用于多室生物质反应器的系统和方法与流程

用于多室生物质反应器的系统和方法
相关申请的交叉引用
1.本技术要求于2020年5月27日提交的美国临时申请号63/030,861以及于2020年9月10日提交的美国临时申请号63/076,571的权益，这两个申请均通过援引以其全部内容并入。
技术领域
2.本发明总体上涉及生物质处理领域，更具体地涉及用于多室生物质反应器的新的且有用的系统和方法。


背景技术：

3.移动床生物质热化学反应器通常具有引导气体流的问题。在正压下操作时，来自热化学反应的挥发性废气和排气可以从多于一个通路离开反应器，这可能不是期望的。通常，期望的是引导大部分的挥发性废气和排气在一个指向出口的通道中流动，使得气体可以被适当地处理/氧化/排出，以便从其提取热量并且同时满足任何污染标准。作为示例，在包含一个或多个反应后固体出口的移动床反应器中，有时不期望使挥发性废气和排气在与固体材料相同的方向上行进。在负压(自然对流)下操作时，可能期望但具有挑战性的是：进入的空气通过专用空气注入口而不是通过任何其他通路(比如，固体出口)进入。
4.在生物质移动床反应器(例如，类似于wo 2018/213474 a1中描述的生物质移动床反应器，该申请以其全部内容在此通过援引并入本技术)中可以观察到的另一种不期望的情况是：在移动床底部处的主反应室中上升的热空气可以产生负压(烟囱效应)，该负压将空气从炭出口穿过炭冷却出口的长度吸入反应器中。与应该被冷却的输出的经焙烧/炭化的生物质逆流的这种空气流可以产生氧化环境，该氧化环境继续对经焙烧/炭化的生物质进行氧化/燃烧并且阻止适当的冷却。结果是损失经焙烧的生物质的碳并且降低输出质量和固体能量产量。
5.在涉及致密生物质(比如，松木刨花和稻壳)的一些情况下，反应器床内的生物质提供足够的流体阻力(“堵塞”)以防止空气自由通过反应器并且防止形成烟囱效应(或者情况相反)。在这种情况下，虽然在炭冷却区段内存在空气，但是空气无法容易地穿透致密生物质床进入移动床区域。因此，没有强制流动(烟囱效应)。相比之下，在松散生物质(例如，椰子壳)的情况下，在移动床中和在炭冷却区段中存在足够的空隙空间，使得空气能够自由地进入移动床中，从而产生强烟囱效应。事实上，在一些情况下，来自炭出口的空气流相对于强制空气流入口是如此之强，使得强制空气流入口在计量反应区内的空气与生物质比率方面毫无用处。在这种情况下，失去对反应区的控制，并且空气与生物质比率仅通过由移动床形成的烟囱效应的强度来设定。
6.为了解释存在的这些问题，需要一种生物反应器系统和方法，其能够控制空气流，控制废气和排气，有效利用排气和废气，并且既可以处理松散生物质又可以处理致密生物质，而不产生烟囱效应。本发明提供了这样的新的且有用的系统和方法。
附图说明
7.图1是示例系统的示意图。
8.图2是示例系统的替代示意图。
9.图3是包括倾斜度可变模块的示例系统的示意图。
10.图4是包括倾斜度可变模块的示例系统的替代示意图。
11.图5是通过系统处理生物质的示意性图示。
12.图6是示例传送器系统的示意图。
13.图7是示例螺距可变推运器的示意图。
14.图8是示例螺距可变推运器的子部分。
15.图9是示例螺距可变推运器的一个端部段的子部分。
16.图10是示例螺距可变推运器的另一端部段的子部分。
17.图11是示例可变轴推运器的示意图。
18.图12是具有孔的示例推运器叶片的示意图。
19.图13是具有穿孔叶片的示例推运器的示意图。
20.图14是相对于系统的中性压力面的示意性示例。
21.图15是系统部件致动的示意性示例。
22.图16是烟道伸长的示意性示例。
23.图17是相对于中性压力面的系统致动的一个示例。
24.图18是相对于中性压力面的系统致动的一个示例。
25.图19是示例系统的示意图。
26.图20是示例系统的示意图。
27.图21是可以用于系统和/或方法的示例性系统架构。
具体实施方式
28.本发明的实施例的以下描述并不旨在将本发明限于这些实施例，而是使得本领域技术人员能够制造和使用本发明。1.概述
29.如图1所示，用于多室生物质反应器的系统和方法可以包括：反应室，该反应室包括用于生物质处理的主室；出口室，该出口室与反应室相邻并且连接到反应室，主要用于生物质终产物冷却；生物质入口，该生物质入口包括用于将生物质输入到生物质反应器中的区域；传送器系统，该传送器系统包括致动生物质从生物质入口穿过反应室并且穿过出口室而穿过生物质反应器的部件；气体交换系统，该气体交换系统控制生物质反应器内的气体流，该气体交换系统包括：空气通风口和排气装置；以及降低和升高室部件的倾斜度可变模块。该系统和方法用作生物质反应器，该生物质反应器利用传送器系统来改变生物质密度并且利用气体交换系统来控制穿过反应器的空气/气体流。这在可能需要在各种环境和条件下使用的便携式生物质反应器中可能特别有用，并且可以受益于基于便携式生物质反应器的使用动态校准配置。
30.该系统和方法可以特别适用于便携式生物反应器(即，生物质反应器)领域。也就是说，该系统和方法提供了能够进行热分解反应的便携式生物质反应器，这些热分解反应
比如是：热解(例如，焙烧和碳化)和用于处理生物质的类似热反应。便携式生物反应器可以在各种环境和条件下使用，并且可以使用用于基于便携式生物质反应器的这种使用来动态校准配置的系统和方法。
31.另外，该系统和方法可以应用于碳纤维生产领域。除了处理塑料、聚丙烯腈(pan)聚丙烯酰胺和/或其他碳纤维前体以生产碳纤维之外，该系统和方法还可以使得能够处理用于制造碳纤维和碳纤维产品的生物材料。
32.该系统和方法可以提供许多潜在的益处。该系统和方法不限于总是提供这样的益处，并且仅作为关于可以如何使用该系统和方法的示例性表示而呈现。这些益处并非是详尽的，而是可能另外或替代地存在其他益处。
33.该系统和方法潜在地提供了便携式生物质反应器的可以高效地将生物质处理成能量密集的终产物以供使用的益处。
34.该系统和方法可以使得能够控制生物反应器内的空气/气体流。内部空气/气体流的控制潜在地提供更高效地处理生物质的益处。
35.控制内部气体流的另一潜在益处是：该系统和方法可以使得能够实施以其他方式不可能实施的处理步骤。
36.另外，控制内部气体流可以提供生物反应器的更好环境管理的益处。通过控制内部气体流，污染物可以在将它们排出生物反应器之前被保持和“清洁”。另外，内部气体流可以使得污染物能够储存起来而不被排出。
37.控制内部气体流可以进一步提供潜在的冷却益处。也就是说，该系统和方法可以使得生物质能够在生物质反应器的反应室和/或反应器的其他区域中进行冷却。
38.该系统和方法可以另外包括用于使内部生物质致密化的螺距可变推运器。改变内部生物质密度提供了获得理想的期望生物质终产物尺寸的潜在益处。
39.另外，生物质致密化提供了改善对系统内气体交换的控制的潜在益处。
40.该系统和方法可以另外提供碳纤维生产工具的益处。通过利用生物质反应器实施碳化反应的能力，该系统和方法提供了高效的且便携式碳纤维生产的潜在益处。
41.另外，该系统和方法可以提供便携式碳化工具。由于当前的碳纤维生产反应器主要是固定的，因此该系统和方法潜在地提供了用于碳纤维生产的便携式装置的益处。2.系统
42.如图1至图4中所示，用于多室生物质反应器的系统包括：反应室110，该反应室包括用于生物质处理的主室；出口室120，该出口室与反应室相邻并且连接到反应室；生物质入口130，该生物质入口包括用于将生物质输入到生物质反应器中的区域；传送器系统140，该传送器系统包括致动生物质和其他组分从生物质入口穿过反应室并且穿过出口室而穿过生物质反应器的部件；以及气体交换系统150，该气体交换系统控制生物质反应器内的气体流，该气体交换系统包括：至少一个空气通风口152；以及排气装置154。
43.系统用于处理生物质，由此该系统将输入的生物质转化为富含能量的产物，比如煤、炭、生物燃料、肥料、煤球、电力、产热以及其他合适的输出。系统可以具有多个变型，其中，系统可以具有另外的或更少的部件，如第二图2(系统的第二示例示意图)中所示。在一些变型中，如图3和图4中所示，系统可以进一步包括：倾斜度可变模块160，该倾斜度可变模块包括可以改变反应室、出口室和生物质入口的倾斜度和/或高度的致动部件，例如，倾斜
度可变模块可以升高出口室的定位，使得该出口室处于倾斜状态。
44.系统用作可以保持和处理生物质的生物质反应器。生物质反应器可以包括开放或封闭的系统。也就是说，生物质反应器可以包括将储存的生物质密封在其中或对外部环境开放的储存空间。在一些变型中，生物质反应器可以具有开放和封闭的操作模式，其中，整个系统和/或室可以在封闭的系统与开放的系统之间改变。
45.取决于实施方式，系统可以具有另外的或替代的部件。另外的部件可以实现不同的或改进的操作。例如，另外的部件可以使得能够处理不同的生物质(例如，处理基于液体的生物质)，使得能够生产不同的输出/终产物(例如，碳纤维生产)，以及改善一般功能性(例如，隔离层可以改善极端天气条件下的生物质反应器功能性)。另外的部件的示例可以包括：控制单元、电力系统(例如，为系统部件供电和/或引发反应)、传感器系统(例如，更好地监测系统功能性)、通信系统(例如，用于用户监测和改进的可操作性)、燃烧室(例如，能够生产高温终产物)、冷却系统(例如，气流喷射冷却、水雾喷射冷却)和/或其他合适的部件。
46.如图1至图4的示例示意图中所示，系统可以包括多个实施方式变型，其中，部件可以根据实施方式而被不同地改变和定位。特别地，取决于实施方式，系统可以包括用于以下各项的不同位置和尺寸：生物质入口130、空气通风口152和排气装置154。
47.系统可以另外用作“便携式”生物质反应器，其中，系统可以根据需要进行运输以及在现场使用。以此方式，系统可以在具有一组参数的一个区域中实施，并且定位成用于一种类型的生物质处理的处理，然后被改变和/或移动以用于另一类型的生物质处理的处理。便携式生物反应器用于使得能够在较大的生物反应器通常无法进入的位置储存和处理生物材料。在一些变型中，便携式生物反应器包括大约在30至250m3之间的体积。在一些变型中，便携式生物反应器尺寸小并且包括大约在10至30m3之间的体积。在一些变型中，便携式生物反应器是小型化的并且包括大约在1至10m3之间的体积。在一些变型中，便携式生物反应器是大幅小型化的并且包括大约在0.5至1m3之间的体积。优选地，便携式生物反应器可以接收多种类型的生物质(例如，食物垃圾、野生树枝、农业残渣)。便携式生物反应器110可以优选地改变内部条件以处理生物质。内部变化可以包括：热转化(例如，焙烧)和生化转化(例如，发酵)。这些过程可以通过改变温度、压力，以及增加和减少穿过便携式生物反应器的气体流(例如，氧气)来实施。在优选的变型中，便携式生物反应器可以通过分解生物质来主要生产固体产物生物燃料(例如，肥料、生物煤)。在一个优选的变型中，便携式生物反应器110在低氧条件下起作用。
48.在一个实施方式中，生物质反应器可以包括类似于在2018年5月16日提交的wo 2018/213474 a1(其全部内容通过该援引并入本文)中描述的生物质反应器装置的生物质反应器部件。该系统另外可以应用于替代的或另外形式的转换系统。在另一示例性应用中，该系统和方法被用于包括小规模、处理密集的热解反应器的生物质反应器，其中，这些生物质反应器由生物质产生液体产物(例如，生物油、柴油和其他分馏的化学化合物)以及合成气。在一些实施方式中，该系统可以被配置用于较大形状系数的生物质反应器或不可移动的生物质反应器。
49.作为将生物质处理成期望可用的、富含能量的终产物的方式，系统可以具有多种处理模式功能性。系统的处理模式功能性可以特定于所实施的生物质反应器、待处理的生
物质和/或所期望的终产物。例如，一种所实施的系统可能仅特定于接收一种类型的生物质材料(例如，木材)并将其转化为一种终产物(例如，木材被部分氧化/气化以产生合成气)。第二种所实施的系统可以接收多种类型的生物质材料(例如，垃圾，包括纸、木材、食品废物)并将它们处理成一种终产物(例如，垃圾被部分氧化/气化以产生合成气)。第三种系统可以接收多种类型的生物质材料(例如，垃圾)并将其转化为多种类型的终产物(例如，分离垃圾并使用燃烧、焙烧、生物酯化和发酵从这些组分生产生物气、生物煤、乙醇和生物柴油)。第四种生物反应器110可以接收单一类型的生物质材料(例如，木材)并将其转化为多种终产物(例如，生物煤和热)。
50.除了具有用于生物质处理的多种操作模式之外，系统还可以具有其中相对于系统内生物质移动的方向控制穿过系统的空气/气体流的操作模式。使用系统部件，系统可以使得空气/气体流动的方向能够随着生物质处理的运动、逆着生物质处理的运动或与生物质处理的运动无关。也就是说，系统可以具有同向流、反向流、交叉流操作模式，其中，空气和气体流指向生物质处理的方向、逆着生物质处理的方向和相对正交于生物质处理的方向。另外或替代地，系统可以制定在取决于或独立于生物质处理方向的其他方向上的当前操作模式。图5中示出了一个示例示意图，其中，生物质从烟道进入系统，经处理后作为经焙烧的输出被驱动出去。在该示例中，空气/气体被控制为部分反向流，其中，排气存在于添加生物质的主要区域。
51.与系统一起使用的生物质的类型根据许多因素而变化，例如根据生物质被收集的区域以及生物质反应器实施方式。尽管从技术上讲，生物质可以包括任何植物材料(例如，树枝、叶子)或动物材料(例如，尸体、食品废物)，但这里的生物质可以用来指代可以被转化为期望的终产物、优选为燃料或能量终产物(例如，生物燃料或热)的任何有机材料。这可以包括并非源自植物或动物的含碳材料，特别是任何其他碳氢化合物(例如，合成生产的有机材料、活性碳、飞灰和木炭粉)。在许多变型中，生物质可渗透空气或可半渗透空气。也就是说，生物质可以总体上允许空气行进穿过，但是一旦被压缩，生物质就可以阻挡空气的通过。在系统的一些应用中，生物质可以分解成不打包或压缩的较大的材料输出。这些较大的生物质材料(如椰子壳)可能在控制空气行进方面产生独特挑战，这可以被该系统解决。在一些变型中，生物质可以包括不可用的材料(例如，作为垃圾收集的一部分)。在这些变型中，可以将不可用的材料从系统移除。替代地，在一些变型中，不可用的材料可以与可用的生物质一起储存和“处理”。这可能是不可用的材料对终产物几乎没有影响的实施方式的情况。
52.生物质反应器终产物优选为来自生物质的经处理的化合物。更优选地，终产物是富含能量的化合物，其呈可以随时利用的形式(例如，燃料)或需要进一步处理的形式(例如，石油)。替代地，生物质终产物可以是任何一般期望的化合物。如本文所使用的，为了简化讨论，生物质终产物将被称为“炭”。用于生物质终产物的术语“炭”的使用决不限制生物质终产物可以是什么。可能的终产物的示例包括：肥料、生物燃料、活性碳(例如，生物煤、煤球)、电力、碳纤维和产热(例如，来自燃烧生物质)。终产物另外可以是旨在用于碳封存的材料形式。在一些变型中，终产物可以是仅被部分处理的化合物，例如，石油或焦炭。在这些变型中，终产物可以被当作最终的终产物、或被运输/转移到另一处理设施或反应器进行进一步处理。
53.如本文所定义的，中性压力面(neutral pressure plane，npp)描述平面或其他表面，其中，生物质反应器内的压力与生物质反应器外部的压力匹配，使得在没有主动泵的情况下，在npp处的气体交换是相对可忽略的(应注意，扩散仍然发生)。在许多变型中，npp至少部分地取决于随高度减小的环境空气压力(pa)。因此，在许多变型中，npp上方的气体交换可以引起流出生物质反应器的净气体流，并且npp下方的气体交换可以引起流入生物质反应器的净气体流。作为生物质功能性的一部分，系统可以利用npp来促进气体交换。因此，通过npp的利用，系统可以使得生物质处理能够在相对于生物质处理不同的气体流下进行；也就是说，系统可以实现同向流、反向流和/或交叉流气体流动(例如，与生物质移动/处理正交的气体流动)和/或流向的一些组合。如图14中所示，示出了系统的示例示意图，其中，绘制了npp。在该示例中，npp上方的空气通风口可以实现气体离开生物反应器的交换，并且npp下方的空气通风口可以实现空气进入系统的交换。
54.系统可以包括反应室110。反应室110用于处理输入的生物质。总体上，反应室110包括一个或多个室，该一个或多个室使得能够在输入的生物质上发生热分解反应。根据实施方式，可以实施任何范围的(多个)热分解反应，例如温和形式(比如，焙烧)和极端形式(比如，碳化)。在一些变型中，反应室可以实现更复杂的反应，其中，热解仅是反应(例如，燃烧或气化)的一部分。在其他变型中，反应室可以实现其他类型的生物质处理，例如热分解。
55.作为反应室110功能性的一部分，反应室可以包括能够实现热力学性质的变化的部件。例如，可以使反应室110能够进行内在变化，比如：升高/降低温度(例如，热泵或燃烧反应)、升高/降低压力(例如，改变室体积或防止排气离开)；和/或外在变化，比如：添加/去除生物质材料(例如，分离不同的生物质组分)、添加/去除其他组分(例如，去除反应废物组分)、增加/减少气体/液体组分的流量(例如，增加用于燃烧的氧气流量)。
56.在一些变型中，反应室110可以包括多个室，其中在生物质处理期间，生物质可以作为移动材料进入不同的室中，并且在这些不同的室中启动不同的处理。这些室可以实现生物质处理的不同阶段。例如，过滤、氧化、还原、溶解等。
57.反应室110可以包括多种处理模式，其中，这些处理模式可以取决于输入的生物质、期望的终产物和潜在的其他因素(例如，环境条件、反应室能力等)。因此，可以使反应室110能够通过改变室的内部条件来“处理”生物质。也就是说，处理用于通过诱导生物质内的物理和化学变化来生产期望的终产物。取决于实施方式，不同的处理模式可以是生物反应器本身的性质(例如，反应室110性质)或针对生物质输入的类型或期望的终产物的类型在反应室内实施的特定步骤。
58.系统可以包括出口室120。出口室用作输入的生物质的二级处理和/或后处理。出口室120可以直接连接到反应室110，使得输入的生物质可以直接行进到出口室中。出口室120另外可以包括出口，使得经处理的生物质可以离开生物反应器。替代地，取决于实施方式，出口室可以连接到另一生物反应器室110。
59.在一些变型中，出口室120可以用作炭冷却区域。也就是说，炭可以在该区域中被主动地和/或被动地冷却。在这些变型中，出口室s120可以包括开放或半开放区域(例如，空气通风口)，使得出口室可以被外部环境温度冷却。另外或替代地，出口室120可以结合其他冷却方法(例如，液体冷却、喷洒水雾或蒸汽)。
60.在一些变型中，出口室120可以用于实现生物质的延长或第二阶段处理。如图2中
所示，在这些变型中，出口室还可以连接到烟道或其他排气口，使得经过加热的气体和/或化合物可以沿着生物质流动以帮助处理生物质。
61.系统可以包括生物质入口130。生物质入口用作生物质的入口点。生物质入口130可以直接连接到反应室110，或者可以包括通向反应室的“管道”。取决于变型，生物质入口能够打开和关闭。替代地，生物质入口始终是打开的。在一些变型中，系统可以具有多个生物质入口130。
62.在一个变型中，如图3和图4中所示，生物质入口130还用作系统烟道。也就是说，生物质通过与排气从系统释放的通道相同的通道输入到系统中。生物质入口130还包括烟道功能以实现反向流气体交换。反向流气体交换可以使得能够通过排气高效地加热生物质，从而潜在地使得能够更好地激活/点燃生物质材料。
63.在另一变型中，如图1和图2中所示，生物质入口130可以定位在反应室110的一侧。侧面进入的生物质入口130可以用于提供更容易的入径，并且使得生物质能够更有效地输入到生物质反应器中。另外，侧面进入的生物质入口130可以实现更好的同向流处理。也就是说，侧面进入可以使得能够更高效地并入同向流空气/气体流，其中，输入的空气和排气沿与生物质处理的方向相同的方向流动。
64.系统可以包括传送器系统140。传送器系统用于将输入的生物质输送通过系统；使输入的生物质从生物质入口130，通过反应室110，通过出口室120，并离开系统。另外，传送器系统140可以参与改变生物质的物理性质(例如，压缩、铺展、混合、改变生物质处理的停留时间等)。传送器系统可以包括驱动件和致动部件。在包括倾斜度可变模块160的变型中，传送器系统140可以与倾斜度可变模块结合工作；其中，传送器系统可以利用系统倾斜来改善期望的效果。在一些变型中，传送器系统140可以包括造粒机、压块机和/或螺距可变推运器。如图6中所示，一个样品传送器系统140包括用于固体传送的移动床、研磨装置、造粒/压块机和注入口。在该示例中，注入口可以使得能够注入粘合剂、炭冷却流体或其他流体，以使炭更有延展性以便造粒。
65.取决于实施方式，传送器系统140还可以允许向前或向后输送生物质和生物质终产物。生物质的向后运动可以实现扩展的处理量(例如，用于碳化)，和/或实现多阶段处理。另外，生物质的向后运动可以通过清除粘滞生物质来改善生物质的机械传送。
66.在一些变型中，传送器系统140包括携带生物质穿过系统的移动床。取决于实施方式，传送器系统可以包括单个床，其中，传送器系统致动生物质均匀地穿过系统。替代地，移动床可以包括多个床，使得每个区段以不同的速率(即，非均匀致动)输送生物质。例如，反应室110中的第一移动床区段可以减慢生物质的输送，使得生物质被充分处理成炭。在反应室110的末端和出口室120的始端处的第二床区段可以缓慢地移动(或根本不移动)，使得能够积聚经处理的生物质(例如，以防止气体流入出口室120。在出口室120内的第三床区段可以用期望的速率移动，使得炭被充分冷却。在许多变型中，每个区段的直径比率是受控的。在一些变型中，这意味着出口室120的尺寸与移动床的直径的比率不超过特定比率，其中，出口室的尺寸是指最短的截面长度(例如，圆形出口室的高度、宽度、直径等)。在一个示例中，该比率不超过1。在第二示例中，该比率不超过0.5。在第三示例中，该比率不超过0.25。在一些变型中，该尺寸比率至少还可以部分地取决于生物质尺寸。
67.另外或替代地，对于移动床，传送器系统140可以包括其他部件以实现非均匀致
动。例如，传送器系统可以包括推运器(例如，均匀推运器、螺距可变推运器)、旋转滚筒等。也就是说，传送器系统140可以包括用于沿着限定的致动路径非均匀地致动生物质的任何机构。除了通过允许生物质在期望区域中停留相对优化的时间量来实现生物质的更好处理之外，非均匀作用可以用于实现生物质的压缩。生物质压缩可以使得能够(例如，通过减慢或阻断气体流)更好地控制气体交换流。在一个示例中，可以实施传送器系统140，使得在反应室110和出口室120连接的区域附近能够压缩生物质，从而限制、减少或堵塞反应室110至出口室120之间的空气/气体流。生物质的压缩将生物质置于压力下(包括但不限于压缩或挤出处理，比如使通道变窄(或者对于包括螺距可变推运器的系统而言增加螺旋推运器的螺距)。
68.在一些变型中，传送器系统140包括推运器。如图7至图10中所示，推运器可以包括螺距可变推运器。优选地，推运器包括驱动轴，如图5中所示，其中，驱动轴驱动推运器。如图7至图10中所示，推运器可以在每个室的主要区域具有均匀螺距，在室之间具有可变性。例如，螺距可变推运器可以在大部分反应室110和大部分出口室120具有相对均匀的螺距，其中在两个室之间的区域中具有更密集的螺距。替代地，推运器螺距在反应室110中、或者经过反应室沿着出口室120内部的初始部分(即，炭冷却区段)逐渐减小。如前所述，可变螺距可以实现生物质的致密化，从而产生“堵塞”，使得可以减少或限制反应室110与出口室120之间的空气流动。另外或替代地，可变螺距可以使得能够改变生物质处理停留时间。对于相同的旋转速度，通过调节该位置处的推运器的螺距，可以增加或减少出口室120中的生物质停留时间。这可以用于实现在出口处炭的期望温度。
69.减小推运器的螺距可以压缩经焙烧的生物质(该生物质的体积先前已经在反应室中减小)。通过使推运器的螺距局限于特定区域，可以在出口室120的目标区域中压缩经焙烧的生物质。这将提高经焙烧的生物质的水平并且填充出口管道的轴向预计的截面面积。可以调节减小的螺距与(在反应室中的)原始螺距之间的比率，使得轴向预计的截面面积大于期望的量。在一个变型中，预计的截面面积大于全面积的75％。在其他变型中，预计的截面面积大于全面积的99％。如果已知经焙烧的生物质的水平，则可以将减小的螺距的比率粗略地计算/预测为全轴向预计的截面面积与管道中实际上由经焙烧的生物质占据的截面面积的比率。这可以增加使空气自由进入移动床并且进入出口室120的流体阻力，因此削弱任何烟囱效应。在一些情况下，可以进一步使减小的螺距与原始螺距的比率增加，使得经焙烧的生物质被压缩成更小的块。这种将大颗粒生物质断裂成较小颗粒可以进一步用于增加在螺距减小的区域中的流体阻力。巧合地，这可以用于减小经焙烧的生物质的尺寸的双重目的，这通常是焙烧或任何热化学处理后所期望的后处理步骤。如果进行减小经焙烧的生物质颗粒尺寸，则可以控制期望的平均颗粒输出尺寸。在一个变型中，输出尺寸是小于100cm的颗粒。在第二变型中，输出颗粒小于10cm，取决于实施方式，输出颗粒尺寸可以在大于1微米的任何范围内。
70.从反应室110开始，螺距可以在几圈内逐渐减小，或者突然减小。突然减小可能对经焙烧的生物质产生更突然的压缩，这将转化成马达的零件上所需的更多扭矩，并转化成推运器上的更高机械应力；这可能导致机械故障。因此，在许多变型中，螺距的逐渐减小可以更有效地产生空气“堵塞”。替代地，螺距的突然变化可以包含在考虑驱动扭矩的变型中。在一些变型中，螺距减小的区域可以在炭冷却区段的整个长度上延伸。
71.在其他变型中，螺距减小的区域可以仅持续几圈，之后在炭出口的方向上螺距再次增加。螺距的增加可以是在几圈内突然增加或逐渐增加。对于这些变型，螺距减小的区域可以是至少几个推运器圈(》2)，以便产生有效的空气“堵塞”。
72.在一些变型中，如图11中所示，推运器轴的外径(od)可以在反应室110中或经过反应室在出口室区段120内部的初始部分中逐渐或突然增加。这可以用于压缩生物质并且产生空气堵塞，其中，生物质在推运器轴与传送器系统的管壁之间被压缩。取决于实施方式，螺距可以始终保持恒定或可以不始终保持恒定。对于恒定螺距的推运器，增加的推运器轴直径可以通过迫使经焙烧的生物质压缩而产生相同的效果。可以调节扩大的推运器轴od与(在反应室110中的)原始推运器轴od之间的比率，使得轴向预计的截面面积被填充到期望的量。例如，该截面面积可以是：填充了75％、90％、95％或99％，如果已知经焙烧的生物质的水平，则可以将该比率粗略地计算/预测为全轴向预计的截面面积与在实施该解决方案之前管道中实际上由经焙烧的生物质占据的截面面积的比率的平方根。增加推运器轴的尺寸可以产生与先前描述的相同的压缩效果和空气“堵塞”效果，并且可以使生物质颗粒减小到较小的尺寸(实现“研磨”效果)。可以控制经焙烧的生物质颗粒尺寸的减小。在一个变型中，输出尺寸是小于100cm3的颗粒。在第二变型中，输出颗粒小于10cm，取决于实施方式，输出颗粒尺寸可以在大于1微米的任何范围内。
73.取决于实施方式，从反应室110，推运器轴od可以在一圈或多圈上逐渐增加，或者突然增加。推运器轴od的突然增加可能在经焙烧的生物质上产生更突然的压缩，这将转化成马达的零件上所需的更多扭矩。这进而可能导致推运器上的更高的机械应力，并且因此如果最初没有考虑，则可能导致潜在的故障。然而，也可以实施推运器轴od的突然增加，以产生空气“堵塞”。
74.在一些情况下，推运器轴od增加的区域可以在出口室120的整个长度上持续。替代地，增加的推运器轴od可以仅持续一圈或多圈，之后推运器轴od在炭出口的方向上再次减小，或者在几圈上突然地或者逐渐地减小。在包括增加的推运器轴直径的变型中，推运器od增加的区域可以是至少一个推运器圈，以便产生有效的空气“堵塞”。
75.由于在传送高磨蚀性物质(比如，经焙烧的生物质)的螺距减小区域中推运器上的磨损和撕裂可能增加，因此推荐推运器由耐磨材料制成或用耐磨技术(比如，表面硬化)进行处理，以便避免不断的维修/重新焊接推运器的磨损零件的需要。如果进行减小经焙烧的生物质颗粒尺寸，则期望的平均颗粒输出尺寸可以小于100cm、小于10cm、小于1cm、小于1mm、小于100微米、小于10微米、小于1微米。下面展示了该解决方案。
76.推运器可以由任何类型的材料构成。由于推运器在输送高磨蚀性物质(比如，经焙烧的生物质)时在螺距减小的区域或od轴直径增加的区域中的磨损和撕裂可能增加，因此推运器可以优选地制造得特别耐用。在一些变型中，推运器可以由耐磨材料制成或用耐磨技术(比如，表面硬化)进行处理。这可以提供的益处是：避免需要不断地维修/重新焊接推运器的磨损零件。
77.在系统倾斜、或特别是非均匀倾斜(例如，图4)的变型中，传送器系统140可以包含多个推运器(例如，每个倾斜区域具有一个推运器)。替代地，推运器可以具有一个或多个柔性接头，使得推运器能够沿着倾斜部弯曲和旋转。
78.在许多变型中，推运器的叶片足够长并且被成形成使得推运器叶片形成用于生物
质传送的相对气密(或低气体交换)的路径。这些形状配合的叶片用于最小化/控制穿过系统的气体流，特别是对于反应室110与出口室之间的情况。在一些变型中，叶片可以在给定区域内具有穿孔或孔以实现气体流动。例如，如图12中所示，推运器的推运器叶片可以在反应室110内具有孔，以便允许气体渗透到不同的隔室，从而更快地加热未反应的生物质并且改善整体反应稳定性。穿孔的尺寸应小于反应器中的生物质颗粒。取决于实施方式，穿孔可以具有小于1cm、1mm或0.1mm的直径。在一些变型中，例如，对于椰子壳，穿孔可以具有在大约0.1mm至10mm之间的直径。这系列的穿孔也可以是呈具有足够厚度和强度以使生物质沿其移动的网的形式。如图13中所示，推运器叶片中的穿孔的不同示例可以包括在推运器叶片的边缘处的凹口，或者在推运器叶片的表面上的较大的孔，这些孔的直径等于或大于生物质颗粒的典型尺寸。在这种情况下，穿孔(凹口或孔)不仅允许热气体循环，而且允许少量生物质(其可以是热的和反应性的)保留在后面而不是被推运器叶片携带走。
79.传送器系统140可以包括研磨机。研磨机可以用于研磨生物质。将生物质研磨成较小的块(尺寸不小于10微米且不大于100cm)。研磨机可以包括内嵌式研磨机(in-line grinder)。另外或替代地，研磨机可以包括锤磨机。
80.在一些变型中，传送器系统140可以包括干燥床。干燥床用于在沿着传送器系统输送期间帮助干燥生物质。干燥床可以包括内嵌式地布置在反应室110的端部内或附近的干燥设备的入口。干燥设备可以包括带式干燥器、转鼓干燥器或现在或将来的任何类型的市售驱动器。替代地，干燥设备可以包括加热床，其中，传热元件(例如，另一反应器中的外套件或加热元件)用于将热传递到加热床。
81.传送器系统140可以包括一个或多个注入口。注入口用于使得能够将流体、化学品、气体等添加到生物质。在一些变型中，传送器系统140包括在反应室110内的注入口。替代地，注入口可以位于传送器系统140的出口室120区域内。在一个示例中，注入口可以使得能够将粘合剂添加到生物质。粘合剂可以帮助“固化”或产生更致密的生物质。粘合剂的示例包括：木薯、玉米、淀粉、胶水和水。
82.在许多变型中，传送器系统140将生物质从系统输送出去。在这些变型中的一些变型中，传送器系统140还可以整理输出的炭。在一些变型中，传送器系统140可以在出口之后立即沉积浸没在水中的炭，使得从生物质反应器出来的固体落入水中，而没有任何空气能够进入。在一个示例中，传送器系统140将炭直接沉积在水中(在容器中)，其中水平正好在固体出口处以使固体落入水中。在另一示例中，将水注入到传送器系统140中，并且因此在沉积之前浸没炭。
83.系统可以包括气体交换系统150。气体交换系统150用于控制生物质反应器内的气体和空气流。气体交换系统150可以结合传送器系统140和倾斜度可变模块160来控制气体和空气流。气体交换系统150可以包括至少一个空气通风口152，其中，空气通风口实现与生物反应器外部的气体交换；以及用于从反应器释放气体的排气装置154。在一些变型中，气体交换系统可以包括连接空气通风口、排气装置和系统室的管道。该管道可以进一步用于对室进行隔离或加热(例如，管道可以引导围绕反应室120排放废气以加热反应室)。
84.气体交换系统150可以包括至少一个空气通风口152。至少一个空气通风口152实现与生物质反应器外部的被动气体交换。至少一个空气通风口152包括定位在出口室120上的第一空气通风口。气体交换系统可以包括位于反应室110和/或出口室120上的多个空气
通风口152。取决于实施方式，空气通风口152可以包括主动的(即，将空气/气体泵入或泵出系统)或被动的(即，允许被动的空气/气体流入或流出系统)。在一些变型中，空气通风口152可以“打开”以允许主动流动，或者“关闭”以仅允许被动流动。另外，空气通风口可以是“打开的”或“关闭的”，其中，打开的空气通风口实现气体交换，而关闭的空气通风口是密封的并且不允许气体交换。
85.在一些变型中，至少一个空气通风口152进一步包括定位在反应室110上的第二空气通风口。取决于实施方式，第二空气通风口152与反应室110的倾斜相比可以成角度。在一些变型中，第二空气通风口152的角度可以根据需要进行改变。以这种方式，第二空气通风口可以用于减少烟囱效应。第二空气通风口152可以实现主动或被动的空气流动。在一些变型中，二次空气通风口152可以使用该定位来减少排放物和污染物。也就是说，二次空气通风口152可以倾斜以降低反应室110中的正空气压力，从而有助于控制气体交换。在一些变型中，二次空气通风口152可以具有自动地改变二次空气通风口152的倾斜度以改善反应器功能和/或减少反应器排放的操作模式。例如，在第一二次通风口操作模式中，增大或减小二次空气通风口152的倾斜度。可能发生这些变化以：增加烟囱效应，提供更多的氧气进行混合以改善燃烧，烟气出来时太热，或者生物质反应器发出滚滚烟尘/黑烟。
86.空气通风口152可以根据每个实施方式的需要定位在生物质反应器内。在一些变型中，气体交换系统可以包括沿着生物质反应器壁的表面在不同高度处的空气通风口152。空气通风口152在不同高度处。不同高度处的被动空气通风口可以用作“测试口”。以这种方式，空气通风口可以是专用测试口，或者在需要时用作测试口。测试口可以用于通过检测穿过测试口的空气流的方向来检测中性压力面(npp)。如图14中所示，可以通过监测测试口来确定npp，其中，被动空气流将在npp上方被向外引导，并且被动空气流将在npp下方被向内引导。
87.在一些变型中，空气通风口152可以位于反应室110中最热的区域附近。这些空气通风口152可以用作空气幕并且对于并入干燥气体的一部分是有用的。在一些变型中，用作空气幕的空气通风口152可以成对定位，在反应室壁110上彼此相对。另外，空气幕效应可以起到增加反应器内的正压的作用，从而影响npp的位置。
88.在一些变型中，气体交换系统可以包括气体通风口。气体通风口包括用于将特定气体并入生物质反应器的特定室中的入口(例如，出口室气体通风口、反应室气体通风口)。气体通风口可以包括根据实施方式的需要将气体被动或主动输入到系统中。
89.在一个变型中，气体通风口可以位于生物质出口附近。气体通风口可以在与经焙烧的生物质的传送方向相反的方向上泵入“干燥”气体。优选地，干燥气体是惰性气体，比如蒸汽(其可以是低温的)或氮气。干燥气体可以填充炭冷却区段。在一些变型中，干燥气体还可以在到达反应室110之前在一个或多个出口/空气通风口处被抽出。干燥气体可以防止热的经焙烧的生物质发生反应，并且可以更有效地进一步冷却经焙烧的生物质。
90.气体交换系统150可以包括排气装置154。排气装置用于带走由生物质反应器的运行产生的废物和/或废气。在许多变型中，排气装置包括154用于消散气体的烟道。烟道可以包括直接或通过管道组连接到生物反应器的一个或多个“烟囱”体。根据实施方式，烟道可以连接到反应室110(如图3中所示)，或者连接到出口室(如图1中所示)。替代地，烟道也可以不连接到任一室，而是具有将该烟道连接到一个或两个室的管道。在一些变型中，烟道可
以起到多种用途作用。例如，烟道还可以用作生物质入口130，使得生物质经由烟道输入到反应器中。
91.烟道可以具有任何期望的高度(即，烟道长度)。烟道的高度(也称为烟道长度、烟道高度、烟道体高度)可以取决于生物反应器实施方式。烟道长度可以用于调节生物反应器温度。在一个变型中，烟道长度是出口室120的高度的大约0.1-1倍。在一个变型中，烟道长度是出口室120的高度的大约2-3倍。在另一变型中，烟道长度是出口室120的高度的大约3-4倍。在一个变型中，烟道长度是出口室120的高度的大约4-5倍。在一个变型中，烟道长度是出口室120的高度的大约5-6.5倍。如图15中所示，在一些变型中，烟道包括可伸长元件，使得烟道长度可以变化。根据实施方式，烟道伸长可以是自动的(例如，伺服马达可以使烟道伸出或缩回)或者可以是手动伸出的。烟道的伸长可以在生物反应器的操作期间或者在生物反应器“关闭”时动态地发生。在一个变型中，烟道长度变化幅度可以包括出口室120高度的1/4到出口室高度的4倍的范围。在一个变型中，烟道长度变化幅度可以包括出口室120高度的2倍到出口室120高度的6.5倍的范围。根据实施方式，烟道长度可变性的范围可以不同。
92.在一些变型中，可以改变烟道的位置。烟道位置的改变可以用于延长处理生物质的时间。例如，烟道朝向反应室110的端部的移动可以增加生物质的焙烧时间并且有效地“延长”反应室110的长度。另外，烟道的移动可以改变生物反应器内的空气流。在一些变型中，烟道可以定位在出口室120上、靠近出口室的与反应室110直接相邻的一侧。在另一变型中，烟道定位在出口室120上、靠近出口室的最远离反应室110的一侧。在另一变型中，烟道定位在反应室110上。在一些变型中，烟道包括可致动部件，使得烟道位置可以沿着生物质传送方向改变。如图16中所示，在一些实施方式中，烟道可以沿着出口室120移动和定位。在一些实施方式中，烟道可以沿着反应室110移动和定位。在一些实施方式中，烟道可以沿着整个生物反应器(即，包括反应室110和出口室120两者)移动和定位。取决于实施方式，烟道的移动可以手动地、或机械地(例如，通过伺服马达的移动)完成。取决于实施方式，烟道的移动可以在烟道的操作期间和/或当生物反应器未使用时动态地发生。烟道可以另外或替代地具有可机械调节的设置，以改变位置和其他烟道条件。
93.在一些变型中，烟道可以具有增大或减小空气阻力的部件。增大烟道中的空气阻力可以用于减少上吸烟囱效应。在一些变型中，排气装置可以包括干扰翼片。在一些实施方式中，干扰翼片可以被接合或脱离，以仅在需要时减小空气阻力。
94.在一些变型中，排气出口可以通过包括缠绕管/管道来增大空气阻力。缠绕管可以包括曲折部和转弯部以增大空气阻力。缠绕管/管道可以另外使得能够将管缠绕在部件上以提供绝缘或加热。例如，在一个实施方式中，排气管道可以缠绕在反应室110上，使得热排气加热反应室。另外或替代地，对于缠绕管/管道，可以通过使管道或出口变窄来增大空气阻力。烟道气体出口可以变窄到扼流点(例如，最窄收缩部处的气体达到超音速)。
95.在一些变型中，排气装置还可以具有“空气幕”。空气幕可以包括在反应室110中的最热高度上方的水平处的一个或多个空气通风口(该一个或多个空气通风口被配置成仅允许空气进入)。这些空气“入口”可以引入另外的空气流，其速度小于、等于或大于上升的排气流的速度。另外的空气可以与排气流成角度地(例如，垂直地)引入。在一些实施方式中，这些空气入口可以优选地设置在生物质床水平的上方，并且将空气注入与竖直方向正交的
排气流中。取决于实施方式，这些空气入口可以包括用于引入相反射流的一对或多对间隔180度定位的入口。
96.在一些变型中，系统可以包括倾斜度可变模块160。如图3和图4中所示，倾斜度可变模块160用于改变生物反应器部件的高度，和/或倾斜定位生物反应器或生物反应器部件。倾斜度可变模块可以包括能够升高和降低生物反应器和生物反应器部件的支撑部件。在一个变型中，倾斜度可变模块160包括定位在生物反应器下方以改变出口室120的倾斜角度的一个千斤顶或多个千斤顶。在另一变型中，倾斜度可变模块160包括定位在生物反应器下方和/或侧面以改变出口室120的倾斜角度的液压机构(例如，液压床)。在第三变型中，倾斜度可变模块160包括被配置成升高或降低生物反应器以改变出口室120的倾斜角度的滑轮系统。在许多变型中，倾斜度可变模块被配置成与其他系统部件(特别是传送器系统140和气体交换系统)结合操作。
97.倾斜度可变模块160可以与传送器系统结合起作用，以改善生物质致密化。如图3或图4中所示，在一些变型中，倾斜度可变模块可以增大生物反应器的斜率，同时使生物质通过推运器沿着传送器系统140移动。增大生物反应器的斜率，特别是在出口室120与反应室110之间的斜率。然后，可以使用倾斜的斜率结合推运器的速度来设定生物质致密化的水平。
98.倾斜度可变模块160还可以与气体交换系统150结合起作用，以调节和/或控制空气/气体流。如图17和图18中所示，使用测试口(或出口室120的温度分布)，npp可以相对于生物反应器进行调节，使得期望的空气通风口152可以允许被动空气流在期望的方向上行进。因此，倾斜度可变模块160可以具有操作模式，以将倾斜设定成期望的功能类型。例如，在一个实施方式中，倾斜度可变模块160包括第一中性压力面操作模式，使得在第一中性压力面操作模式中，倾斜度可变模块的致动部件动态地改变该出口室120的高度，使得出口室上的空气通风口152位于中性压力面的上方。在第二实施方式中，倾斜度可变模块160包括第二中性压力面操作模式，使得在第二中性压力面操作模式中，其中，倾斜度可变模块的致动部件动态地改变出口室120的高度，使得出口室上的空气通风口152位于与中性压力面大致相同的高度处。在第三实施方式中，倾斜度可变模块160包括第三中性压力面操作模式，其中，倾斜度可变模块的致动部件动态地改变出口室120的高度，使得出口室上的空气通风口152在中性压力面的下方。
99.在一个变型中，系统可以另外包括电力系统。电力系统用于为生物质的处理提供能量。在许多变型中，电力系统提供初始净能量以启动在能量上有利的反应。替代地，电力系统可以在整个处理中提供能量。另外，电力系统可以为系统和系统部件的其他方面提供能量(例如，为用于燃烧的产热、传感器操作、通信、处理器以及系统部件的致动提供能量)。电力系统对于其中系统部件没有“电网”能量接入的较偏远区域中的实施方式可能特别有用。电力系统可以是特定的并且可以包括能量储存库(例如，电池)、发电机或包括这两者。电力系统还可以包括或集成有电源，比如太阳能源或可以用于供应更多能量以供储存的其他类型的能源。在仅包括电池电源系统的变型中，电池优选地具有足够的能量来启动生物反应器反应。一旦生物反应器反应已经被启动，在一些变型中，反应器可以使用由反应释放的能量来对电池再充电。示例电力系统包括：热电发电机，该热电发电机使用生物质反应器的热梯度；热/蒸汽发动机，该热/蒸汽发动机从生物反应器排气产生能量；风力涡轮机；或
波浪发电机，该波浪发电机从波浪产生能量。另外，可以监测存储在电力系统中的可用能量并将该可用能量用于选择处理模式。
100.在一个变型中，系统可以进一步包括传感器系统。传感器系统用作生物质环境的实时监测器。生物质环境可以包括生物反应器的内部和生物质本身。传感器系统可以另外或替代地提供关于生物反应器的外部、生物质的源位置的传感器数据、以及任何其他期望的传感器数据。
101.传感器系统可以包括至少一个传感器(即，传感器子部件)。传感器部件用于获取特定于传感器的传感器数据。一般来说，传感器系统监测生物质。该监测优选地包括处理生物质的时间。传感器系统既可以向生物反应器提供信息，以实现生物反应器的适当动作，从而正确地处理生物质；也可以向其他系统组件提供信息，以实现控制系统部件中的适当动作。在一些变型中，传感器系统还可以根据需要向外部用户提供信息。传感器可以具有的可能传感器的示例包括：相机传感器(例如，数字胶片相机)、温度传感器(例如，温度计)、压力传感器(例如，气压计)、样品提取器(例如，用于化学分析)、湿度传感器(例如，湿度计)、成分传感器(例如，超声波、光谱仪)、和/或其他合适类型的传感器。使用的传感器的类型优选地取决于实施方式，更优选地取决于特定的生物反应器110和生物反应器可以处理的生物质的类型。
102.在一些变型中，系统可以包括控制单元。控制单元可以用于监测、同步、操作和协调系统部件。控制单元可以包括能够与系统通信并一起起作用的任何图灵完备部件(例如，微处理器)。在许多变型中，控制单元可以通过制定系统的操作模式来实现其他系统部件的复杂处理。控制单元可以直接连接到其他系统部件，但是可以替代地位于某个其他位置。在一些变型中，控制单元140可以是某个网络上(例如，网络云上)的处理器。另外，控制单元可以实现与人类部件的交互，使得人可以通过控制单元实施特定的系统活动。
103.在一些变型中，控制单元可以实现对系统的外部控制。这可以通过用户界面(ui)来完成。通过ui，用户可以在生物反应器活动之前和期间从系统部件接收数据(例如，传感器系统120数据、一般信息在线数据、控制单元数据)并向系统和/或系统部件发出命令。用户控制可以包括添加额外参数、修改控制单元操作、添加新的控制单元操作(优先考虑低碳排放终产物)和取消当前操作。标准控制单元操作可以包括：输入生物质的类型、设定终产物、设定空气-气体流方向、设定生物质/炭终产物密度/尺寸(例如，在处理之前或之后生物质应该被研磨至多小)。
104.一旦系统被激活，控制单元可以进一步与系统部件交互以实现期望的处理。控制单元可以监测和控制的处理的示例包括：生物质终产物处理、生物质致密化和设定空气/气体流。这些处理可以另外包括子处理。子处理的示例可以包括：设定成组空气通风口开/关、设定主动/被动空气流的成组空气通风口、设定主动空气通风口压力、使二次空气通风口相对于系统部件倾斜成角度、设定烟道长度、设定烟道位置、确定中性压力面(npp)、设定系统部件相对于npp的倾斜度、设定传送器系统速度、相对于生物质致密化设定系统部件倾斜度。
105.在一些变型中，控制单元可以实现生物质致密化。在一个示例中，给定生物质类型和期望的终产物，控制单元可以：确定生物质密度(例如，通过监测反应室110与出口室120之间的气体交换从传感器系统确定生物质密度)，设定传送器系统140以期望的速率输送生
物质，并且激活倾斜度可变模块160以将生物反应器或仅将生物反应器室(例如，出口室120)升高到倾斜状态以优化生物质压缩。
106.在一些变型中，控制单元可以使得能够设定生物反应器空气/气体流流动(例如，与生物质输送方向相比，将流设定成同向流、反向流或交叉流。在一个示例中，给定期望的交叉流或期望没有被动流，控制单元可以首先通过以下方式确定中性压力面(npp)：激活沿着出口室120和/或反应器的壁的测试口空气通风口，并且监测穿过测试口的空气流动的方向。然后，控制单元可以激活倾斜度可变模块以升高出口室120，使得第一空气通风口152大致位于npp的高度处。在第二示例中，给定期望的同向流并且给定期望的生物质密度和终产物，控制单元可以首先实现生物质致密化，如上所述，从而将出口室120设定成处于倾斜状态。然后，控制单元可以确定当前系统倾斜度下的npp。一旦已经确定了npp，控制单元就可以打开npp下方的被动空气通风口以实现同向流空气流动。
107.在一些变型中，控制单元可以设定终产物，其中，控制单元可以制定适当的操作模式以生产终产物。控制单元可以从传感器系统和外部部件(例如，用户)接收信息。然后，控制单元可以利用接收到的信息(例如，输入的生物质、生物质量、期望的终产物等)来激活适当的(多个)操作模式以生产终产物。在一个示例中，给定输入的生物质(例如，椰子壳)、期望的终产物(炭)，控制单元可以激活反应室110以制定适当的操作模式(即，处理)以将生物质处理成终产物。另外，控制单元可以伸出或缩回烟道并且重新定位烟道以匹配并入的处理。在未给定最佳的生物质密度或期望流的变型中，控制单元可以另外确定最佳的生物质密度和最佳的空气流动方向。这些“最佳”值可以是先前输入的值，从外部源提取，和/或由控制单元通过机器学习或实施的优化处理来确定。
108.在一些变型中，系统可以特别适用于碳纤维终产物的生产。作为碳纤维终产物的一部分，生物质反应器可以并入比仅有生物质更宽泛的输入。例如，在一些变型中，除了生物质之外，生物质反应器可以处理塑料、pan和/或其他碳纤维前体。如图19和图20中所示，在这些变型中，系统可以进一步包括燃烧室，或者将燃烧室并入反应室110内；以及分离器/洗涤器。该替代变型可以与上述系统一起使用，或者被配置用于与任何合适类型的反应器系统一起使用。
109.燃烧室可以用于使高温燃烧引发碳化反应(例如，1000c左右)。燃烧室可以包括火花点火装置。在一些变型中，来自反应室110的废气可以流过燃烧室，然后围绕反应室循环以加热反应室。燃烧室内的废气可以与含氧气体(例如，空气)混合以燃烧混合物，从而产生可以用于支持热化学处理的热。这降低了向热化学步骤提供热所需的总外部能量，并且在一些情况下，甚至可以使这些步骤自热，这意味着它们将不需要任何外部能量来持续或分批地维持自身。
110.一旦燃烧了废气，热的燃烧后烟道气体可以与热化学反应室110交换热。在一个变型中，热的烟道气体可以通过壁与反应室110交换热(例如，传导)，如图20中所示。根据实施方式的需要，这种热交换可以以许多不同的方式结合，例如：导热壳、管、管道、蒸发器、冷凝器等。在第二变型中，烟道气体可以与反应室110、直接与反应物交换热，如图19中所示(例如，起反应的聚丙烯腈纤维或其他反应中间体(比如，石墨化基质))。在第三变型中，烟道气体可以通过辐射与反应室110交换。
111.如图20中所示，废气可以被引导到燃烧室中，在燃烧室处废气与空气和含氧气体
(比如，空气)混合并燃烧。火花点火装置可以被插入室中以确保燃烧稳定。一个或多个气体和温度传感器(例如，热电偶或热敏电阻)可以被插入燃烧室的内表面或外表面之中、之前、之后或之上，以监测气体混合物和燃烧后烟道气体的温度。然后，燃烧后烟道气体可以经过在外部、在内部、或在外部和内部围绕通过壁(例如，薄金属壁，比如不锈钢)隔开的一个或多个热化学反应室的通道。然后，壁可以使热进入(多个)热化学反应室以维持热化学反应。
112.替代地，如图19中所示，废气一旦在(多个)热化学反应室110内释放，就可以与一定量的含氧空气(例如，以化学计量比)混合并且在同一反应室中燃烧。这产生热的燃烧后烟道气体，其立即与反应物(比如，起反应的聚丙烯腈纤维)交换热以支持热化学处理步骤(例如，氧化/稳定化或后续的碳化)。在需要惰性条件的步骤(比如，碳化步骤)中。废气氧化的反应动力学可以保持足够快，使得所得的燃烧后产物将仍然能够保持大致惰性的环境。
113.对于辐射热传递，可以实施如“通过壁”热交换中描述的设置相同的设置，但是壁被加热到足够高的温度，使得其辐射到热化学反应室中并将热传递到起反应的碳基基材中。4.系统架构
114.实施例的系统和方法可以至少部分地实现和/或实施为以下机器，该机器被配置成接收存储计算机可读指令的计算机可读介质。这些指令可以由与应用程序、小程序、主机、服务器、网络、网站、通信服务、通信接口、用户计算机或移动装置的硬件/固件/软件元件、腕带、智能手机或其任何合适的组合相集成的计算机可执行部件执行。实施例的其他系统和方法可以至少部分地体现和/或实施为被配置成接收存储有计算机可读指令的计算机可读介质的机器。这些指令可以由与上述类型的装置和网络相集成的计算机可执行部件执行。计算机可读介质可以被存储在任何合适的计算机可读介质上，比如ram、rom、闪存存储器、eeprom、光学装置(cd或dvd)、硬盘驱动器、软盘驱动器或任何合适的装置。该计算机可执行部件可以是处理器，但任何合适的专用硬件装置都可以(替代地或附加地)执行这些指令。
115.在一个变型中，一种系统包括一个或多个存储有指令的计算机可读介质，这些指令当由一个或多个计算机处理器执行时，使计算平台执行包括本文描述的系统或方法的那些操作的操作，比如：处理生物质；使生物质致密化；以及设定空气/气体流。
116.类似地，在其他变型中，一种存储有指令的非暂态计算机可读介质，这些指令当由计算平台的一个或多个计算机处理器执行时，使计算平台执行本文描述的系统或方法的操作，比如：处理生物质；使生物质致密化；以及设定空气/气体流。
117.图21是系统的一种实施方式的示例性计算机架构图。在一些实施方式中，该系统被实施在通过通信信道和/或网络进行通信的多个装置中。在一些实施方式中，该系统的元件被实施在多个单独的计算装置中。在一些实施方式中，这些系统元件中的两个或更多个系统元件被实施在相同装置中。该系统和系统的一部分可以集成到可以用作该系统或在该系统内的计算装置或系统中。
118.通信信道1001与处理器1002a-1002n、存储器(例如，随机存取存储器(ram))1003、只读存储器(rom)1004、处理器可读存储介质1005、显示装置1006、用户输入装置1007和网络装置1008相接。如图所示，计算机基础设施可以用于连接反应室1101、出口室1102、生物质入口1103、传送器系统1104、气体交换系统1105、倾斜度可变模块1106、传感器系统1107、
控制单元1108和/或其他合适的计算装置。
119.处理器1002a-1002n可以采取多种形式，比如cpu(中央处理单元)、gpu(图形处理单元)、微处理器、ml/dl(机器学习/深度学习)处理单元(比如张量处理单元)、fpga(现场可编程门阵列、定制处理器和/或任何合适类型的处理器。
120.处理器1002a-1002n和主存储器1003(或一些子组合)可以形成处理单元1010。在一些实施例中，处理单元包括一个或多个处理器，其通信地联接至ram、rom和机器可读存储介质中的一者或多者；该处理单元的这一个或多个处理器经由总线接收由ram、rom和机器可读存储介质中的这一种或多种存储的指令；并且该一个或多个处理器执行所接收到的指令。在一些实施例中，处理单元是asic(专用集成电路)。在一些实施例中，处理单元是soc(片上系统)。在一些实施例中，处理单元包括系统的元件中的一个或多个元件。
121.网络装置1008可以提供一个或多个有线或无线接口，用于在系统和/或其他装置(比如，外部系统的装置)之间交换数据和命令。这样的有线和无线接口包括例如通用串行总线(usb)接口、蓝牙接口、wi-fi接口、以太网接口、近场通信(nfc)接口等。
122.包括软件程序(比如，操作系统、应用程序和装置驱动器)的配置的计算机和/或机器可读可执行指令可以被存储在来自处理器可读存储介质1005、rom1004或任何其他存储系统中的存储器1003中。
123.当由一个或多个计算机处理器执行时，相应的机器可执行指令可以被(处理单元1010的)处理器1002a-1002n中的至少一个处理器经由通信信道1001访问，然后被处理器1001a-1001n中的至少一个处理器执行。由软件程序创建或使用的数据、数据库、数据记录或其他存储形式的数据也可以被存储在存储器1003中，并且这样的数据在软件程序的机器可执行指令的执行期间被处理器1002a-1002n中的至少一个处理器访问。
124.处理器可读存储介质1005是硬盘驱动器、闪存驱动器、dvd、cd、光盘、软盘、闪存、固态驱动器、rom、eeprom、电子电路、半导体存储器装置等中的一种(或两种或更多种的组合)。处理器可读存储介质1005可以包括操作系统、软件程序、装置驱动程序和/或其他合适的子系统或软件。
125.如本文所使用的，第一、第二、第三等用于表征和区分不同的元件、部件、区域、层和/或部分。这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。数字术语的使用可以用于将一个元件、部件、区域、层和/或部分与另一元件、部件、区域、层和/或部分区分开。除非上下文明确指出，否则使用此类数字术语并不意味着次序或顺序。在不背离本文的实施例和变型的教导的情况下，这些数字指代可以互换使用。
126.如本领域的技术人员将从前面的详细说明和这些附图和权利要求书认识到，在不脱离如所附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，可以对发明的这些实施例做出修改和变化。