CN101010417A - 制造燃料芯块的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于从生物材料，优选锯屑、木制品和类似材料制造燃料芯块的方法，该方法包括以下步骤：将所述材料供给到干燥步骤(1)，然后将材料从相对湿度40－65wt％干燥到30－45wt％；将所述材料从干燥步骤(1)任选地经过中间的存储步骤(2)，供给到反应器步骤(3，3’)，然后通过提供蒸汽将所述材料加热到200－300℃；使所述反应器内的所述材料在操作温度下保持充足的时间以软化所述材料；以至少两个步骤降低反应器步骤(3，3’)的压力以便使材料纤维分离并释放木质素，以及将所述材料从反应器步骤(3，3’)任选地经由中间的存储步骤(4)，供给到另一个干燥步骤(5)；以及任选地，使所述材料成粒状。

Description

制造燃料芯块的方法

本发明涉及制造生物材料的燃料芯块的方法，所述生物材料优选锯屑、木制品和类似的材料。

在本发明的内容中，燃料芯块是粒状物质的生物材料，如树皮、锯屑、木制品，它们可以用在为产生热量目的的燃料电厂中、用于产生蒸汽以及作为还原剂。

在最近几年中，人们对环境方面，尤其是“化石”CO₂的排放问题目益关注。许多国家都致力于从使用化石能源，如石油、天然气、煤和焦炭向生物能源或可再生能源转换，以便减少各个国家“化石”CO₂的排放。

传统的生物能源是树皮和木屑，而且已经建立了许多电厂来利用这些资源。这类电厂优选建造在工业化地区和具有工业企业的城市的大型中心热电厂中，在这些地区，可以低成本获取资源。

已知从锯屑和其他可燃的有机材料制造燃料芯块。这些已知的方法主要旨在将锯屑供给到反应器内，随后加入蒸汽以增大温度，提供充足的保持时间，然后加压还原，清空反应器以使木制品的木质素被释放并形成颗粒表面的涂层。接着，材料被干燥到足够的程度以便成粒状。最后，通过压片机(pellets press)制造芯块。这些已知的方法非常需要能量，而且如果供给材料的湿气含量高的话，电厂容量就会大幅降低。原因就在于反应器内的水和干物质必须被加热。若供给材料内的湿气含量高，那么就将供给比所需蒸汽更多的量，这会造成大量的蒸汽冷凝，结果使材料湿度更大。这会导致高的蒸汽消耗和能量损失。材料内增大的水含量离开反应器会造成接下来的干燥过程中较高的能量消耗和较长的保持时间，因而降低了容量。

这些现有方法的缺陷是终端产品差的凝聚力，且由于此芯块在使用前分裂，以及另外地，芯块的燃烧会产生大量的灰尘。灰可以对环境造成巨大冲击并需要处理以便阻止灰污染空气和工作环境。

另一个缺陷是材料通过反应器后所必须的干燥过程慢而且非常耗能。

从US 4502227中可知，处理有机材料，尤其是煤的一种连续方法，该方法中有机材料被引向预加热阶段，该阶段产生含水悬浮液或浆料，接着其被泵送到高压釜或反应器。经过高压釜后，该材料被引向干燥步骤，之后到改良阶段。有机材料，任选地，加压还原后的材料在压力条件下成粒状。

从US 4211740中已知一种从植物材料制造燃料芯块的方法，该方法中材料被加热，然后成粒状。

本发明的目的是提供一种制造燃料芯块的方法，所述方法阻止芯块分裂并避免形成大量的灰尘。另一个目的是可以制造燃料芯块而无需添加剂以便避免形成灰和分裂。又一个目的是提供一种方法和上述类型的设备，它们会产生最小的能量消耗。

本发明的这些和其他目的可以通过一种方法实现，该方法用于制造生物材料，优选锯屑、木制品和类似的材料的燃料芯块，其特征在于：

将所述材料供给到干燥步骤，然后将材料从相对湿度40-65wt％干燥到30-45wt％；

将所述材料从干燥步骤任选地经过中间的存储步骤，供给到反应器步骤，然后通过提供蒸汽将所述材料加热到200-300℃；

使所述反应器内的所述材料在操作温度下保持充足的时间以软化所述材料；

以至少两个步骤的所述反应器步骤内减压以便使材料纤维分离并释放木质素，以及将所述材料从反应器步骤供给到另一个干燥步骤，任选地经由中间的存储步骤；以及

任选地，使所处理的材料成粒状。

在干燥步骤中，材料的保持时间优选在1-3秒的范围。

反应器步骤中，材料的保持时间优选在1-15分钟的范围。

反应器步骤优选包括至少两个反应器以及第一步骤的减压通过将来自其中一个反应器的减压的过剩蒸汽供给到另一反应器来获得，以及所述反应器内的剩余压力用来使材料离开反应器。

本发明通过以下参考附图描述的示例性实施方案将得到更充分地理解。

图1是示意性地显示了根据本发明方法的各步骤的框图。

图2是显示了干燥进度随时间变化的曲线。

在图1中，描绘了根据本发明方法的各步骤。待处理的有机材料被供给到预干燥步骤1。预干燥步骤通常可以包括所谓的气流干燥器。有机材料通常含40-65wt％的湿度。在预干燥步骤1，有机材料在约1-3秒中被加热到通常高于100℃的温度。由于此结果，所以降低了粒状有机材料的表面湿度以及在干燥步骤中存在的材料通常具有30-45％的湿度含量。

干燥步骤1的目的是从颗粒中去除“游离水”。游离水是颗粒表面层内的水和有机材料颗粒开孔内存在的水。快速干燥的目的是去除尽可能多的游离水，以便降低随后的反应器内的加热所需的热量，以及另外地，在颗粒内保留足够量的凝结水以便使颗粒在之后的减压条件下能够爆裂。这会造成一部分木质素被释放以及此木质素在后来的粒化过程中用作结合剂。

在干燥步骤之后，有机材料供给到中间的存储或缓冲步骤2。缓冲步骤2可以包括一个或多个中间的储存容器。从缓冲步骤2，材料被供给到反应器步骤3。反应器步骤3可以包括一个且优选数个反应器。在两个或数个反应器的情形下，这些反应器可以并联并以间歇法操作。以下将说明反应器步骤3的作用，其具有两个并联的反应器3，3’。来自缓冲步骤2的材料被引向第一反应器3。蒸汽供给到第一反应器3，然后材料通常在1-15分钟内被加热到200-300℃。此加热会使材料变软。同时因为第一反应器受到蒸汽的压力，来自缓冲步骤2的材料被引向第二反应器3’。当第一反应器3内的材料获得充足的保持时间和温度时，第一反应器3的压力以两个步骤降低。这会引起纤维分离以及材料内的木质素得到释放。在第一步骤，第一反应器的压力通常减半以及蒸汽供给到第二反应器3’。第二反应器3’被供给额外的蒸汽以便在第二反应器内通常达到200-300℃的温度。第一反应器3内的材料凭藉剩余压力被引出反应器，然后供给到另一个缓冲步骤4。接着，第一反应器被供给另一材料，以及通过第二反应器3’的减压，来自第二反应器3’的过剩蒸汽被供给到第一反应器3。第一反应器被供给额外的蒸汽，然后整个顺序被重复。

从缓冲步骤4，其可以包括一个或数个中间的存储容器，材料被供给到干燥器5，这里湿度通常被降低到小于15-20wt％。干燥器5内的保持时间通常是15-60分钟。从干燥器5，材料被供给到压片机，这里生成作为终产品的芯块。

因为在反应器步骤3的处理过程中释放了材料的木质素，所以并不需要供给额外的结合剂。

图2是显示了有机材料颗粒的一般干燥进度的图。正如图所示，湿度的降低不与时间成线性关系。起先由于颗粒的表面湿度消失地很快，湿度迅速降低。只要表面湿度已经被去除，那么颗粒内的湿气将会朝表面扩散，结果颗粒内的内部湿气的去除会消除得相当慢。因此，只要表面湿度已被去除，那么曲线就会变得显著地平。优化此干燥的可能的方法是使用两步干燥，其中第一步是供给大量的空气和加热，以及第二步具有延长的保持时间。这种优化会导致可以在两个干燥步骤都获得较大的容量，并伴有能量消耗的降低。当材料是较干燥的，即根据本发明的35-45wt％的相对湿度对传统方法的45-65wt％的相对湿度，尽管这样，这将是材料内足够的残余湿度以允许材料在用蒸汽供给的加压容器内被纤维分离，之后伴有压力减小。

Claims (4)

1.一种用于从生物材料，优选锯屑、木制品和类似材料制造燃料芯块的方法，其特征在于：

将所述材料供给到干燥步骤(1)，然后将所述材料从相对湿度40-65wt％干燥到30-45wt％；

将所述材料从所述干燥步骤(1)任选地经过中间的存储步骤(2)，供给到反应器步骤(3，3’)，然后通过提供蒸汽将所述材料加热到200-300℃；

使所述反应器内的所述材料在操作温度下保持充足的时间以软化所述材料；

以至少两个步骤降低反应器步骤(3，3’)的压力以便使所述材料纤维分离并释放木质素，以及将所述材料从所述反应器步骤(3，3’)任选地经由中间的存储步骤(4)，供给到另一个干燥步骤(5)；以及

任选地，使所述材料成粒状。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述干燥步骤(1)中，所述材料的所述保持时间在1-3秒的范围。

3.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于在所述反应器步骤(3，3’)中，所述材料的所述保持时间在1-15分钟的范围。

4.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于所述反应器步骤(3，3’)包括至少两个反应器(3，3’)，以及在于所述第一步骤的压力减少通过将来自其中一个所述反应器的减压的过剩蒸汽供给到另一反应器来实现，以及在于所述反应器内的剩余压力用来使所述材料离开所述反应器。

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