ形態の前記バイオマスは、前記蒸気爆発ステージに存在する少なくとも大気圧の１４倍の前記高圧蒸気からのブローバック背圧が前記熱加水ステージへと影響することを防止し、
水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）を含む前記バイオマス気化部からの前記合成ガスの成分は、メタノールを生成する下流側のメタノール合成反応容器へと供給され、前記メタノール合成反応容器は前記統合装置の一部である、統合装置。 The integrated device according to claim 1,
After the thermal hydration stage, the softened chip state biomass is any combination of 1) crushed and 2) compressed, and the plug form biomass is then plugged Fed into a continuous feed screw transport system that moves the biomass in the form to a steam explosion stage,
In the continuous feed screw conveyance system, the biomass in the plug form is influenced by blowback back pressure from the high-pressure steam at least 14 times the atmospheric pressure existing in the steam explosion stage. Prevent,
The components of the synthesis gas from the biomass vaporization unit containing hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO) are supplied to a downstream methanol synthesis reaction vessel that generates methanol, and the methanol synthesis reaction vessel is integrated. An integrated device that is part of the device. 請求項４に記載の前記統合装置であって、
前記蒸気爆発ステージは、１又はそれ以上の刃を有する精製ステージと結合し、前記精製ステージは、前記加圧されたバイオマスが前記蒸気爆発ステージから前記蒸気爆発ステージ内の圧力の３分の１より小さい圧力に維持されたブローラインへと前記出口オリフィスを通じて出る前に前記加圧されたバイオマスを機械的に撹拌し、それにより前記加圧されたバイオマスを内部的に分解するよう構成されており、
前記精製ステージにおける前記機械的撹拌は、粒子状態のバイオマスが前記バイオマス粒子の平均寸法においてより均質なサイズ分布をもつ結果となることを生じさせるよう構成される、統合装置。 The integrated device according to claim 4,
The steam explosion stage is combined with a purification stage having one or more blades, wherein the purification stage is such that the pressurized biomass is more than one third of the pressure in the steam explosion stage from the steam explosion stage. Configured to mechanically agitate the pressurized biomass before exiting through the outlet orifice to a blow line maintained at a low pressure, thereby internally decomposing the pressurized biomass;
An integrated device configured to cause the mechanical agitation in the purification stage to result in particulate biomass having a more uniform size distribution in the average size of the biomass particles. 請求項２に記載の前記統合装置であって、
前記蒸気爆発ステージは、温度と圧力のセンサセットと前記制御システムとを有しており、
前記バイオマスは、５分〜２０分の間前記第２の蒸気供給入力口からの少なくとも１８８度Ｃ、１６０ＰＳＩの高温高圧蒸気へとさらされ、それは前記バイオマスのバルク構造の湿気浸透多孔部と前記バイオマスのすべての流体及び気体が前記高温に至るまで行われ、
運搬システムは前記バイオマスを前記蒸気爆発ステージを通じて前記出口オリフィスへと供給し、
前記出口オリフィスの小さい開口部は４〜１０バールの減少圧力に維持された管へと続き、前記高圧のいずれの内部流体又は気体も膨張し、前記バイオマスの前記バルク構造を内部的に分解し、前記湿潤なバイオマス微粒子とする、統合装置。 The integrated device according to claim 2,
The steam explosion stage has a temperature and pressure sensor set and the control system,
The biomass is exposed to high temperature and high pressure steam of at least 188 degrees C, 160 PSI from the second steam supply input for 5 to 20 minutes, which is a moisture permeable porous portion of the biomass bulk structure and the biomass Until all of the fluids and gases reach the high temperature,
A transport system supplies the biomass through the steam explosion stage to the exit orifice;
A small opening in the exit orifice leads to a tube maintained at a reduced pressure of 4-10 bar, and any high pressure internal fluid or gas expands, internally decomposing the bulk structure of the biomass, An integrated apparatus for producing the wet biomass fine particles. 請求項１に記載の統合装置であって、
前記蒸気爆発ユニットの前記２又はそれ以上のステージは、熱加水ステージと蒸気爆発ステージとを含み、
前記熱加水ステージは、第１の温度センサセットと制御システムとを有し、前記制御システムは、前記第１の蒸気供給入力口を通じて前記リグニンのガラス遷移点より高い温度で前記バイオマスチップへと前記蒸気を適用するよう構成され、それにより前記バイオマスが軟化し前記湿気含有量が上昇し少なくとも前記蒸気爆発ステージにおける前記バイオマスの前記セルロース繊維が内部的に前記バイオマスから分解可能となり、
前記熱加水ステージは、前記バイオマスチップを受け入れるよう構成され、前記バイオマスチップは葉、針状の葉、樹皮、及び幹を含み得り、前記制御システムは、８〜２０分の滞留時間前記蒸気を用いて前記熱加水ステージの前記バイオマスチップを６０度Ｃより高い温度に加熱した後、前記バイオマスを前記蒸気爆発ステージへと送り、前記バイオマス素材の前記バルク構造の前記部分的に中空のセルロース繊維とその他の多孔領域の内部に高圧蒸気を生成し、その後、前記蒸気爆発ステージの前記出口オリフィスを通過する際の環境圧は、前記蒸気爆発ステージの前記制御システムにより１６０〜４５０ＰＳＩの間で維持されている前記バイオマスの前記バルク構造を内部爆発を生じさせる減少圧力の管へと押し出すことにより急激に降下し、それにより前記バイオマスをバイオマスの微粒子へと分解し、
繊維の束状のバイオマスの前記バルク構造をセルロース繊維、リグニン及びヘミセルロースの断片及びかけらへと内部的に分解することにより、１）前記受け入れたチップ状態のバイオマスに比べて微粒子状態の前記バイオマスの表面積の増大、及び２）繊維というよりむしろ砂の粒子のように流れる微粒子状態の結果として生じた生成バイオマスの構造における変化、の両方が生じる結果となる、統合装置。 The integrated device according to claim 1,
The two or more stages of the steam explosion unit include a thermal hydration stage and a steam explosion stage;
The thermal hydration stage has a first temperature sensor set and a control system, the control system passing the first steam supply input to the biomass chip at a temperature higher than the glass transition point of the lignin. Configured to apply steam, thereby softening the biomass and increasing the moisture content, and at least the cellulose fibers of the biomass in the steam explosion stage are internally decomposable from the biomass;
The thermal hydration stage is configured to receive the biomass chip, the biomass chip may include leaves, needle-shaped leaves, bark, and trunk, and the control system is configured to deliver the steam for a residence time of 8-20 minutes. And heating the biomass chip of the thermal hydration stage to a temperature higher than 60 degrees C, then sending the biomass to the steam explosion stage, and the partially hollow cellulose fibers of the bulk structure of the biomass material and The high pressure steam is generated inside the other porous region, and then the environmental pressure when passing through the outlet orifice of the steam explosion stage is maintained between 160-450 PSI by the control system of the steam explosion stage. Abruptly by extruding the bulk structure of the biomass into a tube of reduced pressure that causes an internal explosion Beat, thereby decomposing the biomass to biomass particles,
By internally decomposing the bulk structure of fiber bundle biomass into cellulosic fibers, lignin and hemicellulose fragments and fragments, 1) the surface area of the biomass in the particulate state compared to the accepted chip biomass And 2) changes in the structure of the resulting biomass as a result of the particulate state flowing like sand particles rather than fibers, an integrated device. 請求項１に記載の統合装置であって、
前記蒸気爆発ユニットの前記２又はそれ以上のステージは、熱加水ステージと蒸気爆発ステージとを含み、
前記蒸気爆発ステージの前記出口オリフィスにおいてひとたび前記バイオマスが湿潤な微粒子状態となると、前記生成されるバイオマスの粒子はブローラインを急速に通過し水蒸気として排気される蒸気により前記湿気含有量の割合を失い、
前記生成されたバイオマスと湿気の粒子はサイクロンフィルタにより分離され、
バイオマスの前記微粒子の前記湿気含有量はバイオマスの前記微粒子の前記湿気含有量を重量において２０％より小さくなるよう減少させる乾燥部によりブロー容器の出口においてさらに乾燥され、
前記乾燥部は、その後、減少した湿気含有量を有するバイオマスの前記微粒子を前記バイオマス気化部へと供給する準備が整うまで保管のためサイロへと供給する、統合装置。 The integrated device according to claim 1,
The two or more stages of the steam explosion unit include a thermal hydration stage and a steam explosion stage;
Once the biomass is in a wet particulate state at the exit orifice of the steam explosion stage, the produced biomass particles lose their proportion of moisture content due to the steam rapidly passing through the blow line and exhausted as steam. ,
The generated biomass and moisture particles are separated by a cyclone filter,
The moisture content of the particulates of biomass is further dried at the outlet of the blow container by a drying section that reduces the moisture content of the particulates of biomass to less than 20% by weight;
The drying unit then supplies to the silo for storage until the microparticles of biomass having a reduced moisture content are ready to be supplied to the biomass vaporization unit. 請求項１に記載の統合装置であって、
前記蒸気爆発ステージは、１又はそれ以上の刃を有する精製ステージと結合し、前記精製ステージは、前記加圧されたバイオマスが前記蒸気爆発ステージから前記出口オリフィスを通じてブローラインへと出る前に前記加圧されたバイオマスを機械的に撹拌するように構成され、前記減少した湿気含有量を有する生成されたバイオマスの微粒子は、分解され、引き裂かれ、寸断され及びこれらのいずれかの組み合わせをされ、かつ厚さが３０ミクロンより小さく長さが２００ミクロンより小さい平均寸法を有するセルロース繊維を含み、
前記受け入れたチップ形態のバイオマスと比較した場合に同一量のバイオマスにおける高い表面積対体積比を実現するため、前記生成されたバイオマスの微粒子は、前記バイオマス気化部の前記反応容器における前記急速なバイオマス気化反応のため下流側の前記バイオマス気化部へと供給され、それにより前記バイオマス素材へのより高い熱と物質の移動及び前記バイオマスのすべての分子のより急速な熱分解及び気化を許容することとなる、統合装置。 The integrated device according to claim 1,
The steam explosion stage is coupled to a purification stage having one or more blades, the purification stage before the pressurized biomass exits the steam explosion stage through the outlet orifice to the blow line. The produced biomass particulates configured to mechanically agitate the compressed biomass and having the reduced moisture content is decomposed, torn, shredded, and any combination thereof; and Comprising cellulose fibers having an average dimension less than 30 microns in thickness and less than 200 microns in length;
In order to achieve a high surface area to volume ratio for the same amount of biomass when compared to the accepted chip-form biomass, the generated biomass particulates are used for the rapid biomass vaporization in the reaction vessel of the biomass vaporization section. Supplied to the biomass vaporization section downstream for reaction, thereby allowing higher heat and mass transfer to the biomass material and more rapid pyrolysis and vaporization of all molecules of the biomass , An integrated device. 請求項２に記載の統合装置であって、
１４バールより高い高圧蒸気で満たされた前記蒸気爆発ステージは、微粒子形態の前記バイオマスを生成するため減少圧力の次のステージへと前記バイオマス素材を爆発させるよう構成された放出口を含み、
磁性フィルタと空気洗浄フィルタシステムは、前記熱加水ステージへと結合し、それにより前記熱加水ステージへと入る前に金属片及び重い石がチップ形態の前記バイオマスから除去されることを保証し、それによりこれらの金属片及び重い石が前記放出口を含む前記蒸気爆発ユニットの一部を塞ぐことを防止することとなり、
微粒子形態の前記バイオマスは、ブロー容器の供給ラインを高速で流れ、流動補助材は、１）流動可能固体と２）気体を含み、前記バイオマスによる詰まりを防止するため１）前記蒸気爆発ステージの前記放出口及び２）前記供給ラインのいずれかにて注入され、加えて前記供給ラインは、前記供給ラインのまわりに配置された加熱コイルを有し、それにより微粒子形態の前記バイオマスの上昇した温度を維持し、それにより微粒子形態の前記バイオマスのロジンと樹脂酸の結晶化を防止することを助けることとなる、統合装置。 The integrated device according to claim 2,
The steam explosion stage filled with high pressure steam higher than 14 bar comprises an outlet configured to explode the biomass material to the next stage of reduced pressure to produce the biomass in particulate form;
A magnetic filter and air wash filter system couples to the thermal hydration stage, thereby ensuring that metal fragments and heavy stones are removed from the biomass in the form of chips before entering the thermal hydration stage. Will prevent these metal pieces and heavy stones from blocking a part of the steam explosion unit including the discharge port,
The biomass in particulate form flows at high speed through the supply line of the blow container, and the flow aid contains 1) flowable solids and 2) gas, to prevent clogging by the biomass 1) the steam explosion stage The outlet and 2) injected at any of the supply lines, in addition the supply line has a heating coil arranged around the supply line, thereby increasing the temperature of the biomass in particulate form Integrated device that will help maintain and thereby prevent crystallization of the biomass rosin and resin acids in particulate form. 請求項１に記載の統合装置であって、さらに、
水分分離ユニットを有し、
蒸気爆発ステージの排出ステージにおける収集チャンバは、より小さな粒子サイズであってパルプ形態の前記バイオマスを収集するために使用され、前記水分分離ユニットへと供給され、
水分はサイクロンユニットにて微粒子形態の前記バイオマスから除去され、乾燥部へと供給され、それによりさらに微粒子形態の前記バイオマスの減少した湿気含有量は重量において２０％より小さくなり、
前記サイクロンユニットから回収した前記蒸気爆発ステージから得られた有機化合物を含む気体は、収集され供給ラインを通じて前記バイオマス気化部へと供給される、統合装置。 The integrated device according to claim 1, further comprising:
Having a moisture separation unit,
A collection chamber in the discharge stage of the steam explosion stage is used to collect the biomass in smaller particle size and pulp form and fed to the moisture separation unit;
Water is removed from the biomass in particulate form in a cyclone unit and fed to the drying section, which further reduces the moisture content of the biomass in particulate form to less than 20% by weight,
An integrated apparatus in which a gas containing an organic compound obtained from the steam explosion stage recovered from the cyclone unit is collected and supplied to the biomass vaporization unit through a supply line. 統合装置においてバイオマスから合成ガスを生成する方法であって、
チップ形態のバイオマスを供給材料として受け取るステップであって、その後のバイオマス気化部への供給のために２又はそれ以上の前記バイオマスを事前処理する、ステップと、
熱、圧力及び湿気の組み合わせを前記２又はそれ以上のステージの前記バイオマスへと適用するステップであって、前記バイオマスを湿潤な微粒子形態にし、
前記２又はそれ以上のステージにおける蒸気爆発プロセスは、前記バイオマスのセルロース繊維からのヘミセルロースとリグニンとの間の結合を分解することを開始し前記受け入れたバイオマスチップの湿気含有量を増加するよう低圧の蒸気を適用することにより前記受け入れたチップ形態のバイオマスのバルク構造を少なくとも部分的に分解し、その後前記バイオマス内の気体と流体を加熱及び加圧する高圧蒸気を適用することにより増加した湿気含有量と分解した結合を有する前記バイオマスの急速な減圧を通じて前記受領したチップ形態のバイオマスの前記バルク構造を内部的に分解し、
前記２又はそれ以上の蒸気爆発ユニットからの前記湿潤な微粒子形態となった前記バイオマスは、厚さが７０ミクロンより小さく長さが５００ミクロンより小さい平均寸法を有し、当該生成されたバイオマスの湿潤な微粒子は、後に前記バイオマス気化部の供給セクションへと供給される、ステップと、
前記バイオマスの微粒子を反応させるステップであって、前記バイオマスの微粒子は、前記バイオマス気化部の前記蒸気爆発ユニットの前記２又はそれ以上のステージにより分解されたことにより供給材料の前記受け入れたチップ形態のバイオマスに比べて減少した粒子サイズと全体として増加した表面積を有し、
前記バイオマス気化部の蒸気の存在下で前記蒸気爆発ユニットにより生成された前記バイオマスの前記粒子は、急速なバイオマス気化反応にて反応し、それにより水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含む少なくとも合成ガスの成分を生成することとなり、
前記蒸気爆発ユニットとバイオマス気化部とは、前記統合装置の一部である、ステップと、を備える方法。 A method of generating synthesis gas from biomass in an integrated device,
Receiving biomass in chip form as feed material, pretreating two or more said biomasses for subsequent supply to a biomass vaporizer;
Applying a combination of heat, pressure and moisture to the biomass in the two or more stages, wherein the biomass is in wet particulate form;
The steam explosion process in the two or more stages begins to break down the bonds between hemicellulose and lignin from the cellulose fibers of the biomass and reduces the moisture content of the received biomass chips to a low pressure. Moisture content increased by applying high pressure steam that at least partially decomposes the bulk structure of the biomass in the received chip form by applying steam and then heating and pressurizing the gas and fluid in the biomass; Internally decomposing the bulk structure of the chip-shaped biomass received through rapid decompression of the biomass with decomposed bonds;
The biomass in the wet particulate form from the two or more steam explosion units has an average dimension that is less than 70 microns in thickness and less than 500 microns in length and wets the produced biomass Fine particles are subsequently fed to the feed section of the biomass vaporizer,
Reacting the biomass particulates, wherein the biomass particulates are decomposed by the two or more stages of the steam explosion unit of the biomass vaporization section in the accepted chip form of the feed material. Having a reduced particle size and an overall increased surface area compared to biomass,
The particles of the biomass produced by the steam explosion unit in the presence of steam in the biomass vaporizer react in a rapid biomass vaporization reaction, thereby containing hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO). Will produce at least a component of the synthesis gas,
The steam explosion unit and the biomass vaporization unit are steps of being a part of the integrated device. 請求項１２に記載の前記統合装置のための方法であって、
前記２又はそれ以上のステージは、熱加水ステージと蒸気爆発ステージとを含み、
前記熱加水ステージは、前記低圧蒸気を適用し、前記低圧蒸気は、湿気で飽和しており前記チップ形態のバイオマスを含み６０度Ｃより高く１４５度Ｃより低い高温かつおよそ大気ＰＳＩ圧力の容器内へと向かい、前記受け入れたチップ形態のバイオマスの分解、加水及び軟化を開始し、
前記バイオマスの前記チップは、湿気で飽和するよう１０〜１５分の十分な長さ前記熱加水ステージに滞留し、
前記熱加水ステージは、前記蒸気爆発ステージに対して軟化され湿気含有量が増加したバイオマスのチップを供給し、前記蒸気爆発ステージは、１６０〜４５０ＰＳＩの圧力であって１６０〜２７０℃の温度に維持されている、方法。 A method for the integrated device according to claim 12, comprising:
The two or more stages include a thermal hydration stage and a steam explosion stage;
The thermal hydration stage applies the low-pressure steam, the low-pressure steam is saturated with moisture, contains biomass in the form of chips, and is contained in a container having a high temperature higher than 60 ° C. and lower than 145 ° C. and approximately atmospheric PSI pressure. To start the decomposition, hydration and softening of the biomass of the received chip form,
The chips of the biomass stay in the thermal hydration stage long enough for 10-15 minutes to saturate with moisture,
The thermal hydration stage supplies biomass chips that are softened and have increased moisture content to the steam explosion stage, and the steam explosion stage is maintained at a temperature of 160-270 ° C. at a pressure of 160-450 PSI. The way it is. 請求項１２に記載の前記統合装置のための方法であって、さらに、
１６０〜４５０ＰＳＩにて加圧されたバイオマスが前記蒸気爆発ステージ内の圧力の３分の１より小さい圧力に維持されたブローラインへと前記出口オリフィスを通じて前記蒸気爆発ステージから出る前に、精製ステージの１又はそれ以上の刃を用いて前記蒸気爆発ステージの前記バイオマスを機械的に撹拌し、それにより前記１６０〜４５０ＰＳＩにて加圧されたバイオマスを内部的に分解することとなる、ステップであって、
前記精製ステージにおける前記機械的撹拌は、結果として生じる粒子状態のバイオマスが前記バイオマス粒子の平均寸法においてより均質なサイズ分布をもつことを生じさせるよう構成される、ステップを含む方法。 The method for the integrated device of claim 12, further comprising:
Before the biomass pressurized at 160-450 PSI exits the steam explosion stage through the outlet orifice to a blow line maintained at a pressure less than one third of the pressure in the steam explosion stage, Mechanically agitating the biomass of the steam explosion stage using one or more blades, thereby internally decomposing the pressurized biomass at the 160-450 PSI, ,
The method comprising the step wherein the mechanical agitation in the purification stage is configured to cause the resulting particulate state biomass to have a more uniform size distribution in the average size of the biomass particles. 請求項１３に記載の前記統合装置のための方法であって、
前記熱加水ステージの後、前記軟化されたチップ状態のバイオマスは、１）押しつぶされ及び２）圧縮されのうちのいずれかの組み合わせがなされ、その後、前記バイオマスを前記蒸気爆発ステージへと移動させる運搬システムへと供給され、
前記運搬システムにおいて、前記バイオマスは、前記蒸気爆発ステージに存在する前記高圧蒸気からのブローバック背圧が前記熱加水ステージへと影響することを防止する、方法。 14. A method for the integrated device according to claim 13, comprising:
After the thermal hydration stage, the softened chip state biomass is combined in any one of 1) crushed and 2) compressed, and then transports the biomass to the steam explosion stage Supplied to the system,
In the transport system, the biomass prevents a blowback back pressure from the high-pressure steam existing in the steam explosion stage from affecting the thermal hydrolysis stage. 請求項１２に記載の前記統合装置のための方法であって、
前記蒸気爆発ユニットの前記２又はそれ以上のステージは、熱加水ステージと蒸気爆発ステージとを含み、
前記熱加水ステージは、軟化させ湿気含有量を向上させるため８〜２０分の留置時間で前記蒸気を用いて前記バイオマスが６０℃より高くなるよう適用される蒸気を有し、その後、前記バイオマスを前記バイオマスの前記蒸気爆発ステージへと送り、チップ形態の前記バイオマスを内部的に分解することとなり、
前記バイオマスは、１６０〜４５０ｐｓｉｇの高温高圧蒸気バイオマスへと３〜１５分の十分な時間さらされ、前記バイオマス素材の前記バルク構造の部分的な中空のセルロース繊維とその他の多孔領域の内部に高圧蒸気を生成し、その後、前記蒸気爆発ステージの出口における前記圧力は、１６０〜４５０ｐｓｉｇの前記バイオマスの前記バルク構造を内部爆発を生じさせる１６０〜４５０ｐｓｉｇの３分の１よりも小さい減少圧力の管へと押し出すことより急速に降下し、それにより前記バイオマスを内部的に分解しバイオマスの微細粒子とする、方法。 A method for the integrated device according to claim 12, comprising:
The two or more stages of the steam explosion unit include a thermal hydration stage and a steam explosion stage;
The thermal hydration stage has steam applied so that the biomass is higher than 60 ° C. using the steam with an indwelling time of 8-20 minutes in order to soften and improve the moisture content; Sending the biomass to the steam explosion stage, will internally decompose the biomass in the form of chips,
The biomass is exposed to 160 to 450 psig of high temperature and high pressure steam biomass for a sufficient time of 3 to 15 minutes, and the high pressure steam inside the partially hollow cellulose fibers and other porous regions of the bulk structure of the biomass material. And then the pressure at the outlet of the steam explosion stage is reduced to a tube of reduced pressure less than one third of 160-450 psig causing the bulk structure of the biomass of 160-450 psig to cause an internal explosion. A method of descending more rapidly than extruding, thereby internally decomposing the biomass into fine particles of biomass. 請求項１４に記載の前記統合装置のための方法であって、
前記バイオマスは、単一の連続的な直径の圧力降下というよりもむしろ異なる直径セクションを用いた制御された一連の２又はそれ以上の圧力降下がなされる前記蒸気爆発ステージの前記出口オリフィスを通過する際に爆発し前記湿潤な微粒子形態となり、
ひとたび前記バイオマスが爆発し前記湿潤な微粒子形態となると、前記生成されたバイオマスの粒子は、水蒸気として急速に通過し排気される蒸気により前記湿気含有量の割合を失い、
バイオマスの前記微粒子の湿気含有量は、バイオマスの微粒子の前記湿気含有量を重量において２０％より小さくなるよう減少させるフラッシュドライヤにより乾燥される、方法。 15. A method for the integrated device according to claim 14, comprising:
The biomass passes through the exit orifice of the steam explosion stage where a controlled series of two or more pressure drops are made using different diameter sections rather than a single continuous diameter pressure drop. And explode into the wet particulate form,
Once the biomass explodes into the wet particulate form, the produced biomass particles lose their proportion of moisture content due to the steam that rapidly passes and exhausts as water vapor,
The method wherein the moisture content of the particulates of biomass is dried by a flash dryer that reduces the moisture content of the particulates of biomass to less than 20% by weight. 請求項１４に記載の前記統合装置のための方法であって、
減少した湿気含有量の前記生成されたバイオマスの微粒子は、分解され、引き裂かれ、寸断され及びこれらのいずれかの組み合わせがなされたセルロース繊維を含み、厚さが５０ミクロンより小さく長さが２００ミクロンより小さい平均寸法を有し、
前記受け入れたチップ形態のバイオマスと比較した場合に同一量のバイオマスにおける高い表面積対体積比を実現するため、前記生成されたバイオマスの微粒子は、前記バイオマス気化部の反応容器における前記急速なバイオマス気化反応のために下流側の前記バイオマス気化部へと供給され、それにより前記バイオマス素材へのより高い熱と物質の移動及び前記バイオマスのすべての分子のより急速な熱分解及び気化を許容することとなる、方法。 15. A method for the integrated device according to claim 14, comprising:
The produced biomass particulates with reduced moisture content comprise cellulose fibers that have been decomposed, torn, shredded, and any combination thereof, having a thickness of less than 50 microns and a length of 200 microns Has a smaller average dimension,
In order to achieve a high surface area to volume ratio in the same amount of biomass when compared to the biomass in the accepted chip form, the generated biomass particulates are the rapid biomass vaporization reaction in the reaction vessel of the biomass vaporization section. Is fed to the biomass vaporization section downstream, thereby allowing higher heat and mass transfer to the biomass material and more rapid pyrolysis and vaporization of all molecules of the biomass. ,Method. 請求項１２に記載の前記統合装置のための方法であって、さらに、
前記蒸気爆発ユニットの放出口においてより小さな粒子サイズであってパルプ形態へと縮小した前記バイオマスを収集し、水分分離ユニットへと供給するステップであって、
水分はサイクロンユニットにて微粒子形態の前記バイオマスから除去され、重量において４０％より小さい微粒子形態の前記バイオマスの前記減少した湿気含有量は、フラッシュドライヤへと供給され、前記フラッシュドライヤは、さらに前記バイオマスの前記湿気含有量を重量において２０％より小さくなるよう減少させる、ステップを含む方法。 The method for the integrated device of claim 12, further comprising:
Collecting the biomass with a smaller particle size and reduced to pulp form at the outlet of the steam explosion unit and supplying it to a moisture separation unit;
Moisture is removed from the biomass in particulate form in a cyclone unit, and the reduced moisture content of the biomass in particulate form less than 40% by weight is fed to a flash dryer, the flash dryer further comprising the biomass Reducing said moisture content to less than 20% by weight. 請求項１９に記載の方法であって、
前記熱加水ステージの後、前記軟化されたチップ状態のバイオマスは、プラグ形態へと１）押しつぶされ及び２）圧縮されのうちのいずれかの組み合わせがなされ、前記プラグ形態のバイオマスは、その後前記プラグ形態のバイオマスを蒸気爆発ステージへと移動させる連続的送りねじ運搬システムへと供給され、
前記連続的送りねじ運搬システムにおいてプラグ形態の前記バイオマスは、前記蒸気爆発ステージに存在する前記高圧蒸気からのブローバック背圧が前記熱加水ステージへ影響することを防止し、
前記バイオマス気化部からの前記合成ガスの成分は、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）を含み、メタノールを生成する下流側メタノール合成反応器へと供給され、前記メタノール合成反応器は前記統合装置の一部である、方法。 20. The method according to claim 19, comprising
After the thermal hydration stage, the softened chip state biomass is any combination of 1) crushed and 2) compressed, and the plug form biomass is then plugged Fed into a continuous feed screw transport system that moves the biomass in the form to a steam explosion stage,
The biomass in the form of a plug in the continuous feed screw conveying system prevents blowback back pressure from the high-pressure steam present in the steam explosion stage from affecting the thermal hydrolysis stage,
The components of the synthesis gas from the biomass vaporization unit include hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO) and are supplied to a downstream methanol synthesis reactor that generates methanol, and the methanol synthesis reactor is integrated. A method that is part of a device.
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