TWI651404B - 複合式固體生質燃料及其製備方法 - Google Patents

Abstract

一種複合式固體生質燃料製備方法，包含以下步驟：將固態生質燃料組分與液態燃料組分混合，其中，該液態燃料組分含有水熱液化油。透過使用水熱液化油做為液態燃料組分，並配合使用固態生質燃料組分，使得所製得的複合式固體生質燃料具有較高的熱值及較少的灰分。

Description

複合式固體生質燃料及其製備方法

本發明是有關於一種生質燃料及其製備方法，特別是指一種能製備出具有較高熱值及較少灰分的生質燃料的複合式固體生質燃料製備方法，以及由該製備方法所製得的複合式固體生質燃料。

中國專利CN 101824348B揭露一種製備生物質緻密燃料的方法，包含以下步驟：先將橡膠籽殼加工粉碎至粒度為1至1.5 mm，再加入例如糖蜜、植物油、木焦油等的有機膠黏劑混合，接著進行壓製成型步驟，製得形狀為顆粒、塊狀或是棒狀的生物質緻密燃料。該中國專利透過使用糖蜜、植物油、木焦油等有機膠黏劑使得所製得的生物質緻密燃料具有緻密的結構，但利用糖蜜、植物油等可食用物質，除了造成可食用資源浪費，也無助於提昇所製得的生物質緻密燃料的熱值。

中國專利CN 104059710B揭露一種生物質固體顆粒燃料，其製備方法包含以下步驟：原料回收、粉碎、調質、壓製成型以及輸出冷卻乾燥。其中，原料含有粒度為l至2 mm的松木屑、粒度為0.3至0.5mm的杉木屑、粒度為3至5mm的甘蔗渣、粒度為l至2mm的農作物秸杆，以及由過氧化鈣與碳酸氫銨依據重量比1：1.5所組成的促燃燒劑。該中國專利透過使用該促燃燒劑，能夠使得所製得的生物質固體顆粒燃料具有4200至4850 Kcal/Kg的熱值，但熱值的提升效果有限，且因含有該促燃燒劑，會造成該生物質固體顆粒燃料在燃燒過後的灰分增加的問題。

因此，本發明之第一目的，即在提供一種複合式固體生質燃料製備方法。

於是，本發明複合式固體生質燃料製備方法，包含以下步驟： 混合程序，將一固態生質燃料組分與一液態燃料組分混合，其中，該液態燃料組分含有水熱液化油。

因此，本發明之第二目的，即在提供一種複合式固體生質燃料。

於是，本發明複合式固體生質燃料，包含： 一固態生質燃料組分；及 一液態燃料組分，包括水熱液化油。

本發明之功效在於：該複合式固體生質燃料製備方法透過使用水熱液化油做為液態燃料組分，並配合使用固態生質燃料組分，使得所製得的複合式固體生質燃料具有較高的熱值及較少的灰分。

以下就本發明內容進行詳細說明：

〈複合式固體生質燃料製備方法〉

該複合式固體生質燃料製備方法包含以下步驟：將該固態生質燃料組分與該液態燃料組分混合的該混合程序。

該液態燃料組分含有水熱液化油。該水熱液化油例如但不限於由生物質經水熱液化法所製得的水熱液化生質油，或者由例如為化石類燃料油精煉後所形成的廢棄油泥等的有機廢棄油泥經水熱液化法所形成的水熱液化油。較佳地，該水熱液化油的熱值範圍為3000至10000 Kcal/Kg，含水率範圍為0至30%，以及在100℃時的黏度範圍為100至1000 cps，25℃時的黏度範圍為大於2000cps。

較佳地，該水熱液化油為水熱液化生質油。該水熱液化生質油是由生物質經水熱液化法所製得的水熱液化生質油。該「生物質(biomass)」的來源沒有特別限制，例如但不限於微生物、植物性來源、動物性來源、生物性廢棄物等，具體例子例如但不限於微藻、布袋蓮、產油酵母菌、有機污泥、廚餘、皮革下腳料、農林廢棄物、棕櫚殼等。該生物質的固含量範圍沒有特別限制，該生物質的固含量範圍例如但不限於為8至60%。該生物質的粒徑範圍沒有特別限制，該生物質的粒徑範圍例如但不限於為1至50 mm。該「水熱液化法(hydrothermal liquefaction，HTL)」，是透過高溫高壓使水成為一具有高離子積的液體，該具有高離子積的液體使該生物質進行液化反應轉變成含水率範圍為0至30%的生質油。該水熱液化法的各項操作條件沒有特別限制，可依據該生物質的種類及性質並參照現有的技術自由調整，該水熱液化法的溫度範圍例如但不限於280至400℃，壓力範圍例如但不限於10至200 bar。

該水熱液化生質油於25℃時大於2000cps，為高黏度不流動狀態而具有容易運輸儲存的優點，在100℃時黏度範圍則降至100至1000cps，而利於與固態生質燃料組分充分混合。該水熱液化生質油的熱值範圍為3000至10000 Kcal/Kg，含水率範圍為0至30%。

較佳地，該水熱液化生質油於25℃時的黏度大於50000cps，而有利於降溫時能快速成形，降低該複合式固體生質燃料於冷卻成形過程中崩解或變形。

在該複合式固體生質燃料製備方法的第一種實施態樣中，較佳地，該固態生質燃料組分含有平均粒徑範圍為1至50 mm的生物質屑料，且該混合程序是將該等生物質屑料與該液態燃料組分混合，以使該液態燃料組分將該等生物質屑料黏結以形成一坯料。其中，該等生物質屑料是由生物質經破碎處理所形成，該生物質的種類是如上所述，故不再贅述。該「破碎處理(size reduction)」是用來粉碎生物質以使生物質的粒徑及尺寸變小的加工程序，該破碎處理的具體操作方式沒有特別限制，可依據生物質的種類及性質選用適合的現有破碎處理方式。較佳地，在該第一種實施態樣中，以該固態生質燃料組分的總量為100重量份計，該液態燃料組分的使用量範圍為5至50重量份。

為使所製得的複合式固體生質燃料具有更緻密的結構，更佳地，該複合式固體生質燃料製備方法的第一種實施態樣還包含在該混合程序後，對該坯料進行一壓製成型程序，以使得所製得的複合式固體生質燃料具有固定形狀及更緻密的結構，該固定形狀例如但不限於棒狀、塊狀或顆粒狀。該壓製成型程序的條件，例如壓製時的壓力、溫度及時間沒有特別限制，可視該生物質的來源、該等屑料的粒徑、該固態生質燃料組分與該液態燃料組分的用量配比來調整壓製成型程序的條件。

在該複合式固體生質燃料製備方法的第二種實施態樣中，較佳地，該固態生質燃料組分含有一種生質燃料棒，且該混合程序是將該生質燃料棒與該液態燃料組分混合，以使該液態燃料組分黏附在該生質燃料棒。更進一步的說，該混合程序是將該生質燃料棒與該液態燃料組分混合，以使該液態燃料組分基本上均勻地黏附在該生質燃料棒的表面。其中，該「生質燃料棒」是指一種具有緻密結構及固定形狀的生質燃料，更具體地說，該生質燃料棒含有由生物質經破碎處理所形成的顆粒，以及黏結該等顆粒的黏結劑，透過黏結劑黏結該等生物質的顆粒使得生質燃料棒具有緻密結構及固定形狀。該生物質的種類及破碎處理是如上所述，故不再贅述。該「生質燃料棒」的種類及性質沒有特別限制，可使用市售的生質燃料棒，該生質燃料棒的市售產品例如但不限於固態廢棄物衍生燃料(RDF-5)，或者例如為木顆粒、棕櫚殼顆粒、農林廢棄物顆粒、草顆粒等的顆粒燃料(pellet fuel)。較佳地，在該第二種實施態樣中，以該固態生質燃料組分的總量為100重量份計，該液態燃料組分的使用量範圍為5至50重量份。

〈複合式固體生質燃料〉

該複合式固體生質燃料包含該固態生質燃料組分及該液態燃料組分。

該液態燃料組分包括水熱液化油。該水熱液化油例如但不限於由生物質經水熱液化法所製得的水熱液化生質油，或者由例如為化石類燃料油精煉後所形成的廢棄油泥等的有機廢棄油泥經水熱液化法所形成的水熱液化油。較佳地，該水熱液化油的熱值範圍為3000至10000 Kcal/Kg，含水率範圍為0至30%，以及在100℃時的黏度範圍為100至1000 cps，25℃時的黏度範圍為大於2000cps。

較佳地，該水熱液化油為水熱液化生質油。該水熱液化生質油是由生物質經水熱液化法所製得的，該生物質及該水熱液化法是如上所述，故不再贅述。較佳地，該水熱液化生質油的熱值範圍為 3000至10000 Kcal/Kg，含水率範圍為0至30%，在100℃時的黏度範圍為100至2000 cps。

在該複合式固體生質燃料的一實施態樣中，較佳地，該固態生質燃料組分包括一種生質燃料棒，且該液態燃料組分是黏附在該生質燃料棒。更進一步的說，該液態燃料組分是基本上均勻地黏附在該生質燃料棒的表面。其中，該生質燃料棒是如上所述，故不再贅述。較佳地，以該固態生質燃料組分的含量為100重量份計，該液態燃料組分的含量範圍為5至50重量份。

在該複合式固體生質燃料的另一實施態樣中，較佳地，該固態生質燃料組分包括平均粒徑範圍為1至50mm的生物質屑料，且該液態燃料組分黏結該等生物質屑料。其中，該等生物質屑料是由生物質經破碎處理所形成，該生物質的種類以及該破碎處理是如上所述，故不再贅述。較佳地，以該固態生質燃料組分的含量為100重量份計，該液態燃料組分的含量範圍為5至50重量份。

本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

[實施例1]

以市售的桃花心木生質燃料做為固態生質燃料組分，其中，桃花心木生質燃料為平均粒徑3 mm的顆粒，熱值為4000 Kcal/Kg，含水率為10%。使用由生物質經水熱液化法所製得的水熱液化生質油做為液態燃料組分，水熱液化生質油的生物質來源為堆肥廚餘，該水熱液化生質油在100℃的黏度為400 cps，熱值為7800 Kcal/Kg，含水率為8%。將10克的桃花心木生質燃料與2克的溫度100℃的水熱液化生質油混合，使該水熱液化生質油均勻黏附在該等桃花心木生質燃料棒後，冷卻至25℃，得到實施例1複合式固體生質燃料。

[實施例2]

將養菇用木屑經破碎處理形成平均粒徑範圍為1至5 mm的屑料以做為固態生質燃料組分，養菇用木屑的屑料的熱值為3400至3500 Kcal/Kg。使用由生物質經水熱液化法所製得的水熱液化生質油做為液態燃料組分，水熱液化生質油的生物質來源為堆肥廚餘及有機汙泥，該水熱液化生質油在100℃的黏度為500 cps，熱值為7800 Kcal/Kg，含水率為8%。將10克的養菇用木屑的屑料與2克的溫度100℃的水熱液化生質油混合，使該水熱液化生質油將該養菇用木屑的屑料黏結得到一坯料。使用一油壓式固體生質燃料壓錠機(壓錠機為自行設計)對該坯料進行一壓製成型程序後(壓製成型程序的條件為：壓力為8 bar，溫度為30℃，壓製時間為1秒)，冷卻至25℃，得到實施例2複合式固體生質燃料。

[實施例3]

將養菇用木屑經破碎處理形成平均粒徑範圍為1至5 mm的屑料以做為固態生質燃料組分，養菇用木屑的屑料的熱值為3400至3500 Kcal/Kg。使用由生物質經水熱液化法所製得的水熱液化生質油做為液態燃料組分，水熱液化生質油的生物質來源為堆肥廚餘及有機汙泥，該水熱液化生質油在100℃的黏度為500 cps，熱值為7800 Kcal/Kg，含水率為8%。將10克的養菇用木屑的屑料與10克的溫度100℃的水熱液化生質油混合，使該水熱液化生質油將該養菇用木屑的屑料黏結得到一坯料。使用一油壓式固體生質燃料壓錠機(壓錠機為自行設計)對該坯料進行一壓製成型程序後(壓製成型程序的條件為：壓力為8 bar，溫度為30℃，壓製時間為1秒)，冷卻至25℃，得到實施例3複合式固體生質燃料。

[比較例1]

以10克市售的桃花心木生質燃料做為比較例1固態生質燃料。桃花心木生質燃料為平均粒徑3 mm的顆粒，熱值為4000 Kcal/Kg，含水率為10%。

[比較例2]

將養菇用木屑經破碎處理形成平均粒徑範圍為1至5 mm的屑料以做為固態生質燃料組分，養菇用木屑的屑料的熱值為3400至3500 Kcal/Kg。使用由廢食用油經轉酯化所製得的轉酯化生質油做為液態燃料組分，該轉酯化生質油在25℃的黏度為5 cps，熱值為4938 Kcal/Kg，含水率為1%。將10克的養菇用木屑的屑料與2克的轉酯化生質油混合，得到一坯料。使用一油壓式固體生質燃料壓錠機(壓錠機為自行設計)對該坯料進行一壓製成型程序(壓製成型程序的條件為：壓力為8 bar，溫度為30℃，壓製時間為1秒)，得到比較例2固體生質燃料。

[比較例3]

將養菇用木屑經破碎處理形成平均粒徑範圍為1至5 mm的屑料以做為固態生質燃料組分，養菇用木屑的屑料的熱值為3400至3500 Kcal/Kg。使用植物油做為液態燃料組分，該植物油在25℃的黏度為3 cps，熱值為9000 Kcal/Kg，含水率為1%。將10克的養菇用木屑的屑料與0.5克的植物油混合，得到一坯料。使用一油壓式固體生質燃料壓錠機(壓錠機為自行設計)對該坯料進行一壓製成型程序(壓製成型程序的條件為：壓力為8 bar，溫度為30℃，壓製時間為1秒)，得到比較例3固體生質燃料。

[比較例4]

將養菇用木屑經破碎處理形成平均粒徑範圍為1至5mm的屑料以做為固態生質燃料組分，養菇用木屑的屑料的熱值為3400至3500 Kcal/Kg。使用由廢木材經熱裂解所製得熱裂解油做為液態燃料組分，該熱裂解油在25℃的黏度為40 cps，熱值為3821 Kcal/Kg，含水率為30%。將10克的養菇用木屑的屑料與2克的熱裂解油混合，得到一坯料。使用一油壓式固體生質燃料壓錠機(壓錠機為自行設計)對該坯料進行一壓製成型程序(壓製成型程序的條件為：壓力為8 bar，溫度為30℃，壓製時間為1秒)，得到比較例4固體生質燃料。

[性質評價]

1.熱值

將各實施例的複合式固體生質燃料，以及各比較例的固體生質燃料分別量取1 g，使用熱卡計(廠商型號： Parr 1341)並依據環保署廢棄物熱值檢測方法 NIEA R214.01C量測熱值。

2.灰分

使用灰分爐並依據環保署廢棄物中灰分測定方法 NIEA R205.01C量測各實施例的複合式固體生質燃料以及各比較例的固體生質燃料的灰分。

3.密度

使用固體密度測試儀並依據標準方法ASTM D792量測各實施例的複合式固體生質燃料以及各比較例的固體生質燃料的密度。

各實施例及比較例的熱值、灰分及密度量測結果如表1所示。

表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 固態生質 燃料組分 </td><td> 液態生質 燃料組分 </td><td> 熱值 (Kcal/Kg) </td><td> 灰分 (%) </td><td> 密度(g/cm³) </td></tr><tr><td> 實施例 </td><td> 1 </td><td> 10克桃花心木生質燃料 </td><td> 2克水熱液化生質油 </td><td> 5700 </td><td> 7.5 </td><td> 1.05 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 10克養菇用木屑的屑料 </td><td> 2克水熱液化生質油 </td><td> 5014 </td><td> 8.7 </td><td> 1.1 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 10克養菇用木屑的屑料 </td><td> 10克水熱液化生質油 </td><td> 6677 </td><td> 8.9 </td><td> 1.25 </td></tr><tr><td> 比較例 </td><td> 1 </td><td> 10克桃花心木生質燃料 </td><td> 無使用 </td><td> 4000 </td><td> 9 </td><td> 無量測 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 10克養菇用木屑的屑料 </td><td> 2克轉酯化生質油 </td><td> 4938 </td><td> 9.5 </td><td> 0.45 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 10克養菇用木屑的屑料 </td><td> 0.5克植物油 </td><td> 3500 </td><td> 13.5 </td><td> 0.4 </td></tr><tr><td> 4 </td><td> 10克養菇用木屑的屑料 </td><td> 2克熱裂解油 </td><td> 3821 </td><td> 9.7 </td><td> 0.9 </td></tr></TBODY></TABLE>

由表1的結果可知，實施例1至3透過使用以水熱液化法所製得的水熱液化生質油做為液態燃料組分，並配合使用固態生質燃料組分，所製得的複合式固體生質燃料具有較高的熱值及較少的灰分。且所製得的複合式固體生質燃料具有較高的密度，代表複合式固體生質燃料具有較好的緻密程度。

比較例1至4所製得的固體生質燃料則具有較低的熱值及較多的灰分。且固體生質燃料具有較低的密度，代表複合式固體生質燃料的緻密程度較差。

綜上所述，本發明複合式固體生質燃料製備方法透過使用水熱液化油做為液態燃料組分，並配合使用固態生質燃料組分，使得所製得的複合式固體生質燃料具有較高的熱值及較少的灰分，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書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。

Claims (8)

1. 一種複合式固體生質燃料製備方法，包含以下步驟：混合程序，將一含有平均粒徑範圍為1至50mm的生物質屑料的固態生質燃料組分，與一含有水熱液化油的液態燃料組分混合，使該液態燃料組分將該固態生質燃料組分的該等生物質屑料黏結並形成一坯料；及壓製成型程序，對該坯料進行壓製成型，得到複合式固體生質燃料。
2. 如請求項1所述的複合式固體生質燃料製備方法，其中，該水熱液化油的熱值範圍為3000至10000Kcal/Kg，含水率範圍為0至30%，以及在100℃時的黏度範圍為100至1000cps，25℃時的黏度範圍為大於2000cps。
3. 一種複合式固體生質燃料製備方法，包含以下步驟：混合程序，將一含有生質燃料棒的固態生質燃料組分，與一含有水熱液化油的液態燃料組分混合，使該液態燃料組分黏附在該固態生質燃料組分的生質燃料棒，得到複合式固體生質燃料。
4. 如請求項3所述的複合式固體生質燃料製備方法，其中，該水熱液化油的熱值範圍為3000至10000Kcal/Kg，含水率範圍為0至30%，以及在100℃時的黏度範圍為100至1000cps，25℃時的黏度範圍為大於2000cps。
5. 一種複合式固體生質燃料，包含：一固態生質燃料組分，包括生質燃料棒，或平均粒徑範圍為1至50mm的生物質屑料；及一液態燃料組分，包括水熱液化油；其中，以該固態生質燃料組分的含量為100重量份計，該液態燃料組分的含量範圍為5至50重量份。
6. 如請求項5所述的複合式固體生質燃料，其中，該液態燃料組分是黏結該固態生質燃料組分的該等生物質屑料。
7. 如請求項5所述的複合式固體生質燃料，其中，該液態燃料組分是黏附在該固態生質燃料組分的該生質燃料棒。
8. 如請求項5所述的複合式固體生質燃料，其中，該水熱液化油的熱值範圍為3000至10000Kcal/Kg，含水率範圍為0至30%，以及在100℃時的黏度範圍為100至1000cps，25℃時的黏度範圍為大於2000cps。