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公開番号2025120338
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-15
出願番号2025095477,2023104904
出願日2025-06-09,2012-04-13
発明の名称高炭素生体試薬の生成のためのシステムおよび装置
出願人カーボンテクノロジーホールディングス, エルエルシー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類C10B 53/02 20060101AFI20250807BHJP(石油,ガスまたはコークス工業;一酸化炭素を含有する工業ガス;燃料;潤滑剤;でい炭)
要約【課題】バイオマスを様々な商業的応用に適した高炭素生体試薬に変換するためのプロセス及びシステムの提供。
【解決手段】いくつかの実施形態は、不活性ガスの存在下での熱分解を採用して、熱い熱分解固形物、凝縮性蒸気及び不凝縮ガスを生成し、その後に、蒸気とガスの分離、及び不活性ガスの存在下での熱い熱分解固形物の冷却が続く。添加剤が処理中に導入され得るかもしくは試薬と結合され得るか、又はその両方である。生体試薬は、無水ベースで、少なくとも70wt%、80wt%、90wt%、95wt%又はそれ以上の全炭素を含み得る。生体試薬は、無水ベースで、少なくとも12,000Btu/lb、13,000Btu/lb、14,000Btu/lb、又は14,500Btu/lbのエネルギー含有量を有し得る。生体試薬は、微粉又は構造物に形成され得る。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
高炭素生体試薬生成システムであって、前記システムが：
前記システムから酸素を除去するためのパージ手段であって、前記パージ手段が、不活性なガスを導入するための１つまたは複数の注入口、ならびに前記不活性なガスおよび置換された酸素を前記システムから除去するための１つまたは複数の排出口を含む、パージ手段と、
炭素含有供給原料を導入するように構成された材料供給システムと、
前記材料供給システムと動作可能に連通して配置され、炭素含有供給原料内に含まれる水分を除去するように構成された、任意選択の乾燥装置と、
前記材料供給システムまたは前記乾燥装置（存在する場合）と動作可能に連通して配置されている、複数ゾーン反応装置であって、前記複数ゾーン反応装置が、空間的に分離された冷却ゾーンと動作可能に連通して配置されている少なくとも１つの熱分解ゾーンを含み、かつ、前記複数ゾーン反応装置が、凝縮性蒸気および不凝縮ガスを固形物から除去するための排出口とともに構成されている、複数ゾーン反応装置と、
前記複数ゾーン反応装置と動作可能に連通して配置されている、冷却装置と、
前記冷却装置と動作可能に連通して配置されている、炭素回収ユニットと
を備える、高炭素生体試薬生成システム。
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
前記システムが、前記少なくとも１つの熱分解ゾーンと動作可能に連通して配置された予熱ゾーンをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数ゾーン反応装置が、前記少なくとも１つの熱分解ゾーン、前記冷却ゾーン、および前記予熱ゾーンを備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記予熱ゾーンを備える第２の複数ゾーン反応装置をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数ゾーン反応装置が、乾燥装置を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数ゾーン反応装置が、前記冷却装置を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムが、添加剤を前記システムに導入するための添加剤供給装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記添加剤供給装置が、前記添加剤を前記炭素含有供給原料と結合するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記添加剤供給装置が、前記材料供給システムと前記複数ゾーン反応装置との間に挿入される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記添加剤供給装置が、前記複数ゾーン反応装置および前記冷却装置と動作可能に連通して配置されている、請求項７に記載のシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、高炭素生体試薬の製造のためのプロセス、システムおよび装置、ならびにそれに関連した組成、生成物、および使用に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
炭素は、多種多様な産業におけるプラットホーム要素であり、膨大な数の化学、材料、および燃料使用を有する。炭素は、電気を含め、エネルギーを生成するために良い燃料である。炭素は、金属、金属合金、混合物、炭素繊維、電極、および触媒担体を含め、様々な商品および先端材料のための非常に大きな化学的価値を有する。金属製造では、炭素は、処理中に金属酸化物を金属に還元するための試薬として有用であり；処理用に熱を供給するための燃料として；また、最終の金属合金の成分として有用である。炭素は、鋼が熱処理によって硬化されるようにするので、鋼において非常に重要な要素である。
【０００３】
炭素系試薬は、原理上は、実質的に炭素を含む任意の材料から生成できる。炭素質材料は、一般に、天然ガス、石油、石炭、および亜炭などの化石資源；ならびに、リグノセルロース系バイオマスおよび様々な炭素含有量の多い廃棄材料などの再生可能資源を含む。
【０００４】
バイオマスは、任意の生物学的に生成された物質、または生物起源物質を記述するために使用される用語である。バイオマスに含まれる化学エネルギーは、光合成の自然過程を使用する太陽エネルギーに由来する。これは、植物が環境から二酸化炭素と水を吸収して、太陽光からのエネルギーを使用し、それらを糖、澱粉、セルロース、ヘミセルロース、およびリグニンに変換するプロセスである。全ての再生可能なエネルギー源の中で、バイオマスは、それが、効果的に、貯蔵された太陽エネルギーであるという点において特有である。さらに、バイオマスは、炭素の唯一の再生可能資源である。
【０００５】
燃料用に生物起源炭素を利用することにより、炭素がさらにバイオマスを栽培するために再利用されるので、燃焼に関連したＣＯ
２
排出が、正味ライフサイクル二酸化炭素排出に寄与しない。また、生物起源炭素の燃料としての使用は、通常、エネルギー生産のための石炭または他の固体化石燃料の使用と比較して、二酸化硫黄および水銀の排出を低下させるであろう。
【０００６】
炭素が直ちに燃焼されない化学的および材料用途に対して、生物起源炭素を利用することにより、炭素が長期間にわたって効果的に隔離できる（例えば、炭素が永久構造物用の鋼に追加される場合）。このように、正味の二酸化炭素排出が実質的にマイナスである、すなわち、大気からのＣＯ
２
が、生物起源供給原料を栽培するために使用され、次いで、炭素が生物起源産物内で隔離される。
【０００７】
しかし、バイオマスを高炭素試薬に変換することは、供給原料の多様性、操作上の困難、および資本集約度から生じる、技術的課題ならびに経済問題の両方を引き起こす。バイオマス供給原料を高炭素材料に変えるための種々の変換技術が存在する。周知の変換技術のほとんどは、何らかの形の熱分解を利用する。
【０００８】
熱分解は、酸化剤（空気もしくは酸素）が完全に存在しないか、または酸化が相当程度まで生じないような限られた供給で、固形物の熱変換のためのプロセスである。プロセス条件および添加剤に応じて、バイオマス熱分解は、非常に様々な量の気体、液体、および固体を生成するように調整できる。低い処理温度および長い蒸気の滞留時間は、固体の生成に有利に働く。高い温度および長い滞留時間は、バイオマスの合成ガスへの変換を増大させるが、適温および短い蒸気の滞留時間は、一般に、液体の生成に最適である。最近では、バイオマスを高品質の合成ガスおよび／または液体燃料の前駆物質としての液体に変換するための熱分解および関連プロセスに多くの関心が集まっている。
【０００９】
他方、特に、高炭素試薬としての固形物の収率および品質を最適化するための熱分解処理の改善にはあまり関心が寄せられていない。歴史的に、木材の低速熱分解は、排出制御することなく、大量に、単純なバッチプロセスで実行されてきた。従来型の製炭技術は、高度に汚染するだけでなく、エネルギー能率が悪い。明らかに、エネルギーバランスを管理し、かつ排出を制御しながら、高品質炭素の持続的な商業用製造のためのかかるプロセスの拡大に対する経済的および現実的な課題がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
いくつかの変形形態では、本発明は、高炭素生体試薬を生成するためのプロセスを提供し、そのプロセスは、
（ａ）バイオマスを含む炭素含有供給原料を供給すること、
（ｂ）任意選択で、供給原料内に含まれている水分の少なくとも一部を除去するために、供給原料を乾燥させること、
（ｃ）任意選択で、供給原料内に含まれている格子間酸素の少なくとも一部を、もしあれば、除去するために、供給原料または乾燥させた供給原料を脱気すること、
（ｄ）熱分解ゾーン内で、熱い熱分解固形物、凝縮性蒸気、および不凝縮ガスを生成するために、実質的に不活性なガスの存在下で少なくとも約１０分間、約２５０℃～約７００℃から選択された熱分解温度で、供給原料を熱分解すること、
（ｅ）凝縮性蒸気の少なくとも一部および不凝縮ガスの少なくとも一部を熱い熱分解固形物から分離すること、
（ｆ）冷却ゾーン内で、温かい熱分解固形物を生成するために、実質的に不活性なガスの存在下で少なくとも約５分間、熱分解温度より低い冷却ゾーン温度で、熱い熱分解固形物を冷却すること、
（ｇ）冷却ゾーンとは別個の任意選択の冷却装置内で、冷たい熱分解固形物を生成するために、温かい熱分解固形物をさらに冷却すること、ならびに、
（ｈ）温かいか、または冷たい熱分解固形物の少なくとも一部を含む高炭素生体試薬を回収すること
を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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