NO335883B1 - Fremgangsmåte for fremstilling av trepellets og briketter - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av trepellets og trebrikketer med trevirke som råstoff.

I de senere år har det vært en stadig økende fokusering på miljø og spesielt på utslipp av "fossilt" CO2. Internasjonalt foregår det derfor en sterk satsing på overgang fra fossile energikilder (olje, gass, kull og koks) til biologiske eller fornybare energikilder for å redusere utslippene av "fossilt" CO2.

Brenselpellets av tre er en av de raskest voksende former for bioenergi. Trepellets og -briketter har også en rekke andre anvendelsesområder, men det vanligste bruksområdet er som brenselpellets. Trepellets produseres i dag i betydelige volumer i et stort antall fabrikker, særlig i Europa og Nord-Amerika.

Råvarene er først og fremst sagflis, med typisk partikkelstørrelse mindre enn 3 mm og en typisk relativ fuktighet på 50-55 masse-%, samt råvarer som er restprodukter fra høvlerier, møbelfabrikker osv., med en typisk relativ fuktighet i området 10-18 masse-ne

Mekanisk prosess

Hovedtrekkene i den mest vanlige metode for produksjon av pellets, som er en mekanisk prosess med finmaling og komprimering, er som følger:

Tørking

Råvarer med et relativt fuktighetsinnhold over 18-20 masse-% blir tørket før pelletering. Dette utgjør mesteparten av råvarene, som for det meste i dag er sagflis. Tørkingen skjer oftest i trommeltørker hvor man fører inn råvarene, og injiserer røykgasser fra et forbrenningsanlegg med flis/bark e.l. som brensel, og det skjer en direkte tørking basert på røykgasser. Flere typer tørker er imidlertid i bruk, også lavtemperaturtørker.

Maling

Neste trinn er mekanisk finmaling av råvarene, ned til en typisk partikkelstørrelse mindre enn 2 mm. Dette skjer oftest i en slagmølle (hammer mill, hammarkvarn).

Pelletering

Materialet føres deretter til pelletspresser, hvor pelleteringen typisk skjer ved at materialet presses gjennom sylindriske hull i en ringmatrise, og det komprimerte materialet som kommer ut blir kuttet til pellets.

Kjøling

De nyproduserte pellets, som holder en høy temperatur og har en myk konsistens, blir deretter ført til en kjøler, som er en beholder hvor det føres luft gjennom, slik at man oppnår en kontrollert nedkjøling av pellets, og man reduserer samtidig volumet av finandeler. Ut fra kjøleren kommer så ferdige pellets.

For pellets som er produsert på denne måten blir ofte volumet av finandeler (støv) høyere enn ønskelig, særlig etter transport og håndtering. Tidligere ble det derfor i en viss grad tilsatt bindemidler under pelleteringen, gjerne lignosulfonater, biprodukt fra treforedling. Dette gir imidlertid en uønsket tilførsel av kjemikalier.

US 4,502,227 og GB 2 402 398 beskriver tørking og pelletering av trepellets.

Briketter fremstilles av samme råstoffer som pellets. Mens pellets har en typisk diameter på 6, 8 eller 12 mm og lengde 10-20 mm, så er briketter større, med typisk diameter 50 mm, og lengde fra 20 mm og oppover til 300 mm. Briketter fremstilles ikke i ringmatriser, men i egne brikettpresser hvor råvarene blir komprimert. Briketter har typisk lavere volum vekt enn pellets.

Dampeksplosjon

Fra NO 320971/EP 1776440 er det kjent en fremgangsmåte der råvarene først blir tørket ned til en relativ fuktighet på 30 - 45 masse%, deretter ført til en reaktor som blir tilført damp inntil materialet holdes ved 200 - 300<0>C i tilstrekkelig tid til at materialet mykner, hvoretter det skjer en trykkavlasting i minst to trinn, slik at materialet "dampeksploderes". Da defibreres materialet og lignin frigjøres. Deretter går materialet til et nytt tørketrinn, hvorpå materialet eventuelt pelleteres. Denne fremgangsmåten er den produksjonsmetoden som benyttes kommersielt i dag.

En viktig grann til at man har fortsatt å benytte denne teknikken er at man innen

fagområdet er av den oppfatning at det må være "tilstrekkelig restfuktighet" i materialet for at det kan defibreres i trykkbeholderen, angitt som 30-45%, og dermed at det ikke er nok fuktighet for defibrering ved lavere fuktigheter. I NO 320971/EP 1776440 utrykkes det at det selv ved relativ fuktighet på 30-45% i henhold til oppfinnelsen, mot

tradisjonelt 45-65%, fortsatt er tilstrekkelig restfuktighet for defibrering ved trykkreduksjon. Det har således vært antatt i teknikken at for lav fuktighet, dvs. under 30 % ikke gir tilstrekkelig kraft i dampeksplosjonen.

Videre har det vært observert at friksjonen mellom materialet og reaktorens utblåsingsrør øker ved lavere fuktighet, og fra praktiske erfaringer er det under testkjøringer med materialer tørrere enn 30% ved fabrikk oppstått problemer med å tømme reaktorene.

Man har dessuten ifølge kjent teknikk benyttet to tørketrinn, både ett før og ett etter dampeksplosjon, for å forsikre seg om at fordelingen av fuktighet i materialet p.g.a. kondens etter tømming av reaktoren er jevn nok for pelletering.

Ved temperaturintervallene som benyttes i fremgangsmåtene over starter det etter kort tid dessuten en viss hydrolysering av det organiske materialet og et tap av tørrstoff som er uønsket, ettersom det som hydrolyseres, og dermed energiinnholdet i dette, forsvinner eller oksideres enten i ettertørkingen eller under oppvarmingen i pelleteringen. Med fremgangsmåtene fra kjent teknikk er dette tørrstofftapet på flere prosent.

Generell beskrivelse av oppfinnelsen

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebrakt en fremgangsmåte ved fremstilling av trepellets eller briketter av trevirkemateriale i form av flis eller lignende partikler, kjennetegnet ved at den omfatter å: (a) valgfritt føre materialet, dersom det har en relativ fuktighet over 30 masse-% til et tørketrinn og tørke det til en relativ fuktighet på 20-30 masse-%, eller benytte et materiale med fuktighet under 30 masse%, (b) føre materialet, eventuelt via et mellomlagringstrinn, til et varmebehandlingstrinn og å oppvarme materialet til 180-235 °C ved tilførsel av overopphetet umettet damp ved rundt 350 °C og omtrent 20 bar inn i en reaktor, (c) holde materialet i reaktoren ved den oppnådde temperaturen i en tilstrekkelig tid

til å mykne materialet og frigjøre lignin,

(d) avlaste trykket i reaktoren i minst ett trinn, og

(e) pelletere eller brikettere det behandlede materialet.

Foretrukne utførelser av fremgangsmåten ifølge oppfinneslen fremgår av de uselvstendige kravene, der den i et aspekt vedrører en fremgangsmåte hvori den overopphetede umettede dampen som tilføres reaktoren ytterligere reduserer fuktigheten av materialet under varmebehandlingen, fortrinnsvis i området 1-5, mer foretrukket 4-5 og mest foretrukket omtrent 5 prosentenheter relativ fuktighet av materialet.

Eventuelt kan det behandlete materialet i et trinn (d2) mellom trinn (d) og (e), også tømmes fra reaktoren og tas imot i en mottakstank eller syklon hvor dampen skilles fra massen, slik at minst mulig kondensat fra dampen blir med som fuktighet videre i prosessen eller produktet. Videre kan det behandlete materialet blandes med trevirke i et trinn (d3) mellom trinn (d) og (e), fortrinnsvis etter det eventuelle trinnet (d2).

I en utførelse kan oppholdstiden i reaktoren være 1-12 minutter.

I en utførelse kan den siste trykkavlastingen av reaktoren skje plutselig ved dampeksplosjon slik at materialet defibreres, mens i en annen kan trykkavlastingen av reaktoren også skje sakte uten dampeksplosjon.

Materialet kan være grove partikler, fortrinnsvis celluloseflis, foretrukket med en lengde på omtrent 25 mm. Materialet også kan være finfordelt før reaktortrinnet, fortrinnsvis i form av sagflis eller mer finfordelt materiale, foretrukket med en lengde på mindre enn 3 mm.

Eventuelt kan det innblandede trevirket har en fuktighet mindre enn 18 masse-% og/eller ha en typisk partikkelstørrelse mindre enn 2 mm.

I et annet aspekt vedrører oppfinneslen en fremgangsmåte som over der fremgangsmåten omfatter et ytterligere trinn ved å: (f) føre pelletsene eller brikettene til en kjøler, hvor det føres luft gjennom for en kontrollert nedkjøling av pellets eller briketter hvori volumet av finandeler reduseres.

I enda et annet aspekt omfatter fremgangsmåten et ytterligere trinn ved å: - føre materialet til et andre tørketrinn.

Pelletsene eller brikettene som fremstilles ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan inneholde en relativ fuktighet på 5 masse% eller mindre, fortrinnsvis 2 masse% eller mindre, og evt. ha et energiinnhold på 5,0 MWh/tonn eller mer, fortrinnsvis 5,2 MWh/tonn eller mer.

Tørking

Materialet som skal benyttes, kan være forhåndstørket eller inneha en relativ fuktighet under 30 masse-%, og således ikke behøve tørking. Hvis fuktigheten er over 30% tørkes materialet som et trinn i selve prosessen. Materialet som mates inn i reaktoren har således en vesentlig lavere fuktighet enn det som tidligere er benyttet i kjent teknikk. Foreliggende oppfinnelse angir et fuktighetsinnhold etter tørking på 20-30%, mot 30-45% i kjent teknikk og man har overvunnet viktige motforestillinger i teknikken som forklart innledningsvis og som fortsatt eksisterer. Den reduserte fuktigheten i materialet medfører lavere dampforbruk i reaktoren, noe som gir lavere produksjonskostnader. Den relative fuktigheten på materialet som går inn i reaktoren, er fortrinnsvis på omtrent 2-12 masse%.

Ved å tørke materialet ned til området ifølge oppfinnelsen blir det såpass lite kondens at problemene med ujevnheter i fuktighetsfordeling i forhold til pelletering nevnt over elimineres. Derved kan man utføre tørking i ett trinn (kun før dampeksplosjon) istedet for ved to trinn som i kjent teknikk, (som omfatter tørking før dampeksplosjon og tørking før materialet går inn i pelletspressen), som gir vesentlig lavere investeringskostnader enn om man bruker to tørketrinn som tidligere.

For å redusere fuktigheten i sluttproduktet kan man eventuelt tørke det prosesserte materialet ytterligere ned etter dampeksplosjon, noe som primært er aktuelt hvis fuktighetsinnholdet inn i reaktoren er i øvre halvdel av intervallet 0-30 masse-%.

Tørkingen kan skje ved at man injiserer overhetet (umettet) damp i reaktoren, slik som for eksempel etter trinn (d) av fremgangsmåten over. Dette vil medføre at fuktigheten i materialet fordamper inntil dampen er blitt mettet, og at fuktigheten i materialet etter prosessering i reaktoren blir lavere enn om man hadde injisert mettet damp.

Varmebehandling

Ved å begrense temperatuirntervallet for behandlingen til 180-235 °C, i motsetning til de kjente intervaller på 200-300 °C, unngår man også uønskede reaksjoner i materialet som oppstår over 235 °C og man holder seg dessuten innenfor driftsmessige optimale temperaturer, i forhold til energiforbruk og særlig produksjon av damp.

Oppholdstiden i reaktoren er fordelaktig i området 1-12 minutter.

Trykkavlasting

Avlastingen av trykket i reaktoren skjer enten ved:

(1) at den siste trykkavlastning skjer plutselig slik at det oppnås en dampeksplosjon, der materialet defibreres og lignin frigjøres, eller (2) en jevn trykkavlastning der trykkavlastningen i seg selv ikke fører til defibrering av materialet, men der lignin likevel frigjøres på grunn av at materialet har vært oppvarmet tilstrekkelig lenge ved temperaturintervall som er nevnt ovenfor, 180-235 °C.

Fremgangsmåte (2) er mest aktuell når materialet er relativt finfordelt før behandling i reaktor (som f.eks. sagflis, med typisk lengde mindre enn 3 mm, eller enda mer finfordelt materiale), mens fremgangsmåte (1) er å foretrekke når man har grovere partikler, (som f.eks. celluloseflis, med typisk lengde på omtrent 25 mm). Dette skyldes at med fremgangsmåte (1) trenger man ikke mekanisk finmaling etter behandlingen i reaktor selv om råvarene er på størrelse med celluloseflis. Men benytter man fremgangsmåte (2) så bør råvarene være mer finfordelt enn celluloseflis for at materialet skal gå direkte til pelletering uten en ytterligere mekanisk oppmaling.

Selv om defibreringen som skjer i fremgangsmåte (2) er mindre kraftig enn i kjent teknikk, ved å benytte et materiale med lavere restfuktighet, er den likevel tilstrekkelig for pelletering.

Er materialet tilstrekkelig finfordelt på forhånd oppnår man med fremgangsmåte (1) for øvrig et tilstrekkelig godt resultat ved å foreta en så jevn trykkavlastning i

reaktor at man ikke har en dampeksplosjon, men kun en varmebehandling av materialet med damp i reaktor.

Defibrering ved dampeksplosjon er bare én av parameterne som har vesentlig betydning for å gjøre materialet velegnet for pelletering. Forsøk viser at økning i temperatur og særlig i oppholdstid ikke bare gjør det lettere å defibrere materiale ved dampeksplosjonen, men at det gjør materialet mykere og gir mer frigitt lignin også uten dampeksplosjon, som derved gjør materialet mer egnet for pelletering.

Utformingen av reaktoren og utstyr i tilknytning til denne muliggjør tømming ved lav fuktighet i materialet. Det er fullt mulig å utstyre reaktoren slik at den kan tømmes endog uten en plutselig trykkavlastning (dampeksplosjon) i siste trinn.

Pelletering - brikettering

Til slutt pelleteres det behandlede materialet, eventuelt etter at det er blandet med annet trevirke, for eksempel med ikke-dampeksplodert trevirke. Det innblandede trevirket har fordelaktig en fuktighet som ikke er høyere enn 18 masse- % og en typisk partikkelstørrelse som ikke er større enn 2 mm. Alternativt kan man i stedet for pelletering brikettere det behandlede materialet i en brikettpresse.

Ved å benytte foreliggende oppfinnelse fører den tidlige og vesentlige reduksjonen i fuktighet til at hydrolyseringen av det organiske materialet som følge av varme, starter senere og er svakere enn i de kjente fremgangsmåtene. Således reduserer foreliggende oppfinnelse tap av tørrstoff som er et problem innen kjent teknikk.

I dag er vanlig fuktighet i pellets 8-10%, og det foreligger i praksis ikke pellets med fuktighet under 5%. Dette skyldes at det ved pelletering uten at ligninet i materialet er blitt frigjort, i vesentlig grad krever at det er en viss fuktighet. Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse kan det oppnås pellets eller briketter med 2% og lavere fuktighet som har de samme gode bindeegenskaper som andre kjente pellets fremstilt av dampeksplodert trevirke.

Dagens pellets med 8% fuktighet har et energiinnhold 4,8 MWh/tonn mens pellets eller briketter oppnådd ved foreliggende oppfinnelse med 2% fuktighet har et energiinnhold på 5,2 MWh/tonn, og ved 5% fuktighet er energiinnholdet 5,0 MWh/tonn. Dette er en vesentlig fordel i transport og lagringssammenheng, samt at man kan oppnå høyere effekt i forbrenningsanlegg, p.g.a. av høyere konsentrasjon av energi i brennkammeret.

Oppfinnelsen medfører også flere fordeler sammenliknet med mekanisk produksjon av trepellets og briketter. Fordelene i forhold til mekanisk prosess for produksjon av pellets og briketter ligger i høyere kvalitet og høyere kapasitet. Høyere kvalitet består i at den behandlete massen har bindeegenskaper som langt overgår de tidligere oppnådde masser og de forbedrede bindeegenskaper i pelletsen fører til lavere volum av finandeler (støv), og en bedre holdfasthet. Høyere kapasitet i pelletspressene eller brikettpresse, ved samme elektrisitetsforbruk, oppnås fordi massen i foreliggende oppfinnelse får en mykere konsistens og lettere lar seg pelletere enn mekanisk finmalt tre, og man kan også øke bulkvekten av pellets og briketter uten å øke elektrisitetsforbruket.

En videre stor fordel i forhold til pellets og briketter fremstilt med mekanisk produksjon er at produktene fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse er meget lite hygroskopiske. Mekanisk fremstilte pellets og briketter absorberer fuktighet så lett at de må lagres og håndteres tørt. Kommer de i kontakt med vann vil de miste sin form og går tilbake til å bli en form for trepulver eller sagflis. Pellets og briketter i henhold til oppfinnelsen kan derimot håndteres og lagres uten at kontakt med vann eller fuktighet er et problem, de beholder sin form og trekker bare til seg vann i meget liten grad, og kun etter lang tid. Dette betyr rent praktisk bl.a. at der man bruker trepellets og/eller briketter som et supplerende brensel i kullforbrenningsanlegg, kan man med typen pellets og briketter fremstilt ifølge oppfinnelsen bruke de samme lager- og transportfasiliteter som man allerede har for kull. Med mekanisk fremstilte pellets må man derimot anskaffe separate fasiliteter for å sikre tørr håndtering under lagring og transport. For pelletsfabrikkene betyr foreliggende oppfinnelse tilsvarende at lagerfasilitetene kan gjøres langt billigere enn i dag.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således en forbedret fremgangsmåte som oppnår et forbedret produkt som angitt over. Fremgangsmåten som er tilveiebrakt ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan innpasses i eksisterende pellets- eller brikettfabrikker som i dag verken bruker dampeksplosjon eller høytemperaturbehandling med damp før pelletering.

Detaljert beskrivelse av eksempelutførelser

Under følger beskrivelse av eksempelutførelser som ikke er ment å begrense omfanget av oppfinnelsen.

Råvarene kan være all slags flis og spon av trevirke. Råvarer som ikke har vært verken kunstig eller naturlig tørket, har vanligvis en relativ fuktighet på 45-55 masse-%, naturlige tørkede råvarer har en typisk relativ fuktighet på 28-35 masse-%.

En fordelaktig fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen omfatter følgende trinn:

(a) Råvarer/materialer med relativ fuktighet over 30 masse-% blir tørket ned til en relativ fuktighet på 20 - 30 masse-%. Dette skjer typisk som direkte tørking i trommeltørke hvor røykgasser injiseres, men andre tørkemetoder kan også anvendes. (b) Råvarene føres så, eventuelt etter mellomlagring, fra tørketrinnet eller direkte til en reaktor hvor råvarene (materialet) varmebehandles, eventuelt dampeksploderes. Dette skjer ved at etter at råvarene er ført inn i reaktoren, lukkes fylleventilen for flis og det blir injisert overopphetet umettet damp ved rundt 350 °C og omtrent 20 bar inn i reaktoren inntil temperaturen er kommet opp i 180 - 235 °C.

I foreliggende oppfinnelse er det funnet at når dampen som tilføres reaktoren er overopphetet (umettet) damp, kan fuktigheten av materialet ytterligere reduserer under selve varmebehandlingen.

(c) Deretter holdes denne temperaturen og trykket i 1 - 12 min.

(d) Så utføres en trykkreduksjon i ett eller flere trinn. I den siste trykkreduksjon reduseres trykket til atmosfærisk trykk, og det behandlete materialet tømmes ut av reaktoren.

Materialet har da blitt endret til en brunfarvet "tremasse" med en vesentlige mykere konsistens enn det inngående materialet (råvarene). Hvis den siste trykkreduksjonen skjer som et plutselig trykkfall er dette en dampeksplosjon i tradisjonell forstand. Hvis det siste trykkfallet skjer jevnt og forsiktig er det ingen dampeksplosjon som defibrerer materialet, men materialet får likevel en mykere konsistens og en karakteristisk brunfarve. Brunfarven skyldes at ligninet har blitt mykt opp og delvis frigjort gjennom oppholdet i det temperaturintervall som er nevnt ovenfor.

(d2) Eventuelt kan det behandlete materialet som tømmes fra reaktoren tas imot i en mottakstank eller syklon hvor dampen skilles fra massen, slik at minst mulig kondensat fra dampen blir med som fuktighet videre i prosessen eller produktet.

(d3) Materialet blir så eventuelt blandet med tørkede råvarer som er blitt malt i en slagmølle ned til en partikkelstørrelse egnet for pelletering. Det eventuelt innblandede trevirket har fordelaktig en fuktighet som ikke er høyere enn 18 masse-% og en typisk partikkelstørrelse som ikke er større enn 2 mm. Denne blandingsmassen, eller eventuelt ublandet materiale, blir så ført til pelletering eller blikket. (e) Materialet (blandingsmassen, eller eventuelt ublandet materiale) føres deretter til pellets- og/eller briketteringspresser, hvor pelleteringen typisk skjer ved at materialet presses gjennom sylindriske hull i en ringmatrise, og det komprimerte materialet som kommer ut blir kuttet til pellets, eller materialet kan alternativt presses til briketter i brikettpresse. (f) De nyproduserte trepelletsene eller brikettene, som holder en høy temperatur og har en myk konsistens, blir fortrinnsvis deretter ført til en kjøler, som er

en beholder hvor det føres luft gjennom, slik at man oppnår en kontrollert nedkjøling av pellets/briketter, og man reduserer samtidig volumet av finandeler. Ut fra kjøleren kommer så ferdige trepellets/briketter.

I den foreliggende oppfinnelse kan man optimalisere prosessen i reaktoren på flere måter. De grunnleggende sammenhenger er at: Øker man temperaturen i reaktoren eller overoppheter dampen, så kan man redusere oppholdstiden. Senker man temperaturen, så må man øke oppholdstiden. Ved å øke temperaturen eller overopphete dampen kan man dermed øke kapasiteten gjennom kortere oppholdstid. - Desto lavere inngående fuktighet, desto lavere dampforbruk, og desto lavere energiforbruk og kortere fylletid for damp, dermed desto høyere produksj onskapasitet.

Øker man partikkelstørrelsen, så må man øke temperaturen og/eller oppholdstiden.

De optimale behandlingsbetingelser er ulike for de ulike treslag. Det forekommer også lokale variasjoner (bl.a. ut fra vekstforhold) innenfor de enkelte treslag, noe som fører til at optimeringen av prosessbetingelser gir best resultat når den foretas for den enkelte fabrikk.

Fordelene i forhold til mekanisk prosess for produksjon av pellets og briketter ligger i høyere kvalitet og høyere kapasitet. Høyere kvalitet består i at den damp eksploderte/ varmebehandlete massen har naturlige bindeegenskaper som langt overgår de bindeegenskaper trevirket har når det komprimeres mekanisk uten forutgående dampeksplosjon. Dette skyldes at cellulose, hemicellulose og lignin i noen grad er frigjort. De beste bindeegenskaper oppnås når man pelleterer dampeksplodert masse uten innblanding av ikke-dampeksplodert masse. Økningen i bindeegenskaper for pellets produsert av en blanding av mekanisk finmalt trevirke og dampeksplodert/ varmebehandlet masse i forhold til pellets eller briketter produsert fra rent mekanisk finmalt trevirke er imidlertid så stor at dette gir en tilstrekkelig kvalitetsøkning i forhold til store deler pellets-/brikettmarkedet. De forbedrede bindeegenskaper fører til et lavere volum av finandeler, og en bedre holdfasthet. Dette er et av de mest sentrale kvalitetskriterier for pellets. Høyere kapasitet i pellets- og brikettpressene, ved samme elektrisitetsforbruk, oppnås fordi dampeksplodert masse har en mykere konsistens og lettere lar seg pelletere enn mekanisk finmalt tre, og man kan også øke bulkvekten av pelletsene og brikettene uten å øke elektrisitetsforbruket.

Det optimale blandingsforhold av dampeksplodert/varmebehandlet masse og annet tre i pellets/briketter avhenger av flere forhold, som gjerne er ulike for hver enkelt fabrikk. Hvilket treslag man bruker betyr mye, og råvaretilgangen for fabrikken i det hele. Forholdet mellom kostnader for elektrisitet og den termiske energi man bruker i reaktorprosessen er også viktig, fordi den delen som blandes med dampeksplodert masse blir finmalt i slagmølle på forhånd, noe som krever elektrisk energi. Det er også av stor betydning hvilket marked produktene skal leveres til, kvalitetsøkningens relative betydning kan være ulik. For noen markeder vil ingen innblanding være optimalt, dvs. at man bare bruker dampeksplodert masse og/eller bare varmebehandlet masse, for andre markeder kan en innblanding på 20-25% være optimalt. I andre tilfeller kan det anvendes kun 10-20 masse-% dampeksplodert/varmebehandlet masse og 80-90 masse-% ikke-dampeksplodert trevirke.

Konsistensen av den dampeksploderte/varmebehandlete massen virker også inn på pellets-/brikettkvaliteten, og dermed hva som er optimale blandingsforhold. Partikkelstørrelsen for råvarene/materialet når det går inn i reaktoren er avgjørende for om massen blir et brunt pulver, som når inngående råvare er sagflis, eller om massen har en konsistens mer lik tørr revet torv, med lengre fiberbunter som er myke. Pellets/briketter fra den siste type masse gir enda bedre egenskaper med hensyn til liten andel finandeler enn dampeksplodert masse fra sagflis. For å lage denne type masse må den inngående råvare i reaktoren være langt større en typisk partikkelstørrelse for sagflis, og noen treslag er bedre egnet enn andre for å fremstille slik masse.

I den foreliggende fremgangsmåten er fuktigheten i råvarene når de går inn i reaktor for å dampeksploderes/varmebehandles vesentlig lavere (0-30 masse%) enn den fremgangsmåtene fra kjent teknikk (30 -45 masse%). Dette fører til at dampforbruket i reaktoren som er nødvendig for å varme opp materialet til den angitte temperatur er lavere, noe som gir lavere produksjonskostnader. Lavere dampbehov gir også kortere fylletid og trykkreduksjonstid for damp, noe som igjen gir et større antall porsjoner eller batcher pr. tidsenhet. Dette innebærer høyere produksjonskapasitet i en reaktor av en gitt størrelse.

I den foreliggende oppfinnelsen er det kun ett valgfritt tørketrinn avhengig av massens opprinnelige fuktighet og massen trenger ikke å tørkes før den går til pelletering. Massen tørkes imidlertid ytterligere i henhold til foreliggende oppfinnelse ved å benytte overhetet (umettet) damp i reaktoren under varmebehandlingen, i stedet for mettet damp som er vanlig ved slik varmebehandling.

Ved å benytte umettet overopphetet damp i reaktoren under varmebehandlingen vil vann bli trukket ut av materialet og temperaturen på atmosfæren i reaktoren reduseres for å oppnå likevektsforhold. Det tilføres således overopphetet damp ved betingelser og mengder som resulterer i det samme temperaturområdet (180-235 °C) i reaktoren for varmebehandlingen som er nødvendig for prosesseringen som beskrevet tidligere. Slike betingelser er umettet vanndamp på rundt 350 °C, ved 20 bar. I praksis oppnår man på denne måten en fuktighetsreduksjon i råvarene på typisk inntil 5 prosentenheter. Det vil si at materiale som lastes i reaktoren med en relativ fuktighet på 20 % vil kunne reduseres til 15 %, og likeledes at dersom materiale med relativ fuktighet 12 % mates i reaktoren kan fuktigheten av dette materialet reduseres ned mot 7 %, ved å injisere overopphetet damp i reaktoren.

Foreliggende oppfinnelse gjør det således mulig å oppnå ekstremt tørt materiale for pelletering eller brikettering, og derved ekstremt tørre pellets eller briketter. Alternativt kan teknikken med overopphetet damp for vannreduksjonen av materialet i reaktoren utnyttes for å redusere temperaturen eller tiden i tørketrinnet før varmebehandlingen for å oppnå samme produkt med samme egenskaper som beskrevet tidligere. Avhengig av om man tilfører mer, mindre eller samme mengde energi med den overopphetete dampen, kan forskjellige resultater og produkter oppnås.

Det er også mulig å tørke materialet mer i reaktorene, men da må man benytte reaktorene som tørkere utover varmebehandlingen, noe som vil forlenge oppholdstid i reaktorene, og dermed redusere kapasiteten for prosessering.

Fordelen ved å kun utføre ett tørketrinn, og oppnå ytterligere reduksjon av vanninnhold i materialet ved overopphetet damp i reaktoren, er at man unngår to klassiske tørketrinn som i kjent teknikk, der det anvendes mettet damp og to tørker som betyr vesentlig høyere investeringskostnader enn om man bruker ett tørketrinn som i den foreliggende oppfinnelse. Når samme tørkekapasitet skal fordeles på to klassiske tørkere, er investeringskostnadene dessuten betydelig høyere enn for én tørke som har den samlede kapasitet alene. Ifølge foreliggende oppfinnelse kan eventuelt også kapasiteten av den ene tørken reduseres dersom man utfører tilleggstørking i reaktoren som nevnt over, eller den totale behandlingstiden kan reduseres.

I den foreliggende oppfinnelse kan man alternativt foreta trykkavlastningen slik at man får en dampeksplosjon, eller man kan foreta trykkavlastningen så jevnt at man ikke får en dampeksplosjon, der valget mellom disse fremgangsmåter gjøres ut fra om materialet på forhånd er så finfordelt at det ikke er nødvendig å defibrere gjennom dampeksplosjon.

Den fremgangsmåten som er tilveiebrakt ifølge den foreliggende oppfinnelse kan således innpasses i eksisterende pellets-/brikettfabrikker som er basert på mekanisk finmaling og pelletering eller brikettering uten andre investeringer enn i reaktor(er), dampproduksjon, mottak av massen, og håndtering av dampen som skilles fra massen, samt eventuell blanding med mekanisk finmalt tre. Skal man dampeksplodere hele råvarestrømmen, settes reaktor inn isteden for finmaling (typisk med slagmølle) i produksjonslinjen. Skal man lage en blanding kan man eventuelt ta en del av råvarene etter tørken til reaktor og en del til mekanisk finmaling, - typisk ved at større partikler tas til reaktor.

Skulle man innpasse totrinns tørkemetoden fra kjent teknikk i eksisterende fabrikker måtte man i tillegg investert i ytterligere en tørke for tørking av massen etter dampeksplosjon, dvs. før massen pelleteres eller briketteres. Man kunne heller ikke i praksis benyttet samme tørke for råvarer som skulle dampeksploderes og den del av råvarene som eventuelt skulle finmales mekanisk, fordi kravet til relativ fuktighet etter tørken er vidt forskjellig i de to tilfellene. Således er fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse fordelaktig å implementere rent praktisk, logistikkmessig og økonomisk i eksisterende anlegg.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av trepellets eller briketter av trevirkemateriale i form av flis eller lignende partikler,karakterisert vedat den omfatter å: (a) valgfritt føre materialet, dersom det har en relativ fuktighet over 30 masse-% til et tørketrinn og tørke det til en relativ fuktighet på 20-30 masse-%, eller benytte et materiale med fuktighet under 30 masse%, (b) føre materialet, eventuelt via et mellomlagringstrinn, til et varmebehandlingstrinn og å oppvarme materialet til 180-235 °C ved tilførsel av overopphetet umettet damp ved rundt 350 °C og omtrent 20 bar inn i en reaktor, (c) holde materialet i reaktoren ved den oppnådde temperaturen i en tilstrekkelig tid til å mykne materialet og frigjøre lignin, (d) avlaste trykket i reaktoren i minst ett trinn, og (e) pelletere eller brikettere det behandlede materialet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der dampen som tilføres reaktoren er overopphetet umettet damp, som ytterligere reduserer fuktigheten av materialet under varmebehandlingen, fortrinnsvis i området 1-5, mer foretrukket 4-5 og mest foretrukket omtrent 5 prosentenheter relativ fuktighet av materialet.

3. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der det behandlete materialet i et trinn (d2) mellom trinn (d) og (e), tømmes fra reaktoren og tas imot i en mottakstank eller syklon hvor dampen skilles fra massen, slik at minst mulig kondensat fra dampen blir med som fuktighet videre i prosessen eller produktet.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der det behandlete materialet blandes med trevirke i et trinn (d3) mellom trinn (d) og (e), fortrinnsvis etter det eventuelle trinnet (d2).

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der oppholdstiden i reaktoren er 1-12 minutter.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der den siste trykkavlastningen av reaktoren skjer plutselig ved dampeksplosjon slik at materialet defibreres.

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-5, der trykkavlastningen av reaktoren skjer sakte uten dampeksplosjon.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der materialet er grove partikler, fortrinnsvis celluloseflis, foretrukket med en lengde på omtrent 25 mm.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der materialet er finfordelt før reaktortrinnet, fortrinnsvis i form av sagflis eller mer finfordelt materiale, foretrukket med en lengde på mindre enn 3 mm.

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 4-9, der det innblandede trevirket har en fuktighet mindre enn 18 masse-% og/eller har en typisk partikkelstørrelse mindre enn 2 mm.

11. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der fremgangsmåten omfatter ett ytterligere trinn ved å: (f) føre pelletsene eller brikettene til en kjøler, hvor det føres luft gjennom for en kontrollert nedkjøling av pellets eller briketter hvori volumet av finandeler reduseres.

12. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der fremgangsmåten omfatter et ytterligere trinn ved å: - føre materialet til et andre tørketrinn.