监测和控制烘焙温度的方法技术

本发明专利技术涉及用于精确监测和控制烘焙温度的方法和装置，其实现被烘焙材料的质量和性能的精确控制。方法包括使用IR测温仪和热氮气清除气确定烘焙装置中生物质的表面温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及生物质烘焙(torrefaction of biomass)领域。具体说,涉及用于精确和装置，其实现被烘焙材料的质量和性能的精确控制。
技术介绍
为了能与化石燃料能量载体(例如煤、油和天然气)竞争和将其替换，木质纤维生物质从一些形式的预处理方法获益以克服固有的缺陷。预处理方法烘焙已经被展示为可改善生物质燃料性质，例如能量密度、水含量和研磨性、供给和疏水性能[1-4]。这些改善使得能建立作为关键工序的烘焙过程，以有助于生物质原材料扩大市场。烘焙是一种热预处理方法，其发生在基本惰性(无氧气)的环境在约220-600°C的温度处。在处理过程期间，除了被烘焙生物质外，包括不同有机物的易燃气体从生物质原料产生。从木质纤维生物质制造烘焙材料的过程可包括四个阶段:I)干燥步骤，其中生物质中含有的自由水被去除；2)加热步骤，其中物理结合的水被释放且材料的温度被提高到期望的烘焙温度；3)烘焙阶段，其中材料实际上被烘焙，且其在材料温度达到约220°C _230°C时开始。在该阶段期间，生物质被部分地分解且释放不同类型的挥发物，例如羟基丙酮、甲醇、丙醛、短链羧酸等。具体说，烘焙阶段特征在于，在220°C -230°C的温度下半纤维素分解，且在更高的烘焙温度下纤维素和木质素也开始分解且释放挥发物；纤维素在305-375°C的温度下分解且木质素逐渐在250-500°C温度范围内分解；4)冷却步骤，终止工序，且有助于`操作。烘焙处理在材料冷却到220°C -230°C以下时终止
技术实现思路
对烘焙产物的质量和性能的需求因产品的目的用途而显著地不同。专利技术人已经认识到，为了产生具有期望特点的烘焙产品，决定性的是能精确地控制烘焙温度。由此，重要的是能以正确且可靠的方式在烘焙处理过程中测量生物质的材料温度。当前，烘焙过程中温度通过依赖于烘焙装置中气体温度测量的方法而测量，或通过测量烘焙反应器的表面温度而被测量。专利技术人已经证实，烘焙反应器中气体温度的测量或烘焙反应器的表面温度给出生物质的实际温度的假指示。另外，气体温度和材料温度之间的差随被烘焙的木质纤维材料的种类而变化。专利技术人已经由此意识到需要用于改进监测和控制生物质烘焙处理过程的改进的方法。通过一种监测生物质烘焙处理过程的方法，专利技术人已经解决如上所述的问题，其中烘焙装置中生物质的表面温度被确定。本专利技术进一步涉及控制生物质烘焙处理过程的方法，其包括步骤:a)在烘焙处理过程中监测生物质的表面温度以获得表面温度值；b)将表面温度值与参考值比较；和如果表面温度值低于参考值，则Cl)增加处理过程的加热，减少处理过程的冷却或增加生物质在处理过程中的驻留时间；和/或如果表面温度值高于参考值，则c2)减少处理过程的加热，增加处理过程的冷却或减少处理过程中生物质的驻留时间。本专利技术的另一方面涉及具有用于加热和/或烘焙的区域的烘焙装置，其中红外线测温仪布置在该区域从而进入该区域、在该区域中或离开该区域的材料的表面温度可被测量，且其中清除气体(purge gas)出口布置在IR测温仪处从而清除气体可以被供应到IR测温仪的透镜和材料之间的空间。【附图说明】图1显示了烘焙装置，其包括用于测量烘焙装置中表面温度的IR测温仪。图2显示了布置在公用的端部开口管中的清除气体出口和IR测温仪，用于在烘焙装置中测量表面温度。 图3显示了在稳态条件下在同一烘焙过程期间得到的IR测温仪测量值，其使用冷氮气或热氮气除去IR活性气体，并防止烘焙气体中可冷凝物质的冷凝。【具体实施方式】:烘焙:一种热预处理方法，在220°C以上但600°C以下的温度下在基本惰性(氧气减少或无氧气)的环境下发生，且其产生烘焙生物质和易燃气体。在烘焙阶段，生物质的一些部分，特别是半纤维素，分解且给出不同类型的有机挥发物。在用原始生物质开始的烘焙处理中，实际的烘焙阶段以干燥阶段和加热阶段开始，在干燥阶段中生物质中含有的自由水被去除，且在加热阶段中将生物质加热到期望的烘焙温度。加热区域:烘焙装置中容纳室(compartment)的具体区域，相对于烘焙装置的生物质入口位于烘焙区域上游，包括用于具体调节所述具体区域中温度的器件，且其中生物质的温度在烘焙之前被增加到接近期望的烘焙温度的温度。烘焙区域:烘焙装置中容纳室的具体区域，相对于烘焙装置的生物质入口位于加热区域下游，包括用于具体调节所述具体区域中温度的器件，且其中预先被加热的生物质的温度基本被保持恒定在期望的烘焙温度达到期望的烘焙时间，其中期望的烘焙温度为220°C到600°C的范围。连接区域:烘焙装置中的具体区域，相对于所述烘焙装置的生物质入口位于加热区域紧上游且在烘焙区域紧下游。烘焙时间:材料温度被保持基本恒定在烘焙温度的时间。材料在烘焙区域中的驻留时间可以称为烘焙时间。详细描沭目前，烘焙过程中的温度通过依赖于烘焙装置中气体温度测量的测量方法而被测量，或通过测量烘焙反应器的表面温度而被测量。专利技术人证实了这类测量给出了生物质实际温度的虚假指示。而且，气体温度和实际的材料温度之间的差因被烘焙的木质纤维材料的种类而不同。专利技术人进一步证实生物质表面温度的测量给出了实际材料温度的可靠值，且由此该值可用于控制烘焙处理并产生具有期望特性的烘焙材料，见例子I。本专利技术的第一方面由此涉及用于监测生物质烘焙处理的方法，其特征在于烘焙装置中生物质的表面温度被确定。在第二方面，本专利技术涉及控制生物质烘焙处理的方法，包括步骤:a)监测表面温度以获得表面温度值；b)将表面温度值与参考值比较；和如果表面温度值低于参考值，则Cl)增加处理过程的加热，减少处理过程的冷却或增加生物质在处理过程中的驻留时间；和如果表面温度值高于参考值，则 c2)减少处理过程的加热，增加处理过程的冷却或减少处理过程中生物质的驻留时间。在一个优选实施例中，烘焙装置中生物质的表面温度使用红外线(IR)测温仪确定，例如使用点红外线测温仪或红外线高温测温仪。在一个实施例中，IR测温仪通过冷却介质冷却，以避免IR测温仪过热。冷却介质可以是液体相或气体相。在一个实施例中，冷却介质为例如水或导热油这样的液体，且在另一实施例中冷却介质是气体或例如空气这样的气体混合物。IR测温仪优选在前部具有透镜，其主要将IR光束聚焦，且还保护内部电子器件。专利技术人已经意识到来自烘焙气体的可冷凝物质可以在透镜上冷凝且与来自烘焙材料的IR辐射干涉。专利技术人已经进一步意识到，在烘焙处理期间生物质释放的若干种气体是对IR活性的。由此，这样的气体可进一步干扰IR测温仪的测量。因此，在一个优选实施例中，惰性非红外线活性气体流被供应到在IR测温仪透镜和生物质之间的空间中，以除去IR活性气体，且防止烘焙气体中可冷凝物质在透镜上冷凝。此外，专利技术人已经意识到，如果惰性非红外线活性气体不足够热，则烘焙气体中可冷凝物质可以在IR测温仪的透镜和生物质之间的空间中冷凝。因此，为了获得可靠的测量，非红外线活性气体应该在其被引入到IR测温仪的透镜和生物质之间的空间中之前被加热。因此，在另一优选实施例中，清除气体出口处惰性非红外线活性气体的温度高于150°C，例如高于200°C，例如高于250°C，例如高于300°C，例如高于350°C，例如高于400°C，例如高于450°C。优选地，IR测温仪和生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监测生物质的烘焙的处理过程的方法，其特征在于，烘焙装置中生物质的表面温度使用IR测温仪而被确定，且其中惰性的非红外线活性气体流被供应到IR测温仪的透镜和生物质之间的空间，且其中清除气体出口处惰性的非红外线活性气体的温度高于150℃，例如高于200℃，例如高于250℃例如高于300℃，例如高于350℃，例如高于400℃，例如高于450℃。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.18 SE 1150461-01. 一种用于监测生物质的烘焙的处理过程的方法，其特征在于，烘焙装置中生物质的表面温度使用IR测温仪而被确定，且其中惰性的非红外线活性气体流被供应到IR测温仪的透镜和生物质之间的空间，且其中清除气体出口处惰性的非红外线活性气体的温度高于150°C，例如高于200°C，例如高于250°C例如高于300°C，例如高于350°C，例如高于400°C，例如高于450°C。2.一种控制生物质烘焙处理过程的方法，包括步骤: a)根据权利要求1所述监测表面温度，以获得表面温度值； b)将表面温度值与参考值比较；和 如果表面温度值低于参考值，则 cI)增加处理过程的加热，减少处理过程的冷却或增加生物质在处理过程中的驻留时间；和/或 如果表面温度值高于参考值，则 c2 )减少处理过程的加热，增加处理过程的冷却或减少处理过程中生物质的驻留时间。3.如权利要求1或2所述的方法，其中惰性的非红外线活性气体为氮气或稀有气体。4.如权利要求3所述的方法，其中惰性的非红外线活性气体为氮气。5.如权利要求1-4所述的方法，其中在温度测量时，生物质的表面温度为220°C到 600 °C 的范围，例如 220-500 °C，例如 220-450 °C，例如 220-400 °C，例如 230-600 °C，例如 230-500 V，例如 230-450 V，例如 23...

【专利技术属性】
技术研发人员：I奥洛夫森，M诺德维格，
申请(专利权)人：拜奥恩德夫有限责任公司，
类型：
国别省市：