Спосіб виготовлення паливних брикетів

1. Спосіб виготовлення паливних брикетів з біологічного матеріалу, переважно тирси, деревини або інших подібних матеріалів, який відрізняється тим, що: висушують матеріал на етапі (1) сушки до рівня відносної вологості від 40-65 % ваги до 30-45 % ваги; подають матеріал після етапу (1) сушки, як варіант, через проміжний етап (2) зберігання, до реак C2 2 (19) 1 3 85885 тиску та спорожнення реактора, при цьому деревина звільняється від лігніну, який утворює покриваючий шар на її частинках. Потім матеріал висушують до такої міри, що він стає придатним для брикетування. Тоді з допомогою брикеточного преса утворюють брикети. Ці відомі рішення є дуже енергоємними, а якщо сировина включає багато вологи, то пропускна спроможність обладнання значно зменшується. Причиною цього є те, що і вода, і сухий матеріал мають бути розігріті у реакторі. Через високий вміст вологи у сировині витрачається забагато пари, яку необхідно конденсувати, а матеріал стає ще більш вологим. Це призводить до значного споживання пари та втрати енергії. Підвищений вміст води у матеріалі, який виходить з реактора, призводить до збільшеного споживання енергії та більш тривалого процесу висушування, що зменшує пропускну спроможність обладнання. Недоліками вищезгаданих рішень є слабке зчеплення кінцевого продукту, яке призводить до руйнації брикетів, і яке утворює велику кількість пилу при горінні брикетів. Пил може мати дуже значний вплив на навколишнє середовище та потребувати додаткові витрати для запобігання забрудненню повітря та робочих місць. Іншим недоліком є дуже повільний та енергоємний процес висушування, який відбувається після того, як матеріал пройшов через реактор. В US 4 502 227 розглянуто безперервний процес обробки органічного матеріалу, особливо вугілля, в якому органічний матеріал піддають нагріванню, при якому виробляється водяниста суспензія або осад, який потім викачують до автоклава або реактора. Після автоклава матеріал осушують, а потім підвищують його якість. Далі органічний матеріал, як варіант, після зменшення тиску, брикетують під тиском. В US 4 211 740 розглянуто спосіб виготовлення паливних брикетів з рослинного матеріалу, в якому матеріал нагрівають і потім брикетують. Мета цього винаходу полягає у створенні способу виготовлення паливних брикетів, який запобігає руйнації брикетів та утворенню великої кількості пилу. Іншою метою є можливість виробляти паливні брикети без використання домішок, щоб уникнути утворення пилу та руйнації. Додаткова мета полягає у створенні вищезгаданого способу з мінімальним споживанням енергії. Цього можна досягти з допомогою способу виготовлення паливних брикетів з біологічного матеріалу, переважно тирси, деревини та інших подібних матеріалів, який відрізняється тим, що: висушують матеріал на етапі сушки до рівня відносної вологості від 40-65% ваги до 30-45% ваги; подають матеріал після етапу сушки, як варіант, через проміжний етап зберігання, до реакторного етапу, де матеріал стискають і постачанням пари нагрівають до 200-300°С; утримують матеріал в реакторі при досягнутій температурі на протязі часу, достатнього для його пом'якшення; зменшують тиск в реакторах на реакторному етапі на протязі щонайменше двох стадій, на пер 4 шій стадії знижують тиск для дефібрації матеріалу і вивільнення лігніну, а на другій стадії зменшують тиск для подачі матеріалу з реакторів на реакторному етапі до додаткової сушки на етапі сушки, як варіант, проходячи етап проміжного зберігання, і, брикетують оброблений матеріал. Час утримання матеріалу на сушильному етапі складає переважно 1-3 секунди. Час утримання матеріалу на реакторному етапі складає 1-15 хвилин. Під час реакторного етапу переважно використовують принаймні два реактори, а зменшення тиску на першому етапі відбувається з допомогою подачі надлишкової пари одного з реакторів до іншого, а тиск, який залишився у реакторі, використовують для подачі з нього матеріалу. Далі більш детально описано втілення винаходу в якості прикладу з посиланнями на креслення, на яких: Фіг.1 - блок-схема, яка схематично зображує різні етапи способу згідно винаходу. Фіг.2 - діаграма, яка зображує процес висушування у вигляді функції часу. На Фіг.1 зображено різні етапи способу згідно винаходу. На етапі 1 органічний матеріал подають для попередньої сушки. Під час попередньої сушки, як правило, може використовуватися термічний сушильний апарат. Органічний матеріал, як правило, має вологість, яка становить 40-65% ваги. На сушильному етапі 1 органічний матеріал підігрівають до температури, як правило, більшої за 100°С протягом приблизно 1-3 секунд. Це зменшує вологість поверхні органічного матеріалу, а матеріал після цього етапу сушки, як правило, має вміст вологи 30-45%. Метою виконання етапу 1 сушки є видалення "вільної води" з частинок. Вільна вода - це вода, яка присутня у поверхневому шарі та у відкритих порах частинок органічного матеріалу. Швидке висушування призначено для видалення максимальної кількості вільної води, що зменшує вимоги до підігрівання у реакторі, та для додаткового утримання достатньої кількості зв'язаної води у частинках, що робить частинки здатними розриватися при подальшому зменшенні тиску. Це спричиняє вивільнення частини літіну, який може діяти як зв'язуючий матеріал при подальшому брикетуванні. Після етапу висушування органічний матеріал подають до проміжного етапу зберігання або буферного етапу 2. Під час буферного етапу 2 можна використовувати одн у або декілька посудин для проміжного зберігання. Після буферного етапу 2 матеріал подають до реакторного етапу 3. На реакторному етапі 3 можна використовувати один або переважно декілька реакторів. У випадку двох або декількох реакторів, їх можна паралельно з'єднати та погрупово керувати ними. Далі, на прикладі двох паралельно з'єднаних реакторів 3, 3', розглянуто реакторний етап 3. Після буферного етапу 2 матеріал подають до першого реактора 3. У реактор 3 подають пару, і протягом, як правило, 1-15 хвилин розігрівають матеріал до 200-300°С. Це розігрівання пом'якшує матеріал. Одночасно з тим, як перший реактор знаходиться під тиском пари, 5 85885 матеріал з буферного етапу 2 подають до другого реактора 3'. Коли матеріал у першому реакторі 3 досягає достатнього часу утримання і достатньої температури, тиск у першому реакторі 3 зменшують у дві стадії. Це спричиняє дефібрацію матеріалу, і лігнін вивільняється з матеріалу. На першій стадії тиск у першому реакторі є, як правило, зменшеним наполовину, і пара подається до другого реактора 3'. До згаданого реактора 3' додаткову пару подають для того, щоб у другому реакторі досягти температуру, яка становить, як правило, 200-300°С. Матеріал видаляють з першого реактора 3 з допомогою залишкового тиску та подають до додаткового буферного етапу 4. Потім до першого реактора подають додаткову кількість матеріалу, та з допомогою зменшення тиску другого реактора 3' його надлишок пари подають до першого реактора 3. До першого реактора 3 подають додаткову пару, і тоді усю послідовність дій повторюють знову. Після буферного етапу 4, на якому можна використовувати одн у або декілька посудин для проміжного зберігання, матеріал подають до сушильного апарату 5, в якому вологість зменшується до рівня, як правило, меншого за 15-20% ваги. Час утримання у сушильному апараті 5 становить, як правило, 15-60 хвилин. З сушильного апарата 5 матеріал можна подати до брикеточного преса, який і виробляє кінцевий продукт - брикети. 6 Завдяки вивільненню лігніну з матеріалу протягом реакторного етапу 3, подача додаткового зв'язуючого матеріалу не є необхідною. Фіг.2 - це діаграма, яка зображує типовий процес висушування для частинок органічного матеріалу. Згідно діаграми зменшення вологості не є лінійним по відношенню до часу. Спочатку вологість швидко спадає, у наслідок того, що швидко зникає волога поверхні частинок. Як тільки з поверхні видаляється волога, до поверхні починає розповсюджуватися та волога, яка знаходиться всередині частинок, і тому видалення внутрішньої вологи відбувається значно довше. Внаслідок цього діаграма стає більш плоскою після видалення вологи з поверхні. Для оптимізації цього висушування можна використати двоетапне висушування, при якому на першому етапі подається велика кількість повітря і тепла, а на другому етапі має місце додатковий час утримання. Така оптимізація призводить до збільшення пропускної спроможності обох етапів висушування та до зменшення споживання енергії. Коли матеріал є більш сухим, тобто має рівень відносної вологості 35-45% ваги згідно винаходу, а не 45-65% ваги згідно традиційних процесів, то для його дефібрації в автоклавах, в які подається пара з подальшим зменшенням тиску, має бути достатньо залишкової вологості. 7 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 85885 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601