FI74485C - Saett att ur biomassa utvinna en foer tillverkning av en pappersmassaprodukt laemplig fibermassa samt en braensleprodukt. - Google Patents

Description

j 74485

TAPA OTTAA BIOMASSASTA TALTEEN PAPERIMASSATUOTTEEN VALMISTAMISEEN SOPIVAA KUITUMASSAA JA POLTTOAINETUOTETTA -SÄTT ATT UR BIOMASSA UTVINNA EN FÖR TILLVERKNING AV EN PAPPERSMASSAPRODUKT LÄMPLIG FIBERMASSA SAMT EN BRÄNSLE-PRODUKT

Keksintö koskee tapaa ottaa biomassasta, joka oleellisesti ottaen koostuu turpeesta ja puumateriaalista, talteen tiheydeltään alhaisen paperimassatuotteen valmistamiseen sopivaa kuitumassaa ja polttoainetuotetta.

Biomassalla tarkoitetaan tässä pääasiassa turvesoiden ylintä kerrosta, joka turvekuitujen lisäksi sisältää puukuituja puiden, pensaiden, kantojen ja juurien muodossa.

Nykyisessä turpeenkäsittelyssä turvesuon pintakerros heitetään pois jätteenä, jolle ei ole löytynyt mitään käyttöä. Pintakerroksella, jonka paksuus on tavallisesti yhden tai useamman desimetrin luokassa, on alhainen maatuneisuusaste (1-3 Post-asteikon mukaan), eikä sitä useista yrityksistä huolimatta ole voitu käyttää polttoaineena eikä kasvualustana. Tasoituksessa poistettu biomassa jää näin ollen jäljelle ja muodostaa ympäristöongelman .

Tämän keksinnön päätarkoituksena on saada aikaan tapa ottaa talteen tämä biomassa ja erikoiskäsittelyllä voida osittain käyttää hyväksi biomassan sisältämä turve-ja puukuitu mainitunlaisen paperimassatuotteen valmistuksessa ja osittain saada aikaan korkea-arvoinen polttoaine-tuote, joista molemmista tuotteista tulee halpoja, josta syystä tähän asti arvottomana pidetyn biomassan käsittely tulee perustelluksi.

Tämä tavoite saavutetaan oleellisesti ottaen siten, että lisäämällä biomassaan vettä juoksevan suspension aikaansaamiseksi erotetaan turve karkeasta puumateriaalista, turpeen kuitumateriaali erotetaan turpeen sisältämästä

J

i i 2 ; i 74485 i

hienojakoisesta puumateriaalista, karkeasta puumateriaalista ja hienojakoisesta puumateriaalista poistetaan I

kuitu, turpeen kuitumateriaalin sisältämä turvekuitu ero- \ tetaan kolloidisesta turvemateriaalista, turvekuidut ja j puumateriaalin kuidut sekoitetaan keskenään massaksi, josta valmistetaan kuitutuote, ja koilloidisesta mate- i riaalista poistetaan vesi niin, että siitä saadaan polt- i toainetuote. 1

Keksintöä selostetaan tarkemmin liitteenä olevan kuvan avulla, jossa uuden tavan sisältämät käsittelyvaiheet on kuvattu hyvin kaaviollisesti.

Turvekerroksesta, jota ei ole piirretty kuvaan, poistetaan tasoituksessa, kuten edellä on mainittu, ylinnä oleva biomassakerros, joka sisältää turvetta ja karkeata l ja hienoa puumateriaalia. Puumateriaalin koostumus vaih-telee ja se voi näin ollen sisältää kaatuneita puunrunkoja, juuria, pensaita, ohuita oksia jne. Biomassaan sisäl- ! tyy tavallisesti myös pieniä määriä täysin käyttökelvotonta materiaalia, kuten kiviä. Biomassan voidaan mahdol- \ lisesti antaa seistä ja kuivua luonnollisella tavalla tai siitä voidaan poistaa vettä osittain mekaanisesti, esim. puristamalla. Jos biomassa sisältää karkeata puuta, esim. puunrunkoja, ne voidaan katkoa pienempiin osiin, jotta kuljetus kuvassa esitettyyn käsittelylaitokseen olisi hei- ! pompaa, ja mielellään puunrungot katkotaan noin 4 metrin j pituisiksi tai lyhemmiksi myöhempää rummuissa tapahtuvaa mekaanista käsittelyä varten, jotka rummut ovat esim. ruotsalaisessa patenttihakemuksessa no. 81 07559-0 kuvattua tyyppiä.

Kun biomassa, jota piirroksessa merkitään numerolla 1, on saavuttanut vähintään 10% kuiva-ainepitoisuuden, se siirretään käsittelylaitokseen ja syötetään pyörivään perkausrumpuun 2. Perkausrummun 2, joka on sylinteri-mäinen, ja jota pyöritetään kuvasta pois jätetyllä pyörityslaitteella, vaippapinnassa on reikiä ja/tai rakoja 2'. Rakojen, jotka voivat olla kiinteitä tai sää- 3 74485 dettäviä, pituus on esimerkiksi 20 - 800 mm ja leveys 3-60 mm. Rummun 2 sisäänsyöttöpuolella A on biomassan kuiva-ainepitoisuus vähintään 10%. Biomassan käsittelyn aikana tuodaan pyörivään rumpuun 2 painevettä yhden tai useampien suuttimien 3 kautta. Vedellä, joka ruiskutetaan suoraan rummun sisään, on korkea paine, jotta kasaan paakkuuntuneeseen biomassaan kohdistuu suora mekaaninen vaikutus. Tällä vedenlisäyksellä materiaali laimenee raskasjuoksuiseksi suspensioksi, jonka kuiva-ainepitoisuus on välillä 0,5 - 6 %, mielellään välillä 1 - 4 %. Biomassan ollessa kiertoliikkeessä per-kausrummussa 2, kulkeutuu hienojakoinen materiaali eli turve ja hienojakoinen puumateriaali, sora jne. rummun rakojen 2' läpi samalla, kun karkea puumateriaali poistuu rummun 2 poistopuolen B kautta. Hienojakoinen materiaali koostuu ensisijassa turvekuiduista ja kolloidisista turvehiukkasista ja pienessä määrin puumateriaalista, ja karkea puumateriaali koostuu suurista puunkappaleista, kannoista jne. Rummussa 2 tapahtuvan mekaanisen käsittelyn vuoksi kuoriutuu karkeampi puumateriaali tehokkaasti. Keksinnönmukaisesti johdetaan karkeampi materiaali sinänsä tunnetunkaltaiseen murskaajaan 22, jossa puu rikotaan pieniksi palasiksi tai hakkeeksi,.joka, kuten jäljempänä selostetaan, muodostaa lähtöaineen ligno-selluloosakuitujen valmistamiseksi, joista tehdään mekaanista massaa eli hierrettä tai kuumahierrettä tai kemime-kaanista massaa, kuten CTMP-massaa. Seuraavassa oletetaan, että valmistuksen kohteena on hierre. Hakkeen pituus on 10-90 mm, mielellään 8-40 mm, ja paksuus 2-20 mm.

Rummun 2 rakojen 2' läpi kulkeva hienojakoinen materiaali, joka oleellisesti ottaen koostuu turvekuiduista ja kolloidisista turvehiukkasista, syötetään laskeutus- ja fraktiointiyksikköön 6, jonka tässä on näytetty koostuvan kahdesta osastosta 7 ja 8, joiden välillä on väliseinä 4, joka muodostaa kynnyksen. Rummun 2 vaipassa olevien ra 4 74485 kojen tai reikien 2’ läpi kulkeva materiaali jakaantuu yksikössä 6 niin, että tiheydeltään raskaat hiukkaset kertyvät osaston 7 pohjalle ja kevyempi materiaali virtaa kynnyksen 4 yli tilaan 8. Tämä kevymepi materiaali, joka koostuu pienemmistä puuhiukkasista, turvekuidusta ja kolloidisista turvehiukkasista, pumpataan putkea 9 pitkin tavanomaista tyyppiä olevaan tärysihtiin 10, esim. Jönsson-sihtiin. Tässä sihdissä erotetaan suuremmat hiukkaset, esim. kooltaan yli 8 mm olevat hiukkaset, koska todellisessa tilanteessa sihdin reikähalkaisija oli 8 mm, ja sihdille jäänyt materiaali, so. hiukkaset, joiden koko on yli 8 mm, johdetaan putkea 11 pitkin rummusta 2 tulevan karkean materiaalin sekaan, joka hienonnetaan jäljempänä kuvatulla tavalla. Sihdin 10 läpäissyt materiaali johdetaan säiliöön 12, jokai on samaa tyyppiä kuin säiliö 6, so. jaettu kahteen kammioon.

Kuvassa esitettyyn vasempaan kammioon'12' kertyy seulan 10 läpi tullut kevyin materiaali ja se pumpataan putkea 13 pitkin pyörrepuhdistimeen 14. Puhdistimen pohjasta tuleva virta 15 johdetaan altaaseen 16 ennen lopullista deponointia. Säiliössä 12 oleva puukuiduista muodostuva raskaampi materiaali voidaan edullisesti johtaa lignoselluloosakuitulinjaan 22-34. Pyörrepuhdistimessa 14 puhdistettu materiaali eli hyötymateriaali johdetaan putkea 17 pitkin sihdille 18, jossa turvekuidut erotetaan kolloidisesta turvemateriaalista. Kuidut johdetaan putkea 37 pitkin keräyssäiliöön 19. Kolloidinen turvemateriaali johdetaan putkea 38 pitkin laskeutuslaitteeseen 20 ja otetaan sieltä kuivattavaksi tai märässä tilassa puristettavaksi esim. briketeiksi eli korkea-arvoisen polttoaineen valmistusta varten.

Turvekuidut pyörrepuhdistimesta 14 ja seulasta 18 johdettiin, kuten edellä on mainittu, putken 37 kautta keräyssäiliöön 19, jossa tehdään turvekuidun ja lignosellu-loosakuidun seos. Lignoselluloosakuitu, jonka väkevyys 5 74485 on mielellään 4-30% johdetaan säiliöön 19 putkea 21 pitkin ja se saa alkunsa rummusta 2 tulevasta karkeasta puu-materiaalista ja sihtiä 10 läpäisemättömästä materiaalista. Rummusta 2 tuleva karkea puumateriaali johdetaan mahdollisten kivien erottamisen jälkeen, joka tehdään käsin tai sinänsä tunnettujen laitteiden avulla, mainittuun murskaajaan 22, jossa karkeat puunpalaset murskataan pieniksi palasiksi tai hakkeeksi. Nämä pienemmät palaset johdetaan säiliöön 23, josta ne pumpataan putkea 24 pitkin ns. romuloukkuun 25, jossa sora, kivet ja hiekka erotetaan. Nämä ei-toivotut hiukkaset johdetaan pois-toaukon 26 kautta sopivaan keräyssäiliöön. Romuloukusta j saatu hyötyaines, so. pääasiassa puhtaat puupalaset, pum- j pataan putken 27 kautta romuloukusta 25 säiliöön 29, jo- j ka on rakenteeltaan samanlainen kuin säiliö 6 eli siinä on kaksi kammiota. Sisäänvitraava materiaali tulee ensin vasempaan kammioon 29', jossa mahdollisesti jäljellä- ! oleva sora erottuu, ja puuhake tai pienet puunaplaset virtaavat yliviratuksena oikeaan kammioon 29" ja täältä putkea 30 pitkin tavanomaiseen ruuvisakeuttimeen 31, ; jossa on sylinterimäinen sihtilevy 32, jonka reikien läpi ylimääräinen vesi poistuu. Kuten edellä jo mainittiin, johdetaan putkea 11 pitkin myös seulan 10 läpäisenätön turve. Kun on suoritettu vedenpoisto ruuvisakeuttimes-sa 31, saadaan sakeutettu materiaali, jonka kuiva-ainepitoisuus on 20-40 %. Tämä sakeutettu kuitumateriaali syötetään ruuvikuljettimella 33 tavanomaiseen levyjau-himeen 34, esim. merkkiä CELLWOOD olevaan levyjauhimeen.

Jauhimesta saadaan vahva mekaaninen massa. Sen tyypillisistä ominaisuuksista on esitetty yhteenveto allaolevassa taulukossa 1 ja samalla on suoritettu vertailu tällä hetkellä vahvimman mekaanisen massan, nimittäin ns. kuumahierteen kanssa.

i | 6 74485

Taulukko 1 kuumahierre keksinnönmu-kainen hierre vetoindeksi Nm/g 38 28 2 puhkaisuindeksi kPa m /g 1,9 1,6 2 repäisyindeksi mN m /g 6,8 5,1

Esitetystä taulukosta ilmenee, että on saatu aikaan hierre, joka soveltuu paperimassatuotteen valmistukseen. Taulukossa esitetyt arvot, jotka koskevat keksinnönmukais-ta massaa, on saatu suorittamalla käsittely piirroksessa kuvatulla tavalla, eikä puumateriaalia ole ennen jauhimessa 34 tapahtuvaa kuidunpoistoa lämmitetty höyryllä tai sille suoritettu mitään muutakaan kustannuksia lisäävää toimenpidettä, päinvastoin kuin vertailussa käytetyn kuumahierteen kohdalla on tilanne. Yhtä oleellista on se, että energiantarve jauhatuksessa on oleellisesti pienempi kuin tavanomaisissa menetelmissä. Energiantarpeen eron voidaan arvella olevan 600-1800 kWh/tonni riippuen käsiteltävän biomassan maatumisasteesta, mutta maatumisasteesta riippumatta on selvää, että saavutetaan oleellinen energiansäästö.

Levyjauhiraesta 34 saatu lignoselluloosakuidusta ja tur-vekuidusta koostuva massa johdetaan putkea 21 pitkin keräys- ja sekoitussäiliöön 19. Levyjauhimesta 34 saatu kuituosaus on noin 10 %, mikä merkitsee sitä, että saanto rummusta 2 oli noin 90%. Säiliössä 19 oleva kui-tuseos pumpattiin putkea 35 pitkin paperikoneeseen 36.

Tässä paperikoneessa 36 va toistettiin kartonkimaista tuo- 2 tetta, jonka arkkipaino oli 280 g/m . Tämä tuote leikattiin arkeiksi, joiden koko oli 80x60 cm ja arkit niputettiin paaleiksi, joiden koko oli 180 kg/kpl. Pieni erä turvekuitu-lignoselluloosakuitumassaa koottiin rulliksi.

Valmistettuja tuotteita arvioitaessa ilmeni, että tiheys oli erittäin alhainen, ollen esim. korkentaan 247 3 kg/m , kun on kyseessä kova, puristettu materiaali. Jät- 7 74485 kokokeissa ilmeni, että sekoitettaessa mukaan tavanomaista massaa, saatiin yllättävän jäykkä aaltopahvituote. Erittäin yllättävä vaikutus on se, että keksinnönmukai-sesti valmistettu massa tulee huomattavasti halvemmaksi kuin tavanomaisesti pelkästään puusta valmistettu massa, ja että saavutetaan aivan uusia, yllättäviä ominaisuuksia, kuten pieni tiheys.

Keksinnönmukainen, arkkimuodossa oleva paperimas-satuote on osoittautunut erittäin sopivaksi maanpeite-välineeksi vihannesten viljelyssä, jolloin maa peitetään edelläkuvatulla tavalla valmistettua tuotetta olevilla kaistoilla. Tuotteen pieni tiheys tuo osittain mukanaan hyvän lämmöneristyksen ja osittain hyvän ilman läpäisyn ja viljelykauden j.älkeen osoittautui, että tuote voitiin kyntää ja sekoittaa täysin maan joukkoon. Lisäksi tuotteella on erinomainen kyky säilyttää maan kosteus suhteellisen vakiona.

Jos keksinnönmukaista paperimassatuotetta halutaan käyttää esim. kartongin valmistuksessa, voi olla eduksi, jos valmistettuun massaan sekoitetaan vahvikekuituja, esim. tavanomaisia muovikuituja. Tietysti on mahdollista vahvistaa keksinnönmukaista massaa tavanomaisella mekaanisella massalla ja sulfaatti- ja sulfiittimassalla.

Mukaan voidaan myös sekoittaa korsikasveja, kuten olkea ja bagassia.

Se kolloidinen ja hiukkasmainen turvemateriäali, joka pitää poistaa, jotta turvekuitu-lignoselluloosakuitu-massa saa ne erinomaiset ominaisuudet, jotka on edellä osoitettu, ja joka merkittävässä määrin motivoi biomassan taloudellisesti edullisen käytön, jota biomassaa on tähän asti pidetty ympäristöllisesti haitallisena jätteenä, johdetaan säiliöstä 20 ruuvipuristimen 40 avulla. Ruuvipuristimessa 40 sekoitetaan tässä tapauksessa laskeutuneeseen kolloidimateriaaliin mukaan ruuvisakeutti-messa 31 sakeutettua karkeakuitususpensiota, joka suspensio johdetaan putkea 39 pitkin ruuvipuristimeen. Säi- 74485 δ liöstä 20 saadun sedimentin ja ruuvisakeuttimesta 31 saadun karkean kuitumateriaalin muodostama seos osoittautui yllättävän helposti kuivattavaksi. Näin ollen saatiin ruuvipuristimen 40 jälkeen polttoainemateriaali, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 40-45 %, joka kuiva-ainepitoisuus on huomattavan korkea, kun ajatellaan kolloidisen materiaalin pitoisuutta, joka tässä tapauksessa oli 50 % kuivapainosta.

Kun polttoainemateriaalista oli poistettu vesi, se revittiin repijässä 41 ja syötettiin hiutalemuodos-sa hiutalekuivuriin 42. Hiutalekuivurissa 42 kuivattiin materiaali 83 % kuiva-ainepitoisuuteen ja kerättiin sen jälkeen säiliöön 43. Saadulla polttoainetuotteel-la oli yllättävän pieni tuhkapitoisuus. Niinpä analyysi osoitti vain keskimäärin 0,7 % tuhkapitoisuutta, kun arvo tavallisella polttoturpeella on 2-5 %, eli kun kyseessä on turve, joka on otettu turvesuosta sen biomassan jälkeen, joka käsitellään keksinnönmukaisesti. Pienen tuhkapitoisuuden selitys on ehkä se, että hiekka ja sora ovat poistuneet laskeutumissäiliöissä 6, 12, 16, 23 ja 29 ja hiekanpoistossa loukuissa 14 ja 25.

On luonnollisesti mahdollista kuivata kolloidisten hiukkasten laskeuma ilman ruuvisakeuttimesta 31 saatua karkeata materiaalia, jossa tapauksessa karkea materiaali käytetään vain paperimassatuotteen valmistukseen.

Valmistettua massaa voidaan käyttää pitkien Tainojen, arkkimaisten tuotteiden, laattojen, levyjen, istu-tusruukkujen, kasvien viljelyn peitemateriaalin jne. tuottamiseen ja polttoainetuotteesta voidaan valmistaa jauhetta, hiutaleita, brikettejä jne.

Claims (6)

1. Tapa ottaa talteen biomassasta (1), joka oleel lisesti ottaen koostuu turpeesta ja puumateriaalista, tiheydeltään alhaisen ja erittäin vahvan paperimassa-tuotteen valmistamiseen sopivaa kuitumassaa ja poltto-ainetuotetta, jossa tavassa biomassaan lisätään vettä j niin, että saadaan juokseva suspensio, tunnettu siitä, että ensimmäisessä erotuslaitteessa (2) turpeesta erotetaan suspension sisältämä karkea puumateriaali, ja että turpeen kuitumateriaali erotetaan toi- , sessa erotuslaitteessa (10) turpeen sisältämästä hieno- ! jakoisesta puumateriaalista, ja että karkeasta puumateri- j aalista ja hienojakoisesta puumateriaalista poistetaan kuitu niin, että saadaan puukuitua, ja että turpeen kuitumateriaalin sisältämä turvekuitu erotetaan kolmannessa erotuslaitteessa (18) kolloidisesta turvemateriaalista, ja että turvekuidut ja puukuidut sekoitetaan keskenään niin, että saadaan massaseos paperimassatuotteen valmistamiseksi, ja että kolloidisesta turvemateriaalista poistetaan vesi niin, että saadaan polttoainetuote.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnet-t u siitä, että tietty määrä puumateriaalin kuitua lisätään kolloidiseen turvemateriaaliin ja näin saadusta seoksesta poistetaan vesi ja suoritetaan kuivaus.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnet-t u siitä, että biomassaan lisätään vettä sellainen määrä, että kuiva-ainenitoisuuseksi tulee 0,5-6 %, mielellään 1-4%.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen tapa, tunnettu siitä, että karkeampi puumateriaali erotetaan turpeesta pyörivässä perkausrummussa (2).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, tunnet-t u siitä, että rummusta (2) poistuva karkea puumateriaali hienonnetaan hakkeeksi, jonka pituus on 10 -90 mm, 10 74485 mielellään 8-40 mm, ja paksuus 2-20 mm.

6. Patenttivaatimusten 4 ja 5 mukainen tapa, tunnettu siitä, että saadusta hakkeesta poistetaan kuitu niin, että saadaan mekaanista massaa. 11 74485