BR112014024037B1 - Métodos para processar lignina e para fabricar um produto compreendendo lignina, sistema para processar lignina, e, produto - Google Patents
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Abstract
MÉTODOS E SISTEMAS PARA PROCESSAR LIGNINA E PARA FABRICAR UM PRODUTO COMPREENDENDO LIGNINA, PÓ DE LIGNINA, E, PRODUTO. A invenção refere-se a um método para processar lignina. O método compreende: alimentar material de lignina (11) ao sistema, diminuir tamanho de partícula do material de lignina (11) em um dispositivo de trituração (30, de modo a fabricar pó de lignina tendo distribuição de tamanhos de partículas onde pelo menos 85% em peso dos aglomerados e partículas de lignina são menores do que 300 mícrons, e aumentar o teor de sólidos seco do material de lignina em pelo menos 5 unidades percentuais enquanto diminui o tamanho de partícula no dispositivo de trituração (30). Adicionalmente, a invenção refere-se a um sistema para processar lignina, um pó de lignina, um método para fabricar um produto compreendendo lignina, um sistema para fabricar um produto compreendendo lignina e um produto compreendendo pó de lignina
Description
[0001] Esta invenção refere-se a um método e a u sistema para processar lignina e pó de lignina. Adicionalmente, esta invenção refere-se a um produto compreendendo lignina e a um método e sistema para tal produto.
[0002] Lignina é uma substância orgânica encontrada em tecidos de plantas. Lignina une, por exemplo, as células, fibras e vasos que constituem madeira ou outro vegetal e, desse modo, resulta em paredes de células fortes e vigorosas. É um dos mais abundantes polímeros orgânicos e a segunda mais abundante fonte renovável de carbono, depois da celulose. Lignina é um biopolímero bastante incomum devido a sua heterogeneidade, ou seja, ligninas mostram certa variação em sua composição química. A definição comum a todas é a de um polímero de rede dendrítica de unidades básicas de fenil propeno.
[0003] É possível extrair a lignina para uma variedade de usos quando plantas são processadas para várias finalidades industriais. Por exemplo, na fabricação de papel, lignina é removida da polpa quando papel branqueado é fabricado. Neste caso, a lignina removida é, frequentemente, queimada, provendo energia para funcionamento do moinho, devido à lignina fornecer grande quantidade de energia (mais do que a celulose) ao ser queimada.
[0004] A presente invenção revela pó de lignina e um método e um sistema para seu processamento. A invenção revela ainda um método e um sistema para fabricar u produto compreendendo lignina. Adicionalmente, esta invenção revela um produto compreendendo pó de lignina.
[0005] Vantajosamente, o produto compreendendo pó de lignina é um compósito, um filme de barreira, um briquete, um pellet, um combustível ou um papelão pardo.
[0006] Lignina tem sido usada tipicamente como uma torta ou um aglomerado, devido à poeira de lignina ser material explosivo e, assim, a trituração de aglomerados de lignina em partículas menores tem sido muito arriscada.
[0007] Se o pó de lignina compreender grandes aglomerados, pode ser impossível misturar uniformemente o pó de lignina a outros materiais brutos, especialmente em teores de lignina menores do que 2%. Desse modo, neste caso, p teor de lignina do produto pode ser elevado localizadamente e, por outro lado, não haver lignina em algumas localizações. De acordo com a presente invenção, pó de lignina e produtos compreendendo pó de lignina podem ser fabricados.
[0008] Aspectos da invenção são caracterizados pelo o que está expresso nas reivindicações independentes 1, 10, 11, 14, 15 e 16. Vários modos de realização da invenção são revelados nas reivindicações dependentes.
[0009] Vantajosamente, o método para processar lignina compreende as seguintes etapas: - alimentar material de lignina ao sistema, - reduzir tamanho de partícula do material de lignina em um dispositivo de trituração, de modo a fabricar pó de lignina tendo distribuição de tamanho de partículas, onde pelo menos 85% em peso de aglomerados e partículas de lignina são menores do que 300 mícrons, e - aumentar o teor de sólidos secos do material de lignina em pelo menos 5 unidades percentuais, mais preferidamente, por pelo menos 10 ou pelo menos 15 unidades percentuais enquanto reduzindo o tamanho de partículas no dispositivo de trituração.
[00010] De preferência, pelo menos 90% de aglomerados e partículas de lignina no pó de lignina têm um tamanho menor do que 200 mícrons, mais preferidamente, pelo menos 95% dos aglomerados e partículas de lignina têm um tamanho menor do que 100 mícrons.
[00011] Vantajosamente, o teor de matéria seca do material de lignina aumenta em pelo menos 10 unidades percentuais durante o processo de trituração no dispositivo de trituração. Teor de sólido seco do material d elemento guia introduzido no sistema é, de preferência, de 40 e 90%; Teor de sólidos seco do pó fabricado fica, de preferência, entre 80 e100%. Vantajosamente, o dispositivo de trituração é um moinho de rotor. O dispositivo de trituração compreende, de preferência, um rotor e a temperatura de uma superfície do rotor durante o processo de pulverização é menor do que a temperatura de transição vítrea do material de lignina Em um exemplo, o dispositivo de trituração é um moinho de martelo.
[00012] Vantajosamente, os sistema para processar lignina compreende: - um aparelho adaptado para alimentar material d elemento guia ao sistema, e - um dispositivo de trituração que á arranjado para: - reduzir o tamanho de aglomerados e/ou partículas, de modo a obter pó de lignina rendo distribuição de partículas de lignina, onde pelo menos 85% em peso dos aglomerados a partículas de lignina têm um tamanho menor do que 300 mícrons, e - aumentar o teor de sólidos seco do material de lignina em pelo menos 5 unidades percentuais enquanto reduzindo o tamanho de partículas no dispositivo de trituração.
[00013] Vantajosamente, pó de lignina de acordo com presente invenção tem distribuição de tamanhos de partículas na qual pelo menos 85% em peso dos aglomerados e/ou partículas de lignina são menores do que 300 mícrons, mais preferencialmente, pelo menos 90% em peso dos aglomerados e/ou partículas de lignina são menores do que 200 mícrons e, mais preferidamente, pelo menos 95% em peso doa aglomerados e/ou partículas de lignina são menores do que 100 mícrons. Vantajosamente, p teor de umidade do pó de lignina fabricado é menor do que 60%, mais preferidamente, menor do que 4-% e, mais preferidamente, menor do que 20%, ou seja, mais vantajosamente o pó de lignina tem teor de sólidos seco entre 80 e 100%.
[00014] O pó de lignina pode ser usado, por exemplo,. - como um aditivo, como um aglomerante, ou - como uma fonte de energia.
[00015] Vantajosamente, um método para fabricar um produto compreendendo pó de lignina compreende as seguintes etapas: - alimentar primeiro material bruto a um sistema, cujo material bruto pode compreender, por exemplo, madeira, pó de madeira, polímero plástico e/ou ração animal, - alimentar um segundo material bruto ao sistema, cujo segundo material bruto compreender pó de lignina tendo distribuição de tamanhos de partículas na qual pelo menos 85% em peso dos aglomerados e/ou partículas de lignina são menores do que 300 mícrons, e - formar o produto compreendendo os primeiro e segundo materiais brutos, a quantidade do pó de lignina sendo de pelo menos 0,1% em peso de peso seco do produto.
[00016] Vantajosamente, um sistema para fabricar um produto compreende: - um aparelho adaptado para alimentar o primeiro material bruto e segundo material bruto ao sistema, cujo segundo material bruto compreende pó de lignina tendo distribuição de tamanhos de partículas na qual pelo menos 85% em peso dos aglomerados e/ou partículas de lignina são menores do que 300 mícrons, - meios para misturar o primeiro material bruto com o segundo material bruto para obtenção de uma mistura, como um misturador, e - um aparelho adaptado para formar o produto da mistura, onde o produto compreende pelo menos 0,1% em peso do mencionado pó de lignina.
[00017] O produto de acordo com presente invenção compreende o pó de lignina definido no presente relatório. Vantajosamente, o produto de acordo com a presente invenção tem teor de lignina de pelo menos 0,1% em peso. De preferência, o produto compreende pó de lignina no qual pelo menos 85% em peso doa aglomerados e/ou partículas de lignina são menores do que 100 mícrons e, mais preferidamente, pelo menos 95% em peso dos aglomerados e/ou partículas de lignina são menores do que 50 mícrons. Vantajosamente, o produto é - um compósito, de preferência, compreendendo pó de lignina entre 0,1 e 50% em peso, - um filme de barreira, de preferência, compreendendo o pó de lignina entre 0,1 e 30% em peso. - um pellet, de preferência, compreendendo o pó de lignina entre 0,1 e 20% em peso, - um briquete, de preferência, compreendendo o pó de lignina entre 0,1 e 20% em peso, - um granulado, de preferência, compreendendo o pó de lignina entre 0,1 e 50% em peso, - combustível, de preferência, compreendendo o pó de lignina entre 0,1 e 100% em peso ou - um aglomerado de partículas, de preferência, compreendendo o pó de lignina entre 0,5 e 20% em peso - um papelão pardo, de preferência, compreendendo o pó de lignina entre 0,5 e 20% em peso.
[00018] Em um exemplo, o produto é um pellet ou briquete. Neste caso, o aparelho adaptado para formar o produto compreende um dispositivo peletizador ou um dispositivo de fazer briquetes para formar o pellet ou o briquete compreendendo pó de lignina entre 0,1 a 20% em peso.
[00019] A seguir, a invenção será ilustrada por desenhos, nos quais:
[00020] a Fig. 1a mostra um modo de realização exemplificativo do processo de pulverização em vista esquemática reduzida;
[00021] a Fig. 1b mostra um modo de realização exemplificativo do processo de fabricação do produto compreendendo pó de lignina, em vista esquemática reduzida.
[00022] as Figs. 2-14 mostram fotos e resultados de testes experimentais, onde
[00023] a Fig. 2 mostra distribuição de tamanhos de partículas de tortas de lignina trituradas a martelo,
[00024] a Fig. 3 mostra algumas distribuições de tamanhos de partículas,
[00025] a Fig. 4a mostra alguns exemplos do material de lignina a ser pulverizado,
[00026] a Fig. 4b mostra um exemplo do pó de lignina,
[00027] a Fig. 4c mostra um exemplo do pó de lignina compreendendo amontoados,
[00028] a Fig. 5a mostra distribuições de tamanhos de partículas da lignina processada em moinho de fendas verticais,
[00029] a Fig. 5b mostra um exemplo da seção de rotor do moinho a rotor compreendendo material de lignina,
[00030] a Fig. 6 mostra distribuições de tamanhos de partículas da lignina processada em moinho Ultra Rotor,
[00031] a Fig. 7 mostra algumas distribuições de tamanhos de partículas de material de lignina,
[00032] a Fig. 8 mostra algumas distribuições de tamanhos de partículas de lignina, farelo de batata e amido de batata,
[00033] a Fig. 9 mostra distribuição de tamanhos de partículas modificada de lignina e amido,
[00034] as Figs. 10a-b mostram tamanhos de partículas de pó de madeira,
[00035] a Fig. 11a mostra durabilidade de pellet em função da quantidade de aditivo,
[00036] a Fig. 11b mostra durabilidade de pellet versus temperatura de matriz.
[00037] a Fig. 12a mostra quantidade de enxofre,
[00038] a Fig. 12b mostra quantidade de enxofre e zinco,
[00039] a Fig. 13a mostra quantidades de cinzas,
[00040] a Fig. 13b mostra quantidade de cromo e cobre, e
[00041] a Fig. 14 mostra quantidades de potássio e sódio.
[00042] Na descrição a seguir, todas as percentagens são para peso seco, caso não indicado de outra forma.
[00043] Os números de referência a seguir são usados neste relatório: 11 material de lignina a ser pulverizada, 12 pó de lignina, ou seja, primeiro material bruto de um produto, 13 segundo(s) material bruto do produto, 14 produto compreendendo lignina, 15 ar aquecido, 20 dispositivo de suprimento para o processo de pulverização, 22 dispositivo de filtragem, 27 aquecedor de ar, 30 dispositivo de trituração, e 40 aparelho adaptado para fabricar o produto compreendendo pó de lignina.
[00044] Lignina é polifenol que pode formar fortes aglutinações. É material relativamente hidrófobo e o segundo biopolímero mais comum na natureza. A quantidade de lignina varia nas plantas. Por exemplo, árvores boreais têm, tipicamente, cerca de 20-30% de lignina, mas, por exemplo, na casca do coco (fibra de coco), o teor de lignina pode ser acima de 45%. Ligninas mostram certa variação em sua composição química. A definição comum a todas é um polímero de rede dendrítica de unidades básicas de fenil propeno.
[00045] O material de lignina pode ser separado de qualquer material vegetal que contenha lignina, ou seja, qualquer vegetal que contenha celulose. O material vegetal pode ser madeira. A madeira pode ser proveniente de árvores de madeira macia, como abeto, pinho, pinheiro, laniço, pseudotsuga, cicuta, ou de árvores de madeira de lei, como bétula, aspen, álamo, carvalho, eucalipto ou acácia, ou de uma mistura de madeiras macias e duras. Materiais não de madeira podem provir de resíduos agrícolas, gramas ou outras substâncias vegetais, como palha, folhas, cortiça, sementes, nozes, flores, vegetais ou frutas de algodão, milho, trigo, aveia, cevada, arroz, linho, cânhamo, cânhamo de manila, cânhamo sisal, juta, ramí, kenaf, bagaço, bambu ou junco, ou de uma mistura de materiais não de madeira e/ou materiais de madeira.
[00046] Lignina pode ser precipitada de licor negro ou trituração de papel sulfatado por um processo de dióxido de carbono, após o que ela pode ser filtrada sob pressão, dispersada, lavada com ácido sulfúrico e, finalmente, filtrada sob pressão e lavada com água. Depois desses estágios, lignina fica em forma de tortas de filtro.
[00047] O material de lignina pode também ser separado usando-se um processo de separação de lignina, como Lignoboost ou similar. Tipicamente, a lignina separada tem a forma de uma torta de lignina ou um amontoado de lignina. A torta de lignina ou amontoado de lignina a ser pulverizada(o) e, de preferência, tamanho entre 5-150 mm, mas pode variar em tamanho.
[00048] A Fig. 1a descreve um exemplo de um sistema no qual o material de lignina 11 a ser pulverizado é suprido a um processo de pulverização. A Fig. 1a mostra o material de lignina a ser pulverizado 11, pó de lignina 12, ar aquecido 15, um dispositivo de suprimento 20 para o processo de pulverização, um dispositivo de filtragem 22, um aquecedor de ar 27, e um dispositivo de trituração 30.
[00049] Vantajosamente, o material de lignina a ser pulverizado é suprido ao sistema de pulverização e ao dispositivo de trituração 30 do mesmo pelo dispositivo de suprimento 20. O ar é, de preferência, aquecido por um aquecedor de ar 27, como um trocador de calor, após o que o ar aquecido 15 é gerado por meio de um trocador de calor de calor de refugo de um moinho de polpa. Após a etapa de trituração, o material de lignina pulverizado é, de preferência, conduz\ido ao diferença 22, no qual o material de lignina é separado do ar de circulação.
[00050] Adicionalmente o sistema, de preferência, compreende um ventilador, um silenciador, uma chaminé, uma bomba, e/ou válvulas, como uma válvula rotativa, uma válvula de chapeleta e uma válvula de barreira de explosão.
[00051] O material de lignina 11 é tratado mecanicamente pelo uso de uma tecnologia de trituração, de modo a se obter pó d elemento guia. O material de lignina 11 a ser pulverizado pode estrutura refletora na forma de tortas ou amontoados de lignina filtrada sob pressão. De preferência, o material de lignina suprido ao dispositivo de trituração 30 tem teor de sólidos seco (antes do processo de trituração) entre 40 e 90%, mais preferidamente, entre 60 e 80%.
[00052] Em um modo de realização vantajoso, o dispositivo de trituração 30 compreende pequeno volume de ar no interior do rotor. Por conseguinte, o dispositivo de trituração 30 de acordo com a presente invenção pode trabalhar bem com o pó de lignina explosivo.
[00053] O dispositivo de trituração 30 é, de preferência, um moinho a rotor, como um moinho de fendas verticais ou um moinho ultra rotor. Alternativa ou adicionalmente, pelo menos um dispositivo de trituração 30 pode ser um moinho de martelo.
[00054] Um, dois, três, quatro ou cinco dos seguintes pode ser usado para controlar o processo de trituração: - um tipo de dispositivo de trituração, - velocidade do rotor do dispositivo de trituração, - um volume de ar no interior do rotor do dispositivo de trituração, - quantidade de oxigênio no interior do rotor do dispositivo de trituração, e - quantidade de gás inerte suprido ao interior do rotor do dispositivo de trituração.
[00055] O dispositivo de suprimento 20 é, de preferência, um parafuso. Em um exemplo vantajoso, um moinho a rotor é usado como o dispositivo de trituração 30 e o material de lignina é suprido diretamente à seção de rotor do moinho a rotor pelo parafuso.
[00056] Teor de umidade do material de lignina, de preferência, diminui significativamente no dispositivo de trituração 30 durante o processo de pulverização. De preferência, o teor de umidade do material de lignina diminui pelo menos 5 ou pelo menos 10 unidades percentuais, mais preferidamente, pelo menos 15 ou pelo menos 20 unidades percentuais, e mais preferidamente pelo menos 25 unidades percentuais no dispositivo de trituração 30.
[00057] Em um exemplo vantajoso, teor de sólidos seco do material de lignina 11 a ser pulverizado fica entre 60 e 80% quando o material de lignina é suprido ao dispositivo de trituração 30.
[00058] Vantajosamente, teor de sólidos seco do pó de lignina proveniente do dispositivo de trituração é de pelo menos 40% ou pelo menos 60%, mais preferidamente entre 80 e 100% ou entre 85 e 99%, e mais preferidamente, entre 90 e 95%.
[00059] Vantajosamente, o pó de lignina 12 de acordo com a invenção tem distribuição de tamanhos de partículas na qual pelo menos 85% ou pelo menos 90%, mais preferidamente pelo menos 95% ou pelo menos 97% e mais preferidamente pelo menos 99% ou pelo menos 100% dos aglomerados e/ou partículas de lignina têm um tamanho menor do que 300 mícrons, ou menor do que 200 mícrons, mais preferidamente, menor do que 150 mícrons ou menor do que 100 mícrons, e mais preferidamente menor do que 70 mícrons ou menor do que 50 mícrons. Por exemplo, se o material de lignina for usado como um aditivo, ele precisa ter partículas e aglomerados suficientemente pequenos para ser capaz de funcionar eficazmente como um aglutinante e misturar-se eficientemente com outros materiais brutos usados.
[00060] Em um exemplo, gás inerte, de preferência, nitrogênio, é suprido ao dispositivo de trituração 30 e usado no mesmo durante o processamento. Gás inerte é, de preferência, usado caso o dispositivo de trituração 30 tiver grande espaço de ar. Vantajosamente, um dispositivo de trituração tendo pequeno espaço de ar, como um moinho a rotor, é usado. Neste caso, o gás inerte não é usado preferencialmente para evitar aumentos nos custos de fabricação.
[00061] A Fig. 1b mostra uma vista esquemática reduzida de um modo de realização exemplificativo do processo de fabricação do produto compreendendo pó de lignina. O pó de lignina 12 e outro(s) material bruto 13 são conduzidos ao sistema de modo a fabricar um produto 14 compreendendo pó de lignina 12.
[00062] Vantajosamente, os produto compreendendo pó de lignina 12 é - um compósito, - uma barreira, - um pellet, - um briquete, - combustível, ou - um papelão pardo.
[00063] O pó de lignina pode ser usado, por exemplo, - como um aditivo, como um aglutinante, ou - como uma fonte de energia.
[00064] A lignina, especialmente se usada como um aditivo, deverá ter distribuições de tamanhos de partículas suficientemente pequenas para ser capaz de funcionar eficazmente como um aglutinante. Vantajosamente o produto compreende pó de lignina com distribuição de tamanhos de partículas na qual pelo menos 85% ou pelo menos 90%, e mais preferidamente pelo menos 95% ou pelo menos 97% e mais preferidamente pelo menos 99% ou pelo menos 100% dos aglomerados e/ou partículas de lignina têm tamanho menor do que 300 mícrons, ou menor do que 200 mícrons, mais preferidamente menor do que 150 mícrons ou menor do que 100 mícrons, e mais preferidamente menor do que 70 mícrons ou menor do que 50 mícrons.
[00065] Por exemplo, em combustíveis, lignina usada como um aditivo pode unir partículas aumentando durabilidade e, adicionalmente melhorar a qualidade do combustível, por exemplo, propriedades de combustão do combustível e valor calorífico.
[00066] Vantajosamente, o pó d elemento guia é usado como um aditivo em pellets ou briquetes. O pó de lignina pode ser usado, por exemplo, como um aditivo de modo que o pó d elemento guia funcione como um aglutinante no pellet ou no briquete. Adicionalmente o pó de lignina pode funcionar como uma fonte de energia adicional.
[00067] O briquete é, de preferência, um briquete de madeira. A quantidade de pó d elemento guia no briquete fica, de preferência, entre 0,1 e 20% ou entre 0,2 e 10%, mais preferidamente entre 0,3 e 5% ou entre 0,4 e 2% e mais preferidamente entre 0,5 e 1%. A quantidade de lignina usada no briquete depende, tipicamente, de preferência, teor de enxofre da lignina.
[00068] Um briquete de acordo com a presente invenção, especialmente o briquete de madeira, é biocombustível adensado feito com aditivo de pó de lignina em forma de unidades cúbicas ou cilíndricas, produzido pela compressão de biomassa pulverizada. Briquetes de bio combustível são, vantajosamente, fabricados em uma prensa de pistão, com o teor de umidade total sendo, de preferência, menor do que 15% da massa em base úmida.
[00069] O pellet é, de preferência, um pellet de ração ou pellet de madeira. A quantidade de pó de lignina no pellet fica, de preferência, entre 0,1 e 20% ou entre 0,2 e 10%, mais preferidamente entre 0,3 e 5% ou entre 0,4 e 2% e mais preferidamente entre 0,5 e 1%. A quantidade de lignina usada no pellet depende, tipicamente, do teor de enxofre da lignina. Vantajosamente, o pó de lignina a ser alimentado ao sistema de processamento de pellet tem um teor de sólidos seco entre 60 e 100%, mais preferidamente entre 80 e 95% e mais preferidamente entre 85 e 92%.
[00070] Um pellet de acordo com a presente invenção, como o pellet de madeira ou o pellet de ração, é feito, tipicamente, de biomassa pulverizada com aditivo de pó de lignina. O pellet é normalmente de forma cilíndrica. O pellet de madeira de acordo com presente invenção é, de preferência, biocombustível adensado feito de biomassa de madeira pulverizada.
[00071] Peletização pode ser implementada por meios conhecidos a alguém experiente na técnica. Uma unidade de peletização pode compreender., por exemplo, uma torre de resfriamento, uma máquina de peletizar, dispositivos de alimentação de aditivo, silos de material bruto, e um dispositivo de trituração, como um moinho de martelo.
[00072] O processo de produção de pellet compreende vantajosamente, pelo menos alguns dos aparelhos abaixo mencionados: - dispositivo(s) de suprimento para alimentar o pó de madeira ou outro(s) material bruto, e o pó de lignina, - um primeiro misturador, por exemplo, moinho de martelo, para misturar os materiais supridos para obter uma mistura, - meio de transporte por fluxo de ar para conduzir a mistura, - um dispositivo de separação, tal como ciclone, para separar ar da mistura, - um segundo misturador para remisturar a mistura, - meios de vaporização e umedecimento de modo a se obter teor de umidade predeterminado da mistura, - um dispositivo de suprimento para o dispositivo de peletização, como um parafuso, para alimentar a mistura ao dispositivo de peletização, - um dispositivo de peletização para obtenção do produto 14, - um dispositivo de resfriamento, e - condutor para conduzir o produto 14 até um armazenamento.
[00073] Vantajosamente, o comprimento do pellet fica entre 5 mm e 50 mm, mais preferidamente, o comprimento é menor do que 45 mm e mais preferidamente o comprimento é menor do que 40 mm. Tipicamente, o pellet compreende pontas quebradas. Uma porção dos pellets tendo comprimento maior do que 40 mm te, de preferência, 1% em peso, no máximo.
[00074] Vantajosamente, o diâmetro dos pellets é menor do que 25 mm, mais preferidamente, menor do que 12 mm e mais preferidamente menor do que 10 mm.
[00075] Vantajosamente, a quantidade de finos nos pellets (% em peso de partículas tendo tamanho de partículas menor do que 3,15 mm, norma CEN/TS 15149-1, válida em 2011) é de 5% no máximo, mais preferidamente, 2% no máximo e mais preferidamente 1% no máximo.
[00076] Em um exemplo, a quantidade de enxofre (% em peso de base seca, norma CEN/TS 15289, válida em 2011) no pellet ou no briquete é de 0,20% no máximo, mais preferidamente, 0,1% no máximo e, mais preferidamente, 0,08% no máximo.
[00077] Vantajosamente, a quantidade de enxofre (norma CEN/TS 15289, válida em 2011) no pellet ou no briquete é de preferência, de 0,05% em peso seco no máximo, mais preferidamente, de 0,04% em peso seco no máximo e mais preferidamente de 0,03% em peso seco no máximo.
[00078] Em um exemplo, a quantidade de nitrogênio (% em peso de base seca, norma CEN/TS 15104, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, 3% em peso seco no máximo, mais preferidamente 2% em peso seco no máximo e mais preferidamente 1% em peso seco no máximo.
[00079] Vantajosamente, a quantidade de nitrogênio (% em peso seco, norma EN 15104, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, de 1% em peso seco no máximo, mais preferidamente de 0,5% em peso seco no máximo e mais preferidamente, de 1% em peso seco no máximo.
[00080] Em um exemplo, a quantidade de cloro (% em peso em base seca, norma CEN/TS 152898, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, 0,1% em peso seco no máximo, mais preferidamente de 0,07% em peso seco, no máximo e mais preferidamente de 0,03% em peso seco, no máximo.
[00081] Vantajosamente, a quantidade de cloro (% em peso de base seca, norma EN15289, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, de 0,04% em peso seco no máximo, mais preferidamente de 0,003% em peso seco no máximo e mais preferidamente de 0,02% em peso seco no máximo.
[00082] A quantidade de arsênico (As, norma EN 15297, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, de 1 mg/kg seco no máximo.
[00083] A quantidade de cádmio (Cd, norma EN 15297, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, de 0,5 mg/kg seco no máximo.
[00084] A quantidade de cromo (Cr, norma EN 15297, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, de 10 mg/kg no máximo.
[00085] A quantidade de cobre (Cu, norma EN 15297, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, de 10 mg/kg no máximo.
[00086] A quantidade de chumbo (Pb, norma EN 15297, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, de 10 mg/kg no máximo.
[00087] A quantidade de Mercúrio (Hg, norma EN 15297, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, de 0,1 mg/kg no máximo.
[00088] A quantidade de níquel (Ni, norma EN 15297, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, de 10 mg/kg no máximo.
[00089] A quantidade de zinco (Zn, norma EN 15297, válida em 2011) no pellet ou no briquete é, de preferência, de 100 mg/kg no máximo.
[00090] A função do aditivo de pó de lignina no produto pode ser a de aumentar a qualidade técnica do produto e ainda reforçar o produto contra umidade. O aditivo de lignina pode também diminuir mudanças de qualidade causadas por material bruto heterogêneo e trabalhar como um aglutinante de poeira. Por exemplo, no processo de produção de pellet, a lignina fica elástica devido à maior temperatura e une partículas, como partículas de madeira, em um pellet. O resfriamento do pellet endurece a lignina novamente e torna o pellet durável. O valor calorífico da lignina é alto, o que a torna um bom biocombustível.
[00091] A Fig. 2 mostra exemplo de distribuições de tamanhos de partículas de tortas de lignina trituradas. As tortas de lignina são trituradas a martelo à temperatura ambiente, usando peneira co 5 mm de tamanho de abertura. Como pode ser visto, material de lignina triturado a martelo por 3 vezes tem um menor tamanho médio de partícula do que material de lignina triturado a martelo uma ou duas vezes. De preferência, o material de lignina é pelo menos triturado a martelo duas vezes. Entretanto, material de lignina já uma vez triturado a martelo pode ser suficientemente bom para ser usado em alguns produtos.
[00092] A Fig. 3 mostra um exemplo de distribuições de tamanhos de partículas de lignina, amido de batata e farinha de batata. Os materiais são tratados com uso de ar quente durante a trituração. Como pode ser visto na Fig. 3, o material de lignina pulverizado tem, tipicamente, especialmente se triturado com um moinho a rotor, partículas menores do que amido de batata ou farinha de batata.
[00093] A Fig. 4a mostra alguns exemplos do material de lignina a ser suprido ao dispositivo de moinho a rotor. Um efeito de uma temperatura de trituração sobre o material de lignina está ilustrado nas Figs. 4b e 4c. A Fig. 4b mostra pó de lignina fabricado usando boa temperatura de processo e, desse modo, o material obtido é pó de lignina uniforme. Se a lignina se derrete, ela forma, tipicamente, não só pó de lignina, mas também grandes amontoados duros, mostrado na Fig. 4c. Os amontoados mostrados na Fig. 4c são formados devido à temperatura muito elevada de ar de entrada (350°C) durante o processo de pulverização.
[00094] Vantajosamente, a temperatura de entrada do ar aquecido durante o processo de pulverização é menor do que 160°C, de preferência, entre 90 e 130°C e mais preferidamente entre 100 e 120°C. Mais preferidamente, a temperatura de entrada do ar aquecido durante o processo de pulverização é menor do que a temperatura de transição vítrea (Tg) do material de lignina.
[00095] Uma quantidade do ar aquecido de entrada durante i processo de pulverização é, de preferência, de pelo menos 8300 m3/t, por exemplo, entre 8300 e 20.000 m3/t, mais preferidamente pelo menos 13.000 m3/t, por exemplo, entre 13.000 e 17.000 m3/t.
[00096] Graças à presente invenção, novos produtos de lignina com distribuição de tamanhos de partículas controlada, bem como, teor de matéria seca controlada, podem ser obtidos. Alguns testes experimentais estão mostrados nos exemplos a seguir.
[00097] Neste teste, o desempenho de lignina pulverizada como aditivo de pellet foi medido e o desempenho foi comparado com o de amido de batata e pellets genuínos sem aditivos.
[00098] Neste teste, uma mistura de 20% de abeto da Noruega (Picea abies) e 80% de pinho Scotts (Pinus sylvestris) foi usada. Teor de umidade do material bruto antes da peletização era de 9-11%. Peletização foi realizada pela assim chamada prensa de pellet SPC com matriz redonda vertical fixa. O canal de prensagem tinha 50 mm e o diâmetro do pellet 8 mm.
[00099] Pellets foram resfriados após prensagem na torre de resfriamento por ar fresco e amostrados após resfriamento. O primeiro teste de durabilidade técnica foi realizado uma hora após a prensagem. O teste foi repetido após 5-7 dias após prensagem, de modo a se verificar se durabilidade técnica se desenvolveu diferentemente com aditivo de lignina ou aditivo de amido.
[000100] A durabilidade técnica foi testada por um dispositivo e um procedimento segundo a norma europeia de biocombustíveis sólidos. Pellets foram girados por 500 voltas (50 RPM) n caixa com lâmina metálica; após isto, todas as partículas menores do que 3,15 mm foram peneiradas e a massa de pellets remanescente foi medida.
[000101] Temperatura e consumo de energia, bem como medições funcionais, como mudanças de peso, foram monitorados como um sistema de controle dados feito sob medida para finas de pesquisa na usina de pellet. Fórmulas de pellets testadas estão mostradas na Tabela 1. Tabela 1
[000102] Durabilidade técnica é apresentada na Tabela 2. Todos os lotes testados foram testados duas vezes, e a média destes dois testes foi usada como um valor comparativo e de entrada em outros testes. Teste CEN foi repetido alguns dias depois para verificar diferenças do endurecimento final de pellets em armazenamento. Tabela 2 Resultados de testes de durabilidade de lotes de pellets produzidos
[000103] Temperaturas de prensagem foram seguidas de 11 pontos de medição sobre a matriz e a temperatura de óleo de engrenagem também foi seguida. Números de referência de pontos de medição seguem, aproximadamente, os números de referência de face de relógio. Temperaturas entre lotes diferentes não são notavelmente diferentes. Temperatura não foi significativa na análise de regressão também.
[000104] Duas percentagens de aditivos, 0,5 e cerca de 1%, foram testadas para amido e lignina. Com p,5% de umidade, a resistência foi de cerca de 65%, mas foi alterada quando porcentagem de aditivo foi adicionada. Ao se dobrar a quantidade de aditivo, resistência à umidade diminuiu com lignina e aumentou com amido. Estes resultados estão mostrados na tabela 3. Tabela 3. Resultados do teste de resistência à umidade
[000105] De acordo com o teste, lignina é tão bom aditivo de pellet quanto o amido. Diferenças notáveis não foram verificadas de acordo com a série de testes feita. Propriedades técnicas de aditivo de lignina usado foram algo diferentes em comparação com amido. Pó de lignina é realmente ótimo e absorve mais facilmente o ar no processo, e parece se misturar melhor com material bruto do que amido. Em um pellet quente, fresco, lignina não torna a superfície do pellet pegajosa como faz o amido.
[000106] Durabilidade dos pellets em armazenamento. Neste teste, durabilidade aumentou mais nos pellets sem aditivo. De acordo com os resultados, lignina como um aditivo precisa diminuir este melhoramento; em outras palavras, pellet com lignina adicionada atinge a resistência final mais rapidamente do que os pellets normais.
[000107] Durantes estes testes experimentais, diferentes tipo de dispositivos e parâmetros de processo foram testados.Os dispositivos usados durante os testes foram: - Moinho a rotor : um moinho de fendas verticais, - Moinho a rotor 2: um moinho tipo Ultra Rotor, e - Moinho a rotor 3: um secador instantâneo agitado por um rotor desintegrador de alta velocidade.
[000108] O material de madeira usado foi uma mistura consistindo de 54-60% de pinho e 40046% de abeto. O material bruto foi processado pelo moinho a martelo antes da peletização. Teste de durabilidade de pellet foi realizado como a seguir:
[000109] Pellets foram tratados primeiro pela peneira de 3,15 mm. 500+/- 10 g de pellets foram colocados em uma caixa e girados na caixa por 10 min à velocidade de 50 RPM. Em seguida, os pellets foram peneirados novamente e a primeira massa dos pellets foi medida. Durabilidade foi calculada como Massa fina/Massa original * 100%.
[000110] A lignina usada está mostrada na tabela 4. Adicionalmente amido de batata Finnamyl foi usado como aglutinante de referência. Tabela 4. Aditivo de lignina selecionado
[000111] Resultados de moinho a rotor 3 estão mostrados na Tabela 5. O material de pôde ser bem processado. O teor de matéria seca do material de lignina variou entre 47% e 77%. Algum tipo de pré-esmagamento foi benéfico, como capaz de esmagar os maiores amontoados antes do parafuso de alimentação. O material bruto foi alimentado diretamente à área do desintegrador da máquina.
[000112] Como pode ser visto pela distribuição de tamanhos de partículas na Fig. 8, há uma fração de partículas maiores do que 100 mícrons. O material grosso pode ser sentido facilmente pelos dedos também. Desse modo, o peneiramento é necessário para remover a fração mais grosseira do produto. Tabela 5. Resultados do moinho a rotor 3
[000113] O funcionamento do moinho a rotor 3 foi bom desde o início. o material de lignina foi alimentado diretamente à seção de rotor da máquina. Além disso, a temperatura de ar de entrada foi de apenas 100 - 110°C. A baixa temperatura do ar foi compensada pelo alto volume de fluxo de ar, atingindo ainda capacidade de evaporação consideravelmente elevada. O produto final foi pó fino de boa qualidade. Resultados dos testes do moinho a rotor 2 estão mostrados na Tabela 6. Tabela 6. Resultados de testes do moinho a rotor 2
[000114] Com o moinho a rotor 1, um efeito de temperatura sobre o processo de pulverização de lignina foi testado. Resultados do moinho a rotor 1 estão mostrados na Tabela 7. O material de alimentação foi alimentado ao canal de entrada de ar do moinho a rotor 1. A alimentação foi feita pelo parafuso, primeiro, e, depois, pela lâmina rotativa. Tabela 7. Resultados do moinho a rotor 1
[000115] Temperatura de entrada extremamente alta de 350°C foi usada no processo de modo a se verificar o efeito da alta temperatura sobre o material de lignina. No início do teste, o canal de entrada foi bloqueado pelo material de alimentação. Por conseguinte, o material de alimentação foi pré-triturado pelo moinho de martelo. Os tamanhos de partículas após trituração foram os seguintes: 39,3% < 63 μm, 70% <500 μm, 80,6% <1 mm, 96,5% < 3,15 mm, 99,9% < 5 mm. Nenhum problema técnico foi visto no moinho de martelo.
[000116] Depois isso, o moinho a rotor 1 foi ainda bloqueado após cada meia hora de funcionamento. Finalmente, foi verificado que o produto final continha amontoados grandes, escuros e duros, como mostrado na Fig. 5b. Mais provavelmente, a lignina ficou agarrada sobre as paredes quentes da máquina, derreteu e formou estes amontoados. Por conseguinte, a temperatura menor, vantajosamente, mais baixa do que o ponto de fusão da lignina, deve ser usada. Adicionalmente o material é alimentado diretamente à seção de rotor. A Tabela 8 mostra um efeito da temperatura sobre o pó de lignina. Tabela 8. Efeito da temperatura sobre o pó de lignina
[000117] Distribuição de tamanhos de partículas de lignina e amido é mostrada na Fig. 8. Pra o teste em escala piloto, a distribuição de tamanhos de partículas de lignina seca do moinho a rotor 3 foi modificada por peneira de 100 mícrons. Cerca de 25% de material foi rejeitado e triturado adicionalmente por um moinho de esferas. Entretanto, a lignina tendeu a ficar agarrada às paredes do moinho de esferas. A distribuição de tamanhos de partículas modificada é mostrada na Fig. 9. Distribuição de tamanhos de partículas de produto do moinho a rotor 1 está apresentada na Fig. 5a. A Fig. 5b mostra um exemplo da seção de rotor do moinho a rotor compreendendo material de lignina. Distribuição de tamanhos de partículas do produto do moinho a rotor 2 está apresentada na Fig. 6.
[000118] A distribuição de tamanhos de partículas peneirada medida como frações de massa foi como mostrado nas Figs. 10a e 10b, onde pó de madeira testado em uma escala piloto está mostrada na Fig. 10a e pó de madeira testado em uma escala de produção está mostrado na Fig. 10b. Na escala piloto, peneira de 6 mm foi usada no moinho de martelo, enquanto em teste em escala de produção a peneira de 10 mm foi usada. Isto pode ser visto como um pó ligeiramente mais fino no teste em escala piloto.
[000119] Testes de durabilidade foram feitos logo após os testes e poucos dias após os testes. A durabilidade de pellet em função de quantidade de aditivo testada em escala piloto está mostrada na Fig. 11a e a durabilidade de pellet versus temperatura de matriz testadas em escala de produção está mostrado na Fig. 11b. A temperatura de matriz parece aumentar a durabilidade, o que foi verificado especialmente nos testes em escala de produção. A durabilidade aumenta ligeiramente durante armazenamento. Ao final, tanto lignina como amido são aglutinantes muito semelhantes.
[000120] Nos testes de escala de produção, o nível de qualidade A1 de 97,5% foi atingido por pellets contendo tanto lignina como amido, enquanto nos testes piloto a durabilidade de pellet contendo tanto lignina como amido permaneceu abaixo da qualidade A1 de 97,5%. A razão disso foi uma temperatura de matriz mais alta de 30 graus na máquina de produção do que na máquina piloto. Adicionalmente a temperatura de matriz variou muito na máquina piloto, como pode ser visto na Fig. 11b.
[000121] Quantidade e enxofre está mostrada na Fig. 12a, e quantidade de zinco está mostrada na Fig. 12b. Teor de cinzas está mostrado na Fig. 13a e quantidades de cromo e cobre estão mostradas na Fig. 13b.
[000122] Teores de potássio e sódio estão mostrados na Fig. 14. Estes elementos são importantes para propriedades de fusão de cinza, que foram boas com ambos aditivos de lignina e amido. Mistura de ácido nítrico, peróxido de hidrogênio e ácido fluorídrico foi usada nos testes.
[000123] Os testes de Queima de Pellet também foram realizados. Os pellets feitos ao nível de 0,5% de aditivo foram analisados como a seguir. O pellet contendo lignina tinha propriedades d efusão de cinza ligeiramente melhores do que pellets contendo amido. Todas as propriedades satisfizeram a especificação A1. Resultados estão mostrados nas Tabelas 9 a 11. Tabela 9. Tabela 1 de análise de pellets
Tabela 10. Tabela 2 de análise de pellets
Tabela 11. Tabela 3 de análise de pellets
[000124] De acordo com a análise de capacidade de combustão e testes de durabilidade de pellet o pó de lignina pode ser usado como um aditivo. Além disso, aditivo de pellet de amido nativo pode ser substituído por lignina. Além disso, o teste de escala de produção mostrou claramente o potencial de pó de lignina seco como um aditivo em pellets de madeira. Pela adição de 0,59%, o nível A1 de durabilidade de 97,5% foi atingido.
[000125] Alguém experiente na técnica entenderá prontamente que os diferentes modos de realização da invenção podem ter aplicações em ambientes onde otimização de lignina de processamento é desejada. É óbvio também que a presente invenção não está exclusivamente limitada aos modos de realização acima apresentados, mas que pode ser modificada dentro do escopo das reivindicações anexas.
Claims (13)
1. Método para processar lignina, o método compreendendo: - alimentar material de lignina (11) ao sistema, - diminuir tamanho de partícula do material de lignina (11) em um dispositivo de trituração (30), de modo a fabricar pó de lignina tendo distribuição de tamanhos de partículas em que pelo menos 85% em peso dos aglomerados e partículas de lignina são menores do que 300 mícrons, e - aumentar teor de sólidos secos do material de lignina enquanto diminui o tamanho de partícula no dispositivo de trituração (30), caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: - suprir ar aquecido (15) ou gás inerte para o dispositivo de trituração (30), desse modo - aumentando o teor de sólidos secos do material de lignina em pelo menos 5 unidades percentuais enquanto diminui o tamanho de partícula no dispositivo de trituração (30), de modo que o teor de sólidos secos do pó de lignina obtido seja de 100% no máximo.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos 90% dos aglomerados e partículas de lignina no pó de lignina têm um tamanho menor do que 200 mícrons.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos 95% dos aglomerados e partículas de lignina no pó de lignina têm um tamanho menor do que 100 mícrons.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o teor de sólidos secos do material de lignina introduzido no sistema fica entre 40 e 90%.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o teor de sólidos secos do pó fabricado fica entre 80 e 100%.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de trituração (30) é um moinho a rotor.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de trituração (30) é um moinho de martelo.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o teor de matéria seca do material de lignina aumenta em pelo menos 10 unidades percentuais durante o processo de trituração no dispositivo de trituração (30).
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de trituração (30) compreende um rotor e pelo fato de que a temperatura de uma superfície do rotor durante o processo de pulverização é menor do que a temperatura de transição vítrea do material de lignina.
10. Sistema para processar lignina, o sistema compreendendo: - um aparelho adaptado para alimentar material de lignina (11) ao sistema, e - um dispositivo de trituração (30) que é arranjado - para diminuir o tamanho de aglomerados e/ou partículas de lignina de modo a se obter pó de lignina tendo distribuição de tamanhos de partículas em que pelo menos 85% em peso dos aglomerados e/ou partículas de lignina têm um tamanho menor do que 300 mícrons, e - para aumentar teor de sólidos secos do material de lignina enquanto diminui a partícula no dispositivo de trituração (30); caracterizado por: - meios para suprir ar aquecido (15) ou gás inerte para o dispositivo de trituração (30) e em que - o dispositivo de trituração (30) é arranjado para aumentar teor de sólidos secos do material de lignina em pelo menos 5 unidades percentuais, de modo que o teor de sólidos secos do pó de lignina obtido seja de 100% no máximo, enquanto diminui a partícula no dispositivo de trituração (30).
11. Método para fabricar um produto compreendendo lignina, o método compreendendo: - alimentar primeiro material bruto a um sistema, - alimentar segundo material bruto ao sistema, cujo segundo material bruto compreende pó de lignina obtenível a partir de material de lignina (11) diminuindo-se o tamanho de partícula de material de lignina (11) em um dispositivo de trituração (30), e - formar o produto compreendendo o primeiro e segundo material bruto, a quantidade do pó de lignina sendo de pelo menos 0,1% em peso de peso seco do produto, em que - o produto é um dentre um pellet, um compósito, um filme de barreira, um briquete e um papelão pardo, caracterizado pelo fato de que: - o pó de lignina do segundo material bruto tem uma distribuição de tamanho de partícula em que pelo menos 95% em peso dos aglomerados e partículas de lignina são menores do que 100 mícrons e o teor de matéria seca dos aglomerados e partículas de lignina é pelo menos 60% e no máximo 100%.
12. Produto tendo teor de lignina de pelo menos 0,1% em peso, o produto compreendendo - pó de lignina obtenível a partir de material de lignina (11) diminuindo-se o tamanho de partícula do material de lignina (11) em um dispositivo de trituração (30), o pó de lignina compreendendo aglomerados e partículas de lignina, e - o produto é um dentre um pellet, um compósito, um filme de barreira, um briquete e um papelão pardo, caracterizado pelo fato de que - pelo menos 95% em peso dos aglomerados e partículas de lignina são menores que 100 mícrons, e - teor de matéria seca dos aglomerados e partículas de lignina é pelo menos 60% e no máximo 100%.
13. Produto de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que pelo menos 95% em peso dos aglomerados e partículas de lignina são menores que 50 mícrons.
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