CN103773538A - 利用咖啡渣的低吸收性燃料用粉煤的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用咖啡渣的燃料用粉煤的制备方法。本发明利用湿式粉碎机来将含水率为50～60%的以压缩形态收集的咖啡渣重新分解为粉末形态，并在粉碎步骤中利用气流式干燥机对粉末化的咖啡渣进行干燥成含水率为10%以下后，向加热板的温度加热至225～320℃的搅拌式烘烤器投入干燥的咖啡渣粉末之后，搅拌10～40分钟的同时进行热分解来对作为含在咖啡渣的吸湿成分的半纤维素进行分解以减少吸湿性，同时利用真空移送机来通过封闭的移送线向冷却罐移送搅拌式烘烤器内的热分解的咖啡渣，并利用市场上销售的粉末包装机来以规定量为单位进行密封，从而形成阻断水分并容易运送。
Description
技术领域
本发明涉及利用咖啡渣（从咖啡豆提取咖啡后剩余的残渣）的燃料用粉煤及其制备方法，更为详细地，对咖啡渣进行粉碎及干燥，并利用搅拌型热分解器在225～320℃的温度下进行规定时间的热分解后，利用真空移送机来进行移送，由此在防止咖啡渣着火的同时进行冷却来增加咖啡渣的碳比率、减少作为吸湿成分的半纤维素的构成比率，从而增加发热量、减少吸湿性的利用咖啡渣的燃料用粉煤及其制备方法。
背景技术
通常，有机物通过热分解（thermal decomposition）来成为炭等的固体碳、油或可燃性气体等的热分解生成物。例如，对木材进行热分解则能够制备木醋液、木焦油、木炭等，对煤炭进行热分解来得到煤气、焦油、焦炭等。尤其，最近作为能够代替煤炭、石油等的化石能源的代替能源，正积极进行着对利用上述有机物的生物质（bio mass）的研究及开发。
作为将这种生物质用作燃料的技术，公知的有通过对生物质进行热分解来制备可燃性气体或碳化物（生物质煤）并再利用为燃料或进行规定时间的热分解来制备生物质油的技术，（例如，参照专利文献1）最近开发了对生物质进行压缩、成形来制备颗粒形态的燃料，从而增加单位体积的发热量并容易运送和保管的生物质颗粒燃料技术，以欧洲为中心，使用量正在增加。
咖啡渣作为生物质的一种，与木材、稻草等一般成固体燃料化的生物质不同，除纤维素、半纤维素、木质素之外还含有16%以上的油脂成分，并且1.75%的灰成分含量，明显低于10%以上的煤炭，且以4664kcal/kg的发热量来作为高于一级木材颗粒发热量基准的4300kcal/kg的燃料特性优秀的生物质资源，而作为利用咖啡渣制备燃料的现有方法，公开的咖啡渣颗粒燃料制备方法（例如，参照专利文献2）包括：供给咖啡渣粉末的步骤；向酸溶液投入咖啡渣粉末的步骤；去除经过酸处理的凝固蛋白的步骤；对去除蛋白质的咖啡渣粉末进行水洗的步骤；对水洗的咖啡渣粉末进行干燥的步骤；将干燥的咖啡渣粉末与锯末及生石灰进行混合来得到颗粒混合粉末的步骤以及上述混合粉末的颗粒制备步骤；作为对生物质进行热分解来进行燃料化的技术则公开有在氧含量为5%以下的反应器以220～280℃的温度对巨桉木（Eucalyptus grandis WOOD）进行60分钟的热分解来制备发热量为5411kcal/kg、能量输出为92.76%的生物质燃料的方法（例如，参照非专利文献1）。
现有技术文献
专利文献
（专利文献0001）KR10-1165073登录专利
（专利文献0002）KR10-1033212登录专利
非专利文献
（非专利文献0001）EFFECTS OF TORREFACTION ONENERGY PROPERTIES OF Eucalyptus grandis WOOD,Cerne,
Lavras,v.15,n.4,p.446-452,out./dez.2009
发明内容
作为对生物质进行热分解来进行燃料化的现有技术的生物质炭和生物油，以400℃以上的热分解温度，使得能量投入费用高，以40%左右的重量输出，使得作为向重量输出加权发热量提高分的值的能量输出（energy yield）过低，因而存在相对于投入的能量总量，产出的能量总量反而减少的问题，而将生物质制备成颗粒形态的燃料的制备方法则由于具有因作为生物质特有的成分的半纤维素（hemicellulose）引起的吸湿性，因而难以储存，并由于纤维素成分而难以粉碎，存在与化石燃料相比发热量过低的问题，利用咖啡渣制备颗粒燃料的技术在产生由通过在酸溶液浸渍及水洗来去除蛋白质而引起的费用及工序负担的同时，为了颗粒化而添加生石灰，由此提高锅炉内部熔敷率高的钙（Ca）的颗粒内含量，从而具有提高锅炉内部炉渣产生率的问题，以300℃左右来对生物质进行热分解来制备固体燃料的技术集中于利用木材资源的领域，而没有提出对咖啡渣进行热分解来制备燃料用粉煤的制备方法。
能源输出（%）=重量输出（%）×发热量上升率（%）
因此，本发明的目的在于通过导出在解决这种以往的技术问题的同时，利用咖啡渣制备燃料用粉煤的方法，提供由此将咖啡渣的发热量提高为6000kcal/kg以上来改善能量输出，并在作为半纤维素分解温度的225～320℃下对咖啡渣进行热分解，以此在对作为吸湿性成分的半纤维素进行分解来改善储存性的同时，通过破坏纤维素组织来制备改善粉碎容易性的燃料的方法。
用于达成上述目的的本发明，作为用于制备利用咖啡渣来提高能量输出并改善吸湿性及粉碎容易性，且木质素构成比率增加的燃料用粉煤的方法，其特征在于，包括：利用湿式粉碎机对收集的咖啡渣进行粉碎的步骤；对粉碎的咖啡渣进行干燥的步骤；向加热为225～320℃的搅拌式烘烤器投入干燥的咖啡渣来进行规定时间以上的热分解的热分解步骤；利用真空移送机移送热分解的咖啡渣来进行冷却的冷却步骤；对所制备的燃料用粉煤进行包装的包装步骤。
根据如上所述的本发明的利用咖啡渣的燃料用粉煤的制备方法，相对于非处理组的4973kcal/kg的发热量，将发热量最大提高为6,900kcal/kg，由此能够得到89.2%的能量输出，因而能够将所投入的生物质的能量损失最小化，并且将作为咖啡渣的吸湿成分的半纤维素的含有率从非处理组的21.73%减少为0.1%，由此改善作为生物质的缺点的吸湿性来能够改善储存性，并通过热分解来破坏纤维素组织来改善粉碎容易性，从而能够减少粉碎费用。
附图说明
图1为用于说明本发明的利用咖啡渣的燃料用粉煤的制备方法的制备工序图。
图2为用于对咖啡渣进行热分解的搅拌式烘烤器。
图3为利用咖啡渣的燃料用粉煤的照片。
具体实施方式
以下，举实施例来对本发明的利用咖啡渣的燃料用粉煤的制备方法进行详细的说明。
附图1为用于说明本发明的利用咖啡渣的燃料用粉煤的制备方法的制备工序图。
如图所示，本发明的利用咖啡渣的燃料用粉煤的制备方法，包括：首先对收集的咖啡渣进行粉碎的步骤；对粉碎的咖啡渣进行干燥的步骤；在加热为260～290℃的搅拌式烘烤器中对干燥的咖啡渣进行热分解的步骤；对热分解的咖啡渣进行冷却的冷却步骤；对所制备的燃料用粉煤进行包装的包装步骤。
以下，如下对上述的本发明的利用咖啡渣的燃料用粉煤的制备方法进行更为详细的说明。
首先，上述粉碎步骤为，为了在作为下一步骤的干燥步骤中的有效、均匀的干燥，利用湿式粉碎机重新分解以50～60%的含水率的压缩形态来收集的咖啡渣的步骤。通常由于咖啡提取是在将咖啡豆粉碎为0.6mm左右后，添加热水来提取咖啡，而为了在进行提取的步骤中提高提取率，利用通过压缩来脱水的方法，因此在提取咖啡后产生的咖啡渣以圆盘形态被压缩，而为了提高干燥效率则必须需要重新分解压缩的咖啡渣的工序，并且由于咖啡渣的含水率为50%以上，因而优选地利用湿式粉碎机来进行分解。
上述干燥步骤为利用气流式干燥机来对粉碎的咖啡渣进行干燥并使含水率成为10%以下的步骤。由于提取咖啡后收集的咖啡渣的含水率为50～60%，因而在将此直接投入搅拌式烘烤器来进行热分解的情况下，将产生阻碍烘烤器的温度上升来滞延热分解时间的问题，因此优选地，干燥成含水率为10%以下后进行热分解，而干燥机则除气流式干燥机以外能够使用热风式干燥机、流动层干燥机等。
上述热分解步骤为在分解含在咖啡渣的作为吸湿成分的半纤维素来减少吸湿性的同时，增加木质素及咖啡渣的碳含量，从而提高发热量及热成形性的步骤，是在向加热板加热为260～290℃的温度的搅拌式烘烤器投入干燥的咖啡渣粉末后，从咖啡渣的温度达到规定温度的时间点开始搅拌10～40分钟的同时进行热分解的步骤。
上述冷却步骤为利用真空移送机来通过封闭的移送线，向设置有冷却系统的储存罐移送搅拌式烘烤器内的热分解的咖啡渣并储存，从而在防止由于与氧接触而引起的着火的同时，将260～290℃的咖啡渣的温度冷却为100℃以下的步骤，此时热分解工序中的咖啡渣的温度为260～290℃，因而产生在暴露于空气中或者暴露于氧或汽化性气体的情况下容易着火的问题，因此优选地，为了阻断与空气的接触而利用真空移送机而不是送风机，并在设置有冷却系统的储存罐内进行冷却。
上述包装步骤为利用市场上销售的粉末包装机来以规定量为单位，对热分解后冷却的咖啡渣进行密封来阻断水分并使运送容易的步骤。
通过如上所述的制备方法来制备的咖啡渣燃料用粉煤具有如下表1及表2、表3、表4、表5的特性。
表1
表2
表3
表4
| 分类 | 发热量(kcal/kg) | 灰成分(％) | 含水率(％) | 能量输出 |
| 非处理咖啡渣 | 4973.5 | 1.57 | 59.6 | 100 |
| 260度，热处理30分钟 | 6075.4 | 3.67 | 4.2 | 84.42 |
| 270度，热处理30分钟 | 6451.9 | 4.03 | 3.0 | 80.50 |
| 280度，热处理30分钟 | 6823.4 | 4.40 | 1.1 | 84.78 |
| 290度，热处理30分钟 | 6969.5 | 4.18 | 1.0 | 76.52 |
表5
| 分类 | 发热量(kcal/kg) | 灰成分(％) | 含水率(％) | 能量输出 |
| 非处理咖啡渣 | 4973.5 | 1.57 | 59.6 | 100 |
| 280度，热处理10分钟 | 6847.3 | 4.30 | 2.4 | 89.20 |
| 280度，热处理20分钟 | 6873.3 | 3.79 | 1.8 | 82.40 |
| 280度，热处理30分钟 | 6823.4 | 4.40 | 1.1 | 84.78 |
| 280度，热处理40分钟 | 6900.6 | 4.11 | 1.6 | 78.03 |
如上述表1、表2、表3所示，利用咖啡渣的燃料用粉煤分解、去除了作为咖啡渣含有的吸湿成分的半纤维素，由此相对于非处理组的21.73%，在290度的30分钟处理组中减少为0.1%，由于这种理由来改善了吸湿率，从而与非处理组的5.12%的吸收率相比，与热分解温度的上升及反应时间的增加成比例而减少，由此在290度的30分钟处理组中减少为约2.8%。并且，如上述表4及表5所示，在能量输出方面，在280度的10分钟处理组中以89.2%来得到最高的能量输出，发热量则相对于非处理组的4973kcal/kg，在290度的30分钟处理组中提高为最大6969kcal/kg，灰成分含量与热分解温度的上升及反应时间的增加成比例来上升，从而在非处理组的1.57%增加为最大4.4%，含水率与热分解温度的上升及反应时间的增加成比例来减少，从而减少为最大1.0%。
另一方面，如上所述，虽然本发明的实施例对用于咖啡渣来制备燃料用粉煤的方法进行说明，但是并不限定于此，作为使用燃料能够使用粉碎的木材资源、稻草、麦杆、麦秸、油菜粕、蘑菇渣等半纤维素、纤维素、木质素等三种成分的重量构成比率构成70%以上的所有植物类生物质。
以上说明的本发明并不限定于上述的实施例及附图，本发明所属技术领域的普通技术人员应该明白，在不脱离本发明的技术思想的范围内能够进行多种取代、变形及变更。
Claims (3)
1.一种利用咖啡渣的燃料用粉煤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对收集的咖啡渣进行粉碎的粉碎步骤；
对通过上述粉碎步骤粉碎的咖啡渣进行干燥的干燥步骤；
在搅拌式烘烤器对干燥的咖啡渣进行热分解的热分解步骤；
对热分解的咖啡渣进行冷却的冷却步骤；以及
对所制备的燃料用粉煤进行包装的包装步骤。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在进行冷却步骤时，利用真空移送机移送热分解的咖啡渣。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在进行热分解步骤时，在225～320℃的温度下对咖啡渣进行5～40分钟的热分解。
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