PL246785B1

PL246785B1 - Pellet z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych, o poprawionej wytrzymałości mechanicznej

Info

Publication number: PL246785B1
Application number: PL440342A
Authority: PL
Inventors: Jarosław Markowski; Grażyna ŻAK; Grażyna Żak; Michał Wojtasik
Original assignee: Inst Nafty I Gazu Panstwowy Inst Badawczy
Priority date: 2022-02-10
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2025-03-10
Also published as: PL440342A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest pellet z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych, o poprawionej wytrzymałości mechanicznej, charakteryzujący się tym, że mieszanina makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych zawierająca suche osady ściekowe oraz makuchy rzepakowe w stosunku masowym suchych osadów ściekowych do makuchów rzepakowych wynoszącym od 1 : 99 do 1 : 4, zawiera dodatek poprawiający wytrzymałość mechaniczną, którym jest toryfikat trocin z drewna drzew iglastych w ilości od 0,5 do 2% (m/m), w przeliczeniu na masę pelletu, który to toryfikat otrzymano przeprowadzając proces w temperaturze 230°C, w czasie 80 minut, w przepływie 12 l/h gazu obojętnego.

Description

Opis wynalazku

DZIEDZINA TECHNIKI

Przedmiotem wynalazku jest pellet z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych, o poprawionej wytrzymałości mechanicznej.

STAN TECHNIKI

Biomasa roślinna w stanie nieprzetworzonym charakteryzuje się stosunkowo małą gęstością nasypową, utrudniającą jej transport, magazynowanie i wykorzystanie w praktyce. Stąd zachodzi konieczność jej zagęszczenia np. w postaci pelletów lub brykietów. Wytwarza się je z suchej rozdrobnionej biomasy pod dużym ciśnieniem i w podwyższonej temperaturze, najczęściej bez dodatku lepiszcza. Podczas aglomeracji występujące siły oraz temperatura powodują zagęszczenie w małej objętości znacznej ilości surowca. Dzięki temu uzyskuje się spadek zawartości wody, zwiększenie koncentracji masy i energii oraz znacznie podnosi się komfort dystrybucji i użytkowania tego biopaliwa.

Jakość pelletów, określana na podstawie kilku właściwości fizycznych, takich jak: gęstość nasypowa, wartość opałowa, wytrzymałość mechaniczna, zawartość wilgoci i kaloryczność, zależy od jakości surowca i parametrów ich produkcji. Jednym z najważniejszych parametrów dotyczących pelletów jest wytrzymałość mechaniczna.

Wytrzymałość mechaniczna oznacza zdolność zagęszczonego biopaliwa do utrzymania się w stanie nienaruszonym podczas przeprowadzania operacji technologicznych i transportu, dlatego jest jednym z najważniejszych parametrów jakościowych, zarówno dla producenta, jak i klienta.

W celu uzyskania odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej może występować konieczność zastosowania w procesie produkcji pelletów substancji wiążących - tzw. lepiszczy. Zazwyczaj jako lepiszcza stosowane są substancje pochodzenia organicznego - roślinnego bądź zwierzęcego, aby ich dodatek nie obniżał w paliwie zawartości biomasy. Lepiszcza są dodawane do biomasy w zakresie od 0,5% do 5,0% masowych.

W polskim zgłoszeniu patentowym P.395378 przedstawiono pellet opałowy, do produkcji którego zastosowano suszone osady ściekowe.

W polskim opisie patentowym PL214121 opisano sposób na otrzymanie paliwa w formie pelletu z wykorzystaniem zwierzęcej mączki mięsno-kostnej oraz pierza, z dodatkiem otrąb, słomy, makuchów i śrut roślin oleistych i z zastosowaniem tłuszczów zwierzęcych i roślinnych jako lepiszczy.

W polskim opisie patentowym PL215280 przedstawiono metodę otrzymywania pelletu opałowego z biomasy, w którym to pellecie jako lepiszcze zastosowano substrat pofermentacyjny powstały w wyniku procesu biogazowego.

Autorzy polskiego zgłoszenia patentowego P.421069 opisują metodę otrzymywania pelletów z trocin z otrębami żytnimi.

W polskim zgłoszeniu patentowym P.427593 ujawniono metodę otrzymywania paliwa w postaci pelletu, w skład którego wchodzą wióry drzewne, osady ściekowe i słoma traw w różnych stosunkach wagowych.

W polskim zgłoszeniu patentowym P.380210 ujawniono sposób na wytworzenie pelletów z otrębów z młynów, słodowni lub gorzelni.

W opisie patentowym JP2019172766 przedstawiono metodę otrzymywania pelletów z biomasy bambusu, w której to metodzie osady ściekowe wykorzystywane są jako lepiszcze.

Autorzy wynalazku TWI639693 opisali sposób otrzymywania zagęszczonego paliwa z resztek jedzenia i osadów organicznych połączonych lepiszczem, które może być wybrane spośród jednej lub kombinacji następujących substancji: odpady kuchenne, mąka ze słodkich ziemniaków, skrobia kukurydziana, ryż, owsianka.

W opisie patentowym EP2865736 opisano paliwo stałe otrzymywane z mieszaniny biodegradowalnych odpadów komunalnych i/lub przemysłowych materiałów włóknistych z naturalnych tekstyliów i włókien, i/lub odpadów przemysłowych produktów celulozowych, fitomasy z hodowli, korzystnie słomy, odpadów z uprawy hydroponicznej, pyłu ze zmielenia wszystkich rodzajów zbóż i/lub suszonych owoców i/lub suszonych kwiatów i/lub suszonych warzyw po upływie terminu ważności i/lub wytłoczyn i innych odpadów z produkcji roślinnej i/lub odpadów tytoniowych i/lub odpadów korka.

Opis patentowy KR101539224 ujawnia paliwo stałe, w skład którego wchodzi biomasa oraz organiczny osad z oczyszczalni ścieków. W celu poprawy właściwości mechanicznych paliwa zastoso wane zostało spoiwo, które może być: scukrzonym roztworem odpadów, koncentratem ekstraktu z wodorostów morskich, roztworem chitozanu, skrobią kukurydzianą i ich mieszaniną i jest stosowane w ilości od 0,1 do 2,0% wagowych w przeliczeniu na całkowitą masę mieszanki paliwowej.

W zgłoszeniu patentowym US20110197501 ujawniono skład paliwa stałego składającego się z pyłu węglowego i biomasy, do produkcji którego stosowano lepiszcze, będące substancją wybraną spośród: ligniny, emulsji ligniny i asfaltu, skrobi pszennej, lignosulfonianu, oleju talowego, smoły węglowej, poli(alkoholu winylowego), żywicy fenolowej, szlamu papierowego, melasy, wapna, gumy guar, materiału polimerowego i ich mieszaniny.

W polskich opisach patentowych PL244102, PL244104, PL244103 oraz PL244101 ujawniono składy pelletów składających się z suchych osadów ściekowych oraz odpowiednio makuchów rzepakowych, słomy, otrąb pszennych i siana. Do poprawy wytrzymałości mechanicznej ww. pelletów stosowano kompozycję dodatków, która zawierała wapno palone oraz lignosulfonian wapnia.

Celem niniejszego wynalazku jest uzyskanie pelletu z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych, o poprawionej wytrzymałości mechanicznej, który będzie charakteryzował się wyższą wytrzymałością mechaniczną niż pellet z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych, którego wytrzymałość mechaniczna nie została poprawiona.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że takie właściwości posiada zgodny z niniejszym wynalazkiem pellet z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych, który charakteryzuje się wyższą wytrzymałością mechaniczną niż pellet którego wytrzymałości mechanicznej nie poprawiano.

ISTOTA WYNALAZKU

Pellet z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych, o poprawionej wytrzymałości mechanicznej, charakteryzuje się tym, że mieszanina makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych zawierająca suche osady ściekowe oraz makuchy rzepakowe w stosunku masowym suchych osadów ściekowych do makuchów rzepakowych wynoszącym od 1 : 99 do 1 : 4, zawiera dodatek poprawiający wytrzymałość mechaniczną, którym jest toryfikat trocin z drewna drzew iglastych w ilości od 0,5 do 2% (m/m), w przeliczeniu na masę pelletu, który to toryfikat otrzymano przeprowadzając proces w temperaturze 230°C, w czasie 80 minut, w przepływie 12 l/h gazu obojętnego.

Okazało się w trakcie badań, że uszlachetnienie pelletu z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych toryfikatem trocin z drewna drzew iglastych pozwala na poprawę wytrzymałości mechanicznej pelletu do ponad 22% w stosunku do pelletu z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych nie zawierającego toryfikatu trocin z drewna drzew iglastych.

Niniejszy wynalazek przedstawiono w przykładach wykonania od 1 do 14, ilustrujących skład, sposób wytwarzania oraz wyniki prób testowych oceny wytrzymałości mechanicznej pelletu z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych uszlachetnionego toryfikatem trocin z drewna drzew iglastych, nie można ich zatem traktować za ograniczenie istoty wynalazku, ponieważ mają one jedynie ilustracyjny charakter.

Przykład 1 ilustruje sposób wytwarzania toryfikatu trocin z drewna drzew iglastych, stosowanego w niniejszym wynalazku. Przykłady 2, 6 i 10 to przykłady porównawcze, a przykłady 3-5, 7-9 i 11-14 to przykłady ilustrujące wynalazek.

PRZYKŁADY

Przykład 1

Odważono 200 g trocin z drewna drzew iglastych o właściwościach z tabeli 1, następnie umieszczono je w jednoszyjnej kolbie okrągłodennej, do której gaz obojętny był doprowadzony barbotką w pobliże dna kolby, natomiast gorące gazy poprocesowe były odprowadzane górą do chłodnicy wodnej, w której następowało wykraplanie fazy ciekłej, a faza gazowa była odprowadzana do atmosfery. Proces toryfikacji prowadzono w temperaturze 230°C, w czasie 80 min, w przepływie 12 l/h gazu obojętnego. Po zakończeniu procesu i wystudzeniu otrzymano 56,60 g toryfikatu.

PL 246785 Β1

Tabela 1.

Charakterystyka trocin z drewna drzew iglastych zastosowanych do badań

Parametr	Jednostka	Wartość
Wygląd	—	charakterystyczny
Zawartość wilgoci całkowitej	%	11,2
Wartość opałowa	kJ/kg	16560

Zawartość węgla pierwiastkowego %

46,7

Przykład 2 - przykład porównawczy

Odważono 1485 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2 oraz 15 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3. Makuchy rzepakowe i suche osady ściekowe wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Tabela 2.

Charakterystyka makuchów rzepakowych zastosowanych do badań

Parametr	Jednostka	Wartość
Wygląd	—	charakterystyczny
Zawartość tłuszczu	%	7,5-15,0
Zawartość włókna	%	13,0- 17,0
Zawartość białka	%	28.0-34,0
Wartość opałow a	MJ/kg	17,0-25,0

Tabela 3.

Charakterystyka suchych osadów ściekowych zastosowanych do badań

Parametr	Jednostka	Wartość
Wygląd	—	ciemnoszary proszek
Zawartość wilgoci	%	11,0
Zawartość popiołu	%	35,1
Wartość opałowa	MJ/kg	12,1

Przykład 3

Odważono 1477,575 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2, 14,925 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3, 7,500 g toryfikatu otrzymanego w przykładzie 1. Wszystkie komponenty i toryfikat wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Przykład 4

Odważono 1470,15 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2, 14,85 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3, 15,00 g toryfikatu otrzymanego w przykładzie 1. Wszystkie komponenty i toryfikat wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Przykład 5

Odważono 1462,65 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2, 7,35 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3, 30,00 g toryfikatu otrzymanego w przykładzie 1. Wszystkie komponenty i toryfikat wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Przykład 6 - przykład porównawczy

Odważono 1350 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2 oraz 150 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3. Makuchy rzepakowe i suche osady ściekowe wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Przykład 7

Odważono 1343,25 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2, 149,25 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3, 7,50 g toryfikatu otrzymanego w przykładzie 1. Wszystkie komponenty i toryfikat wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Przykład 8

Odważono 1336,50 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2, 148,50 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3, 15,00 g toryfikatu otrzymanego w przykładzie 1. Wszystkie komponenty i toryfikat wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Przykład 9

Odważono 1323,00 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2, 147,00 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3, 30,00 g toryfikatu otrzymanego w przykładzie 1. Wszystkie komponenty i toryfikat wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Przykład 10 - przykład porównawczy

Odważono 1200 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2 oraz 350 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3. Makuchy rzepakowe i suche osady ściekowe wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Przykład 11

Odważono 1194,00 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2, 298,50 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3, 7,50 g toryfikatu otrzymanego w przykładzie 1. Wszystkie komponenty i toryfikat wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Przykład 12

Odważono 1188,00 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2, 297,00 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3, 15,00 g toryfikatu otrzymanego w przykładzie 1. Wszystkie komponenty i toryfikat wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Przykład 13

Odważono 1176,00 g makuchów rzepakowych o właściwościach z tabeli 2, 294,00 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3, 30,00 g toryfikatu otrzymanego w przykładzie 1. Wszystkie komponenty i toryfikat wymieszano, a następnie poddano je granulacji w urządzeniu pelletującym ZLSP-150B firmy Haven Polska Sp. z o.o. z zastosowaniem matrycy o średnicy oczek równej 6 mm.

Przykład 14

Wykonano badania wytrzymałości mechanicznej produktów z przykładów od 2 do 13. Badania wykonano wg PN-EN ISO 17831-1:2016-02 (Biopaliwa stałe - Oznaczanie wytrzymałości mechanicznej peletów i brykietów - Część 1: Pelety) w aparacie „PELTEST” wyprodukowanym przez firmę TESTCHEM.

Badanie polegało na umieszczeniu około 500 g, testowanych pelletów przesianych na sicie o oczku 3,15 mm w obracającym się z prędkością 50 rpm stalowym prostopadłościanie, po 10 minutach

PL 246785 Β1 ponownym oddzieleniu na tym samym sicie pokruszonych pelletów i zważeniu pozostałości na sicie. Do wyliczenia wytrzymałości badanej próbki pelletów wykorzystuje się poniższe równanie.

DU = (mA/mE) 100 gdzie:

DU - wytrzymałość mechaniczna, % mA - masa próbki po teście, g mE - masa próbki przed testem, g

Uzyskane wyniki badań wytrzymałości mechanicznej zamieszczono w tabeli 4.

Tabela 4.

Wytrzymałość mechaniczna wg PN-EN ISO 17831-1:2016-02

Badana próbka	Wytrzymałość mechaniczna [%]
Produkt z przykładu 2 (przykład porównawczy)	72,05
Produkt z przykładu 3	83,02
Produkt z przykładu 4	88,56
Produkt z przykładu 5	78,95
Produkt z przykładu 6 (przykład porównawczy)	71,67
Produkt z przykładu 7	74,67
Produkt z przykładu 8	73.90
Produkt z przykładu 9	79,90
Produkt z przykładu 10 (przykład porównawczy)	76,91
Produkt z przykładu 11	77,13
Produkt z przykładu 12	80,59
Produkt z przykładu 13	78,95

W powyższych przykładach zaprezentowano skład pelletu z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych o poprawionej wytrzymałości według wynalazku i wykazano skuteczność poprawy jego wytrzymałości mechanicznej w próbach testowych udowadniając jego przemysłową stosowalność.

Wyniki testów wytrzymałości mechanicznej pelletu z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych o poprawionej wytrzymałości według wynalazku porównano z wynikami testów pelletu z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych nie zawierającego toryfikatu.

Claims

1. Pellet z mieszaniny makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych, o poprawionej wytrzymałości mechanicznej, znamienny tym, że mieszanina makuchów rzepakowych i suchych osadów ściekowych zawierająca suche osady ściekowe oraz makuchy rzepakowe w stosunku masowym osadów ściekowych do makuchów rzepakowych wynoszącym od 1:99 do 1:4, zawiera dodatek poprawiający wytrzymałość mechaniczną, którym jest toryfikat trocin z drewna drzew iglastych w ilości od 0,5 do 2% (m/m), w przeliczeniu na masę pelletu, który to toryfikat otrzymano przeprowadzając proces w temperaturze 230°C, w czasie 80 minut, w przepływie 12 l/h gazu obojętnego.