FI126140B - Method for the treatment of biomass for recovery - Google Patents

Description

MENETELMÄ BIOMASSOJEN KÄSITTELEMISEKSI HYÖDYNTÄMISTÄ VARTEN FÖRFARANDE FÖR ATT BEHANDLA BIOMASSOR FÖR UTNYTTJANDEMETHOD FOR THE TREATMENT OF BIOMASS MACHINES FOR THE UTILIZATION OF BIOMASSOR FÖR UTNYTTJANDE FÖRFARANDE FÖR ATT BEHANDLA

KEKSINNÖN ALAFIELD OF THE INVENTION

Keksintö liittyy menetelmään biomassojen käsittelemiseksi hyödyntämistä varten ja nimenomaan passiivisten biomassojen käsittelemiseksi yhdessä aktiivisten biomassojen kanssa siten, että hyödyntäminen saadaan tarkoituksenmukaisemmaksi, tehokkaammaksi ja taloudellisesti kannattavammaksi.The invention relates to a process for the treatment of biomasses for recovery and specifically to the treatment of passive biomasses together with active biomasses in order to render the utilization more appropriate, efficient and economically viable.

KEKSINNÖN TAUSTABACKGROUND OF THE INVENTION

Erilaisia biomassoja tullaan tulevaisuudessa hyödyntämään merkittävästi nykyistä laajemmin ja tehokkaammin. Uusiutuvat biomassat tulevat olemaan tärkeä lähde erilaisten uusiutuvan energian muotojen, kuten biokaasujen, bionesteiden tai kaasutettujen ja kiinteiden biopolttoaineiden, tuotannossa. Myös teollisuuden sivuvirtoina tai jätteinä, yhdyskuntien jätteinä ja maatalouden jätteinä tai sivutuotteina syntyviä biomassoja on tarkoituksenmukaista hyödyntää nykyistä paremmin. Aivan viime aikoina uusien biomassojen laajamittainen tuotanto on nostettu esiin eräänä kestävän kehityksen kannalta merkittävänä ratkaisuna.Significantly more extensive and efficient use will be made of different biomasses in the future. Renewable biomass will be an important source for the production of various forms of renewable energy, such as biogas, bioliquids or gaseous and solid biofuels. It is also appropriate to make better use of biomass produced as industrial by-products or waste, municipal waste and agricultural waste or by-product. More recently, large-scale production of new biomass has been highlighted as one of the key solutions for sustainable development.

Monet biomassat sisältävät vähän mikro-organismeille helposti hyödynnettävissä olevaa liukoista hiiltä tai lyhytketjuisia hiiliyhdisteitä. Tässä hakemuksessa käytetään tällaisista biomassoista myös nimitystä passiiviset biomassat. Passiivisia biomassoja ovat erityisesti puuperäiset biomassat, kuten hake, kutterinlastu, sahanpuru, selluloosat, teollisuuden kuitu-lietteet ja kierrätyskuitu, sekä peltobiomassat, kuten ruokohelvestä tai pellossa viljellyistä ruoho-, vilja- tai öljykasveista tuotetut biomassat. Passiivisiin biomassoihin lukeutuvat myös kaatopaikkajätteisiin joutuva paperi-ja kartonkiaines, monet pakkausmateriaalit ja myös biohajoava muovi.Many biomasses contain little soluble carbon or short-chain carbon compounds readily available to microorganisms. In this application, such biomasses are also referred to as passive biomasses. Passive biomasses include, in particular, woody biomasses such as chips, shavings, sawdust, celluloses, industrial fiber sludges and recycled fibers, as well as field biomasses, such as biomass from reed or grass, cereal or oilseed crops. Passive biomass also includes paper and cardboard material in landfill waste, many packaging materials and also biodegradable plastics.

Biomassoista, jotka sisältävät merkittävässä määrin mikro-organismeille helposti hyödynnettävissä olevia lyhytketjuisia hiiliyhdisteitä tai liukoista hiiltä, käytetään tässä hakemuksessa myös nimitystä aktiiviset biomassat. Tällaisia hiililähteitä ovat esimerkiksi nestemäiset tai kiinteät sokerit, alkoholit tai aktivoituja kuivattu biomassa, jossa mikrobit, kuten termofiilisen alueen sädesienet, ovat jo hajottaneet passiivista biomassaa, kuten selluloosaa, hemiselluloosaa ja ligniiniä. Aktiivisia biomassoja ovat esimerkiksi monet jätelietteet, kuten yhdyskuntien jätevesilietteet, elintarviketeollisuuden biojätteet ja jätelietteet, lietelanta ja lannat yleensäkin, yhdyskuntien biojäte sekä maatuneet heinäpohjaiset turvelaadut. Aktiiviset biomassat sisältävät yleensä myös ravinteita, ennen kaikkea liukoista typpeä, jotka ovat välttämättömiä aktiiviselle mikrobitoiminnalle.Biomasses that contain significant amounts of short-chain carbon compounds or soluble carbon that are readily utilized by microorganisms are also referred to herein as active biomasses. Such carbon sources include, for example, liquid or solid sugars, alcohols or activated dried biomass where passive biomass such as cellulose, hemicellulose and lignin have already been degraded by microbes, such as radiation fungi of the thermophilic region. For example, active biomasses include many waste sludges, such as municipal sewage sludge, food industry bio-waste and sludge, slurry and manure in general, municipal bio-waste, and decayed grass-based peat. Active biomasses generally also contain nutrients, especially soluble nitrogen, which are essential for active microbial activity.

Passiivisia biomassoja käsitellään jo nyt jonkin verran hapettomalla lämpökäsittelyllä korkeammissa lämpötiloissa, joko pyrolyysillä tai paahtamalla eli torrefioimalla, jolloin nestemäiset ja kaasumaiset ainesosat voidaan ottaa talteen bioöljyinä tai synteesikaasuna jatkojalostusta varten tai hyödynnettäviksi sellaisenaan energiantuotannossa. Jatkojalostus voi käsittää esimerkiksi nestemäisten biopolttoaineiden tai biokemikaalien tuotantoa. Jäljelle jäävä biohiili voidaan hyödyntää esimerkiksi energiantuotannossa.Passive biomasses are already subject to some degree of oxygen-free heat treatment at higher temperatures, either pyrolysis or roasting, which allows the liquid and gaseous components to be recovered as bio-oils or as synthesis gas for further processing or as such for energy recovery. Further processing may include, for example, the production of liquid biofuels or biochemicals. The remaining bio-carbon can be utilized, for example, in energy production.

Passiivisten biomassojen hiiltäminen tai paahtaminen edellyttävät esikäsittelynä, että biomassa kuivataan erittäin korkeaan kuiva-ainepitoisuuteen. Sama vaatimus koskee lähes kaikkea biomassojen hyödyntämistä, kuten biopolttoaineiden ja biokemikaalien tuotantoa.Carbonization or roasting of passive biomasses requires, as a pre-treatment, drying of the biomass to a very high dry matter content. The same requirement applies to almost all biomass utilization, such as the production of biofuels and biochemicals.

Energiantuotannossa polttoaineena käytettävien passiivisten biomassojen kosteuspitoisuus on nykyisin yleisesti 50 %:n luokkaa. Jyrsinturpeen kosteuspitoisuuden pitää olla käsittely- ja polttoprosesseista johtuen vähintään 40 %, ja yleensä sekä jyrsinturve että hake poltetaan tätä tasoa huomattavastikin kosteampina. Kuivaus tapahtuu pääasiassa luontaisesti. Hake- ja hakkuutähdekasoja ja jyrsinturveaumoja voidaan lisäksi peittää kuivien olosuhteiden vallitessa, jotta niihin kosteina aikoina imeytyisi vähemmän vettä.The moisture content of passive biomass used as fuel for power generation is now generally in the order of 50%. The moisture content of milled peat must be at least 40% due to processing and incineration processes, and in general both milled peat and chips are burned at a considerably higher humidity than this level. The drying takes place mainly naturally. In addition, chips and logging heaps and milling peat seams can be covered under dry conditions to absorb less water in wet conditions.

Hyötysuhteen parantamisen kannalta olisi suuri tarve kehittää polttoaineiden tuotantoa siten, että ne saadaan huomattavasti nykyistä kuivemmiksi, ja polttoprosesseja siten, että kuivien biopolttoaineiden käyttö onnistuu ja on tehokasta.In order to improve efficiency there would be a great need to develop fuel production to be significantly drier than today, and for combustion processes to be successful and efficient in the use of dry biofuels.

Yleinen ongelma biomassojen käsittelyssä ja hyödyntämisessä on monissa tapauksissa myös siinä syntyvä hajuhaitta.A common problem in the handling and utilization of biomass is in many cases also the odor nuisance it generates.

Pellettien tuotannossa puu- tai turvemassan lämmöllä kuivaamiseen ja puristamiseen pelleteiksi tarvitaan runsaasti energiaa, mikä huonontaa merkittävästi niiden tuotannon ja käytön kannattavuutta ja ekologisuutta. Pellettien nykyisten valmistusmenetelmien merkittävä ongelma on myös se, että kuivatut pelletit imevät helposti kosteutta ilmasta ja hajoavat ja muodostavat lisäksi kosteudelle alistuessaan otollisen kasvualustan homesienille, jotka tuottavat myös häkää.The production of pellets by heat drying and pressing the wood or peat mass into pellets requires a high level of energy, which significantly reduces the profitability and ecology of their production and use. Another major problem with current pellet production methods is that the dried pellets readily absorb moisture from the air and decompose and, in addition, when exposed to moisture, form a favorable breeding ground for molds which also produce carbon monoxide.

On tunnettua, että mikrobitoiminta kehittää aktiivisissa biomassoissa lämpöä. Esimerkiksi kompostoinnissa biomassan lämpötilan voidaan antaa nousta 50 - 60 °C:een, jolloin siinä aktivoituvat toimimaan termofiilisen alueen mikro-organismit, ennen kaikkea sädesie-net, jotka hajottavat kompostoitavaa biomassaa tehokkaammin kuin psykro- tai mesofiilisen alueen mikrobit On ilmeistä, että mikrobitoiminnan kehittämää lämpöä voidaan käyttää myös tehokkaasti biomassan kuivaamiseen.It is known that microbial activity generates heat in active biomasses. For example, in composting, the temperature of the biomass can be raised to 50-60 ° C, whereby it is activated by microorganisms in the thermophilic region, in particular ray fungi, which decompose the compostable biomass more efficiently than microbes in the psycho or mesophilic region. can also be used effectively for drying biomass.

Vaikka tällaista biologista kuivausta sovellettaisiinkin aktiivisten biomassojen hyödyntämisessä, niin ongelmaksi jää edelleen, että sitä ei voida käyttää passiivisten biomassojen käsittelyyn, joka biomassojen hyödyntämisessä kuitenkin on aktiivisten biomassojen hyödyntämistä huomattavastikin laajempaa.Even if such biological drying is applied to the utilization of active biomasses, the problem remains that it cannot be used for the treatment of passive biomasses, which, however, is far more extensive than the utilization of active biomasses.

Keskeinen ongelma biomassojen, sekä aktiivisten että passiivisten, hyödyntämisessä on siis se, että lähes kaikissa tapauksissa olisi toivottavaa, että biomassa saataisiin kuivatuksi mahdollisimman pienin kustannuksin ennen varsinaista hyödyntämistä tai jatkojalostusta. Erittäin edullista olisi, jos kyettäisiin kehittämään menetelmiä, joita voitaisiin soveltaa biomassojen laajamittaisessa hyödyntämisessä järjestelmällisesti lähes kaikkien biomassojen kuivaukseen ja esikäsittelyyn. Lisäksi olisi usein eduksi, että kuivatussa biomassassa olisi mahdollisimman paljon hiiltä helposti hyödynnettävissä olevina lyhytketjuisina hiiliyhdis-teinä tai liukoisena hiilenä.The key problem with the utilization of biomass, both active and passive, is therefore that in almost all cases it would be desirable to dry the biomass at the lowest possible cost before actual recovery or further processing. It would be highly advantageous to be able to develop methods that could be applied systematically to the large-scale utilization of biomass for the drying and pretreatment of almost all biomasses. In addition, it would often be advantageous to have as much carbon in the dried biomass as readily available short-chain carbon compounds or soluble carbon.

Julkaisussa US 7960165 B2 esitetään menetelmä ja laitteisto orgaanisen materiaalin kuivaamiseksi. Yhteenvetona julkaisu esittää ratkaisusta seuraavaa: - Orgaanisen materiaalin kosteuspitoisuus on aloitettaessa tyypillisesti 65 %.US 7960165 B2 discloses a method and apparatus for drying organic material. The publication summarizes the solution as follows: - When starting, the organic material typically has a moisture content of 65%.

- Prosessi ja laitteisto on jäljestetty niin, että ensiksi on lämmitysalue, johon materiaali syötetään, ja sitä seuraavat yksi tai useampia kuivausalueita. Aerobisen mikrobitoiminnan lämmitysalueella tuottamia lämpimiä poistokaasuja käytetään tulevan uuden ilman lämmittämiseen ja sitä materiaaliannosten jälkikuivaukseen seuraavilla käsittelyalueilla.The process and apparatus are traced so that first there is a heating zone into which the material is fed, followed by one or more drying zones. The warm exhaust gases produced by the aerobic microbial activity in the heating area are used to heat the incoming new air and subsequently dry the material doses in subsequent treatment areas.

- Uutta lämmitettyä ilmaa kierrätetään myös ensimmäiselle alueelle tarkoituksella nostaa lämpötila siinä "mahdollisimman korkealle mahdollisimman nopeasti".- New heated air is also circulated to the first area with the aim of raising the temperature "as high as possible as quickly as possible".

Julkaisussa luetellaan koko joukko orgaanisia materiaaleja, etupäässä jätemateriaaleja, joihin menetelmää voitaisiin soveltaa lähinnä polttoaineen valmistamiseksi. Mukana on selvästi lukuisia sellaisia materiaaleja, puujätteitä ja muitakin, joita tällä menetelmällä ei sellaisenaan voi käsitellä, koska niissä ei synny sanottavammin luontaista lämpöä kehittävää mik-robitoimintaa. Tätä ongelmaa ei kuitenkaan millään tavalla kommentoida, eikä myöskään esitetä missään kohdassa, että orgaanisia materiaaleja voisi tämän ongelman ratkaisemiseksi ja nimenomaan myös passiivisten biomassojen käsittelyn mahdollistamiseksi sekoittaa toisiinsa määrätyt ehdot täyttävällä tavalla, jotta menetelmä voisi toimia.The publication lists a number of organic materials, mainly waste materials, to which the process could be applied mainly for the production of fuel. Clearly, there are numerous materials, wood waste, and so forth that cannot be treated by this method as such, since they do not produce microbial activity that naturally produces natural heat. However, no comment is made on this problem, nor is there any suggestion that organic materials could be mixed to solve this problem, and specifically to enable the treatment of passive biomasses, to meet the specified conditions for the method to work.

Julkaisussa ei esitetä mitään tarkempaa tietoa lämpötiloista, mikrobitoiminnan alueista (psykrofiilinen, mesofiilinen, termofiilinen), lämpötilojen ja mikrobitoiminnan ohjaamisesta, materiaalille asetettavista vaatimuksista tai muista käsittelyn tavoitteista kuin materiaalin kuivaamisesta polttoainekäyttöä ajatellen. Selityksen lopussa tuodaan esiin myös sellainen vaihtoehto, että ilmankiertoalueet korvaa yksi kuivausalue, joka voi olla pyörivä rumpu, johon lämmitetty ilma johdetaan. Tässäkin ajatus on, että kuivaus rummussa tapahtuu siihen johdetun lämmitetyn ilman avulla ja siten väistämättä laskevisssa lämpötiloissa verrattuna lämpötiloihin ensimmäisellä alueella.The publication does not provide any more specific information about temperatures, areas of microbial activity (psychrophilic, mesophilic, thermophilic), control of temperatures and microbial activity, material requirements or processing purposes other than drying the material for fuel use. At the end of the specification, an alternative is also disclosed in which the air circulation areas are replaced by a single drying area, which may be a rotating drum to which heated air is supplied. Here, too, the idea is that drying in the drum takes place with the help of heated air supplied thereto, and inevitably at lowering temperatures compared to temperatures in the first region.

Julkaisu FI 118596 B esittää entsyymikäsittelyn yhdistämisen biomassan kuivaukseen lämmityksen ja ilmankierron avulla. Tarkoituksena on erityisesti biomassan passiivisten pitkäketjuisten ainesosien hajottaminen tällä tavalla. Entsyymit tai entsyymiseos sisältävät ainakin sellulaasia. Kuivauslämpötilaksi on valittu 60 - 80 °C, joka soveltuu hyvin entsyymien tehokasta toimintaa ajatellen. Kuivaaminen tapahtuu siis olennaisesti termisesti, eli ei ole kysymys aerobisen mikrobitoiminnan avulla toteutetusta kuivaamisesta.FI 118596 B discloses combining enzyme treatment with biomass drying by heating and air circulation. The purpose is in particular to decompose passive long-chain constituents of biomass in this way. The enzymes or enzyme mixture contain at least a cellulase. The drying temperature is selected from 60 to 80 ° C, which is well suited for the efficient function of the enzymes. Thus, drying is essentially thermal, i.e., not drying by aerobic microbial activity.

YHTEENVETO KEKSINNÖSTÄSUMMARY OF THE INVENTION

Keksinnön tarkoituksena on esittää ratkaisu, joka suuressa määrin ratkaisee edellä kuvattuja ongelmia ja toteuttaa asetettuja toiveita.The object of the invention is to provide a solution which largely solves the problems described above and fulfills the wishes set forth.

Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle biomassojen käsittelemiseksi hyödyntämistä varten ja nimenomaan passiivisten biomassojen käsittelemiseksi yhdessä aktiivisten biomassojen kanssa on tunnusomaista se, mitä on määritelty itsenäisessä patenttivaatimuksessa 1. Muissa patenttivaatimuksissa määritellään keksinnön eri suoritusmuotoja.To achieve this object, the process of the invention for treating biomasses for utilization and specifically for treating passive biomasses in combination with active biomasses is characterized by what is defined in independent claim 1. The other claims define various embodiments of the invention.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa on olennaista, että passiivinen biomassa aktivoidaan käsittelyssä, jossa siihen sekoitetaan riittävästi aktiivista biomassaa, jolloin myös passiivisen biomassan kuivauksessa voidaan hyödyntää biologista kuivausta.In the solution according to the invention, it is essential that the passive biomass is activated in a treatment in which sufficient active biomass is mixed with it so that biological drying can also be utilized in the drying of the passive biomass.

Samalla passiivista, esimerkiksi puuperäistä biomassaa, jonka kuiva-ainepitoisuus saadaan pelkällä kosteudelta suojaamisella ja hyvällä ilmanvaihdolla 50 - 55 prosenttiin, voidaan hyödyntää side- tai täyteaineena sekoittamalla sitä enemmän kosteutta sisältävään aktiiviseen biomassaan, kuten erilaisiin lietteisiin, biomassaseoksen kuiva-ainepitoisuuden saamiseksi riittävän korkeaksi aerobisten mikro-organismien toiminnan käynnistämiselle.At the same time, passive, for example wood-based biomass with dry solids content and 50-55% dry ventilation can be utilized as a binder or filler by blending it with more moisture-containing active biomass, such as various sludges, to obtain a sufficiently high start-up.

Aktiivista biomassaa käytetään menetelmässä myös väliaineena passiivisen biomassan hajottamisessa ja kuivaamisessa ja saadaan erilaisten biomassojen laajamittaisen hyödyntämisen kannalta edullinen, biomassan omalla energialla kuivattu perustuote, jossa biologisesti helposti käytettävissä olevan hiilen määrää on olennaisesti lisätty.Active biomass is also used in the process as a medium for the decomposition and drying of passive biomass and provides a cost-effective, self-dried biomass basic product for the large-scale utilization of various biomasses, with substantially increased amount of bioavailable carbon.

PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Keksintöä ja sen eräitä toteutusmahdollisuuksista kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viitaten myös oheen liitettyihin piirustuksiin, joissa kuviot 1 ja 2 esittävät kaavamaisesti esimerkkejä keksinnön mukaista menetelmää soveltavista laitoksista.The invention and some embodiments thereof will now be described in more detail with reference also to the accompanying drawings, in which Figures 1 and 2 schematically illustrate examples of plants employing the method of the invention.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUSDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Seuraavassa tarkastellaan yleisesti keksinnön mukaista menetelmää ja sen erilaisia toteutusvaihtoehtoja. Menetelmän ensimmäisessä vaiheessa passiiviseen biomassaan lisätään ja sekoitetaan riittävästi aktiivista biomassaa tai liukoisilla tai lyhytketjuisilla hiiliyhdisteillä ja ravinnelisäyksillä aktivoitua biomassaa siten, että seosmassan kuiva-ainepitoisuus on riit- tävän korkea, ohjeellisesti noin 40 prosenttia. Sekoituksessa pyritään myös siihen, että mikro-organismeille helposti hyödynnettävissä olevien hiiliyhdisteiden ja ravinteiden pitoisuudet ovat riittävän korkeat aerobisten mikrobien toiminnan nopealle käynnistymiselle. Samalla pidetään huolta siitä, että biomassaseoksen pH on mikrobien tehokasta toimintaa ajatellen riittävän korkea, ohjeellisesti alueella 5,5 - 8.In the following, the process according to the invention and various embodiments thereof are generally considered. In the first step of the process, sufficient active biomass or biomass activated by soluble or short-chain carbon compounds and nutrient supplements is added to the passive biomass and admixed so that the dry matter content of the mixture is sufficiently high, approximately 40%. The blending also aims at providing high concentrations of carbon compounds and nutrients that are readily utilized by microorganisms for rapid onset of aerobic microbial activity. At the same time, care is taken to ensure that the pH of the biomass mixture is sufficiently high for the efficient functioning of the microbes, in the range of 5.5-8.

Sille, mikä mikro-organismeille helposti hyödynnettävissä olevien hiiliyhdisteiden pitoisuuden tulisi olla, ei ole olemassa mitään prosenttilukualueena esitettävää suositusta, vaan on tukeuduttava kokemukseen erilaisten biomassojen sekoittamisesta ja käsittelystä. Samaa lajia tai laatua edustavissa biomassoissakin on tässä suhteessa merkittäviä eroja bio-massaerien välillä. Koska ei ole mahdollista määritellä helposti hyödynnettävissä olevien hiiliyhdisteiden tarvittavaa pitoisuutta, niin on perusteltua tyytyä pitoisuuden tekniseen määrittelyyn, että se on riittävä mikrobitoiminnan käynnistämiseen.There is no recommendation as to the percentage of carbon compounds that are readily available to microorganisms, but should be based on experience in mixing and treating different biomasses. There are also significant differences between batches of biomass of the same species or quality. Since it is not possible to determine the required concentration of readily available carbon compounds, it is justified to confine itself to the technical specification of a concentration sufficient to trigger microbial activity.

Passiivisten ja aktiivisten biomassojen esikäsittelyssä ja sekoittamisessa voidaan esimerkiksi typpeä lisäämällä varmistaa, että biomassaseoksen C:N-suhde on alueella 20 -35:1. Biomassaan lisätään tarvittaessa liukoista typpeä, esimerkiksi ureaa jauhemuodossa tai nestemuodossa vesiliuoksena.Pre-treatment and mixing of passive and active biomasses, for example by adding nitrogen, can ensure that the C: N ratio of the biomass mixture is in the range of 20 to 35: 1. If necessary, soluble nitrogen, for example urea in powder form or in liquid form as an aqueous solution, is added to the biomass.

Passiivisten ja aktiivisten biomassojen sekoittamisen yhteydessä massaan voidaan lisätä myös hydrolyyttisiä entsyymejä aerobisen mikrobitoiminnan käynnistämisen nopeuttamiseksi.With the mixing of passive and active biomasses, hydrolytic enzymes may also be added to the pulp to accelerate the initiation of aerobic microbial activity.

Myös pitkäketjuisten hiiliyhdisteiden, kuten selluloosan, hemiselluloosan ja ligniinin, hajoamista nopeuttavien entsyymien tai entsyymiseoksen pieni lisäys biomassaseokseen voi olla taloudellisesti ja prosessin toiminnan kannalta edullista.Also, the small addition of long-chain carbon compounds such as cellulose, hemicellulose and lignin, to the decomposition accelerating enzyme or mixture of enzymes to the biomass mixture may be economically and process-friendly.

Suotuisten olosuhteiden luomiseksi biomassaseoksessa nopeasti ja tehokkaasti käynnistyvälle mikrobitoiminnalle voi olla tarpeellista parantaa seoksen ominaisuuksia lisäämällä siihen pH:ta nostavaa ainetta, kuten lipeää, kalkkia tai korkean pH:n jätevesilietteestä valmistettua kuivattua biomassaa. On huomattava esimerkiksi, että mikrobitoiminnan käynnistymisvaiheessa biomassaseoksen sisäisissä reaktioissa syntyy usein orgaanisia happoja, jolloin seoksen pH voi laskea mikrobitoiminnan säilymistä ja kehittymistä ajatellen liian alhaiseksi. Yleisenä ohjeena voidaan määritellä, että pH:n tulisi pysyä alueella 5,5 - 8.In order to create favorable conditions for microbial activity that starts quickly and efficiently in the biomass mixture, it may be necessary to improve the properties of the mixture by adding a pH-raising agent such as lye, lime or dried biomass from a high pH sewage sludge. It should be noted, for example, that during the onset of microbial activity, organic acids often form in the internal reactions of the biomass mixture, whereby the pH of the mixture may be too low to maintain and develop microbial activity. As a general guideline, it may be specified that the pH should remain within the range of 5.5 to 8.

Vielä eräs varteenotettava mahdollisuus biomassaseoksen ominaisuuksia parantamiseksi on lisätä siihen katalyyttiä, kuten rautaa esimerkiksi rautapölynä tai rautaoksidia, rautasulfaattia tai muuta rautayhdistettä, koska rauta sitoo sekä ravinteita että hiiltä biomassaseokseen. Esimerkiksi pellettien valmistuksessa rauta myös parantaa biomassaseoksen hydrofobisoitumista, mikä estää kosteuden imeytymistä pelletteihin. Se taas parantaa pellettien koossapysymistä ja estää homeen muodostumista ja hiilimonoksidin haihtumista varastoiduista pelleteistä.Another viable option for improving the properties of the biomass mixture is to add a catalyst such as iron, for example iron dust or iron oxide, iron sulfate or other iron compound, since iron binds both nutrients and carbon to the biomass mixture. For example, in the manufacture of pellets, iron also improves the hydrophobization of the biomass mixture, which prevents moisture absorption into the pellets. In turn, it improves pellet retention and prevents mold formation and carbon monoxide evaporation from stored pellets.

Kuten johdannossa sanotusta on ilmennyt, keksinnön mukaisessa menetelmässä hyödynnetään yleisesti ottaen olennaisesti samaa mikrobitoimintaa kuin kompostoinnissa. Menetelmä eroaa kuitenkin olennaisesti kompostoinnista, jossa pyritään ensisijaisesti kompostoitavan biomassan mahdollisimman täydelliseen hajottamiseen ensiksi voimakkaampaa mikrobitoimintaa ylläpitämällä ja sitten niin sanotusti kypsyttämällä komposti pitkään kestävässä hitaassa loppuvaiheessa.As stated in the introduction, the process of the invention generally utilizes substantially the same microbial activity as composting. However, the method is fundamentally different from composting, which primarily aims at breaking down the biomass to be composted as completely as possible, first by maintaining a stronger microbial activity and then by so-called "maturing" the compost in a long-lasting slow final stage.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä pyritään nopeaan ja tehokkaaseen mikrobitoimin-nan käynnistämiseen ja edelleen massan lämpötilan nostamiseen ja mikrobitoiminnan siirtämiseen nopeasti ensin psykrofiilisen alueen kautta mesofiiliselle alueelle ja sitten termo-fiiliselle alueelle 50 - 60 °C:een sekä myöhemmässä vaiheessa alueella 60 - 80 °C halutulle tasolle sen mukaan, kuinka paljon hiiltymistä biomassassa halutaan tapahtuvan. Tämä toteutetaan säätelemällä ilmanvaihtoa ja lämmön säilymistä biomassaseoksessa siten, että aerobisten mikrobien toiminta nostaa massan lämpötilaa suhteellisen nopeasti tarkoitetulla tavalla.The method of the invention seeks to rapidly and efficiently initiate microbial activity and further increase the temperature of the pulp and rapidly transfer the microbial activity first through the psychophilic region to the mesophilic region and then to the thermophilic region at 50-60 ° C and subsequently at 60-80 ° C to the desired level. depending on how much carbonation is desired in the biomass. This is accomplished by controlling the ventilation and heat retention in the biomass mixture so that the action of aerobic microbes raises the temperature of the pulp relatively quickly as intended.

Lämpötilan noustessa psykrofiiliseltä alueelta biomassaseoksen vahaavat ensiksi lämpötila-alueella 30 - 40 °C mesofiilisen alueen mikro-organismit, joista enin osa on bakteereita ja osa myös mesofiilisen alueen sädesieniä ja sieniä. Sädesienet rupeavat jo tässä vaiheessa hajottamaan ja pilkkomaan selluloosaa, hemiselluloosaa ja ligniiniä, ja massa alkaa myös haihduttaa kosteutta.As the temperature rises from the psychophilic region, the biomass mixture is first waxed at a temperature in the range of 30 to 40 ° C by microorganisms of the mesophilic region, most of which are bacteria and some also of the fungi and fungi of the mesophilic region. Already at this stage, the fungi begin to break down and degrade cellulose, hemicellulose and lignin, and the mass also begins to evaporate moisture.

Mikrobien toiminta nostaa biomassan lämpötilaa edelleen termofuliselle alueelle, jossa mikro-organismikanta muuttuu sen mukaiseksi. Se muodostuu paljolti termofiilisen alueen sädesienistä, jotka hajottavat tehokkaasti selluloosaa, hemiselluloosaa ja ligniiniä. Erityisenä tavoitteena on pitkäketjuisten hiiliyhdisteiden pilkkominen biomassaseoksessa olevassa passiivisessa biomassassa, joka sillä tavalla aktivoituu biologisesti.The action of the microbes further raises the temperature of the biomass to the thermophilic region, where the microorganism strain changes accordingly. It is composed largely of radiation fungi in the thermophilic region which efficiently degrade cellulose, hemicellulose and lignin. A particular object is the cleavage of long-chain carbon compounds in passive biomass in a biomass mixture which is thus biologically activated.

Termofiilisen alueen alkuvaiheessa on hyvä varoa liian voimakasta ilmastusta, jotta lämpötila ei nouse yli 60 - 65 °C:n. Sitä korkeammissa lämpötiloissa nimittäin mikrobilajeja alkaa kuolla, ja siksi lämpötilan kohoaminen on pidettävä hallinnassa. Toisaalta ilmanvaihdon ja lämmön säätämisellä pyritään hallitsemaan myös kosteuden haihtumista ja poistumista biomassaseoksesta siten, että mikrobitoiminta ei lopu liian nopeasti, jolloin ei saavutettaisi toista tavoitetta eli pitkäketjuisten hiiliyhdisteiden riittävää pilkkomista. Ilmanvaihto ja lämmön säilyttäminen biomassaseoksessa on edullista jäljestää automaattisesti toimiviksi laitosmaisissa olosuhteissa, joissa niitä pystytään valvomaan ja hallitsemaan.In the early stages of the thermophilic region, it is advisable to be careful of excessive ventilation so that the temperature does not rise above 60-65 ° C. At higher temperatures than that, microbial species begin to die and therefore the rise in temperature must be controlled. On the other hand, the regulation of ventilation and heat also aims to control the evaporation and removal of moisture from the biomass mixture so that microbial activity is not terminated too quickly, thereby failing to achieve the second goal of sufficient cleavage of long-chain carbon compounds. Ventilation and heat retention in the biomass blend is advantageously simulated to operate automatically in plant-like conditions where it can be controlled and controlled.

Biomassan lämpötila nousee edullisissa olosuhteissa psykrofiiliseltä alueelta termofiili-selle alueelle 10-15 tunnissa. Kuivaaminen voidaan usein suorittaa 1-3 vuorokaudessa, mutta lämpötila on kuitenkin edullista pitää lopuksi riittävän pitkään alueella 60 - 80 °C, jossa sädesienet ovat edelleen toimintakykyisiä ja hajottavat passiivisia biomassoja.Under favorable conditions, the biomass temperature rises from the psychrophilic region to the thermophilic region within 10-15 hours. Drying can often be carried out over a period of 1 to 3 days, but it is preferred, however, to maintain the temperature for a sufficiently long time in the range of 60-80 ° C, where the sponges are still functional and degrade the passive biomasses.

Tätä biologista kuivausta jatketaan kuiva-ainepitoisuuteen, joka sillä on mahdollista saavuttaa, tyypillisesti kuiva-ainepitoisuuteen 60 - 70 prosenttia.This biological drying is continued to a dry solids content that it can achieve, typically to a dry solids content of 60-70%.

Aerobisten mikrobien toiminta alkaa hiipua biomassaseoksen kuivuessa ja loppuu käytännössä kokonaan, kun on saavutettu noin 60 prosentin kuiva-ainepitoisuus. Tätä lähestyttäessä ilmanvaihtoa voidaan lisätä voimakkaasti, jolloin biomassan lämpötila saadaan kuivauksen loppuvaiheessa nousemaan jopa 80 °C:een tai sen ylikin. Tällä tavalla kuivuminen saadaan jatkumaan tehokkaana myös biomassaseoksen jäähtyessä, etenkin jos kuivausilma on erittäin kuivaaja viileää verrattuna biomassan lämpötilaan, ja voidaan päästä jopa mainittuun 70 prosentin kuiva-ainepitoisuuteen. Loppuvaiheen lämpötilapulssilla on myös sellainen edullinen vaikutus, että se samalla hygienisoi biomassaseosta.The activity of aerobic microbes begins to diminish as the biomass mixture dries, and ceases practically when a dry matter content of about 60% is reached. With this approach, ventilation can be increased vigorously, bringing the temperature of the biomass to as high as 80 ° C or above during the final drying stage. In this way, drying can continue to be effective even when the biomass mixture is cooled, especially if the drying air is extremely drier compared to the biomass temperature, and up to the said 70% dry matter content can be achieved. The final temperature pulse also has the advantageous effect of simultaneously hygienizing the biomass mixture.

Keksinnön mukaista prosessia, jossa passiivisia biomassoja voidaan kuivata aktiivisilla tai aktiivisiksi käsitellyillä biomassoilla, voitaisiin määritellä myös termillä biologinen väli-ainekuivaus. Aktiivinen biomassa toimii väliaineena, jossa käynnistyvä mikrobitoiminta saa prosessin edetessä hajoamisen ja mikrobitoiminnan käynnistymään myös passiivisessa biomassassa. Passiivista biomassaa käytetään prosessin loppuvaiheessa hyväksi samalla tavoin kuin aktiivistakin biomassaa, ja alunperin märkä passiivinen biomassa kuivuu kuten aktiivi-nenkin biomassa.The process according to the invention, in which passive biomasses can be dried with active or treated biomasses, could also be defined as biological media drying. Active biomass acts as a medium in which the microbial activity that is triggered causes the process to decompose and the microbial activity to be triggered also in the passive biomass. Passive biomass is utilized in the final stage of the process in the same way as active biomass, and the initially wet passive biomass dries out like the active biomass.

Biomassaseoksen kuivausta voidaan jatkaa edelleen tarpeen mukaan esimerkiksi pulssi-kuivauksella, jossa massan lämpötila nostetaan lyhyellä termisellä lämmitysjaksolla esimerkiksi noin 80 °C:een, jonka jälkeen massan läpi puhalletaan hitaasti viileää kuivaa ilmaa, esimerkiksi ilmaa, jonka lämpötila on 10 -15 °C ja kosteuspitoisuus edullisesti esimerkiksi luokkaa 5 prosenttia. Kuivuminen jatkuu, kunnes massa on jäähtynyt ilman lämpötilaan eikä höyrynpaine-eroa enää ole. Tällaisia kuivauspulsseja voidaan toistaa tarvittaessa niin, että biomassan kuiva-ainepitoisuudeksi saadaan vähintään 95 prosenttia. Jos biomassa on rakeistettua tai murskattua, niin todennäköisesti yksi lisäkuivauspulssi riittää.Further drying of the biomass mixture can be continued as needed, for example by pulse drying, in which the pulp temperature is raised during a short thermal heating period to, for example, about 80 ° C, followed by slowly blowing dry dry air, for example 10-15 ° C and humidity preferably, for example, about 5%. Drying continues until the mass has cooled to ambient temperature and there is no difference in vapor pressure. Such drying pulses may be repeated, if necessary, so that the dry matter content of the biomass is at least 95%. If the biomass is granulated or crushed, then one additional drying pulse is likely to be sufficient.

Useisiin biomassan käyttösovelluksiin riittää mainittu 70 - 80 prosentin kuiva-ainepitoisuus, mutta myös sanotun luokkaa 95 prosenttia olevan kuiva-ainepitoisuuden omaavaa biomassa-ainesta tarvitaan varsinkin polttoainesovelluksissa.For a variety of biomass applications, said dry solids content of 70 to 80 percent is sufficient, but also biomass having said dry matter content of about 95 percent is particularly needed in fuel applications.

Biomassan loppukuivaus voidaan luonnollisesti tehdä termisesti muullakin tavoin kuin pulssikuivauksen avulla.Naturally, the final drying of the biomass can be done thermally in ways other than pulse drying.

Kun biomassassa sitä edellä kuvatulla tavalla kuivattaessa samalla hajotetaan vaikeasti hyödynnettäviä hiiliyhdisteitä erityisesti termofiilisen alueen sädesienten avulla, niin voidaan puhua myös biomassan eräänlaisesta termofiilisestä biohiiltämisestä. Helposti hyödynnettävissä olevan hiilen määrä lisääntyy biomassassa voimakkaasti ja voi olla käsittelyn lopussa jopa 60 - 70 %. Näin tapahtuu, koska happea hyödyntävä mikrobitoiminta nostaa biomassan lämpötilaa ja saa siinä aikaan hiiliyhdisteiden hajoamista ja hiiltymistä.When drying biomass as described above, while decomposing carbon compounds that are difficult to utilize, in particular by means of radiation fungi in the thermophilic region, a kind of thermophilic bio-carbonation of the biomass can also be said. The amount of easily recoverable carbon increases rapidly in the biomass and can be up to 60-70% at the end of the treatment. This is because oxygen-based microbial activity raises the temperature of the biomass and causes the decomposition and carbonization of carbon compounds.

Kuviossa 1 esitetään laitos, jossa passiiviseen biomassaan 1 sekoitetaan lietettä 2 tai muuta aktiivista kosteaa biomassaa ja lisäksi prosessista takaisin kierrätettyä, kuivattua ja rakeistettua biomassaa 3. Sekoitus esitetään tässä kaavamaisesti tapahtuvaksi syöttämällä materiaaleja siiloista kuljettimelle 4, joka syöttää ne sekoittuneen 5, jossa seokseen voidaan lisätä nuolen 6 osoittamalla tavalla vielä esimerkiksi ureaa tai typpeä muulla tavalla massan C:N-suhteen parantamiseksi. Käytännössä eri ainesosien annosteluja sekoitus jäljestetään kulloinkin sopivaksi katsotulla tavalla. Sopiva ohje sekoituksessa on saada massan kuiva-ainepitoisuus alueelle 40 - 45 %. Aerobinen mikrobitoiminta on mahdollista saada käyntiin märemmässäkin massassa, mutta kun kosteus on tällä tasolla, niin se saadaan käynnistymään nopeasti. Kuten edellä on jo todettu, seosmassaan voidaan tässäkin vaiheessa lisätä myös esimerkiksi sopivia entsyymejä, katalyyttejä tai biologisesti hyödynnettävää hiiltä lisääviä tai pH:ta säätäviä aineksia, ensisijaisesti tähän tarkoitukseen sopivia, saatavilla olevia jäte-materiaaleja.Figure 1 illustrates a plant in which slurry 2 or other active moist biomass 1 is mixed with passive biomass 1 and further recycled, dried and granulated biomass 3 from the process. The mixing is illustrated here by feeding materials from silos to a conveyor 4 which can be mixed into indicated by the arrow 6, for example, urea or another nitrogen-C mass in some other way to improve the ratio. In practice, the dosages of the various ingredients are tracked in the manner considered appropriate in each case. A suitable instruction in mixing is to obtain a dry solids content of the pulp in the range of 40-45%. It is possible to start aerobic microbial activity even in wetter masses, but when the humidity is at this level, it can be triggered quickly. As stated above, suitable enzymes, catalysts, or bioavailable carbonising or pH adjusting agents may also be added to the mixture mass at this stage, in particular, suitable waste materials available for this purpose.

Sekoittimesta massa 7 johdetaan sopivan kuljettimen 8 avulla seosmassakasaan tai kasoihin 9, jotka ovat tarpeen vaatiessa sopivasti suojattuja sekä kastumista vastaan että ilmastuksen säätämistä varten. Massakasassa käynnistetään aerobinen mikrobitoiminta, jota ohjataan niin, että lämpötila nousee mahdollisimman nopeasti termofiiliselle alueelle eli yli 50 °C:n, mielellään noin 60 °C:een.From the mixer, the mass 7 is conveyed by means of a suitable conveyor 8 to the mixture mass or heaps 9, which, if necessary, are suitably protected for both damping and aeration control. An aerobic microbial activity is initiated in the pulp, which is controlled so that the temperature rises as quickly as possible to the thermophilic region, i.e. above 50 ° C, preferably to about 60 ° C.

Seosmassa kuivataan tällä tavalla noin 60 prosentin kuiva-ainepitoisuuteen, jonka jälkeen lämmin massa syötetään rakeistusrumpuun 10. Säätämällä sopivasti nuolen 11 osoittamaa ilmanpuhallusta samaan tapaan kuin yleensä teollisissa kuivaustiloissa, massan lämpötila saadaan edullisesti pysymään alueella 60 - 80 °C, jolloin rakeissa tapahtuu myös aerobista biologista hiiltymistä samalla kun ne edelleen kuivuvat. Tuloksena on siten rakeita, joiden kuiva-ainepitoisuus 70 - 90 % ja joissa biologisesti helposti hyödynnettävissä olevan hiilen pitoisuus on korkea.The mixture mass is dried in this manner from about 60 percent dry matter content, after which the hot mass is fed into the granulating drum 10. By suitably adjusting the direction of the arrow 11 shown ilmanpuhallusta in the same manner as in general industrial drying areas, the temperature of the mass is preferably remain in the region 60-80 ° C, wherein the granules takes place in aerobic biological carbonization while still drying. The result is thus granules having a solids content of 70 to 90% and a high content of readily bioavailable carbon.

Massaan voidaan myös rakeistusvaiheessa lisätä nuolen 12 osoittamalla tavalla tuotettavia rakeita edelleen aktivoivia lisäaineita, kuten katalyytteja, entsyymejä, glykolia, alkoholia tai sokeripitoisia aineita.The pulp may also be produced in the granulation step to increase the direction of arrow 12 as shown in the granules further activating additives such as catalysts, enzymes, glycol, alcohol, or sugar-containing substances.

Tuotettuja rakeita voidaan hyödyntää monin tavoin, esimerkiksi sellaisenaan peltojen ja muiden kasvualustojen maanparannusaineena, perusmateriaalina biolannoitteissa tai kiihdyttävänä lisäaineena kompostoinnissa tai yhtä hyvin mädätyslaitoksissa biokaasun tuotannossa. Rakeiden koko voi olla esimerkiksi alueella 2-30 mm.The granules produced can be used in many ways, for example as soil improvers in fields and other substrates, as basic material in bio-fertilizers or as an accelerator in composting or equally in digestion plants for biogas production. For example, the size of the granules may be in the range of 2 to 30 mm.

Osa rakeista otetaan varastoon 15 käytettäväksi kuiva-aineena 3, jota annostelemalla säädetään prosessin alussa seosmassan kuiva-ainepitoisuus halutulle alueelle 40 - 45 % ja samalla saadaan seosmassaan lisää prosessin käynnistämisessä tärkeää biologisesti hyödynnettävää hiiltä.A portion of the granules is taken into storage 15 for use as a dry substance 3 which, at the beginning of the process, is metered to adjust the dry solids content of the blend to a desired range of 40-45% while providing additional biodegradable carbon.

Kuviossa 2 esitetään laitos, jossa prosessin alkupää sekoittimeen 5 ja mahdolliseen urean tai typen lisäämiseen 6 asti on samanlainen kuin kuvion 1 laitoksessa. Sekoittimelta massa syötetään nyt palapuristimeen 16, jolta tulevat palat 17 johdetaan sopivan kuljettimen 18 avulla seosmassakasaan tai -kasoihin 19, jotka ovat tarpeen vaatiessa sopivasti suojattuja sekä kastumista vastaan että ilmansyötön säätämisen mahdollistamiseksi. Palakasassa käynnistetään aerobinen mikrobitoiminta, jota ohjataan niin, että lämpötila nousee mahdollisimman nopeasti termofiiliselle alueelle samaan tapaan kuin kuvion 1 massakasan tapauksessakin.Figure 2 shows a plant where the upstream end of the process up to the mixer 5 and the possible addition of urea or nitrogen 6 is similar to that of the plant of Figure 1. From the mixer, the pulp is now fed to a press press 16, from which the incoming pieces 17 are led by means of a suitable conveyor 18 to the mixture mass or piles 19, which are required to be suitably shielded, if necessary, both to dampen and to regulate the air supply. An aerobic microbial activity is initiated in the lump pile, which is controlled so that the temperature rises to the thermophilic area as quickly as possible, as in the case of the lump pile of Figure 1.

Biomassaseokset on edullista kuivata paloina tai briketteinä, sillä kuivumisessa voidaan silloin hyödyntää parhaiten biomassan kutistumista. Monissa tapauksissa paloiksi puristaminen kuivausta varten voi olla välttämätöntäkin esimerkiksi seosmassan tiiviin koostumuksen takia, joka estää kuivumisessa tarvittavaa riittävää ilmanvaihtoa. Palat kuivuvat tasapainoisesti, koska niiden väliin jäävä ilmamäärä riittää ylläpitämään mikrobitoimintaa tasaisesti palojen joka puolella. Palojen halkaisija voi olla esimerkiksi alueella 50 - 250 mm.It is advantageous to dry the biomass blends in pieces or briquettes, since shrinkage of the biomass can best be utilized in the drying process. In many cases, crushing for drying may be necessary, for example due to the dense composition of the alloy mass, which prevents adequate ventilation for drying. The pieces dry evenly because the amount of air between them is sufficient to maintain microbial activity evenly throughout the pieces. For example, the pieces may have a diameter in the range of 50 to 250 mm.

60 - 70 prosentin kuiva-ainepitoisuuteen kuivatut palat ovat jo sellaisenaan hyödynnettävissä esimerkiksi polttoaineena (nuoli 20). Toisaalta käsittelyä voidaan jatkaa samaan tapaan kuin kuvion 1 tapauksessa, jolloin palat syötetään ensiksi murskaimeen 21 ja murske sitten rakeistusrumpuun 22, jossa ilmastus 23 ja mahdollinen aktivoivien lisäaineiden 24 käyttö ovat kuvion 1 laitosta vastaavia. Saadut rakeet tai murske ovat samoin hyödynnettävissä nuolen 25 osoittamalla tavalla eri käyttötarkoituksiin, ja toisaalta niitä voidaan ottaa varastoon 26 seosmassassa kuiva-aineena 3 käytettäväksi.Dried pieces with a dry solids content of 60 to 70% can be used as fuel, for example (arrow 20). On the other hand, the treatment can be continued as in the case of Fig. 1, whereby the pieces are first fed to the crusher 21 and then crushed to the granulation drum 22 where the aeration 23 and the possible use of activating additives 24 are similar to the plant of Fig. 1. The resulting granules are crushed or are utilized as shown by the arrow 25 in various applications, and on the other hand can be taken into storage 26 seosmassassa a powder for use in three.

Vielä eräs mahdollisuus on ottaa paloja nuolen 27 osoittamalla tavalla hiillettäväksi esimerkiksi siilossa 28 voimakkaan sopivan ilmastuksen 29 avulla. Hiillettyjä rakeita 30 voidaan käyttää tiettyihin erityisempiin käyttötarkoituksiin, kuten jäteveden puhdistukseen tai biopolttoaineiden valmisukseen.Yet another possibility is to take the pieces 27 as indicated by the arrow hiillettäväksi for example, in a silo 28 by means of a suitable strong aeration 29. Carbonated granules 30 can be used for certain more specific applications, such as waste water treatment or biofuel preparation.

Seosmassa voidaan rakeistamisen sijasta myös pelletöidä, jolloin on edullista puristaa pelletit matriisipuristimella lämpötilaltaan termofiilisellä alueella olevasta biomassaseok-sesta ja kuivata ne rummussa 60 - 80 °C:n lämpötilassa alhaisella pyöritysnopeudella. Massaan on edullista lisätä jossain sopivassa muodossa rautaioneja sen hydrofobisuuden parantamiseksi ja jotta estetään kosteuden imeytymistä takaisin pelletteihin. Tällä käsittelyllä myös pelleteissä saadaan kuivauksen yhteydessä aikaan kutistuminen, ja tuotetut pelletit ovat tiiviydeltään, koossapysyvyydeltään ja lämpöarvoltaan omaa luokkaansa verrattuna tavanomaisilla prosesseilla tuotettuihin puu- tai turvepelletteihin. Biomassaseos voidaan puristaa pelleteiksi myös aikaisemmassa vaiheessa biomassojen sekoittamisen jälkeen ja kuivata sitten esimerkiksi edellä kuvatulla tavalla hitaasti pyörivässä rummussa, jossa lämpötilan annetaan nousta termofiiliselle alueelle. Pellettien koko voi olla alueella 5-50 mm.Instead of granulating, the mixture mass may also be pelletized, whereby it is preferable to compress the pellets from a biomass blend in a thermophilic temperature range and dry them in a drum at a temperature of 60-80 ° C at low rotation speed. It is preferable to add iron ions in some suitable form to the pulp to improve its hydrophobicity and to prevent moisture from being absorbed back into the pellets. This treatment also results in shrinkage of the pellets during drying, and the pellets produced are of an order of density, cohesiveness and calorific value compared to wood or peat pellets produced by conventional processes. The biomass mixture can also be compressed into pellets at an earlier stage after mixing the biomasses and then dried, for example, in a slow rotating drum as described above, where the temperature is allowed to rise to the thermophilic region. The size of the pellets can range from 5 to 50 mm.

Käsittely rakeistus- tai pelletöintirummussa on myös helppo automatisoida niin, että lämpötila pidetään prosessissa esimerkiksi alueella 60 - 80 °C. Pellettituotantoon tarkoitettu lähtömateriaali voidaan joutua murskaamaan tai hienontamaan muuten 0-5 mm:n murskeeksi.The treatment in the granulating or pelleting drum is also easy to automate so that the temperature is maintained in the process, for example in the range of 60-80 ° C. The starting material for pellet production may need to be crushed or otherwise crushed to 0-5 mm.

Murskaamisessa tai mahdollisesti tarpeellisessa seulonnassa sivuun jäävä biomassama-teriaali voidaan käyttää edellä mainittuun tapaan biomassojen käsittelyn sisäisessä kierrossa lisäämällä se ensimmäisessä sekoituksessa biomassaseokseen.In the crushing or possibly necessary screening, the residual biomass material can be used in the above-mentioned manner in the internal cycle of biomass treatment by adding it in the first blend to the biomass mixture.

Usein jo biologisen kuivaus vaiheen jälkeen 70 prosentin luokkaa olevaan kuiva-ainepitoisuuteen saatu biomassa on esimerkiksi palamuodossa tai murskattuna hyvä polttoaine. Palamuodossa se sopii käytettäväksi arinapohjaisissa polttolaitoksissa, ja murskattuna ja seulottuna esimerkiksi 4 -10 tai 4 - 20 mm:n murskeeksi se soveltuu hyvin stokerityyppisten laitosten polttoaineeksi.Often the biomass obtained after the biological drying step to a dry matter content of the order of 70% is, for example, a good fuel in the form of lumps or crushed. In the burn form, it is suitable for use in grate-based incineration plants, and when crushed and screened, for example to 4 to 10 or 4 to 20 mm, is well suited as a fuel for stoker-type plants.

Myös murskeen kuivauksessa edelleen pulssikuivauksella rumpu on edullinen käsittelylaite. Kuivattavasta murskeesta on kuitenkin edullista seuloa pois 0-4 mm:n pölymäinen hieno aines, koska sillä tavalla parannetaan kuivausilman pääsyä murskerakeiden väliin. Hieno aines on mahdollista hyödyntää paitsi käsittelyn sisäisessä kierrossa myös esimerkiksi maanparannusaineena, jolla lisätään mikro-organismien peltomaassa tarvitsemaa hiililäh-dettä.Also for further drying of pulp by pulse drying, the drum is a preferred treatment device. However, it is advantageous to screen 0 to 4 mm of fine material from the grit to be dried, as this improves the passage of drying air between the granules. The fine material can be utilized not only in the internal circulation of the treatment but also, for example, as a soil conditioner, which increases the carbon source needed by the microorganisms in the field.

Lämpötila-alueella 60 - 80 °C mikrobien ja sädesienten avulla suoritetussa biologisessa kuivauksessa ja termofiilisen alueen biohiillossa sekä esimerkiksi pulssiperiaatteella suoritetussa jälkikuivauksessa lämpötila ei ole missään vaiheessa noussut yli 90 °C:n. Biomassasta ei siksi ole myöskään haihdutettu nestemäisiä tai kaasumaisia ainesosia, jotka ovat tärkeitä käytettäessä menetelmällä käsiteltyä biomassaa maanparannukseen, toisin sanoen solumassojen kasvattamiseen uudelleen peltoon kosteuden ja ravinteiden sitomiseksi siihen paremmin.In the temperature range 60-80 ° C, the temperature has never exceeded 90 ° C in biological drying with microbes and sponges and in the thermophilic bio-charcoal and, for example, pulse post-drying. Therefore, the liquid or gaseous components that are important for the use of the process-treated biomass for soil improvement, that is, for the re-cultivation of cellular masses for better moisture and nutrient binding, have not been evaporated from the biomass.

Biologisella kuivauksella ja sopivalla jälkikuivauksella biomassan kuiva-ainepitoisuus voidaan siis saada yli 95 prosenttiin haihduttamatta ja kuluttamatta siitä tärkeitä ainesosia. Näin käsitelty biomassa, joka sinänsä on aivan erinomainen polttoaine, on myös erinomainen raaka-aine moniin jatkojalostussovelluksiin.Thus, by biological drying and suitable post-drying, the dry matter content of the biomass can be obtained to more than 95% without evaporation or consumption of important constituents. Biomass thus treated, which in itself is an excellent fuel, is also an excellent raw material for many further processing applications.

Tällaisia sovelluksia ovat esimerkiksi uuden teknologian biokaasun tuotanto, nestemäisten polttoaineiden valmistus, tuotekaasun tuotanto erilaisten biokemikaalien valmistamisen välivaiheena sekä biohiilen tuotanto maanparannusaineeksi, polttoaineeksi tai suodattimien aktiivihiileksi hiiltomenetelmästä ja -lämpötilasta riippuen.Such applications include, for example, biogas production of new technologies, liquid fuel production, production gas as an intermediate step in the production of various biochemicals, and biocarbon production as soil improvers, fuels or activated carbon in filters, depending on the carbon method and temperature.

Tällaisen lämpökäsittelyn etuna on myöskin se, että biomassa samalla hygienisoituu käytännössä täysin, eikä sen hyödyntämisessä jatkossa tarvitse huolehtia esimerkiksi hajuhaitoista. Lisäksi biomassan hiiltyminen ja hiiliyhdisteiden hajoaminen jatkuu, jolloin para nevat sekä biomassan käyttöominaisuudet biologisissa sovelluksissa että polttoarvo. Tällä on suuri merkitys, koska käytännössä biomassan käyttö polttamalla energian tuotannossa on usein taloudellisesti edullisin hyödyntämistapa.Another advantage of this heat treatment is that the biomass is practically completely hygienized, without having to worry about odors, for example. In addition, the carbonisation of biomass and the decomposition of carbon compounds will continue, improving both the biomass utilization in biological applications and the fuel value. This is important because in practice the use of biomass for combustion in energy production is often the most economically advantageous recovery.

Biologisesti ja mahdollisesti vielä täydentävällä termisellä kuivauksella hyvin kuivatun biomassan edellä kuvattu lievä torrefiointi tai sentapainen käsittely tehostuu, koska hiilto-kaasu ja lämpö tunkeutuvat nopeammin hiillettävään biomassaan, kun kosteutta ei ole sitä estämässä. Energiaa säästyy, koska ylimääräistä vettä ei tarvitse lämmittää ja haihduttaa käsittelyn yhteydessä.Biologically and possibly with additional thermal drying, the mild torrefaction or similar treatment of well-dried biomass as described above is enhanced because the carbon gas and heat penetrate into the biomass to be charred more rapidly, when not inhibited by moisture. Energy is saved because the extra water does not have to be heated and evaporated during processing.

Keksinnön mukaisella menetelmällä on mahdollista kehittää erilaisten aktiivisten ja passiivisten biomassojen hyödyntäminen laajassa mitassa kokonaan uudelle pohjalle. Hyödynnettäviä biomassoja voidaan kerätä sopivilta alueilta teollisten laitosten tasolle kehitettyihin käsittelykeskuksiin, joissa niitä sekoitetaan, esikäsitellään ja kuivataan biologisesti sekä mahdollisesti vielä jatkokuivataan ja käsitellään muuten tiettyjen spesifikaatioiden mukaisiksi lopputuotteiksi tai raaka-aineiksi jatkojalostusta varten. Nykyisiin biomassatuot-teisiin ja raaka-aineisiin verrattuna erittäin kuivina paloina, briketteinä, pelletteinä tai murskeina nämä lopputuotteet ja raaka-aineet ovat helposti ja edullisesti käsiteltäviä, varastoitavia ja kuljetettavia. Samalla niissä on toisaalta hajotettu vaikeasti hyödynnettäviä hiiliyhdis-teitä helposti hyödynnettävään muotoon ja kuitenkin säilytetty hyvin suurelta osin biomassojen kaikki hyödyntämiskelpoiset ainesosat.With the method according to the invention it is possible to develop the utilization of various active and passive biomasses on a large scale on a completely new basis. Recoverable biomasses can be collected from suitable areas to processing facilities developed at the level of industrial plants, where they are mixed, pre-treated and biologically dried, and possibly further dried and otherwise processed to certain specifications or raw materials for further processing. Compared to current biomass products and raw materials, these end products and raw materials are easily and inexpensively handled, stored and transported in extremely dry chunks, briquettes, pellets or crumbs. At the same time, they have decomposed hard-to-recover carbon compounds into an easy-to-recover form, while retaining to a very large extent all useful components of the biomass.

Keksintö voi vaihdella oheen liitettyjen patenttivaatimusten sallimissa rajoissa.The invention may vary within the scope of the appended claims.

Claims (10)

1. Förfarande for att bearbeta biomassor för utnyttjande och särskilt för att bearbeta passiva biomassor tillsammans med aktiva biomassor, kännetecknat av att biomassor med olika kol-, närings- och fuktighetshalt samlas systematiskt för industriell bearbetning, i vilken: åtminstone en passiv och en aktiv biomassa (1,2, 3) blandas ihop och egenskaper av biomassablandningen (7) fatt förbättras vid behov med tillsatser så, att torrsub-stansanhalten är omkring 40 %, C:N-förhållandet är inom området 20 - 35:1, pH är inom området 5,5 - 8 och mängden av för mikrober lättanvändbar kol är tillräcklig för initiering av aerobisk mikrobverksamhet; mikrobverksamheten i biomassablandningen (9, 19) upprätthålls med att reglera luftväxling och bevarande av värme och, då mikrobverksamhet värmer upp biomassan, styrs att flytta sig från mesofilt till termofilt område (ungefärligt 50 - 60 °C) och äntligen till temperaturområdet 60 - 80 °C för att torka blandningen med hjälp av biologiskt utvecklat värme till torrsubstansanhalten 60 - 70 % och för att nedbryta långkedjade kolföreningar till kortkedjade eller bilogiskt lättanvändbar kol inom ungefärligt 1-3 dagar; och biomassablandningen behandlas slutligen i temperaturen mellan 60 och 80 °C huvudsakligen med att reglera luftväxling antingen i samband med granulering eller med att behandla biomassablandningen först till kross eller pelletter.A process for processing biomasses for utilization and in particular for processing passive biomasses together with active biomasses, characterized in that biomasses with different carbon, nutritional and moisture content are systematically collected for industrial processing, in which: at least one passive and an active biomass (1,2, 3) are mixed together and properties of the biomass mixture (7) are improved if necessary with additives such that the dry matter content is about 40%, the C: N ratio is in the range 20 - 35: 1, the pH is within the range of 5.5 to 8 and the amount of carbon readily usable for microbes is sufficient to initiate aerobic microbial activity; the microbial activity in the biomass mixture (9, 19) is maintained by regulating air exchange and the conservation of heat and, as the microbial activity heats the biomass, it is controlled to move from mesophilic to thermophilic region (approximately 50 - 60 ° C) and finally to the temperature range 60 - 80 ° C to dry the mixture by using biologically evolved heat to dry matter content of 60 - 70% and to decompose long-chain carbon compounds into short-chain or bilogically readily usable carbon within approximately 1-3 days; and the biomass mixture is finally treated in the temperature between 60 and 80 ° C mainly by regulating air exchange either in connection with granulation or by first treating the biomass mixture to crusher or pellets. 2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att i den slutliga behandlingen i temperaturen mellan 60 och 80 °C biomassablandningen torkas i en granuleringstrumma (10, 22) till torrsubstansanhalten 70 - 90 %.Process according to claim 1, characterized in that in the final treatment in the temperature between 60 and 80 ° C the biomass mixture is dried in a granulation drum (10, 22) to the dry matter content 70 - 90%. 3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att biomassablandningen pelleteras för den slutliga behandlingen.Process according to claim 1, characterized in that the biomass mixture is pelleted for the final treatment. 4. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att efter blandningen biomassablandningen pressas till bitar (5, 16) för att initiera och upprätthålla mikrobverksamheten i bithö-gen före den slutliga behandlingen (19).Method according to claim 1, characterized in that after mixing the biomass mixture is pressed into pieces (5, 16) to initiate and maintain the microbial activity in the bit height prior to the final treatment (19). 5. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att egenskaper av biomassablandningen förbättras med att tillsätta där hydrolytiska enzymer för att påskynda initieringen av mikrobverksamheten.Process according to claim 1, characterized in that the properties of the biomass mixture are improved by adding hydrolytic enzymes there to accelerate the initiation of the microbial activity. 6. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att egenskaper av biomassablandningen förbättras med att tillsätta där enzymer, vilka påskyndar nedbrytning av långkedjade kolför-eningar, liksom cellulosa, hemicellulosa och lignin.6. A process according to claim 1, characterized in that the properties of the biomass mixture are improved by the addition of enzymes which accelerate the degradation of long chain carbon compounds, such as cellulose, hemicellulose and lignin. 7. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att egenskaper av biomassablandningen förbättras med att tillsätta där nitrogen, till exempel urea i pulverform eller i flytande form som vattenlösning.Process according to claim 1, characterized in that the properties of the biomass mixture are improved by adding nitrogen there, for example urea in powder form or in liquid form as aqueous solution. 8. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att egenskaper av biomassablandningen förbättras med att tillsätta där ämne som höjer pH, liksom lut, kalk eller torkad biomassa producerad av avloppsvattenslam vid högt pH.8. A process according to claim 1, characterized in that the properties of the biomass mixture are improved by the addition of a substance which increases the pH, such as lye, lime or dried biomass produced by wastewater sludge at high pH. 9. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att egenskaper av biomassablandningen förbättras med att tillsätta där kortkedjade kolföreningar, liksom socker, etanol eller kolför-eninngar nedbrytna med aerobisk mikrobverksamhet.9. A process according to claim 1, characterized in that the properties of the biomass mixture are improved by adding there short-chain carbon compounds, such as sugar, ethanol or carbon compounds, broken down by aerobic microbial activity. 10. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att biomassan torkad med förfarandet cirkuleras till biomassornas blandningsskede för att uppnå en tillräcklig torrsubstansanhalt.Process according to claim 1, characterized in that the biomass dried by the process is circulated to the mixing stage of the biomass to obtain a sufficient dry substance content.