CZ2023151A3

CZ2023151A3 - Palivo na bázi miscanthu a reziduí po čištění zrnin a olejnin

Info

Publication number: CZ2023151A3
Application number: CZ2023-151A
Authority: CZ
Inventors: David Andert; CSc. Andert David Ing.; Ilona Gerndtová; Ilona Ing. Gerndtová; Petr Hutla; CSc. Hutla Petr Ing.; Petr JeviÄŤ; CSc. Jevič Petr Ing.; Pavla Měkotová; Radek PraĹľan; Pražan Radek Ing., Ph.D.; Jan Banout; Banout Jan prof. Ing., Ph.D.; Tatiana Ivanova; Ivanova Tatiana doc. Ing., Ph.D.; Michel Kolaříková; Kolaříková Michel Ing., Ph.D.
Original assignee: Česká zemědělská univerzita v Praze; Výzkumný ústav zemědělské techniky, v. v. i.
Priority date: 2023-04-17
Filing date: 2023-04-17
Publication date: 2024-09-04
Also published as: CZ310126B6

Abstract

Vynález se týká paliva na bázi směsi Miscanthu a reziduí po čištění zrnin a olejnin, kde podstata spočívá v tom, že palivo obsahuje 45,00 až 55 % hmotnostních Miscanthu a 45 až 55 % hmotnostních reziduí po čištění zrnin a olejnin hmotnostních a ještě 1 až 3 % hmotnostních nespalitelných minerálních přísad z rozsahu: vápenec, dolomitický vápenec, vápnitý dolomit a 0,01 až 0,02 % hmotnostních nespalitelných příměsí, přičemž palivo vykazuje vlhkost do 12 % hmotnostních. Pro skladování, transport i spalování je výhodné, jestliže palivo má formu granulí o průměru 6 až 12 mm. Granule či pelety se vytvářejí zpravidla v granulačním lisu.

Description

Palivo na bázi směsi miscanthu a reziduí po čištění zrnin a olejnin

Oblast techniky

Vynález se týká paliv z obnovitelných zdrojů, a to zde navíc paliv na bázi odpadů z výroby jiných produktů, kde surovina má povahu obnovitelného zdroje. Jedná se jmenovitě o palivo, kde základní surovinou je miscanthus, resp. ozdobnice obrovská, jako tzv. energetická rostlina, a to v kombinaci se zbytky po čištění zmiň a olejnin. V kombinaci mohou být i další přísady.

Dosavadní stav techniky

V současnosti je známo mnoho typů paliv na bázi obnovitelných zdrojů. Běžným palivem takového typu je dřevo a též odpad při zpracování dřeva, jako jsou piliny, štěpky apod. Známa jsou též mnohá paliva na bázi dalších rostlin či plodin, například obilnin, travin atd. V mnoha případech se potom uvedené suroviny upravují do podoby pelet, kde jednak se dosahuje větší měrné hmotnosti, což je výhodou jak při skladování, tak při spalování, jednak se tím usnadňuje, resp. mnohdy přímo umožňuje, spalování takové suroviny v kotlích upravených pro pelety, kde často bývá takový kotel opatřen automatickým dopravním a dávkovacím ústrojím. Takové palivo ve spojení s uvedenými kotli s automatizovaným provozem pak, vedle poměrně vysoké tepelné účinnosti a kvality spalování, omezuje podstatně nároky na dozor, obsluhu i údržbu. Vedle shora jmenovaných běžných surovin, používaných, přímo nebo po mechanické úpravě a/nebo po úpravě složení, jako palivo, je známo také využití odpadu z výroby běžných obilnin. Tento odpad, resp. jeho část, má povahu slámy, resp. příslušných stébel, oddělovaných zpravidla během sklizně kombajnem. A je též známo energetické využití odpadů z takové výroby, a to jednak v bioplynových stanicích, jednak přímým spalováním. Výhodné je již takovéto přímé spalování či výroba bioplynu, neboť uvedená surovina má výhřevnost okolo 14 MJ/kg, nebo dobrou výtěžnost při výrobě bioplynu, a sice okolo 28 m³/t. Přitom světová produkce výrobků na bázi slámy je poměrně vysoká, ale na druhé straně dosavadní energetické využití tohoto odpadu je relativně nízké.

Ozdobnice obrovská neboli miscanthus giganteus je energetická rostlina, vytrvalá, s vysokými výnosy biomasy. Je známo její využití spalováním nařezané biomasy, nebo i ve formě topných pelet.

Co se týče zbytků po čištění zmiň a olejnin, pak takový materiál vzniká při posklizňové úpravě takových zrnin a olejnin, před jejich dalším skladováním. Účelem je zbavení zrna organických a minerálních příměsí a nečistot a provádí se ve dvou operacích. Při předčištění dochází, pomocí proudu vzduchu, k oddělení lehkých příměsí. Po následném sušení probíhá čištění, kde na síťových čističkách se dosahuje požadované výše, resp. přijatelné hodnoty, příměsí a nečistot. Z původní sklizně zrna se tak odstraní asi 2 % hmotnosti ve formě nežádoucích příměsí, které se obvykle označují jako rezidua po čištění zmiň a olejnin. Jedná se tedy o odpad, jehož cena je nízká, ale při jeho spalování, a to i ve formě pelet, má popel nízkou teplotu tavení a spéká se.

Také je známo, a to ze spisu CN 1017753324 A, složení protistmskového činidla pro pevná biopaliva z biomasy, které obsahuje uhličitan hořečnatý, uhličitan vápenatý a hliník. To se přidává v množství do 5 % do biomasy, s výhodou v množství 2 až 3,5 %. Také je zde popsáno přidávání 3,5 % hmotnostních protistmskového činidla do paliva obsahujícího pšeničnou a rýžovou slámu. Tvorba a přidávání takového činidla je ovšem výrobní komplikací a samo o sobě to ještě nezamčuje dosažení přijatelné úrovně složení spalin.

Úkolem předkládaného vynálezu je vytvořit v kombinaci miscanthu a reziduí po čištění zrnin a olejnin takové palivo, aby jeho použití v kotlích na tuhá paliva, především na pelety, bylo možné, tzn. aby se omezilo spékání popela a jeho stmskování při běžných teplotách spalování.

- 1 CZ 2023 - 151 A3

Cílem bylo tedy stanovení takového složení paliva, na které by se výchozí suroviny upravily, nejlépe výběrem suroviny a/nebo tříděním a/nebo sušením, a které by plnilo shora uvedené požadavky, resp. nevykazovalo zmíněné nevýhody a současně by technologie jeho příprava byla jak investičně, tak i provozně jednoduchá a levná. To bylo i důvodem pro volbu surovin pouze z oblasti miscanthu a zbytků po čištění zmiň a olejnin a s jen malým obsahem protispékavých látek.

Také přídavek právě vápence nebo dolomitického vápence nebo vápnitého dolomitu se ukázal jako optimální v kombinaci s dalšími komponenty paliva, kdy se nenarušovala peletizace a průběh hoření i složení spalin se ukázalo jako vyhovující.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody v podstatné míře redukuje, ve shodě s předkládaným vynálezem, palivo na bázi miscanthu a reziduí po čištění zrnin a olejnin, vhodné pro automatizované kotle na tuhá paliva, a to palivo, mající formu granulí nebo pelet o průměru 6 až 12 mm, kde palivo obsahuje miscanthus, rezidua po čištění zrnin a obilnin a další alespoň jednu přísadu, přičemž podstata spočívá v tom, že palivo obsahuje 49,00 až 54 % hmotnostních miscanthu; 44 až 49 % hmotnostních reziduí po čištění zrnin a olejnin; a ještě jako další přísady 1,5 až 2 % hmotnostních nespalitelných minerálních přísad z rozsahu: vápenec, dolomitický vápenec, vápnitý dolomit, a 0,01 až 0,02 % hmotnostních nespalitelných příměsí, přičemž palivo vykazuje vlhkost do 12 % hmotnostních. Granule či pelety jsou obvykle vytvořeny s použitím granulačního lisu.

Směs miscanthu a reziduí po čištění zrnin a obilnin tvoří v tomto rozmezí poměrů eutektickou strukturu, kdy teplota tavení popele je vyšší než u samotných složek, jak je zřejmé z tabulky.

	Teplota měknutí °C	Teplota tání °C	Teplota tečení °C
rezidua po čištění zrnin a obilnin	740	850	960
miscanthus	1010	1090	1110
miscanthus 55 % + RZO 45 %	1110	1150	> 1200
miscanthus 54 % + RZO 44 % + vápnitý dolomit 2 %	1150	> 1200	> 1200

Minerální nespalitelné přísady dále zvyšují teplotu tavení popele, a tak chrání rošt před zanášením. Pro skladování, transport i spalování je výhodné, jestliže palivo má formu granulí o průměru 6 až 12 mm. Granule či pelety se vytvářejí zpravidla v granulačním lisu. Rezidua po čištění zmiň a obilnin zlepšují lisovací podmínky a umožňují tak nižší energetickou náročnost lisovacího procesu.

Tím se v každém případě dosáhne vytvoření paliva, které vychází ze suroviny na bázi jednak obnovitelného zdroje, jednak s povahou odpadu, kde ale v předkládané úpravě může být toto palivo využito v běžných kotlích na pelety, a to případně i v kotlích s vysokým stupněm automatického řízení dopravy, resp. přísunu paliva k topeništi, a spalování. Při spalování v uvedených kotlích nebyla zjištěna tvorba strusky, resp. tavení popela se zanášením roštu, a složení spalin bylo srovnatelné či lepší než u spalin ze samotného miscanthu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Byly vytvořeny směsi v souladu s navrhovaným řešením, provedena peletizace na pelety o průměru 8 mm a tyto pelety byl spalovány v běžném kotli na pelety. Měřila se výhřevnost paliva

-2 CZ 2023 - 151 A3 a složení spalin. Dále uvedená procenta jsou procenta hmotnostní. Podíl vody není zde níže uveden v hmotnostních podílech jednotlivých komponent ani celkové směsi, ale ve všech případech byl vodní podíl obsažen v jednotlivých komponentech tak, že celkově tvořil vlhkost ve směsi v dále uvedených příkladných složeních vždy od 6 do 10 % hmotnostních.

Příklad 1 miscanthus rezidua počištění zrnin a olejnin vápnitý dolomit zbytkové nespalitelné nečistoty

Příklad 2 miscanthus rezidua po čištění zmiň a olejnin vápnitý dolomit zbytkové nespalitelné nečistoty

54%

44% 1,99 % 0,01 %

49%

49% 1,99 % 0,01 %

Provoz kotle na pelety probíhal bez závad, jak v zásobníku pelet, tak i při jejich dopravě k topeništi, a i z pohledu čistoty roštu. Složení spalin odpovídalo platným normám a výhřevnost byla 16,1 MJ/kg.

Průmyslová využitelnost

Palivo podle předkládaného vynálezu je využitelné k topení v běžných kotlích na pelety a také i v jiných kotlích na tuhá paliva.

Claims

1. Palivo na bázi směsi miscanthu a reziduí po čištění zmiň a obilnin, mající formu granulí nebo pelet o průměru 6 až 12 mm, kde palivo obsahuje miscanthus, rezidua po čištění zrnin a obilnin a 5 další alespoň jednu přísadu, vyznačené tím, že obsahuje 49 až 54 % hmotnostních miscanthu; 44 až 49 % hmotnostních reziduí po čištění zrnin a olejnin; ajako další přísady ještě 1,5 až 2 % hmotnostní nespalitelných minerálních přísad z rozsahu: vápenec, dolomitický vápenec a vápnitý dolomit; a 0,01 až 0,02 % hmotnostních nespalitelných příměsí, přičemž palivo vykazuje vlhkost do 12 % hmotnostních.