PL212868B1

PL212868B1 - Brykiet węglowo-biomasowy i sposób jego wytwarzania

Info

Publication number: PL212868B1
Application number: PL387264A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Musial
Original assignee: Zbigniew Musial; Stalmax A & S Pargiela A Maczynski
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2012-12-31
Also published as: PL387264A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest brykiet węglowo-biomasowy oraz sposób jego wytwarzania.

Procesy brykietowania drobnoziarnistych materiałów stanowiących odpad paliw energetycznych są znane. Wymagają one zawsze zastosowania odpowiedniego skutecznego spoiwa (lepiszcza) wiążącego poszczególne składniki brykietów.

Z polskiego opisu patentowego PL 165547 znane są brykiety zawierające pak i asfalt jako lepiszcze. Tego rodzaju substancje nie są jednak akceptowane ze względu na wymogi ochrony środowiska.

W polskim opisie patentowym PL 194 593 ujawniono brykiety zawierające miał węglowy i/lub koks i/lub trociny i/lub torf i/lub słomę, w których jako lepiszcze zastosowano kolagen otrzymywany z naturalnych skór zwierzęcych.

W polskich opisach patentowych PL 174678 i PL 174972 jako spoiwo do brykietowania rozdrobnionych odpadów energetycznych zastosowano skrobię i jej pochodne modyfikowane dodatkowo żywicą mocznikowo-formaldehydową.

Jako lepiszcze mineralne w procesie brykietowania ujawnionym w polskim opisie patentowym PL 177 076 stosowano również tlenki magnezu i cynku.

Celem wynalazku jest opracowanie ekologicznego sposobu brykietowania opartego na lepiszczach skutecznie spajających rozdrobnione materiały.

Przedmiotem wynalazku jest brykiet węglowo-biomasowy charakteryzujący się tym, że zawiera jako spoiwo sproszkowany tlenek wapnia CaO i/lub wapno hydratyzowane Ca(OH)2 oraz popiół lotny, przy czym brykiet zawiera

- od 20 do 80%, korzystnie do 50% objętościowych miału węglowego,

- od 20 do 80%, korzystnie do 50% objętościowych biomasy w mieszaninie z tlenkiem wapnia CaO i/lub wapnem hydratyzowanym Ca(OH)2 w ilości 5-15% objętościowych, w stosunku do objętości biomasy, przy czym stosuje się biomasę o wilgotności do 40%, korzystnie do 30% wagowych oraz

- od 3 do 10%, korzystnie od 3 do 5% wagowych popiołu lotnego w stosunku do całkowitej masy miału węglowego i biomasy w mieszaninie z tlenkiem wapnia i/lub wapnem hydratyzowanym.

Korzystnie brykiet zawiera miał węglowy i rozdrobnioną biomasę o uziarnieniu mniejszym niż 5 mm.

Korzystnie brykiet ma rozmiar od 15 do 40 mm, korzystniej od 15 do 30 mm.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania brykietu węglowo-biomasowego charakteryzujący się tym, że rozdrobnioną biomasę w ilości od 20 do 80%, korzystnie do 50% objętościowych o wilgotności do 40%, korzystnie do 30% wagowych, miesza się z tlenkiem wapnia CaO i/lub wapnem hydratyzowanym Ca(OH)2 w ilości 5-15% objętościowych w stosunku do ilości biomasy, pozostawia na 12 do 24 godzin, a następnie miesza się z miałem węglowym w stosunku od 20 do 80% objętościowych miału węglowego i od 20 do 80% objętościowych biomasy, korzystnie w stosunku objętościowym 1:1. i dodaje się popiół lotny w ilości od 3 do 10%, korzystnie od 3 do 5% wagowych w stosunku do całkowitej masy miału węglowego i biomasy w mieszaninie z tlenkiem wapnia i/lub wapnem hydratyzowanym, a następnie wytworzoną mieszaninę prasuje się pod ciśnieniem 50 - 150 MPa.

Korzystnie, kiedy wilgotność biomasy jest mniejsza lub równa 15% wagowych dodaje się wapno hydratyzowane Ca(OH)2, a kiedy wilgotność biomasy jest większa niż 15% wagowych dodaje się tlenek wapnia, korzystnie w postaci sproszkowanego wapna palonego.

Korzystnie stosuje się miał węglowy i rozdrobnioną biomasę o uziarnieniu mniejszym niż 5 mm.

Korzystnie wytwarza się brykiet o rozmiarach od 15 do 40 mm, korzystnie od 15 do 30 mm.

Brykiet według wynalazku można spalać w dowolnym typie kotła rusztowego, a szczególnie w automatycznych kotłach z paleniskiem retortowym. Nadają się również do współspalania z węglem w kotłach energetycznych z ruchomym rusztem. Dodatek wapna oprócz funkcji wiążącej brykiety, zapewnia ograniczenie emisji szkodliwych tlenków siarki w spalinach. Ponadto sposób według wynalazku pozwala na wykorzystanie odpadu z przemysłu energetycznego jakim jest popiół lotny.

Dobór spoiwa w brykiecie według wynalazku pozwala również, na bardziej zróżnicowany dobór składu brykietu. Nie jest konieczne, aby brykiet zawierał miał węglowy i biomasę w ściśle określonych proporcjach. Wysoka zawartość biomasy w brykiecie czy też wysoka zawartość miału węglowego nie osłabiają wiążących właściwości zastosowanego spoiwa. Wytworzony brykiet jest trwały w warunkach przechowywania i transportu.

Wykorzystanie popiołu lotnego jako sztucznej pucolany dodatkowo poprawia sprawność spalania poprzez dopalenie niedopału (zawartość niedopału może dochodzić do 20% masy popiołu lotnego).

PL 212 868 B1

Miał węglowy może stanowić zarówno miał i muł węgla kamiennego jak i brunatnego, choć wynalazek dotyczy przede wszystkim przerobu miału węgla kamiennego. W sposobie według wynalazku wykorzystuje się frakcje podziarna w przedziale do 5 mm. Frakcja o rozmiarach powyżej 5 mm może być spalana w dowolnym kotle rusztowym lub retortowym.

Biomasę mogą stanowić dowolne dodatki energetyczne np. trociny, wióry, kora drzewna, torf, słoma. Składniki te mieli się na potrzeby wynalazku korzystnie do rozmiarów poniżej 5 mm. Biomasa powinna być więc do celów brykietowania specjalnie rozdrobniona.

Sposób według wynalazku realizuje się zasadniczo na dwusegmentowej linii produkcyjnej obejmującej etap przygotowania biomasy i etap wytwarzania brykietów. Etap przygotowania biomasy przed zasadniczym brykietowaniem modyfikuje się odpowiednio zależnie od rodzaju biomasy. Można wykorzystać biomasę z dowolnego źródła o wilgotności do 40%, zwłaszcza niższej niż 30% wagowych.

Jeśli zawartość wilgoci w biomasie nie przekracza 15% wagowych miesza się ją z wapnem hydratyzowanym (suchogaszonym) Ca(OH)2 w ilości 5-15% objętościowych w stosunku do ilości biomasy. Natomiast jeśli wilgotność biomasy jest wyższa i wynosi od 15 do 40%, a korzystnie do 30%, to miesza się ją z tlenkiem wapnia CaO w postaci sproszkowanego wapna palonego w podobnej ilości wynoszącej 5-15% objętościowych stosunku do ilości biomasy. Możliwe jest również stosowanie mieszaniny związków wapnia np. mieszaniny CaO i Ca(OH)2. Ilości dodanego CaO i/lub Ca(OH)2 zależą m.in. od wilgotności biomasy i od ilości siarki zawartej w miale węglowym, czyli również ilości dodanego do brykietu miału węglowego.

Mieszaninę biomasy ze związkami wapnia pozostawia się na 10 do 20 godzin lub, 12 do 24 godzin, a następnie miesza z miałem węglowym korzystnie w stosunku objętościowym 1:1. Stosunek ilości miału węglowego do mieszaniny biomasy ze związkami wapnia może być również nieco inny, brykiet może zawierać zwiększoną w stosunku do biomasy ilość miału węglowego. Ogólnie biomasę można mieszać z miałem węglowym w ilościach od 20 do 80% objętościowych biomasy i od 20 do 80% objętościowych miału węglowego, zwłaszcza od 40 do 60% biomasy i od 40 do 60% miału węglowego.

W końcowym etapie procesu wytwarzania brykietu do mieszaniny uzyskanej w poprzednim etapie dodaje się popiół lotny, który jest odpadem np. z kotłów energetycznych. Pochodzenie popiołów jest w zasadzie dowolne. Zawiera on tlenki krzemu, glinu i żelaza oraz bardzo małe cząstki węgla w postaci cząstek koksu. Popiół lotny w obecności wapnia wchodzi w reakcje pucolanowe. Powstają przy tym trwałe wapienno-krzemianowe i wapienno-glinowe hydraty, które spajają się i stanowią lepiszcze w brykiecie.

Sposobem według wynalazku uzyskuje się w zasadzie brykiet o dowolnych kształtach i rozmiarach. Mogą to być walce o długości i średnicy w granicach 15 - 40 mm, korzystnie 15 - 30 mm. Ten ostatni rozmiar brykietu zapewnia optymalne jego spalanie podobne do procesu spalania paliwa o rozmiarach tzw. „groszku”.

P r z y k ł a d 1

Rozdrobnioną biomasę w postaci zmielonych odpadów z procesu obróbki drewna wraz z korą drzewną o uziarnieniu mniejszym niż 5 mm i niskiej wilgotności wynoszącej ok. 10%, miesza się z wapnem hydratyzowanym Ca(OH)2 w ilości 10 części objętościowych w stosunku do ilości biomasy, pozostawia na 16 godzin, a następnie miesza z miałem węglowym (węgiel kamienny), w stosunku objętościowym 1:1, tj. w ilości 50 części miału węglowego na 50 części biomasy w mieszaninie z wapnem hydratyzowanym, i dodaje się popiół lotny w ilości 5 części wagowych w stosunku do całkowitej masy miału węglowego i biomasy w mieszaninie z wapnem hydratyzowanym, a następnie wytworzoną mieszaninę prasuje się pod ciśnieniem 150 MPa. Wytworzono brykiety w postaci walca o średnicy 25 mm i długości 25 mm.

P r z y k ł a d 2

Rozdrobnioną biomasę w postaci zmielonych odpadów z procesu obróbki drewna o uziarnieniu mniejszym niż 5 mm i wysokiej wilgotności wynoszącej ok. 20%, miesza się z tlenkiem wapnia w postaci sproszkowanego kamienia wapiennego w ilości 15 części objętościowych w stosunku do ilości biomasy, pozostawia na 20 godzin, a następnie miesza zmiąłem węglowym, w stosunku objętościowym 1:1, tj. w ilości 50 części objętościowych miału węglowego i 50 części biomasy w mieszaninie z tlenkiem wapnia, i dodaje się popiół lotny w ilości 3 albo 5, albo 10 części wagowych w stosunku do całkowitej masy miału węglowego i biomasy w mieszaninie z tlenkiem wapnia, a następnie wytworzoną mieszaninę prasuje się pod ciśnieniem 100 MPa. Wytworzono brykiet w postaci walca o średnicy 25 mm i długości 25 mm.

PL 212 868 B1

P r z y k ł a d 3

Wytworzono brykiet według przykładu 1 i 2 mieszając miał węglowy z biomasą w stosunku objętościowym 2 :1 tj. 60 części miału węglowego zmieszano z 30 częściami biomasy w mieszaninie z tlenkiem wapnia CaO lub wapnem hydratyzowanym Ca(OH)2.

P r z y k ł a d 4

Wytworzono brykiet według przykładu 2 stosując zamiast czystego sproszkowanego CaO jego mieszaninę z wapnem hydratyzowanym Ca(OH)2 w stosunku wagowym 1:1, tj. 7,5 części tlenku wapnia CaO i 7,5 części wapna hydratyzowanego Ca(OH)2.

Claims

1. Brykiet węglowo-biomasowy, znamienny tym, że zawiera jako spoiwo sproszkowany tlenek wapnia CaO i/lub wapno hydratyzowane Ca(OH)2 oraz popiół lotny, przy czym brykiet zawiera

- od 20 do 80%, korzystnie do 50% objętościowych miału węglowego,

- od 20 do 80%, korzystnie do 50% objętościowych biomasy w mieszaninie z tlenkiem wapnia

CaO i/lub wapnem hydratyzowanym Ca(OH)2 w ilości 5-15% objętościowych, w stosunku do objętości biomasy, przy czym stosuje się biomasę o wilgotności do 40%, korzystnie do 30% wagowych oraz

2. Brykiet według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera miał węglowy i rozdrobnioną biomasę o uziarnieniu mniejszym niż 5 mm.

3. Brykiet według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ma rozmiary od 15 do 40 mm, korzystnie od 15 do 30 mm.

4. Sposób wytwarzania brykietu węglowo-biomasowego, znamienny tym, że rozdrobnioną biomasę w ilości od 20 do 80%, korzystnie do 50% objętościowych o wilgotności do 40%, korzystnie do 30% wagowych, miesza się z tlenkiem wapnia CaO i/lub wapnem hydratyzowanym Ca(OH)2 w ilości 5-15% objętościowych w stosunku do ilości biomasy, pozostawia na 12 do 24 godzin, a następnie miesza się z miałem węglowym w ilości od 20 do 80% objętościowych miału węglowego i od 20 do 80% objętościowych biomasy, korzystnie w stosunku objętościowym 1:1 i dodaje się popiół lotny w ilości od 3 do 10%, korzystnie od 3 do 5% wagowych w stosunku do całkowitej masy miału węglowego i biomasy w mieszaninie z tlenkiem wapnia i/lub wapnem hydratyzowanym, a następnie wytworzoną mieszaninę prasuje się pod ciśnieniem 50 - 150 MPa.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że kiedy wilgotność biomasy jest mniejsza lub równa 15% wagowych dodaje się wapno hydratyzowane Ca(OH)2 a kiedy wilgotność biomasy jest większa niż 15% wagowych dodaje się tlenek wapnia, korzystnie w postaci sproszkowanego wapna palonego.

6. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że stosuje się miał węglowy i rozdrobnioną biomasę o uziarnieniu mniejszym niż 5 mm.

7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wytwarza się brykiet o rozmiarach od 15 do 40 mm, korzystnie od 15 do 30 mm.