可燃生物材料的组成成分及其系统和方法.pdf

本发明提供一种生产可燃材料的方法，其包括：接受一个或多个类型的生物质，每种类型的生物质包含一种无机物质；断裂所述一种或多种类型的生物质的木质纤维素产生包含所述无机物质的断裂的生物质；溶剂清洗所述断裂的生物质，将所述断裂的生物质中的无机物质转移到溶剂中，产生富含无机物质的溶剂和去除无机物质的断裂的生物质；裂解所述去除无机物质的断裂的生物质产生一种可燃生物材料。

权利要求书一种生产可燃材料的方法，其特征在于：其包括：
接受一个或多个类型的生物质，每种类型的生物质包含一种无机物质；
断裂所述一种或多种类型的生物质的木质纤维素，产生包含所述无机物质的断裂的生物质；
用溶剂清洗所述断裂的生物质，将所述断裂的生物质中的无机物质转移到溶剂中产生一种富含无机物质的溶剂和去除无机物质的断裂的生物质；
裂解所述去除无机物质的断裂的生物质产生一种可燃生物材料。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述断裂是通过粉碎或压碎所述生物质中的所述木质纤维素实现的。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述一种或多种类型的生物质中的至少一种包括是由下列各物组成的群组中选出的至少一种：稻草、甘蔗叶、棉秆、荠菜梗、松针、咖啡壳、椰子壳、稻壳、芥末壳、杂草杆、玉米秸秆、甘蔗渣、小米秸秆、豆类茎秆、甜高粱秸秆、坚果壳、动物粪便、瓜尔皮、全部金合欢、茱莉亚植物、麻疯树残渣、野草、鸽子豆类、狼尾草、大麦、干辣椒,格兰蜀黍、亚麻籽、玉米、小扁豆、绿豆、向日葵、胡麻、石油种子秸秆、豆类/谷类、黑豆、大豆茎、牛谷物、马豆、龙爪稷、姜黄、蓖麻籽、玫瑰茄、多样藓（sannhamp）和大麻。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述溶剂包括水或硫酸。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述溶剂的pH值为4—7之间。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述包括所述无机物质的断裂的生物质清洗的时间为20—60分钟。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述溶剂的温度保持在10℃—70℃之间。
根据权利要求7所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述溶剂的温度保持50℃。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述清洗包括用回收再利用的溶剂清洗断裂的生物质。
根据权利要求9所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述回收再利用的溶剂的温度保持在30℃—70℃之间。
根据权利要求10所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述回收再利用的溶剂的温度保持50℃。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述裂解是在温度为100℃—500℃之间进行。
根据权利要求12所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述裂解是在温度为200℃—350℃之间进行。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述裂解是在缺氧状态下进行。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述裂解时间在10分钟—24小时之间。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：其进一步包括稠化所述可燃生物材料以生产生物质型煤。
根据权利要求16所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述稠化是通过造粒机进行生产生物质型煤团。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：其进一步包括在所述清洗所述断裂的生物质之前在所述溶剂中浸泡所述断裂的生物质。
根据权利要求18所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述浸泡是在温度为10℃—70℃之间进行。
根据权利要求18所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述浸泡时间保持在5分钟—90分钟之间。
根据权利要求18所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述溶剂的pH值在4—7之间。
根据权利要求1所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：其进一步包括在清洗所述断裂的生物质之后，挤压所述去除无机物质的断裂的生物质以去除残留的溶剂。
根据权利要求22所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：其进一步包括在挤压后，干燥所述去除无机物质的断裂的生物质。
根据权利要求23所述的生产可燃材料的方法，其特征在于：所述干燥包括风干所述去除无机物质的断裂的生物质或用所述裂解产生的合成气烘干所述去除无机物质的断裂的生物质，其中所述合成气包括由下列各物组成的群组中选出的一种：醇类、醛类、羧酸类、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、丁烷和氢气。
一种生产可燃生物材料的方法，其特征在于：其包括：
接受一个或多个类型的生物质，每种类型的生物质包含一种无机物质；
用溶剂清洗所述生物质，将所述生物质中的无机物质转移到溶剂中产生一种富含无机物质的溶剂和去除无机物质的生物质；
裂解所述去除无机物质的生物质产生一种可燃生物材料和二氧化碳；
和用所述二氧化碳干燥所述去除无机物质的生物质产生一种干燥的去除无机物质的生物质。
根据权利要求25所述的生产可燃生物材料的方法，其特征在于：所述生物质包括由下列各物组成的群组中选出的至少一组：稻草、甘蔗叶、棉秆、荠菜梗、松针、咖啡壳、椰子壳、稻壳、芥末壳、杂草杆、玉米秸秆、甘蔗渣、小米秸秆、豆类茎秆、甜高粱秸秆、坚果壳、动物粪便、瓜尔皮、全部金合欢、茱莉亚植物、麻疯树残渣、野草、鸽子豆类、狼尾草、大麦、干辣椒,格兰蜀黍、亚麻籽、玉米、小扁豆、绿豆、向日葵、胡麻、石油种子秸秆、豆类/谷类、黑豆、大豆茎、牛谷物、马豆、龙爪稷、姜黄、蓖麻籽、玫瑰茄、多样藓（sannhamp）和大麻。
根据权利要求25所述的生产可燃生物材料的方法，其特征在于：所述溶剂包括水或硫酸。
根据权利要求25所述的生产可燃生物材料的方法，其特征在于：所述溶剂的pH值为4—7之间。
根据权利要求25所述的生产可燃生物材料的方法，其特征在于：所述去除无机物质的生物质具有泥状的稠度。
根据权利要求25所述的生产可燃生物材料的方法，其特征在于：其进一步包括断裂所述一种或多种类型的生物质中的木质纤维素产生断裂的含有无机物质的生物质，所述断裂是在所述清洗所述生物质之前进行。
根据权利要求25所述的生产可燃生物材料的方法，其特征在于：其进一步包括风干所述去除无机物质的生物质，所述风干是在所述断裂之前进行。
根据权利要求31所述的生产可燃生物材料的方法，其特征在于：所述风干是在所述干燥的过程中完成。
根据权利要求31所述的生产可燃生物材料的方法，其特征在于：所述干燥温度为20℃—50℃。
根据权利要求25所述的生产可燃生物材料的方法，其特征在于：其进一步包括输送所述裂解产生的二氧化碳气进行所述干燥。
一种清洗生物质的方法，其特征在于：其包括：
接收第一数量的生物质；
接收第二数量的生物质；
用溶剂清洗所述第一数量的生物质产生第一富含无机物质的污水流；和
用所述第一污水流清洗所述第二数量的生物质产生第二污水溶剂流。
根据权利要求35所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述第一污水流比第二污水流中的无机物质浓度更高。
根据权利要求35所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括用所述第二污水流清洗第三数量的生物质产生第三污水流，并且所述第三污水流比所述第二污水流中的无机物质浓度更高。
根据权利要求35所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括在用所述溶剂清洗所述第一数量的生物质之后，用所述溶剂清洗所述第二数量的生物质。
根据权利要求35所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括清洗第一到第N个不同的数量的生物质，用清洗第N‑1数量的生物质产生的第N‑1次污水流清洗所述第N数量的生物质，其中N是一个大于2的整数。
根据权利要求39所述的清洗生物质的方法，其特征在于：清洗所述第N数量的生物质产生第N污水流，所述第N污水流比第N‑1污水流中的无机物质浓度更高。
根据权利要求39所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述第N污水流被回收作为清洗另一数量的生物质的溶剂或被输送去污水处理。
根据权利要求35所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括在第一收集室中收集清洗所述第一数量的生物质后的所述第一污水流。
根据权利要求42所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括泵取所述第一污水流到一个所述第一污水流能被喷射清洗所述第二数量的生物质的位置。
根据权利要求35所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括在第二收集室中收集清洗所述第二数量的生物质后产生的所述第二污水流。
根据权利要求44所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括泵取所述第二污水流到一个所述第二污水流能被喷射清洗所述第三数量的生物质的位置。
根据权利要求35所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括用所述溶剂清洗所述第一数量的生物质后卸载所述第一数量的生物质。
根据权利要求46所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括推进所述第二数量的生物质到一个清洗所述第二数量的生物质的位置，其中所述推进是在清洗所述第一数量的生物质后进行。
一种清洗生物质的方法，其特征在于：其包括：
接受N个数量的生物质，其中N是一个大于2的整数；
进行第一清洗周期，所述第一清洗周期包括用溶剂清洗所述N个数量的生物质中的第一数量的生物质产生与所述第一清洗周期有关的第一污水流、用与所述第一清洗周期有关的所述第一污水流清洗所述N个数量的生物质中的第二数量的生物质产生与所述第一清洗周期有关的第二污水流、在满足用与所述第一清洗周期有关的第N‑1污水流清洗所述第N数量的生物质的条件下清洗其他数量的生物质；
进行第二清洗周期，所述第二清洗周期包括用溶剂清洗所述N个数量的生物质中的第二数量的生物质产生与所述第二清洗周期有关的第一污水流、用与所述第二清洗周期有关的所述第一污水流清洗所述N个数量的生物质中的第二数量的生物质产生与所述第二清洗周期有关的第二污水流、在满足用与所述第二清洗周期有关的第N‑1污水流清洗所述第N数量的生物质的条件下清洗其他数量的生物质。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括进行第X清洗周期，所述第X清洗周期包括用溶剂清洗所述N个数量的生物质中的第X数量的生物质产生与所述第X清洗周期有关的第一污水流、用与所述第X清洗周期有关的所述第一污水流清洗所述N个数量的生物质中的第X+1数量的生物质产生与所述第X清洗周期有关的第二污水流、在满足用与所述第X清洗周期有关的第N‑X污水流清洗所述第N数量的生物质的条件下清洗其他数量的生物质，其中X是一个3—N范围的整数。
根据权利要求49所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述N个数量的生物质中的每一个都被所述溶剂清洗。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：通过在所述第一数量的生物质上喷射所述溶剂清洗所述第一数量的生物质。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述清洗所述N个数量的生物质包括清洗重量在1公吨—1000公吨之间的总的生物质。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述清洗N个数量的生物质的所用溶剂的体积为1000公升—40兆升。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述N个数量的生物质中每个数量的生物质的重量在1kg—100公吨之间。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述清洗所述N个数量的生物质中的每个数量的生物质所用溶剂的体积约为0.5公升—4兆升。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述清洗所述第一数量的生物质的时间为5分钟—90分钟。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述溶剂的温度保持在10℃—90℃之间。
根据权利要求57所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述溶剂的温度保持在20℃—70℃之间。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：与所述第一清洗周期有关的所述第一污水流的温度保持在10℃—90℃之间。
根据权利要求59所述的清洗生物质的方法，其特征在于：与所述第一清洗周期有关的所述第一污水流的温度保持在50℃。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括一个将与所述第一清洗周期有关的所述第一污水流排进第一收集室的步骤。
根据权利要求61所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括一个泵取与所述第一清洗周期有关的所述第一污水流的步骤，这样所述第一污水流被喷射到所述N个中的第二数量的生物质的上面进而产生与所述第一清洗周期有关的所述第二污水流。
根据权利要求62所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括一个收集所述第二污水流使其进入第二收集室的步骤。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述接收第一数量的生物质包括在第一料仓中接收所述第一数量的生物质和所述接收第二数量的生物质包括在第二料仓中接收所述第二数量的生物质。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括用所述溶剂清洗所述第一数量的生物质后排空所述第一数量的生物质。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括所述第一清洗周期完成后推进所述第二料仓至一个位置，这样所述第二料仓可以在第二清洗周期用所述溶剂清洗。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：所述接受N个数量的生物质包括接受N个数量的生物质在N个料仓中使得每个料仓中包含单一个别数量的生物质。
根据权利要求67所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括在所述第一清洗周期完成后，将用于喷射所述溶剂的喷雾器置换到一个位置，这样所述溶剂被喷射到所述N个数量的生物质中的第二数量的生物质的上面。
根据权利要求68所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括容纳在某个料仓中的某个数量的生物质单个清洗周期完成后，将用于喷射所述溶剂的喷雾器置换到一个位置，这样所述溶剂被喷射到没有被清洗过的数量的生物质上面。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：进一步包括加热所述清洗第二数量的生物质后产生的所述第二污水流。
根据权利要求48所述的清洗生物质的方法，其特征在于：其进一步包括在清洗第二数量的生物质前，过滤所述第一污水流。
一种生产可燃生物材料的系统，其特征在于：其包括：
一个木质纤维素断裂装置，通过所述木质纤维素断裂装置断裂生物质中的木质纤维素产生一种断裂的生物质材料，所述断裂的生物质材料含有无机物质；
一个清洗组件，所述清洗组件通过溶剂清洗含有无机物质的所述断裂的生物质材料，并且产生一种富含无机物质的溶剂和一种去除无机物质的断裂的生物质；
一个裂解组件，所述裂解组件用于裂解所述去除无机物质的断裂的生物质产生一种可燃生物燃料。
根据权利要求72所述的生产可燃生物材料的系统，其特征在于：其进一步包括一个浸泡室，所述浸泡室通过溶剂浸泡断裂的生物质以产生浸泡的断裂的生物质；和
传送所述浸泡的断裂的生物质至所述清洗组件的第一连接件。
根据权利要求72所述的生产可燃生物材料的系统，其特征在于：其进一步包括一个增稠器，所述增稠器用于稠化所述可燃生物材料产生生物质型煤。
根据权利要求74所述的生产可燃生物材料的系统，其特征在于：所述增稠器是一种生产生物质型煤团的造粒机。
根据权利要求72所述的生产可燃生物材料的系统，其特征在于：其进一步包括：
一个干燥室，所述干燥室用于干燥所述去除无机物质的断裂的生物质并且产生干燥的去除无机物质的断裂的生物质；和
从所述清洗组件传送所述去除无机物质的断裂的生物质至所述干燥室的第二连接件。
根据权利要求72所述的生产可燃生物材料的系统，其特征在于：其进一步包括传送所述干燥的去除无机物质的断裂的生物质至所述裂解组件的第三连接件。
根据权利要求72所述的生产可燃生物材料的系统，其特征在于：所述裂解组件配置为在无氧状态下操作。
一种生物质清洗组件，其特征在于：其包括：
若干个料仓，所述每个料仓设置为容纳单一个别数量的生物质；
一个溶剂分配器，所述溶剂分配器把所述溶剂分配到所述若干个料仓中的第一料仓中去清洗位于第一料仓中的所述第一数量的生物质产生第一污水流；
第一泵，所述第一泵用于泵取所述第一污水流到所述若干个料仓中的第二料仓中去清洗位于第二料仓中的所述第二数量的生物质产生第二污水流。
根据权利要求79所述的生物质清洗组件，其特征在于：其进一步包括一个输送带，所述输送带用于在结束清洗至少一个容纳在其中一个料仓中的所述数量的生物质之后推进所述若干个料仓。
根据权利要求79所述的生物质清洗组件，其特征在于：其进一步包括若干个网筛，所述每个网筛设置于所述若干料仓的一个料仓的下面或者固定于所述若干料仓的一个料仓的底部。
根据权利要求79所述的生物质清洗组件，其特征在于：其进一步包括若干个收集室，所述每个收集室设置于所述若干料仓的一个料仓的下面，并且所述每个收集室是用于收集清洗所述单一个别数量的生物质产生的污水流。
根据权利要求82所述的生物质清洗组件，其特征在于：其进一步包括若干个加热器，所述加热器设置于一些所述收集室的下方，并且每个加热器用于加热清洗所述单一个别数量的生物质产生的污水流。
根据权利要求79所述的生物质清洗组件，其特征在于：所述溶剂分配器是一个喷雾器。
根据权利要求79所述的生物质清洗组件，其特征在于：所述每个料仓内部涂有一种耐酸材料。
根据权利要求79所述的生物质清洗组件，其特征在于：其进一步包括与所述第一泵连接的第一污水分配器，并且所述第一污水分配器用于分配所述第一污水流。
根据权利要求72所述的生产可燃生物材料的系统，其特征在于：所有的步骤在单一的收集室或设备中进行。
一种生物质材料的组分，其特征在于：其包括：
一种木质纤维素物质；
所述组分中的含钾量重量百分比不超过0.01。
根据权利要求88所述的生物质材料的组分，其特征在于：所述组分包括重量百分比不超过10的水。
根据权利要求88所述的生物质材料的组分，其特征在于：所述生物质材料的热值在15000千焦/千克—20000千焦/千克之间。
一种生物质材料的组分，其特征在于：其包括：
一种木质纤维素物质；
所述组分中的含钠量重量百分比不超过0.1。
根据权利要求91所述的生物质材料的组分，其特征在于：所述组分包括重量百分比不超过10的水。
根据权利要求91所述的生物质材料的组分，其特征在于：所述生物质材料的热值在15000千焦/千克—20000千焦/千克之间。
一种生物质材料的组分，其特征在于：其包括：
一种木质纤维素物质；
所述组分中的含氯化物量重量百分比不超过0.1。
根据权利要求94所述的生物质材料的组分，其特征在于：所述组分包括重量百分比不超过10的水。
根据权利要求94所述的生物质材料的组分，其特征在于：所述生物质材料的热值约在15000千焦/千克—20000千焦/千克之间。

说明书可燃生物材料的组成成分及其系统和方法
技术领域
本发明是关于可燃生物质产品领域，更特别地，本发明是关于从一种或多种不同种类的农作物残留物中生产可燃生物质的新型的系统和方法及其组分。
背景技术
对于燃料和能源的巨大需求，以及常规的能源，诸如石油和天然气的不断减少，使得人们开始积极探索可再生能源，如生物燃料。人们期望可再生能源，这是因为，当传统的能源枯竭后可再生能源可供长期使用。特别地，制造生物质产品的原材料生物质，在自然界是资源丰富并且可再生的。
为了利用生物质的能源，传统的系统和方法是在燃烧生物质燃烧室内在工业级温度下燃烧生物质，该温度的范围通常为800℃至1200℃。不幸地，这样的努力是无用的，因为用这种简单的方式来处理生物质，不可能不在用来产生燃烧的诸如燃烧室、热交换器和通风管设备内产生严重的堵塞和污染。此外，由于生物质中含无机化合物和盐类成分，按照传统的手段高温处理的生物质存在一定的缺点，例如，高温处理生物质会产生灰尘，这些灰尘通常包括碱和碱土金属氯化物、硫酸盐、碳酸盐和复合硅酸盐，这些灰尘积聚在各种各样的燃烧室部件上，例如输送加热溶剂的管子上。
再者，在高温下的燃烧室内，硅酸盐与钾盐和钠盐相结合并熔化形成石英玻璃块，有时称作渣块，这些渣块也积聚和堵塞清除灰尘的通道。
这种灰尘和渣块的不良积聚导致燃烧室内结垢和成渣，最终导致燃烧室效率逐渐降低和容量逐渐减小。特别地，在燃烧过程中热效率明显消弱，并且燃烧室内被阻止的热流会损坏机械。为此，需要提早关闭系统来维护和移走积聚的不希望的沉淀物，其结果是，传统的系统和流程其能源生产的生产能力较低。不仅如此，传统的系统和流程很可能对燃烧室有永久性的损坏，（例如会对燃烧室造成腐蚀，或者需要对燃烧室进行大修甚至更换），这样会增加这种传统的依赖于生物质来产生能源的系统和流程的生产成本。
因此，需要提供一种从生物质中获取能源并能避免传统的处理生物质的系统和生物质处理过程的缺点的新型的系统、方法及其组分。
发明内容
鉴于以上所述，一方面，本发明提供一种制造可燃生物材料的方法，其能够减小或消除燃烧室内的污垢和成渣，所述方法包括（1）接受一个或多个类型的生物质，每种类型的生物质包含一种无机物质；（2）断裂该一种或多种类型的生物质的木质纤维束产生包含所述无机物质的断裂的生物质；（3）用溶剂清洗断裂的生物质使所述无机物质从断裂的生物质上转移到溶剂中从而产生富含无机物质的溶剂和不含无机物质的断裂的生物质；和（4）裂解不含无机物质的断裂的生物质产生一种可燃生物材料。所述无机化合物可以是任何无机化合物包括一种无机盐。前述一种或多种类型的生物质中的至少一种包括由下列各物组成的群组中选出的至少一组：稻草、甘蔗叶、棉秆、荠菜梗、松针、咖啡壳、椰子壳、稻壳、芥末壳、杂草杆、玉米秸秆、甘蔗渣、小米秸秆、豆类茎秆、甜高粱秸秆、坚果壳、动物粪便、瓜尔皮、全部金合欢、茱莉亚植物、麻疯树残渣、野草、鸽子豆类、狼尾草、大麦、干辣椒,格兰蜀黍、亚麻籽、玉米、小扁豆、绿豆、向日葵、胡麻、石油种子秸秆、豆类/谷类、黑豆、大豆茎、牛谷物、马豆、龙爪稷、姜黄、蓖麻籽、玫瑰茄、多样藓（sannhamp）和大麻。在本发明一个具体的实施例中，生物质中木质纤维素的断裂是通过粉碎或压碎实现的。优选地，包含所述无机物质的断裂的生物质的清洗时间为5‑90分钟。
在本发明的一个具体实施例中，所述溶剂包括水。在本发明的一个优选的实施例中，所述溶剂包括水或硫酸。优选地，所述溶剂的pH值大约在4‑7之间。在本发明一个优选的实施例中，所述溶剂的温度保持在大约10℃‑70℃之间，在本发明一个更优选的实施例中，所述溶剂的温度保持约50℃。
在本发明一个优选的实施例中，所述清洗包括用回收再利用的溶剂清洗断裂的生物质。优选地，回收再利用的溶剂的温度保持在大约10℃‑70℃之间，更优选地，所述回收再利用的溶剂的温度保持约为50℃。
在本发明一个优选的实施例中，所述裂解发生的温度是在100℃‑500℃之间，更优选地，所述裂解发生的温度大约是在200℃‑275℃之间。所述裂解是在缺氧状态下进行，优选地，所述裂解时间约在10分钟‑24小时之间。本发明的方法进一步的包括稠化所述可燃生物材料生产生物质型煤。所述稠化是通过造粒机进行生产生物质型煤团。
所述本发明的方法还进一步包括在清洗所述断裂的生物质之前在所述溶剂中浸泡所述断裂的生物质。优选地，浸泡是在温度约为10℃‑70℃之间进行。还优选地，浸泡时间保持在大约5分钟‑90分钟之间。还优选地，所述溶剂的pH值大约在4‑7之间。
在一个优选的实施例中，本发明的方法还包括挤压清洗后的去除无机物质的断裂的生物质排出残留溶剂。在另一优选的实施例中，本发明的方法进一步包括干燥挤压后的去除无机物质的断裂的生物质。所述干燥包括风干去除无机物质的断裂的生物质或用裂解产生的气体烘干去除无机物质的断裂的生物质，其中所述气体包括选自由醇类、醛类、羧酸类、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、丁烷和氢气组成的群组中的一种。
另一方面，本发明提供一种清洗生物质的方法。所述方法包括（1）接收第一数量的生物质；（2）接收第二数量的生物质；（3）用溶剂清洗第一数量的生物质产生富含无机物质的第一污水流；和（4）用第一污水流清洗第二数量的生物质产生第二污水溶剂流。在一个具体的实施例中，本发明进一步提供用清洗第一数量的生物质后的溶剂清洗第二数量的生物质的步骤。本发明的方法进一步包括用第二污水流清洗第三数量的生物质产生第三污水流，这就使得第三污水流的无机物质浓度比第二污水流的无机物质浓度更高。
在本发明一个优选的实施例中，所述方法包括清洗第一数量到第N数量的生物质，并且用清洗第N‑1数量的生物质的第N‑1次污水流清洗第N数量的生物质，其中N是一个大于2的整数。优选地，清洗第N数量的生物质产生第N污水流，所述第N污水流比第N‑1污水流有更高浓度的无机物质。所述第N污水流将输送给废水处理。
本发明生产可燃材料的方法进一步包括在第一收集室中收集清洗第一数量的生物质后的第一污水流。进一步的，该方法包括泵取第一污水流到一个位置，从该位置所述第一污水流能被分配去清洗第二数量的生物质。同样地，本发明的方法进一步包括在第二收集室中收集清洗第二数量的生物质后的第二污水流。如第一污水流一样，所述这些方法进一步包括泵取第二污水流到一个位置，从该位置所述第二污水流能被分配去清洗第三数量的生物质。
作为本发明方法的一部分，卸载用溶剂清洗后的第一数量的生物质。进一步的，该方法包括推进第二数量的生物质到一个清洗第二数量的生物质的位置，其中推进步骤是在清洗第二数量的生物质后进行。
另一方面，本发明提供一种清洗生物质的方法。所述方法包括（1）接受N个数量的生物质，其中N是一个大于2的整数；（2）进行第一清洗周期，所述第一清洗周期包括用溶剂清洗所述N个数量生物质中的第一数量的生物质产生与第一清洗周期有关的第一污水流、用与第一清洗周期有关的第一污水流清洗所述N个数量生物质中的第二数量的生物质产生与第一清洗周期有关的第二污水流、在满足用与第一清洗周期有关的第N‑1污水流清洗第N数量的生物质的条件下清洗其他数量的生物质；和（3）进行第二清洗周期，所述第二清洗周期包括用溶剂清洗N个数量生物质中的第二数量的生物质产生与第二清洗周期有关的第一污水流、用与第二清洗周期有关的第一污水流清洗N个数量生物质中的第二数量的生物质产生与第二清洗周期有关的第二污水流、在满足用与第二清洗周期有关的第N‑1污水流清洗第N数量的生物质的条件下清洗其他数量的生物质。
本发明所述清洗生物质的方法进一步包括进行第X清洗周期，所述第X清洗周期包括用溶剂清洗N个数量的生物质中的第X数量的生物质产生与第X清洗周期有关的第一污水流、用与第X清洗周期有关的第一污水流清洗N个数量生物质中的第X+1数量的生物质产生与第X清洗周期有关的第二污水流和在满足用与第X清洗周期有关的第N‑X污水流清洗第N数量的生物质的条件下，清洗其他数量的生物质，其中X是一个3‑N范围的整数。
在本发明一个优选的实施例中，所述N个数量的生物质中的每一种都被溶剂清洗。优选地，通过在第一数量的生物质上喷射溶剂清洗第一数量的生物质。优选地，所述清洗N个数量的生物质的溶剂的体积约为0.5公升‑4兆升。优选地，所述溶剂的温度保持在大约10℃‑70℃之间，更优选地，所述溶剂的温度保持约50℃。
在本发明的一个优选的实施例中，清洗所述N个数量的生物质包括清洗重量在1公吨‑1000公吨之间的所有的生物质。优选地，N个数量生物质中的每个数量的生物质的重量约在1公斤‑100公吨之间。在本发明一个优选的实施例中，清洗N个数量生物质中每个数量的生物质所用溶剂的体积约为0.5公升‑4兆升。优选地，所述清洗第一数量的生物质的时间约为5分钟‑90分钟。
在本发明一个优选的实施例中，所述与第一清洗周期有关的第一污水流的温度保持在大约10℃‑70℃之间。更优选地，所述与第一清洗周期有关的第一污水流的温度保持约50℃。在该实施例中，本发明的方法进一步包括将与第一清洗周期有关的第一污水流排进第一收集室。本发明的方法进一步包括泵取第一清洗周期有关第一污水流这样将所述第一污水流配送到N种数量的生物质中的第二数量的生物质上进而产生与第一清洗周期有关的第二污水流的步骤。将所述第二污水流收集入第二收集室可以是本发明清洗生物质方法的一部分。
在本发明一个具体的实施例中，接收第一数量的生物质包括在第一料仓中接收第一数量的生物质，接收第二数量的生物质包括在第二料仓中接收第二数量的生物质。
另一方面，本发明提供一种生产可燃生物材料的方法。所述方法包括（1）接受一个或多个类型的生物质，每种类型的生物质包含一种无机物质；（2）用溶剂清洗所述生物质，将所述生物质中的无机物质转移到溶剂中产生一种富含无机物质的溶剂和去除无机物质的生物质；（3）裂解去除无机物质的生物质产生可燃生物材料和二氧化碳；和（4）用所述二氧化碳干燥去除无机物质的生物质产生一种干燥的去除无机物质的生物质。所述生物质包括由下列各物组成的群组中选出的至少一种：稻草、甘蔗叶、棉秆、荠菜梗、松针、咖啡壳、椰子壳、稻壳、芥末壳、杂草杆、玉米秸秆、甘蔗渣、小米秸秆、豆类茎秆、甜高粱秸秆、坚果壳、动物粪便、瓜尔皮、全部金合欢、茱莉亚植物、麻疯树残渣、野草、鸽子豆类、狼尾草、大麦、干辣椒,格兰蜀黍、亚麻籽、玉米、小扁豆、绿豆、向日葵、胡麻、石油种子秸秆、豆类/谷类、黑豆、大豆茎、牛谷物、马豆、龙爪稷、姜黄、蓖麻籽、玫瑰茄、多样藓（sannhamp）和大麻。优选地，干燥的温度约为20℃‑150℃之间。
在本发明一个优选的实施例中，所述溶剂包括水，并且在一个更优选的实施例中，所述溶剂包括水或硫酸。所述溶剂的pH值约为4—7之间。本发明的方法进一步包括断裂一种或更多种类的生物质中的木质纤维素产生断裂的含有无机物质的生物质的步骤，所述断裂步骤较佳地是在清洗生物质之前进行。
本发明的具体实施例进一步包括风干去除无机物质的生物质的步骤，所述步骤在所述裂解步骤之前进行。干燥可以采用简单的空气干燥，因此，在某些实施例中所述干燥可以是指风干。在一个优选的实施例中，干燥所述去除无机物质的生物质进一步包括输送从裂解步骤中生产出的二氧化碳的步骤。
另一方面，本发明提供一种生产可燃生物燃料的系统。所述系统包括
（1）一个木质纤维素断裂装置，所述木质纤维素断裂装置用于断裂生物质中的木质纤维素产生一种断裂的生物质材料，所述断裂的生物质材料含有无机物质；
（2）一个清洗组件，所述清洗组件通过溶剂清洗含有无机物质的断裂的生物质材料同时产生一种富含无机物质的溶剂和一种去除无机物质的断裂的生物质；
（3）一个裂解组件，所述裂解组件用于裂解去除无机物质的断裂的生物质产生一种可燃生物材料。在一个优选的实施例中，本发明的系统进一步包括一个增稠器，所述增稠器用于稠化所述可燃生物材料以产生生物质型煤。优选地，所述增稠器是一种生产生物质型煤团的造粒机。
本发明的系统进一步包括（1）一个用于供溶剂浸泡断裂的生物质以产生浸泡的断裂的生物质的浸泡室；和（2）传送所述浸泡的断裂的生物质至所述清洗组件的第一连接件。根据本发明的一个优选的实施例，所述系统进一步包括（1）一个干燥室，所述干燥室设置为干燥去除无机物质的断裂的生物质并且产生干燥的去除无机物质的断裂的生物质；和（2）从所述清洗组件传送所述去除无机物质的断裂的生物质至所述干燥室的第二连接件。在本发明的一个优选的实施例中，本发明的系统进一步包括传送所述干燥的去除无机物质的断裂的生物质至所述裂解组件的第三连接件。
另一方面，本发明提供一种生物质清洗组件。所述生物质清洗组件包括（1）若干个料仓，所述每个料仓设置为容纳单个数量的生物质；（2）一个溶剂分配器，所述溶剂分配器在一个位置分配溶剂，当所述第一数量的生物质位于所述若干个料仓中的第一料仓时，所述溶剂从所述位置清洗所述第一数量的生物质以产生第一污水流；和（3）第一泵，所述第一泵用于泵取第一污水流到一个位置，当所述第二数量的生物质位于所述若干个料仓中的第二料仓中时，所述第一污水流从所述位置清洗所述第二数量的生物质，。优选地，所述第二污水溶剂流中无机物质浓度比第一污水流中的更高。在本发明一个具体的实施例中，所述溶剂分配器是一个喷雾器。本发明的系统进一步包括与第一泵连接的用于分配第一污水流的第一污水分配器。每个料仓内部覆盖有一层耐酸材料。本发明的系统进一步包括一个输送带，所述输送带用于在容纳在一个料仓中的至少一个数量的生物质清洗完之后推进这些料仓。
根据本发明的一个实施例，所述的系统进一步包括若干个网筛，所述每个网筛设置于一个料仓的下面或固定于一个料仓的底部。优选地，本发明的系统进一步包括若干个收集室，所述每个收集室设置于一个料仓的下面，其目的是收集清洗单个数量的生物质产生的污水流。本发明的系统进一步包括若干个加热器，所述加热器设置于一些收集室的下方，并且每个加热器用于加热清洗单个数量的生物质产生的污水流。
另一方面，本发明提供一种来自稻草的生物质组分。所述组分包括含钾量重量百分比不超过大约0.01的木质纤维素材料。在一个实施例中，本发明的组分含有重量百分比不超过约10%的水。
另一方面，本发明提供另一种来自稻草的生物质组分。所述组分包括含钠量重量百分比不超过大约0.01的木质纤维素材料。在一个实施例中，本发明的组分含有重量百分比不超过约10%的水。
另一方面，本发明提供另一种来自稻草的生物质组分。所述组分包括含氯化物量重量百分比不超过大约0.01的木质纤维素材料。在一个实施例中，本发明的组分含有重量百分比不超过约10%的水。
关于本发明的其他目的、特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式中详细描述。
附图说明
图1显示根据本发明的一个实施例处理的生物质的横截面图。
图2显示根据本发明的一个实施例，从生物质中生产可燃生物材料的系统的原理图。
图3显示本发明用于清洗生物质以去除无机材料的清洗组件在一个优选实施例中的剖视图。
图4显示根据本发明一个具体实施例，从生物质中生产可燃生物材料的流程图。
图5显示根据本发明的一个具体实施里，在图4中所示的流程中的清洗步骤的流程图。
图6显示根据本发明的一个实施例，应用于图5所示的清洗步骤中的，图3所示的部分清洗组件的侧视图。
图7显示根据本发明的另一个优选实施例的清洗步骤的流程图，其在图4所示的流程中有描述，其采用多重清洗周期对一定数量的生物质进行清洗。
图8显示图3中所示的部分清洗组件的侧视图，其应用于图7所示的清洗步骤中。
具体实施方式
在接下来的说明中，为帮助全面理解本发明，描述了大量具体的细节。很显然，对于一个熟悉该领域的技术人员来讲，本发明的实施可以不限定于一些或所有这些细节。在其他实施里中，为了避免不必要地造成本发明的内容过于晦涩难懂，熟知的程序步骤没有详细描述。
本发明认识到采用传统的系统处理生物质会导致无机材料室内污垢和渣块的形成，并且必须对这些污垢和渣块进行费力的清除以保证整体锅炉的效率。本发明的目的在于提供一种在燃烧之前去除生物质中的无机物质的新型的系统、方法及其组分。通过及时完全地去除这些无机物质，本发明能够避免传统的系统和方法中燃烧室内积聚成渣和污垢的缺点。因此本发明具有传统的系统和方法所不具备的产量更高和成本更低的优势。
图1显示的是一种典型的生物质材料100，其包括由一个刚性的非碳水化合物聚合物组成的木质素外壳102。外壳102紧紧地绑住由多糖体组成的半纤维素104。在生物质100更深的内部，位于半纤维素104后面可以发现也由多糖体（能被分解成葡萄糖）组成的纤维束106。封闭在纤维素106内是至少一种可燃物质110和其他无机物质，例如碱性化合物（如碱、碱土金属氯化物、硫酸盐、碳酸盐和复合硅酸盐，）、钾和钠，本发明认识到这些物质是不可燃的，或者称之为无机物质108。
在生物质100中，木质素外壳102组成植物细胞壁的外层部分，其提供一个强大的保护层使得难以接近半纤维素104、纤维素106、可燃物质110（如碳水化合物）和无机物质108。半纤维素104和纤维素106同时增强木质素外壳102提供的保护，使得更加难以进入生物质100内的可燃和不易燃的无机物质。本说明书中所使用的术语“木质纤维素”是木质素外壳102、半纤维素104、纤维素106、无机物质108和可燃物质110的总称。从而，木质纤维素覆盖了可燃和不易燃的无机物质组份。本发明提供的系统和方法能有效地断裂木质纤维素以接近生物质100内的可燃物质110和不可燃无机物质108成分。通过使生物质100内的可燃物质110和不可燃无机物质108组份变得可接近的，本发明使用溶剂有效地去除生物质100中的不可燃无机物质这样剩余的的生物材料就是可燃的产品。
本发明认识到在一个去除生物质100内的无机物质108的工艺流程中，质量转移，例如将在生物质内的固态不可燃无机物质108转移到溶剂中，这种转移是限速步骤。根据传统的关于使用溶剂去除可溶性成分的观点，熟悉本领域的技术人员能得出这样的结论：在这种去除过程中，不是质量转移，而是不可燃无机物质108在溶剂中的溶解限度是限速步骤。因此，本发明展示一种与传统观点的重大背离。此外，接下来描述的本发明的较佳实施例中的某些步骤，其用来证明质量转移是限速步骤。
图2显示根据本发明的一个具体实施例生产可燃生物材料的系统。所述系统200能适用于一种或多种不同类型的生物质的处理。如图2所示，第一类生物质202、第二类生物质204和第三类生物质206每次一个或同时的喂入一个生物质断裂装置208。在生物质断裂装置208内，生物质中的木质纤维素被断裂产生断裂的生物质。在生物质的断裂形态下，生物质内的可燃和不可燃无机组分不再被限制在由木质纤维素构成的屏障里，而是变得易于接近可进行处理。所述断裂的生物质被传送给清洗组件210并与所述清洗组件210中的溶剂接触，所述溶剂溶解断裂的生物质中的不可燃无机物质，同时产生一种富含无机物质的溶液和去除无机物质的生物质。值得注意的是，所述木质纤维素的很大一部分在溶剂中不是可溶的。从残留溶剂中出来的去除无机物质的生物质还是湿的，将要进一步干燥。在本发明一个具体的实施例中，去除无机物质的生物质在进入干燥之前有着如泥状物一样的稠度。
去除无机物质的生物质在第一次通过干燥室212时，所述生物质被干燥的空气风干产生干燥的去除无机物质的生物质为下一步裂解做准备。在裂解组件214中，所述干燥的去除无机物质的生物质在无氧的环境中经受热处理产生一种可燃生物材料和合成气。所述合成气包括由下列各物组成的群组中选出的至少一种：醇类、醛类、羧酸类、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氢气。裂解组件214和干燥组件212之间的连接件218用于输送合成气至干燥室212。去除无机物质的生物质随后通过干燥室212，所述连接件218允许合成气参与干燥步骤。换言之，合成气从裂解组件214中被输送到与之相连的干燥室212中以帮助干燥所述去除无机物质的生物质。特别重要的是这种连接关系有利于合成气中的二氧化碳循环回收再利用。本发明利用二氧化碳这种副产品而不是将其排进大气中，二氧化碳是一种温室气体，其排入大气中引起温室效应，这种对环境的补救将花费高的资本成本。因此，本发明的系统和方法不仅仅提供一种高产量的可燃生物材料，还提供一种能消除有害温室气体排放的低成本的可燃生物产品。
在本发明一个优选的实施例中，所述干燥的泥状物经过稠化。在该实施例中，如图2所示，所述增稠器216被用来稠化可燃生物质并产生一种稠化的可燃生物材料。优选地，增稠器216是一种造球设备，所述增稠器216能稠化具有如干燥泥状物一样粘稠度的可燃生物材料，其用来生产球团形式的可燃生物材料，所述作为一种能源使用的球团形式的可燃生物材料更易运输和储存。
尽管系统200显示了三种不同种类的生物质的输入，在本发明一个可选的实施例中，该系统200同样地可处理少于三种或多于三种不同类型的生物质。值得注意的是，本发明利用不同种类的农作物残渣可方便地生产可燃生物材料。此外，不管使用什么类型的农作物残渣，本发明为最终生产的可燃生物材料提供的总热值是一致的。因此，本发明提供的系统和方法可以从非常广泛的农作物残渣中产生一致的和可预测的大量的能源，其中这些农作物可以在特定的季节在某一个地理区域中取得。
生物质202、204和206可以是包含被封闭在木质纤维素中的无机物质的任何种类的农作物残渣。系统200的目的是处理包括由下列各物组成的群组中选出的至少一组生物质：稻草、甘蔗叶、棉秆、荠菜梗、松针、咖啡壳、椰子壳、稻壳、芥末壳、杂草杆、玉米秸秆、甘蔗渣、小米秸秆、豆类茎秆、甜高粱秸秆、坚果壳、动物粪便、瓜尔皮、全部金合欢、茱莉亚植物、麻疯树残渣、野草、鸽子豆类、狼尾草、大麦、干辣椒,格兰蜀黍、亚麻籽、玉米、小扁豆、绿豆、向日葵、胡麻、石油种子秸秆、豆类/谷类、黑豆、大豆茎、牛谷物、马豆、龙爪稷、姜黄、蓖麻籽、玫瑰茄、多样藓（sannhamp）和大麻。其中木材和木材的某些衍生物也是可燃的，并且不包含无机物质，因此，也是本发明的处理对象。此外，木材不是农作物残渣，在说明书中作为术语使用。
生物质断裂装置208可以是市售的切碎机、破碎机、击碎机、粉碎机、或类似物，这些都是本领域的技术人员公知的。尽管在本发明的优选的实施例中使用机械手段，但是使用化学手段可能会更好的去腐蚀和断裂生物质中的木质纤维素。所以只要使木质纤维素被断裂并且使更大区域的可燃和不可燃无机组分被裸露，任何断裂装置和方法不论机械或化学都可以接受。在本发明更多优选的实施例中，断裂是沿着木质纤维素的纤维发生的，与那些沿横截面断裂纤维相比能暴露生物质的更多表面积。
清洗组件210的目的是在清洗期间从生物质中移走无机物质。其中，关于不可燃物质和无机物质的术语在本说明书中可替换使用，无机物质包括由下列各物组成的群组中选出的至少一种物质：碱和碱土金属盐，碱和碱土金属盐包括但不限于盐氯化物、硫酸盐、碳酸盐和复合硅酸盐。清洗可以通过任意使断裂的生物质与溶剂接触的手段完成。该实施例中，清洗可以通过使生物质淹没或浸泡在溶剂中完成。在本发明一个优选的实施例中，清洗通过图3中的组件300进行，后面将要详细的描述。
干燥室212为一个腔室，其用空气或合成气干燥去除无机物质的生物质。去除无机物质的生物质在第一次通过干燥室212时，当裂解组件214还没有产生合成气时，通过空气干燥去除无机物质的生物质以去除水分。在随后的去除无机物质的生物质通过裂解组件214时，在裂解组件214产生的合成气被输送到干燥室212中，作为干燥处理的一部分用于去除生物质中的水分。
裂解组件214能够在无氧的环境下加热干燥的去除无机物质的生物质，以产生可燃生物材料。裂解组件214可以是任意装置，该装置能够将半纤维素和纤维素长链聚合物高效的降解成为更简单的形式（例如葡萄糖），根据本发明的说明，这种简单的形式可以在高温下被转化为能量。举个例子，所述裂解组件214可以是本领域中的技术人员所熟悉的一个锅炉或燃烧器，并且能在约100℃‑500℃的高温下进行。根据本发明，裂解是在无氧的环境中进行的，这样能确保产生的可燃生物材料中的碳不和氧气反应生成碳氢化合物或灰尘。再者，生物质经受高温裂解产生活性碳键，所述活性碳键能提供能量密集的最终产品并且增加可燃生物材料的总热值。根据本发明，所述裂解后的可燃生物材料的总热值与裂解前相比上升约7‑10倍。
此外，裂解组件214用于驱走可燃生物材料中的水分以产生疏水性的可燃材料。能量密集并且疏水性的生物材料是本发明的较佳实施例，这是因为它们是稳定的，非常适合长距离运输，并且本身能方便的储存很长一段时间。
在某些具体的实施例中，本发明生物质系统，如系统200包括设置于断裂装置208和清洗组件210之间的浸泡室。断裂的生物质在清洗前是浸泡在该浸泡室内的溶剂中的。
根据本发明一些优选的实施例，系统200还包括一个挤压装置，所述挤压装置设置于清洗组件210之后用于挤压出留在去除无机物质的生物质中的残留水分，为生物质进入干燥室212做准备。
在一个优选的实施例中，本发明的清洗组件，例如图2中标号为210的清洗组件，如图3所示，其包括一个多仓组件300。多仓组件300包括若干个料仓302（例如302a,302b,302c,302d,302e）。每个料仓是用于接受一定数量的生物质（如图1中所述的断裂的生物质）。根据本发明的一个实施例，大数量的生物质被分成相对小量的来处理，每个相对小量的数量的生物质位于一个料仓中（如料仓302a）。料仓302通过传送带320由装载点322传送到卸载点324然后再返回装载点322。当料仓由装载点322运动到卸载点324的过程中溶剂对生物质进行清洗。溶剂泵308将溶剂泵取至溶剂喷雾器304，从该喷雾器304处，溶剂被喷出用于清洗料仓内的一定数量的生物质。举个例子，当料仓302a从装载点322到卸载点324输送的过程中到达喷雾器304下方时，从喷雾器中喷出的溶剂对料仓302a中的一定数量的生物质进行清洗。位于料仓302a中的生物质清洗结束后，料仓302b前进到溶剂喷雾器304的下方以便位于料仓302b中的生物质能同样地被溶剂清洗。以这种方式，位于每个料仓中的生物质都能被溶剂清洗。
如上所述，用溶剂清洗位于料仓中的一定数量的生物质产生的污水流流过污水排放口310，随后被用于清洗位于另一料仓中的另一数量的生物质。该实施例中，料仓302a中的生物质经过清洗之后所产生的污水流被收集在收集室312中，用污水泵泵取收集室312中的污水流输送到污水喷雾器306并由污水喷雾器306分配清洗料仓302b中的生物质。以这种方式，位于下游料仓中的生物质被由清洗位于上游的料仓中的生物质产生的污水清洗。在本发明一个优选的实施例中，并非所有，但是某些收集室312可以安装加热器以确保污水流维持合适的温度以高效的清洗生物质。根据图3所示的本发明的一个实施例，最后一个收集室通过一个开口318排出污水以进行污水处理。
料仓302可以是市售的任意的能容纳一定数量的生物质的容器。料仓302安装有网筛或者在料仓的底部表面下方配置有筛网。所述网筛有适当尺寸的孔能阻止足够大的生物质微粒以免生物质微粒阻碍下游污水泵314的工作。虽然料仓302可以是由任意能够承受相当大量的生物质的刚性材料制成，，在一个较佳实施例中，所述料仓302优选的使用对强酸性溶剂不起化学反应的材料（例如不锈钢材料），但在本发明的更优选的实施例中，料仓302的内部涂有一种不与酸性溶剂发生化学反应的物质，这就提供了一种比用昂贵的材料比如不锈钢整体制造料仓302更划算的解决方案。
根据本发明的一个具体实施例，所述溶剂储存器308用于储存溶剂。在本发明一个优选的实施例中，在溶剂储存器308中的溶剂是一种pH值约为4—7的酸化水。同样地，在这些实施例中，所述溶剂储存器如上述的料仓一样可以是由任意不与酸水起化学反应的材料组成。所述酸水组成成分优选地包括硫酸，这样与其他酸性化合物相比较更容易达到平衡反应。
使用料仓从处理后的生物质中分离出溶剂与传统的方法产生的这种分离相比具有显著的改善。特别地，现有的技术，例如反渗透和过滤技术，都采用人工分离生物质和溶剂，是劳动密集型且费时的技术。根据本发明，使用料仓用溶剂对生物质进行处理并且同时将处理过的生物质溶剂分离，不会产生用传统方法实现这种分离的高额费用。
图3显示的清洗组件300可以用各种不同的方式实施。图4显示，根据本发明一个优选的实施例，清洗（可以使用图3所示的清洗组件300）一种或更多种农作物残渣或生物质（这些术语在本说明中是可互换的）的过程400。用图3中的清洗组件。在本说明中所涉及的农作物残渣或生物质包括通常在自然界中已知的阻燃物质。过程400的开始步骤402是接受一种或多种包含无机物质的生物质。举个例子，步骤402可以包括用卡车运送一种或多种不同类型的农作物残渣。
接下来，步骤404包括断裂生物质中的木质纤维素产生断裂的生物质。举个例子，用图1中所示的生物质断裂装置108断裂并产生断裂的生物质。如上所述，在该步骤中，通过断裂使生物质的表面区域增大，这就导致生物质中的活性部位暴露出来，为随后的清洗步骤306中无机物质起到了增溶作用。
在步骤406中，本发明提供一种用溶剂清洗断裂的生物质的步骤，使得无机物质从生物质中转移到溶剂中（例如所述的在溶剂储存器308中的同样的溶剂）并产生去除无机物质的生物质和富含无机物质的溶剂。
为了有效地实施步骤406，本发明认识到温度、停留时间和pH值是要考虑的非常重要的参数。在本发明一个优选的实施例中，清洗步骤406优选地使用溶剂和污水流并保持其温度约在30℃‑70℃之间（例如用图3中的加热器316），更优选地，所述溶剂和污水流的温度保持约50℃。在该温度下，无机物质经受相位移动有助于它们从固相中析出，这样当清洗后那些无机物质就留在溶剂中。
在本发明某些具体的实施例中，清洗步骤306的参数是为清洗的生物质的种类而设置的。特别地，富含木质素的生物质材料（诸如棉杆、稻杆或芥末杆）需要高浓度的酸性溶剂。然而，如果溶剂的酸性太强，所述的木质纤维素材料就会随着无机物质一同被溶解，一旦出现这种情况，从木质纤维素材料中分离出无机物质将是非常困难并且费用昂贵。因此，为了有效地清洗生物质，本发明认识到在选择合适的pH值和溶剂时需要达到微妙的平衡。
温度影响无机物质从生物质中的固相到溶剂中的液相的质量转移速度。更高的温度会鼓动无机物质使之更加可动以有助于质量转移。如果温度不是足够高的，则无机物质从固相到液相的转移相对较慢，并且不能提供最大的产量。另一方面，如果温度过高，则过程400冒有将半纤维素和纤维素纤维转化为单糖（如葡萄糖）的风险，并且单糖在水中是可溶的，因此也不能提供所需的产量。关于pH值得选择和上述相似，本发明认识到在清洗步骤406中通过设置溶剂的温度去达到平衡也很重要。在该实施例中，溶剂的温度可以设置为约在10℃‑90℃之间的任意值。在本发明一个优选的实施例中，所述溶剂的温度设置为约50℃。
在步骤406中，生物质应当和溶剂接触足够长的时间以有利于质量转移，但是这样半纤维素和纤维素纤维会分解成单糖并溶解在溶剂中。针对这一点，本发明认识到生物质在溶剂中停留的能够最大化质量转移的合适的时间取决于生物质中木质素的含量。本发明还认识到富含木质素的生物质，例如棉花秸杆，需要在溶剂中停留约2—4小时去分解半纤维素和纤维素层和允许质量转移。稻草和芥末杆的木质素含量不如棉花秸秆中的多，需要停留在溶剂中的时间约为1‑1.5小时。针对这样的情况，稻米和芥末壳可以被看作含有少量的木质素，其在溶剂中的停留时间约为30min。因此，根据生物质中木质素的含量，根据本发明的停留时间可以是约30min‑4h之间的任意值。
请继续参阅图4中的过程400，清洗步骤406之后包括步骤408，所述步骤408包括对去除无机物质的生物质进行裂解产生一种可燃的材料。在过程400的这个阶段，如泥状物一样稠度的去除无机物质的生物质在无氧环境中经受裂解。裂解驱走了去除无机物质的生物质中的水分，产生一种能量密集和疏水性的可燃的生物材料。
本发明认识到，为了达到高产出和必需的产量，温度和处理时间是裂解过程的重要参数。举个例子，裂解过程中的温度大约为100℃‑500℃之间，优选地，温度约在200℃‑275℃之间。处理时间为约10min‑24h之间。
在本发明的某些实施例中，生物质的处理，例如过程400，包括设置在断裂步骤404之后、清洗步骤406之前的一个浸泡步骤。在所述浸泡步骤中，断裂的生物质在经过清洗之前浸泡在溶剂中。所述断裂的生物质在溶剂中浸泡的时间约为5‑90分钟。
根据本发明一个优选的实施例，所述过程400还包括一个挤压步骤，所述挤压步骤是在清洗组件210之后完成的。在挤压过程中，去除无机物质的生物质中的残留水分被挤出，为生物质进入随后的干燥步骤做准备。去除无机物质的生物质的干燥温度约为20℃‑150℃之间，干燥时间约为10分钟‑48小时之间。
如上所述，本发明还认识到断裂步骤404其不仅在促进清洗步骤406中的质量转移方面，而且在随后的断裂步骤408中都扮演着非常重要的角色。特别地，断裂步骤404造成生物质表面区域的增加，这些表面区域增加的生物质经过裂解从吸湿部位中生成一个均匀分布的憎水部位。因此，本发明不仅产生一个可燃的生物质，而且是一种以均匀燃烧方式燃烧的可燃物质。所以，根据本发明的可燃生物材料能以可预见的方式燃烧并能实现高产量，这两点使得其非常适合作为可再生燃料资源。
此外，断裂的生物质的表面区域的增加也有助于裂解步骤408中热量的转移。在裂解步骤408中，所述热量更容易转移到断裂的生物质的内部进而有效地驱走水分。在先前缺乏断裂步骤的情况下，在裂解过程中，大量的热量被浪费在断裂生物质中的木质纤维素结构上。本发明避免了这种浪费，相反地，本发明利用裂解过程中得到的大量的，否则可以是所有的，热量有效地生产可燃生物材料。因此，在清洗步骤和裂解步骤之前的断裂步骤，同时有助于清洗步骤和裂解步骤过程中的质量转移和热量转移。
本发明不仅节约能源，而且节约溶剂。为了达到这个目的，图5显示用相当少的溶剂清洗大量的生物质的流程500的流程图。根据本发明的一个实施例，大量的生物质被分成小的、个别数量的生物质。特别地，步骤502包括接受N个数量的生物质，其中N是一个整数并且所述生物质含有无机物质。在下一个步骤504中，N个数量中的第一数量的生物质经过溶剂清洗产生一个去除无机物质的生物质和第一富含无机物质的污水流。然后在步骤506中，N个数量中的第二数量的生物质经过第一污水流清洗产生一个用于清洗N个数量中的第三数量的生物质的第二污水流。以这种方式，清洗一个数量的生物质产生的污水流用于清洗随后另一个数量的生物质，以此类推，继续清洗直到第N数量的生物质。根据步骤508，用第(N‑1)污水流清洗第N数量的生物质产生第N污水流，在本发明的一个优选的实施例中，所述的第N污水流被送走进行污水处理。流程500是从步骤502开始到步骤510结束，可以看作一个单一的清洗周期。根据步骤510，如上所述的一个单一的清洗周期生产N个数量的去除无机物质的生物质。
图6显示一个子系统600，其与图2中所示的系统200的一部分相似，其用于简化说明和便于理解。所述子系统600用于在一个示例性的实施例中实施单一的清洗周期，其中N等于5。如图6所示，五个料仓302a、302b、302c、302d和302e中的每个料仓接受一定数量的生物质。当302a中的第一数量的生物质位于喷雾器204下方时，溶剂泵208泵取溶剂并通过第一喷雾器204喷出去清洗第一数量的生物质。料仓302a中生产的第一污水流通过开口310a流出并被图3中所示的泵314a泵取到第二喷雾器302a，所述第二喷雾器302a喷出第一污水流去清洗位于料仓302b中的第二数量的生物质。使用与用于清洗第一数量的生物质同样的组件，第二开口310b和泵314b输送产生的第二污水流给第三喷雾器306c。以这种方式，从前一个清洗中产生污水流用于清洗随后的位于料仓302c、302d和302e中的一定数量的生物质。这些污水流由开口310c、310d、310e和图3中所示的泵314c、314d和314e控制进行清洗。以这种方式清洗五个料仓302a、302b、302c、302d和302e中的每个数量的生物质可以被看作是一个单一的清洗周期。
值得注意的是，当一污水流清洗一数量的生物质产生另一污水流时，所述另一污水流依次清洗另一数量的生物质产生再一污水流，这样可以合理的推断出,连续的向下清洗步骤产生的污水流会逐步地含有更多的无机物质。换言之，第二污水流比第一污水流中富含更大程度的无机物质的结论是合理的。同样地，第三污水流比第二污水流中富含更大程度的无机物质。不管怎样，本发明认识到随着对个别数量的生物质的每次连续的清洗使得排放的废水中富含越来越多的无机物质。熟悉本领域的技术人员将会认识到本发明的清洗过程不会使清洗效率降低（例如溶剂不能从生物质中提取无机物质）；相反地，无机物质逐渐丰富的污水流仍然具有溶解无机物质的能力。
如上所述，虽然单一的清洗周期提供了一种高效的移除无机物质的方法，下面将描述代表本发明一个更优实施例的多个清洗周期。图7显示的是实施多个清洗周期的流程700的流程图。如下所述，图中反应的是这样一个理解，如果用逐步富含更多的无机物质的污水流去清洗下游料仓中包含的个别数量的生物质,那么位于下游料仓中的生物质不能够像位于上游料仓中的生物质那样有效地被清洗，这是因为下游料仓中的生物质很有可能吸收前面清洗上游料仓的生物质过滤出的一些无机物质。本发明所预想的多个清洗周期能够确保避免下游料仓中的生物质对无机物质的这种吸收。在多个清洗周期中，多个数量的生物质中的每一个生物质被含有相对较少无机物质的污水流清洗，并且最后被溶剂清洗。
在一个实施例中，本发明的流程700从步骤702开始，接受N个含有无机物质的数量的生物质。在步骤704中实施第一清洗周期。第一清洗周期实质上与图5中描述的步骤504、506和508相似。因此，N个数量的生物质在第一清洗周期被清洗。产生与第一清洗周期有关的污水流（如第一污水流到第N污水流）。
接下来,步骤706包括第二清洗周期，所述第二清洗周期实质上与第一清洗周期相似,只是第二清洗周期不用溶剂清洗第一数量的生物质,而是用溶剂开始清洗第二数量的生物质,在这种情况下，产生与第二清洗周期有关的污水流（如第一污水流到第（N‑1）污水流）。
根据步骤708，执行第X清洗周期即是用溶剂清洗N个数量生物质中的第X数量的生物质，其中X是一个3‑N的整数。在该步骤中，用与第X清洗周期有关的第一污水流清洗N个数量生物质中的第（X+1）数量的生物质产生与第X清洗周期有关的第二污水流。而且，在该步骤中以这种方式对连续数量的生物质进行清洗,直至用与第X清洗周期有关的第（N‑X）污水流清洗第N数量的生物质完成，其中X是一个1‑N的整数。最后，步骤710产生去除无机物质的N个数量的生物质。
图8显示一个子系统800，其与图3中所示的系统300的一部分相似，其用于简化说明和便于理解。所述子系统800用于在一个示例性的实施例中实施单一的清洗周期，其中N等于5。如图8所示，五个料仓302a、302b、302c、302d和302e中的每个料仓接受一个数量的生物质，并且每个料仓开始一个第一清洗周期802。如图8所示，料仓302a经过溶剂清洗开始所述第一清洗周期。同样地，当料仓302b、302c、302d和302e经过溶剂清洗分别产生第二804、第三806、第四808和第五810清洗周期。本发明中术语“周期”不是指不连续的清洗周期，而是一个连续的过程以确保位于下游料仓中的生物质用含有逐步减少的无机物质的污水流去清洗，并且这些料仓中的生物质最终被溶剂清洗。
不管是使用单一清洗周期还是使用多个清洗周期，如上所述，所述去除无机物质的生物质被送去裂解产生可燃材料。根据本发明的一个实施例，本发明中的单一清洗周期清洗生物质大约在1公吨‑1000公吨。在该实施例中，使用的溶剂量约在1000公升‑40兆升之间。经过单一清洗周期清洗的生物质将要被分成10个‑1000个数量的生物质。每一个数量的生物质用体积约为0.5公升‑4兆升的溶剂清洗。
根据传统的观点，熟悉本领域的技术人员会认识到清洗大量的生物质，需要相对大量的溶剂。然而，基于这种认识，从生物质中去除无机物质的质量转移是限速步骤，本发明描述了一种明显不同于传统观点和认知的方法，本发明提供系统（例如图3中的系统300）和流程（例如图5和图7中分所所示的流程500和700）允许用相对少的溶剂清洗大量的生物质。将大量的生物质分割为容纳在料仓中的较小数量的生物质，并且用许多在前的清洗步骤产生的污水流清洗这些个别数量的生物质，这样只消耗较少量的溶剂。资源的节省，例如节省大量的溶剂，转化为更便宜的解决方案以满足日益增长的能源要求。
本发明也提供一种可燃的生物质组成成分（例如包含木质纤维素物质）。举个例子，在所述清洗步骤之前（例如图4中的清洗步骤406），断裂的稻杆的组分包含大约0.2重量百分比的钾和不超过约10重量百分比的水。在清洗步骤之后，洗过的稻杆中钾的含量与清洗之前相比降低了20倍。换言之，所述稻杆包含约0.01重量百分比的钾。在此情况下，所述稻杆包含约50重量百分比的水。
在对清洗过的稻草进行干燥步骤（例如，在图2中的干燥室212中执行的干燥）之后，生物质，例如稻草，中残留的钾的含量实质上与进行清洗之前稻草中钾的含量一样，但含水量减少约20重量百分比。
根据本发明的方法和系统，生物质中的其他不可燃生物质成分，除了钾盐，还包括例如钠盐、氯盐，的总量可能大大减少。举个例子，在清洗步骤（例如图4中的清洗步骤406）进行之前，一个断裂的生物质，例如稻杆，其包括约0.1重量百分比的无机物质。在清洗步骤之后，稻草生物质中含钠量比清洗之前减少10倍。换言之，所述稻杆包括约0.01重量百分比的纳。在其他实施例中，在清洗生物质之后，清洗的生物质中氯化物的含量同样地比清洗前减少10倍。换言之，生物质中包括约0.01重量百分比的氯化物。
本发明已经在一定程度上被充分详细的描述。本领域技术人员可以理解，目前实施例所揭露的只是示例而已，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。该实施例中，本发明揭露无机物质的去除，尽管如此，通过本发明的系统、方法和组分也可能去除单一的无机物质。因此，本发明的范围由所附的权利要求书所定义，而非由之前对具体实施例的描述所定义。