復(fù)合碳質(zhì)燃料塊的制作方法
【專利說(shuō)明】復(fù)合碳質(zhì)燃料塊
[0001] 本公開通常設(shè)及來(lái)自生物質(zhì)來(lái)源的生物碳化io-char)和碳及其加工方法。本公 開還設(shè)及碳源，和特別是不取決于煤焦油且降低"溫室氣體"二氧化碳排放進(jìn)入大氣的來(lái) 源。最后，本公開設(shè)及將碳質(zhì)生物質(zhì)加工成生物碳或碳的制備方法。
[0002] 多數(shù)用于過(guò)濾應(yīng)用制備的碳由煤焦油制備。木材由于鐵含量不用于含水過(guò)濾應(yīng)用 中?，F(xiàn)在強(qiáng)調(diào)可再生能源，本領(lǐng)域做了很多努力W得到所謂"生物質(zhì)"材料，其中組合并加 工堅(jiān)果外殼和廢棄物的生物碳和碳組合物W得到能源取代例如煤或與例如煤組合。生物碳 可W減少二氧化碳。在約500°c下通過(guò)低溫碳化（術(shù)語(yǔ)"熱解"或"低溫賠燒"）由任何生 物質(zhì)來(lái)源制備生物碳，而通過(guò)在高于518-572°C下熱解或高溫賠燒并后續(xù)活化制備碳。
[0003] 由于現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)綠色來(lái)源，本領(lǐng)域已經(jīng)做出努力W得到所謂"生物質(zhì)"材料，其中組 合并加工廢棄物（例如木片或銀屑）的可燃組合物W及某些添加劑W得到可W取代煤焦油 的碳源。運(yùn)些設(shè)備使用壓縮W迫使木粒通過(guò)金屬壓型或金屬模具。在一些機(jī)器中，通過(guò)活 塞作用不連續(xù)地施加壓力在擠壓為圓柱形的材料上。該設(shè)備可具有機(jī)械軸節(jié)和飛輪或使用 液壓作用于活塞。
[0004] 已知的生物質(zhì)材料包括組分材料的天然的木質(zhì)素W在制備過(guò)程期間將材料粘合 在一起，W得到可燃物質(zhì)。天然的木質(zhì)素，例如來(lái)自不同的木材來(lái)源，是得自主要由4-徑基 苯丙素的氧化偶合產(chǎn)生的復(fù)雜天然聚合物。另外，其他材料（例如熱塑性樹脂）加入到制 造過(guò)程中W將成分材料粘合在一起。 陽(yáng)〇化]然而，碳化運(yùn)些天然木質(zhì)素與熱塑性樹脂產(chǎn)生無(wú)法耐受運(yùn)輸或其他加工操作（尤 其是使用例如如上所述那些已知的制備技術(shù)）的小球。結(jié)果是，各種生物質(zhì)形式在制備和 下游處理期間經(jīng)歷緩慢的破碎和粉塵產(chǎn)生。顯著量的粉塵可變成爆炸性因素，且因此本領(lǐng) 域目前的粘結(jié)劑可最終導(dǎo)致安全毒性。作為已知粘合劑的另外缺點(diǎn)，由于不規(guī)則的長(zhǎng)度和 高低不平的切割，產(chǎn)品均一性是一個(gè)問(wèn)題，運(yùn)進(jìn)一步使粉塵問(wèn)題加重。由于還有其它材料， 如柳枝稷、森林調(diào)落物、廢紙、甘薦廢棄物等，產(chǎn)品質(zhì)量降低，粉塵問(wèn)題往往變得更嚴(yán)重。此 夕F，一些已知的粘合劑在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)環(huán)境不友好的氣體，而且事實(shí)上，一些粘合劑在 燃燒過(guò)程期間不完全燃燒。因此，目前的制造工藝，W及其中所用的材料，得到的生物質(zhì)形 式是不耐受的且在其制造和下游處理中導(dǎo)致問(wèn)題。
[0006] 發(fā)明概述
[0007] 在本公開的一種形式中，提供包含塊體化ody)的碳?jí)K（carbonaceouscompact)， 所述塊體具有可燃生物質(zhì)組合物和粘合添加劑，其中粘合添加劑包含淀粉和氨氧化物。
[0008] 在另一種形式中，提供包含生物質(zhì)組合物和粘合添加劑的碳?jí)K。粘合添加劑包含 淀粉和氨氧化物的至少一種。
[0009] 運(yùn)些碳?jí)K的變體中，氨氧化物選自堿金屬氨氧化物、堿±金屬氨氧化物、氨氧化 鋼、氨氧化鐘、氨氧化巧、氨氧化裡和苛性鋼。其它的添加劑還可包括娃酸鹽添加劑（其可 為液體或粉末形式）和有益細(xì)菌。低溫的生物炭不能使用草（其是高纖維素材料）。此外， 本公開的教導(dǎo)還提供了對(duì)于碳?jí)K的不同的形狀和組成。
[0010] 根據(jù)本公開的另一方面，提供了加工生物質(zhì)碳?jí)K的方法，其包括組合生物質(zhì)材料 的組合物，粉碎生物質(zhì)材料的組合物，向生物質(zhì)材料加入粘合劑W形成復(fù)合生物質(zhì)，所述粘 合劑包含淀粉和氨氧化物，使得復(fù)合生物質(zhì)成型。
[0011] 在另一種形式中，提供了加工生物質(zhì)碳?jí)K的方法，其包括組合生物質(zhì)材料的組合 物，向生物質(zhì)材料加入粘合劑W形成復(fù)合生物質(zhì)，所述粘合劑包含淀粉和氨氧化物，使復(fù)合 生物質(zhì)成型為碳型（carbonaceousshapeform)。
[0012] 在又另一種形式中，提供了加工生物質(zhì)碳?jí)K的方法，其包括組合生物質(zhì)材料的組 合物，粉碎生物質(zhì)材料的組合物，干燥經(jīng)粉碎的生物質(zhì)材料的組合物，進(jìn)行部分或完全熱解 或賠燒，向生物質(zhì)材料加入粘合劑，所述粘合劑包含淀粉和氨氧化物，向生物質(zhì)材料的組合 物加入娃酸鹽，加入有利細(xì)菌W形成復(fù)合生物質(zhì)，使復(fù)合生物質(zhì)成型，且分割復(fù)合生物質(zhì)型 為與現(xiàn)存的材料處理相容的各塊。加工在較低的溫度下進(jìn)行使得生物質(zhì)材料和粘合劑的吸 熱反應(yīng)在之后的活化的放熱范圍中。
[0013] 從本文提供的說(shuō)明，其余領(lǐng)域的應(yīng)用變得明顯。應(yīng)理解說(shuō)明書和具體實(shí)施例目的 僅在于示意而不在于限制本公開的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 為了使發(fā)明便于理解，現(xiàn)W實(shí)施例方式描述其不同形式，下列附圖作為參照，其 中：
[0015] 圖1是根據(jù)本公開的原理構(gòu)造的碳?jí)K的塊體的不同幾何形式的透視圖；
[0016] 圖2A是根據(jù)本公開的原理的用于碳?jí)K的塊體的替換形式的透視圖；
[0017] 圖2B是根據(jù)本公開的原理的圖2A的碳?jí)K的塊體的替換形式的前視圖；
[0018] 圖2C是根據(jù)本公開的原理的圖2A的碳?jí)K的塊體的替換形式的側(cè)視圖；
[0019] 圖3是示意了根據(jù)本公開的教導(dǎo)的制備過(guò)程的不同步驟和形式的流程圖。
[0020] 本文所述附圖僅僅為了示意目的且不意在W任何形式限制本公開的范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0021] W下描述僅僅是示例性地，且不意在限制本公開、應(yīng)用或用途。應(yīng)理解整個(gè)說(shuō)明書 中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示相似的或相應(yīng)的組件和元素。
[0022] 根據(jù)本公開的原理，提供包含塊體的碳?jí)K，所述塊體可W是任意形狀或形式，例如 如圖1所示的示例性的形式。如所示，塊體10可是小球（pellet)、團(tuán)塊化riquette)或冰 球（puck)的形式。小球可W定義為具有約4. 0-7. 6毫米量級(jí)的尺寸。供選擇地，通常的團(tuán) 塊可W各具有約101. 6mm(4英寸）和76. 2mm(3英寸）的長(zhǎng)度和寬度。供選擇地，冰球可具 有約25. 4mm(l英寸）和100. 8mm(4英寸）之間的直徑。應(yīng)理解運(yùn)些幾何形式僅僅是示意 性地，且因此它們不應(yīng)解釋為限制本公開的范圍。
[0023] 塊體10包含碳質(zhì)生物質(zhì)組合物，所述碳質(zhì)生物質(zhì)組合物可基本上為任意生物質(zhì) 材料或生物質(zhì)材料的組合，和/或它們的使用廢棄物。通過(guò)舉例，運(yùn)些材料可W包括銀屑、 紙箱板和硬紙板、草、柳枝稷、能源作物、干草、樹皮、楓香種子豆芙、松果、新聞?dòng)眉?、小麥?桿、浮萍、松針、混合葉片、庭院垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物、廢棉、葡萄及葡萄酒廢棄物、玉米賴桿、農(nóng) 作物賴桿、泥炭、煙草廢棄物、茶葉廢棄物、咖啡廢棄物、食物加工廢棄物、食物包裝廢棄物、 果仁和果殼、栗子殼、山胡桃殼、廢紙、草墊子、蛋品包裝紙殼、動(dòng)物廢棄物、家畜糞便、哺乳 動(dòng)物糞便和骨頭。
[0024] 有利地是，碳?jí)K由于本發(fā)明的粘合添加劑是高度耐受的。一般來(lái)說(shuō)，碳?jí)K使用制造 自淀粉的Stein化11型粘合劑，或其他合適的材料W替代如上所示的天然木質(zhì)素。在Stein 化11粘合劑中，約5% -20%的總淀粉含量膠化為高粘度的糊（稱為初生淀粉（primary starch))。淀粉的剩余部分（約80% -90% )保持未膠化且稱為次生淀粉（secondary starch)。所述淀粉可為由小麥、燕麥、米、谷物、麥教、小麥廢棄物甚至木材等等制成，但是 含有膠化組分，其在實(shí)質(zhì)干燥時(shí)會(huì)緊密結(jié)合生物質(zhì)組合物。
[0025] 此外，粘合添加劑包含氨氧化物。所述氨氧化物可W是例如堿金屬氨氧化物，堿± 金屬氨氧化物、氨氧化鋼、氨氧化鐘、氨氧化巧、氨氧化裡和苛性鋼等等。淀粉和氨氧化物的 協(xié)同組合提供了高耐受的碳?jí)K，其中可W使用任意數(shù)目的組成生物質(zhì)材料，而不依靠任意 天然木質(zhì)素或其他不需要的粘合劑。
[00%] 在一種形式中，提供新的粘合劑W粘合組成生物質(zhì)組合物并也形成圍繞燃料塊的 外部的基本連續(xù)殼。帶有該殼，根據(jù)本公開的碳?jí)K是高度耐受的，且顯著降低了如上所示的 與生物質(zhì)組合物相關(guān)聯(lián)的傳統(tǒng)的粉塵問(wèn)題。
[0027] 在本公開的示例性組合物中，碳?jí)K包含，W重量百分比計(jì)，約69-98%的生物質(zhì)組 合物，約1-30%的淀粉和小于1%的氨氧化物。另一種組成是約90-95%的碳質(zhì)生物質(zhì)和約 5-10%的本發(fā)明的粘合添加劑。
[0028] 更進(jìn)一步，本公開還提供了添加劑，其可包括，例如娃酸鹽添加劑（其可為液體或 粉末形式）。包括娃酸鹽添加劑W提供增加的耐天氣性和碳質(zhì)生物質(zhì)顆粒的氨鍵。所述娃 酸鹽可WW本公開的一種形式包括鋼、鐘或裡或運(yùn)=者的混合物?？蒞添加細(xì)菌。細(xì)菌用 于接種從空氣中減少氮?dú)獾淖魑?。?xì)菌"黑曲霉（AspergillusNiger)"或"叢枝菌根真菌 (arbus州Iarmycorrhizalfungi)"分解生物質(zhì)為元素產(chǎn)物釋放用于植物攝入巧（Ca)、儀 (Mg)、憐（巧和鐘（K)的礦物質(zhì)。在另一種形式中，防腐劑可包括含有四棚酸鋼或棚砂的化 合物，濃度為約1-約5%，且更特別地，約1-約2%。此外，可W加入娃酸鋼W改進(jìn)防水性 能。
[0029] 粘合劑還可包括通過(guò)在±壤中吸收碳和氮獲益的材料。當(dāng)氨氧化巧用作氨氧化物 源時(shí)，其可反應(yīng)W形成娃酸巧，其清除來(lái)自燃料氣體燃燒的空氣排放中的二氧化硫和氮氧 化物。當(dāng)使用氨氧化裡時(shí)，其可反應(yīng)并形成娃酸裡，其形成能夠從生物過(guò)程吸收二氧化碳的 沸石。
[0030] 在另一示例性組合物中，碳?jí)K包含約50-90%的生物質(zhì)，約5-50%的淀粉，約 0. 005-0. 05%的氨氧化物，約0. 1-5%的娃酸鹽添加劑和約0. 1-2%的細(xì)菌。根據(jù)本公開的 教導(dǎo)的其他組成如下表1中所示，為根據(jù)本公開的教導(dǎo)，包含草、玉米賴桿或其混合物的一 種生物質(zhì)組合物的示例性目標(biāo)值：
[0031]
W巧表一
[0033] 現(xiàn)在參照附圖2A-2C，示意了用于碳?jí)K的塊體的一種新的形式且通常用附圖標(biāo)記 20所示。通常，塊體仿照玉米忍（其具有堅(jiān)硬外殼），是可運(yùn)輸?shù)?，且具有相?duì)平坦的側(cè)，W 及有利的寬高比W針對(duì)處理和下游操作是高耐受的。
[0034] 如所示，塊體20有上部22,下部24和從上部22延伸至下部24的錐形側(cè)壁26、28、 30、32,其中上部22比下部24更寬。在一種形式中，塊體20包含如所示的倒圓的棱邊34 W提供改進(jìn)的耐受性。錐形側(cè)壁26和28通常是如所示并行（parallel)和相對(duì)的，錐形壁 30和32也是如此。錐形側(cè)壁26、28、30和32的至少一個(gè)限定了本公開的一種形式的平坦 表面。應(yīng)理解運(yùn)種形狀，