PL205759B1 - Sposób otrzymywania paliwa brykietowanego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania paliwa brykietowanego z drobnoziarnistego materiału węglowego i biomasy oraz skrobi modyfikowanej.

Znanych jest wiele sposobów otrzymywania paliwa na bazie drobnoziarnistych materiałów węglowych z dodatkiem różnorodnych spoiw przez ich wymieszanie i brykietowanie. Z polskich opisów patentowych (nr 165 563, 174 678, 174 972) znane są sposoby otrzymywania paliwa brykietowanego, w których brykietowano materiał węglowy z różnymi spoiwami np. bitumicznymi, pakowo-asfaltowymi, naturalnymi takimi, jak: melasa, skrobia, celuloza, wzbogaconymi innymi spoiwami lub dodatkami uszlachetniającymi, jak między innymi żywice syntetyczne, karboksymetyloceluloza, dyspersje lateksowe, środki utwardzające.

Znane są również sposoby brykietowania mieszanek węgla i biomasy z wodą (P 305340), cementem (P 303476), drobnoziarnistą skałą osadową i dodatkiem mineralnego środka wiążącego (P 310663).

Wysoka produkcja biomasy w Polsce i jednocześnie marginalne jej wykorzystanie w procesach generowania energii powoduje że, korzystnym i uzasadnionym działaniem jest wdrażanie technik, umożliwiających stosowanie różnego typu biomasy jako uzupełnienia paliw kopalnych. Przeszkody, na jakie napotyka powszechne wykorzystanie biomasy w celach energetycznych, spowodowane są szeregiem problemów technicznych i logistycznych. Wynikają one z jej niekorzystnych właściwości fizykochemicznych, z których najistotniejsze to: szeroki zakres i wysoka zawartość wilgoci, mała gęstość usypowa, wysoka zawartość części lotnych, stosunkowo niskie ciepło spalania na jednostkę masy, a także problemy z jej transportem, magazynowaniem i koniecznoś cią stosowania urzą dzeń grzewczych specjalnej konstrukcji.

Brykietowanie biomasy z węglem rozwiązuje problem mieszania i ilościowej kontroli udziałów paliwa kopalnego, standardowo stosowanego w urządzeniu grzewczym, i biomasy. Zachowanie odpowiednich proporcji i ujednorodnienie mieszanki gwarantuje bowiem sprawną i stabilną pracę urządzenia grzewczego. Jednocześnie zastosowanie spoiwa naturalnego w postaci skrobi pozwala na uzyskanie brykietów o odpowiednich walorach mechanicznych, wartości opałowej oraz nie powoduje emisji substancji szkodliwych zanieczyszczających środowisko naturalne.

Celem wynalazku jest wytworzenie brykietów z węgla i biomasy o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej, termowytrzymałości, odporności na wilgoć, przydatnych do spalania w standardowych urządzeniach grzewczych.

Istota wynalazku polega na tym, że do rozdrobnionego materiału węglowego dodaje się rozdrobnioną do wielkości cząstek poniżej 5 mm i zawierającą nie więcej niż 20% wody biomasę w ilości 5 - 20% wagowych w przeliczeniu na suchą masę oraz spoiwo, wytworzoną mieszankę poddaje się jednoczesnemu ujednorodnianiu, nawilżaniu wodą i substancją intensyfikującą proces hydrolizy spoiwa oraz ogrzewaniu do temperatury nie niższej niż 60°C, po czym brykietuje się i sezonuje znanymi sposobami. Do mieszanki jako spoiwo dodaje się skrobię pierwotną lub modyfikowaną, zaś jako substancję wspomagającą proces hydrolizy spoiwa dodaje się kwas ortofosforowy w ilości 0,8 - 1,2% w stosunku do iloś ci spoiwa, w przeliczeniu na kwas ortofosforowy o stężeniu 70%.

Realizacja sposobu według wynalazku polega na tym, że drobnoziarnisty materiał węglowy miesza się z biomasą o zawartości wilgoci do 20% wagowych w ilości 5 - 20% wagowych suchej masy biomasy w stosunku do suchej masy drobnoziarnistego materiału węglowego. Do tak sporządzonej mieszanki dodaje się skrobię pierwotną lub modyfikowaną w ilości 5 - 12% wagowych w stosunku do suchej masy mieszanki węglowo - biomasowej. Całość poddaje się mieszaniu, ogrzewając jednocześnie do temperatury nie niższej, niż 60°C w celu uaktywnienia właściwości wiążących spoiwa. W czasie mieszania i podgrzewania mieszankę natryskuje się wodą o temperaturze ok. 60°C oraz roztworem wodnym kwasu ortofosforowego w ilości od 0,8 do 1,2% wagowych w stosunku do ilości skrobi, w przeliczeniu na kwas ortofosforowy o stężeniu 70%. Całkowity czas od momentu nagrzania mieszanki do założonej temperatury końcowej do momentu brykietowania nie powinien być krótszy, niż 5 minut. Ilość wprowadzonej do mieszanki wody w postaci wody technologicznej i wody z roztworu kwasu ortofosforowego powinna zapewnić uzyskanie mieszanki o zawartości wody od 18 do 20% wagowych. Mieszankę sporządzoną jak wyżej poddaje się brykietowaniu i sezonowaniu znanym sposobem.

Sposób według wynalazku objaśniono na przykładach.

P r z y k ł a d 1

W mieszalniku z płaszczem grzewczym zmieszano 33,2 części wagowych mułu węglowego o zawartości wilgoci 13,7% z 48,7 częściami wagowymi miału węglowego o zawartości wilgoci 2,0%

PL 205 759 B1 i 11 częściami wagowymi rozdrobnionych zrębków komunalnych o zawartości wilgoci 16,8%. Do tak przygotowanej mieszanki wprowadzono 7,4 części wagowych skrobi ziemniaczanej modyfikowanej, po czym zawartość mieszalnika ponownie ujednorodniono i ogrzano do temperatury 60°C, natryskując ją jednocześnie wodnym roztworem kwasu ortofosforowego, składającego się z 13,6 części wagowych wody i 0,075 części wagowych kwasu ortofosforowego technicznego o stężeniu 70%. Tak przygotowaną mieszankę brykietowano na prasie walcowej o ciśnieniu prasowania 25 MPa, uzyskując brykiety surowe o wytrzymałości pierwotnej 2 zrzutów. Brykiety surowe sezonowano przez 4 doby w warunkach powietrzno suchych. Otrzymano brykiety o wytrzymał o ś ci na zrzucanie WZR = 96,5%, wytrzymałości na ścieranie W100 = 94,6% i W500 = 80,6% i nasiąkliwości wodnej N = 27%.

P r z y k ł a d 2

Do mieszalnika z płaszczem grzewczym wprowadzono 35,7 części wagowych miału węglowego o zawartości wilgoci 2,0%, 41,7 części wagowych mułu węglowego o zawartości wilgoci 4,1% oraz 11,9 części wagowych rozdrobnionych odpadów roślinnych z oczyszczania terenów zielonych o zawartości wilgoci 5,3%. Wymienione składniki ujednorodniono, a następnie wprowadzono do nich 9 części wagowych skrobi ziemniaczanej modyfikowanej. Wszystkie składniki homogenizowano, ogrzewając jednocześnie do temperatury 75°C. Podczas ogrzewania natryskiwano mieszankę wodnym roztworem kwasu ortofosforowego, sporządzonym z 0,09 części wagowych kwasu ortofosforowego technicznego o stężeniu 70% i 17,9 części wagowych wody ogrzanej do temperatury ok. 65°C. Ciepłą mieszankę brykietowano na prasie walcowej o ciśnieniu prasowania 25 MPa, uzyskując brykiety surowe o wytrzymałości pierwotnej 3 zrzutów. Brykiety surowe sezonowano przez 4 doby w warunkach powietrzno suchych. Otrzymano brykiety o wytrzymałości na zrzucanie WZR = 92,1%, wytrzymałości na ścieranie W100 = 92,6% i W500 = 81,5% i nasiąkliwości wodnej N = 29%.

Otrzymane brykiety, po 4 dobach sezonowania w przewiewnym miejscu pod zadaszeniem są produktem finalnym. W celu poprawy odporności na działanie wilgoci możliwe jest impregnowanie brykietów bezpośrednio po ich wytworzeniu w środkach hydrofobizujących o charakterze organicznym.

Wytworzone w opisany sposób paliwo brykietowane charakteryzuje się bardzo dobrą wytrzymałością mechaniczną, walorami energetycznymi odpowiednimi do walorów energetycznych i zastosowanych proporcji ilościowych surowców oraz obniżoną emisją związków szkodliwych wydzielających się podczas jego spalania w stosunku do emisji spowodowanej spalaniem zastosowanego węgla drobnoziarnistego.

Claims (2)

1. Sposób otrzymywania paliwa brykietowanego z węgla i biomasy, polegający na wymieszaniu drobnoziarnistego materiału węglowego z biomasą i spoiwem, nawilżeniu i podgrzaniu wytworzonej mieszanki, a następnie brykietowaniu oraz sezonowaniu brykietów, znamienny tym, że do drobnoziarnistego materiału węglowego dodaje się rozdrobnioną do wielkości cząstek poniżej 5 mm i zawierającą nie więcej niż 20% wody biomasę w ilości 5 - 20% wagowych w przeliczeniu na suchą masę, a następnie spoiwo w ilości 5 - 12% wagowych w przeliczeniu na suchą masę a wytworzoną mieszankę poddaje się jednoczesnemu ujednorodnieniu, nawilżeniu wodą i substancją intensyfikującą proces hydrolizy spoiwa oraz ogrzewaniu do temperatury nie niższej, niż 60°C i dalej zbrykietowaniu i sezonowaniu znanymi sposobami.

2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że jako spoiwo dodaje się skrobię pierwotną lub modyfikowaną, zaś jako substancję intensyfikującą proces hydrolizy spoiwa dodaje się kwas ortofosforowy w ilości 0,8 do 1,2% w stosunku do ilości spoiwa, w przeliczeniu na kwas ortofosforowy o stężeniu 70%.