DK150185B - Braendselsbriketter og fremgangsmaade til fremstilling deraf - Google Patents

Description

i IS0185

Den foreliggende opfindelse angår brændselsbriketter fremstillet ud fra halm og/eller andet brændbart fast organisk materiale, navnlig biomassemateriale, og indeholdende et fast, brændbart bindemiddel stammende fra flyveaske. Briket-5 terne er ifølge opfindelsen ejendommelige ved at bindemidlet er flyveaskekoks i en mængde på 3-50% af briketternes vægt. Ved flyveaskekoks forstås i nærværende beskrivelse den kulstofrige fraktion, der vindes ved fraskillelse af mineralkorn fra flyveaske.

10 Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til fremstil ling af sådanne brændselsbriketter ud fra halm og/eller andet brændbart·fast materiale, især biomassemateriale, ved hvilken det faste materiale blandes med et fra flyveaske stammende bindemiddel og derpå presses til briketter under 15 tryk og forhøjet temperatur i en briketpresse på i og for sig kendt måde. Ifølge opfindelsen er fremgangsmåden ejendommelig ved at der som bindemiddel bruges flyveaskekoks i en mængde på 3-50% af de færdige briketters vægt.

Til forståelse af opfindelsens baggrund skal først 20 og fremmest henvises til International Patentpublikation (dvs. PCT-ansøgning) nr. WO 83/04049 af 24. november 1983. Dette skrift angår en fremgangsmåde til fremstilling af brændbare piller eller briketter af halm eller andet brændbart materiale, og fremgangsmåden angives at være ejendommelig ved 25 at der bruges flyveaske som bindemiddel og at det i hovedsagen tørre materiale kompakteres ved tilstrækkeligt tryk til at der udvikles en temperatur i materialet på mindst 75°C, fortrinsvis 100-200°C. Det angives i et underkrav at kompakte- 2 ringstrykket fortrinsvis er 250-2500 kp/cm af materialet 30 og ifølge et andet underkrav bruges der fortrinsvis flyveaske der er "rich in residual carbon", idet en sådan flyveaske anvendes i en større mængde end 10%.

Det defineres ikke nøjere hvad der menes med udtrykket "rig på residualkarbon", men i beskrivelsen nævnes at der 35 kan fremstilles gode (attractive) brændselsbriketter ved kom-paktering af ren flyveaske af en type indeholdende omkring 80-85% kul (karbon). Andetsteds i beskrivelsen siges det at 2 150185 der er nogle typer flyveaske med helt op til 80-90% kul. Denne oplysning er næppe korrekt, eller er det kun for rene undtagelsestilfældes vedkommende. Alt efter brændselstype (olie, kul, brunkul) og type- forbrændingsanlæg svinger indeholdet 5 af kul i flyveaske fra omkring 10% til omkring 50%, i sjældne tilfælde måske op til omkring 70%.

Det synes at fremgå af skriftet at desto højere indholdet af kul i flyveasken er, desto højere må mængden deraf i brændselsbriketterne være. Det fremgår dels af fordringen 10 om en mængde på mindst 10% flyveaske som bindemiddel når flyveasken er højprocentig, dels af en oplysning om at en flyveaske indeholdende kun 10% kul er fuldstændig brugbar i halmbriketter når disse kun indeholder 5% flyveaske. Der kan heraf udledes en formodning om at det er flyveaskens askebestand-15 dele der virker som bindemiddel, både i halmbriketter og i "rene" flyveaskebriketter.

Det har imidlertid vist sig at der er en bestemt ulempe ved at bruge flyveaske som bindemiddel i halmbriketter og andre biomassebriketter. Den ulempe består i at flyveaskens 20 askebestanddele giver et kraftigt slid på de presser, der bruges til fremstilling af briketterne. Det kan vel antages at dette slid er desto mindre, jo mere kul der er i flyveasken, men da mængden af kul deri som nævnt højst undtagelsesvis er over 50%, og da man af indlysende grunde udfolder store bestræbel-25 ser på at gennemføre forbrændingen af brændslet i især større anlæg såsom kraftværker og store fjernvarmecentraler på en sådan måde, at kulindholdet i flyveasken minimeres, kan tilgangen af sådanne flyveasketyper med meget højt indhold af kul forventes snarere at aftage end tiltage.

30 Flyveaske består af diskrete partikler med meget varie rende partikelstørrelse, i flyveaske fra kulstøvfyrede anlæg i hovedsagen på 3-300 μκι, fra ristefyrede anlæg (stokeranlæg) på 5-500 μπι. Kornene er af to typer, åskekorn der er i det væsentlige kugleformede, ofte hule, dg består helt overvejen-35 de af mineralsk materiale; og kulkorn der er af uregelmæssig form og i hovedsagen består af kul. Blandingskorn kan dog forekomme, hvor mineralsk materiale og kul forekommer i mere ensartede mængder.

3 150185

Det er kendt at man ved flotering kan adskille flyveasken i to fraktioner hvoraf den ene helt overvejende indeholder mineralske bestanddele og den anden overvejende kul (karbon) . En særlig værdifuld sådan adskillelsesproces er beskre-5 vet i dansk patentskrift nr. 146.216 og tilsvarende patentskrifter i andre lande, fx USA-patentskrift nr. 4.426.282.

Den består i at flyveaske floteres i mindst to trin, idet pH reguleres i første trin til 6-8 og i andet trin til mindst én pH-enhed lavere, navnlig til pH 3-5. Ved optimering af 10 procesparametrene (samler, skummer, temperatur, beluftning, tidspunkter for kemikalietilsætning) kan man opnå en kulfraktion, i nærværende beskrivelse betegnet flyveaskekoks, med et indhold på op til 85% karbon.

Denne flyveaskefraktion kan ikke betegnes flyveaske.

15 Det viser sig nemlig at de ovennævnte mineralkorn er fraværende eller kun til stede i ringe mængde,allerhøjst 5 vægt%, normalt adskilligt mindre. Mineralsk materiale er således i alt væsentligt kun til stede som urenheder i de uregelmæssigt formede kokskorn (kulkorn, karbonkorn). Mængden heraf 20 afhænger først og fremmest af kilden til flyveasken, dvs.

kvaliteten af det brændsel, hvis afbrænding har ført til flyveaskedannelsen. I undtagelsestilfælde kan mineralske forureninger i de enkelte kokskorn andrage op til ca. 30%, men normalt vil de kun andrage fra 5% eller mindre til ca. 20%.

25 Kokskornene giver trods deres uregelmæssige form ikke nær så meget slid på de dele af briketpresserne, de kommer i kontakt med, som de ved floteringen frasorterede mineralkorn, hvis hårdhed er betydelig større end kokskornenes.

Uanset antydningerne i ovennævnte internationale pub-30 likation WO 83/04049 af at bindemiddelvirkningen er knyttet mest til flyveaskens mineralske bestanddele, udviser flyveaskekokset tilfredsstillende bindemiddelvirkning, også når det kun anvendes i små mængder i briketterne. Bindemiddelvirkningen hænger muligvis sammen med at det ved mikroskopiske 35 undersøgelser har vist sig at en ringe mængde grafit er kondenseret på kokskornenes overflade.

Det skal nævnes at det fra svensk patentskrift nr.

40869 er kendt at fremstille brændselsbriketter af findelt 150185 4 skovaffald (sraågrene, kviste,rødder etc.) under indblanding af 5-15% trækul som gasbindende middel; trækullet synes ikke at virke som bindemiddel for briketterne, idet det må antages at deres gasbinderide virkning beror på den kendte adsorptions-5 virkning af aktiveret kul.

Fra britisk patentskrift nr. 1.286.532 er det kendt at fremstille brændselsbriketter af affald ved efter at have fjernet metaldele og smuld at knuse det i småstykker, tørre disse og blande dem med knust kul (stenkul) eller koks for 10 at forhøje brændværdien, hvorpå der før brikettering ved en temperatur under 225°C tilsættes et bindemiddel. En forenkling af denne fremgangsmåde angives i dansk patentskrift nr. 143.859 at bestå i at blande de dele af affaldet, der skal briketteres, med kulstøv, hvorpå blandingen briketteres.

15 Det angives at man herved både undgår at opvarme affaldet før presningen og at tilsætte bindemiddel. Det er ikke klart om kulstøvet virker som bindemiddel, eller om materialet i sig selv har sådanne egenskaber at bindemiddel ikke behøves.

Men kulstøv er meget forskelligt fra flyveaskekoks.

20 I britisk patentskrift nr. 2 122 809A er det foreslå et at udvinde brændsel fra kulaske ved at sætte vand og et bindemiddel til kulasken, omrøre blandingen til dannelse af grove partikler med højt karboninhold, hvorpå man skiller fine partikler med højt askeindhold fra de grove partikler 25 og dehydratiserer de grove partikler til anvendelse som brændsel. Skriftet forklarer ikke hvorledes de grove partikler anvendes som brændsel, men det må være rimeligt at antage at de skal bruges som sådanne i kulfyrede ovne. Der er intet der tyder på at de karbonrige partikler kan fungere 30 som bindemiddel.

Ved briketter forstås i nærværende beskrivelse formede, pressede legemer til brug som brændsel, uanset deres facon.

Til mange brændertyper vil cylindriske piller med en diameter på fx 1 cm og længder på nogle få cm være egnede. De kan dan-35 nes ved strengpresning. Det kan i mange tilfælde være hensigtsmæssigt at fremstille, ligeledes ved strengpresning, cylindriske briketter med større diameter, fx 4-10 cm, og længder på fx 20 cm. Andre hensigtsmæssige briketter kan være 5 150185 kasseformede, fx med størrelse omtrent som mursten eller mindre.

Briketter med et så lavt indhold af flyveaskekoks som 3-5% smuldrer let ved fugtoptagelse og er derfor ikke 5 egnet til længere tids opbevaring, især ikke udendørs.

Hyppigt kan man bruge et indhold på 30-40% flyveaskekoks i biomassebriketterne, regnet på de færdige briketters vægt, idet der herved opnås briketter med god fasthed, så de kan opbevares også udendørs, og særdeles god brændværdi.

10 Temperaturøgningen under presningen til briketter op nås ved selve presseprocessen. Det har herved ifølge opfindel-sen vist sig at et tryk på fx 70-110 kg/cm , fortrinsvis ca.

90 kg/cm , målt som det dysetryk hvormed briketmaterialet udpresses, hyppigt giver passende temperatur. I de fleste 15 tilfælde vil, noget afhængigt af ydertemperaturen, pressetrykket selv give en passende temperatur i briketmaterialet under presningen, dvs. en temperatur på 65-100°C, fortrinsvis ca. 70°C. Opnås der ikke ved selve pressetrykket den ønskede temperatur, kan varme tilføres, fortrinsvis som damp.

20

Eksempel

Der fremstilledes briketpiller i en briketpresse ud fra halm og flyveaskekoks. Flyveaskekokset var fremstillet 25 som beskrevet i DK patentskrift nr. 146.216 og havde et vandindhold på 39,2 vægt%.

Halmen blev groft opskåret og formalet over et sold med åbninger med diameter 8 mm. Halmens vandindhold var 10,5 vægt%. Vandindholdet suppleredes ved tilførsel til briket-30 pressen til et niveau som vist i omstående tabel.

Alle enkeltforsøgene blev foretaget på nye (ikke slidte) matricer og presseruller. De fremstillede briketpiller havde alle en diameter på 8 mm og en højde på 55 mm undtagen i forsøgene nr. 10 og 11, hvor pillernes højde var 35 65 mm.

Resultaterne fremgår af tabellen som anfører vægtprocenten af flyveaskekoks i den briketterede (pelleterede) blanding, mængden af halm og flyveaskekoks i den blanding 6 150185 der førtes til briketpressen; det samlede vandindhold i denne blanding som førtes til pressen; råmaterialernes temperatur for tidspunktet for tilførsel til pressen; den specifikke energimængde der brugtes i pressen under brikette-5 ringsprocessen (i kWh pr. metrisk ton); briketternes temperatur ved tidspunktet da de forlod pressen; og rumvægten af de færdige briketter.

Temperaturstigningen af det råmateriale der førtes til briketpressen opnåedes ved tilsætning af damp.

10 Forsøgene nr. 1, 2, 4, 5 og 6 resulterede alle i god kvalitet af de fremstillede briketter eller piller, dvs. de havde passende hårdhed og smuldrede ikke under indflydelse af en fugtig atmosfære. Rumvægten af briketterne fra forsøg nr. 7-9 var lav og bevirkede at briketterne smuldrede ved 15 lagring. Det betyder ikke at briketter ifølge opfindelsen ikke er tilfredsstillende med et indhold af flyveaskekoks på 30 vægt%, men kun at betingelserne ved fremstillingen ikke var egnet til dette høje bindemiddelindhold. Grunden er sandsynligvis et for højt vandindhold i råmaterialerne.

20 Forsøgene nr. 2 og 5 og navnlig nr. 3 og 6 viser at en indgangstemperatur i råmaterialerne på 50-70°C i høj grad nedsætter energiforbruget i briketpressen; da temperaturstigningen er fremkaldt af damptilsætning er vandindholdet samtidig forøget moderat, og det menes at det forøgede vandind-25 hold er en vigtig medvirkende årsag til nedgangen i energiforbruget. I tilfælde af briketter med et indhold at flyveaskekoks på 5% resulterede dette forøgede vandindhold i ringere kvalitet af briketterne (som den viser sig ved rumvægten), mens resultatet af forsøget nr. 4-6, ved et indhold på 30 15% flyveaskekoks, var at kokset havde en tilfredsstillende kvalitet selv ved den højere forvarmningstemperatur og tilsvarende højere vandindhold i råmaterialet.

Damptilsætning og deraf følgende temperaturstigning i råmaterialerne må følgelig anses for fordelagtig ved et 35 indhold af flyveaskekoks på 15 vægt%, selv om det ikke er fordelagtigt ved et indhold på 5%. Damptilsætningen har imidlertid en homogeniserende eller "egaliserende" virkning.

7 150185

Briketterne fra forsøgene nr. 1, 10 og 11 (rumvægt 3 700-730 kg/m ) viste sig at være unødigt hårde hvilket førte til unødigt højt slid på matricer etc. i briketpressen. De briketter der stammede fra forsøg nr. 2, 4, 5 og 6 anses for 5 ideelle; de bevirker ikke urimeligt højt slid på briketpressen og de har tilstrækkelig mekanisk styrke til ikke at smuldre under lagring af transport, selv under fugtige betingelser.

Det er ved andre forsøg påvist at anvendelse af flyve-10 aske (i modsætning til flyveaskekoks) resulterer i stærkt forøget belastning og slid på pressen. Energiforbruget ved et flyveaskeindhold på 4% er ca. 50% højere end når der anvendes flyveaskekoks.

8 150185 g in ^

Η (-1 <ø οο -ο ooiit» w to M .iBR

mo I

Hi O

^ I

hmwcommm , <: ro h- UI UI o O O UI UI UI UI UI Ol ffl g 3 K s 'Hi H· * fl> x π vr £ in o h t+ I—i Cjl) 00 00 OD U) W 00 Η Η η ®

I—I ~0 UI UI UI UI UI UI Μ Μ H h bj g H

g s S’ I 0) p* Hi MMMMMMMMMM H (QB) lo vø IOVDO 10 10 10 VOVDVØ M „ o O OOO OOO ooo b^ 3 B) B) n < m hi & ro to to to to to to to to to to to iPnjp & 0 to -j-o-o tototo o o ° Qjofl) t-J Ό UI UI UI UI UI Ul Μ H t~1 !f 3 ft· ,*-Γ 1 iO Qj wJ· ^sg· Sj » tr ro S h H· Ό 1 pj g 3 g < Hl Μ M tOtO.M MMM Μ Μ M R- pL g ..

to ui to m o co σι m σι ·ϋ ω rt- it a a ΓΊ , - - ' dPH H· g on m ui oi S'H' g, <

Μ H T

ro m. g 1 in H j3 5" bj° ro ro n°l Æ ** n B-Æ 0

Jt-i^jcnoj-ocnto-ouitd ID H S* ui ui ooto to u> to ο m to H £ w ^ 1 - s. i IS'S» g CO 00 MM M Mt^ffcroro Oi to o co-oo -oio^ oo to μ ^j»<n ^ n ro 0 M Hi μ.

3 Ϊ5 I

M

10 10 -Ο Ό Ό 00 *0 00 Ό Ό 0° ? (g H

Ul O 00 Ul O Ο £» O 00 (Ji ^ ΩΗ M

η ' ό ?? R % H ' Λ* <3 3 03 -o (jjlooj ui m σι ΛσγΌ t?| j? i Co o tototo Ό to it» <0 >t» o Ο O OOO Ul Ο O to Ο O "to* w (¾ 1 2 <+ smuldring 1 $ 2