生产固体生物质燃料的方法与流程

1.本发明涉及一种生产固体生物质燃料的方法，以及通过该方法生产的固体生物质燃料。此外，本发明涉及一种燃烧方法，该方法包括燃烧所述固体生物质燃料以产生能量。
2.发明背景
3.燃煤发电用于世界各地的发电厂和工业过程。煤炭和其他化石燃料是不可再生能源。在过去的几十年里，人们呼吁减少燃煤发电站的煤炭消耗，转而使用可再生资源作为能源。
4.衍生自生物质的燃料是一种可用于替代或至少部分替代煤的可再生能源。在燃烧过程中，由生物质衍生的燃料可以在发电厂的氧气存在下燃烧，以产生能量。生物质燃料可以在最初设计用于燃煤的传统发电厂中燃烧，或者生物质燃料可以在专门用于生物质燃烧的发电厂中燃烧。某些形式的生物质可以与煤混合并在发电厂内以相同的燃烧过程燃烧。这种过程称为生物质的煤共烧。为了适合与煤共烧，生物质燃料通常必须具有某些特性，例如一定水平的质量和均质性。例如，在共烧过程中特别期望由均一尺寸、密度、水分含量等的颗粒组成的生物质燃料。生物质燃料包含低含量的灰分也是期望的。生物质燃料中的灰分含量通常高于煤炭中的灰分含量。
5.已知各种方法可以从生物质源制备固体生物质燃料。wo2014/087949公开了一种用于制备固体生物质燃料的方法，其中使生物质源蒸汽爆炸然后成型为生物质块，再加热得到生物质燃料。该方法的目的是制备在储存期间具有足够的可操作性并且在储存期间具有更低的排放水化学需氧量(cod)的生物质燃料。该过程中使用的生物质源是棕榈仁壳。
6.wo2016/056608以wo2014/087949的教导为基础，并且公开了一种制造固体生物质燃料的方法，其中不需要蒸汽爆炸步骤来制备燃料。该方法包括成型步骤，将生物质源压碎，成型为生物质块，再将生物质块进行加热。用于所述过程的生物质源是树木，例如道格拉斯冷杉、铁杉、雪松、柏树、欧洲赤松、杏仁老树、杏仁壳、合金欢木质部、合金欢树皮、核桃壳、西谷椰子、棕榈空果串、柳桉木和橡胶。
7.wo2017/175733公开了一种包括成型步骤的类似方法，其中，将生物质源压碎，成型为生物质块，再将生物质块进行加热。wo2017/175733的方法旨在提供生物质燃料，该生物质燃料在暴露于雨水时表现出低的降解性并具有更低的排放水cod。该方法中使用的生物质源选自橡胶树、合金欢、柳桉木、桉树、柚木以及落叶松、云杉和桦树的混合物。
8.wo2019/069849旨在提供一种易于运输和存储并且在存储期间耐自燃的生物质燃料。生物质燃料通过包括成型步骤的方法来制备，在该成型步骤中，将生物质源压碎，成型为生物质块，再将生物质块进行加热。用于制备燃料的生物质源选自橡胶树、合金欢树、辐射松，落叶松、云杉和桦树的混合物；以及云杉、松树和冷杉。
9.wo2019/069860公开了一种用于制备固体生物质燃料的设备。该设备包括碳化炉，用于碳化生物质成型产品以获得固体生物质燃料。该设备还包括产量计算单元、温度测量单元和控制单元。控制单元基于生物质燃料的自燃特性控制施加到碳化炉的热量。通过将生物质源粉碎成粒料，然后使所述粒料成型，得到生物质成型产品。生物质源选自橡胶树、
合金欢、龙脑香、辐射松，落叶松、云杉和桦树的混合物或云杉、松树和冷杉的混合物。
10.wo2018/181919公开了与以上讨论的用于制备固体生物质燃料的方法不同的方法。该方法涉及生物质的水热碳化的步骤，其中生物质源在热水中加压以碳化生物质。据报道该方法提供了具有高可磨性、高收率和更低的制造成本的生物质燃料。生物质源选自谷壳、棕榈仁壳、椰子树、竹子、棕榈空果串、杏子和茄子。
11.wo2017/175737公开了一种用于冷却碳化生物质的冷却设备。该设备提高了半碳化的生物质成型的冷却效率。该设备通过在其上喷水来冷却生物质。该冷却器包括振动平板和用于在平板上喷水的喷淋部。通过与上述相同的方法制备生物质燃料。用于制备生物质燃料的生物质源是道格拉斯冷杉、铁杉、雪松、柏树、欧洲赤松、杏仁老树、杏仁壳、合金欢木质部、合金欢树皮、核桃壳、西谷椰子、棕榈空果串、柳桉木和橡胶。
12.wo2014/050964公开了一种用于改善生物质的可磨性使得其可以与煤一起磨碎的方法。该方法包括将磨碎的木质生物质的水分含量提高到10％至50％；将生物质致密化至密度为0.55g/cm3以上再对生物质进行烘焙。生物质源包括木屑、树皮、木刨花和锯末。
13.wo2013/162355公开了一种生物质固体燃料的制备方法，先对生物质原料在高温高压下进行水洗，以去除生物质原料中的盐类和亲水性有机物，再将生物质原料加工处理成固体燃料。洗涤过程的基本原理是去除盐及其成分，如碱金属和卤素离子。当生物质燃烧时，此类盐会引起严重问题，例如形成低熔点灰烬，这会导致灰烬和床层材料在燃烧时结渣、结垢和结块。盐类也会引起腐蚀。
14.本发明的发明人已经认识到上述文献中讨论的固体生物质燃料及其制备方法存在各种问题。例如，以上文献中描述的生物质源是通常仅天然存在且不容易以商业规模进行种植和收获的植物和树木。发明人已经认识到，可以容易地以商业规模生长和收获的生物质源将是有利的。可以生长和收获的生物质源可有利于控制生物质源的质量和特定特征。不需要大面积砍伐森林就能提供足量的生物质源用作燃料的替代生物质源也是有利的。
15.另外，发明人发现上述文件中所述的全部由木材和类似材料组成的生物质源当采用本领域已知的常规粉碎技术处理时，会形成均匀度较低的粒料。此外，由于木材和类似材料难以粉碎的性质，因此粉碎生物质源的成本昂贵。本发明的发明人已经意识到，通过本领域已知的常规粉碎技术更容易粉碎，且在粉碎时形成更均一尺寸的粒料的生物质源是有利的。
16.另外，发明人已经发现，由以上文献中讨论的生物质源并通过以上文献中的方法制备的固体生物质燃料的防水特性不足。防水特性对固体生物质燃料很重要，因为在燃烧过程中使用(单独使用或与煤共烧时)需要干燥(或至少充分干燥)。生物质燃料在存储或运输过程中经常暴露于湿气中(例如来自雨水)。因此，需要具有改进的防水能力的生物质燃料。
17.本发明人还认识到上述文献中描述的生物质燃料制备方法不能提供具有足够质量和均匀性的燃料。特别地，以上讨论的方法在成型步骤期间无法充分控制生物质的密度。
18.本发明人还意识到本领域已知的现有洗涤工艺存在一些问题，例如上面讨论的那些，洗涤生物质原料以在加工成燃料之前实现盐去除。通常，在本领域已知的工艺中，洗涤工艺需要更高的温度和压力以实现足够低的盐含量。由于提高温度和压力需要能量，因此
这样增加了燃料生产过程的成本。发明人已经意识到，如果可以提高洗涤过程的效率可以使得在较低温度下更有效地去除盐分，那么这将是有用的。
19.本发明人还意识到，在本领域已知的生物质燃料生产过程中，例如上面讨论的那些工艺，大量的粉尘粘附到固体生物质燃料上。这种粉尘是有问题的，因为它可能在固体生物质燃料的运输、包装过程中污染空气。粉尘还可能污染当地环境。此外，在露天存放时，粉尘颗粒会形成霉菌并影响固体生物质燃料的性能和质量。因此，去除固体生物质燃料颗粒表面的粉尘是有利的。


技术实现要素：

20.本发明解决了上面讨论的与现有方法有关的问题。令人惊讶的是，本发明的发明人发现可以以商业规模种植和收获可用于得到固体生物质燃料的某些生物质源。这样做可以在生长周期中得到用于制备燃料的固定且恒定的生物质源。另外，以商业规模种植和收获所述生物质源能够例如通过栽培和育种技术来控制生物质源的质量和均匀性。
21.此外，本发明的发明人还发现，作为农业废弃物产品的某些生物质源可用于制备固体生物质固体燃料。
22.除此之外，本发明的发明人还发现，可以通过改变方法中的粉碎、成型步骤和/或加热步骤来得到具有改善的防水特性的生物质燃料。发明人还已经发现，调整和控制本发明方法的粉碎、成型步骤和加热步骤可改善固体生物质燃料产品的质量和均匀性，并赋予其某些物理特性，非常适合用于燃烧工艺中。此外，已经发现调整成型和加热步骤可以提高固体生物质燃料的产量，并赋予燃料更易于运输和储存的特性。发明人已经发现，生物质源的性质以及具体的粉碎、成型和加热步骤共同作用可以提供优于本领域其他已知的生物质燃料产品用于燃烧工艺。
23.本发明的发明人还发现，通过对洗涤步骤进行某些调整，可以提高从生物质原料中去除盐等物质的洗涤过程的效率。如下文进一步详细解释的，已经发现在洗涤步骤之前，将生物质颗粒粉碎成特定颗粒尺寸之后再压缩生物质粉末可以赋予洗涤过程某些优势，从而提高其效率。
24.最后，本发明的发明人还发现，通过在燃料制造完成之后用含水洗涤液洗涤固体生物质燃料颗粒，可以减轻制造后固体生物质燃料包含粉尘颗粒的问题。令人惊讶的是，已经发现这样的步骤可用于从燃料中去除粉尘颗粒，从而减轻或消除上面讨论的与制造后固体燃料中存在粉尘颗粒相关的问题。该步骤的优点还在于，可以通过洗涤步骤去除燃料中可能存在的其他杂质。这样的杂质包括上面讨论的可能没有通过制造前的清洗步骤有效地去除的盐和亲水性有机物质，以及可能在制造过程中例如在成型或烘焙步骤中被引入固体燃料的其他杂质。
25.令人惊讶的是，与本领域已知的固体生物质燃料相比，已经发现可以在制造之后用含水洗涤液洗涤本发明的固体生物质燃料颗粒，因为固体生物质燃料颗粒具有良好的防水性能(如上所述)。已经发现，许多现有已知的固体生物质燃料由于不具有足够的防水性能来经受洗涤步骤，因而洗涤效果难以让人满意。对于防水性能不足的颗粒，应用洗涤液可能导致生物质固体燃料颗粒吸收过多的水或发生降解。在这种情况下，所述湿颗粒可能会吸水、降解并由于结构完整性降低而分崩离析。因此，已经发现不可能用洗涤液洗涤某些已
知的生物质燃料颗粒。相比之下，对于本发明的生物质固体燃料，上述优化的粉碎、成型和加热步骤赋予了燃料优异的防水性能，这意味着固体生物质燃料颗粒可以被有效地洗涤而不会被破坏或使其有利的燃料特性受到损害。
26.根据本发明的第一方面，本文提供了一种用于生产固体生物质燃料的方法，其中该方法包括以下顺序步骤：
27.(i)提供一种或多种生物质源；
28.(ii)粉碎所述一种或多种生物质源以得到平均粒径(d50)为1000μm至20000μm的粉碎生物质粉末；
29.任选地，(iii)压缩所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末；
30.(iv)用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末；
31.(v)对所述经洗涤的生物质粉末进行机械脱水以得到脱水生物质粉末和水性流出物；
32.(vi)干燥所述脱水生物质粉末以得到干燥生物质粉末；
33.(vii)使所述干燥生物质粉末成型以得到生物质成型产品；
34.(viii)将所述生物质成型产品加热0.25至5小时到160℃至420℃的温度，以得到固体生物质燃料；和
35.(ix)用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料。
36.典型地，一种或多种生物质源包括、基本上由以下组成或由以下组成：农业废弃物、朱缨花、马占相思、楹树、橡胶树、稻壳、秸秆、山药、玉米芯、木材例如混合木材、草例如皇竹草、甘蔗渣、向日葵秆、小麦秆、玉米秆、高粱秆、大豆秆、花生秆、棉花秆、油菜秆、椰子壳、棕榈仁壳(pks)、油棕树例如油棕树干、海藻、花生壳或其任何组合。优选地，一种或多种生物质源基本上由上述一种或多种生物质源组成。
37.优选地，一种或多种生物质源包括、基本上由以下组成或由以下组成：农业废弃物，例如玉米秸秆、芝麻秸秆、秸秆、香蕉树、花生秸秆、棕榈空果串(efb)、棕榈纤维、棕榈壳、油棕树例如油棕树干、竹子或其任何组合。优选地，一种或多种生物质源基本上由上述一种或多种生物质源组成。
38.更优选地，一种或多种生物质源包括、基本上由以下组成或由以下组成：秸秆、玉米秸秆或其组合。最优选地，一种或多种生物质源基本上由秸秆、玉米秸秆或其组合组成。
39.在一些实施例中，提供一种或多种生物质源的步骤(i)包括：(a)压缩所述一种或多种生物质源使其水分重量含量小于50％，和/或(b)将所述一种或多种生物质源切碎使其平均粒径(d50)为30000μm至60000μm。在这些实施例中，优选地，该方法包括步骤(a)和(b)。更优选地，该方法包括在步骤(a)压缩所述一种或多种生物质源之后进行步骤(b)切碎所述一种或多种生物质源。优选地，当一种或多种生物质源包括农业废弃物例如草时，该方法包括这样的步骤。
40.在一种或多种生物质源的水分重量含量为20％以下的实施例中，粉碎所述一种或多种生物质源以得到平均粒径(d50)为1000μm至20000μm的粉碎生物质粉末的步骤(ii)可以包括：在涉及使用负压气力输送装置的过程中压碎所述一种或多种生物质源。
41.优选地，该方法包括压缩所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末的步骤
(iii)。典型地，压缩所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末的步骤(iii)包括：挤压所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末和水性流出物。典型地，当粉碎生物质粉末的水分重量含量为30％以上时，执行压缩所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末的步骤(iii)。然而，当粉碎生物质粉末具有较低的水分含量时，也可以执行压缩所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末的步骤(iii)。在优选的实施例中，粉碎生物质粉末的水分重量含量为30％以上，并且粉碎生物质粉末被挤压以得到水分重量含量小于30％的压缩生物质粉末，优选小于25％，更优选小于20％。
42.典型地，用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末的步骤(iv)包括：多次洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末；优选地，在2至10个连续的洗涤阶段中洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末；更优选地，在2至5个连续的洗涤阶段中洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末。典型地，每个连续的洗涤阶段包括：用所述含水洗涤液喷洒所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末和/或将所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末浸入所述含水洗涤液中。
43.典型地，连续的洗涤阶段以逆流方式进行，使得来自后洗涤阶段的水洗流出物用作前洗涤阶段的含水洗涤液；更优选地，新鲜的含水洗涤液用于在最后的洗涤阶段洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末，并且对于其他每个洗涤阶段，使用的所述含水洗涤液包括来自紧接着的洗涤阶段的水洗流出物。
44.在备选实施例中，洗涤步骤(iv)包括：通过逆流洗涤机制用含水洗涤液洗涤粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末，使得洗涤步骤(iv)在包括螺杆的装置中进行，该螺杆适于将粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末沿第一方向输送通过装置；并且该装置适于接收含水洗涤液并沿与第一方向相反的第二方向输送含水洗涤液，使得含水洗涤液在装置内接触粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末。
45.典型地，在用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末的步骤(iv)期间，所述含水洗涤液的温度为5℃至160℃。典型地，在步骤(iv)的每个连续洗涤阶段期间，所述含水洗涤液的温度为5℃至160℃。优选地，在用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末的步骤(iv)期间，所述含水洗涤液的温度为5℃至35℃。更优选地，在步骤(iv)的每个连续洗涤阶段期间，所述含水洗涤液的温度为5℃至35℃。
46.典型地，用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末的步骤(iv)在1.1bar至15bar的压力下进行；优选地，步骤(iv)在大气压下进行；更优选地，步骤(iv)在大气压和5℃至35℃的温度下进行。
47.典型地，对所述经洗涤的生物质粉末进行机械脱水以得到脱水生物质粉末和水性流出物的步骤(v)包括：压缩所述经洗涤的生物质粉末。
48.典型地，干燥所述脱水生物质粉末以得到干燥生物质粉末的步骤(vi)包括：干燥所述脱水生物质以得到水分重量含量小于15％、优选10％至15％的干燥生物质粉末。
49.典型地，干燥所述脱水生物质粉末以得到干燥生物质粉末的步骤(vi)进一步包括：在干燥的同时混合所述粉碎生物质粉末颗粒。
50.典型地，干燥所述脱水生物质粉末以得到干燥生物质粉末的步骤(vi)包括：在干燥筒中干燥所述粉碎生物质粉末。
51.典型地，当脱水生物质粉末的水分重量含量为20％以下时，该方法包括在单个干燥筒中干燥所述脱水生物质粉末。典型地，当脱水生物质粉末的水分重量含量为20％以上时，该方法包括在多个干燥筒中干燥所述脱水生物质粉末。
52.典型地，使所述干燥生物质粉末成型以得到生物质成型产品的步骤(vii)包括：调整成型步骤使得生物质成型产品的密度可控；任选地，调整成型步骤使得生物质成型产品的密度可控包括控制在所述成型步骤中使用的模具的压缩比。
53.在一些实施例中，将添加剂添加到所述干燥生物质粉末中之后再进行步骤(vii)使所述干燥生物质粉末成型，任选地所述添加剂提高所述生物质成型产品的产率。
54.典型地，将所述生物质成型产品加热的步骤(viii)进行0.4至2.5小时。
55.典型地，将所述生物质成型产品加热的步骤包括：将所述生物质成型产品加热到180℃至350℃的温度，任选地加热到210℃至280℃的温度。
56.优选地，将所述生物质成型产品加热的步骤(viii)进行0.4至2.5小时，并且将所述生物质成型产品加热的步骤包括：将所述生物质成型产品加热到180℃至350℃的温度，任选地加热到210℃至280℃的温度。
57.典型地，将所述生物质成型产品加热的步骤(viii)包括：在一定条件下将所述生物质成型产品加热以引起所述生物质成型产品烘焙。
58.典型地，对步骤(viii)加热所述生物质成型产品进行调整以控制所述固体生物质燃料的均匀性；任选地，调整步骤(viii)以控制所述固体生物质燃料的均匀性包括：在设备中进行步骤(viii)，在所述设备中，所述生物质成型产品在加热的同时旋转。优选地，调整步骤(viii)以控制所述固体生物质燃料的均匀性包括：控制所述生物质成型产品的旋转速度或旋转方向。在更优选的实施例中，所述生物质成型产品在所述设备中沿逆时针和顺时针方向旋转。
59.典型地，该方法还包括在步骤(viii)加热之后和步骤(ix)用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料之前冷却所述固体生物质燃料的步骤。
60.典型地，用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料的步骤(ix)包括：用所述含水洗涤液喷洒所述固体生物质燃料。
61.典型地，该方法还包括从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒的步骤；优选地，从所述固体生物质燃料中去除粉尘颗粒的步骤与用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料的步骤(ix)同时进行。优选地，从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒的步骤包括：使用筛从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒。典型地，筛具有2mm至8mm的孔径；优选地，所述筛具有2mm至5mm的孔径；更优选地，所述筛具有2mm至3mm的孔径。
62.在一些实施例中，使用筒形筛作为筛分装置以从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒；优选地，所述筒形筛包括旋转筒形筛。
63.在一些实施例中，从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒的步骤包括使所述固体生物质燃料振动、旋转、滚动或其任何组合。在此类实施例中，典型地，从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒的步骤包括使用振动筛，其中所述振动筛的孔径为2mm至8mm；优选地，所述振动筛的孔径为2mm至5mm；更优选地，所述振动筛的孔径为2mm至3mm。
64.优选地，从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒的步骤与用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料的步骤(ix)同时进行，其中用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料的步骤
(ix)包括：用所述含水洗涤液喷洒所述固体生物质燃料，并且所述筛用于从所述固体生物质燃料中排出所述含水洗涤液。
65.在一些实施例中，一种或多种生物质源基本上由以下组成或由以下组成：玉米秸秆、芝麻秸秆、秸秆、香蕉树、花生秸秆、棕榈空果串(efb)、棕榈纤维、棕榈壳、油棕树例如油棕树干、竹子或其任何组合，其中：
66.(i)每单位重量的所述固体生物质燃料的钾重量含量小于所述一种或多种生物质源的钾重量含量的10％；
67.(ii)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的钾重量含量小于所述一种或多种生物质源的钾重量含量的10％；
68.(iii)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的氮重量含量小于所述一种或多种生物质源的氮重量含量的90％；
69.(iv)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的氯重量含量小于所述一种或多种生物质源的氯重量含量的90％；
70.(v)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的硫重量含量为所述一种或多种生物质源的硫重量含量的60％以下；和/或
71.(vi)每单位重量的所述固体生物质燃料的硫重量含量为所述一种或多种生物质源的硫重量含量的50％以下。
72.在一些实施例中，一种或多种生物质源基本上由以下组成或由以下组成：玉米秸秆、芝麻秸秆、秸秆、香蕉树、花生秸秆、棕榈空果串(efb)、棕榈纤维、棕榈壳、油棕树例如油棕树干、竹子或其任何组合，其中：
73.(i)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的灰分重量含量为所述一种或多种生物质源的灰分重量含量的75％以下；
74.(ii)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的热值比所述一种或多种生物质源的热值高2％以上；
75.(iii)每单位重量的所述固体生物质燃料的固定碳重量含量比所述一种或多种生物质源的固定碳重量含量高40％以上；
76.(iv)每单位重量的所述固体生物质燃料的挥发性物质含量为所述一种或多种生物质源的挥发性物质含量的94％以下；和/或
77.(v)每单位重量的所述固体生物质燃料的热值比所述一种或多种生物质源的热值高16％以上。
78.在一些实施例中，固体生物质燃料具有以下一种或多种性质：所述固体生物质燃料的灰分重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的钾重量含量为0.2％以下，优选为0.1％以下；所述固体生物质燃料的氮重量含量为2％以下，优选为1％以下；所述固体生物质燃料的氯重量含量为0.05％以下，优选为0.02％以下；所述固体生物质燃料的硫重量含量为0.2％以下，优选为0.1％以下。所述固体生物质燃料的固定碳重量含量为40％以下，优选为30％以下；所述固体生物质燃料的挥发性物质重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的内部水分重量含量为1％以下，优选为0.5％以下；所述固体生物质燃料的收到基水重量含量为6％以下，优选为4％以下；或者所述固体生物质燃料的热值为4500mj/kg以上，优选为4750mj/kg以上；优选地，所述固体生物质燃料具有
所有上述性质。
79.在上述实施例中，优选地，硫含量根据din en15289确定；氮含量根据din en 15104确定；固定碳含量根据din en 51734确定；灰分含量根据en 14775在550℃下确定；挥发性物质含量根据din en 15148确定；热值根据din en 14918确定；氯含量根据iso16994:2015确定；钾含量按iso16995:2015确定；所述固体生物质燃料的收到基水含量按gb/t211-2017测定；和/或所述固体生物质燃料的内部水分含量根据din en 14774确定。
80.在非常优选的实施例中，一种或多种生物质源基本上由以下组成或由以下组成：秸秆、玉米秸秆或其组合。
81.优选地，根据din en 15103确定的所述固体生物质燃料的堆积密度为1.0至1.4g/cm3，优选1.1至1.3g/cm3，更优选1.2至1.3g/cm3。
82.优选地，固体生物质燃料防水长达20天，优选30天，更优选40天。
83.优选地，固体生物质燃料在燃烧时的pm1.0排放量小于175mg/kg，优选小于150mg/kg。
84.优选地，生物质成型产品的堆积密度为a，所述生物质固体燃料的堆积密度为b，其中b/a为0.55至1，根据din en 15103确定堆积密度。
85.优选地，生物质衍生材料存在于所述固体生物质燃料中，其存在量为所述固体生物质燃料的燃料全组分重量的至少95％。
86.根据本发明的第二个方面，本文提供了一种用于生产固体生物质燃料的方法，其中该方法包括以下顺序步骤：
87.(i)提供一种或多种生物质源；
88.(ii)粉碎所述一种或多种生物质源以得到平均粒径(d50)为1000μm至20000μm的粉碎生物质粉末；
89.任选地，(iii)压缩所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末；
90.(iv)用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末；
91.(v)对所述经洗涤的生物质粉末进行机械脱水以得到脱水生物质粉末和水性流出物；
92.(vi)干燥所述脱水生物质粉末以得到干燥生物质粉末；
93.(vii)使所述干燥生物质粉末成型以得到生物质成型产品；和
94.(viii)将所述生物质成型产品加热0.25至5小时到160℃至420℃的温度，以得到固体生物质燃料；
95.其中一种或多种生物质源包括、基本上由以下组成或由以下组成：芝麻秸秆、棕榈空果串(efb)、棕榈纤维、油棕树如油棕树干、香蕉树、朱缨花、马占相思、楹树、橡胶树、稻壳、山药、玉米芯、木材例如混合木材、皇竹草或其任何组合。
96.优选地，该方法还包括步骤(viii)：用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料。
97.优选地，该过程根据本发明的第一方面，如上所述。
98.根据本发明的第三方面，本文提供了一种可通过根据本发明的第一方面或第二方面所述的方法获得的固体生物质燃料。
99.根据本发明的第四方面，本文提供了一种衍生自一种或多种生物质源的固体生物质燃料，其中该一种或多种生物质源：
100.(i)由以下组成或基本上由以下组成：芝麻秸秆；
101.(ii)由以下组成或基本上由以下组成：棕榈空果串；
102.(iii)由以下组成或基本上由以下组成：棕榈纤维；
103.(iv)由以下组成或基本上由以下组成：香蕉树；
104.(v)由以下组成或基本上由以下组成：油棕树干；或者
105.(vi)包括、由以下组成或基本上由以下组成：农业废弃物、朱缨花、马占相思、楹树、橡胶树、稻壳、秸秆、山药、玉米芯、木材例如混合木材、草例如皇竹草、甘蔗渣、向日葵秆、小麦秆、玉米秆、高粱秆、大豆秆、花生秆、棉花秆、油菜秆、椰子壳、棕榈仁壳(pks)、油棕树例如油棕树干、海藻、花生壳或其任何组合，
106.其中固体生物质燃料具有以下一种或多种性质：所述固体生物质燃料的灰分重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的钾重量含量为0.2％以下，优选为0.1％以下；所述固体生物质燃料的氮重量含量为2％以下，优选为1％以下；所述固体生物质燃料的氯重量含量为0.05％以下，优选为0.02％以下；所述固体生物质燃料的硫重量含量为0.2％以下，优选为0.1％以下；所述固体生物质燃料的固定碳重量含量为40％以下，优选为30％以下；所述固体生物质燃料的挥发性物质重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的内部水分重量含量为1％以下，优选为0.5％以下；所述固体生物质燃料的收到基水重量含量为6％以下，优选为4％以下；或者所述固体生物质燃料的热值为4500mj/kg以上，优选为4750mj/kg以上；优选地，所述固体生物质燃料具有所有上述性质。
107.当固体生物质燃料如以上选项(v)中所定义时，优选地，固体生物质燃料衍生自一种或多种生物质源，该生物质源由或基本上由以上所提及的一种或多种生物质源组成。
108.优选地，一种或多种生物质源或固体生物质燃料如以上根据本发明的第一方面或第二方面所讨论的那样。
109.根据本发明的第五方面，本文提供了一种燃烧方法，该方法包括燃烧根据本发明的第三方面或第四方面的固体生物质燃料以产生能量的步骤。
110.优选地，固体生物质燃料与例如煤的化石燃料共烧并燃烧。
111.优选地，该方法的pm1.0排放量小于175mg/kg，优选小于150mg/kg。
112.根据本发明的第六方面，本文提供了根据本发明的第三方面或第四方面的固体生物质燃料在燃烧方法中的用途，任选地该用途包括在根据本发明的第五方面的方法中使用固体生物质燃料，任选地，燃烧方法包括将固体生物质燃料与例如煤的化石燃料共烧。
113.优选地，该燃烧方法的pm1.0排放量小于175mg/kg，优选小于150mg/kg。
114.根据本发明的第七个方面，本文提供了一种或多种生物质源用于生产固体生物质燃料的用途，其中：
115.(i)一种或多种生物质源：包括、基本上由以下组成或由以下组成：农业废弃物、朱缨花、马占相思、楹树、橡胶树、稻壳、秸秆、山药、玉米芯、木材例如混合木材、草例如皇竹草、甘蔗渣、向日葵秆、小麦秆、玉米秆、高粱秆、大豆秆、花生秆、棉花秆、油菜秆、椰子壳、棕榈仁壳(pks)、油棕树例如油棕树干、海藻、花生壳或其任何组合，
116.其中固体生物质燃料具有以下一种或多种性质：所述固体生物质燃料的灰分重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的钾重量含量为0.2％以下，优选
为0.1％以下；所述固体生物质燃料的氮重量含量为2％以下，优选为1％以下；所述固体生物质燃料的氯重量含量为0.05％以下，优选为0.02％以下；所述固体生物质燃料的硫重量含量为0.2％以下，优选为0.1％以下；所述固体生物质燃料的固定碳重量含量为40％以下，优选为30％以下；所述固体生物质燃料的挥发性物质重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的内部水分重量含量为1％以下，优选为0.5％以下；所述固体生物质燃料的收到基水重量含量为6％以下，优选为4％以下；或者所述固体生物质燃料的热值为4500mj/kg以上，优选为4750mj/kg以上；优选地，所述固体生物质燃料具有所有上述性质；或者
117.(ii)一种或多种生物质源由以下组成或基本上由以下组成：芝麻秸秆、香蕉树、棕榈空果串(efb)、油棕树干、棕榈纤维或其组合。
118.优选地，该用途包括在根据本发明的第一方面或第二方面的方法中使用一种或多种生物质源，和/或固体生物质燃料根据本发明的第三方面或第四方面所定义。
119.附图的简要说明
120.图1是可用于本发明方法的切碎装置的照片。
121.图2是可用于本发明方法的压缩装置的照片。
122.图3是可用于本发明方法的压缩装置的照片。
123.图4是可用于本发明方法的压缩装置的示意图。
124.图5是可用于本发明方法的洗涤步骤(iv)的装置的示意图。
125.图6是可用于本发明方法的压缩模具的示意图。
126.图7和图8示出了可用于在本发明方法中滚动、旋转和振动生物质固体燃料颗粒的装置。
127.图9示出了可用于本发明方法的洗涤步骤(iv)的装置的另一个实例。
128.发明详述
129.生物质源
130.本发明中使用的一种或多种生物质源可以是适合加工成固体生物质燃料的任何形式的植物基生物质。优选地，根据本发明使用的一种或多种生物质源可以是上述任何一种。典型地，一种或多种生物质源包括农业废弃物。根据本发明使用的许多生物质源可以是农业废弃物。如本文所用，术语“农业废弃物”通常是指作为农业经营的副产品产生的植物性废物产品。例如，农业废弃物可能包括收获的剩余植物产品，或收获的植物产品的不需要的成分。
131.根据本发明使用的生物质源可以作为农业废弃物作为农业作业副产品产生。或者，可以专门为了作为制备生物质固体燃料的原料而种植这些生物质源。玉米芯是可以作为农业废料生产的材料的一个具体例子。例如，可以种植和收获玉米供人类食用。当加工供人类食用的玉米植物时，该过程可能涉及从不可食用的玉米芯上去除可食用的玉米。因此，玉米芯是农业废弃物。
132.可以通过本领域已知的常规方法获得或收获用于本发明的一种或多种生物质源，例如上面讨论的那些。
133.如本文所用，术语“包括”用于表示可以存在任何其他未定义的组分。如本文所用，术语“由
……
组成”用于表示除了具体列出的组分之外，不能存在其他组分。如本文所用，术
语“基本上由
……
组成”用于表示可能存在其他未定义的组分，但那些组分不会实质性地影响组合物的基本特征。
134.如上所述，已发现本发明中使用的一种或多种生物质源可以商业规模种植和收获，与现有技术中使用的材料相比，提高了对生物质源的质量和特定特性的控制。使用所述材料还避免了使用树木对环境造成破坏，例如森林砍伐。
135.发明人还惊奇地发现，本发明中使用的一种或多种生物质源比以前使用的材料(如木材)更容易研磨。这降低了研磨过程的成本。
136.本发明的材料在研磨时比以前使用的材料(如木材)粒度混合更均匀。不受理论限制，据信这赋予最终固体燃料产品有利的性质，例如生物质燃料产品具有更大的均匀性和连续性。出于多种原因，这在燃烧过程中是合乎需要的。
137.提供一种或多种生物质源
138.一种或多种生物质源可以通过本领域已知的常规收获和加工技术提供。如上所述，在一些实施例中，本发明的方法包括提供一种或多种平均粒径(d50)为30000μm至60000μm的生物质源的步骤。
139.可以通过本领域已知的标准技术来减小一种或多种生物质源的尺寸。可以减小生物质的尺寸使得生物质具有30000μm至60000μm的平均粒径(d50)，例如40000μm至50000μm。
140.在一些实施例中，通过将一种或多种生物质源引入常规的切碎设备中，提供在上述范围内的尺寸的颗粒作为一种或多种生物质源，这取决于具体的生物质源。例如，如果生物质源是天然存在的具有上述范围尺寸的颗粒，则不需要切碎。因此，在一些实施例中，本发明的方法可以包括将一种或多种生物质源切碎以具有30000μm至60000μm的平均粒径(d50)。
141.在一些实施例中，提供一种或多种平均粒径(d50)为30000μm至60000μm的生物质源的步骤可包括用常规的联合收获机收获一种或多种生物质源。合并过程包括将一种或多种生物质源切碎、破碎成所需尺寸的颗粒。
142.提供一种或多种平均粒径(d50)为30000μm至60000μm的生物质源的步骤可另外包括：将生物质的水分重量含量降低至50％以下。这样的步骤可以包括压缩一种或多种生物质源。典型地，该压缩步骤从一种或多种生物质源中挤出水分，使得一种或多种生物质源的水分含量降低至小于50wt％。因此，在优选的实施例中，提供具有上述颗粒尺寸的生物质的步骤包括压缩水分含量大于70wt％的一种或多种生物质源，使得在压缩之后一种或多种生物质源的水分含量小于50wt％。
143.在一些实施例中，提供具有上述颗粒尺寸的生物质的步骤包括压缩生物质的步骤和将生物质切碎的步骤。
144.切碎步骤和压缩步骤(如果包括该步骤)可以使用单独的设备进行。或者，这些步骤可以在被配置用于切碎和压缩生物质的单个设备中进行。例如，适用于压缩生物质的机动滚动装置可以位于传送带上，该传送带供料至传统的切碎装置。就此而言，生物质源被压缩之后再进入切碎装置。适用于对一种或多种生物质源进行压缩和切碎步骤的设备在本领域中是已知的。图1中显示了用于切碎的装置的一个示例。如图1所示的切碎装置的典型工作原理是材料通过传送系统(例如传送带)进入切碎装置，传送带将材料通过进料口进料。然后通过高速旋转的刀片(未示出)和安装在机器底座上的刀片(未示出)将材料切成碎片。
所述机构和类似切碎机构的功能是本领域技术人员已知的。
145.用于压缩步骤的装置示例如图2所示。
146.如上所述，在一些实施例中，例如图2中所示的滚动装置可以位于传送带上，从而在所述源材料进入例如图1中所示的切碎装置之前压缩源材料。
147.在其他实施例中，提供一种或多种生物质源的步骤不包括压缩一种或多种生物质源，和/或不包括降低一种或多种生物质源的水分含量。
148.粉碎生物质
149.步骤(ii)包括粉碎一种或多种生物质源以提供平均粒径(d50)为1000μm至20000μm的粉碎生物质粉末。
150.可通过本领域已知的标准技术将生物质源粉碎成生物质粉末。可以将生物质源粉碎，使得生物质粉末具有1000μm至20000μm的平均粒径(d50)。优选地，将一种或多种生物质源粉碎至具有1000μm至10000μm、更优选1000至5000μm的平均粒径。如上所述，已发现将特定的生物质源粉碎用于本发明可以得到具有比粉碎现有已知生物质源得到的粒径分布更有利的粒径分布的生物质粉末。
151.我们还发现，在上述规定的范围内，粉碎生物质粉末的颗粒越小，生物质固体燃料产品的质量和性能特征越好。不受理论的限制，这是由于最终固体生物质燃料产品的均匀性和同质性更好。据信，最终燃料产品的粉末粒度更小、均匀性和同质性更好与燃料在燃烧时改进的性能特征相关，并且也与固体燃料产品的改进的防水特征相关。
152.在粉碎之前，一种或多种生物质源典型地具有30000μm至60000μm的平均粒径(d50)并且典型地含有小于50wt％的水分。
153.对于具有不同水分含量的不同生物质源，优选采用不同的粉碎过程。例如，当一种或多种生物质源的水分含量为20wt％以下时，优选地，粉碎生物质的步骤包括使用负压气力输送装置。这种负压气力输送装置在本领域中是已知的。
154.当一种或多种生物质源的水分含量为20wt％以上时，可以在不使用负压气力输送装置的情况下直接粉碎一种或多种生物质源。
155.如上所述，令人惊讶的是，通过粉碎一种或多种生物质源以得到平均粒径(d50)为1000μm至20000μm的粉碎生物质粉末可以为随后进行的洗涤步骤(iv)提供一定的优势。不受理论的限制，据信粒度减小有助于提高洗涤步骤的效率。通过粉碎来减小颗粒尺寸增加了生物质源的表面积。当粉碎生物质随后进行洗涤时，较大的表面积意味着可以比较小表面积的颗粒进行更高效和有效的洗涤。更高效和有效的洗涤过程意味着在洗涤步骤中可以使用不太苛刻的条件，例如洗涤步骤中使用的含水洗涤液的温度较低。较低温度的含水洗涤液意味着也可以使用较低的压力，因为不需要较高的压力来使水保持为液体，因为水处于较低的温度。该过程使用较低温度和压力意味着更有效地洗涤具有较大表面积的生物质颗粒，与现有的洗涤步骤(典型地使用较高温度和压力)相比，成本更低。使用较低的温度和压力也可以提高安全性。因此，可以通过在洗涤之前使用粉碎步骤来提高效率。由于粉碎步骤，与通常使用大量连续洗涤阶段以有效洗涤生物质原料的现有技术工艺相比，本方法可以使用更少的连续洗涤阶段。
156.然而，本发明的发明人已经发现，提高洗涤过程的效率和有效性并不是仅仅将生物质源粉碎成具有更大表面积的任何更小的生物质颗粒尺寸那么简单。如果生物质的尺寸
减少太多(低于1000μm)，则洗涤过程的有效性会受到负面影响。这主要是由于在洗涤后将水与被洗涤的生物质分离更加困难(例如在随后的压缩步骤中)，因为水和粉碎生物质的混合物可能形成浆料，其中固体颗粒的结构完整性较差，而且在洗涤步骤中，洗涤水可能带走粉碎生物质(例如，如果使用网或筛从生物质中排出洗涤水)，减少工艺的产量，除非使用复杂的设备来防止这种情况发生。因此，我们发现平均粒径(d50)为1000μm至20000μm的粉碎生物质粉末对于提高后续洗涤步骤的效率是最佳的。
157.压缩粉碎生物质粉末
158.本发明的方法可以包括步骤(iii)压缩粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末。
159.如果生物质粉末的水分含量大于30wt％，则典型地可能需要在粉碎后压缩生物质，尽管也可以对具有较低水分含量的生物质粉末进行压缩。一般而言，我们已经发现无论粉碎生物质的水分含量如何，在洗涤之前压缩生物质粉末是有利的。
160.该压缩步骤可涉及使用本领域已知的合适装置压缩生物质粉末。图3示出了这种装置的一个示例。这种装置利用液压压缩装置来压缩生物质粉末。可以将材料插入图3中所示的网状容器中。然后可以使用液压压缩装置对材料进行液压压缩，使水通过网孔离开网状容器。
161.图4中示出了可用于压缩生物质粉末的另一种装置——螺旋挤水机。待压缩的材料被引入螺旋挤压容器。通过电机驱动螺旋螺杆的旋转，物料中的水分被挤压穿过筛网。
162.据发现，如上所述在粉碎生物质之后进行压缩步骤提供了具有更低水分含量的压缩生物质粉末。典型地，压缩生物质粉末的水分含量小于30wt％，例如小于25wt％或小于20wt％。
163.令人惊讶的是，本发明的发明人已经发现，压缩粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末的步骤使得随后进行的洗涤步骤具有多种优点。压缩粉碎生物质粉末导致生物质的水含量降低。当随后用水洗涤生物质时(例如，通过用水喷洒生物质或将生物质浸入水中，下文将进一步详细描述)，洗涤水能够更有效地洗涤压缩生物质粉末，因为其水含量降低。不受理论的限制，这是因为生物质的水分含量降低允许洗涤水具有更大的扩散梯度，在洗涤过程中能更好地渗透生物质。洗涤步骤提高了效率和有效性意味着可以在洗涤步骤中使用较低的温度和压力，从而提供上述优点。同样如上文所讨论的那样，我们已经发现对于粉碎生物质粉末，平均粒径(d50)为1000μm至20000μm对于压缩步骤是特别有利的，因为在压缩生物质时更容易从这样尺寸的颗粒中去除水分。
164.在其他实施例中，本发明的方法不包括压缩粉碎生物质粉末的步骤，和/或不包括降低粉碎生物质粉末的水分含量。
165.洗涤粉碎生物质粉末
166.该方法包括用含水洗涤液洗涤压缩生物质粉末或粉碎生物质以得到经洗涤的生物质粉末的步骤。发明人已经发现洗涤步骤是有利的，因为它从生物质中去除矿物质，例如含钾、钠、氯、钙和磷的盐。生物质粉末中含有较少的矿物质可以简化后续的加热(烘焙)过程(如下文所述)，并且还可以使形成的固体生物质燃料更容易燃烧。当生物质燃烧时，盐等矿物质的存在会导致严重的问题，例如形成低熔点灰烬，这会导致灰烬和床层材料在燃烧时结渣、结垢和结块。盐类也会引起腐蚀。
167.如上所述，优选地，洗涤过程包括在连续的洗涤阶段中多次洗涤压缩生物质粉末
或粉碎生物质粉末。本发明的其中一个优点是可以使用比本领域已知的洗涤工艺更少的连续洗涤阶段，同时实现相同的洗涤效果和矿物盐去除效果。不受理论的限制，这是由于在洗涤之前调整粉碎和压缩步骤，如上文详细描述的那样。
168.每个连续的洗涤阶段可以包括用含水洗涤液喷洒压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末和/或将压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末浸入含水洗涤液中。洗涤液可从每个连续的洗涤阶段去除，例如通过网或筛从生物质中排出洗涤液。该网或筛的网孔尺寸可以小于压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末的尺寸，使得压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末位于筛上，含水洗涤液从筛上排出，以便从每个连续的洗涤阶段去除。
169.可以使用任何合适的含水洗涤液。含水洗涤液的示例包括水。优选地，水是纯净的并且不包含盐或其他化合物溶解或分散在其中。然而，如果需要，含水洗涤液可以包含溶解或分散在其中的其他组分。
170.用于洗涤粉碎生物质粉末的合适装置如图5所示。压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末从图5所示装置的左侧进入。水从图5所示装置的右侧进入。图5中的装置示出了四个连续的洗涤阶段。在每个阶段洗涤压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末。新鲜的含水洗涤液(例如水)用于在最后的连续洗涤阶段中洗涤生物质(图的最右侧)。来自最后的洗涤阶段的洗涤水在洗涤之后被排出并收集，然后用作第三洗涤阶段的洗涤水。然后收集来自第三洗涤阶段的洗涤水并用作第二洗涤阶段的洗涤水，对于第二洗涤阶段和第一洗涤阶段也是如此。在这方面，生物质粉末以逆流方式洗涤。已发现以这种方式洗涤可以有利地、更有效地洗涤和去除矿物盐。
171.如上所述，可用含水洗涤液喷洒压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末或将压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末浸入含水洗涤液中。在用含水洗涤液喷洒压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末的实施例中，本发明方法的洗涤步骤还可以包括在用洗涤液喷洒粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末的步骤期间或之后刷洗粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末。
172.例如，图5所示的装置可用于用洗涤液喷洒粉碎生物质粉末，同时对粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末刷洗洗涤液。或者，图5中所示的机器可用于在用洗涤液喷洒之后刷洗粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末。
173.根据上述洗涤步骤使用的装置，例如图5中所示的装置，可包括洗涤滚筒，在其中放置粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末。然后粉碎生物质粉末可以用合适的喷洒部件(通常是喷洒管)喷洒，再被合适的刷洗部件(通常是刷板)刷洗。备选地，刷洗部件可以在喷洒粉碎生物质的同时刷洗粉碎生物质粉末。
174.已发现在洗涤阶段期间或之后刷洗压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末的步骤可以有利地提高洗涤步骤的有效性并有助于去除上述无机盐。刷洗步骤还可以从压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末中去除污垢和其他杂质，从而帮助清洁生物质。
175.因此，洗涤步骤(iv)的至少一个洗涤阶段包括在洗涤期间或之后刷洗压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末。优选地，洗涤步骤(iv)的每个连续洗涤阶段包括在洗涤期间或之后刷洗压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末。
176.根据上述洗涤步骤使用的装置，例如图5中所示的装置，可包括水箱，例如位于洗涤滚筒下方的水箱。在一些实施例中，洗涤步骤(iv)的每个连续洗涤阶段包括洗涤滚筒和两个洗涤水箱。其中一个洗涤水箱可用于向洗涤管或其他合适的洗涤液供应组件提供新鲜
的水，用于喷洒或浸没压缩生物质粉末或粉碎生物质粉末。另一个洗涤水箱可以收集已经用于喷洒粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末的洗涤液。洗涤液收集到该水箱后，可在水箱中通过合适的过滤组件进行过滤，从而产生干净的水，可以循环使用，再次用于另一洗涤阶段，例如前洗涤阶段，例如在上述逆流过程中。
177.在一些实施例中，本发明的方法包括洗涤步骤，在该步骤中将粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末置于旋转的洗涤滚筒中。在一些实施例中，将粉碎生物质粉末置于旋转的洗涤滚筒中并喷洒洗涤液，以对粉碎生物质粉末进行洗涤，然后对经洗涤的粉末进行刷洗。
178.洗涤步骤(iv)的其他特征可以如wo2013162355中所述。
179.图9示出了可用于执行本发明方法的洗涤步骤(iv)的另一装置。在图9所示的装置中，包括螺杆的挤压型装置可用于洗涤步骤(iv)。待洗涤的生物质粉末从左侧进入装置，并通过螺杆的旋转向装置的右侧转移。含水洗涤液从右侧进入装置，并以与生物质材料通过方向相反的方向流向装置的左侧。在这方面，生物质材料在逆流机制中被含水洗涤液洗涤，因为新鲜的含水洗涤液以与生物质材料相反的方向通过装置。
180.因此，在一些实施例中，洗涤步骤(iv)包括通过逆流洗涤机制用含水洗涤液洗涤粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末，使得洗涤步骤(iv)在包括螺杆的装置中进行，该螺杆适于将粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末沿第一方向输送通过装置；并且该装置适于接收含水洗涤液并沿与第一方向相反的第二方向输送含水洗涤液，使得含水洗涤液在装置内接触粉碎生物质粉末或压缩生物质粉末。
181.上文中详细讨论的洗涤之前调整粉碎步骤和压缩步骤对于上文所述的实施例和图9中举例说明的实施例也特别有用。
182.上文中讨论的实施例，例如图9中所示的实施例，优于图5中所示的实施例的优点是不需要在每个连续的洗涤阶段从生物质材料中排出和去除含水洗涤液，再在前面的洗涤阶段重新引入生物质材料。洗涤液的这种连续排放、收集和再引入可能增加工艺的能量需求，因此如果可以避免这些步骤以提高工艺效率是有利的。在如图9所示的那些实施例中，含水洗涤液简单地沿与生物质材料通道相反的方向流过该装置，并且不需要重复排放、收集和重新引入洗涤液。
183.在本文中，术语“逆流洗涤机制”是指在本领域中的一般含义。例如，典型的逆流洗涤机制将包括：使接触含水洗涤液最多的生物质材料部分与最新鲜的含水洗涤液部分接触。在洗涤了接触含水洗涤液最多的生物质材料部分后，洗涤液继续依次接触与含水洗涤液接触越来越少的生物质材料部分。以这种方式，可以在含水洗涤液和被洗涤的生物质材料之间保持溶解的盐浓度梯度，使得盐被连续洗涤并从生物质材料中去除。因此，图5和图9中所示的装置都包含逆流洗涤机制。
184.如上所述，洗涤步骤(iv)优选在5℃至160℃的温度下进行，更优选在5℃至35℃的环境温度下进行。洗涤步骤(iv)还优选在1.1至15bar的压力下进行，最优选大气压。本发明的洗涤过程的一个关键优点是它可以在大气压力和环境温度下进行，同时仍然可以高效地去除矿物盐。这使得该工艺在商业上更可行，也更安全。这种在更多环境条件下的更高效率至少部分归因于上述粉碎步骤和压缩步骤的调整。这些调整意味着本发明的方法可以在环境温度和压力下实现与本领域已知技术(例如wo2013162355中公开的那些技术)相似的矿物盐去除水平，其中在本领域已知技术中使用超过150℃的温度才能有效去除矿物盐。
185.对经洗涤的生物质粉末进行机械脱水
186.步骤(v)包括对经洗涤的生物质粉末进行机械脱水。优选地，将经洗涤的生物质粉末机械脱水以得到脱水生物质粉末和水性流出物。优选地，步骤(v)包括挤压或压缩经洗涤的生物质粉末。任选地，使用的压缩装置和方法可以与用于该方法的压缩步骤(iii)的装置和方法相同。在备选实施例中，步骤(v)可以如wo2013162355中公开的机械脱水步骤中所述。
187.压缩步骤(v)的目的是从经洗涤的生物质粉末中去除水分，以提高后续干燥步骤(v)的便利性和效率。
188.干燥粉碎生物质粉末
189.在该方法的步骤(vi)中干燥生物质。步骤(vi)干燥脱水生物质粉末以得到干燥生物质粉末典型地包括干燥脱水生物质粉末以使干燥生物质粉末的水分含量为10wt％至18wt％，优选12wt％至15wt％。然而，应当理解，干燥生物质粉末具有该范围内的水分含量不是必需的。
190.干燥生物质粉末的步骤还可以包括在干燥时混合生物质粉末。如果在该方法中使用一种生物质源，则可以混合该单一生物质源。备选地，如果在该方法中使用多种生物质源，则干燥步骤可以包括将粉碎生物质粉末与一种或多种额外的生物质源混合。例如，当一种或多种生物质源包括至少两种生物质源，而两种或多种生物质源可以在本发明方法的任何步骤混合时，优选地在本发明方法的干燥步骤中混合一种或多种生物质源。在一些实施例中，将粉碎生物质粉末与额外的生物质源混合，该生物质源也是通过本文所述的步骤(i)至(v)制备。在其他实施例中，一种或多种额外的生物质源不如本文所述进行加工。例如，如本文所述制备的脱水生物质粉末可以与以不同方式制备的一种或多种额外的生物质源混合。
191.脱水生物质粉末可以使用任何合适的方法进行干燥，例如使用本领域已知的标准干燥筒。例如，在一些实施例中，干燥步骤在包括旋转干燥筒的干燥设备中进行。如上所述，通过旋转干燥筒的旋转将脱水生物质粉末与一种或多种额外的生物质源混合。典型地，旋转干燥筒包括升降板。升降板在干燥筒旋转的同时不断提升物料。本发明的发明人惊奇地发现，使用具有升降板的旋转干燥筒可以在一种或多种生物质粉末与额外的材料一起干燥时，或在混合两种或多种生物质粉末时改善一种或多种生物质粉末的混合。
192.在脱水生物质粉末的水分含量小于20wt％的实施例中，典型地，脱水生物质粉末在单个干燥筒中干燥。因此，在这些实施例中，本发明的方法包括仅在一个单独的干燥筒中干燥脱水生物质粉末。
193.在脱水生物质粉末的水分含量大于20wt％的实施例中，典型地，脱水生物质粉末在多个干燥筒中干燥。因此，在这些实施例中，本发明的方法包括在多个干燥筒中干燥脱水生物质粉末。例如，该过程可包括在两个以上、三个以上、四个以上或五个以上的干燥筒中干燥脱水生物质粉末。
194.使干燥生物质粉末成型
195.使干燥压缩生物质粉末成型以得到生物质成型产品。成型步骤可以在本领域已知的任何成型设备中并且根据本领域已知的生物质成型技术进行，可以包括挤出系统。优选地，成型步骤在压缩模具中进行。优选地，压缩模具包括模具产品出口孔。可以使用在
cn105435708中描述的设备来执行成型步骤。
196.优选地，成型步骤包括使干燥压缩生物质粉末成型为粒料。因此，在优选的实施例中，生物质成型产品和固体生物质燃料产品包括生物质粒料。
197.虽然已知使生物质粉末成型以得到生物质成型产品，但是本发明的发明人惊奇地发现，调整成型步骤可使得按所述步骤制备的生物质成型产品的密度被控制在一定范围内，赋予最终的固体生物质燃料产品某些有利的性能。具体而言，发明人已经发现控制成型步骤使得生物质成型产品的密度在1.0至1.35kg/l的范围内可赋予最终的生物质燃料产品有利的性能。优选地，控制成型步骤使得生物质成型产品的密度为1.0kg/l至1.35kg/l。典型地，上述密度是根据ny/t 1881.7-2010确定的。因此，在一些实施例中，控制成型步骤使得生物质成型产品的密度为1.0kg/l至1.35kg/l，其中密度根据ny/t 1881.7-2010确定。
198.成型步骤可以以多种方式控制。在成型过程包括使用压缩模具的情况下，通过采用9以下的压缩比，更优选3.8至9的压缩比来控制密度。典型地，压缩比越小，生物质成型产品的密度越低。然而，压缩比越高，生物质成型产品的产率越低。
199.在一些实施例中，使用3.8至6.5的压缩比。
200.在其他实施例中，使用6至9的压缩比，优选6.5至9的压缩比，最优选6.5至8的压缩比。
201.用于实现上述生物质成型产品的优选密度的最佳压缩比将取决于工艺中使用的生物质源。典型地，较致密的生物质源起始材料将需要上述范围下限的压缩比以实现优选密度，而较低密度的生物质源起始材料将需要上述范围上限的压缩比以达到优选密度。
202.在一种或多种生物质源包括秸秆或玉米秸秆的实施例中，优选使用6至9的压缩比，更优选6.5至9的压缩比，最优选6.5至8的压缩比。
203.具有模具产品出口孔的压缩模具的压缩比可以定义为模具产品出口孔的长度与直径之比。
204.图6示出可以根据本发明使用的压缩模具的示例。将干燥生物质粉末插入模具内部，然后通过压力从模具内部挤压，以使其从图中的成型产品出口孔排出。在图中显示的压缩比为产品出口孔长度与其直径之比。
205.在本发明的方法中，优选地，使干燥生物质粉末成型的步骤(vii)包括：调整成型步骤，使得将生物质成型产品的密度控制在1.1kg/l至1.35kg/l的范围内。典型地，该密度是根据ny/t 1881.7-2010确定的。优选地，通过使用压缩模具并控制压缩模具的压缩比来控制密度。更优选地，压缩比为6.5至8。在非常优选的实施例中，压缩比为6.5至8并且一种或多种生物质源包括秸秆、玉米秸秆或其组合。
206.令人惊奇的是，在成型步骤中控制生物质成型产品的密度可以改善最终的生物质燃料产品的防水能力。优选地，由密度为1.1kg/l至1.35kg/l的生物质成型产品制备的固体生物质燃料产品在20天，优选30天内具有足够的防水性能。
207.优选地，将添加剂添加到干燥生物质粉末中之后再进行步骤(vii)使干燥生物质粉末成型。据信，添加剂改进了成型过程并提高了成型步骤得到的生物质成型产品的产率。合适的添加剂是本领域已知的并且包括但不限于淀粉或淀粉衍生物。
208.典型地，除了以上讨论的添加剂之外，在成型步骤期间不向干燥生物质粉末添加其他燃料源。因此，成型步骤的生物质成型产品典型地仅包含生物质衍生材料作为固体生
物质燃料中的燃料源。例如，当使干燥粉碎生物质粉末成型为粒料时，通常在成型之前不向干燥粉碎生物质产品中添加其他燃料源，使得在该过程结束时得到的固体生物质燃料粒料仅包含生物质衍生的燃料源。在优选的实施例中，固体生物质燃料包括占燃料的燃料全组分的至少50wt％的生物质衍生材料，例如至少60wt％、至少70wt％、至少80wt％、至少90wt％，优选至少95wt％。
209.本文中使用术语的“固体燃料的燃料全组分”(total fuel content of solid fuel)是指固体燃料的组分，其是可燃材料，例如生物质衍生材料和煤。与固体燃料有关的术语燃料组分(fuel content)不旨在包括可能存在于固体燃料粒料中的、本身不燃烧产生能量的添加剂。
210.据发现成型步骤可以改善最终生物质固体燃料产品的防水性能。在成型步骤期间密度提高意味着水更难渗入更致密的生物质成型产品颗粒。
211.此外，随着产品的密度提高，更多的生物质会集中在成型产品的内部，因此不会与水直接接触。
212.加热生物质成型产品
213.加热生物质成型产品以得到固体生物质燃料。加热在160℃至420℃的温度下进行0.25小时至5小时。优选地，加热生物质成型产品的步骤进行0.4至2小时。优选地，加热生物质成型产品的步骤包括：将生物质成型产品加热至180℃至350℃，更优选地加热至210℃至280℃。
214.优选地，加热生物质成型产品的步骤(viii)包括：在一定条件下加热生物质成型产品以烘焙生物质成型产品。烘焙是温和的热解过程，在该过程中加热在低氧气氛(例如氧含量小于10％)中进行。烘焙的合适条件和过程是本领域已知的。因此，优选地，加热生物质成型产品的步骤(viii)包括烘焙。
215.加热步骤可以在本领域已知的用于加热生物质成型产品的任何合适的设备中进行。例如，加热步骤可以在ep3287509a1中公开的设备和工艺条件下进行。
216.优选地，调整加热生物质成型产品的步骤(viii)以控制固体生物质燃料的均匀性，任选地其中调整步骤(viii)以控制固体生物质产品的均匀性包括：在设备中进行步骤(viii)，在所述设备中，所述生物质成型产品在加热的同时旋转，任选地，调整步骤(viii)以控制固体生物质产品的均匀性包括：控制固体生物质产品的旋转速度或旋转方向；任选地，生物质成型产品在设备中沿逆时针和顺时针方向旋转。还可以通过上述加热温度和时长来优化固体生物质燃料的均匀性。
217.在一些实施例中，本发明的方法可以包括在加热之后冷却固体生物质燃料的步骤。当本发明的方法包括在加热生物质的步骤之后进行冷却的步骤时，该冷却步骤可以包括旋转固体生物质燃料。可以在诸如ep3287509a1中公开的那些合适的设备中旋转生物质。优选地，加热步骤(viii)和冷却生物质的步骤均包括旋转生物质。当在冷却步骤或加热步骤中旋转生物质时，生物质可以沿不同的方向旋转，例如在连续循环中顺时针和逆时针旋转。
218.固体生物质产品的术语“均匀性”是指在固体生物质燃料产品或生物质成型产品的每个颗粒以及在固体生物质燃料产品或生物质成型产品的大块样品中多个颗粒具有恒定或相似性质。例如但不限于，颗粒的密度、颗粒的易燃性、颗粒的化学组成以及颗粒的耐
水性。对于燃烧方法中使用的生物质燃料而言，均匀性是非常理想的特性。
219.发明人还发现，与现有技术的生物质燃料相比，以上述方式控制加热步骤有助于得到具有增强的防水性能的固体生物质燃料产品。在加热步骤期间，存在于生物质粉末中的吸水的亲水化合物被降解。此外，加热步骤导致生物质粉末中存在的油迁移到生物质粉末颗粒的外部，增加了所述颗粒的疏水性。
220.洗涤固体生物质燃料
221.如上所述，本发明的方法包括用含水洗涤液洗涤固体生物质燃料的步骤(ix)。水性液体优选包含纯水。然而，其中溶解有某些物质例如某些盐的水也可用于洗涤本发明的固体生物质燃料。
222.固体生物质燃料可以浸入含水洗涤液中或用含水洗涤液喷洒。在优选的实施例中，在洗涤步骤(ix)中用含水洗涤液喷洒固体生物质燃料。
223.洗涤固体生物质燃料的步骤(ix)还可包括用于从固体生物质燃料中去除粉尘颗粒的附加步骤，如上文进一步详细讨论的那样。
224.发明人已经发现，生物质固体燃料颗粒表面上的粉尘可以通过引起颗粒之间的摩擦来去除。例如，附着在颗粒上的粉尘可以通过诸如振动或旋转固体生物质燃料颗粒的方式引起摩擦来去除。因此，步骤(ix)可包括引起固体生物质燃料颗粒之间的摩擦。例如，步骤(ix)可包括使颗粒振动、旋转、滚动或其任何组合。用于进行固体生物质燃料颗粒的滚动、旋转和振动的合适设备是本领域技术人员已知的，并且在图7和图8中示出。可用于从颗粒中除去粉尘的装置的一个实例是旋转筒形筛。
225.步骤(ix)可包括用筛从固体生物质燃料上去除粉尘颗粒。典型地，筛的孔径为2mm至10mm，优选2mm至8mm，更优选2mm至5mm，最优选2mm至3mm。与固体生物质燃料颗粒混合的粉尘颗粒可以通过筛网从固体生物质燃料中分离出来。较大的固体生物质燃料颗粒无法穿过筛网，因此与粉尘颗粒分离。用于进行筛分步骤的合适设备和方法是本领域技术人员已知的，并且可以使用任何所述合适设备。例如，采用筛分、滚动和旋转固体生物质燃料的设备可用于从固体生物质燃料上去除粉尘颗粒。在使用这种装置时，可以将固体生物质燃料放置在筛网上，并且可以通过电动机的操作来驱动筛网在其轴线上滚动和旋转。在筛网滚动/倾斜和旋转过程中，筛网筛面上的物料被翻转。一些材料穿过筛网并与不穿过筛网的材料分离。筛网的滚动和旋转使粘在筛网孔隙中的物料落下，从而防止了筛网孔隙的堵塞。或者，也可以使用振动和筛分固体生物质燃料颗粒的设备。在这种情况下，可以使用电机振动筛网，使物料在筛网表面上扬起。这个过程可能会使附着在较大颗粒上的小颗粒松动，然后穿过筛网中的孔隙。采用筛网和振动将较大颗粒与较小颗粒分离的装置的示例是如cn201324717中教导的装置，其中较小颗粒可能附着或可能不附着到较大颗粒上。
226.因此，本发明的方法可包括使固体生物质燃料颗粒经受滚动、旋转和振动中的一种或多种，以引起固体生物质燃料颗粒之间的摩擦，使粘附到所述固体生物质燃料颗粒上的粉尘颗粒被去除。然后该方法优选地包括使固体生物质燃料颗粒和粉尘颗粒的混合物经受如上所述的筛分步骤以从所述固体生物质燃料颗粒上去除所述粉尘颗粒。因此，步骤(ix)是用于从所述固体生物质燃料颗粒上去除粉尘的有效后处理。
227.在使用筛的实施例中，筛可另外用于去除和排出步骤(ix)中使用的洗涤液，例如，将固体生物质燃料颗粒放置在筛上并用含水洗涤液喷洒。
228.固体生物质燃料产品
229.固体生物质燃料产品可以具有以上讨论的任何物理性质。
230.如上所述，本发明的固体生物质燃料优选包含粒料。粒料可以是任何合适的尺寸。优选地，粒料的直径为3mm至100mm，更优选地为5mm至8mm。优选地，粒料的长度为20mm至60mm，更优选地为30mm至50mm。如上所述，令人惊奇的是，与通过现有技术方法制造的固体生物质燃料产品相比，本发明的固体生物质燃料产品具有增强的防水特性。据信这是由于控制了粉碎、成型步骤和/或加热步骤，如上所述。发明人发现现有技术的生物质燃料仅在10天的时间内具有足够的防水性能。相反，本发明的固体生物质燃料产品在20天内具有足够的防水性能，优选为30天，更优选为40天。
231.固体生物质燃料的防水性能是根据荷兰能源研究中心(ecn)的标准测试确定的。
232.本发明的固体生物质燃料的水分含量也可以通过ecn的标准测试方法来确定。本发明的固体生物质燃料的水分含量通常为8wt％以下，优选为6wt％以下，更优选为5wt％以下，其中内部水分含量根据din en 14774确定。
233.生物质固体燃料的基础水分含量通常为10wt％以下，优选为8wt％以下，最优选为6wt％以下，其中基础水分含量根据gb/t211-2017确定。
234.本发明的固体生物质燃料具有出乎意料的优异的机械耐久性。典型地，机械耐久性高于90％，优选地高于95％。这是有利的，因为已发现机械耐久性为95％以上的生物质粒料能够储存在室外且无损坏长达两个月。相反，机械耐久性低于90％的生物质粒料通常会受到降雨的破坏，无法存储在室外。因此，优异的机械耐久性是本发明的生物质粒料的另一个优点。
235.与固体生物质燃料颗粒的高耐久性相关的另一个优点是，如果粒料在某种程度上受力破坏，与低机械耐久性的粒料相比，高耐久性粒料会破碎成更大的碎片。这样可以最大程度地减少粉尘爆炸的风险。
236.如上所述，在优选的实施例中，典型地，除了以上讨论的添加剂之外，在成型步骤期间不向加热的生物质产品添加其他燃料源。因此，固体生物质燃料典型地仅包含生物质衍生材料作为固体生物质燃料中的燃料源。例如，当使加热的生物质产品成型成粒料时，通常在成型之前不向加热的生物质产品添加其他燃料源，使得通过成型步骤得到的固体生物质燃料粒料仅包含生物质衍生的燃料源。
237.在优选的实施例中，固体生物质燃料包括占燃料的燃料全组分的至少50wt％的生物质衍生材料，例如至少60wt％、至少70wt％、至少80wt％、至少90wt％，优选至少95wt％。
238.燃烧方法
239.本发明的产品可以用于多种不同的燃烧方法中。所述产品在特定过程中的适用性对于本领域技术人员是显而易见的。例如，本发明的生物质燃料可单独用于发电厂的燃烧方法或工业方法。或者，本发明的生物质产品可以与附加燃料(例如煤)共烧用于燃烧过程中。
240.有利的是，据发现，与本领域已知的其他生物质燃料相比，本发明的产品的pm1.0排放量非常低。此外，该方法的pm1.0排放量低于涉及煤燃烧的方法。
241.有利的是，据发现，本发明的生物质燃料的改进的物理性质使该生物质特别适合与煤共烧。例如，产品改进的质量和均匀性使得本发明的生物质燃料能够与煤特别良好地
共烧。本发明的生物质燃料改进的防水性能还意味着该生物质特别适合与煤共烧，这样的防水性能使其更易于存储和运输。
242.实施例1
243.本发明的方法是针对基本上由玉米秸秆组成的生物质源进行的。用于洗涤步骤(iv)的洗涤过程涉及四个连续洗涤阶段，并在环境(未加热)温度和大气压下使用含水洗涤液进行。该方法包括压缩步骤(iii)。在洗涤步骤(iv)和机械脱水步骤(v)之后的脱水生物质粉末中各种矿物质的重量百分比在下表中给出。
244.表1
[0245][0246]
实施例2
[0247]
本发明的方法是针对基本上由秸秆组成的生物质源进行的。用于洗涤步骤(iv)的洗涤过程包括四个连续洗涤阶段，并在环境(未加热)温度和大气压下使用含水洗涤液进行。该方法包括压缩步骤(iii)。在洗涤步骤(iv)和机械脱水步骤(v)之后的脱水生物质粉末中各种矿物质的重量百分比在下表中给出。
[0248]
表2
[0249][0250][0251]
上面所示的表1和表2中的数据表明，通过洗涤生物质源原材料可以有效地去除矿物盐。有利的是，使用本发明的方法，洗涤步骤使用温和的环境条件可以有效地去除无机盐。使用大气压力和环境温度(即未加热的水)，可以有效地去除矿物盐。这与已知的洗涤过程形成对比，已知的洗涤过程通常使用温度高得多的水以实现有效的矿物盐去除，并使用更高的压力以将过程中使用的水保持为液体。
[0252]
实施例1和实施例2中生产的固体生物质燃料和脱水生物质粉末的其他性能如下表3所示。
[0253]
表3
[0254][0255]
实施例3
[0256]
使用芝麻秸秆、香蕉树、花生秸秆、棕榈空果串、棕榈纤维、棕榈壳和竹子作为生物质源，进行与上述实施例1和实施例2相同的过程。
[0257]
对于所有生物质起始材料，通过洗涤步骤(iv)可以将氮和氯含量降低至少10％。在所有情况下，通过洗涤步骤(iv)硫含量降低了至少40％。
[0258]
在所有情况下，当将固体生物质燃料的矿物质含量与生物质源原材料进行比较时，钾含量至少降低了90％；硫含量至少降低了50％；且氮含量显着降低。
[0259]
在所有情况下，通过洗涤步骤(iv)生物质源的灰分含量降低了30％以上，并且通过洗涤步骤(iv)热值提高了2％以上。
[0260]
在所有情况下，相对于生物质原料，固体生物质燃料的挥发性物质含量降低了6％以上；相对于生物质原料，固体生物质燃料的固定碳含量提高了35％以上；相对于生物质原料，固体生物质燃料的热值提高了16％以上。

技术特征：
1.一种用于生产固体生物质燃料的方法，其中所述方法包括以下顺序步骤：(i)提供一种或多种生物质源；(ii)粉碎所述一种或多种生物质源以得到平均粒径(d50)为1000μm至20000μm的粉碎生物质粉末；任选地，(iii)压缩所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末；(iv)用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末；(v)对所述经洗涤的生物质粉末进行机械脱水以得到脱水生物质粉末和水性流出物；(vi)干燥所述脱水生物质粉末以得到干燥生物质粉末；(vii)使所述干燥生物质粉末成型以得到生物质成型产品；(viii)将所述生物质成型产品加热0.25至5小时到160℃至420℃的温度，以得到固体生物质燃料；和(ix)用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种生物质源包括、基本上由以下组成或由以下组成：农业废弃物、朱缨花、马占相思、楹树、橡胶树、稻壳、秸秆、山药、玉米芯、木材例如混合木材、草例如皇竹草、甘蔗渣、向日葵秆、小麦秆、玉米秆、高粱秆、大豆秆、花生秆、棉花秆、油菜秆、椰子壳、棕榈仁壳(pks)、油棕树例如油棕树干、海藻、花生壳或其任何组合。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种生物质源包括、基本上由以下组成或由以下组成：农业废弃物，例如玉米秸秆、芝麻秸秆、秸秆、香蕉树、花生秸秆、棕榈空果串(efb)、棕榈纤维、棕榈壳、竹子、棕榈树干或其任何组合。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种生物质源包括、基本上由以下组成或由以下组成：秸秆、玉米秸秆或其组合。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供一种或多种生物质源的步骤(i)包括：(a)压缩所述一种或多种生物质源使其水分重量含量小于50％，和/或(b)将所述一种或多种生物质源切碎使其平均粒径(d50)为30000μm至60000μm；优选地，所述方法包括步骤(a)和(b)；更优选地，所述方法包括在步骤(a)压缩所述一种或多种生物质源之后进行步骤(b)切碎所述一种或多种生物质源。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中粉碎所述一种或多种生物质源以得到平均粒径(d50)为1000μm至20000μm的粉碎生物质粉末的步骤(ii)包括：在涉及使用负压气力输送装置的过程中压碎所述一种或多种生物质源，其中所述一种或多种生物质源的水分重量含量为20％以下。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中压缩所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末的步骤(iii)包括：挤压所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末和水性流出物；任选地，挤压所述粉碎生物质粉末以得到水分重量含量小于30％、优选小于25％、更优选小于20％的压缩生物质粉末。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉
末或所述粉碎生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末的步骤(iv)包括：多次洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末；优选地，在2至10个连续的洗涤阶段中洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末；更优选地，在2至5个连续的洗涤阶段中洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末。9.根据权利要求8所述的方法，其中每个连续的洗涤阶段包括：用所述含水洗涤液喷洒所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末和/或将所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末浸入所述含水洗涤液中。10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述连续的洗涤阶段以逆流方式进行，使得来自后洗涤阶段的水洗流出物用作前洗涤阶段的含水洗涤液；优选地，新鲜的含水洗涤液用于在最后的洗涤阶段洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末，并且对于其他每个洗涤阶段，使用的所述含水洗涤液包括来自紧接着的洗涤阶段的水洗流出物。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末的步骤(iv)期间，所述含水洗涤液的温度为5℃至160℃；优选地，在步骤(iv)的每个连续洗涤阶段期间，所述含水洗涤液的温度为5℃至160℃。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末的步骤(iv)期间，所述含水洗涤液的温度为5℃至35℃；优选地，在步骤(iv)的每个连续洗涤阶段期间，所述含水洗涤液的温度为5℃至35℃。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末的步骤(iv)在1.1bar至15bar的压力下进行；优选地，步骤(iv)在大气压下进行，更优选地，步骤(iv)在大气压和5℃至35℃的温度下进行。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括压缩所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末的步骤(iii)。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述粉碎生物质粉末的水分重量含量为至少30％，并且在压缩步骤(iii)之后，所述压缩生物质粉末的水分重量含量小于30％，优选25％以下，更优选20％以下。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对所述经洗涤的生物质粉末进行机械脱水以得到脱水生物质粉末和水性流出物的步骤(v)包括：压缩所述经洗涤的生物质粉末。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中干燥所述脱水生物质粉末以得到干燥生物质粉末的步骤(vi)包括：干燥所述脱水生物质以得到水分重量含量小于15％、优选10％至15％的干燥生物质粉末。18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中干燥所述脱水生物质粉末以得到干燥生物质粉末的步骤(vi)进一步包括：在干燥的同时混合所述粉碎生物质粉末颗粒。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中干燥所述脱水生物质粉末以得到干燥生物质粉末的步骤(vi)包括：在干燥筒中干燥所述粉碎生物质粉末。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中(a)脱水生物质粉末的水分重量含量为20％以下，并且所述方法包括在单个干燥筒中干燥所述脱水生物质粉末；或者，(b)脱水生物质粉末的水分重量含量为20％以上，并且所述方法包括在多个干燥筒中干燥所述脱水生物质粉末。21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使所述干燥生物质粉末成型以得到生物质成型产品的步骤(vii)包括：调整成型步骤使得生物质成型产品的密度可控；任选地，调整成型步骤使得生物质成型产品的密度可控包括控制在所述成型步骤中使用的模具的压缩比。22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将添加剂添加到所述干燥生物质粉末中之后再进行步骤(vii)使所述干燥生物质粉末成型，任选地所述添加剂提高所述生物质成型产品的产率。23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述生物质成型产品加热的步骤(viii)进行0.4至2.5小时，和/或将所述生物质成型产品加热的步骤包括：将所述生物质成型产品加热到180℃至350℃的温度，任选地加热到210℃至280℃的温度。24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述生物质成型产品加热的步骤(viii)包括：在一定条件下将所述生物质成型产品加热以引起所述生物质成型产品烘焙。25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对步骤(viii)加热所述生物质成型产品进行调整以控制所述固体生物质燃料的均匀性；任选地，调整步骤(viii)以控制所述固体生物质燃料的均匀性包括：在设备中进行步骤(viii)，在所述设备中，所述生物质成型产品在加热的同时旋转；任选地，调整步骤(viii)以控制所述固体生物质燃料的均匀性包括：控制所述生物质成型产品的旋转速度或旋转方向；任选地，所述生物质成型产品在所述设备中沿逆时针和顺时针方向旋转。26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括在步骤(viii)加热之后和步骤(ix)用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料之前冷却所述固体生物质燃料的步骤。27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料的步骤(ix)包括：用所述含水洗涤液喷洒所述固体生物质燃料。28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒的步骤；优选地，从所述固体生物质燃料中去除粉尘颗粒的步骤与用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料的步骤(ix)同时进行。29.根据权利要求28所述的方法，其中从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒的步骤包括：使用筛从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒。30.根据权利要求29所述的方法，其中所述筛具有2mm至8mm的孔径；优选地，所述筛具有2mm至5mm的孔径；更优选地，所述筛具有2mm至3mm的孔径。31.根据权利要求29或30所述的方法，其中使用筒形筛作为筛分装置以从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒；优选地，所述筒形筛包括旋转筒形筛。32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒的步骤包括使所述固体生物质燃料振动、旋转、滚动或其任何组合。33.根据权利要求32所述的方法，其中从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒的步骤
包括使用振动筛，其中所述振动筛的孔径为2mm至8mm；优选地，所述振动筛的孔径为2mm至5mm；更优选地，所述振动筛的孔径为2mm至3mm。34.根据权利要求29至33中任一项所述的方法，其中从所述固体生物质燃料上去除粉尘颗粒的步骤与用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料的步骤(ix)同时进行，其中用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料的步骤(ix)包括：用所述含水洗涤液喷洒所述固体生物质燃料，并且所述筛用于从所述固体生物质燃料中排出所述含水洗涤液。35.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种生物质源基本上由以下组成或由以下组成：玉米秸秆、芝麻秸秆、秸秆、香蕉树、花生秸秆、棕榈空果串(efb)、棕榈纤维、油棕树例如油棕树干、棕榈壳、竹子或其任何组合，其中：(i)每单位重量的所述固体生物质燃料的钾重量含量小于所述一种或多种生物质源的钾重量含量的10％；(ii)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的钾重量含量小于所述一种或多种生物质源的钾重量含量的10％；(iii)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的氮重量含量小于所述一种或多种生物质源的氮重量含量的90％；(iv)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的氯重量含量小于所述一种或多种生物质源的氯重量含量的90％；(v)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的硫重量含量为所述一种或多种生物质源的硫重量含量的60％以下；和/或(vi)每单位重量的所述固体生物质燃料的硫重量含量为所述一种或多种生物质源的硫重量含量的50％以下。36.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种生物质源基本上由以下组成或由以下组成：玉米秸秆、芝麻秸秆、秸秆、香蕉树、花生秸秆、棕榈空果串(efb)、棕榈纤维、棕榈壳、油棕树例如油棕树干、竹子或其任何组合，其中：(i)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的灰分重量含量为所述一种或多种生物质源的灰分重量含量的75％以下；(ii)每单位重量的所述经洗涤的生物质粉末的热值比所述一种或多种生物质源的热值高2％以上；(iii)每单位重量的所述固体生物质燃料的固定碳重量含量比所述一种或多种生物质源的固定碳重量含量高40％以上；(iv)每单位重量的所述固体生物质燃料的挥发性物质含量为所述一种或多种生物质源的挥发性物质含量的94％以下；和/或(v)每单位重量的所述固体生物质燃料的热值比所述一种或多种生物质源的热值高16％以上。37.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述固体生物质燃料具有以下一种或多种性质：所述固体生物质燃料的灰分重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的钾重量含量为0.2％以下，优选为0.1％以下；所述固体生物质燃料的氮重量含量为2％以下，优选为1％以下；
所述固体生物质燃料的氯重量含量为0.05％以下，优选为0.02％以下；所述固体生物质燃料的硫重量含量为0.2％以下，优选为0.1％以下；所述固体生物质燃料的固定碳重量含量为40％以下，优选为30％以下；所述固体生物质燃料的挥发性物质重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的内部水分重量含量为1％以下，优选为0.5％以下；所述固体生物质燃料的收到基水重量含量为6％以下，优选为4％以下；或者所述固体生物质燃料的热值为4500mj/kg以上，优选为4750mj/kg以上；优选地，所述固体生物质燃料具有所有上述性质。38.根据权利要求35至37中任一项所述的方法，其中所述一种或多种生物质源基本上由以下组成或由以下组成：秸秆、玉米秸秆或其组合。39.根据权利要求35至38中任一项所述的方法，其中：硫含量根据din en15289确定；氮含量根据din en 15104确定；固定碳含量根据din en 51734确定；灰分含量根据en 14775在550℃下确定；挥发性物质含量根据din en 15148确定；热值根据din en 14918确定；氯含量根据iso16994:2015确定；钾含量按iso16995:2015确定；所述固体生物质燃料的收到基水含量按gb/t211-2017测定；和/或所述固体生物质燃料的内部水分含量根据din en 14774确定。40.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据din en 15103确定的所述固体生物质燃料的堆积密度为1.0至1.4g/cm3，优选1.1至1.3g/cm3，更优选1.2至1.3g/cm3。41.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述固体生物质燃料防水长达20天，优选30天，更优选40天。42.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述固体生物质燃料在燃烧时的pm1.0排放量小于175mg/kg，优选小于150mg/kg。43.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述生物质成型产品的堆积密度为a，所述生物质固体燃料的堆积密度为b，其中b/a为0.55至1，根据din en 15103确定堆积密度。44.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中生物质衍生材料存在于所述固体生物质燃料中，其存在量为所述固体生物质燃料的燃料全组分重量的至少95％。45.一种用于生产固体生物质燃料的方法，其中所述方法包括以下顺序步骤：(i)提供一种或多种生物质源；(ii)粉碎所述一种或多种生物质源以得到平均粒径(d50)为1000μm至20000μm的粉碎生物质粉末；任选地，(iii)压缩所述粉碎生物质粉末以得到压缩生物质粉末；(iv)用含水洗涤液洗涤所述压缩生物质粉末或所述粉碎生物质粉末以得到经洗涤的生物质粉末；(v)对所述经洗涤的生物质粉末进行机械脱水以得到脱水生物质粉末和水性流出物；(vi)干燥所述脱水生物质粉末以得到干燥生物质粉末；(vii)使所述干燥生物质粉末成型以得到生物质成型产品；和(viii)将所述生物质成型产品加热0.25至5小时到160℃至420℃的温度，以得到固体生物质燃料；
其中所述一种或多种生物质源包括、基本上由以下组成或由以下组成：芝麻秸秆、棕榈空果串(efb)、棕榈纤维、油棕树如油棕树干、香蕉树、朱缨花、马占相思、楹树、橡胶树、稻壳、山药、玉米芯、木材例如混合木材、皇竹草或其任何组合。46.根据权利要求45所述的方法，其中所述方法还包括步骤(viii)：用含水洗涤液洗涤所述固体生物质燃料。47.根据权利要求45或46所述的方法，其中所述方法如权利要求2至44中任一项所进一步定义。48.一种可通过根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的固体生物质燃料。49.衍生自一种或多种生物质源的固体生物质燃料，其中所述一种或多种生物质源：(i)由以下组成或基本上由以下组成：芝麻秸秆；(ii)由以下组成或基本上由以下组成：棕榈空果串；(iii)由以下组成或基本上由以下组成：棕榈纤维；(iv)由以下组成或基本上由以下组成：香蕉树；(v)由以下组成或基本上由以下组成：油棕树干；或者(vi)包括、由以下组成或基本上由以下组成：农业废弃物、朱缨花、马占相思、楹树、橡胶树、稻壳、秸秆、山药、玉米芯、木材例如混合木材、草例如皇竹草、甘蔗渣、向日葵秆、小麦秆、玉米秆、高粱秆、大豆秆、花生秆、棉花秆、油菜秆、椰子壳、棕榈仁壳(pks)、油棕树例如油棕树干、海藻、花生壳或其任何组合，其中所述固体生物质燃料具有以下一种或多种性质：所述固体生物质燃料的灰分重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的钾重量含量为0.2％以下，优选为0.1％以下；所述固体生物质燃料的氮重量含量为2％以下，优选为1％以下；所述固体生物质燃料的氯重量含量为0.05％以下，优选为0.02％以下；所述固体生物质燃料的硫重量含量为0.2％以下，优选为0.1％以下；所述固体生物质燃料的固定碳重量含量为40％以下，优选为30％以下；所述固体生物质燃料的挥发性物质重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的内部水分重量含量为1％以下，优选为0.5％以下；所述固体生物质燃料的收到基水重量含量为6％以下，优选为4％以下；或者所述固体生物质燃料的热值为4500mj/kg以上，优选为4750mj/kg以上；优选地，所述固体生物质燃料具有所有上述性质。50.根据权利要求48或49所述的固体生物质燃料，其中所述一种或多种生物质源或所述固体生物质燃料如权利要求1至47中任一项或多项所进一步定义。51.一种燃烧方法，包括燃烧根据权利要求48至50中任一项所述的固体生物质燃料以产生能量的步骤。52.根据权利要求51所述的方法，其中所述固体生物质燃料与例如煤的化石燃料共烧并燃烧。53.根据权利要求51或52所述的方法，其中所述方法的pm1.0排放量小于175mg/kg，优选小于150mg/kg。54.根据权利要求48至50中任一项所述的固体生物质燃料在燃烧方法中作为燃料的用
途，其中所述用途包括在根据权利要求51至53中任一项所述的方法中使用所述生物质源；任选地，所述燃烧方法包括将所述固体生物质燃料与例如煤的化石燃料共烧。55.根据权利要求54的用途，其中所述燃烧方法的pm1.0排放量小于175mg/kg，优选小于150mg/kg。56.一种或多种生物质源用于生产固体生物质燃料的用途，其中：(i)所述一种或多种生物质源：包括、基本上由以下组成或由以下组成：农业废弃物、朱缨花、马占相思、楹树、橡胶树、稻壳、秸秆、山药、玉米芯、木材例如混合木材、草例如皇竹草、甘蔗渣、向日葵秆、小麦秆、玉米秆、高粱秆、大豆秆、花生秆、棉花秆、油菜秆、椰子壳、油棕树例如油棕树干、棕榈仁壳(pks)、海藻、花生壳或其任何组合，其中所述固体生物质燃料具有以下一种或多种性质：所述固体生物质燃料的灰分重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的钾重量含量为0.2％以下，优选为0.1％以下；所述固体生物质燃料的氮重量含量为2％以下，优选为1％以下；所述固体生物质燃料的氯重量含量为0.05％以下，优选为0.02％以下；所述固体生物质燃料的硫重量含量为0.2％以下，优选为0.1％以下；所述固体生物质燃料的固定碳重量含量为40％以下，优选为30％以下；所述固体生物质燃料的挥发性物质重量含量为15％以下，优选为12％以下；所述固体生物质燃料的内部水分重量含量为1％以下，优选为0.5％以下；所述固体生物质燃料的收到基水重量含量为6％以下，优选为4％以下；或者所述固体生物质燃料的热值为4500mj/kg以上，优选为4750mj/kg以上；优选地，所述固体生物质燃料具有所有上述性质；或者(ii)所述一种或多种生物质源由以下组成或基本上由以下组成：芝麻秸秆、香蕉树、棕榈空果串(efb)、棕榈纤维、油棕树干或其组合。57.根据权利要求56所述的用途，其中所述用途包括在根据权利要求1至47中任一项所述的方法中使用所述一种或多种生物质源，和/或所述固体生物质燃料如权利要求48至50中任一项所定义。

技术总结
本发明涉及一种生产固体生物质燃料的方法，以及通过该方法生产的固体生物质燃料。此外，本发明涉及一种燃烧方法，该方法包括燃烧所述固体生物质燃料以产生能量。所述固体生物质燃料以产生能量。


技术研发人员：柏红梅
受保护的技术使用者：柏红梅
技术研发日：2021.10.12
技术公布日：2023/8/16