DE19955844A1 - Pellets aus gepresster Biomasse - Google Patents
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Abstract
Pellets für Heizzwecke aus gepresster Biomasse wie Säge- und bzw. oder Hobelspäne o. 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
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 Flachmatrizenpresse mit
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 bezeichnen. 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 Steigerung 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
jenem 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 drücken.
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)
- - 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 gem. 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 ab riebfeste Oberfläche des
Pellets erzeugen. Eine Erhöhung des Pressdruckes 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 Wasser- oder Dampfzugabe
(bis auf ca. 14% Holzfeuchte) verwendet werden. Es sinkt dadurch
der erforderliche Pressdruck und damit die Stromaufnahme des
Pressenantriebmotors. Gleichzeitig entsteht 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 sinken.
Die Erfindung zielt 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
"Pressenverhältnis" (Verhältnis von Bohrungsdurchmesser zu
Presskanallänge, z. B. 1 : 4 bis 1 : 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
verpresst wird.
Durch Versuche wurde bestätigt, dass bereits eine geringe Zugabe
(1-3 Gew.-% von Mais- oder Getreideschrot oder -mehl als
Stärkelieferant zu wesentlichen Verbesserungen der Parameter
führt:
- - erforderlicher Pressdruck
- - Abriebfestigkeit
- - Pelletslänge.
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 hochviskosen Stärkekleister 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, sodass 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 gleichmäßiger 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 unterschiedlicher
Durchmesser auf einer Kollerrolle. Durch eine wechselweise
Rollenanordnung folgt einer "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.
Die erfindungsgemäße Ring- bzw. Flachmatrizenpresse zur
Herstellung von Pellets wird nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispiels einer Flachmatrize beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Matrizenpresse.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Bereich einer
Kollerwalze.
Fig. 3 zeigt 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 "Hochdruckspur"
konzentrisch zu einer "Niederdruckspur" (Vorverdichtung).
Claims (3)
1. Pellets für Heizzwecke aus gepresster Biomasse, wie Säge- und
bzw. oder Hobelspäne, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets
Getreide bzw. Mais in gemahlener Form bzw. Stärke im Ausmaß
von 1 bis 10 Gew.-% enthalten.
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. 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 (6') einer unmittelbar
nachlaufenden Kollerrolle (3) folgt.
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