PL241302B1 - Formulacja biopaliwa oraz jej zastosowanie - Google Patents

Abstract

Formulacja biopaliwa zawierająca słomę pożniwną charakteryzuje się tym, że zawiera dodatek wytłoków z korzenia marchwi. Formulacja biopaliwa może być stosowana do spalania w piecach, kotłach i innych urządzeniach grzewczych.

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy formulacji biopaliwa oraz jej zastosowania do spalania w piecach, kotłach i innych urządzeniach grzewczych.

Biopaliwa to paliwa uzyskane z przetwórstwa biomasy, czyli stałych lub ciekłych substancji pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji i pochodzą z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej. Biopaliwa ogólnie dzielą się na stałe, na przykład drewno, zrębki drzewne, wióry i trociny, słoma, brykiet, pellet, ziarno zbóż, itp., oraz płynne, i gazowe. Biomasa odpadowa z produkcji roślinnej jest istotnym surowcem w produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Możliwości oraz technologie jej przetwarzania ciągle są udoskonalane i modernizowane w celu osiągnięcia jak najkorzystniejszych parametrów energetycznych i użytkowych.

Obecnie znane i powszechnie stosowane są biopaliwa wytwarzane ze słomy, w tym słomy pożniwnej. Słoma jest niejadalną pozostałością po produkcji roślinnej zbóż i roślin strączkowych. Słoma pożniwna pochodzi bezpośrednio z omłotu zbóż i nie jest poddawana żadnym procesom obróbki. Spalaniu może być poddana słoma ze wszystkich rodzajów zbóż, a także słoma rzepakowa, gryczana, roślin strączkowych, itp. Słoma jest szeroko stosowana jako wyłączny składnik obecnie produkowanych biopaliw. Słoma stanowi wartościowy nośnik energii, zawierający ponad 85% suchej masy. Słoma ma stosunkowo dużą wartość opałową, a porównując słomę z węglem można przyjąć, że 1,5 tony słomy odpowiada 1 tonie węgla średnioenergetycznego. Przy spalaniu słomy nie wytwarza się więcej CO2 aniżeli pobiera go zboże z atmosfery w okresie swej wegetacji. Słoma jest więc w dużym stopniu paliwem ekologicznym, służącym środowisku naturalnemu. Popiół pochodzący ze spalania słomy zawiera duże ilości tlenków wapnia i potasu i może być z powodzeniem wykorzystywany jako roślinny nawóz mineralny. Te wszystkie zalety sprawiają, że słoma jest szeroko wykorzystywana jako biopaliwo.

Jednakże, obecnie produkowany granulat ze słomy pożniwnej, przeznaczony głównie do spalania w kotłach grzewczych, jest niskiej twardości. Granulat o niskiej twardości jest podatny na kruszenie podczas transportu i przechowywania. Kruszący się granulat opałowy stanowi poważny problem, gdyż duża ilość drobnych okruchów i pyłu z granulatu opałowego może spowodować wybuch w kotle.

Istnieje zatem potrzeba zwiększenia twardości i tym samym wytrzymałości na kruszenie granulatu wykonanego ze słomy pożniwnej.

Biomasa odpadowa pochodząca z innych gatunków roślin uprawnych, w tym na przykład gatunków roślin okopowych, takich jak marchew, nie jest powszechnie wykorzystywana do produkcji biopaliw i pozostaje niezagospodarowana, lub wykorzystuje się ją w innych celach, na przykład do produkcji karmy dla zwierząt. W dotychczasowych rozwiązaniach, na przykład: CN 106900996 A, CN 105285802 A, CN 105767540 A, CN 109730193 A, pojawia się udział marchwi, głównie sproszkowanej, i słomy zbożowej jako dwóch z wielu substratów użytych do produkcji karmy dla zwierząt w postaci pelletu. W publikacji RU 2828397 C1 ujawniono sposób wytwarzania granulowanej karmy dla królika i podano skład granulatu złożonego z pasty marchwiowej i słomy w brykietach, będącej pozostałością po produkcji grzybów. Podany udział pasty marchwiowej w stosunku do słomy wynosi 1:2.

Przy powszechnym wykorzystaniu słomy jako wyłącznego składnika do produkcji biopaliw, biomasa odpadowa pochodząca z innych gatunków roślin uprawnych, w tym gatunków roślin okopowych, takich jak marchew, nie jest wykorzystywana do produkcji biopaliw i pozostaje niezagospodarowana.

Formulacja biopaliwa według wynalazku rozwiązuje problem małej twardości i wytrzymałości granulatu wykonanego ze słomy pożniwnej. Dzięki zwiększonej twardości granulat biopaliwa według wynalazku jest mniej podatny na kruszenie się podczas transportu i przechowywania, a tym samym ogranicza ilość drobnych okruchów i pyłu z granulatu opałowego, zmniejszając ryzyko wybuchu w kotle. Dodatkowo, wynalazek umożliwia zagospodarowanie biomasy odpadowej otrzymanej w przetwórstwie roślin okopowych, w szczególności wytłoków marchwiowych pozostałych po produkcji soku marchwiowego. Dodatek wytłoków z korzenia marchwi stanowiących odpad z produkcji soku marchwiowego podnosi twardość granulatu biopaliwa mierzoną wytrzymałością produktu na zgniatanie. Przewagą rozwiązania według wynalazku nad obecnymi rozwiązaniami jest mniejsza podatność na kruszenie się granulatu produkowanego ze słomy pożniwnej.

Przedmiotem wynalazku jest formulacja biopaliwa zawierająca słomę pożniwną jęczmienną, która to formulacja charakteryzuje się tym, że zawiera dodatek wytłoków z korzenia marchwi, przy czym zawartość słomy pożniwnej jęczmiennej liczona w częściach wagowych wynosi od 70 do 80 części wagowych, a zawartość wytłoków z korzenia marchwi wynosi od 30 do 20 części wagowych, w przeliczeniu na suchą masę każdego składnika formulacji. Pierwszy składnik formulacji, słoma pożniwna pochodzi

PL 241 302 B1 z bezpośredniego omłotu jęczmienia, ewentualnie, słoma może być zwinięta w baloty lub zgnieciona na pakiety by obniżyć jej objętość, lecz nie jest poddawana żadnym dalszym procesom obróbki. Drugi składnik formulacji stanowią wytłoki marchwiowe, które są odpadem z produkcji soku marchwiowego.

Wilgotność poszczególnych składników formulacji przed zmieszaniem powinna być na poziomie zbliżonym, umożliwiającym dobre wymieszanie składników. Dobór ilości poszczególnych składników formulacji leży w zakresie zwykłej biegłości inżynierskiej specjalisty w dziedzinie.

W przypadku trudności w uzyskaniu wymaganych ilości wagowych poszczególnych składników formulacji spowodowanych nadmierną zawartością wody w którymś ze składników może on zostać wstępnie podsuszony. Dosuszane mogą być również obydwa składniki formulacji. Proces suszenia składników formulacji może przebiegać w warunkach naturalnych, na przykład przy wykorzystaniu suszarni słonecznych czy wiat, bądź z wykorzystaniem urządzeń i instalacji do tego przeznaczonych.

Składniki formulacji są rozdrabniane za pomocą rutynowych sposobów i urządzeń do tego przeznaczonych, takich jak na przykład rozdrabniacze, sieczkarnia czy młynki, tak aby umożliwić wymieszanie składników.

Po rozdrobnieniu i zmieszaniu składników należy uzyskać odpowiednią wilgotność sumaryczną mieszaniny składników. Wilgotność względną formulacji doprowadza się rutynowymi sposobami do wartości odpowiedniej dla danego typu brykieciarki lub granulatora. Wilgotność względna formulacji według wynalazku korzystnie mieści się w przedziale 15-20%,a najkorzystniej wynosi 17%.

Formulacja według wynalazku poddawana jest następnie procesowi granulowania, brykietowania lub pelletyzacji w odpowiednich urządzeniach, stosowanych rutynowo w dziedzinie, w celu przystosowania paliwa do spalania w piecach, kotłach i innych urządzeniach grzewczych.

Korzystnie, formulacja biopaliwa według wynalazku ma postać granulatu lub brykietu, a najkorzystniej granulat stanowi pellet. Twardość granulatu lub brykietu formulacji biopaliwa według wynalazku wykonanego ze słomy pożniwnej z dodatkiem wytłoków z korzenia marchwi jest zwiększona w porównaniu z twardością granulatu i brykietu wykonanych wyłącznie ze słomy pożniwnej. Powyższa właściwość sprawia, że granulat formulacji według wynalazku jest mniej podatny na zgniatanie i kruszenie podczas transportu i przechowywania, w porównaniu do standardowego granulatu wykonanego wyłącznie ze słomy. Twardość granulatu wykonanego ze słomy pożniwnej jęczmiennej z dodatkiem wytłoków z korzenia marchwi, mierzona jego wytrzymałością na zgniatanie, wynosi od 328,3 do 385,8 niutonów.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie formulacji według wynalazku jako biopaliwa do spalania w piecach, kotłach i innych urządzeniach grzewczych.

P r z y k ł a d 1: Przygotowanie formulacji według wynalazku

Do przygotowania formulacji według wynalazku wykorzystano słomę pożniwną jęczmienną oraz wytłoki z korzenia marchwi pozostałe po produkcji soku marchwiowego.

Dokonano pomiaru wilgotności względnej składników: słomy pożniwnej i wytłoków marchwiowych, za pomocą metody wagowo-suszarkowej zgodnie z normą EN ISO 18134-1:2015-11. Wilgotność względna poszczególnych składników formulacji wynosiła, odpowiednio 10,7% dla słomy pożniwnej i 67,3% dla wytłoków marchwiowych. Następnie po dosuszeniu wytłoków marchwiowych, obniżono ich wilgotność do wilgotności względnej 12,22%, zbliżonej do wilgotności słomy.

Następnie rozdrobniono składniki formulacji. Wytłoki marchwiowe rozdrobniono w młynkach, a słomę w rozdrabniaczu uniwersalnym.

Obliczono, że ilość poszczególnych składników potrzebna do przygotowania próby formulacji, w której udział poszczególnych składników w częściach wagowych wynosi 80 części wagowych (słoma pożniwna jęczmienna) i 20 części wagowych (wytłoki marchwiowe), w przeliczeniu na suchą masę, wynosi, odpowiednio: 500,0 g słomy pożniwnej i 127,5 g wytłoków marchwiowych. Dla uzyskania próby formulacji, w której udział poszczególnych składników wynosi 70 części wagowych (słoma pożniwna jęczmienna) i 30 części wagowych (wytłoki marchwiowe), w przeliczeniu na suchą masę, ilość poszczególnych składników wynosi odpowiednio: 500,0 g słomy pożniwnej i 218,0 g wytłoków marchwiowych.

Rozdrobnione składniki zmieszano w podanych wyżej ilościach przy pomocy mieszalnika elektrycznego wyposażonego w mieszadło ślimakowe i rozpylacz tarczowy, który umożliwiał drobne rozpylanie wody w komorze mieszania. Podczas mieszania doprowadzano wilgotność sumaryczną mieszaniny z udziałem 80 części wagowych s.m. słomy pożniwnej i 20 części wagowych s.m. wytłoków marchwiowych do wilgotności względnej równej 17%, wymaganej dla wybranego granulatora, dodając do mieszaniny 45,3 ml wody, a w przypadku mieszaniny z udziałem 70 części wagowych s.m. słomy pożniwnej i 30 części wagowych s.m. wytłoków marchwiowych, dodając do mieszaniny 50,5 ml wody.

PL 241 302 Β1

W celach porównawczych przygotowano materiał wyłącznie ze słomy pożniwnej jęczmiennej, bez dodatku wytłoków marchwiowych, używając 500 g słomy o wilgotności względnej 10,7%, którą w mieszalniku zwilżono do wilgotności względnej 17% dodając podczas jej mieszania 38 ml drobno rozpylanej wody.

Po dokładnym wymieszaniu rozdrobnionych składników i doprowadzeniu wilgotności względnej formulacji do poziomu 17%, przeprowadzono proces granulowania. Do granulacji zastosowano granulator talerzowy do wytwarzania pelletu, o mocy silnika równej 4 kW, z obrotową matrycą, w której średnica otworów była równa 6 mm. Granulat ze wszystkich trzech rodzajów biomasy wyprodukowano w takich samych warunkach (temperatura zewnętrzna komory, w której granulowano biomasę równa była 65°C, podobna prędkość podawania materiału). Wszystkie próbki granulatu przechowywano, w próżniowych workach, w temperaturze około 7°C w chłodziarce przez około 48 godzin, od czasu ich wyprodukowania, w celu uzyskania stabilnego stanu przed zbadaniem ich właściwości.

Następnie próbki granulatu przeznaczone do badań twardości zostały wysuszone w suszarce, w temperaturze 105°C, do osiągnięcia zerowej ich wilgotności. Otrzymany granulat poddano badaniu twardości, mierzonej na podstawie wytrzymałości granulatu na zgniatanie, za pomocą miernika Kahla. Porównanie wytrzymałości na zgniatanie wykonano porównując wyniki twardości otrzymane podczas zgniatania granulatu zrobionego wyłącznie ze słomy pożniwnej jęczmiennej z wynikami twardości otrzymanymi podczas zgniatania granulatu zawierającego słomę pożniwną jęczmienną z dodatkiem wytłoków z korzenia marchwi. Wyniki przedstawiono w Tabeli 1.

Tabela 1. Przykładowe wyniki pomiarów obrazujące wpływ zawartości suchej masy wytłoków z korzenia marchwi w mieszaninie ze słomą jęczmienną pożniwną na wartość twardości (wytrzymałości na zgniatanie)

Ilość części wagowych suchej masy wytłoków z korzenia marchwi	Brak	20	30
Twardość granulatu [N]	131,1 N	328,3 N	385,8 N

W przypadku otrzymanego granulatu, 20 części wagowych suchej masy wytłoków z korzenia marchwi w mieszaninie z 80 częściami wagowymi słomyjęczmiennej powoduje ponad dwukrotny wzrost twardości granulatu, jako wytrzymałości granulatu na zgniatanie, w porównaniu z twardością granulatu wykonanego wyłącznie ze słomyjęczmiennej.

W przypadku użycia 30 części wagowych suchej masy wytłoków z korzenia marchwi i 70 części wagowych słomy zaobserwowano prawie trzykrotny wzrost twardości granulatu wytrzymałości granulatu na zgniatanie, w porównaniu z twardością granulatu wykonanego wyłącznie ze słomyjęczmiennej.

Otrzymany granulat o ulepszonej twardości jest mniej podatny na kruszenie podczas transportu i przechowywania, w porównaniu do standardowego granulatu wykonanego wyłącznie ze słomy. Otrzymany granulat formulacji według wynalazku można z powodzeniem wykorzystać jako biopaliwo do spalania w piecach, kotłach i innych urządzeniach grzewczych.

Claims (5)

1. Formulacja biopaliwa zawierająca słomę pożniwną jęczmienną, znamienna tym, że zawiera dodatek wytłoków z korzenia marchwi, przy czym zawartość słomy pożniwnej jęczmiennej liczona w częściach wagowych wynosi od 70 do 80 części, a zawartość wytłoków z korzenia marchwi liczona w częściach wagowych wynosi od 30 do 20 części, w przeliczeniu na suchą masę każdego składnika formulacji.

2. Formulacja według zastrz. 1, znamienna tym, że ma postać granulatu lub brykietu.

3. Formulacja według zastrz. 2, znamienna tym, że granulat obejmuje pellet.

4. Formulacja według zastrz. 2-3, znamienna tym, że twardość granulatu, mierzona jego wytrzymałością na zgniatanie, wynosi od 328,3 do 385,8 niutonów.

5. Zastosowanie formulacji określonej w zastrzeżeniach 1-4 jako biopaliwa do spalania w piecach, kotłach i innych urządzeniach grzewczych.