DE10231994A1

DE10231994A1 - Verfahren zur Herstellung von Biomassefestbrennstoff

Info

Publication number: DE10231994A1
Application number: DE2002131994
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr. Epple; Werner Schmidt; Martina Wolff
Original assignee: PANEL TUNING GmbH
Current assignee: PANEL TUNING GmbH
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-12

Abstract

Zur Herstellung von Biomassefestbrennstoff wird Biomasse mit Stärke beleimt und vermischt und dann in einer plattenbeheizten Presse zu Platten verpresst, die in kleinere Teile geteilt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Biomassefestbrennstoff, bei dem die Biomasse mit Stärke beleimt und vermischt und dann verpresst wird.

Aus DE 199 55 844 A1 ist es bereits bekannt, Biomasse mit Stärke zu beleimen und dann zu Pellets zu pressen. In der österreichischen Norm ÖNORM M 7135 ist die Zugabe von Kartoffel- und Maisstärke für Holz-Pellets als Biobrennstoff geregelt. Darüber hinaus wird Stärke auch zur Herstellung von Grillbriketts zur Zubereitung von Speisen auf offener Glut verwendet, wie in DE 199 61 325 C2 beschrieben. Ferner wird nach DE 40 23 115 C2 Brennstoff aus kohlenstoffhaltigem Feinmaterial und Stärke hergestellt.

Für die Herstellung der Brennstoffpresslinge sind jedoch Pressen wie Strangpressen oder Pellitieranlagen erforderlich, in denen die Holzpartikel mit hohem Aufwand an elektrischer Energie zusammengedrückt werden, um durch die dabei erzeugte Reibungswärme das Holz zu Briketts oder Pellets zu formen. Die dafür aufzubringenden hohen Drücke erzeugen beträchtliche Belastungen an den Pressenbauteilen und erlauben deshalb wegen hohem Verschleiß aus fertigungstechnischen Gründen nur kleine, entsprechend unwirtschaftliche Produktionseinheiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, Biomassefestbrennstoffe ohne hohe Drücke energiesparend und umweltfreundlich herzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

Erfindungsgemäß wird die Biomasse vorzugsweise vorbehandelt und konditioniert, bevor sie zum Festbrennstoff verarbeitet wird. Als Biomasse werden Reste von unbehandeltem Holz, Stroh und anderen Einjahrespflanzen verwendet, mit dem Ziel, für Haushalte und Industriebetriebe einen umweltfreundlichen und kostengünstigen Brennstoff zur Verfügung zu stellen.

Vorzugsweise werden die Biomassematerialen, getrennt oder vermischt, zunächst in einer Trocknungsanlage getrocknet, dann in einer Mischeinrichtung mit Stärke beleimt und in einer beheizten Presse, insbesondere einer Etagen- oder Konti-Presse, zu Platten verpresst. Die Platten werden dann in kleinere Teile geteilt, und zwar vorzugsweise streifenförmig aufgetrennt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Bindemittel, also die Klebeanteile der Stärke (Amylopektin, Gluten) in den Streifen noch nicht vollständig ausgehärtet. Die Streifen können daher zur Nachverformung eine Kompaktiereinrichtung z.B. mit einem Kalander durchlaufen. Dadurch kann ihnen eine beliebige Querschnittsform verliehen werden. Durch Zuschnitt des Strangmaterials, also der so kompaktierten Streifen, erhält man handliche, beispielsweise brikettartige Stücke, die sich hervorragend zur Verbrennung in Haushalts- oder Industrieverbrennungsöfen eignen.

Die erfindungsgemäße Verwendung von Stärke als umweltfreundliches und biologisches Bindemittel und einer beheizten Plattenpresse ergibt den Vorteil, dass nur eine geringe Wärmeenergie aufgewendet werden muss. Die Wärmeenergie kann dabei durch Verbrennung eines geringen Teiles der Biomasse erzeugt werden, um die Plattenpresse zu beheizen oder gegebenenfalls die Biomasse zu trocknen. Der Bedarf an elektrischer Energie ist verschwindend gering.

Die erfindungsgemäß verwendete plattenbeheizte Presse, also Etagen- und/oder Konti-Presse ist zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten (Span-, Faser- und Oriented Strand Boards bzw. OSB-Platten) bekannt. Holzwerkstoffplatten sind jedoch als Biomassefestbrennstoff ungeeignet, da die dabei verwendeten Bindemittel nicht umweltneutral verbrennen. Für die Verbrennung von Resten, die bei der Holzwerkstoffherstellung anfallen, werden beispielsweise im Bundes-Imissionsschutzgesetz besondere imissionsschutzrechtliche Anforderungen an die Verbrennungseinrichtungen gestellt, die die uneingeschränkte Verwendung dieser Reste als Biomassebrennstoff ausschließen. Demgegenüber ist Stärke ein Naturprodukt, das beispielsweise aus Getreide gewonnen wird, welches umweltneutral unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser verbrennt.

Erfindungsgemäß wird Stärke zur großflächigen Herstellung von Biomassebrennstoffplatten auf plattenbeheizten Pressen Verwendet, wobei die Platten anschließend in kleinere, für die Verbrennung geeignete Stücke aufgeteilt werden. Die Vorteile, die sich erfindungsgemäß bei Verwenden von Holzresten ergeben, lassen sich auch auf Stroh und andere Einjahrespflanzen übertragen, ohne das dies nachfolgend immer explizit erwähnt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann folgende Schritte umfassen:

a) vorbereitende Behandlung der Biomasse (Zerkleinern, Sortieren, Mischen etc.),
b) Trocknen der vorbehandelten Biomasse,
c) Beleimen und Vermischen der getrockneten Biomasse mit Stärke,
d) Streuen der beleimten Biomassepartikel zu einer Matte,
e) Verpressen der Matte in einer beheizten Presse zu einer Platte,
f) Auftrennen der Platte in kleinere Teile, insbesondere Streifen,
g) Kompaktieren der Streifen zu Formsträngen,
h) Zerteilen oder Formatieren der Formstränge zu stückgutartigen Festbrennstoffen.

Während die Schritte c), e) und f) erfindungsgemäß durchgeführt werden müssen, stellen die übrigen Schritte, zwar bevorzugte, jedoch fakultative Maßnamen dar.

Die als Bindemittel verwendete Stärke kann als native Stärke oder in Form von stärkehaltigen Lösungen eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in der Futtermittelher stellung anfallen. Als Stärke kann jede Stärke verwendet werden, die einen Kleber enthält, also insbesondere Getreidestärke, Kartoffelstärke usw.

Vorteilhafterweise wird beim Beleimen der Biomasse Wärme zugeführt, um die Reaktionszeit in der Presse zu verkürzen.

Zu dem gleichen Zweck können der Stärke organische, biologisch unbedenkliche Additive zugeführt werden, beispielsweise auch zur farblichen Kennzeichnung der Festbrennstoffprodukte. Durch Zugabe von Zucker oder Zuckerlösung kann das Abbindeverhalten in der Presse verbessert werden.

Der Press- und/oder Kompaktierdruck wird vorzugsweise so eingestellt, dass die Dichte des Biomassefestbrennstoffes zwischen 400 bis 1200 kg/m³, insbesondere zwischen 500 und 800 kg/m³ beträgt.

Die Dicke der Formstücke kann auf 20 bis 100 mm, vorzugsweise 50 bis 80 mm eingestellt werden, ihre Breite auf 30 bis 150 mm, vorzugsweise 60 bis 100 mm. Auch können aus den Streifen, in die die Platte zerteilt wird, durch entsprechende Kompaktierung zylindrische Formstücke mit einem Durchmesser von 10 bis 100 mm, vorzugsweise zwischen 30 und 80 mm hergestellt werden. Die Länge der Formstücke trägt vorzugsweise 50 bis 1000 mm, insbesondere 150 bis 300 mm.

Der Anteil der Stärke, der der Biomasse zugegeben wird, beträgt vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-%, insbesondere 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Biomassefestbrennstoffes.

Die Feuchtigkeit des Biomassefestbrennstoffes beträgt vorzugsweise 5–20 Gew.-%, insbesondere 8–15 Gew.-%.

Das Pressen der Biomasse zur Platte kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden.

Weiterhin kann nach der Einrichtung zum Formatieren des Festbrennstoffes eine Heizvorrichtung zum Aushärten des Stärke-Bindemittels vorgesehen sein. Außerdem kann bei der Kompaktierung eine Prägekennzeichnung auf den Festbrennstoffprodukten angebracht werden.

Nachstehend sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen jeweils schematisch
1 eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 eine Variante der Anlage nach 1.
Wie 1 zeigt, werden die angelieferten unbehandelten Biomassereststoffe in einer Mühle 1 zerkleinert und homogenisiert und anschließend in einem Trommeltrockner 2 getrocknet. Die Reduzierung der Feuchte erfolgt zu dem Zweck, die Abbindezeiten beim Verpressen zu minimieren und insbesondere um den Heizwert der Festbrennstoffprodukte zu erhöhen. Für die Beleimung der getrockneten Biomasse haben sich mechanische Beleimmischer 3 bewährt. Das so präparierte Biomassematerial kann dann mit entsprechenden Steuereinrichtungen 4 zu einer Matte auf ein Transportband verteilt und in einer kontinuierlichen, beheizten Presse 5 zur endlosen Platte verdichtet werden. Um eine plastische Nachverformung des Plattenmaterials zu ermöglichen, wird die Presszeit so gewählt, dass die Stärke noch nicht zu 100 abgebunden ist, wenn die Platte die Presse 5 verlässt. Die weitere Verarbeitung zum Festbrennstoff erfolgt im Wesentlichen in drei Schritten. Zuerst wird die Platte mit einer Säge 6 in Streifen gesägt, anschließend werden die Streifen zwischen den Walzen eines Kalanders 7 zu Formsträngen kompaktiert und danach mit einer Formatsäge 8 in Formstücke, also quer, zerteilt und dann für den Versand bereitgestellt. Die für das Trocknen der Biomasse und die Beheizung der Presse benötigte Wärmeenergie kann durch Verbrennung eines geringen Teils der unbehandelten Biomasse in einem Heißgaserzeuger 9 bereitgestellt werden. Das Verbrennungsgas erhitzt in einem Thermalölerhitzer 10 zunächst das Wärmeträgeröl für die Presse 5 und mit der Restenergie erfolgt die Trocknung im Trommeltrockner 2.
Das Verfahren mit der Anlage nach 2 unterscheidet sich von dem nach 1 nur dadurch, dass das Aushärten der Stärke zu 100% in der Presse 5 erfolgt und auf eine nachträgliche Kompaktierung der Plattenstreifen verzichtet wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Biomassefestbrennstoff, bei dem die Biomasse mit Stärke beleimt und vermischt und dann verpresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse in einer plattenbeheizten Presse zu Platten verpresst und die Platten in kleinere Teile geteilt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten in Streifen geteilt werden, die in Formstücke zerteilt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen vor dem Zerteilen in Formstücke kompaktiert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpressen der Biomasse kontinuierlich durchgeführt wird, wobei die beleimte Biomasse als Matte kontinuierlich einem Ende der Presse zugeführt wird und aus dem anderen Ende der Presse eine Endlosplatte austritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpressen kontinuierlich in einer Etagenpresse durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine stärkehaltige Lösung zum Beleimen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Beleimen und Mischen der Biomasse Wärme zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke in einem Anteil von 1–15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Biomassebrennfeststoffes, zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse zu einer Dichte von 400–1200 kg/m³ verpresst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtigkeit des Biomassefestbrennstoffes auf 5 bis 20 Gew.-% eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstücke nach dem Zerteilen durch Erwärmen ausgehärtet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Formstücke auf 20 bis 100 mm eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Formstücke auf 30–150 mm eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zylindrische Formstücke mit einem Durchmesser zwischen 10 und 100 mm hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Formstücke auf 50 bis 1000 mm eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse vor dem Beleimen getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Biomasse zum Heizen der Plattenpresse und zum Trocknen der Biomasse verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Biomasse Holzreste oder Einjahrespflanzen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Stroh als Einjahrespflanze verwendet wird.