СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛ ИЗ БОЛЬШИХ КУСКОВ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ВОЛОКНИСТОГО СЫРЬЯ Российский патент 2013 года по МПК C10L5/44 

Изобретение относится к способу производства гранул из больших кусков возобновляемого волокнистого сырья, такого как, в частности, дерево, солома или растения, выращиваемые для производства топлива, согласно которому сырье измельчают, сушат и затем перерабатывают в гранулы в матричном прессе.

Обычно возобновляемое волокнистое сырье, такое как, в частности, дерево, солома или растения, выращиваемые для производства топлива, после уборки и доставки на завод по производству гранул в влажном состоянии грубо измельчают, сушат, снова измельчают тонко и затем, после добавления пара или воды, а иногда подходящих связующих, перерабатывают в гранулы (цилиндрические тела с диаметром 6-12 мм) в матричных прессах. Такие гранулы используются для сжигания как промышленные гранулы в большем или меньшем масштабе в домашних условиях (печи, камины). Возобновляемое сырье доступно в больших объемах не только в форме деревьев и других быстро растущих растениях, но и в форме древесных отходов, например стружки, и других отходов деревообрабатывающей промышленности. Не дающее CO₂ использование этого сырья для сгорания высоко целесообразно не только по причинам защиты окружающей среды, но и по экономическим причинам в связи с ростом цен на нефть и растущий спрос на энергию.

Грубое измельчение сырого сырья (например, рубленой соломы или древесных опилок с размерами от G10 до G100, главным образом G30 или G50) традиционно проводят в дорогостоящих и больших молотковых дробилках с расходом электроэнергии 25-35 кВт·ч на тонну измельчаемого продукта. Недостатком таких молотковых дробилок также является то, что их приходится эксплуатировать с потоками воздуха, что требует сложных пылеулавливающих фильтров для отходящего воздуха. Как альтернатива, в последнее время также используют устройства для измельчения стружки, которые потребляют приблизительно такое же количество энергии, но требуют значительного объема технического обслуживания, поскольку измельчающие ножи быстро изнашиваются и требуют замены и заточки один раз в смену.

Для производства гранул используют матричные прессы. В матричных прессах желобчатые валы движутся по матрице с отверстиями, продавливая материал, находящийся на матрице, через отверстия и уплотняя его там в гранулы (EP 0143415 A2). В этом отношении различают кольцевые матричные прессы и плоские матричные прессы. Обе прессовые системы доказали свою пригодность для превращения возобновляемого сырья, в частности соломы или древесины, в гранулы в течение многих лет. Тогда как в кольцевых матричных прессах вращающиеся валы равномерно проходят по всей ширине матрицы над совместно вращающимися фиксированными дисковыми жерновами, в случае плоского матричного пресса дисковые жернова, проходящие по матрице, совершают круговое движение. В противоположность кольцевому матричному прессу, в последнем случае материал не только уплотняется между дисковым жерновом и матрицей и продавливается через отверстия матрицы для формирования требуемых гранул, но и дополнительно подвергается срезывающему действию за счет разных относительных скоростей у дискового жернова и матрицы на пути дискового жернова.

Цель изобретения заключается в том, чтобы предложить способ вышеупомянутого типа, который требует меньше энергии для производства гранул.

В решении согласно изобретению материал, предварительно грубо измельченный в соответствующих случаях в измельчающих устройствах, до сушки измельчают в первом матричном прессе.

В одном предпочтительном варианте осуществления материал измельчают в первом матричном прессе при содержании воды по меньшей мере 15-20 мас.% в случае соломы и по меньшей мере 40-50 мас.% в случае древесины и другого сырья.

Измельчение происходит не в молотковой дробилке или режущем устройстве, как в уровне техники, а в матричном прессе. Общеизвестно измельчение сырья с длинными волокнами, например соломы, частей растений и древесных отходов, до производства гранул в матричном прессе (EP 0143415 A2). Там, однако, измельчают сухой материал, поскольку производство гранул осуществляют сразу же после измельчения, поскольку в ином случае содержание влаги в сырье будет слишком высоким для гранул приемлемого качества. Без достаточного трения материал будет проходить через отверстия без достаточного уплотнения. Более того, при высоком содержании влаги материал на выходе из уплотнительных каналов, в которых существует высокое давление, будет быстро испаряться в результате нагрева в втором прессе для производства гранул, что приведет к появлению неприемлемых трещин в гранулах, приводящих к их разрушению, в частности при дальнейшем обращении с ними. Типичное содержание влаги в материале для производства гранул поэтому составляет 10-15%, когда гранулы производят из опилок или стружки.

Настоящее изобретение основано на неочевидном факте, что измельчение все еще влажного сырья в матричном прессе, в частности в плоском матричном прессе, как альтернатива мокрому измельчению в молотковых дробилках или режущих устройствах, дает ряд преимуществ. Известно, что продукты в общем могут быть измельчены в матричном прессе. Однако такое измельчение выполняют только в отношении сухого продукта как последний этап способа сразу же перед производством гранул.

В случае возобновляемых волокнистых продуктов, в частности соломы или древесины, неожиданно было выявлено, что продукт, измельченный в матричном прессе, в частности в плоском матричном прессе, в мокром состоянии (в частности, с содержанием воды приблизительно 40-50% для древесины) имеет полностью другую структуру, которая значительно лучше для последующего производства гранул, чем в случае использования молотковых дробилок или режущих устройств. Поскольку встречаются подобные стружке удлиненные продукты, в порядке работ согласно изобретению срезывающие силы, возникающие между дисковым жерновом, материалом и матрицей в матричном прессе, приводят к образованию в большей степени волокнистых, почти похожих на вату продуктов, которые из-за их структуры могут быть переработаны после сушки в более стойкие гранулы по сравнению с традиционным измельчением. Из-за другой структуры сушка продукта, измельченного в соответствии с изобретением также происходит быстрее и с лучшим качеством чем после обработки в молотковой дробилке. Высокое содержание влаги, которое вызывает проблемы при производстве гранул, как уже было сказано, в данном случае не приводит к трудностям при измельчении.

Основной экономической выгодой способа согласно изобретению также является то, что при традиционном мокром измельчении в молотковых дробилках или режущих устройствах необходимы большие объемы воздуха, чтобы эксплуатировать такие устройства, причем такие объемы воздуха насыщаются пылью и должны быть очищены в фильтрационных системах перед выбросом в атмосферу. В способе согласно изобретению очищающие системы такого типа можно не использовать.

Плоский матричный пресс также хорошо подходит для варки целлюлозы, поскольку его дисковые измельчающие валы имеют прямой привод. Это приводит к измельчению подаваемого материала в результате действия давления валов, требуемого для прохождения по нему. При дисковых измельчающих валах без прямого привода, таких, например, как у кольцевых матричных прессах, существует опасность того, что без собственного вращения дисковые измельчающие валы будут проскальзывать по влажному материалу, не оказывая никакого измельчающего действия.

В плоском матричном прессе предпочтительно использовать цилиндрические, а не приблизительно конические, дисковые измельчающие валы, чтобы получить дополнительное срезывающее действие за счет разных относительных скоростей дискового измельчителя и матрицы по пути прохождения дискового измельчителя.

Неожиданно было установлено, что при мокром измельчении согласно изобретению в матричном прессе, в частности в плоском матричном прессе, количество подводимой энергии, при улучшенном результате измельчения, заметно ниже, чем в традиционных способах измельчения трепанием или резкой в молотковой дробилке или режущем устройстве.

Если материал недостаточно измельчен в первом матричном прессе, он может быть дополнительно измельчен после сушки в молотковой дробилке. Однако для этой цели больше не требуются вышеупомянутые молотковые дробилки, поскольку материал в любом случае достаточно предварительно измельчен. Вместо этого, как правило, тонкое измельчение материала после сушки может быть выполнено в менее дорогостоящих и сложных молотковых дробилках, например в применяемых в производстве кормов.

Изобретение относится к способу производства гранул из больших кусков возобновляемого волокнистого сырья. Описан способ, согласно которому сырье измельчают, сушат и затем перерабатывают в гранулы в матричном прессе, где материал, предварительно грубо измельченный в соответствующих случаях в измельчителях, измельчают до сушки в первом матричном прессе. Технический результат - экономическая выгода способа. 1 н. и 7 з.п. ф-лы.

1. Способ производства гранул из больших кусков возобновляемых волокнистых сырьевых материалов, в котором сырьевой материал измельчают, затем сушат и впоследствии перерабатывают в гранулы в матричном прессе, отличающийся тем, что материал, предварительно грубо измельченный в соответствующих случаях в измельчителях, измельчают до сушки в первом матричном прессе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал измельчают в первом матричном прессе с содержанием воды по меньшей мере от 15 до 20 мас.% в случае соломы и по меньшей мере от 40 до 50 мас.% в случае древесины и других материалов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что первым матричным прессом является плоский матричный пресс.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что дисковые измельчающие валы первого матричного пресса цилиндрические.

5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что дисковые измельчающие валы имеют привод.

6. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что материал дополнительно измельчают в молотковой дробилке после сушки и до переработки в гранулы.

7. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что плоский матричный пресс используют как матричный пресс, в котором материал перерабатывают в гранулы.

8. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что кольцевой матричный пресс используют в качестве матричного пресса, в котором материал перерабатывают в гранулы.