FI62134B - Foerfarande foer framstaellning av braenslepellets ur organiskt fibroest material - Google Patents

Description

F,η-fr--I rRl M1. KUULUTUSJULKAISU

™ (11) utlAggningsskrift 62134 (45) (S1) K».lk.3/1nt.Cl.3 c 10 L 5/44 SUOMI—FINLAND (21) Futanttlhakamw — PataMmUutlng 770031 (22) H«k«m*p»MI — Aiweknlnpdac 05.01.77 ^ * (23) Alkupilrt—Glklfhaudag 05.01.77 (41) Tklkit )ulkh*kfl—MWh 06.07· 77 F»tWttt- )> rekisterihallitut (44) NthtivUuipsnon ja kuuLjulkalaun pvm. — _n ^ o? rmtmntF och ragifterttyrelMn ' ' Anaekan uttafrf och uti.ikrMtwi publicend 30.0,.0^ (32)(33)(31) Fjry4«tty atuotkaui—&«jird prterKat 05.01.76 USA(US) 6^651^ (71)(72) Rudolf Wilhelm Gunnerman, 535 Haynes Avenue, Beverly Hills,

California 90210, USA(US) (7¾) Oy Kolster Ab (5¾) Polttoainepellettien valmistusmenetelmä orgaanisesta kuitumateri aalista - Förfarande för framställning av bränslepellets ur or-ganiskt fibröst material

Keksinnön kohteena on yleisesti polttoaineita ja erityisesti polttopyöryköitä, jotka on sovitettu poltettaviksi teollisia tarkoituksia varten ja jotka on valmistettu muovaamalla orgaanisia kuituja pääasiallisesti symmetrisen muotoisiksi pyöryköiksi, joilla on pääasiallisesti yhtenäinen kosteuspitoisuus ja jotka palavat tehokkaasti ilman oleellista tuhkan kerrostumista pyöryköiden pinnalle .

Kuten Reinke'n tutkimuksessa U.S.Forest Service Research Note FPL-090:ssa on esitetty otsikolla "Wood Fuel Preparation" julkaissut U.S.Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, tammikuussa 1965, on puulla useita luontaisia etuja polttoaineena. Puu on uusiutumiskykyinen polttoainelähde. Lisäksi se on laajalle levinnyt ja helposti saatavissa. Se voidaan saada talteen yksinkertaisin työkaluin ammattitaidottomalla työvoimalla eikä vaadi erikoisen hienoja laitteita paikallistamista, 2 62134 maasta kaivamista ja käsittelyä varten. Puu on suhteellisen halpaa, kun se otetaan talteen vapaa-aika-pohjalla tai säännöllisen hakkuun yhteydessä. Se palaa puhtaasti monen tyyppisissä laitteissa laajalti vaihtelevissa toimintaolosuhteissa tuottaen minimimäärän tuhkaa (jolla on jonkin verran arvoa lannoitteena). Avotulissa puun liekeillä on esteettistä näköä.

Puu on helposti syttyvä ja sen polttonopeutta voidaan säädellä kohtuullisen hyvin jos se on sopivasti valmistettu, poltetaan sopivassa laitteistossa. Toisaalta sen kosteussisältö on tavallisesti korkea ja se vaatii normaalisti valmistuksen kappale kappaleelta ja tulipesän panostuksen, kun sitä käytetään järkälemäisen puun ja hakkaamattoman viherjätteen muodossa. Kaikissa muodoissa se on kuohkeampi kuin muut tavalliset kiinteät tai nestemäiset polttoaineet.

Puutuotteiden suuri tarve on herättänyt laajalti mielenkiintoa mahdollisuuksiin käyttää hyväksi jätteitä, joita syntyy lähes kaikissa puuta käyttävien teollisuuden haarojen prosesseissa.

Puujätteitä, kuten sahanpurua, hiomapölyä, lastuja, ohuita oksia jne. syntyy pakostakin valmistettaessa puusta tuotteita, koska poiketen muoveista ja metallista puuta ei voida sulattaa ja muovaten valaa.

Tätä ennen on ehdotettu, että näistä puu- ja muista orgaanisista kuiduista muodostettaisiin pölkkyjä tai pyöryköitä, jotka sopisivat käytettäviksi polttoaineena. Esimerkiksi julkaisussa U.S. Forest Service Research Note FPL-75, otsikolla ’’Briquets from Wood Residue", julkaissut marraskuussa 1964 U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, ehdotetaan puun jäteaineiden muovaamista puristeiksi. Kuten tässä julkaisussa todetaan, jotkut rakeiset aineet eivät vaadi lisättäväksi sideainetta, koska ne ovat itsesitovia puristeina korotetuissa lämpötiloissa. Puu kuuluu tällaisten joukkoon. Lämpötiloissa vähimmäis-muovautumislämpötilan yläpuolella (puulle 160°C) briketöintilämpö-tilassa syntyneet elastiset jännitykset laukeavat täysin ja osasten pinnat tulevat toistensa kanssa välittömään kosketukseen. Jako-pintojen koheesio, osasten kuituosien ulostörröttävät liittymiset ja mahdollisesti osien kuumuudessa pehmenneen ligniinin (luonnollisen sideaineen puukuitujen välillä) adheesio edesauttavat kaikki 3 62134 sidontaa, joka antaa puristeille tyydyttävän lujuuden sen jälkeen kun ne on jäähdytetty paineen alaisina.

Tämä puu jätteen itsesitova ominaisuus on pohjana puu-br.i.ke-töintiprosessille, joka on kaupallisesti käytössä USA:ssa nykyään. Monet tällä menetelmällä toimivat laitokset käyttävät konetta, joka tunnetaan nimellä "Pres-tolog", valmistaa Wood Briquettes,

Ins., Lewiston, Idaho. Tämä kone toimii puristamalla jätepuun (sahanpurun, lastut ja muut jauhatusjätteet kaurajauhokokoon) es i-puristuskammioon syöttöruuvin avulla, joka kehittää n. 20700 kPa paineen, jolloin kitka tässä ääripaineessa kehittää riittävästi lämpöä antamaan tarpeellisen pehmenemisen itseliimautumista varten. Muotit ovat läpimitaltaan 10 cm:n sylinterimäisiä reikiä, jotka sijaitsevat säännöllisin välimatkoin toisistaan ja kulkevat ison n. 30 cm:n läpimittaisen rattaan kehällä ja muottien akselit ovat yhdensuuntaiset rattaan akselin kanssa. Muottiontelon pohja on suljettu hydraulisesti toimivalla männällä, joka antaa tarpeellisen vastuksen täytön aikana ja vetäytyy takaisin kun muotti täyttyy.

Kun muotti on täytetty muottiratas pyörähtää vähän seuraavan muotti-ontelon tuomiseksi täyttöl.inj alle. Muottiratas on vesi jäähdytetty ja puristeet jäähtyvät alle pehmenemislämpötilansa ajassa, jossa se tekee koko kierroksen. Jäähtynyt puriste työntyy ulos muotista kun vastusmäntä tulee muottionteloon valmistavasti ennen sen täyttöä.

Tällä koneella tuotetut 10-30 cm:n läpimittaiset puristeet ovat sopivia käsilämmitystä varten, mutta eivät mekaanista tuli-pesän panostusta varten. Puristeita koneellista tulipesää varten > suulakepuristaa eri tyyppinen kone, jota tuottaa sama yhtiö, itse-sitovan aineen ryhmän läpi, jossa on 8 kpl 2,5 cm:n läpimittaista pyöreätä reikää jatkuvien pötkyjen muodostamiseksi. Kun nämä pötkyt poistuvat suulakepuristimen päästä, ne leikataan 2,5 cm:n pituisiksi pyörivillä veitsillä ja antavat pyöryköitä, jotka sopivat mekaanista tulipesän täyttöä varten.

Menetelmä polttopölkkyjen tekemiseksi lignoselluloosa-osa-sista, kuten sahapurusta, on esitetty US-patentissa n:o 3 227 530. Esitetyn menetelmän mukaisesti lignoselluloosaosaset, jotka sisältävät ainakin 15 % kosteutta, suulakepuristetaan suuttimen läpi antamalla samalla kosteuden poistua, Suulakepuristaminen suoritetaan paine- ja lämpötilaolosuhteissa, jotka saavat kosteuden äkki- *> 62134 haihtumaan puristetusta massasta höyrynä osasten samalla hajotessa. Hajonneet osaset puristetaan välittömästi ja jäähdytetään kun ne vielä ovat puristuksen alaisina muodostamaan luja ympäryskuori luonnonsideaineista lignoselluloosa-aineessa. Jäähdytetty tuote sisältää normaalisti 20,,.25 % kosteutta.

US-patentissa n:o 3 492 134 on esitetty menetelmä tablettien valmistamiseksi puristamalla seos, jossa on puujauhoa tai puulas-tuja ja ruoan savustusmausteitä, tabletoimispuristimessa. Hienonnettu aine puristetaan paineissa väliltä 49000...834000 kP. Hienonnettu aine kuivataan 7.,.9 paino-%:n kosteuspitoisuuteen ennen puristamista tabletoimispuristimessa.

Muitakin tyyppejä suulakepuristus-, briketöinti- ja pelleti-soint.ikoneista ja menetelmistä on käytettävissä. Kuitenkaan näiden koneiden ja menetelmien tuotteet eivät ole täysin sopivia tuli-pesien mekaanista panostusta varten, koska ne pyrkivät pirstaantu-maan tai hajoamaan tai eivät pala tehokkaasti muodostamatta ei-toi-vottua tuhkaa.

Tämän keksinnön tavoitteena on sen tähden tarjota parannettu menetelmä orgaanisten kuituosasten muovaamiseksi ja puristamiseksi pyöryköiksi, jotka sopivat käytettäviksi eri tyyppisissä uuneissa polttoaineena. Toisena keksinnön kohteena on tarjota menetelmä polttopyörykö.iden valmistamiseksi orgaanisista aineista, kuten puusta ja sen kaltaisista, jotka palavat tasaisesti antaen pääasiallisesti tasaisen kalorituotoksen ja ilman että muodostuu merkittäviä määriä rikkiä ja ei-toivottuja typen oksideja.

Edellä esitettyihin tavoitteisiin ja muihin päästään tämän keksinnön mukaisesti tarjoamalla polttoainepellett.ien valmistusmenetelmä orgaanisesta kuitumateriaalista, jolloin sekä hienonnetaan orgaaninen kuitumateriaali hiukkaskoon, joka on korkeintaan 85 % valmistetun pellettikappaleen pienimmästä mitasta, että kuivataan materiaali redusoituun kosteuspitoisuuteen ja että kuivattu materiaali kokoonpuristetaan pelletin muotoon.

Valmistusmenetelmälle on tunnusomaista, että ennen kokoon-puristamisvaihetta säädetään hiukkasmateriaalin kosteuspitoisuus noin 1 n.. ,28 painoprosenttiin , edullisesti 20.,,24 painoprosenttiin, jonka jälkeen materiaali tämän kosteuspitoisuuden omaavana kokoon-puristetaan pääasia]Uses ti symmetriseen muotoon sellaisel la 5 62134 paineella, että kokoonpuristamalla muodostetut pellettikappaleet saavuttavat noin 160.,,175°C:n lämpötilan, jossa tällöin erittyy orgaanisesta kuitumateriaalista luonnonmukaista vahamaista sidos-ainetta, joka muodostaa suojaavan pintakerroksen pellettikappaleen päälle, jonka lisäksi tällä tavoin muodostetut pellettikappaleet kuivataan niiden kosteuspitoisuuden redusoimiseksi likipitäen tasapainoon ympäröivän .ilmakehän kanssa eli noin 7...8 painoprosenttiin .

Keksintöä kuvataan seuraavassa oheiseen piirustukseeni viilaten, jossa kuvio 1 on v.irtauskaavio, joka kuvaa keksinnön menetelmän erästä suoritusmuotoa, ja kuvio 2 kuvaa perspektiivikuvana keksinnön mukaisesti saatua edustavaa pyörykkää.

Viitaten piirustukseen valmistetaan kuviossa 2 esitetyn tyyppinen pyörykkä kuviossa 1 kuvatulla menetelmällä. Raaka-ainetta, jonka hiukkaskoko on mielivaltainen, esimerkiksi sahanpurua tai muuta puutuotejätettä, jonka vesisisältö ei ole tasainen, kuljetetaan tavanomaisen pneumaattisen kuljettimen kautta vasaramyllyyn, jossa hiukkaskoko asetetaan pääasiallisesti yhtenäiseen enimmäiskokoon, joka on n. 85 % tai vähemmän valmistettavan pyörykän vähimmäispaksuudesta. Pneumaattisessa kul j ett.imessa kivet, metallit, ja muut vieraat aineet erottuvat puusta ennen sen tuloa vasara-myllyyn. Jonkin muun tyyppistä kuljetintä, joka pyrkii erottamaan vieraat aineet puusta, voidaan käyttää, mutta parhaat tulokset on tähän asti saatu pneumaattisella kuljettimella. Vasaramyllystä tuote kuljetetaan pyörivään rumputyyppiseen kuivaimeen, jossa pääasiallisesti tasamittaisten puuosasten kosteuspitoisuus asetetaan välille n. 16.., n. 28 paino-% vapaata kosteutta, "Vapaalla kosteudella" tarkoitetaan kosteutta, joka voidaan poistaa haihduttamalla normaalilämpöt.iloissa eikä siihen kuulu kidevesi, jota voi olla mukana kuituaineessa. Kun hiukkaset on asetettu kosteuspitoisuuteen välille n, 16,,. n. 28 %, ne kuljetetaan, edullisesti pneumaattisessa kuljettimessa, pelletisoim.iskoneelle. Voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa pelletisoimiskonetta, kuten esimerkiksi konetta, jota tuottaa California Pellet Mill Company, San Fransisco, Kalifornia. Tässä laitteessa aine syötetään syöttösuppiloon ja puriste- 6 62134 taan suuttimiin, joilla on halutut ääriviivat ja muoto. Pelletisoi-miskoneen täytyy pystyä tuottamaan suuttimeen paine puristuksen aikana, joka saa aikaan kuituaineen lämpötilan nousun pisteeseen n. 160... n. 175°C. California Pellet Mill, esimerkiksi, saa aikaan n. 18000 kg:n kohdistetun kuormituksen telojen puristuskohdassa. Joillakin koneilla puristus voi olla niinkin alhainen kuin 3600 kg ja voidaan käyttää yli 18000 kg:n puristuksia. Puristukset tältä alueelta antavat halutun lämpötilan pelletisoinnin aikana. Vahan kaltaiset aineet l.ignoselluloosa-aineessa tihkuvat siitä ja muodostavat pintakuoren pyörykän päälle, joka suojaa pyörykkää pirstoutumiselta ja nopeilta muutoksilta kosteuspitoisuudessa, kun polttoainetta käytetään.

Pelletisoimiskoneesta purkautuvat pyörykät levitetään pyörivälle päättömälle hihnakuljettimelle, jossa siivekkeet puhaltavat ilmaa niiden päälle niiden lämpötilan ja kosteussisällön asettamiseksi suurin piirtein ympäristön mukaiseksi. Tuote, jolla on pääasiallisesti tasainen kosteussisältö, voidaan sitten varastoida turvallisesti tai käyttää välittömästi, jos niin halutaan. Pyöry-köiden tasapainokosteus on yleensä n. 7...8 %, riippuen ilmakehän kosteudesta.

Kuten edellä todettiin on havaittu, että vahat ja muut hart-simaiset aineet lignoselluloosa-aineessa muodostavat pintapäällys-teen pyöryköille, joka tekee pyörykät vähemmän herkiksi kosteuden muutoksille kun niitä varastoidaan tai kuljetetaan. Ei ole tarpeen lisätä sideainetta hiukkasiin edellyttäen, että paine pelletisoinnin aikana on riittävä aikaansaamaan lämpötilan välille n. 160... n. 175°C, mutta jos halutaan, voidaan orgaanisia aineita, kuten vahoja ja niiden kaltaisia lisätä kuituaineeseen korvaamaan aineet, jotka tihkuvat osasista.

Suoritettiin sarja kokeita osoittamaan, miten tärkeätä on säätää pääasiallisesti tasamittaisten orgaanisten kuituaineen osasten kosteuspitoisuus alueelle n. 20... n. 24% ennen pelletisointia. Eräässä koesarjassa lepän kaarnaa, hakkuripolttoainetta, tammen sahapurua ja douglaskuusen sahapurua esikuivatt.iin n. 3...5 %:n kosteuspitoisuuteen ja murskattiin hienojakoiseen hiukkaskokoon. Havaittiin, että oli erinomaisen vaikeata ja hidasta tehdä pyöry-köitä ja California-pelletisoimiskoneen tuotantonopeus ajettuna kaksihevosvoimaisella moottorilla oli ainoastaan n. 0,5 kg tuotetta 7 62134 15 minuuttia kohti. Tämä kone sai aikaan n. 3600 kg puristuksen telojen puristuskohdissa. Kun täysuunikuivia olkia käytettiin puun asemesta, havaittiin, että tuotantonopeus oli suunnilleen sama. Douglaskuusella valmistui n, 1 kg tuotetta 15 minuuttia kohti, mutta pyörykät olivat niin hauraita, että niitä ei voitu käsitellä. Kun käytettiin pelkästään puun kaarnaa, joka oli täysuunikuivattua, oli mahdollista tuottaa n, 3 kg pyöryköitä 15 minuuttia kohti.

Nämä pyörykät olivat kuitenkin hyvin hauraita, eikä niitä voitu käsitellä. Havaittiin, että kun pyörykän koko oli n. 2 cm, kehittyi - murtumia ja halkeamia tuotteeseen n. 25...50 %:n syvyyteen. Monissa tapauksissa pyörykät murtuivat n. 6 mm:n osiin tai pienemmiksi.

Havaittiin, että kun raaka-aineen kosteuspitoisuus lisääntyi, ^ lisääntyi myös kokonaistuotanto. Kuitenkin havaittiin, että jos kosteuspitoisuus oli n. 20... n. 24 %, tuotti California-pelleti-soimiskone ajettuna 2-hevosvoimaisella moottorilla, tuotetta nopeudella n. 0,5...0,6 kg/min. tai n. 8,8...9 kg 15 minuutissa. Näiden pyöryköiden, kun puristus oli sellainen, että lämpötila nousi n.

160.. .175°C, tiheys oli n. 1,5 ja ne paloivat pääasiallisesti tasaisesti ilman että muodostui haitallista tuhkaa pyörykän pinnalle. Pyörykät paloivat tuottaen pääasiallisesti tasaisesti lämpöyksi-köitä. Jos kosteuspitoisuus oli yli 24 %, tuottavuus väheni ja tämä vähennys tuli oleelliseksi 28 %:n kosteuden yläpuolella.

On epäkäytännöllistä kuivata tuotetta vasaramyllystä alle n. 20 %:n kosteuspitoisuuteen, mutta jos käytettävissä on ainetta, jonka kosteus on niinkin vähän kuin 16 %, sitä voidaan käyttää.

Kestää n. kolme kertaa pitemmän ajan alentaa kosteus 12 %:sta 7 %:iin kuin alentaa kosteus 40 %:sta 20 %:iin.

On oleellista, että pyöryköiden enimmäispaksuus tai pituus on n. 3 mm.., n,12 mm, Muuten pyöryköitä ei voida kuivata pääasiallisesti tasaiseen kosteuspitoisuuteen taloudellisesti käytännöllisessä ajassa. Lisäksi pyörykät, jotka on muodostettu tämän keksinnön mukaisesti ja joiden suurin mitta on n. 12 mm, palavat pääasiallisen tasaisesti ja kehittävät n, 19700,,,20800 k7/kg.

3

Pyörykän absoluuttinen tiheys on suurempi kuin 1040 kg/m 3 ja usein se on n. 1440 kg/m tai suurempi 8 %:n kosteuspitoisuudessa. Hiukkasten, joita käytetään pyöryköiden tekemiseen, tiheys on 160.. .480 kg/m samassa kosteuspitoisuudessa. Toisaalta kaupallisen 3 .

"Pres-to-log" absoluuttinen tiheys on pienempi kuin 1040 kg/m ja 62134 8 on täten kevyempää kuin vesi.

Parhaimpiin mahdollisiin poltto-ominaisuuksiin pääsemiseksi on välttämätöntä, että polttoainemassa on oleellisen tasaista pyö-rykkäkokoa ja sisältää pääasiallisesti kauttaaltaan tasaisesti kosteutta. On ei-toivottavaa ja epätaloudellista polttaa teollisesti hakkuripolttoainetta sen epätasaisen hiukkaskoon ja suuren kosteuspitoisuuden vuoksi. Tämän tyyppisillä polttoaineilla on tarpeen käyttää suurta happiylimäärää poltossa, mikä jäähdyttää polttoainetta suurella lämpöyksikköhäviöllä ja aiheuttaa tehottoman palamisen.

Vaikkakin on kaikkein käytännöllisintä muovata pyörykät sylinterimäiseen muotoon, pyörykät voivat olla esimerkiksi kuution muotoisia tai voivat olla paralleelipipedin muotoisia.

On tärkeätä, että pyörykät kuivataan tasaiseen kosteuspitoisuuteen, joka on tasapainossa ympäröivän ilmakehän kanssa, ennen niiden varastoimista suuremmissa määrissä, koska suurissa tilavuuksissa varastoitujen pyörykö.iden kosteuspitoisuus ei tule oleellisen tasaiseksi missään käytännön varastointiajassa. Pinon keskellä ja pinnalla olevien pyöryköiden kosteuspitoisuudessa on eroja. Tästä syystä tässä keksinnössä hiukkaset kuivataan ilmalla tai vastaavalla tavalla kun pyörykät levitetään, pääasiallisesti tasaiseen kosteuspitoisuuteen, joka on tasapainossa ilmakehän kanssa tai n, 7.,.8 paino-%:iin.

Vaikkakin keksintöä on kuvattu yksityiskohtaisesti valaise-mistarkoituksissa, on ymmärrettävä, että alaan perehtyneet voivat tehdä muuntelulta poikkeamatta keksinnön hengestä ja piiristä paitsi, mitä patenttivaatimuksilla rajoitetaan.

Claims (1)

1. 9 62134 Patenttivaatimus Polttoainepellettien valmistusmenetelmä orgaanisesta kuitumateriaalista, jolloin sekä hienonnetaan orgaaninen kuitumateriaali hiukkaskokoon, joka on korkeintaan 85 % valmistetun pellettikappa-leen pienimmästä mitasta, että kuivataan materiaali redusoituun kosteuspitoisuuteen ja että kuivattu materiaali kokoonpuristetaan pelletin muotoon, tunnettu siitä, että ennen kokoonpuris-tamisvaihetta säädetään h.iukkasmateriaalin kosteuspitoisuus noin 16...28 painoprosenttiin, edullisesti 20,..24 painoprosenttiin, jonka jälkeen materiaali tämän kosteuspitoisuuden omaavana kokoonpuristetaan pääasiallisesti symmetriseen muotoon sellaisella paineella, että kokoonpuristamalla muodostetut pellettikappaleet saavuttavat noin 160...175°C:n lämpötilan, jossa tällöin erittyy orgaanisesta kuitumateriaalista luonnonmukaista vahamaista sidos-ainetta, joka muodostaa suojaavan pintakerroksen pellettikappaleen päälle, jonka lisäksi tällä tavoin muodostetut pellettikappaleet kuivataan niiden kosteuspitoisuuden redusoimiseksi likipitäen tasapainoon ympäröivän ilmakehän kanssa eli noin 7...8 painoprosenttiin , s