CN119859559A - 通过与基于化石的原料共研磨来处理生物质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及处理包含生物质的原料的新方法，所述方法包括至少以下步骤：a)在20至180℃的温度下将所述原料干燥5至180分钟的持续时间的步骤，b)烘焙源自步骤a)的原料以产生至少一种经烘焙生物质固体流出物的步骤，c)在至少一种固体化石原料的存在下共研磨源自步骤b)的经烘焙生物质固体流出物以获得粉末的步骤。

Description

通过与基于化石的原料共研磨来处理生物质的方法

本申请是申请号为201880045537.6申请的分案申请，申请号为201880045537.6申请的申请日是2018年7月3日。

技术领域

本发明涉及生物质的处理以便为其提质(特别是通过气化)的目的而制备生物质、以用于生产液体烃和任选生产石化基料和/或化工基料和/或氢。

更特别地，本发明涉及处理包含生物质的原料的方法，其目的在于将其注入气化反应器以便生产烃，特别是汽油、瓦斯油和煤油。

现有技术

在本发明的领域中，本领域技术人员不断寻求改善生物质的调质，特别是为了改善其热值。

更特别地，改进通过基于生物质的处理方法获得的粉末的粒度和与该处理相关的能量成本是在生物质制备中，特别是在最普遍的气化工艺中的基本参数。

处理生物质以便通过生产烃将生物质提质是本领域技术人员公知的。该处理的主要步骤是干燥、热处理(如烘焙)和研磨。这些步骤特别描述在申请WO2014/068253中。该处理的主要参数是所获得的粉末的特性，特别是其尺寸，以及研磨和更一般而言该工艺的能量成本。

申请WO2013/114328描述了在微米级粉末形式的添加剂的存在下研磨源自生物质的含碳原料的方法，所述添加剂源自矿物材料(如硬脂酸镁或二氧化硅，其为微珠形式)和/或植物材料(如木炭或化石碳)，其目的在于改善通过研磨生物质获得的粉末的性质，如可流动性和流化适应性，由此允许获得小粒度的粉末的紧密混合物。该文献并未描述在研磨生物质期间使用除粉末形式且仅具有微米级尺寸的添加剂之外的添加剂。

优化生物质的处理和/或调质，特别是通过简化实施的工艺、降低所述步骤(特别是研磨步骤)的能量成本在本发明的领域中仍然是严峻的挑战。

令人惊讶的是，申请人已经发现了通过至少一个所述原料在与至少一种固体化石原料的混合物中共研磨的步骤来处理生物质原料的方法。有利地，所述共研磨使得能够研磨原料以及干燥和研磨化石原料。事实上，生物质原料的研磨是放热步骤，并且生成的热量有利地允许同时干燥化石原料。根据本发明的方法的另一优点是通过不同步骤过程中形成的气体的能量集成而降低了该方法的能量成本。

发明内容

本发明的主题是提供一种处理包含生物质的原料的新方法，所述方法包括至少以下步骤：

a)在20至180℃的温度下将所述原料干燥5至180分钟的持续时间的步骤，

b)烘焙源自步骤a)的原料以产生至少一种经烘焙生物质固体流出物的步骤，和

c)在至少一种固体化石原料的存在下共研磨源自步骤b)的经烘焙生物质固体流出物以获得粉末的步骤，

其中

干燥步骤a)结束时的残余水量相对于原料的总重量为0重量％至5重量％，

在共研磨步骤c)中引入的固体化石原料的尺寸为1至100毫米和优选2至80毫米，输入到共研磨步骤c)中的固体化石原料具有3.1至30重量％、优选4至25重量％的水分含量。

根据本发明的方法的一个优点是使得能够获得源自生物质和化石原料的小粒度粉末的紧密混合物。

根据本发明的共研磨的一个优点是通过将研磨生物质所释放的热能转移给化石原料，使得能够在所述共研磨步骤的同时干燥化石原料。

本发明的另一优点是通过组合一系列在特定条件下运行的步骤，允许它们的能量集成，使得能够在有限的能量成本下处理生物质。

优选地，该方法包括在100至300℃的温度下最终干燥步骤c)结束时获得的粉末的步骤d)。

优选地，干燥步骤d)与共研磨步骤c)同时进行。

优选地，生物质选自任何类型的生物质，优选选自固体类型的生物质，特别是选自木质纤维素类型的生物质。生物质类型的非限制性实例例如涉及来自农业操作的残余物(特别是秸秆、玉米穗轴)、来自林业操作的残余物、来自林业操作的产物、来自锯木厂的残余物和专用农作物(例如短轮伐期萌生林)。

优选地，该方法包括预处理生物质，优选初级研磨的步骤i)。

优选地，烘焙步骤b)在优选为0.1至15巴、优选0.1至10巴和更优选0.5至1.5巴的绝对操作压力下在200至350℃、优选220至340℃、优选250至320℃和更优选270至300℃的温度下进行5至180分钟和优选15至60分钟的持续时间。

优选地，该方法包括燃烧源自步骤b)的烘焙气体(11)的步骤ii)。

优选地，使用源自燃烧烘焙气体(11)的步骤ii)的能量以便提供该方法的步骤中、优选步骤a)、b)和/或d)中所需的热能。

优选地，在共研磨步骤c)中引入的固体化石原料(9)选自固体化石烃，例如煤、石油焦、油船残渣、沥青砂或其衍生物、以及油页岩或其衍生物。

优选地，固体化石原料(9)经历初步干燥步骤iii)。

优选地，在共研磨步骤c)中以1至99重量％、优选50至98重量％和优选40至95重量％的总固体原料中经烘焙生物质固体流出物的重量百分比引入源自步骤b)的经烘焙生物质固体流出物，所述总固体原料是经烘焙生物质固体流出物和化石原料的总和。

优选地，输入到共研磨步骤c)中的固体化石原料具有5至20重量％的水分含量。

优选地，该方法包括一个或多个储存源自该方法的一个或任何步骤、优选源自步骤a)、b)、c)或d)的流出物的步骤e)。

优选地，该方法包括输送、优选气力输送的步骤f)。

优选地，该方法包括在800至1800℃、优选1000至1600℃和更优选1200至1500℃的温度下和在有利地为20至120巴、优选25至60巴和更优选30至50巴的绝对压力下气化的步骤g)。

定义和缩写

在作为一个整体的说明书通篇中，下文中的术语或缩写具有以下含义。

生物质非限制性地是指来自固体类型的生物质，特别是来自木质纤维素类型的生物质的材料。生物质类型的非限制性实例例如涉及来自农业操作的残余物(特别是秸秆、玉米穗轴)、来自林业操作的残余物、来自林业操作的产物、来自锯木厂的残余物和专用农作物(例如短轮伐期萌生林)。

固体化石材料非限制性地是指在研磨步骤的条件下为固体的单独或混合物形式的材料，并选自固体化石烃，如煤、石油焦、油船残渣、沥青砂或其衍生物、以及油页岩或其衍生物。

无水重量损失是指烘焙步骤过程中材料损失(不包括水)与烘焙步骤中注入的总重量(不包括水)相比的百分比。

烘焙是指在200至350℃的温度下并通常在贫氧气氛中进行的热处理过程。

气化是指实施部分氧化反应的步骤，该反应将原料转化为包含大部分的一氧化碳和氢气的合成气。

共研磨是指在固体化石原料的存在下研磨生物质原料。

关系或重量比是指相关成分的重量相对于原料总重量之间的比率。

特征尺寸是指颗粒沿其最长尺寸的长度测量值。

各向异性是指材料根据其所承受的力的取向而可变的强度性质。

水分含量是指原料中所含的水的重量与所述原料的总重量之间的比率。

具体实施方式

在本发明的意义内，所呈现的各种实施方案可以单独使用或彼此组合使用，对组合没有限制。

原料

根据本发明，该方法的原料包含单独或混合物形式的生物质。粗原料中所含的水量为0.0至70.0重量％、优选5.0至70.0％、优选10.0至70.0％。

生物质选自任何类型的生物质，优选选自固体类型的生物质，特别选自木质纤维素类型的生物质。生物质类型的非限制性实例例如涉及来自农业操作的残余物(特别是秸秆、玉米穗轴)、来自林业操作的残余物、来自林业操作的产物、来自锯木厂的残余物和专用农作物(例如短轮伐期萌生林)。

优选地，生物质是木质纤维素生物质。它基本上包含根据其来源以可变量存在的三种天然成分：纤维素、半纤维素和木质素。

木质纤维素生物质原料优选以其原始形式(即以其三种成分，纤维素、半纤维素和木质素的整体)使用。

在本发明的优选实施方案中，木质纤维素生物质选自草生物质、来自农业操作的残余物如废弃秸秆、玉米穗轴、粉碎的甘蔗茎、来自林业操作或来自锯木厂的残余物如木屑或其它类型的木质残余物。

在本发明的优选实施方案中，所述原料(1)在将其引入根据本发明的方法的步骤a)中之前可以任选地经历预处理的步骤i)。预处理步骤i)的目的是允许将经预处理的原料(2)注入到干燥步骤a)中。

预处理步骤i)随相关原料的类型而改变。优选地，预处理步骤i)是所述原料的初级研磨步骤，该步骤使得能够将其粒度降低到10至50mm的特征尺寸。所述初级研磨步骤i)有利地根据本领域技术人员已知的技术来进行。预处理步骤i)还可以有利地包括成型原料，例如通过造粒、压缩或本领域技术人员已知的任何其它技术，以便有利于其输送、储存和随后在根据本发明的方法的干燥步骤a)中处理。

干燥步骤a)

根据本发明，该方法包括干燥原料(1)，任选经预处理的(2)的步骤a)，所述干燥步骤a)通过使原料与热气流接触来实施，所述热气流降温。热气流在50至500℃、优选100至450℃、和优选150至350℃的温度下进入所述步骤，持续时间为5至180分钟、优选10至100分钟和优选15至60分钟，并提供经干燥和任选预处理的原料(3)。经干燥的固体在40至120℃、优选50至90℃、甚至更优选60至80℃的温度下离开所述步骤。

干燥的目的是消除原料中所含的水。根据本发明，干燥步骤a)结束时的残余水量为相对于原料总重量的0重量％至5重量％。

干燥所需的能量通常通过使原料与热气流接触来提供。

用于干燥步骤的热气流可以有利地源自该方法的输入物的燃烧，优选源自天然气的燃烧和/或源自该方法的另一步骤所产生的气流的燃烧。

例如，源自烘焙步骤b)的气体的燃烧产生热气流，其可用于通过本领域技术人员已知的任何方法干燥原料。

源自步骤a)的含有水的气态流出物可用于预热使得天然气和/或烘焙过程中产生的气流能够燃烧的空气。

在一个特定实施方案中，在步骤a)中引入的所述原料(1)由如上文定义的生物质组成。

烘焙步骤b)

根据本发明，将源自步骤a)的经干燥原料(3)送至烘焙步骤b)以产生至少一种经烘焙生物质固体流出物(4)。

烘焙是在200至350℃的温度范围内温和热分解的过程。该过程的特征通常在于低温度梯度(<50℃/分钟)和长停留时间(20分钟至60分钟)。

根据本发明，烘焙步骤b)在优选0.1至15巴、优选0.1至10巴和更优选0.5至1.5巴(1巴＝0.1MPa)的绝对操作压力下，在200至350℃、优选220至340℃、优选250至320℃和更优选270至300℃的温度下进行5至180分钟、优选15至60分钟的持续时间。烘焙操作在其氧含量为小于10体积％、优选0至10体积％、优选0至8体积％和优选0至3体积％的环境中进行。

在200℃左右，作为木质纤维素生物质的最具反应性的化合物的半纤维素开始发生脱挥发份和碳化反应。在该温度水平下，纤维素和木质素就其本身而言并未显著转化。木质纤维素生物质的分解产物以可冷凝气体(主要是水、甲酸、乙酸和其它有机化合物)和不可冷凝气体(主要是CO和CO₂)的形式产生。

烘焙改变了木质纤维素生物质的结构，并由此改变其性质。特别地，烘焙操作使生物质更脆弱，并减弱其高度各向异性的特性。本领域技术人员公知的是，例如木材因其纤维性质，在纤维方向上的弹性抗拉伸性远高于横向施加拉伸时的弹性抗拉伸性。因此，与具有给定平均粒度的粗生物质粉末相比，基于已经经历烘焙步骤的相同生物质获得相当的粉末将需要低得多的研磨能(与材料的脆性相关的效果)，并且所获得的固体颗粒的最终形式更接近球形颗粒(与较小的各向异性特性相关的效果)，这有利于后续的研磨。

所述烘焙步骤b)可以有利地在回转炉、回转煅烧炉窑、螺旋输送炉、移动床炉和流化床炉类型的装置中实施。

根据本发明，烘焙步骤b)产生称为经烘焙生物质(4)的固体流出物。

所述烘焙步骤b)还允许产生称为烘焙气体的可燃气态流出物(8)，根据操作条件，其量优选占源自初始步骤a)的经干燥生物质的重量的5至40％，和更优选10至35％。

烘焙步骤的关键参数之一是重量损失(以重量百分比表示)，其定义为初始干生物质与干的经烘焙生物质之间的重量损失百分比。该损失越高，按重量计的固体质量产率越低，所生成的烘焙气体的量越大。已知该气体的低热值(LCV)也随无水重量损失百分比而改变(对于给定的原料，AWL是该百分比的递增函数)。

根据本发明，在烘焙步骤过程中选择足够高的无水重量损失百分比使得可以限制该方法中(特别是在干燥过程中)输入燃料的消耗。因此，其通过再使用烘焙步骤中生成的烘焙气体而限制了化石来源的燃料的使用。

在一个优选实施方案中，选择无水损失百分比以使由烘焙气体燃烧(内部或外部燃烧后)放出的热量能够提供至少一个干燥步骤所需的能量。优选地，相对于引入到烘焙步骤b)中的原料(3)的总重量，无水重量损失为1.0至40.0重量％、优选5.0至35.0重量％和优选15.0至30.0重量％。

在该方法的一个实施方案中，将烘焙气体(11)送至燃烧步骤ii)，其中它们在空气和任选天然气的存在下燃烧以在燃烧室中产生能够送至干燥步骤a)和/或d)的热气流(12)，或能够送至烘焙步骤b)的热气流(13)。燃烧步骤ii)可以有利地与烘焙步骤b)集成或不集成。

在一个实施方案中，使用源自步骤b)的烘焙气体(11)的燃烧步骤ii)过程中产生的能量以便为该方法的至少一个步骤，优选地为干燥步骤a)，并和优选地还为使用流(12)的最终干燥步骤d)或为使用流(13)的烘焙步骤b)提供所需的能量。

通过本领域技术人员已知的手段将源自燃烧步骤ii)的热能送至步骤a)、b)和/或d)。

可以有利地将源自燃烧步骤ii)的热气流(12)的一部分送至热交换步骤，使得能够预热在干燥步骤a)和最终干燥步骤d)中使用的空气。

在一个实施方案中，将源自燃烧步骤ii)的热气流(13)的一部分直接注入到烘焙步骤b)中，以便通过气体/固体热交换提供生物质原料转化所需的能量。

如果源自步骤b)的可燃烘焙气体流不足，则可以有利地通过在燃烧步骤ii)中引入来添加燃料和优选天然气，以便获得消耗热能的不同步骤所需的能量。

在烘焙步骤b)结束时，所获得的经烘焙生物质固体流出物(4)具有0.0至5.0重量％、优选0.0至3.0重量％的水分含量。经烘焙生物质固体是指通过烘焙生物质获得的固体。

在步骤b)结束时获得的经烘焙生物质固体(4)可以任选地在任选的储存步骤中储存，随后将其引入根据本发明的方法的共研磨步骤c)。所述储存步骤可以有利地根据本领域技术人员已知的方法来实现。优选地，经烘焙固体生物质可以储存在带有螺旋输送机的储罐中、料仓中或在合适的开放室中的吊架下。

在其中按顺序实施共研磨步骤c)的有利情况下，储存步骤使得能够持续进行烘焙步骤b)和任选的燃烧步骤ii)，以便持续产生干燥步骤a)和最终干燥步骤d)所需的热气流(12)。

共研磨步骤c)

根据本发明，该方法包括在至少一种固体化石原料(9)的存在下共研磨源自步骤b)并且已经任选地在任选的储存步骤中储存的经烘焙生物质固体流出物(4)的步骤c)，以便获得经研磨流出物(5)，也称为经研磨粉末(5)。所述共研磨步骤c)在0℃至150℃、优选20℃至100℃且还优选50℃至90℃的温度下实施。固体化石原料(9)和经烘焙生物质固体(4)在同一磨机中同时研磨。

共研磨步骤c)的目的是降低在所述步骤c)中引入的两种原料(4)和(9)的粒度，同时提供适于后续输送及其使用，并优选适于将其注入气化步骤的颗粒形状。流出物(5)的颗粒在所述共研磨步骤c)结束时具有50至200微米、优选70至200微米和优选80至150微米的特征尺寸。

共研磨步骤c)中引入的所述固体化石原料(9)优选选自固体化石烃，如煤、石油焦、油船残渣、沥青砂或其衍生物、以及油页岩或其衍生物。

在共研磨步骤c)中引入的固体化石原料的尺寸优选为1至100毫米、优选2.0至80毫米、优选3.0至70毫米、优选4.0至60毫米和优选5至50毫米。

在一个特定实施方案中，化石原料可以具有30至100毫米、优选35至90毫米、优选40至80毫米和优选45至70毫米的尺寸。

在另一特定实施方案中，化石原料可以具有1.0至60毫米、优选2.0至50毫米、优选3.0至40毫米和优选4.0至30毫米的尺寸。

优选地，固体化石原料(9)可以经历任选的粉碎步骤以便减小所述原料的尺寸并允许将其引入到共研磨步骤c)中。

固体化石原料(9)可以在将其引入到所述共研磨步骤c)中之前根据其初始水分含量有利地经历初步干燥步骤iii)。初步干燥步骤iii)使得能够获得经预干燥的化石原料(10)并使其与其注入到共研磨步骤c)相容。

优选地，输入到共研磨步骤c)中的化石原料(9)或(10)的水分含量必须为3.1至30.0重量％、优选4.0至25.0重量％和非常优选5.0至20.0重量％。

优选地，将经烘焙生物质固体流出物(4)和固体化石原料(9)或(10)引入所述共研磨步骤c)中，以使经烘焙生物质固体流出物与供给共研磨步骤c)的总固体原料之间的重量百分比为1至99重量％、优选50至98重量％、优选40至95重量％。固体原料是指经烘焙生物质固体(4)和化石原料(9)或(10)的总和。

优选地，共研磨步骤可以在可用于后续气化步骤的附加化合物的存在下实施，所述化合物选自单独或以混合物形式使用的玻璃化灰分、砂、石灰石、石灰或本领域技术人员已知的其它化合物。

优选地，选择磨机以优化由步骤c)获得的粉末(5)的气力输送、尽量降低最小流化速度(MFV)以及其自身的能量消耗。

优选地，所述共研磨步骤c)在“辊磨机”、“通用研磨机”或“碾磨机”类型的磨机或本领域技术人员已知的任何其它类型的磨机中实施。

令人惊讶的是，本申请人已注意到，除了固体化石原料(9)或(10)的研磨之外，经烘焙生物质固体(4)和固体化石原料(9)或(10)的共研磨还导致所述原料(9)或(10)的特别有效的干燥。事实上，研磨是高度放热的步骤。此外，如根据本发明所述的实施方案使得能够获得两种类型的原料的紧密混合物。因此，不是非常潮湿的原料(如经烘焙生物质固体流出物)与潮湿原料(如固体化石原料)的共研磨允许将通过研磨生物质生成的热量传递至潮湿固体化石原料中所含的水，并由此优化其干燥。这种同时干燥有利地使得能够简化该方法的步骤数量以及限制其能量消耗。

任选的最终干燥步骤d)

优选地，根据本发明的方法可以包括在步骤c)结束时获得的粉末(5)的最终干燥步骤d)。这种最终干燥步骤d)通过使原料与气流接触来实施。所述气流在50至150℃、优选70至120℃的温度下进入所述步骤以产生经干燥粉末(6)。

任选的最终干燥步骤d)的目的是将源自步骤c)的粉末(5)的水分含量降低到可接受的水平，以便将其注入后续处理步骤，优选注入气化步骤。优选地，任选的最终干燥步骤d)使得能够将步骤c)结束时获得的粉末的水分含量降低至低于3.0重量％、优选1.0至3.0重量％。

优选地，最终干燥步骤d)与共研磨步骤c)同时进行。

该干燥所需的热能通过燃烧输入到工艺中的流(例如天然气)来提供，或优选地通过能量集成来提供，所述能量集成经由通过使用来自燃烧步骤ii)的热流出物(12)预热干燥空气的热交换手段来实现。根据本发明，在烘焙步骤b)中选择足够高的无水重量损失百分比使得能够限制在步骤d)的过程中使用输入燃料；特别地，它限制了化石来源的燃料的使用。

任选的储存步骤e)

根据本发明的方法可以有利地包括一个或多个储存源自该方法的一个或多个步骤、优选步骤a)、b)、c)或d)的流出物的步骤e)。优选地，储存源自步骤c)或d)的流出物以产生经储存流出物(7)，也称为经储存粉末(7)。

储存使得能够保留缓冲量的原料。该量是必需的，以便在上游工段停止的情况下保持操作下游工段的能力。

储存步骤e)优选由具有足够可用容积的料仓构成，以确保下游工段的供应。例如，这些料仓的容积必须为下游工段提供24至48小时的供应。

储存步骤e)还可以包括借助于按顺序操作的多个连续储罐的加压系统，以便增加原料的储存压力，直到达到与其注入到后续步骤中、优选注入到气化步骤中相容的压力。

任选的输送步骤f)

源自步骤c)的流出物(5)或源自步骤d)的流出物(6)或源自储存步骤e)的流出物(7)可以有利地经历输送步骤f)。以这种方法输送的流出物被称为经输送的流出物(8)或也被称为经输送的粉末(8)。输送步骤f)使得能够将优选经配制并具有所需组成的流出物(5)、(6)或(7)输送至后续步骤，并优选输送至气化步骤g)。

优选地，根据气力输送技术实施输送步骤f)。

通过气力输送来转移的步骤f)中使用的载气优选为氮气、二氧化碳或任何其它惰性气体，这使得能够避免形成具有爆炸性气氛(ATEX粉末)的区域并与位于下游的后续步骤和优选与气化步骤g)相容。

根据本领域技术人员已知的方法计算载气，以获得所需的输送流量和输送密度。选择烘焙步骤b)和共研磨步骤c)的参数以优化该输送的质量(根据这些工段的能耗优化的MFV)。

任选的气化步骤g)

将源自步骤c)、d)或源自储存步骤e)的粉末输送至步骤f)，可以将优选经配制并具有所需组成的粉末有利地送至后续的气化步骤g)。

所述气化步骤g)进行部分氧化反应，该反应将原料转化成包含大部分的一氧化碳和氢气的合成气。气化步骤g)有利地在受控量的氧气的存在下操作，所述氧气为其流量受控并含有至少90体积％的氧气、优选至少96体积％的氧气的流的形式。

流出物(8)的气化步骤g)有利地根据本领域技术人员已知的方法进行。

优选地，其在固定床或流化床类型的气化器中，或优选在具有冷却壁的气流床气化器中，在高温下，即在800至1800℃、优选1000至1600℃和更优选1200至1500℃的温度下和在有利地为2至12MPa、优选2.5至6MPa和更优选3至5MPa的绝对压力下进行。高温使得能够获得高碳转化率，并因此减少了所产生的灰分中未转化的碳的量，由此减少了再循环到气化器中的灰分的量。

在本发明的一个特定实施方案中，该方法包括步骤a)、b)和c)，或步骤a)、b)、c)和d)，或步骤a)、b)、c)、d)和e)，或步骤a)、b)、c)、d)、e)和f)，或步骤a)、b)、c)、d)、e)、f)和g)。

在本发明的一个特定实施方案中，该方法由步骤a)、b)和c)，或步骤a)、b)、c)和d)，或步骤a)、b)、c)、d)和e)，或步骤a)、b)、c)、d)、e)和f)，或步骤a)、b)、c)、d)、e)、f)和g)构成。

附图说明

图1显示了实施例1中实施的现有技术方法的总体布局。生物质和固体化石原料的处理独立地进行，直到它们注入到任选的气化步骤g)中。

在将其引入到步骤a)中之前，生物质原料(I)可以经历预处理的步骤i)。在步骤a)过程中干燥经预处理的生物质原料(II)或生物质原料(I)以产生经干燥的生物质原料(III)，也称为流出物(III)。然后在步骤b)中烘焙源自步骤a)的所述流出物(III)。烘焙步骤b)产生称为经烘焙生物质的固体流出物(IV)。然后在步骤c)中研磨源自步骤b)的经烘焙生物质固体流出物(IV)。源自共研磨步骤c)的粉末(V)可以任选地在最终干燥步骤d)中干燥。源自步骤c)的粉末(V)或源自步骤d)的粉末(VI)可以经历储存步骤e)。经储存的粉末(VII)或经研磨的粉末(V)或经干燥的粉末(VI)可以参与输送步骤f)。由此输送的粉末(VIII)可以参与气化步骤g)。

在步骤c')中研磨固体化石原料(IX)。在最终干燥步骤d')过程中干燥源自研磨步骤c')的粉末(X)以产生经干燥的粉末(XI)。源自步骤c')的所述粉末(XI)经历储存步骤e')。经储存的粉末(XII)或经干燥的粉末(XI)或经研磨的粉末(X)参与输送步骤f')。由此输送的粉末(XIII)可以参与气化步骤g)。

图2显示了实施例2中实施的根据本发明的方法的总体布局。在将其引入到步骤a)中之前，生物质原料(1)可以经历预处理的步骤i)。在步骤a)过程中干燥经预处理的生物质原料(2)或生物质原料(1)以产生经干燥的生物质原料(3)，也称为流出物(3)。然后在步骤b)中烘焙源自步骤a)的所述流出物(3)。烘焙步骤b)产生称为经烘焙生物质的固体流出物(4)。然后在步骤c)中在至少一种固体化石原料(9)的存在下共研磨源自步骤b)的经烘焙生物质固体流出物(4)以获得粉末。在将其引入到共研磨步骤c)中之前，固体化石原料(9)可以经历初步干燥步骤iii)，使得能够获得经预干燥的化石原料(10)。源自共研磨步骤c)的粉末(5)可以任选地在最终干燥步骤d)过程中干燥。源自步骤c)的经共研磨的粉末(5)或源自步骤d)的经干燥的粉末(6)可以经历储存步骤e)。经储存的粉末(7)或经研磨的粉末(5)或经干燥的粉末(6)可以参与输送步骤f)。由此输送的粉末(8)可以参与气化步骤g)。将源自烘焙步骤b)的烘焙气体(11)送至燃烧步骤ii)，它们在燃烧步骤ii)中燃烧以产生允许直接或经由热交换器间接加热干燥步骤a)的热气流(12)。源自燃烧步骤ii)的气体还燃烧以产生送至烘焙步骤b)的热气流(13)。

图3显示了实施例3中实施的根据本发明的方法的总体布局。所述方法是实施例2中实施的方法的变体，另外包括将能量集成至最终干燥步骤d)。在该变体中，烘焙气体(12)允许直接或经由热交换器间接加热最终干燥步骤d)。

下面的实施例举例说明本发明，但不限制其范围。

实施例

实施例1：不具有共研磨的方法(根据现有技术)

图1显示了根据实施例1的现有技术方法的总体布局。

根据本实施例，该方法允许处理2种原料：

·木质纤维素生物质类型的原料A，其为特征尺寸20至30毫米的橡木木屑形式。该原料的水分含量为30重量％。

·化石(煤)类型的原料B，其为特征尺寸5至50毫米的颗粒形式。

该方法在用于制备原料A的生产线和用于制备原料B的生产线之间没有共研磨步骤，也没有能量集成步骤。

用于处理原料A的方法具有从烘焙步骤b)到干燥原料的步骤a)的能量集成步骤。

该方法的目标是每小时制备1吨原料用于下游工艺(在此为气化工艺)。所产生的原料必须由75％的干燥和无灰分(DAF)生物质以及25％的DAF化石原料组成。

用于制备原料A的生产线的描述：

将原料A送至干燥步骤，使得该原料的水分含量降低至3重量％。干燥步骤结束时固体的温度为70℃。将经干燥的木屑输送到在300℃的平均温度下操作的烘焙步骤中。烘焙步骤过程中的无水重量损失为27％。在该步骤结束时木屑的残余水分被认为是零。

将经干燥和烘焙的木屑送至研磨步骤，其中技术是本领域技术人员已知的，例如辊磨机类型的技术。该步骤使得能够将大部分(90％的颗粒)的粒度降低至低于90微米。用于粒度表征的技术根据标准NF EN 933使用筛。

根据本实施例，不存在称为最终干燥步骤的步骤；通过稀相气力输送将经干燥和烘焙的粉末形式的原料A送入储存步骤，然后送入气力输送步骤，使得能够将其注入到下游的气化工艺中。在此以密相进行气力输送。在此用惰性载气进行密相气力输送步骤，在本实施例中该气体为氮气。

用于制备原料B的生产线的描述：

将原料B直接送至研磨步骤，该步骤的技术是本领域技术人员已知的，例如离心辊磨机类型(用于粉碎)的技术。该步骤使得能够将大部分(90％的颗粒)的粒度降低至低于90微米。用于粒度表征的技术根据标准NF EN 933使用筛。在研磨步骤的同时，原料经历最终干燥步骤，使得能够使其水分含量达到3重量％。通过使用天然气燃烧器来实施该最终干燥步骤，所述燃烧器加热在研磨过程中与原料直接接触的气流以便干燥原料。

通过稀相气力输送将经干燥粉末形式的原料B送入储存步骤，然后送入气力输送步骤，使得能够将其注入到下游气化工艺中。在此以密相进行气力输送。使用氮气作为惰性载气进行密相气力输送步骤。

下表给出了该布局的公用工程消耗：

消耗的电力包括在离心磨机中研磨所需的电力。

消耗的天然气对应于初级干燥步骤和最终干燥步骤。

氮气对应于气力输送和料仓中通气的要求。

实施例2：具有共研磨且不将能量集成至步骤的方法(根据本发明)

图2显示了在实施例2中实施的根据本发明的方法的布局。

根据本实施例，该方法允许处理两种原料：

·木质纤维素生物质类型的原料A，其为特征尺寸20至30毫米的橡木木屑形式。该原料的水分含量为30重量％。

·化石(煤)类型的原料B，其为特征尺寸10至30毫米的颗粒形式。

该方法在用于制备原料A的生产线和用于原料B的生产线之间具有共研磨步骤，并且没有任何能量集成到干燥步骤d)。共研磨步骤和最终干燥步骤同时进行。

将源自烘焙气体燃烧的热量用在烘焙步骤b)中以及用于干燥步骤a)。

该方法的目标是每小时制备1吨原料用于下游气化工艺。所产生的原料必须由75％的干燥和无灰分(DAF)生物质以及25％的DAF化石原料组成。

用于制备混合原料的生产线的描述：

将原料A送至干燥步骤，使该原料的水分含量降低至3重量％。干燥步骤结束时固体的温度为70℃。将经干燥的木屑输送到在300℃的平均温度下操作的烘焙步骤中。烘焙步骤过程中的无水重量损失为27％。在该步骤结束时木屑的残余水分可忽略不计并认为是零。

将经干燥和烘焙的木屑送至共研磨步骤，该步骤的技术是本领域技术人员已知的，例如离心辊磨机类型的技术。将原料B直接输送到同一磨机中。该步骤使得能够将大部分(90％的颗粒)的粒度降低至低于90微米。用于粒度表征的技术根据标准NF EN 933使用筛。

根据本实施例，原料的混合物在研磨步骤的同时经历干燥步骤d)。在混合物中这种研磨-干燥的预料不到的效果是减少了干燥原料B所需的能量。实际上，原料A的研磨是放热的，并产生了用于干燥原料B的热量。通过研磨A生成的所述热量使得能够显著减少干燥所消耗的能量。这种效果反映在燃烧器的天然气消耗中，使得燃烧器的气氛温度升高。通过稀相气力输送将源自研磨的经干燥粉末形式的原料A和原料B的混合送入储存步骤，然后送入气力输送步骤，使得能够将其注入到下游气化工艺中。在此以密相进行气力输送。在此用惰性载气进行密相气力输送步骤，在本实施例中该气体为氮气。

下表给出了该布局的公用工程消耗：

消耗的电力包括在离心磨机中研磨所需的电力。

消耗的天然气对应于最终干燥步骤d)。

氮气对应于气力输送和料仓中通气的要求。

实施例3：具有共研磨并将能量集成至最终干燥步骤d)的方法(根据本发明)

图3显示了在实施例3中实施的根据本发明的方法的布局。

该方法在用于制备原料A的生产线和用于原料B的生产线之间具有共研磨步骤，因此允许在同一制备生产线上处理两种原料。此外，该方法具有对最终干燥步骤d)的能量集成。

共研磨步骤和最终干燥步骤同时进行。

该方法中使用的原料A和B的特性与实施例2中使用的原料A和B的那些特性相同。

源自烘焙气体燃烧的热量用在烘焙步骤b)中以及用于干燥步骤a)。

在本实例中实施的方法的优点是从烘焙步骤到原料混合物粉末的最终干燥步骤的能量集成。在这种情况下，无水重量损失为大约28％，并有利地使得能够产生所述最终干燥所需的热量。

也称为热集成的能量集成在此经由热交换器的使用间接地进行。

下表给出了该布局的公用工程消耗：

消耗的电力包括在离心磨机中研磨所需的电力。

消耗的天然气对应于最终干燥步骤d)。

氮气对应于气力输送和料仓中通气的要求。

这些实施例清楚地表明，原料A和B的共研磨(实施例2)使得能够将天然气的消耗从130(实施例1)显著减少至109MJ/h。此外，将能量集成至最终干燥步骤d)(实施例3)使其可以是自热的，即不需要外部能量供应。对于1.0t/h的生产量，输入到该方法中的原料流量则为1.04t/h。相应的无水重量损失由此使得能够生成将烘焙与原料的最终干燥热集成所需的热量。

Claims (16)

1.处理包含固体生物质的原料的方法，所述方法包括至少以下步骤：

a)在20至180℃的温度下将所述原料干燥5至180分钟的持续时间的步骤，

b)烘焙源自步骤a)的经干燥原料以产生至少一种经烘焙生物质固体流出物的步骤，和c)在至少一种固体化石原料的存在下共研磨源自步骤b)的所述至少一种经烘焙生物质固体流出物以获得粉末的步骤，

其中

干燥步骤a)结束时的残余水量相对于原料的总重量为0.0重量％至5.0重量％，

在共研磨步骤c)中引入的固体化石原料的尺寸为1至100毫米并优选2.0至80毫米或3.0至70毫米，

输入到共研磨步骤c)中的固体化石原料具有3.1至30.0重量％，优选4.0至25.0重量％或5.0至20.0重量％的水分含量，

以及

干燥在步骤c)结束时获得的粉末的步骤d)与所述共研磨步骤c)同时进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质选自固体木质纤维素类型的生物质。

3.根据前述权利要求任一项所述的方法，其包括预处理生物质，优选初级研磨的步骤i)。

4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述烘焙步骤b)在优选为0.1至15巴、优选0.1至10巴和更优选0.5至1.5巴的绝对操作压力下在200至350℃、优选220至340℃、优选250至320℃和更优选270至300℃的温度下进行5至180分钟和优选15至60分钟的持续时间。

5.根据前述权利要求任一项所述的方法，其包括燃烧源自步骤b)的烘焙气体(11)的步骤ii)。

6.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中使用源自燃烧烘焙气体(11)的步骤ii)的能量以便提供所述方法的步骤中、优选步骤a)、b)和/或d)中所需的热能。

7.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中在共研磨步骤c)中引入的固体化石原料(9)选自固体化石烃，如煤、石油焦、油船残渣、沥青砂或其衍生物、以及油页岩或其衍生物。

8.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述固体化石原料(9)经历初步干燥的步骤iii)。

9.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中在共研磨步骤c)中以50至98重量％或40至95重量％的总固体原料中经烘焙生物质固体流出物的重量百分比引入源自步骤b)的经烘焙生物质固体流出物，所述总固体原料是经烘焙生物质固体流出物和化石原料的总和。

10.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中输入到共研磨步骤c)中的固体化石原料具有5.0至20.0重量％的水分含量。

11.根据前述权利要求任一项所述的方法，其包括一个或多个储存源自所述方法的一个或一些步骤、优选源自步骤a)、b)、c)或d)的流出物的步骤e)。

12.根据前述权利要求任一项所述的方法，其包括输送、优选气力输送的步骤f)。

13.根据前述权利要求任一项所述的方法，其包括在800至1800℃、优选1000至1600℃和更优选1200至1500℃的温度下和在有利地为2至12MPa、优选2.5至6MPa和更优选3至5MPa的绝对压力下气化的步骤g)。

14.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中，在对来自步骤a)的干燥原料进行烘焙的步骤b)期间，原料的无水重量损失相对于在所述烘焙步骤b)中引入的原料的总重量为1.0重量％至40.0重量％，优选地5.0重量％至35.0重量％，并且特别是为15.0重量％至30.0重量％。

15.根据前述权利要求任一项所述的方法，根据该方法，共研磨步骤c)是在另外的化合物的存在下进行的，所述另外的化合物选自单独或以混合物形式使用的玻璃化灰分、砂、石灰石或石灰。

16.根据前述权利要求任一项所述的方法，根据该方法，在烘焙步骤b)结束时获得的烘焙生物质固体流出物(4)的水分含量为0.0重量％至3.0重量％。