ES2268830T3

ES2268830T3 - Composicion de combustible quemable solido procesado.

Info

Publication number: ES2268830T3
Application number: ES99304207T
Authority: ES
Inventors: Rodney K. Sprules
Original assignee: JAVA LOGG GLOBAL Corp
Current assignee: JAVA LOGG GLOBAL Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2007-03-16
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: EP0962515B1; EP0962515A1; ATE332351T1; CA2273321A1; DE69932204T2; CA2273321C; DE69932204D1; US6113662A; US5910454A

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UNA COMPOSICION COMBUSTIBLE SOLIDA QUEMABLE, QUE CONTIENE UNA PROPORCION PRINCIPAL DE POSOS DE CAFE SECOS USADOS. DICHA COMPOSICION COMBUSTIBLE INCLUYE AL MENOS EL 50 % DE POSOS DE CAFE SECOS USADOS Y UNA CERA COMBUSTIBLE, QUE SE MEZCLAN Y SE COMPRIMEN EN UNA FORMA ADECUADA PARA LA COMBUSTION. DICHA COMPOSICION COMBUSTIBLE PUEDE INCLUIR ADEMAS UNA PEQUEÑA CANTIDAD, EL 10 % O MENOS, DE UN AGENTE DE COQUIZACION, UTIL PARA CONTROLAR LA VELOCIDAD DE COMBUSTION Y PARA EVITAR LA FRACTURA DEL COMBUSTIBLE COMPRIMIDO DURANTE LA COMBUSTION. SE PUEDEN INCORPORAR TAMBIEN PEQUEÑAS CANTIDADES DE MATERIAL CELULOSICO, PARA MEJORAR LAS PROPIEDADES ESTRUCTURALES DE LA COMPOSICION. DEBIDO A SU PRODUCCION DE CALOR Y LLAMA SUPERIOR, LOS POSOS DE CAFE USADO SECOS SON UNA EXCELENTE FUENTE DE COMBUSTIBLE PARA PRODUCTOS COMBUSTIBLES TRANSFORMADOS, COMO LEÑA PARA EL FUEGO Y GRANULOS COMBUSTIBLES. LA VENTAJA ES UNA COMBUSTION MAS CALIENTE Y LIMPIA, QUE PRODUCE MENOS HOLLIN Y HUMO, LIBERA MENOS CONTAMINANTES NOCIVOS Y PROPORCIONA UNA LLAMA MAS BRILLANTE DURANTE UN PERIODO DE TIEMPO MAS LARGO.

Description

Composición de combustible quemable sólido procesado.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a composiciones de combustible quemable sólido y en particular, a una composición de combustible quemable sólido procesado para fabricar bloques para fuego, iniciadores de fuego o pastillas de combustible que contenga una proporción mayoritaria de productos molidos de café procesados secados que funcionan como vehículo y como un componente de combustible

Antecedentes de la invención

Los bloques para fuego, los iniciadores de fuego y las pastillas fabricados para chimeneas y estufas son bien conocidos y se usan ampliamente como una fuente de calor práctica, así como para el disfrute estético de un fuego natural. La tasa de quemado mayor, el tiempo de quemado más largo y la mayor densidad energética hacen de los bloques para fuego procesados una alternativa atractiva a la madera natural. Además, la madera tiene muchos usos valiosos y en consecuencia su suministro es cada vez menor. El deseo de reducir el consumo de madera hasta una tasa sostenible y reducir la significativa deforestación que actualmente se produce a nivel mundial, añade una motivación adicional a encontrar una fuente de combustible alternativa. Además, la disminución de las capacidades de los vertederos ha generado incentivos de motivación para encontrar usos alternativos para subproductos de desecho que actualmente se descargan en los vertederos.

En un estudio de David A. Tillman, The Combustion of Solid Fuels and Wastes publicado en 1991, se sugiere la combustión de combustibles y desechos sólidos (incluyendo desechos del café) como potencialmente económico a la hora de elevar la energía de proceso, generar electricidad, y reducir el volumen de desechos municipales en vertederos. Se investiga la combustión de partículas de combustible sólido - tal como biomasa, combustibles fósiles y desperdicios municipales - en horno, caldera o secadero industrial a altas tasas. Las muchas ventajas del café como fuente de combustible no son evidentes a partir de este estudio. Además no se propone la producción de combustibles sólidos procesados o combustibles que pueden experimentar combustión doméstica.

Los bloques fabricados de la técnica anterior para el uso doméstico no han sido enteramente satisfactorios ni en términos de características de quemado ni de costes. Las principales ventajas de los bloques para fuego procesados incluyen generalmente un tiempo de quemado largo, características de encendido fácil, y comodidad de uso para preparación o mantenimiento del fuego. Como sustitución para fuegos de madera natural, los bloques procesados ofrecen la comodidad de no tener que atizar el fuego para garantizar una llama constante. Un bloque normalmente se quema durante de 2 a 4 horas, dependiendo del tamaño del bloque. Sin embargo, estas ventajas no carecen de limitaciones. Con el fin de lograr tanto una llama sustancial como un tiempo ignición rápido, se usa una cantidad significativa de cera. La elevada tasa de combustión junto con el limitado suministro de aire disponible en la mayoría de las casas moderna da como resultado, normalmente, una combustión incompleta, que a su vez conduce a la acumulación de hollín y creosota en el humero. El uso repetido de tales bloques para fuego de la técnica anterior puede dar lugar a un riesgo de incendio. De hecho, debido a la gravedad de este problema, las compañías aseguradoras recomiendan que los consumidores alternen entre el uso de bloques para fuego procesados y fuegos de madera naturales, además de la limpieza frecuente del aparato de combustión.

El uso excesivo de cera no solo representa un riesgo para la seguridad debido a la acumulación de hollín, sino que además significa que al consumidor se le proporciona un producto menos atractivo desde el punto de vista estético que los fuegos de madera natural. Mientras que el uso sustancial de cera favorece una ignición más rápida, la altura de las llamas para los últimos estadios de la combustión es significativamente menor que cuando se enciende en primer lugar un bloque para fuego. En consecuencia, es difícil que un usuario disfrute de una llama comparable a un fuego de madera natural bien mantenido.

Una desventaja adicional de los bloques para fuego ricos en cera es la contaminación producida durante la combustión. La volatilidad de la cera produce un quemado inicial rápido y con hollín que expele grandes cantidades de subproductos de combustión incluyendo hollín y monóxido de carbono hacia la atmósfera. Además, algunas de las composiciones de bloques para fuego fabricados de la técnica anterior contienen sustancias que son tóxicas o potencialmente tóxicas en combustión. Por tanto existe una necesidad por un bloque para fuego de quemado seguro, limpio que mantenga una buena constancia de la llama y a lo largo de un periodo de tiempo prolongado.

En la patente de los Estados Unidos número 5.393.310 concedida a Wollen en 1995, se da a conocer un bloque para fuego procesado que incorpora una gran proporción de productos de desecho, concretamente recortes de hierba y hojas. El objetivo principal de Wollen es usar la composición para reducir los desechos de jardín en la corriente de desechos, al mismo tiempo que proporciona un combustible quemable. Sin embargo, las hojas y recortes de hierba solo, no proporcionan una fuente de combustible de alta energía, e incluso con la adición de cantidades significativas de cera de parafina tales bloques tiene un valor calorífico bajo. Wollen sugiere además que los recortes de hierba se incorporen directamente desde el corte de césped sin un procesamiento adicional, lo cual introduce un mayor contenido en humedad que puede interferir en la combustión.

La solicitud de patente del R.U. número 2 091 760, concedida a Tiger Tim Products Limited, presentada el 19 de noviembre de 1987 sugiere que una composición de encendido del fuego diluida puede comprender material orgánico que tenga un contenido en humedad de hasta el 40% en peso. El material preferido son residuos de desecho secados de granos de café molidos. El diluyente además tiene un contenido en grasa vegetal de hasta el 25% en peso. La composición tiene un material diluyente, tal como talco, en hasta un 20% en peso.

En respuesta a las presiones sobre el suministro de ceras de petróleo, y por tanto su creciente coste, la patente de los Estados Unidos número 4.326.854, que se concedió en 1982 a Tanner, da a conocer un bloque para fuego fabricado con un componente de combustible de subproducto combustible líquido combinado con un producto particulado celulósico o lignocelulósico que sirve como un vehículo para el componente de combustible. El vehículo proporciona un esqueleto combustible de material sólido tal como serrín u otro producto particulado celulósico incorporado entre el 25% y el 70% en peso, y preferiblemente aproximadamente del 35%-40% en peso, con un componente de combustible aglutinante que comprende un subproducto combustible líquido que se solidifica o bien mediante polimerización o bien neutralización mediante la adición de diversos productos químicos. El componente de combustible de subproducto líquido preferido es la melaza. Como uno de muchos ejemplos, Tanner probó una composición que contenía 60 partes (en peso) de componente de combustible de brea vegetal líquida, 6 partes de ácido oleico, 3 partes de sosa cáustica, y 37 partes de productos molidos de café como vehículo para el componente de combustible. Tanner no reconoció ninguna ventaja de usar productos molidos de café secados procesados como fuente de combustible, tal como el quemado más limpio y el mayor rendimiento de
energía.

Objetos de la invención

Es un objeto de la invención proporcionar un bloque para fuego procesado, un iniciador de fuego o una pastilla de combustible de quemado más limpio.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar un bloque para fuego procesado que tenga excelentes características de llama.

Es aún un objeto adicional de la invención proporcionar un bloque para fuego procesado, iniciador de fuego o una pastilla de combustible que contenga una parte principal de productos molidos de café procesados secados.

Es aún un objeto adicional de la invención proporcionar un bloque para fuego procesado, iniciador de fuego o pastilla de combustible que produzca menos hollín y humo que los bloques para fuegos procesados de la técnica anterior cuando se someten a combustión de manera apropiada.

Según un aspecto adicional de la invención, se proporciona una composición de combustible quemable sólido procesado en el que se usa un producto particulado celulósico como un vehículo para un componente de combustible, actuando el producto particulado celulósico como un vehículo y un agente de trabajo para el componente de combustible, caracterizado por:

al menos un 50% en peso de la composición de combustible quemable sólido son productos molidos de café procesados secados;

como máximo un 40% en peso de una cera combustible que es sólida a temperatura ambiente; y

el equilibrio un agente coquificante siendo el agente coquificante como máximo el 10% o menos en peso de la composición total.

La invención también proporciona una composición de combustible quemable sólido procesado para usar en la fabricación de bloques para fuego y pastilla de combustibles, que consiste esencialmente en:

al menos un 50% en peso de productos molidos de café procesados secados;

como máximo un 35% en peso de una cera combustible; y

seleccionando el equilibrio a partir de al menos uno de un material celulósico combustible y un agente coquificante, estando el agente coquificante en una cantidad que es el 10% o menos en peso de la composición total.

Las composiciones de combustible quemable sólido según la invención tienen como principal componente productos molidos de café procesados secados. Los productos molidos de café procesados secados proporcionan la función principal como fuente de combustible en lugar de cómo vehículo para un componente de combustible. Los experimentos han demostrado que el café no es sólo una fuente de combustible superior, es de quemado limpio y produce más llama y más brillante por BTU (Unidad térmica británica) que los bloques de cera/serrín de madera. Los experimentos también han demostrado que los bloques para fuego fabricados a partir de la composición de combustible sólido son de quemado más limpio porque se requiere menos cera para las mismas producción de energía y duración de la llama. Además, el café es de quemado más limpio que el serrín de madera. El menor contenido en cera implica que se reducen el hollín y el humo durante la combustión. Además, debido a la ausencia de lignina y a la elevada razón de carbono volátil con respecto al fijo, el café es menos aromático que la madera. En consecuencia, hay menos probabilidades de producir hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) durante la combustión.

Con el fin de controlar y prolongar el tiempo de quemado de los bloques para fuego fabricados a partir de la composición de combustible quemable sólido según la invención, pueden añadirse pequeñas cantidades de un agente coquificante a la composición. Los agentes coquificantes determinados como eficaces incluyen almidones, melazas, azúcares y líquido residual. Los agentes coquificantes forman una costra de carbón sobre un bloque para fuego que se quema para controlar el quemado e inhibir el craqueo durante la combustión. El craqueo de un bloque durante la combustión puede controlarse además mediante la adición de materiales celulósicos, en particular materiales celulósicos fibrosos tales como papel y fibras vegetales,

\hbox{pajas,
fibras a partir del  algodón, lino o cáñamo, hojas secas, serrín y
turba.}

En general, la composición de combustible quemable sólido según la invención puede usarse para producir un bloque para fuego con menos cera que los bloques de serrín de la técnica anterior, controlando así el coste al tiempo que se proporciona un producto más estético y de quemado más limpio.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

El café, en la forma de productos molidos procesados es una fuente de combustible muy atractiva para bloques para fuego fabricados y pastillas de combustible. El café contiene aproximadamente un 25% más de energía potencial que la madera dura seca. El café usado también tiene un tamaño de partícula sumamente uniforme. Actualmente, no se disponen de usos adicionales para el café procesado. Así el uso del café como fuente de combustible es eficaz en términos de energía, económico y desvía los residuos del vertedero. Sacando provecho de las características de combustible deseables de los productos molidos de café, puede producirse un combustible sólido de primera calidad según las composiciones de combustible sólido de la presente invención.

Tal como se indica en la tabla 1, el café tiene un exceso de contenido energético de 23.311 kJ/kg (10.000 BTU/lb). Los combustibles quemables sólidos procesados se producen normalmente a partir de un material particulado fibroso, normalmente combinado con un aglutinante combustible tal como una cera y comprimido con calor y presión. Los materiales particulados fibrosos más comunes son la madera y las virutas de corteza que tienen valores térmicos que oscilan desde los 18.640-22.135 kJ/kg (de 8.000 a 9.500 BTU/lb) respectivamente (normalmente más alto en la corteza). Así si los productos molidos de café son el constituyente principal del combustible, se requiere menos aglutinante combustible para logar un valor calorífico equivalente.

TABLA 1 Características de productos molidos de café procesados (después de haber fabricado la bebida)

Datos analíticos/	Unidades	Analizado	Seco a 105ºC
método de prueba
Calor de combustión,	kJ/kg (BTU/lb)	23.311 (10.005)	23.808 (10.218)
ISO-1928
Humedad, ASTM	% en peso	2,09	-
D-3173
Ceniza, ASTM D-3174	% en peso	0,82	0,84

Además de tener un valor calorífico más alto, los productos molidos de café tiene una razón de carbono volátil/fijo mayor que los materiales particulados basados en madera. En consecuencia, el café tiene un rendimiento de llama superior. Esto es una característica excelente para aplicaciones de bloque para fuego procesado ya que permite la producción de un bloque para fuego más pequeño con valores caloríficos equivalentes y una duración de llama mayor.

Los experimentos han demostrado que la composición de combustible quemable sólido procesado fabricada con al menos un 50% de productos molidos de café procesados proporciona un bloque para fuego más económico, de quemado más limpio, que cualquier otra composición de combustible procesado conocida.

Esta composición de combustible ofrece varias ventajas sobre la técnica anterior. La mayor parte del valor calorífico y la razón de carbono volátil/fijo deriva del aglutinante en las composiciones de combustible de la técnica anterior. El material particulado sólido (normalmente serrín) se usa principalmente para proporcionar una estructura de soporte (vehículo) para el aglutinante. Como los productos molidos de café procesados secados contribuyen a un valor calorífico y una razón de carbono volátil/fijo mayores, se reduce la necesidad de aglutinante. La composición de combustible según la invención es menos cara de fabricar, menos contaminante, más segura de quemar y más atractiva desde el punto de vista estético debido a unas propiedades de llama mejores que los bloques para fuego procesados existentes.

Las características de llama y duración del quemado bajo llama superiores se corroboran mediante los datos de prueba siguientes que sirven para demostrar estas ventajas inesperadas proporcionadas por la presente composición de combustible procesado.

Ejemplo 1

Se prepararon dieciséis muestras de combustible sólido para las pruebas. Cada muestra contenía un 25% de cera y el resto era café y/o serrín. El porcentaje de peso total de café se incremento desde el 0% hasta el 75%, en incrementos de un 5 por ciento. Las muestras se quemaron, y se midió la altura de llama hasta que se extinguió la llama. Se integró la altura de la llama con respecto al tiempo con el fin de cuantificar la producción de llama en centímetro-segundos (pulgada-segundos). Tal como se demuestra en la tabla 2, la producción de llama por kilojulio (BTU) aumenta según aumenta la proporción de café. La muestra de café-cera mostró un 82% más de llama por kilojulio (BTU) que la muestra de serrín de madera-cera.

TABLA 2 Producción de llama, por caloría (BTU), de las muestras que contienen cera y diversas combinaciones de café y serrín de madera

1

La combinación de una mayor producción de kilojulios (BTU) y la mayor producción de llama por kilojulio (BTU) proporciona un producto con unas ventajas significativas de calidad y coste. Además, un contenido en cera bajo en los bloques basados en café reduce las probabilidades de goteo durante la combustión, mejorando el rendimiento global. Con el fin de ilustrar adicionalmente las ventajas de los productos molidos de café procesados secados como fuente de combustible principal, el ejemplo 2 proporciona una comparación de producción de llama para bloques para fuego de serrín de madera y bloques para fuego basados en café con un contenido decreciente de cera.

Ejemplo 2

Se prepararon diversas muestras de serrín de madera-cera y muestras de café-cera con rezones de material particulado sólido/cera crecientes. Se quemaron las muestras, y se midió la altura de llama hasta que se extinguió. La altura de llama se integró con respecto al tiempo con el fin de cuantificar la producción de llama en centímetro-segundos (pulgada-segundos). Los resultados mostrados en la tabla 3, demuestran que para cada combinación de material particulado sólido-cera, la muestra de café produjo de manera sistemática una producción de llama significativamente mayor.

TABLA 3 Producción de llama por contenido en material particulado sólido

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2

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Puede observarse a partir de la tabla 3, por ejemplo, que un bloque que contiene un 90% de café y un 10% de cera proporciona ligeramente más producción de llama que un bloque que contiene un 50% de serrín de madera y un 50% de cera. Como la cera es el principal contribuyente al coste de una composición de combustible procesado, las composiciones de combustible según la invención son menos caras de fabricar.

Las implicaciones para el coste del producto medidas para el contenido de energía o el rendimiento de llama son significativas. Los costes de entrada y los valores térmicos para la cera, el café y el serrín de madera se presentan en la tabla 4.

TABLA 4 Coste actual (dólares canadienses) y valor de energía de la cera, el café y el serrín de madera

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3

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La tabla 5 muestra el coste de materiales para diversos bloques para fuego basados en café y bloques para fuego basados en madera con un contenido de energía equivalente. Las diferencias en el coste son significativas, particularmente cuando el café comprende al menos la mitad del peso total del bloque para fuego.

TABLA 5 Comparación de bloques basados en café y basados en madera con valores de energía equivalentes

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5

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Los datos de la tabla 3, y los valores de materiales de partida de la tabla 4, pueden usarse para estimar el coste de producir bloques para fuego de serrín de madera que tengan una producción de llama equivalente a los bloques para fuego basados en café. La tabla 6 muestra el coste de bloques para fuego basados en café con incrementos del 5% en el contenido en café comparado con el coste de bloques para fuego de madera/cera con producción de llama equivalente. El ahorro en los costes asociado al uso del café como principal constituyente (el 50% o más) es bastante
sustancial.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 6 Comparación de bloques basados en café y basados en madera con producción de llama equivalente

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6

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También pueden lograrse diversas eficacias de producción en la fabricación de composiciones de combustible según la invención. Como el café puede obtenerse en una mezcla relativamente homogénea a partir de centros de procesamiento de comida, es menos probable que contenga impurezas tales como las encontradas en serrín (por ejemplo, rocas de suciedad, y metales de corteza, procesos de acabado de muebles, aserraderos). En consecuencia, se requieren menos energía y capital para limpiar la corriente de entrada de material.

Las propiedades inherentes de los productos molidos de café procesados también confieren varias eficacias de producción. Debido a que el café contiene aceites naturales, es menos abrasivo y por tanto reduce el desgaste de la maquinaria. Además, el proceso de tostado deja un residuo molido de café sustancialmente seco, por tanto los productos molidos de café requieren menos energía para secarlos que el serrín de madera.

Las características de manejo en grandes cantidades también se simplifican debido a la estrecha distribución de tamaño de partícula (DTP) encontrada comúnmente en productos molidos de café procesados secados. Las irregularidades en los tamaños de partícula en combustibles sólidos procesados pueden provocar el craqueo durante la combustión, dando como resultado una tasa de quemado indeseablemente vigorosa y potencialmente peligrosa. Los productos molidos de café procesados secados tienen una DTP sumamente uniforme, en contraste con los productos de madera que generalmente contienen tamaños de partícula más irregulares. Las composiciones de combustible basado en café tienen por tanto una estructura más homogénea, que garantiza una mejor retención de forma y resistencia al craqueo o rotura durante el manejo y la combustión.

Las eficacias de producción también se obtienen también debido a que las composiciones de combustible basado en café requieren menos presión de compresión para alcanzar una estructura cohesiva cuando se forman en bloques para fuego o pastillas de combustible. Por tanto, se observan ahorros a partir de la reducción de consumo de potencia durante la extrusión o moldeo. La tabla 7 muestra la presión requerida en kilogramos por centímetro cuadrado (y libras por pulgada cuadrada) para formar un bloque para fuego cohesivo usando café/cera y una producción de llama equivalente a mezclas de combustible de serrín de madera/cera.

TABLA 7 Presión de conformado para muestras de café y serrín de producción de llama equivalente

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También se consiguen costes de producción menores debido a la forma compacta de los productos molidos de café. Aunque la forma alargada de las fibras de madera es ideal para su uso en productos de pulpa/papel, es una propiedad menos deseable durante el tratamiento de combustible basado en madera procesada. Con el fin de reducir la expansión en un bloque para fuego basado en madera/cera posterior al conformado, se requieren más presión, calor y tiempo de enfriamiento. Por ejemplo, se comprimió una muestra del 80% de madera y el 20% de cera de parafina hasta una densidad de 950 kg/m^{3}. Tras un periodo de enfriamiento de 5 minutos, se liberó la presión y se retiró la muestra del molde. Antes de la estabilización, se expandió la muestra hasta una densidad de 432 kg/m^{3} lo que representa una expansión del 220%. Un bloque hecho del 80% de café y el 20% de cera que se moldeó en las mismas condiciones se estabilizó a una densidad de 861 kg/m^{3} que representa una razón de expansión de sólo el 110%. Con el fin de alcanzar una razón de expansión equivalente, un bloque para fuego basado en madera debe contener el 70-75% de cera. Alternativamente, para reducir la razón de expansión de un bloque para fuego de madera/cera que contiene el 80% de madera y el 20% de cera, deben usarse o bien más calor o bien una presión superior en combinación con un tiempo de enfriamiento más largo. Por tanto, las propiedades mecánicas inherentes de los productos molidos de café procesados secados reducen en gran medida los costes de tratamiento asociados con la producción de combustibles sólidos moldeados.

La composición de combustible quemable sólido también proporciona varias ventajas relacionadas con la seguridad y el medioambiente. Debido a la ausencia de lignina, y la alta razón de carbono volátil con respecto a fijo, el café es menos aromático que la madera. En consecuencia, hay menos posibilidades de que se produzcan hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) durante la combustión.

El alto contenido en cera que se requiere para los bloques para fuego basados en madera de larga duración da como resultado sustancialmente más humo y hollín. Esto contribuye a la contaminación atmosférica y presenta un riesgo de seguridad debido a los depósitos inflamables depositados en las chimeneas.

Ejemplo 3

Se prepararon diversas muestras de serrín de madera/cera y muestras de café/cera con concentraciones crecientes de combustible sólido. Se realizaron dos pruebas con cada muestra. En primer lugar, dos minutos tras la ignición, se mantuvo una placa de vidrio 2,5 cm (una pulgada) por encima de la llama durante 15 segundos. Entonces se registró el diámetro del patrón de hollín. En segundo lugar, tras 2,5 minutos, se mantuvo un vaso de precipitados de vidrio 2,5 cm (una pulgada) por encima de la llama durante diez segundos. Se clasificó la cantidad y claridad del humo en una escala del cero al cinco, en la que 0 correspondía a sustancialmente sin humo (sólo humedad de combustión) y 5 correspondía a humo negro, denso. Los resultados mostrados en la tabla 8 demuestran que para cada muestra probada, la muestra de café/cera producía de manera consistente significativamente menos humo y hollín que una muestra de serrín/cera que tenía una producción de llama equivalente.

TABLA 8 Comparación de hollín y humo, para muestras de producción de llama equivalente en cm·-segundos (pulgadas·-segundos)

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Los resultados de las pruebas mostrados en la tabla 8 ilustran que las muestras de madera/cera producen entre 0,5 y 8 veces más hollín y humo que las muestras de café/cera que proporcionan una producción de llama equivalente. Por tanto las ventajas medioambientales de las composiciones de combustible sólido según the invención se demuestran de manera clara.

Habiendo demostrado la eficacia de los productos molidos de café procesados secados como fuente principal de combustible en composiciones de combustible sólido, ahora se describirán diversas composiciones que ilustran el efecto técnico de la invención.

El combustible quemable sólido incluye al menos el 50% de productos molidos de café procesados, que tienen preferiblemente un contenido en humedad inferior al 20%, y un aglutinante de combustible. El procedimiento de producción de un combustible sólido implica el secado inicial de los productos molidos de café procesados, si se requiere, hasta un contenido en humedad óptimo. Entontes se mezclan los aglutinantes/aditivos con los productos molidos de café procesados secados, y se forma la mezcla resultante en una forma deseada a presión. La mezcla de combustible sólido se comprime preferiblemente hasta una densidad de entre 650 y 1.250 kg/m^{3}. Las características tales como tasa de oxidación y duración de llama pueden controlarse mediante variaciones del área superficial y la densidad, y a través de una adición de sustancias menos volátiles, tal como se entiende bien en la
técnica.

Pueden usarse muchos aglutinantes diferentes, estando gobernada la elección por criterios tan sencillos como la combustibilidad. Se han usado aglutinantes basados en petróleo y azúcar en combustibles sólidos procesados desde el cambio del siglo debido a sus características deseables, tales como valor calorífico elevado. Con el fin de potenciar los beneficios medioambientales de quemado de productos molidos de café, debe usarse un aglutinante que no dañe al medioambiente. Los aglutinantes de cera son los más deseables, ya que tienen un contenido alto en energía, son sólidos a temperatura ambiente, y tienen productos de combustión menos complejos que la mayoría de los subproductos combustibles.

Pueden usarse varios tipos de ceras incluyendo de insectos, animales, vegetales y minerales. Sin embargo, el coste varía considerablemente dependiendo de la fuente, y por tanto la parafina y ceras microcristalinas son normalmente las más rentables. Se prefiere la parafina ya que normalmente tiene menos contenido en aceite, y por tanto tiene un quemado más claro. La parafina es generalmente más cara que la cera microcristalina, pero la diferencia del coste neto por bloque para fuego es despreciable ya que se requiere menos cera para los bloques para fuego preparados según la presente invención. Los intervalos de propiedades preferidos para aglutinantes basados en ceras se enumeran en la tabla 9.

TABLA 9 Intervalos aceptables para aglutinantes de cera

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Con el fin de ilustrar adicionalmente el efecto técnico de la invención, se preparó un bloque de combustible quemable a partir de una mezcla homogénea incluyendo: al menos el 50% de productos molidos de café secados, entre el 0 y el 25% de material celulósico, y el 35% o menos de cera como aglutinante. El bloque extruido tenía una densidad de entre 800 y 1.100 kg/m^{3}. La densidad y área superficial pueden usarse para controlar la tasa de oxidación, y evitar el agrietamiento con la combustión tal como se describió anteriormente. Cuando se alcanzan límites de densidad práctica, entonces pueden añadirse otros subproductos sólidos que son menos volátiles para un control adicional de la combustión. Esta composición produce un combustible quemable sólido que crea hollín y humo despreciables con la combustión.

El material celulósico puede ser cualquier material que sirva para o bien atraer por capilaridad cera fundida del centro del bloque, o bien para aumentar la integridad estructural del bloque para fuego a lo largo de la combustión. Los materiales celulósicos más deseables son los que tienen una estructura fibrosa larga, y un valor calorífico elevado. Los materiales celulósicos potenciales son numerosos, incluyendo fibras vegetales, pajas, fibras de algodón, lino, cáñamo, trapos de tejido natural o pita, fibras de madera, hojas secas, turba, papel troceado, etc.

La tabla 10 proporciona resultados de pruebas obtenidos a partir de la combustión de varias muestras de esta composición. En todos los casos, se secó en primer lugar el café hasta un contenido en humedad de aproximadamente el 15% y se comprimió la mezcla hasta una densidad de 950 kg/m^{3}. Se fundió el aglutinante, se mezcló junto con el café y el material celulósico, y se formó en un bloque. Se formaron las muestras con una prensa, pero puede aceptarse cualquier número de procesos de formación dependiendo de la tasa de producción deseada (por ejemplo extrusión). El bloque para fuego formado contenía surcos a lo largo de los lados para maximizar el área superficial para mejorar el tiempo de quemado.

TABLA 10 Ejemplos

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Pueden añadirse materiales adicionales en cantidades menores (preferiblemente el 1% o menor), tales como un potenciador del olor o un colorante de llama, tales como sales de metales, que se conocen bien en la técnica. Potenciadores del olor aceptables son aceites naturales, tales como aceite cítrico, aceite de pino, etc.

En una realización de la invención, un bloque para fuego quemable comprende una mezcla que incluye: al menos el 50% de productos molidos de café procesados secados, hasta el 10% de un agente coquificante, y hasta el 40% de aglutinante de bajo punto de inflamación tal como cera. El bloque extruido tiene preferiblemente una densidad de entre 800 y 1.000 kg/m^{3}. Se hacen variar la densidad y área superficial para controlar la tasa de oxidación, y para evitar el craqueo con la combustión. Esta composición produce un combustible sólido quemable que crea una producción de llama muy elevada, equivalente al bloque para fuego de la técnica anterior de mayor calidad, pero con menos humo y hollín con la combustión.

El mayor contenido en cera sirve sólo para aumentar la duración de la llama. La composición proporciona un bloque para fuego que es equivalente al de un bloque basado en madera con un 60% de contenido en cera. En consecuencia, tal como se muestra en el ejemplo 3 y la tabla 8, un contenido en cera del 35% sobrepasa el que se requiere para una combustión eficaz. Sin embargo, con la adición de un agente coquificante, puede controlarse la tasa de combustión en un nivel óptimo.

El agente coquificante puede ser cualquier material que sirve tanto para reducir la tasa de combustión de un bloque para fuego con mucha cera con el fin de mantener un quemado eficaz y seguro, como para formar una estructura de superficie carbónica con la combustión para evitar que la cera fundida gotee del bloque para fuego. Los agentes coquificantes más deseables son los que cumplen con estos criterios, y tienen un valor calorífico relativamente elevado. Materiales coquificantes aceptables son almidones tales como almidón de maíz, trigo, patata y cualquier otro vegetal; melazas tales como caña, remolacha o sorgo; azúcar en forma sin refinar, crudo o de desecho; líquido residual,
etc.

La tabla 11 muestra los resultados de varias composiciones probadas. En todos los casos, se secó en primer lugar el café hasta un contenido en humedad de aproximadamente el 15% y se comprimió la mezcla hasta una densidad de 950 kg/m^{3}. El bloque formado contenía surcos a lo largo de los lados para maximizar el área superficial y mejorar el tiempo de quemado. Los agentes coquificantes líquidos no se solidificaron ni trataron químicamente antes ni después de incorporarse en la composición de combustible.

TABLA 11 Ejemplos de realizaciones preferidas

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Tal como se describió anteriormente, pueden añadirse materiales adicionales en cantidades menores para proporcionar fragancia (potenciador del olor) y hacer variar el color de la llama (colorante de llama), tales como una sal de metal.

La invención proporciona así composiciones de combustible sólido, de primera calidad útiles en la fabricación de bloques para fuego y pastillas de combustible que proporcionan producción de calor y llama superior mientras producen menos hollín y humo que las composiciones comparables de la técnica anterior.

Claims

1. Composición de combustible quemable sólido procesado en la que se usa un material particulado celulósico como vehículo para un componente de combustible, actuando el material particulado celulósico como vehículo y un agente de trabajo para el componente de combustible, caracterizada porque:

al menos el 50% en peso de la composición de combustible quemable sólido son productos molidos de café procesados secados;

como mucho el 40% en peso de una cera combustible cera que es sólida a temperatura ambiente; y el equilibrio de un agente coquificante,

siendo el agente coquificante el 10% o menos en peso de la composición total.

2. Composición de combustible quemable sólido procesado según la reivindicación 1 en la que la cera combustible comprende como mucho el 35% en peso de la composición y un equilibrio se selecciona de al menos un material celulósico combustible.

3. Composición de combustible quemable sólido procesado según las reivindicaciones 1 o 2 en la que la cera es una cera de petróleo.

4. Composición de combustible quemable sólido procesado según la reivindicación 3 en la que la cera de petróleo es parafina.

5. Composición de combustible quemable sólido procesado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el agente coquificante se selecciona de un grupo que consiste en:

almidón, melaza, líquido residual y azúcar.

6. Composición de combustible quemable sólido procesado según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en la que el material celulósico se selecciona de un grupo que consiste en:

fibra vegetal, pajas, papel, hojas secas, serrín y turba.

7. Composición de combustible quemable sólido procesado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye un potenciador del olor en una cantidad del 1% en peso o inferior de la composición total.

8. Composición de combustible quemable sólido procesado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la composición de combustible se comprime en un bloque para fuego, iniciador de fuego o una pastilla de combustible.