NO320971B1 - Fremgangsmate for fremstilling av brenselspellets - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet en fremgangsmåte ved fremstilling av brenselpellets av et biologisk materiale, fortrinnsvis sagflis, trevirke og lignende, hvilken fremgangsmåte innbefatter følgende trinn: - føre materialet til et tørketrinn (1) og tørke materialet til en relativ fuktighet fra 40-65 masse-% til 30-45 rnasse-%, - føre materialet fra tørketrinnet (1), eventuelt via et mellomlagringstrinn (2) til et reaktortrinn (3, 3) og oppvarme materialet til 200-300 °C ved tilførsel av damp, - holde materialet i reaktoren ved den oppnådde temperaturen i en tilstrekkelig tid til å mykne materialet, -avlaste trykket i reaktortrinnet (3, 3) minst to trinn, slik at materialet defibreres og ligning frigjøres, og føre materialet fra reaktortrinnet (3, 3) til et ytterligere tørketrinn (5), eventuelt via et mellomlagringstrinn (4), og -eventuelt pelletisere det behandlede materialet.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av brenselpellets av et biologisk materiale, fortrinnsvis sagflis, trevirke og lignende.

Med brenselpellets menes i denne sammenheng en pelletisert masse av biologisk materiale, så som bark, trevirke, sagflis osv., som kan anvendes i fyringsanlegg for oppvarmingsformål, produksjon av damp og som reduksjonsmiddel.

Det har i de senere år vært en stadig økende fokusering på miljø og spesielt på utslipp av "fossilt" CO2.1 mange land foregår det derfor en sterk satsning på overgang fra fossile energikilder, så som olje, gass, kull og koks, til biologiske eller fornybare energikilder, for å redusere utslippene av "fossilt" CO2 i den enkelte land.

Tradisjonelle biologiske energikilder er bark og flis, og det er bygd mange anlegg for å utnytte disse ressursene. Disse anleggene er fortrinnsvis bygget innen industrielle områder og i større fjernvarmeanlegg i byer som har industri hvor disse ressursene finnes til lave priser.

Det er tidligere kjent å fremstille brenselspellets fra sagflis og annet brennbart organisk materiale. Disse kjente løsningene har i det vesentlige vært rettet mot å føre sagflisen inn i en reaktor, for deretter å tilsette damp for å øke temperaturen, sørge for en tilstrekkelig oppholdstid og etterfølgende trykkreduksjon og tømming av reaktoren slik at trevirkets ligning blir frigjort og danner et belegg på partiklene. Materialet blir deretter ettertørket i en tilstrekkelig grad til at materialet lar seg pelletisere. Til slutt blir pelletsen fremstilt ved hjelp av en pelletspresse. Disse kjente løsningene er meget energikrevende og ved høy fuktighet i inngangsmaterialet, blir kapasiteten i anlegget i sterk grad redusert. Årsaken til dette er at både vann og tørrstoff må oppvarmes i reaktoren. Ved høy fuktighet i inngangsmaterialet vil det bli tilført en større mengde damp enn nødvendig, og dette medfører at en større mengde damp vil kondensere og derved gjøre materialet enda fuktigere. Dette medfører sort dampforbruk og energitap. Økt vanninnhold i materialet som kommer ut fra reaktoren medfører at den etterfølgende tørkeprosessen krever langt mer energi og lengre oppholdstid, slik at kapasiteten reduseres.

En ulempe med disse kjente løsningene har vært at sluttproduktet har hatt en dårlig sammenhengningsevne og resultatet av dette har vært at pelletsen faller fra hverandre før bruk og samt at det dannes store mengder askestøv etter forbrenning av pelletsen. Støvet kan ha en stor miljømessig konsekvens og det krever behandling for å hindre at støvet forurenser luft og arbeidsmiljø.

En annen ulempe er at tørkeprosessen som er nødvendig etter at materialet har vært gjennom reaktoren, er langsom og meget energikrevende.

Fra US 4.502.227 er det kjent en fremgangsmåte for kontinuerlig tørking og oppgradering av faste organiske materialer, eksempelvis brunkull, hvor materialet blir forvarmet før det kommer i kontakt med damp. Deretter tørkes materialet ytterligere før materialet pelletiseres.

Fra US 4.211.740 er det kjent en fremgangsmåte for fremstilling av en brenselspellets av organiske materialer, samt en brenselspellets fremstilt ved fremgangsmåten. Denne publikasjonene beskriver at det organiske materialet tørkes og pelletiseres.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av brenselpellets som forhindrer at pelletsen faller fra hverandre og at det dannes store mengder askestøv. Nok en hensikt er å kunne fremstille brenselpellets uten å måtte anvende tilsetningsstoffer for å unngå støvdannelse og nedbryting. En annen hensikt er å tilveiebringe en fremgangsmåte og anordning av den innledningsvis nevnte type, som medfører et minimalt energiforbruk.

Disse og andre hensikter ved oppfinnelsen oppnås med en fremgangsmåte ved fremstilling av brenselpellets av et biologisk materiale, fortrinnsvis sagflis, trevirke og lignende, som er kjennetegnet ved å: - føre materialet til et tørketrinn og tørke materialet fra en relativ fuktighet på 40-65 masse-% til en relativ fuktighet på 30-45 masse-%,

- føre materialet fra tørketrinnet, eventuelt via et mellomlagringstrinn til

et reaktortrinn og oppvarme materialet til 200-300 °C ved tilførsel av damp, - holde materialet i reaktoren ved den oppnådde temperaturen i en tilstrekkelig tid til å mykne materialet,

- avlaste trykket i reaktortrinnet minst to trinn, slik at materialet defibreres

og ligning frigjøres, og føre materialet fra reaktortrinnet til et ytterligere tørketrinn, eventuelt via et mellomlagringstrinn, og

- eventuelt pelletisere det behandlede materialet.

Materialets oppholdstid i tørketrinnet er fortrinnsvis i størrelsesorden 1-3 sekunder.

Materialets oppholdstid i reaktortrinnet er fortrinnsvis i størrelsesorden 1-15 minutter.

Reaktortrinnet innbefatter fortrinnsvis minst to reaktorer, en første reaktor og en andre reaktor, og trykkavlastningen i det første trinnet skjer ved at overskuddsdamp fra trykkavlastn ingen av den første reaktoren føres til den andre reaktoren og resttrykket i den første reaktoren brukes til å føre materialet ut fa reaktoren.

Oppfinnelsen vil bli mer detaljert beskrevet ved hjelp av et utførelseseksempel av oppfinnelsen, med henvisning til de medfølgende tegningene, hvor Figur 1 er et blokkdiagram som skjematisk viser de forskjellige trinnene ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen

Figur 2 er en kurve som viser tørkeforløpet som funksjon av tid.

I figur 1 er det skjemtisk vist en fremstilling av de forskjellige trinnene ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Det organiske materialet som skal behandles føres først inn i et fortørketrinn 1. Fortørketrinnet kan typisk bestå av en såkalt flashtørker. Det organiske materialet har typisk et fuktighetsinnhold på 40-65 masse-%. I fortørketrinnet 1 blir det organiske materialet oppvarmet til en temperatur på typisk større enn 100 °C i løpet av ca. 1-3 sekunder. Dette medfører at overflatefuktigheten til det partikkelformige organiske materialet reduseres og materialet som kommer ut fra tørketrinnet har typisk et fuktighetsinnhold på 30-45 %. Etter fortørketrinnet føres det organiske materialet over i et mellomlager eller buffertrinn 2. Buffertrinnet 2 kan innbefatte en eller flere mellomlagringstanker. Fra buffertrinnet 2 føres materialet inn i et reaktortrinn 3. Reaktortrinnet 3 kan innbefatte en eller fortrinnsvis flere reaktorer. Dersom det er to eller flere reaktorer, kan disse være parallellkoblede og operere på en porsjonsvis måte. I det etterfølgende vil virkemåten til reaktortrinnet 3 bli beskrevet med to parallellkoblede reaktorer 3, 3'. Materialet fra buffertrinnet 2 føres inn i den første reaktoren 3. Den første reaktoren 3 tilføres damp og materialet oppvarmes til 200-300 °C i løpet av typisk 1-15 minutter. Denne oppvarmingen vil medføre at materialet myknes. Samtidig som den første reaktoren 3 trykksettes med damp, føres det materiale fra buffertrinnet 2 til den andre reaktoren 3'. Etter at materialet i den første reaktoren 3 har hatt oppnådd tilstrekkelig oppholdstid og temperatur, blir trykket i den første reaktoren 3 redusert i to trinn. Dette medfører at materialet defibreres og ligninet i materialet frigjøres. I det første trinnet blir trykket i den første reaktoren 3 typisk halvert og dampen blir ført til den andre reaktoren 3'. Den andre reaktoren 3' tilføres ytterligere damp, slik at det oppnås en temperatur på typisk 200-300 °C i den andre reaktoren. Materialet i den første reaktoren 3 blir ført ut av reaktoren ved hjelp av resttrykket og føres til et ytterligere buffertrinn 4. Deretter tilføres den første reaktoren 3 ytterligere materiale, og ved trykkavlastning av den andre reaktoren 3', blir overskuddsdampen fra denne ført til den første reaktoren 3. Den første reaktoren 3 tilføres ytterligere damp, og hele sekvensen blir gjentatt.

Fra buffertrinnet 4, som kan bestå av en eller flere mellomlagringstanker, føres materialet til en tørker 5, hvor fuktigheten reduseres til under typisk 15-20 masse-%. Oppholdstiden i tørkeren 5 er typisk 15-60 minutter. Fra tørkeren 5 kan materialet føres til en pelletspresse hvor det fremstilles pellets som sluttprodukt.

På grunn av at materialets ligning frigjøres under behandlingen i reaktortrinnet 3 er det ved fremstilling av pelletsen ikke nødvendig å tilsette ytterligere bindemiddel.

Figur 2 er en kurve som typisk viser et tørkeforløp for partikler av organisk materiale. Som kurven viser er reduksjonen av fuktigheten ikke linjær som funksjon av tiden. Fuktighetsinnholdet vil i begynnelsen, avta raskt, fordi fuktighet på overflaten av partiklene forsvinner raskt. Så snart overflatefuktigheten er fjernet, vil fuktighet inne i partiklene måtte diffundere ut mot overflaten, og fuktigheten som er inne i partiklene vil derfor fjernes langt langsommere. Kurven vil derfor ha en markant avflating så snart overflatefuktigheten er fjernet. En måte å optimalisere denne tørkingen på, er å anvende tørking i to trinn, hvor det første trinnet tilføres mye luft og varme og det andre trinnet har lengre oppholdstid. En slik optimalisering vil medføre at det kan oppnås en større kapasitet i begge tørketrinnene med en tilhørende reduksjon av energiforbruket. Når materialet er tørrere, det vil si en relativ fuktighet på 35-45 % i henhold til oppfinnelsen, mot 45-65 masse-% ved tradisjonelle prosesser, vil det være allikevel tilstrekkelig restfuktighet i materialet til at det kan defibreres i trykkbeholdere som tilføres damp med etterfølgende trykkreduksjon.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av brenselpellets av et biologisk materiale, fortrinnsvis sagflis, trevirke og lignende, karakterisert ved å - føre materialet til et tørketrinn (1) og tørke materialet fra en relativ fuktighet på 40-65 masse-% til en relativ fuktighet på 30-45 masse-%, - føre materialet fra tørketrinnet (1), eventuelt via et mellomlagringstrinn (2) til et reaktortrinn (3, 3') og oppvarme materialet til 200-300 °C ved tilførsel av damp, - holde materialet i reaktoren ved den oppnådde temperaturen i en tilstrekkelig tid til å mykne materialet, - avlaste trykket i reaktortrinnet (3, 3') minst to trinn, slik at materialet defibreres og ligning frigjøres, og føre materialet fra reaktortrinnet (3, 3') til et ytterligere tørketrinn (5), eventuelt via et mellomlagringstrinn (4), og - eventuelt pelletisere det behandlede materialet.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at materialets oppholdstid i tørketrinnet (1) er i størrelsesorden 1-3 sekunder.

3. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at materialets oppholdstid i reaktortrinnet (3, 3') er i størrelsesorden 1-15 minutter.

4. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at reaktortrinnet (3, 3') innbefatter minst to reaktorer (3, 3'), en første reaktor og en andre reaktor, og at trykkavlastningen i det første trinnet skjer ved at overskuddsdamp fra trykkavlastningen av den første reaktoren føres til den andre reaktoren og at resttrykket i den første reaktoren brukes til å føre materialet ut av den første reaktoren.