PL229082B1

PL229082B1 - Aglomerowane ciśnieniowo formowane paliwo stałe, sposób wytwarzania aglomerowanego formowanego paliwa stałego oraz zastosowanie

Info

Publication number: PL229082B1
Application number: PL398337A
Authority: PL
Inventors: Tomasz ŻUKIEWICZ; Tomasz Żukiewicz; Tomasz Dzik
Original assignee: Ecofuel Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2018-06-29
Also published as: WO2013133728A1; PL398337A1

Abstract

Wynalazek dotyczy aglomerowanego ciśnieniowo, formowanego paliwa stałego zawierającego biomasę roślinną. Paliwo charakteryzuje się tym, że zawiera rozdrobnioną biomasę roślinną oraz jako zasadniczy materiał spajający, watę celulozową ze strzępienia udarowego odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo. Przedmiotowe paliwo wykazuje gęstość co najmniej w przybliżeniu 1000 kg/m3. Wynalazek dotyczy także sposobu wytwarzania formowanego paliwa stałego zawierającego aglomerowaną ciśnieniowo biomasę roślinną, w którym dostarcza się biomasę roślinną oraz odpady materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, rozdrabnia się biomasę roślinną łącznie z wymienionymi odpadami materiału celulozowego w młynie wirnikowym bijakowym w temperaturze otoczenia i prowadzi się aglomerację ciśnieniową uzyskanej mieszaniny bez użycia lepiszcza pod ciśnieniem 15-45 MPa w temperaturze poniżej 100°C do uzyskania formowanego paliwa o gęstości co najmniej 1000 kg/m3. Ponadto, wynalazek dotyczy zastosowania waty celulozowej ze strzępienia udarowego odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, jako zasadniczego materiału spajającego rozdrobnioną biomasę roślinną, dla wytworzenia aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego o gęstości co najmniej w przybliżeniu 1000 kg/m3.

Description

Wynalazek dotyczy aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego zawierającego rozdrobnioną biomasę roślinną, sposobu wytwarzania tego paliwa oraz zastosowania dla wytworzenia aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego.

Ograniczona dostępność paliw kopalnych oraz wymagania ochrony środowiska wymuszają zwiększenie udziału paliw odnawialnych w procesach wytwarzania energii. Regulacje prawne nakładają na przedsiębiorstwa energetyczne obowiązek współspalania z paliwami kopalnymi biomasy pochodzenia roślinnego, z wyłączeniem odpadów i pozostałości z produkcji leśnej, a zatem wymagających wykorzystania biomasy odpadów z produkcji rolnej oraz roślin energetycznych.

Amerykański opis patentowy US 4,015,951 ujawnia sposób wytwarzania peletów paliwowych z organicznego materiału włóknistego, w którym rozdrobniony materiał o wilgotności 16-28% wag. poddaje się prasowaniu w temperaturze 148,5-162,5°C. Rozdrabnianie organicznego materiału włóknistego, którym są odpady drzewne i rolnicze, prowadzi się w młynie bijakowym. Z kolei zgłoszenie międzynarodowe WO 2010/071440 dotyczy sposobu wytwarzania peletów lub brykietów z materiału zawierającego ligninę, o wilgotności 0-30%, w którym ogrzewa się materiał w ok. 180-235°C za pomocą pary wodnej do zmiękczenia materiału i uwolnienia ligniny, a następnie przeprowadza się peletyzację lub brykietowanie materiału. Ponadto, WO 2010/093310 ujawnia sposób wytwarzania peletów paliwowych z biologicznego surowca lignocelulozowego, w którym ogrzewa się materiał lignocelulozowy w atmosferze beztlenowej, odwłóknia się i peletyzuje, przy czym etapy z ogrzewaniem prowadzi się w temperaturze zeszklenia lub mięknięcia surowca zawierającego ligninę.

Według innej technologii, pelety lub brykiety paliwowe zawierające biomasę roślinną wytwarza się poprzez aglomerację materiału biomasy z lepiszczem.

Publikacja międzynarodowa WO 2010/070328 ujawnia sposób wytwarzania peletów paliwowych z biomasy i lepiszcza silikatowego w temperaturze otoczenia. Podobnie dokument WO 2011/094721 dotyczy sposobu wytwarzania kompaktowanego paliwa z biomasy z użyciem spoiwa zawierającego skrobię i wodorotlenek. Z kolei publikacja WO 2009/102579 ujawnia wytwarzanie peletu paliwowego o gęstości 1-1,2 g/cm³ poprzez kompaktowanie mieszaniny materiału celulozowego i termoplastycznego polimeru o temperaturze topnienia 120-50°C. Inny dokument WO 2011/062488 dotyczy wytwarzania paliwa stałego z materiałów roślinnych, lepiszcza skrobiowego i kompozycji długołańcuchowych kwasów karboksylowych o temperaturach topnienia 40-95°C, przy czym mieszanie składników przeprowadza się poniżej wskazanego zakresu temperatur topnienia a kompaktowanie powyżej wskazanych temperatur topnienia. Jako materiał celulozowy dodawany do surowca przeznaczonego do peletyzacji/brykietowania jest uwzględniany odpad celulozowy, taki jak makulatura.

Praca w „Przeglądzie Mechanicznym” LXVIII, 9/2009, str. 34-38, informuje, iż w celu przeprowadzenia aglomeracji biomasy bez stosowania lepiszcza, konieczne jest poddawanie surowca prasowaniu pod ciśnieniem 80-120 MPa.

Celem wynalazku jest dostarczenie aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego zawierającego rozdrobnioną biomasę roślinną, sposobu wytwarzania tego paliwa oraz zastosowania dla wytworzenia aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego, które to paliwo jest wytwarzane przy niskich nakładach energetycznych i bez stosowania dodatkowego lepiszcza.

Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe zawierające biomasę roślinną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera rozdrobnioną biomasę roślinną oraz, jako zasadniczy materiał spajający, watę celulozową ze strzępienia udarowego odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, które to paliwo wykazuje gęstość co najmniej w przybliżeniu 1000 kg/m³. Korzystnie, zawartość waty celulozowej wynosi od 5% do 99% wagowych, zwłaszcza od 15% do 99% wagowych. W szczególności, watą celulozową jest wata celulozowa ze strzępienia udarowego makulatury.

Korzystnie, aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe wykazuje gęstość co najmniej 1050 kg/m³, zwłaszcza, co najmniej 1100 kg/m³, a w szczególności wykazuje gęstość 1100-1200 kg/m³.

Korzystnie, względny wskaźnik wytrzymałości mechanicznej formowanego paliwa stałego, określony jako proporcja niszczącej siły nacisku aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego zawierającego biomasę roślinną i watę celulozową ze strzępienia udarowego odpadowego materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, do niszczącej siły nacisku aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego zawierającego biomasę roślinną bez waty celulozowej, wynosi co najmniej 2, korzystnie co najmniej 3, przy czym pomiar niszczącej siły nacisku jest oznaczany dla wymienionych paliw aglomerowanych do zasadniczo tożsamej postaci w zakresie kształtu, wymiarów i gęstości.

PL 229 082 B1

Korzystnie, biomasa roślinna stanowi materiał wybrany z grupy obejmującej słomę zbożową, słomę z upraw kukurydzy, słomę roślin oleistych oraz ich mieszaniny.

Korzystnie, makulatura stanowi materiał wybrany z grupy obejmującej odpady z produkcji opakowań i kształtek z tektury białej, brązowej, szarej, technicznej, litej, falistej, odpady kartonu oraz ich mieszaniny.

W szczególności, aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe jest formowane do postaci peletu.

Ewentualnie, aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe zawiera dodatek drobnoziarnistego materiału węglowego wybranego z grupy obejmującej pył antracytowy, koksik, miał węglowy i ich mieszaniny. Korzystnie, zawartość drobnoziarnistego materiału węglowego wynosi od 0,1% do 10% wagowych.

Sposób wytwarzania formowanego paliwa stałego zawierającego aglomerowaną ciśnieniowo biomasę roślinną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że dostarcza się biomasę roślinną oraz odpady materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, rozdrabnia się biomasę roślinną łącznie z wymienionymi odpadami materiału celulozowego w młynie wirnikowym bijakowym w temperaturze otoczenia i prowadzi się aglomerację ciśnieniową uzyskanej mieszaniny bez użycia lepiszcza pod ciśnieniem 15-45 MPa w temperaturze poniżej 100°C do uzyskania formowanego paliwa o gęstości co najmniej 1000 kg/m³. Korzystnie, uzyskuje się formowane paliwo o gęstości co najmniej 1050 kg/m³, zwłaszcza co najmniej 1100 kg/m³. Korzystnie, jako odpady materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo stosuje się makulaturę w ilości od 5% do 99% wagowych względem całkowitego ciężaru wsadu rozdrabnianego w młynie wirnikowym bijakowym, korzystnie w ilości od 15% do 99% wagowych.

Korzystnie, młyn wirnikowy bijakowy jest wyposażony w sita o oczkach co najwyżej 8 mm, a prędkość obwodowa bijaków wynosi co najmniej 50 m/s. W szczególności, aglomerację ciśnieniową prowadzi się w peletyzatorze z matrycą płaską lub cylindryczną. Ewentualnie, formowane paliwo stałe opuszczające peletyzator chłodzi się strumieniem powietrza.

Korzystnie, mieszaninę uzyskaną w młynie wirnikowym bijakowym poddaje się suszeniu do wilgotności 8-18% wagowych przed poddaniem aglomeracji, korzystnie do wilgotności 8-12% wagowych.

W szczególności, aglomerację prowadzi się pod ciśnieniem 20-45 MPa do uzyskania formowanego paliwa o gęstości 1100-1200 kg/m³.

Korzystnie, dostarcza się biomasę o wilgotności nie przekraczającej 25%, zwłaszcza nie przekraczającej 20%.

Korzystnie, dostarcza się biomasę roślinną uprzednio rozdrobnioną wstępnie do rozmiaru poniżej 100 mm, i/lub dostarcza się makulaturę rozdrobnioną wstępnie w młynach nożowych do pasków o szerokości poniżej 20 mm.

Korzystnie, biomasa roślinna stanowi materiał wybrany z grupy obejmującej słomę zbożową, słomę z upraw kukurydzy, słomę roślin oleistych oraz ich mieszaniny, a makulatura stanowi materiał wybrany z grupy obejmującej odpady z produkcji opakowań i kształtek z tektury białej, brązowej, szarej, technicznej, litej, falistej, odpady kartonu oraz ich mieszaniny.

Ewentualnie, przed aglomeracją ciśnieniową, dostarcza się ponadto drobnoziarnisty materiał węglowy wybrany z grupy obejmującej pył antracytowy, koksik, miał węglowy, i dodaje do mieszaniny biomasy roślinnej i odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, w ilości 0,1-10% wagowych mieszaniny.

Watę celulozową ze strzępienia udarowego odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, według wynalazku stosuje się jako zasadniczy materiał spajający rozdrobnioną biomasę roślinną, dla wytworzenia aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego o gęstości co najmniej w przybliżeniu 1000 kg/m³. Korzystnie, watę celulozową ze strzępienia udarowego odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, stosuje się do wytworzenia aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego o gęstości 1100-1200 kg/m³ przy ciśnieniach aglomeracji nie przekraczających 45 MPa.

Aglomerowane ciśnieniowo formowane paliwo stałe według wynalazku zawiera rozdrobnioną biomasę roślinną oraz jako zasadniczy materiał spajający watę celulozową ze strzępienia udarowego odpadów materiału celulozowego przetworzonego papierniczo, takiego jak makulatura. Paliwo według wynalazku i charakteryzuje się gęstością co najmniej w przybliżeniu 1000 kg/m³, korzystnie wynoszącą 1100-1200 kg/m³, którą to gęstość uzyskuje się przy relatywnie niskich ciśnieniach aglomeracji, poniżej 45 MPa. Paliwo charakteryzuje się znaczną kohezją, a zatem i wytrzymałością mechaniczną,

PL 229 082 B1 która jest co najmniej dwukrotnie (korzystnie co najmniej trzykrotnie) większa niż w przypadku aglomerowanego paliwa o tej samej gęstości wytworzonego z samej biomasy, pomimo że aglomerowanie samej biomasy do takiej gęstości wymaga znacznie wyższych ciśnień i większej pracy właściwej niż w zastosowaniu do rozwiązania według wynalazku. Paliwo korzystnie ma postać walcowych peletów o średnicy ok. 0,8 cm i długości ok. 0,8-1,2 cm.

Rozwiązanie według wynalazku jest zilustrowane dodatkowo rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia watę celulozową wytworzoną drogą rozdrabniania makulatury (odpadów z produkcji opakowań i kształtek z tektury falistej i/lub litej), w młynie wirnikowym bijakowym, w sposobie według wynalazku, a fig. 2 przedstawia diagram ilustrujący porównawczo wytrzymałość na nacisk formowanego paliwa stałego według wynalazku, w postaci peletów, oraz wytrzymałość na nacisk peletów wytworzonych z samej biomasy.

W obrębie niniejszego opisu wynalazku i zastrzeżeń patentowych materiałem określonym terminem biomasa roślinna są roślinne produkty rolnicze i odpady roślinne z rolnictwa, takie jak słoma zbożowa, np. słoma z uprawy pszenicy, żyta, jęczmienia, owsa, słoma z upraw kukurydzy, słoma roślin oleistych, takich jak rzepak, rzepik, słonecznik, roślinne produkty z upraw energetycznych, takie jak rośliny drzewiaste szybkorosnące, np. wierzba (Salix sp.), topole (Salicaceae Lindl.), takie jak topola biała (białodrzew) (Populus alba L.); topola czarna (sokora) (P. nigra L.); topola osika (P. tremula L.), topola szara (P. canescens Sm.), a nadto robinia akacjowa (Robinia pseudacacia L.), brzoza brodawkowata (Betula pendula Roth), wieloletnie byliny dwuliścienne, np. ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita), topinambur, róża wielokwiatowa (Rosa multiphlora), trawy wieloletnie, takie jak miskant olbrzymi (Miscanthus giganteus), mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea), materiały drzewne, takie jak strużyny, trociny, pył i odpady drewna (z wyłączeniem odpadów drewna zanieczyszczonego impregnatami i powłokami ochronnymi, które mogą zawierać związki chlorowcoorganiczne lub metale ciężkie), oraz ich mieszanki. Korzystnie, biomasą roślinną jest słoma zbożowa, taka jak słoma z uprawy pszenicy, żyta, jęczmienia, owsa, słoma z upraw kukurydzy, słoma roślin oleistych oraz ich mieszaniny.

W obrębie niniejszego opisu wynalazku i zastrzeżeń patentowych materiałem określonym terminem odpad materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo jest odpad lub resztki materiału celulozowego zarówno pierwotnego jak i wtórnego, wytworzonego z masy celulozowej w następstwie co najmniej częściowego usuwania ligniny z celulozowego materiału roślinnego, zwłaszcza drzewnego. Korzystnie, odpadowym materiałem celulozowym uprzednio przetworzonym papierniczo jest makulatura zarówno z niebielonej jak i bielonej masy celulozowej, a bardziej korzystnie odpady z produk cji opakowań i kształtek z tektury białej, brązowej, szarej, technicznej, litej i/lub falistej, i/lub kartonu, oraz ich mieszaniny.

W obrębie niniejszego opisu wynalazku i zastrzeżeń patentowych formowanym paliwem stałym jest paliwo w postaci granulowanej czy kawałkowej, takiej jak pelety i/lub brykiety.

Aby wytworzyć formowane paliwo stałe z biomasy roślinnej, biomasę roślinną rozdrabnia się, a następnie poddaje aglomeracji. Według stanu techniki, poddaje się peletyzacji lub brykietowaniu mieszaninę z dodatkiem lepiszcza wykazującego właściwości wiążące w temperaturze otoczenia lub w temperaturze podwyższonej, albo poddaje się peletyzacji lub brykietowaniu mieszaninę uprzednio poddaną obróbce wysokotemperaturowej celem wykorzystania wiążących właściwości ligniny wchodzącej w skład biomasy roślinnej. Natomiast aglomeracja samej biomasy roślinnej w temperaturze otoczenia lub niższej od 100°C, dla uzyskania gęstości powyżej 1000 kg/m³ wymaga stosowania stosunkowo wysokich ciśnień, przy czym paliwo aglomerowane i formowane nawet przy ciśnieniach przekraczających 80 MPa cechuje się niezadowalającą wytrzymałością mechaniczną.

Twórcy niniejszego wynalazku prowadzili testy aglomeracji ciśnieniowej rozdrobnionej biomasy roślinnej (powietrznosuchej) na przykładzie słomy zbożowej oraz rozdrobnionych strużyn drzewnych. Przy zastosowaniu ciśnień poniżej 45 MPa nie uzyskano granulatu o żądanej gęstości (co najmniej1100 kg/m³). Aby uzyskać granulat o gęstości co najmniej 1100 kg/cm³ konieczne jest stosowanie ciśnień przekraczających 55 MPa, a uzyskanie granulatu o gęstości 1100-1200 kg/m³ wymaga ciśnień ok. 60-90 MPa. Co więcej, granulat uzyskiwany w następstwie aglomeracji nawet przy wartościach ciśnienia 60-90 MPa, charakteryzuje się niską wytrzymałością mechaniczną i łatwo kruszy się. Wyniki prób przedstawiono w tablicy 1.

PL 229 082 Β1

Tabela 1

Aglomeracja ciśnieniowa materiałów biomasy roślinnej

	Ciśnienie aglomeracji [MPa]
Gęstość granulatu [kg/m³]	Słoma zbożowa	Rozdrobnione strużyny drzewne
600	8,5
700	12,3
800	18	18
900	26	25
1000	38	40
1050	47	51
1100	55,6	60
1200	81	90

Prowadząc prace eksperymentalne nad aglomeracją mieszanin biomasy oraz odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierńiczo, twórcy wynalazku stwierdzili, iż w następstwie rozdrabniania samego materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, takiego jak makulatura (zwłaszcza odpadów z produkcji opakowań i kształtek z tektury), w odpowiednio dobranych warunkach w młynie wirnikowym bijakowym, uzyskuje się nieoczekiwanie szczególną postać materiału celulozowego określaną dalej terminem waty celulozowej. W testach aglomeracji ciśnieniowej wymienionej waty celulozowej stwierdzono, jeszcze bardziej nieoczekiwanie, że materiał ten charakteryzuje się wyjątkowo wysoką podatnością na zagęszczanie ciśnieniowe, gdyż nawet przy relatywnie niskich wartościach nacisku osiowego, wynoszących 15 ok. 14 MPa, uzyskuje się granulat o gęstości w przybliżeniu 1000 kg/m³, a w zakresie nacisku od 22 do 32 MPa uzyskuje się granulat o gęstości od około 1100 kg/m³ do co najmniej 1200 kg/m³.

Również nieoczekiwanie, twórcy wynalazku stwierdzili, iż mieszanina waty celulozowej i rozdrobnionej biomasy roślinnej charakteryzuje się zwiększoną podatnością na zagęszczanie, w porównaniu z rozdrobnioną biomasą roślinną nie zawierającą dodatku waty celulozowej. Jednakże bezpośrednie mieszanie i mielenie waty celulozowej wspólnie z biomasą roślinną nawet w długim przedziale czasowym nie prowadzi do mieszaniny o wystarczająco jednorodnym składzie, co utrudnia albo uniemożliwia prowadzenie ustabilizowanego procesu granulacji i uzyskanie granulatu o stabilnych właściwościach, a zwłaszcza granulatu o zasadniczo jednorodnej gęstości. Co więcej, długotrwałe mielenie waty celulozowej z biomasą roślinną ze znacznym zmniejszaniem wielkości ziarnowych mieszanych materiałów prowadzi do materiału nie wykazującego tej szczególnej podatności na aglomerację ciśnieniową, którą charakteryzuje się wata celulozowa wytworzona w indywidualnej szarży. Aglomeracja ciśnieniowa mieszaniny biomasy i waty celulozowej, która to mieszanina została uprzednio poddana intensywnemu rozdrabnianiu, prowadzi uformowanego paliwa łatwo kruszącego się, a nawet rozsypującego się, cechującego się niską gęstością i małą wytrzymałością mechaniczną. Dla uzyskania gęstości przekraczających 1000 kg/m³, aglomeracja ciśnieniowa takiej mieszaniny wymaga zastosowania wartości ciśnień znacznie wyższych niż wartości ciśnień, które są wystarczające w przypadku aglomeracji ciśnieniowej samej waty celulozowej.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że trudność uzyskania ujednorodnionej mieszaniny biomasy i waty celulozowej można przezwyciężyć stosując sposób wytwarzania formowanego paliwa stałego według wynalazku. Zgodnie ze sposobem, odpady materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo oraz biomasę roślinną rozdrabnia się razem w młynie wirnikowym bijakowym w temperaturze otoczenia, a następnie wytworzoną mieszaninę poddaje się aglomeracji ciśnieniowej bez użycia lepiszcza pod ciśnieniem 15-45 MPa, zasadniczo bez dostarczania energii cieplnej. Jednakże, ze względu na wkładaną energię mechaniczną i tarcie, w trakcie prowadzenia aglomeracji ciśnieniowej następuje rozgrzewanie elementów roboczych, jak i przetwarzanego materiału, co skutkuje wzrostem temperatury

PL 229 082 B1 mieszaniny i uzyskiwanego formowanego paliwa stałego, ale do temperatur nie przekraczających 100°C. W związku z powyższym, w korzystnej realizacji sposobu, formowane paliwo stałe po aglomeracji ciśnieniowej chłodzi się do temperatury otoczenia. W rezultacie stosowania sposobu według wynalazku uzyskuje się niekruszące, formowane paliwo stałe gęstości co najmniej 1000 kg/m³.

Fig. 1 przedstawia watę celulozową wytworzoną drogą rozdrabniania makulatury (odpadów z produkcji opakowań i kształtek z tektury falistej i litej), w młynie wirnikowym bijakowym. W obrębie niniejszego opisu wynalazku zastrzeżeń patentowych, materiał określony terminem waty celulozowej wytworzony w następstwie rozdrabniania odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo w młynie wirnikowym udarowym, jest określany terminem waty celulozowej ze strzępienia udarowego materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, niezależnie od tego czy strzępienie udarowe przeprowadza się stosując jako materiał wyjściowy tylko materiał celulozowy uprzednio przetworzony papierniczo, czy mieszaninę materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo z biomasą roślinną.

W korzystnej realizacji sposobu według wynalazku stosuje się młyn wirnikowy bijakowy wyposażony w sita o oczkach co najwyżej 8 mm, bardziej korzystnie młyn wirnikowy bijakowy o prędkości bijaków co najmniej 50 m/s.

W korzystnej realizacji sposobu według wynalazku, jako odpady materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, stosuje się makulaturę w ilości 5-99% wagowych, bardziej korzystnie w ilości 15-99% wagowych.

Szczególnie, korzystnie jako makulaturę do wykorzystania w sposobie stosuje się odpady z produkcji opakowań i kształtek z tektury białej, brązowej, szarej, technicznej, litej i/lub falistej, i/lub kartonu, ewentualnie ich mieszaniny. Przed dostarczeniem do młyna wirnikowego bijakowego, makulaturę rozdrabnia się w młynach nożowych na wąskie paski o szerokości na przykład około 20 mm.

Korzystnie, jako biomasę roślinną stosuje się słomę zbożową słomę z upraw kukurydzy, słomę roślin oleistych oraz ich mieszaniny, bardziej korzystnie słomę zbożową. Przed dostarczeniem do młyna wirnikowego bijakowego, baloty lub kostki słomy rozdrabnia się w rozdrabniaczu wstępnym do rozmiaru poniżej 100 mm.

W korzystnej realizacji sposobu według wynalazku, do etapu rozdrabniania w młynie wirnikowym bijakowym dostarcza się biomasę roślinną o wilgotności nie przekraczającej 25%, bardziej korzystnie nie przekraczającej 20%. W przypadku jeśli mieszanina uzyskana w następstwie rozdrabniania w młynie wirnikowym bijakowym wykazuje wilgotność przekraczającą 18%, to przed aglomeracją ciśnieniową stosuje się dodatkowy etap suszenia mieszaniny do wilgotności nie przekraczającej 18%, korzystnie nie przekraczającej 12%. Z drugiej strony materiał wprowadzany do aglomeracji ciśnieniowej nie powinien wykazywać wilgotności niższej od 8%. W przypadku jeśli mieszanina uzyskana w następstwie rozdrabniania w młynie wirnikowym bijakowym wykazuje wilgotność niższą od 8%, to przed aglomeracją ciśnieniową stosuje się dodatkowy etap nawilżania mieszaniny do wilgotności wyższej niż 8%, ale tak aby zasadniczo nie przekroczyć 12% wilgotności.

Aglomeracja ciśnieniowa zgodnie ze sposobem według wynalazku prowadzi do formowanego paliwa stałego zawierającego rozdrobnioną masę roślinną i (stanowiącą zasadniczy materiał spajający) watę celulozową ze strzępienia udarowego materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo. Sposób zapewnia uzyskanie paliwa o gęstości, co najmniej 1000 kg/m³, korzystnie co najmniej 1050 kg/m³, bardziej korzystnie 1100 kg/m³, a szczególnie korzystnie 1100-1200 kg/m³, przy relatywnie niskich ciśnieniach aglomeracji nie przekraczających 45 MPa. Nadto, zastosowanie waty celulozowej jako materiału spajającego biomasę prowadzi do uzyskania formowanego paliwa o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej, na przykład peletów albo brykietów, dzięki czemu unika się kruszenia paliwa. Efekt ten jest zapewniony, jeśli mieszanina zawiera watę celulozową w ilości co najmniej 5% wagowych, korzystnie co najmniej 15% wagowych. Taki poziom zawartości jest zapewniany w sposobie według wynalazku poprzez dostarczanie do młyna wirnikowego bijakowego odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, korzystnie makulatury, bardziej korzystnie odpadów tektury litej i/lub falistej i/lub kartonu, stanowiących materiał wyjściowy do przetworzenia w watę celulozową.

Tablica 2 przedstawia wyniki aglomeracji ciśnieniowej mieszanek powietrznosuchej słomy zbożowej i waty celulozowej ze strzępienia udarowego makulatury. Aglomerowane paliwo w postaci granulatu (walcowych peletów) o gęstości co najmniej ok. 900 kg/m³ można uzyskać sposobem według wynalazku przy ciśnieniach niższych od ok. 15 MPa, a o gęstości co najmniej 1000 kg/m³ przy ciśnieniach rzędu 20 MPa. Aglomerowane paliwo o gęstości co najmniej ok. 1100 kg/m³ można uzyskać sposobem

PL 229 082 Β1 według wynalazku przy ciśnieniach nie przekraczających ok. 30 MPa, a o gęstości w przybliżeniu 1200 kg/m³ przy ciśnieniach nie przekraczających 40-45 MPa.

Tabela 2

Aglomeracja ciśnieniowa rozdrobnionego materiału wytworzonego z mieszanki słomy (A) i makulatury (B)

Gęstość granulatu [kg/m³]	Nacisk osiowy [MPa]
proporc	a A/B (% wag./wag).
80/20	70/30	60/40	50/50	0/100
600				3
700		7		5
800		10	7	7	5
900		14	12	10,5	10
1000	21	19,5	18	16	14
1050	25	23	21	19,5	17,5
1100	29	27	24	23	22
1200	39,5	38	36	35	32

Przeprowadzono porównawcze pomiary wytrzymałości mechanicznej paliwa wytworzonego w postaci walcowych peletów o średnicy 0,8 cm i długości ok. 0,8-1,2 cm. W testach pomiarowych mierzono siłę przykładaną w kierunku prostopadłym do osi peletu, którą obciążano pelet do momentu pęknięcia. Pomiary przeprowadzono dla aglomerowanych ciśnieniowo peletów o gęstości 1200 kg/m³wytworzonych z mieszanki słomy zbożowej i waty celulozowej (ze strzępienia udarowego), która to mieszanka zawierała 80% słomy i 20% waty celulozowej (ciśnienie aglomeracji 39,5 MPa), oraz wytworzonych ze słomy zbożowej bez dodatku waty celulozowej (ciśnienie aglomeracji ok. 81 MPa). Dla zestandaryzowania uzyskanych wartości pomiarowych, siłę niszczącą pelet F odnoszono do długości peletu, wyznaczając normalizowaną siłę niszczącą F/ dla peletu wytworzonego sposobem według wynalazku (80% słomy zbożowej i 20% waty celulozowej), oraz Fjj dla aglomerowanej biomasy (100% słomy zbożowej). Określono względny wskaźnik wytrzymałości mechanicznej formowanego paliwa stałego jako bezwymiarową wartość proporcji normalizowanej siły niszczącej F£, do normalizowanej siły niszczącej Fjj, tj. względny wskaźnik wytrzymałości mechanicznej odpowiada wartości proporcji FplFg.

Wyniki serii pomiarów przedstawiono graficznie na fig. 2. Na osi rzędnych odłożono wartości długości peletu (w cm), a na osi odciętych wyznaczone wartości siły niszczącej po normalizacji względem długości peletu. Dla peletu o średnicy 0,8 cm i gęstości 1200 kg/m³ wytworzonego z mieszanki słomy zbożowej 80% i makulatury 20%, wartość siły niszczącej pelet o długości 1 cm mieści się w zakresie 1050-1250 N, tj. średnia wartość normalizowanej względem długości peletu siły niszczącej wynosi 1150 N/cm.

Dla peletu o średnicy 0,8 cm i gęstości 1200 kg/m³ wytworzonego ze słomy (bez dodatku makulatury) wartość siły niszczącej pelet o długości 1 cm mieści się w zakresie 230-290 N, tj. średnia wartość normalizowanej względem długości peletu siły niszczącej wynosi 260 N/cm. A więc względny wskaźnik wytrzymałości mechanicznej formowanego paliwa stałego określony jako bezwymiarowa wartość według proporcji F/7Fg .wynosi co najmniej 2, korzystnie co najmniej 3.

A zatem sposób według wynalazku umożliwia uzyskanie formowanego paliwa z biomasy roślinnej, które to formowane paliwo cechuje się wymaganą gęstością i zadowalającą wytrzymałością mechaniczną przy czym sposób zapewnia uzyskanie paliwa o takiej charakterystyce przy znacznie niższych wartościach ciśnień aglomeracji, niż w przypadku aglomeracji ciśnieniowej biomasy roślinnej bez dodatku waty celulozowej. Sposób zapewnia zatem uzyskiwanie produktu spełniającego wymagania dla paliwa odnawialnego do stosowania w energetyce, przy niższym wkładzie energii mechanicznej, niż

PL 229 082 Β1 wkład wymagany dla aglomeracji samej biomasy. Ten korzystny efekt jest dodatkowo zilustrowany wartością pracy jednostkowej koniecznej dla wytworzenia uformowanego paliwa w postaci peletu o gęstości 1200 kg/m³ sposobem według wynalazku, w porównaniu do wartości pracy jednostkowej koniecznej dla aglomeracji ciśnieniowej samej biomasy do peletu o gęstości 1200 kg/m³.

Tabela 3

Wkład energii dla osiągnięcia gęstości końcowej granulatu 1200 kg/m³wyrażony jako praca właściwa (względem jednostki masy)

	Materiał wyjściowy
Słoma zbożowa	Słoma zbożowa 70% Makulatura 30%	Słoma zbożowa 50% Makulatura 50%
Praca właściwa [J/g]	20,8	10,6	9,3

W sposobie według wynalazku, przed aglomeracją ciśnieniową, do mieszaniny można dodawać drobnoziarniste materiały węglowe, takie jak miał węglowy, pył antracytowy, koksik z procesu koksowania suchogaszonego lub suszony koksik z procesu koksowania mokrogaszonego. Korzystnie, materiały węglowe poddaje się dodatkowemu rozdrabnianiu przed dodaniem do mieszaniny zawierającej biomasę. Wymienione materiały dodaje się w takiej ilości, aby uzyskać poziom zawartości od 0,1% do 10% wagowych, względem całości mieszaniny.

Wynalazek jest dodatkowo zilustrowany poniższymi przykładami, które jednak nie ograniczają jego zakresu.

Przykład 1 kg powietrznosuchej słomy (wilgotność ok. 18-20%) z uprawy pszenicy, w postaci balotu, rozdrabnia się wstępnie do rozmiaru poniżej 100 mm w rozdrabniaczu wstępnym. 31 kg makulatury w postaci ścinków brązowej tektury falistej i litej rozdrabnia się w młynie nożowym do pasków o szerokości 10-20 mm. Rozdrobnioną makulaturę oraz rozdrobnioną słomę przenosi się do młyna wirnikowego bijakowego wyposażonego w sita o rozmiarze oczek poniżej 8 mm o prędkości obwodowej bijaków co najmniej 50 m/s (Humboldt), gdzie materiały są poddawane wspólnemu rozdrabnianiu i strzępieniu. Wytworzoną mieszankę za pomocą przenośnika ślimakowego transportuje się do peletyzatora z matrycą płaską (mieszanka ma wilgotność ok. 17-18% i nie jest dosuszana), gdzie mieszankę poddaje się aglomeracji ciśnieniowej przy nacisku 30-35 MPa. W trakcie pracy peletyzatora elementy robocze rozgrzewają się do temperatury 70-90°C. Wychodzące z matrycy pelety chłodzi się strumieniem powietrza. Uzyskuje się walcowe pelety o średnicy ok. 8 mm i długości 0,8-1,0 cm, gęstości w zakresie 1100-1200 kg/m³.

Przykład 2

Postępując według przykładu 1, ale stosując 52 kg słomy powietrznosuchej (wilgotność 16-17%) i 13 kg makulatury, oraz poddając mieszankę aglomeracji przy nacisku 35-40 MPa, uzyskuje się walcowe pelety o średnicy ok. 8 mm długości 0,9-1,1 cm, o gęstości w zakresie 1100-1200 kg/m³.

Przykład 3 kg słomy (wilgotność ok. 22-25%) z upraw żyta i jęczmienia w postaci kostek, rozdrabnia się wstępnie do rozmiaru poniżej 100 mm w rozdrabniaczu wstępnym. 15 kg makulatury w postaci ścinków szarej tektury falistej rozdrabnia się w młynie nożowym do pasków o szerokości 10-20 mm. Rozdrobnioną makulaturę oraz rozdrobnioną słomę przenosi się do młyna wirnikowego bijakowego wyposażonego w sita o rozmiarze oczek poniżej 8 mm o prędkości obwodowej bijaków co najmniej 50 m/s (Humboldt), gdzie materiały są poddawane wspólnemu rozdrabnianiu i strzępieniu. Wytworzoną mieszankę (o wilgotności ok. 19-21%) transportuje się z użyciem przenośnika ślimakowego do suszami bębnowej i poddaje się suszeniu do poziomu wilgotności 9-10%. Następnie mieszankę podaje się przenośnikiem ślimakowym do peletyzatora z matrycą cylindryczną gdzie prowadzi się aglomerację ciśnieniową przy nacisku 33-38 MPa. W trakcie pracy peletyzatora elementy robocze rozgrzewają się do temperatury 75-95°C. Wychodzące z matrycy pelety chłodzi się strumieniem powietrza. Uzyskuje się walcowe pelety o średnicy ok. 8 mm i długości 0,9-1,2 cm, o gęstości w zakresie 1100-1200 kg/m³.

PL 229 082 B1

P r z y k ł a d 4

Postępując według przykładu 3, ale stosując 39 kg słomy powietrznosuchej (wilgotność 21-23%) i 26 kg makulatury, i poddając mieszankę (po rozdrabnianiu i strzępieniu) suszeniu do poziomu wilgotności 8-9%, oraz poddając mieszankę aglomeracji przy nacisku 35-40 MPa uzyskuje się walcowe pelety o średnicy ok. 8 mm i długości 0,9-1,2 cm, o gęstości w zakresie 1100-1200 kg/m³.

Claims

1. Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe zawierające biomasę roślinną, znamienne tym, że zawiera rozdrobnioną biomasę roślinną oraz, jako zasadniczy materiał spajający, watę celulozową ze strzępienia udarowego odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, które to paliwo wykazuje gęstość co najmniej w przybliżeniu 1000 kg/m³.

2. Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe według zastrz. 2, znamienne tym, że zawartość waty celulozowej wynosi od 5% do 99% wagowych, korzystnie od 15% do 99% wagowych.

3. Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że watą celulozową jest wata celulozowa ze strzępienia udarowego makulatury.

4. Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe według zastrz. 1-3, znamienne tym, że wykazuje gęstość co najmniej 1050 kg/m³, korzystnie co najmniej 1100 kg/m³.

5. Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe według zastrz. 1-4, znamienne tym, że wykazuje gęstość 1100-1200 kg/m³.

6. Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe według zastrz. 1-5, znamienne tym, że względny wskaźnik wytrzymałości mechanicznej formowanego paliwa stałego, określony jako proporcja niszczącej siły nacisku aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego zawierającego biomasę roślinną i watę celulozową ze strzępienia udarowego odpadowego materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, do niszczącej siły nacisku aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego zawierającego biomasę roślinną bez waty celulozowej, wynosi co najmniej 2, korzystnie co najmniej 3, przy czym pomiar niszczącej siły nacisku jest oznaczany dla wymienionych paliw aglomerowanych do zasadniczo tożsamej postaci w zakresie kształtu, wymiarów i gęstości.

7. Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe według zastrz. 1-6, znamienne tym, że biomasa roślinna stanowi materiał wybrany z grupy obejmującej słomę zbożową, słomę z upraw kukurydzy, słomę roślin oleistych oraz ich mieszaniny.

8. Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe według zastrz. 1-7, znamienne tym, że makulatura stanowi materiał wybrany z grupy obejmującej odpady z produkcji opakowań i kształtek z tektury białej, brązowej, szarej, technicznej, litej, falistej, odpady kartonu oraz ich mieszaniny.

9. Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe według zastrz. 1-8, znamienne tym, że jest formowane do postaci peletu.

10. Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe według zastrz. 1-9, znamienne tym, że zawiera dodatek drobnoziarnistego materiału węglowego wybranego z grupy obejmującej pył antracytowy, koksik, miał węglowy i ich mieszaniny.

11. Aglomerowane ciśnieniowo, formowane paliwo stałe według zastrz. 10, znamienne tym, że zawartość drobnoziarnistego materiału węglowego wynosi od 0,1% do 10% wagowych.

12. Sposób wytwarzania formowanego paliwa stałego zawierającego aglomerowaną ciśnieniowo biomasę roślinną, znamienny tym, że dostarcza się biomasę roślinną oraz odpady materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, rozdrabnia się biomasę roślinną łącznie z wymienionymi odpadami materiału celulozowego w młynie wirnikowym bijakowym w temperaturze otoczenia i prowadzi się aglomerację ciśnieniową uzyskanej mieszaniny bez użycia lepiszcza pod ciśnieniem 15-45 MPa w temperaturze poniżej 100°C do uzyskania formowanego paliwa o gęstości co najmniej 1000 kg/m³.

13. Sposób wytwarzania formowanego paliwa stałego według zastrz. 12, znamienny tym, że u-zyskuje się formowane paliwo o gęstości co najmniej 1050 kg/m³, korzystnie co najmniej 1100 kg/m³.

PL 229 082 B1

14. Sposób według zastrz. 12 albo 13, znamienny tym, że jako odpady materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo stosuje się makulaturę w ilości od 5% do 99% wagowych względem całkowitego ciężaru wsadu rozdrabnianego w młynie wirnikowym bijakowym, korzystnie w ilości od 15% do 99% wagowych.

15. Sposób według zastrz. 12-14, znamienny tym, że młyn wirnikowy bijakowy jest wyposażony w sita o oczkach co najwyżej 8 mm, a prędkość obwodowa bijaków wynosi co najmniej 50 m/s.

16. Sposób według zastrz. 12-15, znamienny tym, że aglomerację ciśnieniową prowadzi się w peletyzatorze z matrycą płaską lub cylindryczną.

17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że formowane paliwo stałe opuszczające peletyzator chłodzi się strumieniem powietrza.

18. Sposób według zastrz. 12-16, znamienny tym, że mieszaninę uzyskaną w młynie wirnikowym bijakowym poddaje się suszeniu do wilgotności 8-18% wagowych przed poddaniem aglomeracji, korzystnie do wilgotności 8-12% wagowych.

19. Sposób według zastrz. 12-18, znamienny tym, że aglomerację prowadzi się pod ciśnieniem 20-45 MPa do uzyskania formowanego paliwa o gęstości 1100-1200 kg/m³.

20. Sposób według zastrz. 12-19, znamienny tym, że dostarcza się biomasę o wilgotności nie przekraczającej 25%, korzystnie nie przekraczającej 20%.

21. Sposób według zastrz. 12-20, znamienny tym, że dostarcza się biomasę roślinną uprzednio rozdrobnioną wstępnie do rozmiaru poniżej 100 mm, i/lub dostarcza się makulaturę rozdrobnioną wstępnie w młynach nożowych do pasków o szerokości poniżej 20 mm.

22. Sposób według zastrz. 12-21, znamienny tym, że biomasa roślinna stanowi materiał wybrany z grupy obejmującej słomę zbożową, słomę z upraw kukurydzy, słomę roślin oleistych oraz ich mieszaniny.

23. Sposób według zastrz. 14-22, znamienny tym, że makulatura stanowi materiał wybrany z grupy obejmującej odpady z produkcji opakowań i kształtek z tektury białej, brązowej, szarej, technicznej, litej, falistej, odpady kartonu oraz ich mieszaniny.

24. Sposób według zastrz. 12-23, znamienny tym, że przed aglomeracją ciśnieniową, dostarcza się ponadto drobnoziarnisty materiał węglowy wybrany z grupy obejmującej pył antracytowy, koksik, miał węglowy, i dodaje do mieszaniny biomasy roślinnej i odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, w ilości 0,1-10% wagowych mieszaniny.

25. Zastosowanie waty celulozowej ze strzępienia udarowego odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, jako zasadniczego materiału spajającego rozdrobnioną biomasę roślinną, dla wytworzenia aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego o gęstości co najmniej w przybliżeniu 1000 kg/m³.

26. Zastosowanie waty celulozowej według zastrz. 25, znamienne tym, że watę celulozową ze strzępienia udarowego odpadów materiału celulozowego uprzednio przetworzonego papierniczo, stosuje się do wytworzenia aglomerowanego ciśnieniowo formowanego paliwa stałego o gęstości 1100-1200 kg/m³ przy ciśnieniach aglomeracji nie przekraczających 45 MPa.