SE456162B - Forfarande for framstellning av mycket finfordelat pulver av ved och av andra typer av vegetabilisk biomassa for anvendning som brensle - Google Patents

Description

456 162 är förenad med en ansenlig energiförbrukning. Det är vidare känt att man föreslagit en kemisk förbehandling av den för malning avsedda biomassan i syfte att underlätta partikel- reduktionen. I första hand har man rekommenderat en förbe- handling med sura substanser, främst syror av olika typ normalt använda i form av utspädda vattenlösningar. Genom en sådan behandling brytes cellulosans glykosidbindningar, vari- genom kedjelängden reduceras. Detta i sin tur resulterar i en markant försprödning av det på nämnda sätt behandlade materia- let: Effekter av denna typ kan iakttagas såväl med ren cellu- losa som med olika lignocellulosamaterial, såsom ved, oblekt cellulosafiber o.d. Exempel på utföringsformer av sådan för- sprödning áterfinnes t.ex. i den amerikanska patentskriften US patent 3.961.913 som beskriver behandling av den organiska fraktionen av kommunalt avfall med syralösningar vid förhöjd temperatur, i avsikt att denna fraktion skall kunna förvandlas till pulver. Ett annat exempel är försprödning av vedflis med utspädd svavelsyra för att möjliggöra vedsubstansens finför~ delning innan denna i en reaktor omvandlas till flytande bränslen (Schalegger, L.L. et al.= Sol. Energy Syst. Inst., Tech.Rep. 1979, TP-33-285, 3rd Ann.Biomass Energy Syst. Conf., 1979, Proc., 119-22). Man kan här även nämna basning av ved med ànga vid temperaturer överstigande l50°C såsom beskrives i det svenska patentet 84.851. Vid sådan behandling frigöres och genom kemiska reaktioner bildas en rad organiska syror vilka i sin tur framkallar den här diskuterade försprödningen.

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för framställning av mycket finfördelat pulver av ved och andra typer av vegeta- bilisk biomassa lämpligt för användning som bränsle. Detta förfarande kan användas för såväl ren cellulosa som för olika typer av lignocellulosamateríal, inkluderande ved, oblekt cellulosafiber, halm m.m. Det har enligt föreliggande uppfin- ning framkommit att man genom att behandla grovmald ved och andra typer av grovmald vegetabilisk biomassa med utspädda vattenlösningar av alkaliskt reagerande substanser, såsom 456 162 natriumhydroxid och kalumhydroxid, varvid grovmalt mjöl av veden eller av annan vegetabilisk biomassa behandlas med nämnda lösning och utsättes för förhöjd temperatur, erhåller ett försprödat och mycket lättmalt material som med ringa energibehov kan malas till ett finfördelat pulver med snäv partikelstorleksfördelning vilket är utmärkt lämpat som bräns- le i pannor, gasturbiner, dieselmotorer och liknande. Den snäva partikelstorleksfördelningen hos pulvret gör detta till ett mycket lämpligt bränsle i pannor som ger en kortare och lätt kontrollerbar låga. En annan fördel med det resulterande pulvret är att det reducerar risken för korrosion och reduce- rar skadliga emissioner jämfört med användning av vedmaterial som behandlats med sura substanser, exempelvis svavelsyra, vid försprödningen. En ytterligare fördel är att pulver framställt medelst förfarandet enligt föreliggande uppfinning vid för- bränning ger en alkalisk aska som kan användas som gödslíngs- medel exempelvis för behandling av försurad mark. som exempel pà de effekter som kan uppnås genom nedbrytning av ved med vattenlösningar av natriumhydroxid återges nedan några resultat avseende försprödning av grovmalet poppelmjöl med en genomsnittlig partikelstorlek av 200-300 um. De största par- tiklarna var 3-5 mm stora. Som ett mått på försprödningen an- vändes den partikelstorlek som erhölls efter l minuts malning i en laboratoriekulkvarn. I denna kvarn (Retsch Mixer Mill) placerades mälden (0,1 g) i en cylindrisk kavitet med dimen- sionerna 45 x 12 mm (längd x diameter). Malningen skedde med tvâ stàlkulor med en diameter av 10 mm. Kvarnens vibrations- frekvens var 1500 skakningar per minut.

Obehandlat poppelmjöl gav efter malning med denna anordning under l min en reduktion av partikelstorleken så att antals- mässigt huvuddelen av partiklarna låg inom omrâdet 50-75 um; dessutom kunde ett stort antal små partiklar iakttagas och, framförallt, stora partiklar med dimensionerna 0,5-l mm. 456 162 Försök utfördes sedan med behandling av det grovmalda poppel- mjölet med natriumhydroxid. Dessa tillgick så att mjölet imp- regnerades vid rumstemperatur med utspädda lösningar av Na0H så att den upptagna vâtskemängden uppgick till 2 gånger det torra ursprungsmaterialets vikt.

Det impregnerade grovmalda mjölet placerades sedan i ett vär- meskàp vid en temperatur av l80°C under 1 resp. 2 h. Den av mjölet upptagna lösningen avdunstade därvid så när som på NaOH-andelen som kvarstannade i mjölet. Efter denna behandling underkastades det torra mjölet malning i den ovan specifice- rade kulkvarnen under 30 resp. 60 s. De resultat som därvid noterades var som följer.

Tabell 1. Försprödning av grovmalet poppelmjöl genom impreg- nering med utspädda lösningar av natriumhydroxid samt torkning vid förhöjd temperatur.

Genomsnitt- lig parti- NaOH-koncentration, Temp., Tid, Maltid, kelstorlek, % °C h s um 2,5 180 1 30 1-3 2,5 180 1 60 1-3 1,0 180 1 30 20-30 1,0 180 1 60 5-10 Dessa resultat visar pá ett högst påtagligt sätt den markanta effekt som behandlingen av det grovmalda mjölet med NaOH-lös- ningarna har pá malbarheten. En särskild viktig iakttagelse är det förhållandet att de värden avseende partikelstorlek som återges i tabellen kännetecknas av en mycket snäv fördelning.

Detta är en klar förbättring i förhållande till det pulver som erhålles vid malning av obehandlat grovmalt mjöl, där en rik- lig förekomst av stora partiklar bidrog till fördelningens breddning. Genom behandlingen med Na0H-lösningarna enligt ovan 4565162 eliminerades de stora partiklarna helt i den malda produkten.

Som redan nämnts förekom partiklar med storleken 0,5-l mm även i det obehandlade mjölet som underkastats malning i kulkvarn under l min.

Som en komplettering till dessa resultat utfördes även en serie försök med impregnering av fuktigt (ca 70% vattenhalt) träpulver. Dessa försök gav följande resultat.

Tabell 2. Försprödning av grovmalet poppelmjöl genom impreg- nering med utspädda lösningar av natriumhydroxid och efterföl- jande torkning vid förhöjd temperatur. Impregnering av fuktigt pulver (70% vattenhalt), Partikel- NaOH-koncentration, Temp., Tid, Maltid, storlek, % °C h s um 2,5 180 l 30 10-15 2,5 180 l 60 3-5 2,5 180 2 60 3-4 1,0 180 l 30 20-30 1,0 180 l 60 5-10 1,0 200 l 30 - 15-25 1,0 200 l 60 5-15 1,0 180 2 60 5 0,5 200 l 60 10-l5 0,1 200 l 60 15-20 Även vid dessa försök noterades mycket snäva fördelningar av partikelstorleken efter malning med medelvärden liggande kring de i tabell 2 angivna värdena. För fullständíghetens skull bör tilläggas att en mindre andel större partiklar förekom i de tvâ sista försöken i tabellen, Natriumhydroxidens försprö- dande effekt är dock mycket påtaglig även i dessa fall.

'Nä allla ' 456 162 ? Av de ovan redovisade försöksserierna framgår således tydligt att impregnering av trämjöl med utspädda lösningar av natrium- hydroxid, följt av en värmebehandling vid förhöjd temperatur, har en kraftigt försprödande effekt på vedpartiklarna. Med tanke på den stora energiâtgången vid malning av obehandlat vedmaterial representerar detta självfallet en intressant möjlighet till en mera ändamålsenlig malprocess. Ej endast är energiàtgàngen vid malning av försprödat material lägre; vid planering av en anläggning kan man dessutom räkna med lägre kapitalkostnad då kvarnarnas kapacitet blir högre. Till detta kommer de fördelar som frånvaron av stora partiklar innebär, dvs. minskat behov av siktning i samband med malprocessen.

. Den försprödande effekten hos natriumhydroxiden, såsom den demonstrerats ovan, är inte begränsad till den här redovisade metoden, dvs. impregnering av vedsubstansen med en NaOH-lös- ning och efterföljande behandling vid förhöjd temperatur.

Denna metod har valts för att illustrera den aktuella effekten med tanke pà dess enkla anpassning till industriella förhàl- landen, t.ex. i en träpulverfabrik för framställning av fin- fördelat biobränsle. Det har således visat sig att likvärdiga resultat kan erhållas genom behandling i suspension, där träpulvret suspenderas i den aktuella NaOH-lösningen. Denna suspension utsättes sedan för förhöjd temperatur, vilket vid temperaturer överstigande lösningens kokpunkt innebär att behandlingen måste utföras under tryck. Även impregneringsmetoden kan modifieras efter behov. Således kan sprayapplicering av en Na0H-lösning av önskad koncentra- tion vara en lämplig utföringsform av uppfinningen. Natrium- hydroxídens koncentration i lösningen anpassas därtill'så att den vid sprayapplicering av träpulvret upptagna hydroxidmäng- den ger avsedd försprödning. Fördelen med denna utföringsform är bl.a. att de vätskemängder som måste hanteras i samband med den försprödande behandlingen blir avsevärt lägre.

Q 456 162 Uppfinningstanken är självfallet ej begränsad till användning- en av natriumhydroxíd som den i sammanhanget aktiva substan- sen. Andra alkaliskt verkande substanser som är lämpliga vid försprödning av ved är kaliumhydroxid och vissa organiska baser såsom aminer eller baser baserade exempelvis på kvater- nära ammoniumsalter.

Claims (6)

PATENTKRAV 456 162 4

1. l. Förfarande för framställning av mycket finfördelat pulver av ved och av andra typer av vegetabilisk biomassa lämpligt v!! för användning som bränsle k ä n n e t e c k n a t av att man behandlar grovmald ved eller annan typ av grovmald vegeta- bilisk biomassa med en utspädd vattenlösning av en alkaliskt reagerande substans och därefter utsätter materialet för för- höjd temperatur, varefter det behandlade grovmalda materialet underkastas malning, varigenom ett finfördelat pulver med snäv partíkelstorleksfördelning erhålles.

2. Förfarande enligt patentkravet 1 k ä n n e t e c k n a t av att man som alkaliskt reagerande substans använder natrium- hydroxid.

3. Förfarande enligt patentkravet l k ä n n e t e c k n a t av att man som alkaliskt verkande substans använder kalium- hydroxid.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav k ä n - - n e t e c k n a t av att behandlingen av det grovmalda mate- rialet med den utspädda vattenlösningen av den alkaliska sub- stansen sker genom impregneríng eller absorption.

5. S. Eörfarande enligt något av patentkraven l-3 k ä n n e - t e c k n a t av att behandlingen med den alkaliska substan- sen sker i suspension varvid det grovmalda materialet suspen- deras i den utspädda lösningen av den alkaliska substansen.

6. Förfarande enligt något av patentkraven l-4 k ä n n e - t e c k n a t av att ett fuktigt grovmalet material underkas- tas behandlingen med den alkaliska substansen. ~_