本發(fā)明主張?zhí)嵘暧?014年5月9日、名稱為“批次處理式的超級烘焙系統(tǒng)及其方法”的美國臨時申請案61/991,017作為優(yōu)先權。該專利文獻的全文皆引用作為本發(fā)明的說明書內容。

技術領域

本發(fā)明是關于從生物質制造一種可燃性燃料的系統(tǒng)及方法，尤指藉由轉換生物質為可燃性燃料的烘焙系統(tǒng)及方法。

背景技術：

于此章節(jié)的敘述內容僅提供相關于本發(fā)明揭露內容的背景知識，并不一定構成為現有技術。

將生物質轉換為稱作“木炭”或“生物煤”的可燃性燃料的烘焙(Torrefaction)及熱解(pyrolysis)程序已為人所知。烘焙程序是包含在大氣壓力下的200℃到280℃且缺氧下所進行的生物質熱化學處理法。熱解程序包含在700℃到1000℃或更高溫度，且通常都是在高壓下，迅速加熱生物質。烘焙或是熱解產生的木炭可作為常態(tài)的木炭(稱為環(huán)保煤(ecocoal))以用于現存的燃煤電廠、或作為土壤改良劑(稱為生物炭(biochar))、或作為過濾劑(稱為活性碳(activated carbon))。

烘焙程序由于包含相對較低的溫度及壓力，因此成本更低、效益更高。然而，從傳統(tǒng)烘焙程序所產生的木炭并不具有適合用于電廠所需的研磨性(grindability)及含水量，電廠通常使用顆粒尺寸小于0.2mm的粉碎的煤。

再者，傳統(tǒng)的烘焙或熱解程序除了將生物質轉換為木炭的費用以外，于烘焙或熱解程序前或后都會產生龐大的費用。舉例來說，生物質需要被預處理及運送至烘焙或熱解設施。預處理生物質包含將生物質削片或結粒以減少未經加工的生物質的尺寸、以及預熱生物質以減少水含量。額外的費用亦可能來自于運送大量的生物質從生物質的產地到烘焙系統(tǒng)/地點、以及運送木炭從烘焙系統(tǒng)/地點到商業(yè)目的地。著眼于額外費用，產自傳統(tǒng)烘焙程序的木炭對于商業(yè)用途或許并不經濟可行。

技術實現要素：

本發(fā)明提供一輕巧的超級烘焙系統(tǒng)以將生物質轉換為木炭。該超級烘焙系統(tǒng)包含分離裝置，該分離裝置緊密地排列，并且可以輕易地連接或不連接以形成一輕巧的超級烘焙系統(tǒng)。該超級烘焙系統(tǒng)可以輕易地被運送至鄰近于生物質的偏遠地方，舉例來說藉由卡車，藉此減少生產費用并使制成的木炭經濟可行。

在本發(fā)明的一形式，該超級烘焙系統(tǒng)根據本發(fā)明所揭示的核心概念，其包含至少一超級烘焙裝置、一含有第一傳熱液體的液體槽、以及一含有第二傳熱液體的清洗槽。該至少一超級烘焙裝置包含一定義收集空間的容器、以及裝載生物質于其中的裝載構件。該裝載構件可動式地收納在收集空間中。該液體槽與清洗槽依序地提供第一與第二傳熱液體至該至少一超級烘焙裝置的該收集空間，以分別地超級烘焙并轉換生物質為木炭，并潤洗及冷卻木炭。該第一傳熱液體可為熔鹽，而該第二傳熱液體可為水。該裝載構件可包含一網籃以使第一與第二傳熱液體流入裝載構件中，并直接接觸被分別攜帶在網籃中的生物質與木炭。該清洗裝置包含一多個清洗桶，其含有不同溫度與鹽度的鹽水以逐步潤洗及冷卻木炭。在生物質超級烘焙中，該生物質于該至少一個超級烘焙裝置內不會被移動。在木炭冷卻與清洗中，該木炭于該至少一個超級烘焙裝置內不會被移動。

在本發(fā)明的另一形式，提供一批次式處理生物質為木炭的方法。該方法包含提供一生物質在至少一超級烘焙裝置的收集空間中；供給一第一傳熱液體至超級烘焙裝置以超級烘焙及轉換該生物質為木炭；供給一第二傳熱液體至超級烘焙裝置以潤洗及冷卻木炭。該生物質于該超級烘焙裝置的收集空間中被預熱以及被超級烘焙為木炭。該木炭于相同的該超級烘焙裝置的收集空間中被第二傳熱液體冷卻。當生物質被轉換為木炭，以及當木炭被潤洗與冷卻時，該生物質與木炭于超級烘焙裝置中不會被移動。該方法可進一步包含改變生物質的操作溫度、滯留時間、或預處理浸漬，以產生不同型態(tài)的木炭，例如：環(huán)保煤(ecocoal)、生物炭(biochar)、或活性碳。

其他領域的應用性根據于此提供的敘述變得顯而易見。應理解該敘述與特定的例子欲達到的目的僅止于示例性說明，并非為欲限制本發(fā)明所揭露的范圍。

附圖說明

揭露于此的圖式僅止于示例性說明的目的，并非為要以任何方式限制本發(fā)明所揭露的范圍。

圖1為一超級烘焙裝置的示意圖，其是根據本發(fā)明所揭露的概念。

圖2為該超級烘焙系統(tǒng)的一超級烘焙裝置的透視圖，其是根據本發(fā)明所揭露的概念，其中一裝載構件為了清晰度而被移除。

圖3為該圖2的超級烘焙裝置的裝載構件的透視圖。

圖4為本發(fā)明的超級烘焙系統(tǒng)的網籃的示意圖。

圖5為本申請案的超級烘焙系統(tǒng)的洗滌器的側視圖。

圖6為圖5的洗滌器的局部分解透視圖。

圖7為本申請案的超級烘焙系統(tǒng)的炭渣/焦油氧化器的示意圖。

圖8為根據本申請案的概念以批次處理生物質為木炭的方法的流程圖。

具體實施方式

以下的敘述僅為本質上示例性的，且其并不欲限制本發(fā)明所揭示的內容、應用、或用途。應理解為于圖式中對應的參考數字表示類似或對應的部分或特征。

參考圖1，一超級烘焙系統(tǒng)根據本發(fā)明所揭露的教示，一般來說包含一運輸裝置12、至少一超級烘焙裝置14以超級烘焙生物質為木炭、一液體槽16、一加熱裝置18、以及一清洗裝置20。該液體槽16含有一第一傳熱液體，例如熔鹽，并供給該第一傳熱液體至超級烘焙裝置14。該加熱裝置18可置于該液體槽16旁以加熱該第一傳熱液體。該清洗裝置20提供一第二傳熱液體，例如水或鹽水，至超級烘焙裝置14，以冷卻及清洗轉換自生物質的該木炭。雖然圖1僅揭露一超級烘焙裝置14，但應理解有多于一個超級烘焙裝置14可被提供與液體槽16及清洗槽20液體相連通，以同時超級烘焙多個批次的生物質。

可選擇性地，該超級烘焙系統(tǒng)10可包含一揮發(fā)性有機物質(VOC)裝置22以收集釋放自超級烘焙裝置14的揮發(fā)性有機物質(VOC)；一第一過濾裝置24，其置于超級烘焙裝置14與液體槽16之間；一第二過濾裝置26，其置于清洗槽20與超級烘焙裝置14之間；以及一炭渣/焦油氧化器(炭渣/焦油氧化器)30。該VOC裝置22可進一步包含一洗滌器28。

一生物質準備區(qū)32可被提供于超級烘焙系統(tǒng)10內或鄰近處。生物質被收集并儲存在生物質準備區(qū)32，以藉由該運輸裝置12將生物質運輸至該超級烘焙裝置14以烘焙。該生物質可為片狀或塊狀，且可包含但不限于甘蔗渣、玉米秸桿、稻桿、麥桿、竹、木質碎片、森林殘留物、庭院剪枝、果皮、棕櫚仁外殼、椰殼、柳枝(switchgrass)。

當該第一傳熱液體從該液體槽16經過一導管30被導入至超級烘焙裝置14時，該加熱裝置18可被設置以加熱導管30，并藉此加熱第一傳熱液體至預定溫度。被容納在該液體槽16的該第一傳熱液體可為一水溶性的熔鹽。然而，其他種類的液體可被使用作為該傳熱液體。

參考圖2與圖3，該超級烘焙裝置14包含一容器34以定義收集空間36；一蓋子38以封閉該容器34；以及一裝載構件40(如圖3所示)可動式地收納于該收集空間36。該裝載構件40包含一機械式可把持手柄(graspable handle)以使該運輸裝置12可降下及抬起該裝載構件40，使該裝載構件進入或離開該超級烘焙裝置14的該收集空間36。該第一傳熱液體，例如熔鹽，以及該第二傳熱液體，例如水，可分別地被依序從液體槽16與清洗槽20導入至該超級烘焙裝置14的該相同收集空間36，以超級烘焙并轉換該生物質為木炭，以及潤洗與冷卻木炭。該生物質亦可于該超級烘焙裝置14中，藉由該第一傳熱液體或一不同的傳熱液體，在該生物質轉換為該木炭的超級烘焙以前被預熱。

如圖3所示，該裝載構件40定義多個孔洞44，該第一與第二傳熱液體可流入該裝載構件40并通過該多個孔洞44，以直接接觸被容納于其中的該生物質或該木炭。舉例來說，該裝載構件40可為一網籃的形式、或任何其他形式，只要該裝載構件40可裝載該生物質或該制成的木炭，并讓第一及第二傳熱液體直接接觸該生物質或該木炭。該裝載構件40可從該生物質準備區(qū)32被運輸至該超級烘焙裝置14的收集空間36，以移動該生物質進行超級烘焙程序。當生物質被轉換為木炭時，該裝載構件40被抬出該超級烘焙裝置14的收集空間36，以移動該木炭至木炭收集區(qū)(并未顯示)。接著，該裝載構件40為了次回的批次式處理及超級烘焙循環(huán)，從該木炭收集區(qū)被運輸至該生物質準備區(qū)。

在攜帶有該生物質的該裝載構件40被降入該超級烘焙裝置14的該收集空間36后，具一第一溫度的該第一傳熱液體通過導管30被導入該超級烘焙裝置14。該加熱裝置18首次加熱作為該第一傳熱液體的該熔鹽至一第一溫度，以預熱生物質。在此之后，該第一溫度的該熔鹽從該超級烘焙裝置14被推動出。當該熔鹽通過導管30被導入至超級烘焙裝置14時，該加熱裝置18接著加熱該熔鹽至比該第一溫度更高的第二溫度。該第二溫度的該熔鹽超級烘焙該生物質為木炭。預熱該生物質的該第一溫度可在100℃到200℃的范圍內。超級烘焙該生物質的該第二溫度可在300℃到500℃的范圍內，其中該第二溫度取決于被制造的木炭的所需型態(tài)，例如：環(huán)保煤(ecocoal)、生物炭(biochar)、或活性碳。該生物質浸于該超級烘焙裝置14的滯留時間、與該生物質的該預處理浸漬都要取決于所產生的木炭型態(tài)來控制。

在預熱該生物質、及超級烘焙該生物質為該木炭后，該熔鹽通過一回管46流通回該液體槽16。由于該裝載構件40的網狀結構、及該裝載構件的抬起與降低的移動，從該生物質轉換而來的炭渣(CF)可掉落于該裝載構件外，并污染于該超級烘焙裝置的該熔鹽。為了避免大尺寸(如10m)的炭渣流通至該液體槽16，該第一過濾裝置24可被置于回管46、及該液體槽16與該超級烘焙裝置14之間。比預定尺寸小的該炭渣顆?？山逵稍撊埯}被攜帶至該液體槽16，并于次回的超級烘焙循環(huán)流通回該超級烘焙裝置14。

該運輸裝置12可包含一升降系統(tǒng)，以抬起并降低該裝載構件40進或出該超級烘焙裝置14，并運輸該裝載構件14離開或前往該生物質準備區(qū)32、該超級烘焙裝置14、與該木炭收集區(qū)。

參考圖4，該清洗裝置20包含多個清洗桶70、72、74、及一泵取裝置27，該泵取裝置27被置于液體相連通的該多個清洗桶70、72、74與該超級烘焙裝置14之間。該多個清洗桶70、72、74含有不同鹽度與溫度的清洗液體。舉例來說，第一清洗桶70含有具在該多個清洗桶70、72、74中最高溫度與最高鹽度的水。最終清洗桶74含有具最低溫度與最低鹽度的水。被置于該第一清洗桶70與最終清洗桶74之間的清洗桶72，具備一在該第一清洗桶70與最終清洗桶74之間的溫度與鹽度。然而，該清洗裝置20顯示有12個清洗桶，應可理解使用的清洗桶的數量取決于應用所需。

在該生物質于超級烘焙裝置14中被超級烘焙并轉換為木炭后，該熔鹽從超級烘焙裝置14被推出，并返回該液體槽16。該熔鹽殘留在該木炭的微孔洞中。于多個清洗桶70、72、74的水接著被依序地推動入該超級烘焙系統(tǒng)14，以溶解殘留在該木炭的微孔洞中的該鹽。該多個清洗桶70、72、74以此順序依序地導入具不同鹽度與溫度的鹽水至該超級烘焙裝置14。含有最高溫度與最高鹽度的水的該第一清洗桶70，提供水至該超級烘焙裝置14的該收集空間36，首次沖洗與洗凈該木炭，同時提供木炭冷卻。接著，具有最高溫度與最高鹽度的該水從該超級烘焙裝置14的該收集空間36被推動出并流通回該第一清洗桶70。自此之后，該第二清洗桶72提供含有第二高溫度與第二高鹽度的水至該超級烘焙裝置14的該收集空間36，以進一步沖洗、潤洗、洗凈、及冷卻該木炭。另一個清洗桶72重復相同的程序，直至含有該最低溫度與最低鹽度的最終清洗桶74提供水至該超級烘焙裝置14的該收集空間36。藉由使用該多個清洗桶70、72、74依序地提供不同溫度與鹽度的水至該超級烘焙裝置14，以及藉由依序地將該清洗水從超級烘焙裝置14推動出并在回到該多個清洗桶70、72、74，該木炭逐漸地以漸進式的方式被冷卻至接近室溫，且在該超級烘焙裝置14中被洗凈。

當藉由該清洗裝置20的清洗程序完成時，于超級烘焙裝置14的該木炭已無鹽且可從該超級烘焙裝置14被移出。該木炭可作為環(huán)保煤燃燒、作為生物炭埋于土壤中、或作為活性碳用于過濾。當該木炭含有糠醛及丙酮醇的殘留物，會增加該木炭的熱含量(heating value)。在潮濕的生物炭中，若該生物炭以固定碳的近永久性封存而掩埋或散布當地，糠醛及丙酮醇將會在泥中分解。為了藉由以強堿或酸預先處理生物質以獲取高價值的活性碳，生產后的加熱可以去除任何遭捕集的糠醛及丙酮醇。

因為糠醛及丙酮醇隨著藉由該清洗桶70、72、74的每次清洗而逐漸地從該含鹽水溶液濾得，故釋放自該木炭至最終清洗桶74中的糠醛及丙酮醇的量會變得較小。任何殘留在該水中而用于次回批次處理/超級烘焙生物質時被提供至該超級烘焙裝置14的糠醛及丙酮醇，可以被導進VOC蒸氣及/或進行另一回合的木炭過濾。

在該裝載構件40于該木炭收集區(qū)被清空后，該裝載構件40可被該運輸裝置12移動至該生物質準備區(qū)20，為了次回的批次處理/超級烘焙而攜帶另一新批次的未處理生物質至該超級烘焙裝置14。當該蓋子38封閉時，來自該第一清洗桶70的該清洗液體可被推動進該超級烘焙裝置14。當該水被導入至被熔鹽滲透的該熱木炭時，該清洗液體的溫度會因為前批次的進行而接近飽和含鹽溶液的沸點。沸騰熱鹽水可脫水生物質。因此，溫度300℃至500℃的熔鹽可從該液體槽16被導入至該超級烘焙裝置14以進一步脫水該生物質。于該超級烘焙裝置14中將該熔鹽導入至該水溶液會導致在該超級烘焙裝置中的水蒸發(fā)。因此，在該前批次處理被攜帶至該第一清洗桶70的該鹽可被回收。持續(xù)將混合物升溫至300℃至500℃之間，以開始該超級烘焙循環(huán)。

該被切碎的生物質被容納在網籃形式的裝載裝置40。大部分的木炭會置于該裝載裝置40中，并被回收作為木炭碎片(charcoal pieces(“CP”))。但機械性操作及熱化學處理通常會產生炭渣(charcoal fines(“CF”))，該煤渣會從該裝載構件40泄出至被容納在該超級烘焙裝置14中的該熔鹽。因此，該第一過濾裝置24被提供在該液體槽16與該超級烘焙裝置14之間，以避免大于10m的該炭渣顆粒被流通至該液體槽16。

除此之外，一第二過濾裝置可被提供在該超級烘焙裝置14、與含有具最高溫度與最高鹽度水的該第清洗桶70之間。該第二過濾裝置(并未顯示)是用于避免CF進入該清洗裝置20。類似地，該第二過濾裝置移除比該過濾器的孔洞尺寸(10m)大且比該籃狀屏障的網子尺寸(800m以下)小的CF，而不會進入該清洗裝置20，特別是該第一清洗桶。在該液體進入該超級烘焙系統(tǒng)14前，藉由傳送該清洗液體從該第一清洗桶70通過該第二過濾裝置至該最終清洗桶74，該CF顆粒可從該水分離出來并流入該清洗裝置20。該過濾器可以被定期地移除并藉由暖空氣吹離(舉例來說煙道氣體混合一般空氣)，以從該過濾器去除CF。該干燥的CF可選擇性地粉碎成為粉末，并可接著被吹入炭渣/焦油氧化器30，以進行后續(xù)程序。該后續(xù)程序會于后詳述于下。

該較小的CF顆?？沙掷m(xù)地在該液體槽16中累積并增加該熔鹽的粘度。當小的CF于該液體槽16中已累積至一顯著量而使得該熔鹽無法有效率地從該超級烘焙裝置14中推出時，可使用該炭渣/焦油氧化器30將該小的CF從該液體槽16中移除。

參考圖5與圖6，該超級烘焙系統(tǒng)10可選擇性地包含一與該VOC裝置22相連通的洗滌器28(顯示于圖1)。該VOC裝置22包含管線(并未顯示)，其與該超級烘焙裝置14相連通，以收集在超級烘焙程序中該超級烘焙裝置14所釋放的揮發(fā)性有機物質(VOC)。提供與該VOC裝置22液體相連通的該洗滌器28去進一步處理VOC，以去除有害的物質，如來自VOC的酸。

更具體來說，該洗滌器28通常包含一中空圓柱體42、一入口44、一出口46、一溢流管48、及一水平感測器49。該VOC裝置22所接收的蒸氣與揮發(fā)物的混合物藉由該入口44被直接導入該洗滌器28的該中空圓柱體42。該中空圓柱體42含有液體，其液體包含但不限于熔融的堿金屬碳酸鹽、水性堿金屬氫氧化物、或堿金屬碳酸鹽的水溶液。該VOC，即蒸氣與揮發(fā)物的混合物，可被直接導向至該中空圓柱體42并可與容納在該洗滌器28的該液體進行化學反應，其中該液體舉例如堿金屬鹽類。因此，容納在該洗滌器28的堿金屬鹽類從該VOC蒸氣中去除有機酸，其中該有機酸舉例如醋酸，同時凝結一些水、糠醛、及丙酮醇。發(fā)生于該洗滌器28的化學反應會產生排出的廢氣，其中該排出的廢氣藉由該出口46從該洗滌器28排放至該VOC裝置22的該凝結器以進一步處理。于該凝結器中，該排出的廢氣被凝結并分離為大部分包含水及甲醇的合成氣與生物性液體。該生物性液體可同樣含有少許的糠醛、及丙酮醇。

來自于該VOC裝置22的合成氣可收集并使用作為化學原料，或是在原地燃燒以產生煙道氣體，其中該煙道氣體可提供補充加熱至超級烘焙程序。為燃燒合成氣，可選擇性地提供伴隨有一燃燒裝置(并未顯示)的該超級烘焙系統(tǒng)10，其中該燃燒裝置可使用該合成氣以燃燒焦油、木炭細屑，或經粉碎的木炭，而不會釋放有毒氣體或微粒至大氣。產生自然燒該合成氣的高溫煙道氣體可被回收以提供補充加熱至于該液體槽16的該熔鹽，舉例來說使用該炭渣/焦油氧化器30。

參考圖7，于超級烘焙系統(tǒng)10中可選擇性地提供一炭渣/焦油氧化器30，以處理被熔鹽污染的該CF顆粒，且使用釋放自炭渣/焦油氧化器30的熱，以作為會被提供至該超級烘焙裝置14與該洗滌器28的熔鹽的補充加熱。如前所述，該第一過濾系統(tǒng)24僅過濾較大CF顆粒，該較小CF顆粒會殘留在該熔鹽并藉由該熔鹽被攜帶至該液體槽16。該較小CF顆粒通常會累積在該液體槽16并增加該熔鹽的粘度?？商峁┰撎吭?焦油氧化器30，使其與該回管46液體相連通以定期地從該熔鹽去除該小CF顆粒。

該炭渣/焦油氧化器30包含一不銹鋼瓶57，其定義有一腔體；一噴灑管63，置于該不銹鋼瓶57的該腔體中；一多孔噴灑體59，其置于該噴灑管63的下端；一第一螺旋管51與一第二螺旋管52，其置于該腔體中。該多孔噴灑體59定義一與噴灑管63液體相連通的多個的噴灑輸出。煙道氣體與空氣的混合物藉由一該噴灑管63的上端被提供置該不銹鋼瓶57的該腔體中。

該不銹鋼瓶57定義多個入口56，藉由該入口56，被CF顆粒或焦油(意即被污染的鹽60)污染的熔融碳酸/硝酸鹽可被提供至該不銹鋼瓶57的腔體；一第一組的嵌入孔洞55，其將該第一螺旋管51嵌入至該不銹鋼瓶57；及一第二組的嵌入孔洞58，其將該第二螺旋管52嵌入至該不銹鋼瓶57。該第一螺旋管51比該第二螺旋管52小，所以該第一螺旋管51與該第二螺旋管52可同軸地被排列在該不銹鋼瓶57。該第一螺旋管51包含一冷管段(意即一入口)與熱管段(意即一出口)，以插入第一組的嵌入孔洞55。該第二螺旋管52包含一冷管段(意即一入口)與熱管段(意即一出口)，其插入第二組的嵌入孔洞58。該第一與第二螺旋管51與52分別攜帶在該洗滌器28中的該熔融碳酸鹽與使用于該超級烘焙裝置14中的該熔鹽。該不銹鋼瓶57則會含有該被污染的鹽60。煙道氣體與空氣的混合物藉由該噴灑管63與位于該不銹鋼瓶57底部的多孔噴灑體59的出口，被噴灑至該不銹鋼瓶57中的該被污染的鹽60。該高溫煙道氣體可藉由燃燒合成氣獲得，其中該合成氣產自于該VOC裝置22。

硝酸鹽可被選擇性地作為一催化劑加入該不銹鋼瓶57中，使含有于該被污染的鹽60中的該CF顆粒氧化。藉由噴灑管63與多孔噴灑體59將高溫煙道氣體與空氣的混合物噴灑至該被污染的鹽60，包含于該被污染的鹽60中的該CF顆粒會被氧化以釋放熱。該熱被應用于該第一與第二螺旋管51與52，其與該液體槽16與該洗滌器28液體相連通，以加熱容納于其中的該熔鹽與該熔融碳酸鹽。于CF氧化釋放的熱提供補充加熱給被提供至該超級烘焙裝置14的該熔鹽，以及給使用于該洗滌器的碳酸鹽，因此可排除額外提供化學燃料給超級烘焙與鹽類回收的需求。

更具體來說，當該煙道氣體和空氣的混合物被注射入于該不銹鋼瓶57中的該被污染的鹽60時，該煙道氣體的泡沫通過被污染的鹽60升起，且來自該煙道氣體的熱被轉換到周圍的液體。該煙道氣體和空氣的混合物中所含有的一些氧氣，有助于將任何亞硝酸離子NO₂^-轉換為硝酸離子NO₃^-，也會和碳酸鹽離子CO₃^＝反應以產生過氧離子O₂^＝及二氧化碳CO₂。隨后，該硝酸離子NO₃^-和過氧離子O₂^＝又反應以產生亞硝酸離子NO₂^-及超氧離子O₂^-。正是超氧離子O₂^-在顯著高于該噴灑O₂氣體可以直接燃燒CF中的碳為CO₂的速率下攻擊CF中的碳，以產生CO₃^＝及一氧化碳CO。產物CO可被放熱性氧化變?yōu)镃O₂。最終結果是將CF中的C及噴灑氧氣O₂轉變?yōu)镃O₂，其是以熔融碳酸鹽與硝酸鹽作為催化劑以促成最終結果。這也是為什么實務上稱該過程為“氧化”而非“燃燒”。

分支反應路徑會導致破壞一些硝酸鹽/亞硝酸鹽變?yōu)镹O/NO₂氣體，但是在適當的噴灑速率并維持氧化器用鹽類在相對較低的操作溫度可以控制此等有毒氣體的釋放。來自于操作良好的CF氧化器所排出的廢氣，其組成應當為幾乎只有CO₂及H₂O(來自于CF中含有氫與氧的反應)，但為了確?？扇嘉锏耐耆趸^明智的辦法為使排放的氣體另外燒掉，并且來自這次燒掉的高溫煙道氣是可用于其他設施，例如，可助于預干燥冷凍的生物質或干燥濕的CP。

一理想操作的CF/焦油氧化器將會維持該碳酸鹽及硝酸鹽離子于其初始比例。煙道氣體提供充足的CO₂，以藉由與過量空氣反應而生成的任何堿金屬氧化物轉換為堿金屬碳酸鹽。在氧化器30中太多無法燃燒成為CO₂的CO可以將NO₃^-/NO₂^-離子轉變?yōu)镹O/NO₂氣體和CO₃^＝離子。假設此等情形發(fā)生，可以藉由加入相對較不昂貴且正確摩爾量的硝酸(HNO₃)，并將部分堿金屬碳酸鹽轉換為堿金屬硝酸鹽以及通過排氣口64所逸出的蒸氣和二氧化碳，來恢復該堿金屬硝酸鹽。

為了氧化焦油及粉末狀木炭細屑(及/或經粉碎的木炭碎片，假設申請人希望使用CF/焦油氧化器30去產生更多的熱給該超級烘焙裝置14，如此一來申請人可以省掉用于運作設備的外部燃料來源)的補充目的，我們可以從由熔融LiOH、NaOH、KOH組成的堿金屬氫氧化物及由熔融Li₂CO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃堿金屬碳酸鹽的組合之中來選擇。一般不銹鋼和超合金的低腐蝕性使申請人較偏好使用碳酸鹽，而非氫氧化物，作為氧化器用鹽類，但是一般方法的用途并不限于本發(fā)明所揭示的特定例子。加入硝酸(HNO₃)至Li₂CO₃,Na₂CO₃,K₂CO₃，釋出CO₂和H₂O蒸氣，以及相對應量的LiNO₃,NaNO₃,KNO₃。實驗室的實驗顯示，硝酸鹽與碳酸鹽的重量比在1/9和1/4中間可以得到可接受的粉狀CF的氧化速率。

在CF/焦油氧化器30中，熔鹽會避免飛灰的形成，且該被污染的鹽60可同樣捕集在合成氣燃燒器中不良燃燒所產生的飛灰。因此，無需額外的袋式集塵器(baghouse)以捕集飛灰，相較于在空氣中燃燒CF的替代方案，這是一個顯著的優(yōu)點。而且，CF/焦油氧化反應所釋放的熱完全被熔鹽所吸收，因此該熱傳輸效率會明顯地高于在裝載有熔鹽的容器外燃燒木炭的傳統(tǒng)方法。存在于所有植物的少量鈣及鎂，會成為在傳統(tǒng)燃燒器中底層的飛灰，而那些物質在CF/焦油氧化器的熔鹽中會成為Mg₂O及CaCO₃的沉淀物。機械性方法可以去除這些沉淀物，預期可使氧化器用鹽類有長的使用壽命。

假若洗滌器的鹽是堿金屬碳酸鹽及堿金屬醋酸鹽的熔融組合，比方在450℃下的熔融組合，部分醋酸鹽會分解為碳酸鹽，進而在過程中釋放丙酮。若將在螺旋線圈的出口熱管段中的丙酮蒸氣從液體鹽當中分離，該所生成的丙酮會相對較純且可在商業(yè)市場上販賣。該液體鹽會接著回到洗滌器28。在運作良好的操作中，在小螺旋線圈中每一批次轉換為碳酸鹽的醋酸鹽含量，將會藉由使洗滌器中的碳酸鹽與下一批次從反應器釋放于VOC中的醋酸反應，而加以回復。假設申請人忽略從絕緣金屬表面的熱損失，該洗滌器的溫度將會需要一平衡(在上述的例子中可任意地定為450℃)，該平衡是藉由在300℃到400℃間來自超級烘焙的VOC泡沫冷卻，以及藉由維持在500℃的經熔融的氧化器用鹽類加熱整個小螺線圈，來加以控制。

若超級烘焙鹽(意即使用于超級烘焙時在超級烘焙裝置14中的鹽)是堿金屬醋酸鹽，排除絕緣金屬表面的熱損失后，該超級烘焙鹽將會到達一平均溫度，該平均溫度受控于：藉由直接接觸在反應器中的生物質及液體而轉移的熱，以及來自于500℃的氧化器用鹽類和超級烘焙鹽、橫跨大螺旋線圈的金屬墻而轉移的熱。通過改變申請人在超級烘焙過程的開始階段放入反應器中的生物質的量多寡，以及改變申請人選擇加入在CF/焦油氧化器的CF粉末中經粉碎的CP的量多寡，申請人可以將超級烘焙的平均溫度控制為300℃或400℃。接著，超級烘焙鹽的泵取速率會影響，流動的超級烘焙鹽在反應器與CF/焦油氧化器30之間的熱與冷管段的溫差。建議控制泵取容量以使此差異不大于10℃，以產生具有高均一品質的環(huán)保煤或生物炭。

因為只有熱會在該第一與第二螺旋管51與52被轉換，因此不會混合第一與第二螺旋管51與52所含有的兩種不同種類的鹽。因此，兩種鹽(如：作為氧化器用鹽類的堿金屬碳酸鹽/硝酸鹽與作為超級烘焙鹽的堿金屬醋酸鹽)的化學特性皆被保留。在超級烘焙鹽中任何使醋酸鹽離子變?yōu)樘妓猁}離子的熱分解，都會造成丙酮的釋放，該丙酮是和在反應器釋放的VOC混合且最終與VOC組成中的合成氣一起燒掉。該碳酸鹽離子隨后又將會和VOC中的已釋放醋酸HOAc反應，并產生用于超級烘焙鹽中碳酸鹽和醋酸鹽的平衡比例，此等平衡比例是藉由熱分解破壞醋酸鹽與藉由碳酸鹽和醋酸反應生成醋酸鹽而加以控制。在300℃到400℃，醋酸鹽的熱分解速率小(特別是若申請人不將LiOAc納入作為超級烘焙鹽的可選用的成分)，因此，醋酸在洗滌器中被中和的量并非在排放廢棄丙酮的反應器中耗盡，而是在通往的洗滌器的小螺旋線圈中耗盡。

為使上述系列的程序可以實際運作，必須適當挑選堿金屬醋酸鹽、堿金屬碳酸鹽、及堿金屬硝酸鹽的組合物。假若過濾裝置要避免比10微米更小的CF顆粒的累積，對超級烘焙鹽而言，申請人建議使用共熔二元醋酸鹽NaOAc/KOAc，其摩爾數比例為45/55(具有熔點235℃)。對洗滌器及焦油燃燒器用的鹽類，申請人建議使用三元碳酸鹽Li₂CO₃/Na₂CO₃/K₂CO₃，其共熔摩爾數比例為42.5/32.6/26.9(具有熔點393℃)。對于氧化CF的催化劑，申請人建議使用三元硝酸鹽LiNO₃/NaNO₃/KNO₃，其摩爾數比例也為：42.5/32.6/26.9(具有遠低于Li₂CO₃/Na₂CO₃/K₂CO₃的熔點)，若我們簡單地將硝酸HNO₃加入共熔三元碳酸鹽，此等三元硝酸鹽將會自動生成。

接著，相對較貴的鋰鹽會流進保存鋰陽離子數量的封閉回路中。硝酸鹽陰離子的流失可以發(fā)生在氧化器用鹽類中。該硝酸鹽的補充可以藉由添加相對便宜的硝酸HNO₃來補充。

假設小于10微米的CF顆粒穩(wěn)定地在超級烘焙鹽中累積，申請人建議轉換為一種包含非共熔二元NaOAc/KOAc的超級烘焙鹽，其摩爾數比例為30.6/26.9且擁有低于300℃的熔點。小CF顆粒移除之前會經多次超級烘焙循環(huán)而累積，藉由混合遭污染的超級烘焙鹽與氧化器用鹽類(其具有摩爾數比例為42.5/30.6/26.9的Li/Na/K)、以煙道氣體噴灑將任何物質轉變?yōu)長i₂CO₃/Na₂CO₃/K₂CO₃、以輸送部分的三元碳酸鹽加入含水的容器以形成三元堿金屬碳酸鹽的沸騰熱水溶液，其中相對不可溶的Li₂CO₃會沉淀出來。接著將固體Li₂CO₃加回到剩余的熔融三元碳酸鹽，以回復Li₂CO₃/Na₂CO₃/K₂CO₃的摩爾數比例至42.5/30.6/26.9，而遺留在水溶液的Na₂CO₃/K₂CO₃的摩爾數比為30.6/26.9。接著添加足夠量的HNO₃以將一小部分的Li₂CO₃/Na₂CO₃/K₂CO₃轉換為熔融氧化器用鹽類所需LiNO₃/NaNO₃/KNO₃的量；而加入足購量的HOAc至Na₂CO₃/K₂CO₃使其成為NaOAc/KOAc的水溶液，其摩爾數比為30.6/26.9。接著，將水份蒸發(fā)掉使超級烘焙鹽回復為具有原始摩爾數比例為30.6/26.9的熔融的NaOAc/KOAc。

在實際操作上，因為Li₂CO₃會些微溶解于沸騰熱水，因此該超級烘焙鹽隨著時間經過將會有少量的LiOAc污染(1％NaOAc/KOAc的等級)，其在水里可溶性高，因此會通過清洗超級烘焙裝置14而從木炭的孔洞慢慢消失。需替換損失的鋰鹽，就如鈉跟鉀的對應物一樣(其通常小于木炭重量的0.1％)，通過最便宜最容易購買的堿金屬鹽Li₂CO₃,Na₂CO₃,及K₂CO₃進行周期性補充。

NaOAc/KOAc(組成約99％的堿金屬鹽類會逸出到環(huán)境中)是相對不昂貴且是良性的鹽類(使用在食品工業(yè)以調味“海鹽香醋”味的洋芋片)，NaOAc/KOAc高度可溶于水，而且隨著植被生長，其可進入土內而可以用作肥料。

無法控制的焦油積聚會發(fā)生于該熔鹽。不可溶于熔鹽的焦油持續(xù)被捕集于CF顆粒中，且藉由金屬和纖維過濾而被去除。溶解于熔鹽的焦油可以藉由以空氣噴灑而加以燃燒，只要熔鹽本身可以承受加熱到，例如，500℃。換句話說，一旦使用外來燃料的加熱器熔解和加熱清潔程序的鹽類至所欲的操作條件，通過噴灑以燃燒自超級烘焙的合成氣的高溫煙道氣體至經過濾的熔鹽，可直接地或間接地獲得超級烘焙生物質及蒸發(fā)鹽份最高的洗液中的水份所需要的熱。假若申請人希望燃燒熔鹽中的焦油或有機離子，則煙道氣體應該含有額外的氧氣。

參考圖8，將該生物質轉換為木炭的一批次處理方法，起始于一步驟82，其藉由該裝載構件運輸該生物質至超級烘焙裝置。接著，于步驟84，提供溫度范圍介于100℃到200℃間的熔鹽或其水性對應物(aqueous counterparts)至超級烘焙裝置14，以預熱及預干燥該初始生物質為脫水生物質。再者，于步驟86，具第一溫度的該熔鹽從該超級烘焙裝置的該收集空間中被推動出，接著于步驟88，提供溫度范圍介于300℃到500℃間第二溫度的熔鹽至超級烘焙裝置14，以在同一個超級烘焙裝置14中超級烘焙該脫水生物質為木炭。

在該生物質被轉換為該木炭之后，于步驟89，該熔鹽從超級烘焙裝置14的收集空間中被推動出，以凈空該超級烘焙裝置14。接著，于步驟92，溫度與鹽度降低的含水液體被依序地提供至超級烘焙裝置14，以沖洗、洗凈、潤洗、并冷卻該木炭。從多個的清洗桶依序地提供該水，以清洗該木炭并溶解鹽。之后將水蒸發(fā)以回復鹽用于進一步的用途。從該超級烘焙裝置14中抬出該烘焙裝置中已被清理的該木炭，并被運輸至該木炭收集區(qū)。最后的清洗桶提供具有最低溫度與最少量鹽度的水至該超級烘焙裝置之后，該木炭已被清洗到沒有鹽的殘留，且已被冷卻到接近室溫。于步驟94，該木炭從該超級烘焙裝置14的收集空間被移出。此方法結束于步驟96。

可選擇性地，于該預干燥及超級烘焙程序中，會產生揮發(fā)性有機物質(VOC)，并可藉由一或多個如位于該超級烘焙裝置14蓋子下的氣體排出口排放。因此，當該超級烘焙系統(tǒng)10使用于缺水的地區(qū)時，這些蒸氣可以被收集并凝結以作為他們的用水，其用水伴隨或不伴隨特定的洗滌以從蒸氣去除所含的酸。無特定洗滌的該蒸氣可以被凝結以產生稱為“生物性液體”的液體，其包含水、醋酸、甲醇、糠醛(furfural)、及丙酮醇(acetol)(亦稱為羥基丙酮(hydroxyacetone))。蒸氣中所含的稱為“合成氣”的不可凝結的或是永久氣體(在標準溫度和壓力下)，通常包含二氧化碳、一氧化碳、甲烷、及氫。該生物性液體可被收集以用于其他經濟用途，而該合成氣可當場燃燒以提供該超級烘焙系統(tǒng)的補充加熱，或是可收集以作為如化學原料的進一步用途。

該方法可選擇性地包含以下步驟：從位于該超級烘焙裝置14與該液體槽16之間的熔鹽過濾CP顆粒，及從位于該清洗裝置20與該超級烘焙裝置14之間的熔鹽過濾CP顆粒。

在本發(fā)明的批次處理式超級烘焙系統(tǒng)10中，具不同溫度及/或不同鹽度的液體為了不同目的被成功地推動進該超級烘焙裝置14以接觸該生物質或生物碳。首先，第一溫度的熔鹽被推動進該超級烘焙裝置14中，以預熱該生物質以減少生物質的水含量。接著，比該第一溫度高的第二溫度的熔鹽被推動進該超級烘焙裝置14，以轉換該生物質為木炭。隨后，溫度與鹽度降低的水被推動進該超級烘焙裝置14以潤洗并冷卻該木炭。

在本發(fā)明的方法中，被加熱與被轉換的該生物質、以及被潤洗與冷卻的該木炭會容納在靜置的該超級烘焙裝置14，在整個超級烘焙程序中不會被移動。與傳統(tǒng)烘焙系統(tǒng)不同，傳統(tǒng)烘焙系統(tǒng)/程序的該生物質或木炭不論是為了加熱或是為了冷卻，其會被持續(xù)地從一液體移動至另一個液體。在本案的發(fā)明中，不同溫度與鹽度的液體會從分離且不同的來源提供至同一個超級烘焙裝置14。預熱生物質以減少水含量、超級烘焙該生物質為木炭、并清洗與冷卻該木炭，這些步驟都發(fā)生在一單一容器中，意即該超級烘焙裝置。

藉由簡單地于靜置的超級烘焙裝置14形成孔洞、以及通過該孔洞導引該VOC至所需容器，該靜置的超級烘焙裝置14使VOCs的收集更為簡易，其中該VOC可從該合成氣進一步的凝結并分離為生物性液體。再者，該超級烘焙系統(tǒng)10包含獨立的裝置，如超級烘焙裝置、加熱裝置、凝結器、合成氣的然燒器、洗滌器、炭渣/焦油氧化器，該等皆藉由可動的管線連接。因此，該超級烘焙系統(tǒng)10可被輕易地拆解、運輸至不同地點，并于鄰近生物質處再組裝。

該超級烘焙系統(tǒng)10進一步包含有具備一凝結器的一VOC裝置22，其中該凝結器從不凝結的氣體中收集并分離可凝結的揮發(fā)性有機物質。一洗滌器28可當醋酸鹽轉換為碳酸鹽時提供化學性地捕集醋酸。一炭渣/焦油氧化器30可伴隨高溫煙道氣體與空氣的混合物被噴灑，以破壞從用于該超級烘焙裝置14的鹽過濾出來的含有焦油的炭渣。產生自該炭渣/焦油氧化器30的熱可有益地提供超級烘焙程序補充加熱，以蒸發(fā)在該第一清洗桶60的水以回復鹽、以及轉換在該VOC裝置22中的醋酸鹽為碳酸鹽與丙酮。

本發(fā)明廣泛的教示可以各種形態(tài)實施，包含：以強無機酸(如：磷酸鹽(H₃PO₄))預處理生物質，以產生活性碳而非環(huán)保煤或生物炭。在和生物質及堿金屬醋酸鹽反應后，來自H₃PO₄的磷酸離子最終變?yōu)榱姿猁}。當醋酸鹽在CF/焦油氧化器中轉變?yōu)樘妓猁}時，該遭污染的磷酸鹽不會溶于碳酸鹽中，且沉淀析出為固體。因此，可將用于浸漬的磷酸回收最終作為有價值磷酸鹽化肥的來源。

在400℃下NaOAc/KOAc中超級烘焙經浸漬的棕櫚仁外殼(palm kernel shell,PKS)歷時3小時前，先將PKS以熔融磷酸在150℃浸漬3小時，申請人可以制造出活性碳，其具有布厄特(Brunauer-Emmett-Teller,BET)高達2088m²/g的比表面積(specific areas)。較短的浸漬時間及較短的超級烘焙滯留時間會產生具有較低BET值的活性碳，但仍然夠高到能用于水過濾。(美國自來水工程協(xié)會(American Water Works Association)對于此目的所制定的標準為650m²/g到1000m²/g。)?？蛇x用現有技術的具有各種吸附劑的活性碳的涂層后處理(Post-coating)方式來捕集特定的各種氣體及液體化學物質。

就如前所述，亦可將用于熔鹽的水溶液替換為于洗滌器28中的洗滌液體。在將醋酸鹽轉換為碳酸鹽并伴隨丙酮釋放的情況發(fā)生之前，此等替換方案需要蒸發(fā)水，但是在較低溫操作下的水溶性替代物，對于洗滌器設備會有較少的腐蝕性。

本發(fā)明的超級烘焙系統(tǒng)10包含一多數的分離裝置，如該運輸裝置12、該超級烘焙裝置14、該液體槽16、該加熱裝置18、及該清洗裝置20，藉由使用管線以連接或不連接該等裝置，而可相對輕易地組裝并拆解該等裝置，因此形成一輕巧且可運輸的超級烘焙系統(tǒng)。

于本發(fā)明的超級烘焙系統(tǒng)，該熔鹽在大氣壓力下每單位體積可產生大熱容量，因此提供足夠的熱至本發(fā)明的可運輸及輕巧的超級烘焙系統(tǒng)。本發(fā)明的該超級烘焙系統(tǒng)在超級烘焙程序亦擷取有價值的液體及氣體副產物用于其他用途。

本發(fā)明揭露內容的敘述僅為本質上例示性地，因此不偏離實質揭露內容的變異應視為于本發(fā)明內容的范圍內。該等變異不應被視為偏離本發(fā)明內容的核心概念或范圍。