NO840014L - Fremgangsmaate for fremstilling av briketter av halm eller lignende materiale - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til fremstilling av brennbare briketter av organisk halmmateriale.

Overskuddet av halm fra landbruket avbrennes ofte på marken, men det er allerede erkjent at dette materiale er meget godt anvendelig til fyring i både små og store ovner, når det komprimeres til en kompakt form,som gjør materialet økonomisk transportabelt over forholdsvis lange avstander. For denne kompaktering er det tilstrekkelig å tilsette et egnet bindemiddel til halmmaterialet, og å sammenpresse materialet i en briketteringspresse eller ekstruder, hvorved kompakte og sammenhengende, brennbare piller eller briketter er lette å fremstille.

Det hittil foretrukne bindemiddel er et cellulosebasert middel, f.eks. som kjent under varemerket "Wafolin". Det anvendes med en innblanding på kun ca. 5% for frembringelse av den nødvendige koherens i det briketterte produkt; det angjeldende middel er imidlertid forholdsvis dyrt og dets anvendelse er minimert helt ned til det punkt hvor pillene eller brikettene dårlig nok utgjør virkelig sammenhengende emner, hvorved det er vanlig at pillene eller brikettene leveres til fyringsanlegg med en mer eller mindre oppløst struktur, hvilket gir anledning til et merkbart tap. Brikettene kan stabiliseres ved økning av innblandingsprosenten av bindemidler, men dette ville true økonomien for denne type brensel.

Oppfinnelsen har til formål å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken halmbrikettene kan fremstilles til lav pris på en slik måte, at de fremviser en høy eller i hvert fall tilstrekkelig formfasthet.

I henhold til oppfinnelsen er det konstatert at et bemerkelsesverdig effektivt bindemiddel til anvendelse i halmbriketter,er det produkt som er alminnelig kjent under be- tegnelsen flyaske, dvs. spillaske fra moderne kullfyrte kraftstasjoner. Flyaske produseres i store menger og opp-fattes vanligvis som et spillprodukt som er vanskelig å skaffe av veien, skjønt det er funnet visse akseptable an-vendelser for det. I forbindelse med oppfinnelsen er anvendelsen av flyaske imidlertid ikke bare akseptabelt, men spesielt fordelaktig, da dens virkning nærmest fullt ut kan sidestilles med bindevirkningen av de langt dyrere bindemidler som har vært anvendt hittil. Brikettproduksjonen vil derfor kunne være økonomisk endog selv om det skulle be-nyttes en forhøyet innblandingsprosent for flyasken for sikring av en pålitelig fasthet av brikkene. Imidlertid vil det ofte være tilfelle at innblandingsprosenten ikke be-høver å økes i forhold til den kjente fremgangsmåte.

Det er videre en kjennsgjerning at vanlig flyaske alt etter dens art fremviser et visst innhold av uforbrent kull, hvorved asken anvendt som bindemiddel i halmbriketter ikke utelukkende er en termisk inaktiv bestanddel. Innblandingen av flyasken i brikettene vil naturligvis bidra til aske-dannelsen ved forbrenningen av brikettene, men dels er fly-askeinnholdet lite og dels er det verdt å bemerke at den aske som frembringes av flyaskebindemiddelet vil være uskadelig for ovnen, da det vil forbli uendret som allerede produsert aske bortsett fra avbrenningen av dens restinnhold av kull.

Flyasken er effektiv som bindemiddel når den anvendes som et tørt pulver som blandes med halmmaterialet før briketteringspressingen av dette. Det er bemerkelsesverdig at man ellers ikke behøver å endre noe ved det konvensjonelle produkt av halmbriketter, bortsett fra utskiftingen av det anvendte bindemiddel, dvs. den tørre flyaskebinder kan påregnes å bli aktivert ved det trykk som materialet utsettes for ved kompakteringen i en pillepresse eller - oftest - en ekstruderingsinnretning for frembringelse av en "brutt" pølse av kompaktert, oppkuttet halmmateriale, f.eks. med en diameter på 5-20 cm og med tendens til av-brekking av brikettlengder av ca. samme størrelse, når fremstillingen foregår ved bruk av et effektivt bindemiddel. Ved anvendelse av konvensjonelle bindemidler for halmmateriale, vil det som nevnt kreve en uøkonomisk mengde eller prosentdel av bindemiddel for å gjøre de enkelte briketter eller stykker av "knekkpølsen" formfaste eller sammenhengende for unngåelse av for meget støv eller avfall, mens man ved bruk av en fullt akseptabel mengde eller prosentdel av flyaske som bindemiddel, kan frembringe brikettene som praktisk talt fullt formfaste emner med høy brennverdi.

Det er grunn til å tro at en vesentlig faktor i aktiveringen av flyaske som bindemiddel, er den forholdsvis høye temperatur, som frembringes ved materialets komprimering i briketteringspressen eller -ekstruderen, idet denne temperatur går opp til 80-250°, fortrinnsvis 100-200°. Med andre ord bør briketteringspressen eller -ekstruderen være avpasset til å kunne frembringe en slik temperaturstigning i dette materialet hovedsakelig eller utelukkende på grunn-lag av det tilførte mekaniske trykk.

En del av forklaringen på den konstaterte høye brennverdi

av brikettene,er antagelig at den tørre flyaske som inn-blandes i det oppkuttede halmmaterialet, vil absorbere noe av det vann som inneholdes i selv en forholdsvis tørr halm, hvorved brennverdien av halmmaterialet i seg selv vil bli forbedret. Vanlig flyaske kan inneholde f.eks. 2-3% vann, mens halmen typisk vil inneholde f.eks. 10-25% vann. Det er imidlertid en enda viktigere omstendighet at vannet for-dampes fra produktet ved den nevnte høye briketterings-temperatur, og i praksis kan man iaktta en sky av damp ved ekstruderingsdysen for en ekstruder som arbeider i henhold til oppfinnelsen.

Flyaske har tidligere vært foreslått til anvendelse som bindemiddel, men under ganske andre betingelser. Således er det i den europeiske patentsøknad nr.. 80300631.1, publikasjonsnummer 35.610, foreslått flyaske anvendt som en bestanddel i en vanndig oppslemming av fast brennbart av-fallsmateriale, idet flyasken anvendes sammen med en hydraulisk sement i oppslemmingen, idet denne tillates å herde, hvoretter produktet pulveriseres for dannelse av et brensel. Materialet blir ikke komprimert eller brikettert, og flyaskens evne til å bli aktivert som et bindemiddel ved trykk og varme er ikke erkjent i den angjeldende publikasjon.

I USA patentskrift nr. 4.309.190 er det beskrevet en fremgangsmåte til fremstilling av kullbriketter for gassifisering eller devolatilisering, hvorved kullpulver blandes med 10-30% aske og deretter briketteres. Asken omtales ikke som flyaske, selv om denne art av aske ville være tilgjenge-lig i langt større mengder enn de typer av asker som er spesifisert i eksemplene i det angjeldende patentskrift,

og det er ikke nærmere omtalt, hvordan eller hvorfor akse-innholdet frembringer en bindevirkning. Det er anført at kullbrikettene uten askeinnholdet ville inneholde så mange luftlommer at de ikke ville være sterke nok. Imidlertid er det ingen identifikasjon med hensyn til styrkekravene,

f.eks. med hensyn til sammenhengningsevnen ved transport over lange avstander. Den med kompakteringen av brikett-materialet forbundne temperatur er angitt til 20-100°C, hvilket generelt er for lite til aktivering av flyasken som bindemiddel. Selv om en temperatur på 80° i sjeldne til-feller kan være tilstrekkelig, bør dog kompakterings-temperaturen ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen normalt være over 100°, typisk ca. 150° opp til 200°.

USA patentskrift nr. 2.162.609 angår komprimerte for-stoffer og angir at et tørt og partikulært forstoffmateriale blandes med en liten prosentdel av et aluminiumhydrosilikat såsom bentonit eller et lignende geldannende materiale som fremviser en bindevirkning, når substansen utsettes for overflatebefuktning. Det gis ingen opplysninger med hensyn til trykk og temperatur i pelleterings- eller briketterings-prosessen, og selv om flyaske vanligvis vil ha et høyt innhold av aluminiumhydrosilikater, er det dog intet i det angjeldende patentskrift som viser frem mot flyasken som et nesten universelt bindemiddel for aktivering kun ved trykk og temperatur i en briketteringsprosess. Den omtalte til-førsel av vann eller fuktighet kan ikke på noen måte være vesentlig eller attraktiv sett i forhold til oppfinnelsen.

De kjente bidrag til anvendelsen av flyasken eller endog lignende materialer, rommer således ikke essensen av den foreliggende oppfinnelse, nemlig flyaskens evne til å virke som et effektivt bindemiddel i et forholdsvis tørt miljø, når den utsettes for tilstrekkelig høye temperatur- og trykkforhold i forbindelse med en briketteringskompaktering av det angjeldende materialet. Denne evne synes å være universell, dvs. stort sett uavhengig av hvilket materiale som forøvrig inngår i brikettene, og for den saks skyld kan dette materialet være et forstoff, f.eks. i granulær form, hvorved forstoffpiller eller -briketter utmerket vil kunne produseres ved den her angitte metode for fremstilling av brennbare briketter. En forholdsvis liten mengde flyaske i forstoffet er slett ikke ufordelaktig, da den kan representere et direkte verdifullt mineraltilskudd til dyreforet.

På den annen side er bindevirkningen av flyasken uttalt også når det kun forekommer en liten mengde av annet materiale,eller eventuelt slett intet annet materiale,dvs. det vil ikke være noen øvre grense for den mulige prosentdel av flyaske i produktet. Det kan synes urealistisk å foreta en ekstrem overdosering av bindemiddelet i noe materiale, men en unntagelse vil være det tilfellet i hvilket de ønskede egenskaper ved produktet er sammen-fallende med bindemiddelets egne egenskaper. I den foreliggende forbindelse vil en slik overensstemmelse fore-komme med hensyn til brennverdien, dvs. innholdet av fly aske-bindemiddelet kan være stort når den anvendte type av flyaske har et høyt restinnhold av uforbrent kull. Det er en bemerkelsesverdig kjennsgjerning at noen typer av flyaske har et meget høyt innhold av uforbrent kull, endog opp til 80-90%, mens andre-typer ikke inneholder mer enn ca. 10% kull, og det vil derfor forstås at et attraktivt brennbart brikettmateriale vil kunne produseres ut fra den førstnevnte type av flyaske med liten eller endog ingen innblanding av annet brennbart materiale, såsom halm. Flyasken virker fortsatt som bindemiddel når det utsettes for lufttrykk og en tilhørende høy temperatur, endog når det alene bindes mot seg selv.

Ifølge dette aspekt av oppfinnelsen kan det være en attraktiv mulighet å underkaste ethvert flyaskeprodukt en kompakterende behandling, endog når flyasken er uegnet til varmefrembringelse, nemlig for å bringe flyasken til en fast form, hvori den vil være lett å håndtere og lagre som et rent spillprodukt.

Som nevnt kan residualinnholdet av kull i flyaske variere betydelig alt etter typen av flyasken eller snarere typen av det fyringsanlegg som har produsert asken, således som det er velkjent i fagkretser. Utmerkete brenselbriketter kan fremstilles ved kompaktering av ren flyaske av en type som inneholder 80-85% kull, og generelt vil det naturligvis væreønskelig i forbindelse med oppfinnelsen å arbeide med flyaske med et høyt kullinnhold i brensel-brikettene. Flyaskens evne til å bli aktivert som et bindemiddel med trykk og varme synes ikke å være særlig avhengig av flyaskens kullinnhold. Når flyasken kun anvendes med en liten innblandingsprosent i det materialet som skal briketteres, er det naturligvis mindre vesentlig om flyasken har et høyt kullinnhold, og flyaske med et kullinnhold på kun ca. 10% er utmerket anvendbart i halmbriketter, når disse kun inneholder f.eks. 5% flyaske.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives ved angivelse

av et eksempel: Briketter av hvetehalm ble fremstilt ved blanding av halmmaterialet med 4,5% av et flyaskepulver inneholdende 20% kullstoff, idet blandingen ble ført til en ekstruder med en diameter av ekstruderingsdysens inn-føringsåpning på 5 cm og med et kompakteringsstempel med litt mindre diameter. Ut for den fremre ende av stempel-et i dettes forreste stilling var dysekanalen utvidet til en diameter på 6,6 cm, idet kanalen fortsatte fremad gjennom et kort konisk innsnevrende stykke til en dyseut-gang med diameter 6 cm. Et stempeltrykk av størrelsen 10-20 tonn ble anvendt for å drive materialet gjennom dysen i en slik mengde, at det ble frembragt en kompakteringstemperatur på ca. 150°C. Produktet var en ekstrudert stang med tendens til å brekke for frembringelse av sammenhengende brikettemner med en lengde på 10-20 cm. Vanninnholdet i produktet var 7%, mens den benyttede halm opprinnelig frem-viste 15% vann.

Det antas relevant å nevne at det på basis av en lignende produksjonsmetode er funnet kommersielt attraktivt å kontrahere om levering av en foreløpig mengde av halmbriketter på ca. 250 tonn fra Danmark til Sveits. Mer relevante leveranser kan naturligvis foregå til lokale for-brukere, enten det dreier seg om private fyranlegg eller regionale kraft- eller varmeverk.

Det antas å være viktig at ekstruderdysen fremviser en konisk innsnevrende del for frembringelse av en hurtig temperaturstigning i materialet som et resultat av stempelets kompakteringsvirkning. Det nødvendige mottrykk kan sannsynligvis tilveiebringes ved hjelp av en rett dysekanal, nemlig som følge av friksjonsinngrepet mellom materialet og kanalveggen, men kanalen skulle i så fall være temmelig lang for å frembringe det nødvendige mottrykk, og dette ville innebære en spredning av varmeutvik-lingen, og en tilhørende utbredt kjøling av materialet i kompakteringsfasen, hvorved den ønskede høye temperatur for aktivering av flyaskebindemiddelet neppe ville være oppnåelig, eller i det minste kun med et stor tap av til-ført energi.

I praksis kan brikettene ifølge oppfinnelsen fremstilles

på samme måte som briketter basert på cellulose-bindemiddel, med den unntagelse, at flyasken erstatter det dyre cellulose-bindemiddel, likesom det skal tas omsorg for å utføre kompakteringen på en slik måte at det frembringes en forholdsvis høy temperatur i materialet, hvilket imidlertid er et spørsmål om faglig tilpassing av kompakteringstrykket og -betingelsene til de aktuelle krav. Det antas derfor unødvendig å gi noen nærmere beskrivelse av et apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, da slike apparater kan være praktisk talt de samme som allerede kjennes for fremstilling av briketter basert på bruk av cellulose-binder. Dette forhold er naturligvis en ytterligere vesentlig fordel ved oppfinnelsen.

Det er allerede utviklet fremgangsmåter for uttrekking av tungmetaller og visse andre komponenter fra flyaske,

hvorved den således behandlede aske vil være enda mer fordelaktig som briketteringsbindemiddel, dels - for brensel-briketters vedkommende - på grunn av den tilhørende for-økelse av kullinnholdet, og dels i alminnelighet på grunn av den miljømessige betydning av det rensede produkt.

Det skal nevnes at halmbriketter med flyaske som bindemiddel synes å beholde sin form under forbrenningen,inntil alt brennbart materiale er oppbrukt; dette er fordelaktig ved at det gjør brikettene velegnet til bruk i vanlige kullfyrte anlegg. I mange vanlige kjeler, også i store kraftverk, er det ønskelig å anvende brenselpiller av liten størrelse, f.eks. stavformede piller med en diameter på 1 cm, og en lengde på en eller noen få centimeter, og det har ved oppfinnelsen vist seg mulig å fremstille slike piller ved hjelp av en vanlig matrisepresse med eksentrisk roterende trykkstempel.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av brennbare piller eller briketter av halm eller annet brennbart materiale, som blandes med et bindemiddel og kompakteres til piller eller briketter ved ekstrudering eller på annen måte, karakterisert ved at det som bindemiddel anvendes flyaske, og at det hovedsakelig tørre materialet kompakteres ved et trykk, som er tilstrekkelig til å frembringe en temperatur på minst 75°, fortrinnsvis 100-200°, i materialet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at materialet kompakteres i en ekstruder med en konisk innsnevrende ekstruderingsdyse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kompaksjonstrykket er 250-2.500 kp/cm 2 av materialet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som bindemiddel anvendes flyaske av en art som er rik på kullstoff og anvendes i materialet med en innblanding på mer enn 10%.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at flyaskeandelen i halmmaterialet reguleres til 3-15%.