TWI449782B - Production method of raw coal - Google Patents

Description

生質煤的製造方法

本發明是有關於一種燃煤的製造方法，特別是指一種生質煤的製造方法。

對於煉鋼廠或一些大型工廠來說，廠中發電鍋爐的燃煤用量需求非常可觀，但是煤炭等石化燃料在燃燒時會大量排放造成溫室效應的氣體-二氧化碳(CO₂ )而引起全球暖化的現象，於是，在環保意識抬頭的今天，尋找可代替石化燃料而用於發電鍋爐用的綠色能源，以期減少地球碳循環中二氧化碳的總量已成為一個重要的課題。

現今，常見的綠色能源便是生質能(Biomass)的利用，將一般植物或經濟作物如芒草、柳木、麥、稷、麻、玉米、甘蔗和棕櫚樹…等等不能食用、或是殘留廢棄的植物纖維轉換為燃料，最簡單的方式便是例如直接燃燒得到熱能。因為植物行光合作用將大氣中的二氧化碳吸收、轉化成有機物質，而有機物質在植物死亡或被氧化(如燃燒)後會再以二氧化碳的形式回歸大氣，這循環相對的所需的時間較短，而用作燃料的植物可以很快地不斷地重複種植替代，因此使用生質能作為燃料依然可以維持大氣中碳含量的水平，而減緩溫室效應。

但是，一般未處理過的植物纖維直接燃燒所得到的能量(即熱值，常用單位是單位質量的能量含量，如Cal/g)比不上石化燃料-煤炭所釋放的能量，且容易吸收大氣環境中的水氣而腐壞，因此不易儲存、運輸，所以，大部分都是將其直接燃燒使用，或是燃燒後做為灰肥使用而無法大量使用於工廠中的發電鍋爐，故生質能依然無法經濟地普及於工業燃料中。

綜上所述，如何將植物纖維經過處理後轉換為可代替傳統燃煤的生質煤(Bio-coal)而又能適用於業界的大量生產，還有待開發研究。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有高熱值、易於保存的生質煤的製造方法。

於是，本發明生質煤的製造方法，用以將棕櫚樹大量生產的油棕果的中果肉榨油後的殘留纖維轉變為生質煤，包含一預乾步驟、一削切步驟、一造粒步驟、一乾燥步驟，及一碳化步驟。

該預乾步驟是降低殘留纖維的含水率至不高於25%，並在降低水分後得到含水率不高於25%的第一纖維。

該削切步驟是將所製得的第一纖維進行削切而縮減第一纖維的長度，並在削切後得到較細短的第二纖維。

該造粒步驟是控制第二纖維中水分含量而調整第二纖維的含水率，並接著進行壓製成型使第二纖維形成短纖顆粒。

該乾燥步驟是降低短纖顆粒的含水率至小於10%。

該碳化步驟則是將含水率小於10%的短纖顆粒在碳化溫度不高於300℃下進行低溫碳化處理而製得該生質煤。

本發明之功效在於：將原本不利儲存、熱值低的植物纖維，也就是油棕果的中果肉榨油後的殘留纖維經過一連串的預乾步驟、削切步驟、造粒步驟、乾燥步驟，及碳化步驟的處理程序，將殘留纖維處理製成耐儲存、熱值高的生質煤以代替目前所使用的石化燃煤、改善大氣中碳含量的增加。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

本發明生質煤的製造方法是利用棕櫚樹所產之油棕果的中果肉纖維製作，棕櫚樹是東南亞大量種植的高經濟價值作物，年產大量的油棕果，而油棕果的中果肉與果仁皆含豐富油脂，榨取中果肉所含的油脂處理後便能製作出一般熟知的棕櫚油。榨完油後的中果肉的殘留纖維通常都成為廢棄物，或是燃燒後做為灰肥使用，利用價值不高，因此本發明生質煤的製造方法使用年產量大、原料來源穩定的油棕果的中果肉殘留纖維作為生質煤的料源，而足以應付工廠中發電鍋爐所需的大量燃煤。

參閱圖1，本發明生質煤的製造方法的較佳實施例包含一預乾步驟11、一削切步驟12、一造粒步驟13、一乾燥步驟14，及一碳化步驟15，

首先，進行該預乾步驟11，降低殘留纖維的含水率至不高於25%。因為榨油後的中果肉的殘留纖維中的含水率高達40%以上，含水率過高時將無法順利進行下一步的製程處理且容易腐化、不利儲存；但，若將殘留纖維完全乾燥，在該造粒步驟時又需添加一定的水分進行造粒，不僅在乾燥時能源的消耗較多，後續要再增添水分，而導致整體製程成本上的增加，所以，由後續製程的評估與計算後得到此較佳的水分含量；故，將殘留纖維中的含水率由原先的40%左右降低至不高於25%，而將殘留纖維轉變為含水率不高於25%的第一纖維。

接著，進行該削切步驟12，將第一纖維進行削切而縮減第一纖維的長度。針對纖維大小特別說明的是，大部分的植物纖維屬於纖維長度較長的長纖維(例如木材)，因此必須將長纖維磨成細粉才能進行造粒的處理，而本發明所用之油棕果的中果肉是屬於纖維長度較短的短纖維，尤其在經乾燥後的短纖維其特性易碎，所以含水率低於25%的第一纖維不需進行研磨製成粉末，而利用製程能源消耗較小的削切方式，將第一纖維切至如本實施例中小於5mm的長度而得到較細短的第二纖維，便能順利進行後續的造粒步驟13。

該造粒步驟13則是先將較細短的第二纖維進行水分的調整，於本實施例中，是令第二纖維的含水率控制在30%，同時以蒸氣加溫至140℃後，再經高壓環模機具設定粒徑大小而造出本實施例中直徑6mm、長度10mm的短纖顆粒。在此補充說明的是，水分以及溫度的控制能使第二纖維中的木質素軟化，在造粒時做為黏結劑起到黏結作用而在壓製時順利形成所需求的短纖顆粒。

再來，是進行該乾燥步驟14，經該造粒步驟13後製得的短纖顆粒之含水率約在17~20%間，因此需要降低含水率至小於10%以利進行後續的碳化步驟15，且碳化前的短纖顆粒的含水率會影響到產氣的熱值高低，因此，乾燥步驟14中對短纖顆粒的含水率控制十分重要；而在本實施例中的乾燥處理方式是將短纖顆粒在150℃的高溫下烘乾使水分減少、含水率降低。

最後，該碳化步驟15是將含水率小於10%的短纖顆粒在碳化溫度不高於300℃下，以預定時間進行碳化處理而製得最後產品-具有高熱值且易於保存的生質煤。特別的是，本發明中的碳化步驟15是溫度低於300℃的低溫碳化製程，較佳的是在250~300℃，更佳的是在280~300℃下進行碳化處理30分鐘。須另外說明的是，本發明中所使用的生質能原料(油棕果的中果肉)屬於短纖維，其木質素的含量遠低於木材等木本植物的含量，雖然木本植物一般是使用高溫進行碳化處理，但本發明中的短纖顆粒若經高溫碳化，不僅無法得到高熱值的生質煤，反而會降低所製造的生質煤產率，因此，本發明的生質煤的製造方法中，該碳化步驟15必須以不高於300℃的溫度進行，才能製得具有高熱值、產率佳的生質煤。

參閱下表，是本發明以油棕果的中果肉所製得的生質煤與傳統煤炭的成分及熱值的比較，由表中數據可明顯看到，經過本發明的生質煤的製造方法所製得的生質煤其熱值(5710 Cal/g)與石化燃料的煤炭熱值(5740 Cal/g)相近，而原本未經過本發明處理的油棕果的中果肉榨油後的殘留纖維的熱值(2460 Cal/g)僅只有一半不到，因此本發明的生質煤的製造方法的確可以將原本熱值低的植物纖維轉變為高熱值、且具經濟價值可用於發電鍋爐的燃料源。

本發明的生質煤的製造方法先依整體製程的處理考量將原水份高的殘留纖維降低至含水率25%以下，而節省處理過程中的能源消耗，及後續水分的耗用；接著再針對本發明所使用的油棕果的中果肉的短纖維特性設計出利用削切替代以往將纖維進行的研磨成粉的程序，亦能大幅降低研磨所耗費的大量電力能源；再來經該造粒步驟、乾燥步驟製成具有預定含水率、粒徑大小的短纖顆粒，並進行低溫下的碳化步驟而能將原本的殘留纖維轉換為熱值接近於石化燃煤的生質煤，且所製得的生質煤不易腐化、體積小利於運儲，加上其原料來源-棕櫚樹的油棕果是高經濟價值的作物，每年均有大量產出以製造棕櫚油，使得本發明所使用的榨油後的油棕果的中果肉的殘留纖維料源量多、穩定，因此，本發明的生質煤的製造方法的生質煤可取代傳統的石化燃煤而滿足於工廠中發電鍋爐的大量使用。

綜上所述，本發明的生質煤的製造方法，利用該預乾步驟11、削切步驟12、造粒步驟13、乾燥步驟14，及該碳化步驟15所串接的製程流程，將油棕果的中果肉榨油後、廢棄的殘留纖維處理加工而製成有高熱值、體積小且利於儲存的生質煤，不僅具備資源再利用的優點，且又能代替原本會大量增加大氣中二氧化碳含量的石化燃煤、減緩溫室效應，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11．．．預乾步驟

12．．．削切步驟

13．．．造粒步驟

14．．．乾燥步驟

15．．．碳化步驟

圖1是一流程圖，說明本發明之生質煤的製造方法的一較佳實施例。

11．．．預乾步驟

12．．．削切步驟

13．．．造粒步驟

14．．．乾燥步驟

15．．．碳化步驟

Claims (6)

1. 一種生質煤的製造方法，用以將油棕果的中果肉榨油後的殘留纖維轉變為生質煤，包含：一預乾步驟，降低殘留纖維的含水率至不高於25%，並在降低水分後得到含水率不高於25%的第一纖維；一削切步驟，將所製得的第一纖維進行削切而縮減第一纖維的長度，並在削切後得到較細短的第二纖維；一造粒步驟，控制第二纖維中水分含量而調整第二纖維的含水率至30%，並接著以蒸氣加溫至140℃下進行壓製成型使第二纖維形成短纖顆粒；一乾燥步驟，降低短纖顆粒的含水率至小於10%；及一碳化步驟，將含水率小於10%的短纖顆粒在碳化溫度不高於300℃下進行低溫碳化處理而製得該生質煤。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之生質煤的製造方法，其中，該削切步驟中是將第一纖維切至短於5mm的長度。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之生質煤的製造方法，其中，該造粒步驟中是利用一高壓環模機具壓製該第二纖維而形成直徑6mm，且長度為10mm的短纖顆粒。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之生質煤的製造方法，其中，該造粒步驟中所製得的短纖顆粒的含水率在17~20%之間。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之生質煤的製造方法，其 中，該碳化步驟中是將短纖顆粒在溫度250~300℃下進行低溫碳化處理30分鐘而製得該生質煤。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之生質煤的製造方法，其中，該乾燥步驟是控制在溫度150℃下對該短纖顆粒進行含水率的控制。