PL246788B1

PL246788B1 - Pellet z mieszaniny siana i suchych osadów ściekowych, o poprawionej wytrzymałości mechanicznej

Info

Publication number: PL246788B1
Application number: PL440347A
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: PL440347A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest innowacyjny pellet z mieszaniny siana i suchych osadów ściekowych o poprawionej wytrzymałości mechanicznej, charakteryzujący się tym, że mieszanina siana i suchych osadów ściekowych zawierająca suche osady ściekowe oraz siano w stosunku masowym suchych osadów ściekowych do siana wynoszącym od 1 : 99 do 1 : 4, zawiera dodatek poprawiający wytrzymałość mechaniczną, którym jest toryfikat łusek słonecznika 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

DZIEDZINA TECHNIKI

Przedmiotem wynalazku jest pellet z mieszaniny siana 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 zastosowane 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 w/w pelletów stosowano kompozycję dodatków, która zawierała wapno palone oraz lignosulfonian wapnia.

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

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

ISTOTA WYNALAZKU

Pellet z mieszaniny siana i suchych osadów ściekowych, o poprawionej wytrzymałości mechanicznej, charakteryzuje się tym, że mieszanina siana i suchych osadów ściekowych zawierająca suche osady ściekowe oraz siano w stosunku masowym suchych osadów ściekowych do siana wynoszącym od 1 : 99 do 1 : 4, zawiera dodatek poprawiający wytrzymałość mechaniczną, którym jest toryfikat łusek słonecznika 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 siana i suchych osadów ściekowych toryfikatem łusek słonecznika pozwala na poprawę wytrzymałości mechanicznej pelletu do ponad 13% w stosunku do pelletu z mieszaniny siana i suchych osadów ściekowych nie zawierającego toryfikatu łusek słonecznika.

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

Przykład 1 ilustruje sposób wytwarzania toryfikatu łusek słonecznika 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 łusek słonecznika 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 przepływ 12 l/h gazu obojętnego. Po zakończeniu procesu i wystudzeniu otrzymano 59,34 g toryfikatu.

PL 246788 Β1

Tabela 1. Charakterystyka łusek słonecznika zastosowanych do badań.

Parametr	Jednostka	Wartość
Wygląd	—	ch arakterystyczny
Zawartość wilgoci całkowitej	%	12,6
Wartość opałowa	kj/kg	16092
Zawartość węgla pierwiastkowego	%	46,0

Przykład 2 - przykład porównawczy

Odważono 1485 g siana o właściwościach z tabeli 2 oraz 15 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3. Siano 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 siana zastosowanego do badań.

Parametr	Jednostka	Wartość
Wygląd	—	charakterystyczny
Zawartość wilgoci	%	10-14
Zawartość popiołu	%	5,7
Wartość opałowa	MJ/kg	13,1 - 17,2
Tabela 3. Charakterystyka suchych osadów ściekowych zastosowanych do badań.
Parametr	Jednostka	Wartość
Wygląd	—	ciemnoszary proszek
Zawartość wilgoci	%	11,0
Zawartość popiołu	%	35,1
Wartość opalowa	MJ/kg	12,1

Przykład 3

Odważono 1477,575 g siana 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 siana 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 siana 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 siana o właściwościach z tabeli 2 oraz 150 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3. Siano 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 siana 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 siana 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 siana 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 siana o właściwościach z tabeli 2 oraz 350 g suchych osadów ściekowych o właściwościach z tabeli 3. Siano 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 1 1

Odważono 1194,00 g siana 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 siana 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 siana 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 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, %

PL 246788 Β1 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 1%I
Produkt z przykładu 2 (przykład porównawczy)	84,26
Produkt z przykłada 3	95,85
Produkt z przykładu 4	92,32
Produkt z przykładu 5	94,60
Produkt z przykładu 6 (przykład porównawczy)	85,06
Produkt z przykładu 7	95,85
Produkt z przykładu 8	96,29
Produkt z przykładu 9	87,78
Produkt z przykładu 10 (przykład porównawczy)	84,37
Produkt z przykładu 11	90.82
Produkt z przykładu 12	93,05
Produkt z przykładu 13	96,11

W powyższych przykładach zaprezentowano skład pelletu z mieszaniny siana 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 siana i suchych osadów ściekowych o poprawionej wytrzymałości według wynalazku porównano z wynikami testów pelletu z mieszaniny siana i suchych osadów ściekowych nie zawierającego toryfikatu.

Claims

1. Pellet z mieszaniny siana i suchych osadów ściekowych, o poprawionej wytrzymałości mechanicznej, znamienny tym, że mieszanina siana i suchych osadów ściekowych zawierająca suche osady ściekowe oraz siano w stosunku masowym osadów ściekowych do siana wynoszącym od 1 : 99 do 1 : 4, zawiera dodatek poprawiający wytrzymałość mechaniczną, którym jest toryfikat łusek słonecznika 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.