TWI752538B

TWI752538B - 固態生質燃料的製造方法

Info

Publication number: TWI752538B
Application number: TW109121733A
Authority: TW
Inventors: 謝佳延; 陳崇德; 劉皓; 方俊傑
Original assignee: 瑩越資源股份有限公司
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2022-01-11
Also published as: TW202200768A

Abstract

一種固態生質燃料的製造方法，包含步驟：將一油泥與一粗糠混合成為一第一混合物，並靜置一預定時間；將一木屑添加至該第一混合物中，並混合成為一第二混合物；將一稻稈添加至該第二混合物中，並混合成為一第三混合物；以一特定溫度對該第三混合物進行加熱，以得到一糊化生質溶液；以及冷卻該糊化生質溶液以得到該固態生質燃料。該固態生質燃料以重量計包含25至35%的該油泥、5至15%的該粗糠、15至25% 的該木屑以及30至40%的該稻稈，並具有顆粒的強度佳、粒度均勻以及成型率高之優點。

Description

固態生質燃料的製造方法

本發明係關於一種再生能源的領域，特別是關於一種固態生質燃料的製造方法。

生質能是指利用生質材料經轉換所獲得的電、熱等可用的能源，其為再生能源，並且由於使用的原料為廢棄物，而兼具廢棄物的回收處理與能源生產的雙重效益。生質材料泛指由生物產生的有機物質，種類繁多，例如，木材及林業廢棄物，例如木屑；農作物及農業廢棄物例如稻稈、粗糠、蔗渣；畜牧業廢棄物，例如動物屍體；工業有機廢棄物，例如油泥、廢液、廢溶劑。

生質能轉換為能源的方式包括直接燃燒、物理轉換、熱轉換技術以及化學/生物轉換方式，其中在物理轉換的方式中，包括將原料進行破碎、混合、乾燥、成型等步驟，以製成易於運輸及儲存的固態生質燃料。

中國大陸發明專利公布第CN106398798A號揭露一種生物污泥製成固態生質燃料的方法，包含一溶胞步驟、一壓濾步驟、一乾燥步驟、一磨料步驟及一混合步驟，其中該溶胞步驟是利用水力及臭氧對一生物污泥中所含微生物的細胞壁進行破壞，該壓濾步驟是利用加壓過濾的方式使該生物污泥固液分離。由上述步驟可知，此固態生質燃料的製造過程需額外利用臭氧及水力以對污泥進行預處理，因而增加了整體製備繁複度及成本。

中國大陸發明專利公布第CN105498625B號揭露一種油泥調質固型化造粒的方法，包括步驟：將油泥注入油泥濃縮罐中進行破乳絮凝沉降分離，下部含水油泥與絮凝改性劑混合後進入臥式螺旋離心機進行分離，分離液進入壓濾機進行壓濾，製得的濾餅與離心分離得到的油泥餅混合後作為待處理油泥，將油泥與固化劑、調質添加劑進行混合成形態均一的物料，最後加入造粒機中以進行造粒。由上述步驟可知，此方法繁瑣，且須另外添加絮凝改性劑、調質添加劑該等人工合成化學製劑，不僅增加成本，並且未能完整落實環保理念。

綜上所述，習知之固態生質燃料的製造方法有其改良之必要。

本發明之主要目的在於提供一種固態生質燃料的製造方法，能在環保前提下高效且簡便地製造出固態生質燃料，同時解決廢棄物問題。

為達上述之目的，在本發明之一實施例中，提供一種固態生質燃料的製造方法，包含步驟：將一油泥與一粗糠混合成為一第一混合物，並靜置一預定時間；將一木屑添加至該第一混合物中，並混合成為一第二混合物；將一稻稈添加至該第二混合物中，並混合成為一第三混合物；以一特定溫度對該第三混合物進行加熱，以得到一糊化生質溶液；以及冷卻該糊化生質溶液以得到固態的該固態生質燃料，其中該固態生質燃料以重量計包含25至35%的該油泥、5至15%的該粗糠、15至35%的該木屑以及30至40%的該稻稈。

在本發明之一實施例中，該預定時間為10至15分鐘。

在本發明之一實施例中，該特定溫度為80至120℃。

在本發明之一實施例中，該油泥的含水率為20至30%

在本發明之一實施例中，該木屑的含水率為4至7%。

在本發明之一實施例中，在冷卻該糊化生質溶液以得到固態的該固態生質燃料的步驟中，係以常溫對該糊化生質溶液進行冷卻。

本發明的有益效果在於：本發明的固態生質燃料的製造方法的原料採用各種農業廢棄物，而能解決農業廢棄物的汙染問題，並且製造方式簡單，無須添加額外的化學合成製劑，大幅降低成本，真正落實環保效益。此外，透過本發明的固態生質燃料的製造方法所製造而得的固態生質燃料，藉由油泥、粗糠、木屑及稻稈的比例分別界定在25至35%、5至15%、15至25%及30至40%，以及其特定的施加、混合順序，而具有造粒成率高（至少60%）、緻密、平滑、粒度均勻、強度佳之優點。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的「%」若無特定說明皆指「重量百分比（wt%）」；數值範圍（如10%至15%的A）若無特定說明皆包含上、下限值（即10%≦A≦15%）及範圍中的所有數值點（如11、12、13、14……）；數值範圍若未界定下限值（如低於0.2%的B，或0.2%以下的B），則皆指其下限值為趨近於0但不包含0（即0%>B≦0.2%）；各成份的「重量百分比」之比例關係亦可置換為「重量份」的比例關係。上述用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

本發明之一實施例之一種固態生質燃料的製造方法，包含以下步驟：將一油泥與一粗糠混合成為一第一混合物，並靜置一預定時間。詳細而言，混合方式可透過攪拌，可選的，攪拌方式為手動或機器，例如電動攪拌器。油泥來源可包括石油化工業的油泥、除油處理所產生的油泥、切削油油泥等廢棄物油泥，或者是其他具有一定熱值的油泥，且含水率約在20至30%。粗糠的成分包括澱粉。油泥及粗糠透過摻拌而相互混合，並在靜置後，澱粉的體積因其吸水而膨脹數十倍（膨潤反應），使得生澱粉的膠束消失。較佳地，該預定時間為10至15分鐘。

接著，將一木屑添加至該第一混合物中，並混合成為一第二混合物。在此步驟中，木屑的施加目的主要為控制含水率以及作為骨材用途。木屑本體含水率約4至7 wt%，而可將整體含水率降至約10至19 wt%；可選地，將整體含水率降至約12至18 wt%。

再來，將一稻稈添加至該第二混合物中，並混合成為一第三混合物。此步驟的目的在於增加成型機率及作為改善過高含水率油泥之原料。值得注意的是，由於稻稈的纖維狀結構過多，因此添加量應控制在40 wt%以下，以避免造成固態生質燃料的成型困難。

然後，以一特定溫度對該第三混合物進行加熱，以得到一糊化生質溶液。在本實施例中，該特定溫度為80至120℃，使得澱粉膠束全部崩潰，而形成澱粉單分子，並為水包圍，而成為溶液狀態，此稱為糊化現象。可選地，該特定溫度為90至110℃。可選地，該特定溫度可為80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃。

最後，冷卻該糊化生質溶液以得到固態的該固態生質燃料，使多餘的水分散失及顆粒度的硬度提升，進而延長保存及外觀的完整，以利做為後續固態生質燃料的使用及販售。較佳地，在本實施方式中，係以常溫對該糊化生質溶液進行冷卻以得到固態的該固態生質燃料。

在經由上述步驟中所製備而得的該固態生質燃料，以重量計包含25至35%的該油泥、5至15%的該粗糠、15至25%的該木屑以及30至40%的該稻稈。可選地，在其他實施方式中，固態生質燃料以重量計可包含30%的油泥、10%的粗糠、30%的木屑以及30%的稻稈。

現在參考以下實施例，其與以上描述一起以非限制性方式示出了本發明的一些實施方式。

實施例1：

首先將270公斤的油泥與90公斤的木屑粗糠透過攪拌而混合成為一第一混合物，並靜置10分鐘，以進行膨潤反應，使生澱粉的膠束消失。詳細而言，油泥的含水率約在20至30 wt%。接著，將270公斤的木屑添加至該第一混合物中，並混合成為一第二混合物。再來，將270公斤的稻稈添加至該第二混合物中，並混合成為一第三混合物。然後，以90℃對該第三混合物進行加熱，以得到一糊化生質溶液。最後，在室溫下冷卻該糊化生質溶液以得到固態的固態生質燃料。

如第1圖所示，該固態生質燃料概呈圓柱形顆粒狀，直徑範圍約為3.5至6.5毫米。該固態生質燃料經近似分析得到，含水量為10.26 wt%、熱值為5777 kcal/kg、揮發份為79.7 wt%、灰燼為7 wt%及固定碳為13.25 wt%。

該固態生質燃料的元素分析檢測結果如下表1所示：

表1

	重量（毫克）	C%	H%	O%	N%	S%
固態生質燃料	2.587	55.70	5.16	32.78	0.86	0.37
2.825	55.57	2.26	32.62	0.87	0.57
標準差	0.09	0.070	0.11	0.007	0.14

將該固態生質燃料進行燃燒之廢氣分析，燃燒條件概述如下：

每顆固態生質燃料固定為1克，長度約為8毫米。加熱爐系統由兩片20x30公分、間距4.5公分的加熱板組成，最大功率2kW，最高溫度可達900℃。以不鏽鋼管將固態生質燃料投至平台，並使用電子式流量計輸送氣體。

該固態生質燃料的廢氣分析結果如下表2所示：

表2

	最大濃度示意表
氣體種類
O ₂（%）	CO ₂（%）	CO（ppm）	NO _x（ppm）
溫度
500℃	19.98	0.6	234	25
600℃	18.87	1.3	223	51
700℃	16.36	3.2	124	111
800℃	13.94	4.6	672	156

參照第2至5圖，其分別為在溫度500℃、600℃、700℃及800℃下所測得的氣體濃度，可以觀察到隨著溫度增加，CO濃度降低，表示燃燒效果越好，而CO ₂與NO _x之濃度也隨之增加。在800℃時，CO濃度提高，原因推測為因環境溫度高，當固態生質燃料落至平台時，揮發份在前期瞬間大量產生所導致。

該固態生質燃料透過XRF光譜儀所進行的重金屬分析的結果如下表3所示：

表3

分析項目	總重金屬（ppm）	毒性特性溶出程序（TCLP）檢測值（ppm）	毒性特性溶出程序（TCLP）溶出標準（毫克/公升）
砷	N.D	N.D	>5.0
鎘	N.D	N.D	>1.0
鉻	91	4.5	>5.0
銅	178	8.9	>15.0
汞	N.D	N.D	>0.2
鉛	14	0.7	>5.0

如表3所示，該固態生質燃料的總砷、總鎘、總鉻、總銅、總汞及總鉛濃度，均低於TCLP溶出標準，而證明透過本發明之固態生質燃料的製造方法所製造而得的固態生質燃料非屬有害事業廢棄物。

實施例2：

首先將280公斤的油泥與95公斤的木屑粗糠透過攪拌以混合成為一第一混合物，並靜置12分鐘，以進行膨潤反應，使生澱粉的膠束消失。詳細而言，油泥的含水率約在20至30 wt%。接著，將290公斤的木屑添加至該第一混合物中，並混合成為一第二混合物。再來，將300公斤的稻稈添加至該第二混合物中，並混合成為一第三混合物。然後，以110℃的溫度對該第三混合物進行加熱，以得到一糊化生質溶液。最後，在室溫下冷卻該糊化生質溶液以得到一固態的固態生質燃料。

實施例3：

首先將260公斤的油泥與80公斤的木屑粗糠透過攪拌而混合成為一第一混合物，並靜置15分鐘，以進行膨潤反應，使生澱粉的膠束消失。詳細而言，油泥的含水率約在20至30 wt%。接著，將270公斤的木屑添加至該第一混合物中，並混合成為一第二混合物。再來，將285公斤的稻稈添加至該第二混合物中，並混合成為一第三混合物。然後，以120℃的溫度對該第三混合物進行加熱，以得到一糊化生質溶液。最後，在室溫下冷卻該糊化生質溶液以得到一固態的固態生質燃料。

另外，參照第6圖至第10圖，其分別示出以同樣成分但非本發明之固態生質燃料的製造方法中所界定的成分比例所製造而得的固態生質燃料，以作為比較例。

如第6圖所示的固態生質燃料，該固態生質燃料的油泥為50 wt%、骨材45 wt %，並另外添加5 wt%的黏著劑。雖然所得成品整體硬度及外觀佳，然而水泥特性影響造粒產生高灰分，使得鍋爐燃燒後灰燼的產生量較多，而增加掩埋處理成本。

如第7圖所示的固態生質燃料，該固態生質燃料的油泥為50 wt%、木屑40 wt%及粗糠10 wt%。所得的成品硬度較為不足，保存後有受潮崩解現象。

如第8圖所示的固態生質燃料，該固態生質燃料的油泥為20 wt%、木屑70 wt%及粗糠10 wt%。可觀察到，所得的成品無法有效成型，其係因原料水分過低，碎粒不能充分延展，使粒子嵌合不夠緊密。雖然，因油泥添加比例減少而達到低灰分之優點，但也造成RDF-5熱值降低之缺點。

如第9圖所示的固態生質燃料，該固態生質燃料的油泥為30 wt%、木屑60 wt%及粗糠10 wt%。可觀察到，所得的成品的成型率明顯提升，但與本發明的固態生質燃料的製造方法所製造而得的固態生質燃料相比，緻密度仍較差。

如第10圖所示的固態生質燃料，該固態生質燃料的油泥為40 wt%、木屑50 wt%及粗糠10 wt%。可觀察到，該固態生質燃料的造粒成效差。

從以上比較例可知，本發明的固態生質燃料的製造方法所製造而得的固態生質燃料，藉由本發明的固態生質燃料的製造方法中油泥、粗糠、木屑及稻稈的比例分別界定在25至35%、5至15%、15至25%及30至40%，以及其特定的施加、混合順序，而具有造粒成率高（至少60%）、粒度均勻、顆粒強度佳之優點。此外，在本發明的固態生質燃料的製造方法中稻稈的添加，不僅能改善過高含水率的油泥，以增加成型機率，且能解決稻稈本為農業廢棄物之問題。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

第1圖為根據本發明之一實施方式之固態生質燃料的製造方法所製造而得的固態生質燃料的圖像；第2至5圖分別為根據本發明之一實施方式之固態生質燃料的製造方法所製造而得的固態生質燃料經進行燃燒之廢氣分析，在溫度500℃、600℃、700℃及800℃下所測得的氣體濃度；以及第6至10圖分別為以其他固態生質燃料的製造方法所製造而得的固態生質燃料的成品的圖像。

Claims

一種固態生質燃料的製造方法，包含步驟：將一油泥與一粗糠混合成為一第一混合物，並靜置一預定時間；將一木屑添加至該第一混合物中，並混合成為一第二混合物；將一稻稈添加至該第二混合物中，並混合成為一第三混合物；以一特定溫度對該第三混合物進行加熱，以得到一糊化生質溶液；以及冷卻該糊化生質溶液以得到固態的該固態生質燃料，其中在該製造方法中，不添加化學合成製劑，並且該固態生質燃料以重量計包含25至35%的該油泥、5至15%的該粗糠、15至35%的該木屑以及30至40%的該稻稈。
如請求項1所述之固態生質燃料的製造方法，其中該預定時間為10至15分鐘。
如請求項1所述之固態生質燃料的製造方法，其中該特定溫度為80至120℃。
如請求項1所述之固態生質燃料的製造方法，其中該油泥的含水率為20至30%。
如請求項1所述之固態生質燃料的製造方法，其中該木屑的含水率為4至7%。
如請求項1所述之固態生質燃料的製造方法，其中在冷卻該糊化生質溶液以得到固態的該固態生質燃料的步驟中，係以常溫對該糊化生質溶液進行冷卻。