AT2995U1 - Pellets für heizzwecke, verfahren und ring- oder flachmatrizenpresse zur herstellung - Google Patents

Abstract

Pellets für Heizzwecke aus gepresster Biomasse wie Säge- und bzw. oder Hobelspäne od. dgl. enthalten Körnermais in gemahlener Form bzw. Stärke, vorzugsweise Maisstärke, im Ausmaß von 1 bis 10 Gew.-%. Zur Herstellung der Pellets wird der Biomasse Stärke, vorzugsweise Maisschrot oder Maismehl im Ausmaß von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-% als Gleit- oder Bindemittel zugegeben und die Mischung wird vorzugsweise durch Dampfzugabe befeuchtet und die feuchte Masse sodann zu Pellets verpresst. Eine Ring- oder Flachmatrizenpresse zur Herstellung von solchen Pellets weist eine Lochmatrize (1) auf. Auf einer Lochmatrize laufen Kollerrollen (2, 3, 4, 5) im Kreis, wobei jede der Kollerrollen (2, 3, 4, 5) zwei Durchmesser (6, 7; 6, 7) hat und die Durchmesser von einer Kollerrolle (2, 3, 4, 5) zur nächsten Kollerrolle (2, 3, 4, 5) wechseln.

Description

AT 002 995 Ul

Die Erfindung betrifft Pellets für Heizzwecke aus gepresster trockener Biomasse, wie Säge- und bzw. oder Hobelspäne od. dgl. sowie ein Verfahren und eine Ring- oder Flachmatri-mit zenpresse Kollerrollen zur Herstellung dieser Pellets.

Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen stellt Holz und andere Biomasse als Basis für die in Rede stehenden Pellets eine relativ kurzfristig erneuerbare Energiequelle dar. Auf Holz kann in vielen Ländern zurückgegriffen werden. In der Holz verarbeitenden Industrie fallen große Mengen an Sägenebenprodukten an. So ist ein Baumstamm nur etwa zu 60% seines Volumens zu einer Hauptware, z.B. einem Kantholz, umzusetzen. Die restlichen 40% sind im weitesten Sinn als Abfall zu be-l^ofufaI Darunter fallen in erster Linie Säge- und Hobelspäne, die einen sehr geringen Marktwert besitzen, derzeit meist unter hoher Leimzugabe zu Spanplatten verarbeitet werden, jedoch in Form von Pellets eine Steierung in der Wertschöpfung erfahren.

Im Vergleich zu Erdöl als Brennstoff ist der Verbrennungsprozess mit einem Pelletsbrenner ebenso gut regelbar und die Nachfördernung von Pellets aus einem Vorratsraum erfolgt störungsfrei und kontinuierlich infolge der Rieselfähigkeit von Pellets. Der Heizwert von zwei Kilo Holzpellets entspricht etwa jenei? von einem Liter Heizöl extra leicht. Die Lagerung von Pellets ist ohne besondere Sicherheitseinrichtungen möglich, es erfolgt keine umweltgefährdende Schädigung, wenn Pellets verschüttet werden und ebenso keine Geruchsbelästigung. Somit können Pellets als vollwertiger und äußerst sinnvoller Ersatz für fossile Brennstoffe angesehen werden.

Es sind Herstellungsverfahren für Pellets bekannt, bei welchen Hobelspäne nach Durchlaufen eines Schwergutabschneiders in einer Hammermühle zerkleinert werden. Sägespäne bedürfen keiner Zerkleinerung. Die Herstellung der Pellets erfolgt in einer bekannten Ring- oder Flachmatrizenpresse, in der Kollerrollen das Pressgut durch die Bohrungen der Matrize drük-ken. Anschließend werden die Pellets gekühlt und in Silos gelagert .

Erwünschte Produkteigenschaften der Heizpellets sind: - hohe Energiedichte (Raumgewicht ca. 650 kg/m3, Heizwert ca. 4,9 kW/kg) 2 AT 002 995 Ul - hohe Abrieb- und Bruchfestigkeit, um selbst bei mehrmaligem

Umschlag, z.B. mit Pumpfahrzeugen oder Radladern, den Feinstoffanteil gering zu halten - definierte Stückigkeit (Pelletslänge)

Pellets aus Fichten-, Tannen-, Lärchen- oder Kiefernholz weisen folgende technische Spezifikation auf:

Dichte 1,1 — 1,3

Holzfeuchte 7 -10% Härte nach Kahl 15 - 20

Abrieb gern. ASAE-Standard S 269.1 1 - 4%

Der erforderliche Pressdruck resultiert aus dem Reibungswiderstand des Presskanals. Je länger der Presskanal, umso größer ist der erforderliche Pressdruck und umso dichtere Pellets werden erzielt. Die Matrizentemperatur liegt bei ca. 100°C und darüber. Die Pelletsaustrittstemperatur liegt zwischen 80 und 100°C. An der Grenzfläche des Presskanals herrschen noch höhere Temperaturen,die die Harzanteile des Holzes verflüssigen und bei längerer Verweildauer des Pellets im Presskanal (>4 sec.) eine dichte, glänzende und abriebfeste Oberfläche des Pellets erzeugen. Eine Erhöhung des Pressdruk-kes alleine bei gleicher Verweildauer führt wohl zu einem dichteren Endprodukt, verbessert aber nicht die Pelletslänge (es ist ein eher gegenteiliger Effekt zu beobachten) und die Abriebfestigkeit. Die Pelletslänge hängt primär von den Bindeeigenschaften des Pressgutes (bei Fichten- und Tannenholz gering) und sekundär von der Abschervorrichtung in der Presse ab. Da trockenes Holz (unter 11% Holzfeuchte) schwer pelletierbar ist, kann-bekanntlich als einfache Presshilfe Wasseroder Dampfzugabe (bis auf ca. 14% Holzfeuchte) verwendet werden. Es sinkt dadurch der erforderliche Pressdruck und damit die Stromaufnahme des Pressenantriebsmotorf. Gleichzeitfentsteht durch die Presstemperatur im Pellet ein Dampfdruck, der ab ca. 14% Holzfeuchte zu einem unerwünschten Quellen und zu Quer- und Längsrissen im Pellet nach Austritt aus der Matrize führt, wodurch die Dichte, die Bruch- und Abriebfestigkeit sinkjfc. 3 AT 002 995 Ul

Die Erfindung ziel^ darauf ab, Pellets mit geringem Energieaufwand dennoch weitgehend bruch- und abriebfest herzustellen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Pellets Körnermais in gemahlener Form bzw. Stärke, vorzugsweise Maisstärke, im Ausmaß von 1 bis 10 Gew.-% enthalten. Dieser Zuschlagstoff ist als biogenes Material ganzjährig verfügbar und führt zu keiner Verteuerung der Pellets. Der Zuschlagstoff Mais oder Stärke (Maisstärke) bewirkt ein Sinken des Pressdruckes und erhöht die Gleitwirkung, was auch dem Fettgehalt der Maiskeime zuzuschreiben ist. Dadurch ist die Verwendung von längeren Presskanälen innerhalb der Lochmatrize der Pressen möglich. Mit der längeren Verweilzeit in den Presskanälen ergibt sich eine besonders glatte Pelletoberfläche sowie ein ausreichend festes transport— und lagerfestes Pellet. Der gemahlene Mais bzw. die Stärke weist Bindemitteleigenschaften auf, sodass die Bruchfestigkeit und die Pelletlänge vergrößert werden können. Dennoch werden die Abbrand- und Ascheneigenschaften nur unwesentlich verändert. Die Erfindung basiert auf der gewonnenen Erkenntnis, dass die Pelletierung von reinem Holz infolge gegenläufiger Einflussfaktoren nur innerhalb eines kleinen "Fensters", definiert durch Holzfeuchten von ca. 11-14%, einem bestimmten“Pressen-verhältnis" (Verhältnis von Bohrungsdurchmesser zu Presskanallänge, z.B. 1:4-5) und einer bestimmten Verweilzeit im Presskanal (z.B. 3-6 sec.) wirtschaftlich möglich ist. Außerhalb dieses Fensters sinkt entweder die Produktqualität oder es steigt der Energieverbrauch und der Verschleiß an Matrize, Kollerrollen und Kollerlagern oder es treten Störungen im Produktionsablauf (z.B. Verstopfen der Matrize) auf. Dies kann gemäß der Erfindung vermieden werden.

Das Verfahren zur Herstellung von Pellets ist dadurch gekennzeichnet, dass der Biomasse Stärke, vorzugsweise Maisschrot oder Maismehl im Ausmaß von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-% als Gleit- oder Bindemittel zugegeben wird und die Mischung, vorzugsweise durch Dampfzugabe befeuchtet wird, und die befeuchte Masse sodann zu Pellets ver-presst wird.

Durch Versuche wurde bestätigt, dass bereits eine geringe Zugabe (1-3 Gew.-% von Mais- oder Getreideschrot oder -mehl 4 AT 002 995 Ul als Stärkelieferant zu wesentlichen Verbesserungen der Parameter - erforderlicher Pressdruck - Abriebfestigkeit - Pelletslänge führt.

Die Zugabe von gemahlenem Mais- oder Getreide zum Pressgut erfolgt am günstigsten vor einer Feuchtezugabe (z.B. 2-3%) durch vorzugsweise Dampf. In einem Verweilbehälter ("Reifebehälter","Hydrothermischer Reaktor") wird die enthaltene Stärke durch den Dampf aufgeschlossen und geht im Quellbereich (z.B. zwischen 64 und 72°C bei Maisstärke) in hoch-V viskosefStarkekleister über. Der Pressdruck sinkt um ca. 20%, wodurch entweder eine Stromeinsparung und Minderverschleiß erzielt werden kann, oder eine Leistungserhöhung oder eine Verlängerung des Presskanals möglich wird. Soll ein Stickstoffeintrag (besonders über die im Getreide enthaltenen Proteine) in das Pressgut wegen resultierender erhöhter NOx-Werte im Abgas vermieden werden, so ist reine Stärke zu verwenden .

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung liegt in einer verbesserten Ring- oder Flachmatrizenpresse mit besonders ausgebildeten Kollerrollen. Diese Presse ist dadurch gekennzeichnet, dass die im Kreis über einer Lochmatrize geführten Kollerrollen jeweils mit mindestens zwei unterschiedlichen Durchmessern längs ihrer Drehachse ausgebildet sind und dass die in Umlaufrichtung auf der Lochmatrize aufeinander folgenden Kollerrollen jeweils wechselweise vorgesehen sind, so-dass einem kleinen Durchmesser einer vorauslaufenden Kollerrolle ein großer Durchmesser einer unmittelbar nachlaufenden Kollerrolle folgt.

Bekannte Systeme verwenden zwei oder vier gleich große Kollerrollen. Bei der Verwendung von zwei Rollen besteht eine starke Lochmatrizenbeanspruchung durch die Walkwirkung. Vier Rollen bringen den Druck gleichmä ßiger auf die Ring- oder Flachmatrize , jedoch verringert sich durch die höhere

Anzahl von Kollerrollen der spezifische Pressdruck. Die gegenständliche Erfindung verwendet z.B. vier Kollerrollen mit stufiger zylindrischer Pressfläche infolge zweier unter- 5 AT 002 995 Ul schiedlicher Durchmesser auf einer Kollerrolle. Durch eine wechselweise Rollenanordnung folgt einey"Niederdruckspur", verursacht durch den kleineren Durchmesser, eine "Hochdruckspur", verursacht durch den größeren Durchmesser, welche den eigentlichen Pelletierdruck erzeugt. Die "Niederdruckspur" bewirkt eine gleichmäßige Verteilung des Pressgutes und eine Vorverdichtung. r

Die erfindungsgemäße Ring- bzw. Flachmatrizenpre£|te zur Herstellung von Pellets wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels einer Flachmatrize beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Matrizenpresse, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Bereich einer Kollerwalze und Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt durch einen Bereich einer unmittelbar der Walze nach Fig. 2 folgenden, in Arbeitsrichtung nächsten Kollerwalze .

Eine Flachmatrizenpresse verfügt gemäß Fig. 1 über eine ringförmige Lochmatrize 1 auf der vier Kollerwalzen 2, 3, 4, 5 im Kreis laufen. Jede dieser Walzen ist abgestuft ausgebildet und hat zwei Durchmesser 6, 7, wobei die Durchmesser 6', 7' jeweils aufeinander folgender Walzen wechseln. Dadurch wird ein Vorpressen und ein Hauptpressen bzw. eine Vorverteilung des Pressgutes erreicht und es kommt zu einer wesentlichen Qualitätsverbesserung der Pellets.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Situation beim Durchmessersprung im Detail. Es liegt jeweils eine ringförmige^Hoch-druckspur'konzentrisch zu einer“Niederdruckspur" (Vorverdichtung). 6

Claims (3)

1. AT 002 995 Ul ANSPRÜCHE: 1. Pellets für Heizzwecke aus gepresster Biomasse, wie Säge-und bzw. oder Hobelspäne od. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets Getreide bzw. Mais in gemahlener Form bzw. Stärke im Ausmaß von 1 bis 10 Gew.-% enthalten.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von Pellets nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biomasse Stärke, vorzugsweise Maisschrot oder Maismehl im Ausmaß von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-% als Gleit- und Bindemittel zugegeben wird und die Mischung, vorzugsweise durch Dampfzugabe befeuchtet und die befeuchte Masse sodann zu Pellets verpresst wird.
3. 3. Ring- oder Flachmatrizenpresse mit Kollerrollen zur Herstellung von Pellets nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kreis über einer Lochmatrize (1) geführten Kollerrollen (2, 3, 4, 5) jeweils mit mindestens zwei unterschiedlichen Durchmessern (6, 7; 6', 7') längs ihrer Drehachse ausgebildet sind und dass die in Umlaufrichtung auf der Lochmatrize (1) aufeinander folgenden Kollerrollen (2, 3, 4, 5) jeweils wechselweise vorgesehen sind, sodass einem kleineren Durchmesser (6) einer vorauslaufenden Kollerrolle (2) ein großer Durchmesser (61) einer unmittelbar nachlaufenden Kollerrolle (3) folgt. 7