SE532746C2 - Förfarande och apparatur för framställning av torrefierat lignocellulosamaterial - Google Patents

Description

ilO IS 20 25 30 värdefulla gaserna koimoiroxid och väte bildas. 'Utifrån dessa kemikalier kan med ltiälp av katalysatorteknik ett flertal fordonsbränslen lrarnställas, såsom metanol, etanol, diesel (syntetisk sådan) o suv. Naturligtvis är det utifrån dessa gaser även möjligt att framställa en rad andra nyttiga kemikalier, som idag frarnställes av de ändliga råvarorna jordolja och jordgas.

Det kanske viktigaste exemplet på materialets lättproeessbarhet är att det jämförelsevis lätt låter sig rnalas till partiklar, exempelvis síärer eller kom, av uniform storlek. Det är i huvudsak ogörligt att framställa sådana partiklar av icke torrefierat iignocellulosamaterial av olika utbredning. En ytterligare mycket betydelsefull egenskap hos torrefierat material. är dess okïänslšghet för ñtkt, d v s vatten. Torretierat material har en naturlig fuktltalt på 2 till 3 % och det är närmast omöjligt att ändra på denna fukthalt hur än materialet hanteras, d. v s materialet är i princip inort visavi vatten. Materialet påverkas således inte av väder och vind, lagringsfërhållanden mm.

Vilken som helst känd biomassa och vilket som helst känt lignocellulosa- material kan tjäna. som utgångsrnateríal. Sådant material kan stamma från skogen eller jordbruket eller något annat område där biomassa produceras eller tfórefinnes. Ett relativt billigt material, som duger gott som utgångsmaterial är sk. grot, d v s grenar och toppar från träd. Även trädlaarr kan användas »förutsatt att de finns ansamladoi stora mängder. Efterfrågan från andra verksamhetsomrâden- är inte stor vad gäller detta råmaterial. Det finns ett stort antal- återvinningsorrirâden for produkter, som har biomassa som bas, vilka produkter kan användas som utgångsmaterial. Det är kännetecknando för torrefieringstekniken, att man i ena änden av tillverkningsprocessen kan mata in nästan hur undermâligt (en bodömnirig som andra aktörer på bioroassamarimaden gör) material som helst och i andra änden få ut en högkvalitativ produkt.

Teknikens ståndpunkt Oss veterligt finns det ingen fullstor kommersiell anläggting för. framställning av torrefierat liguocellulosamaterial i drift idag, âtntínstone inte inom Europas gränser.

Försöksanläggrtingar för torrefiering av iignocellulosamaterial har »funnits och firms möjligen fortfarande. Vidare har man i litteraturen presenterat förslag fór förfarande och apparatur för torreñering av biomassa. 10 15 20 25 30 35 I den svenska patentskriften 500 058 (9100998-5) och den motsvarande internationella patentansökan WO 92/ 17744 finns det beskrivet ett förfarande för rostning (= torrefiering) av biomaterial. Sarnmandraget i den svenska patentskrifien 500 058 lyder som följer: ”F örfarande för rostning av biomaterial, t. ex. träflis, trävirke och liknande i en anläggning innefattande en behandlingskammare, som bildar ett slutet system med en vid motstående ändar därav via ett inlopp och ett utlopp ansluten extern cirkulatíonsledning, där biomaterialet införs i och efter behandling uttages från behandlingskammaren genom minst en öppning med sluss, som förhindrar lufifinträngning i systemet, och där systemet under drift hålles väsentligen jj/llt med ånga nära atmosfärstiyck, vilken ånga bringas att cirkulera isystemet genom cirkulationsledningen och behandlingskammaren, varjämte den delmängd av ångan, som motsvarar fuktutdrivníngen från biomaterialet avtappas och kondenseras, varvid ångan genom indirekt värmeöverjöring från en värmebärare vid inloppet i behandlingskammaren hålles vid en temperatur av minst 260” C, d v s något över önskad behandlingstemperatur, och att från materialet avgående gaser samlas och förbrännesför upphettning av värmebäraren. " Det utmärkande for detta torreñerings- eller rostningssätt är, att såväl torkningen av biomaterialet som torrefieringen av detsamma görs i ett och samma steg. Helt torrt utgångsmaterial kan inte torrefieras enligt denna metod, eftersom man är beroende av det vatten, som utgångsmaterialet naturligt innehåller för att skapa behandlings- eller upphett- ningsmediumet, d v s överhettad vattenånga. En nackdel med att torrefiera biomassa på detta sätt är, att uppkomna organiska gaser i stora mängder blandas med vattenångan och dessa gaser måste senare skiljas åt, vilket sker i ett kondenseringssteg där vattenångan övergår till smutsigt kondensatvatten och ej kondenserbara gaser av organiskt ursprung föres till en panna för förbränning. En annan nackdel med detta patenterade forfarande är att man inte löst problemet med att kyla det just torrefierade materialet på ett bra sätt. I patentskriften förespråkar man kylning genom vattengjutning av materialet.

I den internationella patentansökan WO 03/014644 beskrives förfarande och apparatur för värmebehandling av organiskt material. I sammandraget anges följande: ”A method of processing organic material comprises heating the organic material to a temperature exceeding IÛÛÛC in an atmosphere comprísing at least one of superheated steam, a hot inert gas, hot air and hot process gases and subsequently cooling the heated organic material in an atmosphere comprising at 5 10 15 20 25 30 35 least one of superheated steam and an inert gas. Also described are processing apparatus for use in performing the method. ” I den motsvarande europapatentansökan 1 415 119 har förfarandet preciserats och förfarandehuvudkravet har följande lydelse: ”A method of processing organic material comprísing locating the organic material within a processing enclosure (2) heating the organic material to a temperature exceeding I 00” C in an atmosphere comprising at least one of super- heated steam, a hot inert gas, and hot process gases, by re-circulating the said at least one of superheated steam, a hot inert gas, and hot process gases through a re- circulation path, heater means (7) being provided to heat the gases passing along the recirculatíon path, valve means being provided to allow the replacement or substitution of gases and venting means being provided to allow the venting of gases, characterized in that the heater means compríses indirect heater means, and by coolíng means also being provided for the subsequent cooling of the heated organic material 's solid residues in an atmosphere comprísing at least one of superheated steam and an inert J) gas.

Noterbart är, att vad gäller kylningen av det behandlade materialet så sker den inte indirekt utan direkt och närmare bestämt med hjälp av överhettad vattenånga eller en inert gas, som strömmar runt materialpaztiklarna.

Patentansökan uppvisar en uppenbar svaghet, vilken består i att det finns inga uppgifter om vare sig lämpliga eller faktiska behandlingstemperaturer. Gång på gång upprepas, att materialet skall värmas till en temperatur överstigande l00°C, men någon precisering utöver denna uppgift finns inte angiven. I patentkraven anges det som tvingande, att det behandlade materialet skall kylas. Om en behandlingstemperatur av l05°C (som definitionsmässigt överstiger l0O°C) väljes så torde det inte behövas något kylningssteg, ty vid den temperaturen föreligger det ingen risk för självantändning av det behandlade materialet. Ändå värre är avsaknaden av uppgift om :maxtemperatur vad gäller behandlingen. Vid riktigt höga behandlingstemperaturer så förintas det organiska utgångsmaterialet minst till stora delar.

I den tredje internationella patentansökan i form av WO 2005/056 723 beskrives ytterligare ett förfarande och ett system för torrefiering av råmaterial.

Förfarandehuvudkravet i denna patentansökan har följande lydelse: l0 15 20 25 30 35 ”Method for the production of solids from raw materials using torrefaction, wherein; a) raw material is subjected to an elevated temperature in a reactor in an atmosphere that has a low oxygen content or contains no oxygen, in that b) the raw material is brought into heat-exchanging contact with a gaseous medium at a temperature higher than the torrefaction temperature of the raw material, solid fuel and reaction gas being produced, c) wherein at least part of the reaction gas is fed to a condensation chamber in which said reaction gas is at least partially cooled such that at least some of the condensable components in the torrefaction gas condense and are discharged from said condensation chamber separately from the non-condensed torrefaction gases and at least part of the condensate obtained is combusted by adding gas containing oxygen, characterized in that said treatment at elevated temperature comprises a torrefaction treatment at 200” C320” C, the reaction gas comprises torrefaction gas ana' said raw material is fed continuously to said reactor and product is discharged continuously therefrom. ” l detta förfarande är det centralt, att vid torrefieringen av det torra materialet uppkomna organiska gaser, som också benämnes reaktorgas, avdrages från torrefierings- kammaren och töres till en kondensor, där minst en del av denna gas bringas att kondensera så att ett energirikt organiskt kondensat bildas. Detta kondensat användes som huvudsaklig energikälla och íöres till en törbränningsugii där mycket het, och därigenom energirik, rökgas uppkommer. Det är energin hos denna rökgas, som användes för att driva hela processen för framställning av torreñerat material. Även om det är möjligt att använda sig av tillskotts- bränsle, som töres till nämnda törbrärmingsugii, så är strävan att använda nämnda organiska kondensat, som ensam energikälla.

Trots att det i ovanstående fórfarandehuvudldav inte nämns något om kylning av det torrefierade materialet så innehåller samtliga utfóringsforrner av uppfinningen, som visas i patentansökans figurer, ett kylsteg. Man håller sig inte till en speciell kyhiingsteknik, utan olika sådana kan användas. Om man inte kyler det torrefierade materialet, utan låter detta komma i direktkontakt med atmosfärslufi av, exempelvis rumstemperatur, så leder luftens innehåll av syre till att materialet börjar brinna, som brukar benämnas självantändning.

Redogörelse fór uppfinningen Tekniskt problem Som framgår av det tidigare angivna så har det bl.a. i patentlitteraturen 10 15 20 25 30 i in l *U år *få presenterats olika förslag för framställning av torrefierat material utifrån råmaterial i fonn av biomassa och lignocellulosamaterial. Torts detta finns det ett behov av alternativa tillverk- ningssätt av torrefierat material. Speciellt finns det behov av tillverkningssätt som fiingerar i praktiken och är kostnadseffektivt. Sättet och app araturen måste vara anpassat(d) till att rårnaterialet kan variera från tid till annan både vad gäller, exempelvis, typ av utgångsmaterial och vatteninnehåll, d v s fiikthalt, i ett och samma material.

Lösningen Föreliggande uppfinning löser dessa problem och avser ett förfarande för framställning av torrefierat lignocellulosarnaterial, innefattande att finfórrlelat lignocellulosa- material medelst en komprimerande och luitbortträngande matningsanordning fóres till en gastät, mantlad torkanordning där minst huvuddelen av i lignocellulsoamaterialet ingående vatten bortdrives och avlägsnas ur anordningen i ångforrn, förorsakat av att temperaturen inuti torkanordningen är minst l00°C, och att lignocellulosarnaterialet efter torkning, d v s vatten- bortdrivning, matas under gastäta förhållanden in i en minst i huvudsak syrefri, mantlad torreñeringskarrnnare där lignocellulosarnaterialet under inverkan av en temperatur inom intervallet 200-320°C, lämpligen 270-300°C, omvandlas till torrefierat lignocellulosamaterial under samtidig avgång av brännbara, organiska gaser, varefter det torrefierade lignocellulosa- materialet vid ungefärlig behandlingstemperatur och i frånvaro av inträngande gaser föres till en kylanordning, där det torrefierade lignocellulosamaterialets temperatur sänkes minst l00°C, lärnpligen minst l50°C, varefter det torrefierade lignocellulosarnaterialet utmatas från kylanordningen för att efter eventuell ytterligare kylning tillvaratas vid atmosfarstryck och omgivande temperatur och innefattande att avgångna, brännbara organiska gaser föres inifrån den mantlade torrefieringskarnmaren till en ugn där de förbrännes under genering av energi- rika rökgaser, kännetecknat därav, att som extern energibärare för förfarandet användes vattenånga av övertryck som föres in i manteln på torreñeringskanirnaren vid en temperatur överstigande torreñeringstemperaturen och bringas att passera igenom manteln för att lämna den mantlade torrefieringskammaren vid en temperatur understi gande torrefieringsternpera- turen for vidaretransport in i manteln på torkanordningen och passage igenom denna mantel under avgivande av nödvändig energi för avdrivning av vatten ur nytillfort lignocellulosa- 10 15 20 25 material ledande till att detta medium lämnar manteln på torkanordnin gen intakt som vattenånga av förhållandevis låg temperatur eller lämnar manteln i kondenserad form, d v s som vatten, med en temperatur av eller något understigande lOO°C, som tillvaratages.

Som framgår innefattas i tillverkningsprocesen för torrefierat material, som senare utsättes exempelvis för malning, så att materialet förvandlas till ett finkomigt pulver, tre processteg; först ett torkningssteg och därefter själva torrefieringssteget och slutligen ett kylningssteg. Samtliga dessa behandlingssteg kommer längre fram i denna skrift att beskrivas mer i detalj.

Energiuttagsstället, d v s varifrån den värmande vattenångan av övertryck hämtas, kan vara av olika karaktär. Föredraget är, att detta är lokaliserat någonstans utefter en ångturbin, som genererar elektrisk ström och tillhör ett kraft/värmeverk. Ett annat alternativ är en ångpanna. Det finns olika typer av ångpannor. Föredragen är sådan ångpanna, som eldas med biobränsle. I yttersta nödfall kan en elpanna tolereras, speciellt om den drivs med grön el.

Vattenångan av övertryck kan redan vid uttagsstället ha den temperatur som är nödvändig för den indirekta uppvärmningen av lignocellulosarnaterialet inuti torrefierings- kammaren, vilken ångtemperatur överstiger 200°C och understiger 340°C, lämpligen över- stiger 280°C och understiger 320°C. Den uttagna vattenångan behöver nödvändigtvis icke ha så hög temperatur som anges ovan, utan den uttagna vattenångan kan uppvärmas på vägen fram till torrefieringskamrnaren så att de ovan angivna höga temperaturerna uppnås.

Temperaturhöjningen kan ske genom indirekt värmeväxling där det energiavgivande mediumet utgörs av rökgaser från törbränningsugnen. Rökgasernas energiinnehåll är så omfattande, att ovan beskrivna avtappning av energi bara är en bråkdel av det totala energiinnehållet. Därför föres rökgaserna vidare till en värmeväxlare, varigenom strömmar cirkulerande varmvatten, exempelvis fjärrvärmevatten, i stor mängd. Värmeväxlingen sker indirekt. Efter det att rökgasema lämnat ifrån sig i huvudsak hela energiinnehållet föres de via en skorsten till omgivningen. Det behöver inte vara nödvändigt att föra hela rökgasströmmen genom den först nämnda värmeväxlaren, där det värmeupptagande mediumet utgöres av vattenångan av övertryck, utan det är till och med lämpligt att dela upp rökgasströmmen i två delar där ena delen föres runt närxmda värrneväxlare. 10 15 20 25 30 I fallet att den uttagna vattenångan av övertryck redan från början har tillräckligt hög temperatur så användes rökgasernas hela energiinnehåll till att indirekt värmeväxlas till tidigare nämnda cirkulerande varmvatten, exempelvis tjärrvärmevatten.

Därefter iöres rökgaserna via en skorsten ut till omgivningen.

Nämnda övertrycksvattenångas väg genom först torrefieringssteget och sedan genom torkningssteget har beskrivits tidigare. Denna beskrivna väg behöver inte följ as strikt, utan det är fullt möjligt att dela upp den ånga som lämnar torrefieringskarnmaren och är på väg till torkanordningen i två strömmar, där den ena töres till torkanordníngen medan den andra íöres till en värmeväxlare där energi överiöres indirekt till det cirkulerande varmvattnet, exempelvis ijärrvärmevatten, vilken ångström under/efter energiavgivandet kondenserar till kondensatvatten, som tillvaratages.

Vad gäller torkningssteget är det föredraget att hålla temperaturen så låg som möjligt förutsatt att vattnet drives ur lignocellulosamaterialet som vattenånga, d v s torkningen bör ske vid l00°C eller någon grad därutöver fór därigenom minimeras avgången av organiska gaser från li gnocellulosamaterialet, samtidigt som att vattnet avdrives i ångform. Även om avgången av organiska gaser vid nämnda låga temperaturområde är liten så finns den där och hänsyn måste tagas till detta. Den avgångna vattenångan med ett litet inslag av organiska ångor fóres till en kondensor, där det kylande mediumet utgöres av cirkulerande varmvatten, exempelvis fjärrvärmevatten, fór bildande av kondensatvatten av en temperatur något överstigande det cirkulerande varmvattnets temperatur, vilket kondensatvatten íöres till ett uppsamlingsställe. Nämnda organiska gaser kondenserar nästan inte alls samtidigt med vattenångan och därför avdrages dessa gaser från kondensom och blandas med atmosfärsluft, vilken blandning med huvudsakligt inslag av luft efter indirekt värmeväxling iöres till ugnen för att tjäna som förbränningslufi.

Den avslutande kylningen av det torrefierade materialet kan utföras på många sätt. Ett sätt är att låta materialet passera igenom en anordning av typ mantlad kylskruv med komprimering där ett kylmedium transporteras i motsatt riktning som det framlöpande och i ökande grad komprimerade torrefierade lignocellulosamaterialet genom en yttre mantel och/eller genom en inre mantel i kylskmvens centrum. Vid inloppet och i början av kylskruven omges det torrefierade materialet i viss grad av reaktorgas, men allteftersom 10 15 20 25 30 Lfl *ml-J f' J “Mi 47%- ÛÜ komprimeringsgraden ökas så förtränges reaktorgasen mot inloppet och i änden av skruven har all reaktorgas forträngts och samtidigt tjänar det hoptryckta materialet som en gasspärr mot omgivningen. Nämnda plugg av torrefierat material utinatas på något känt sätt från kylskruven och tas tillvara i exempelvis ett uppsamlingskärl. När det torreñerade materialet lämnar nämnda kylsteg eller något annat kylsteg så bör dess temperatur understiga l30°C. Detta for att förhindra en sj älvantändning av materialet. Vilket som helst känt kylmedium kan användas for utförande av ovan beskrivna kylarbete innefattande såväl gaser som vätskor. Det är lämpligt att använda en värmetålig olja. När kylmediumet efter kylningsarbetet lämnar kylskruven så töres det till en värmeväxlare där kylmediumets upptagna energi indirekt överföres till tidigare omnämnd törbränningsluñ, som fores till ugnen, varefter kylmediumet vid sin utgångstemperatur återföres och införs i kylskruven vid den ände där det kylda torrefierade li gnocellulosamaterialet utmatas.

Någon ytterligare kylning av det torrefierade materialet är inte av nöden, utan det färdigbehandlade uppsamlade materialet med en temperatur understigande l30°C kan låtas anpassa sig till omgivningens temperatur, exempelvis rumstemperatur. Dock har det upp- samlade materialet ett avsevärt energiinnehåll, eftersom dess temperatur kan överstiga l00°C och till och med uppgå ända till l30°C och därför är det föredraget att tillvarata delar av denna energi.

Exempelvis kan det relativt varma torrefierade materialet få passera igenom en värmeväxlare där energi indirekt överfóres till atmosfärslufi, vilken uppvärmda luft inblandas i den förbränningslufi, som tillföres ugnen. Det torrefierade materialets temperatur kan medelst detta extra kylsteg sänkas till under 50°C.

Föreliggande uppfinning omfattar också apparatur for framställning av torrefierat li gnocellulosamaterial, innefattande en komprimerande och luftbortträngande anordning med vars hjälp fintördelat lignocellulosarnaterial föres till en gastät, mantlad torkanordning genom vilken mantel värmande vattenånga strömmar i motsatt riktning som lignocellulosamaterialet och uppvisande en avloppsledning anbragd inuti torkanordningen genom vilken ur li gnocellulosaniaterialet bortdrivna gaser, främst vattenånga, strömmar efterfáljt i lignocellulosamaterialets transportriktning av en mantlad torrefieringskarrirnare, som är gastät minst visavi torkanordningen, vilken kammare uppvisar dels en vid manteln 10 15 20 25 30 10 anbragd tilloppsledning för extem, värmande vattenånga av övertryck och en vid manteln anbragd utloppsledning för värmande vattenånga av reducerat övertryck, vars slutände år anbragd i manteln på torkanordningen och dels en inuti kammaren anbragd ledning genom vilken ur lignocellulosamaterialet bortdrivna organiska gaser, d v s reaktorgas, strömmar och vilkens lednings motsatta ände är anbragd i eller i anslutning till, med en ledning för för- bränningsluft försedd, törbränningsugn, efterföljd i det torrefierade li gnocellulosarnaterialets transportriktning av en kylanordning, som är öppet eller gastätt ansluten till torrefierings- kammaren, från vilken kylanordning det torrefierade och kylda lignocellulosamaterialet utmatas till atmosfärstryck och omgivande temperatur, kännetecknad därav, att tillopps- ledningen för den externa, värmande ångan av övertryck i motsatt ände är ansluten till en energiuttagsanordning och att i slutet av systemet för den värmande vattenångan, d v si torkanordningens mantel, vid den ände av torkanordningen där nytillfört lignocellulosa- material inmatas, är en ledning anbragd genom vilken strömmar endera i huvudsak trycklös vattenånga eller kondenserad vattenånga i form av kondensatvatten.

Ovan finns de apparaturdelar, som är absolut nödvändiga för att utöva uppfinningen, angivna. För att optimera uppfinningen såväl ur miljösynpunkt som ur kostnadseffektivitetssynpunkt bör apparaturen kompletteras med följ ande.

Den avloppsledning som löper från torkanordningen och innehåller under torkningen bortdrivna gaser, främst vattenånga, skall anslutas till en kondensor, varifrån det, förutom inlopps- och utloppsledning för kylmediet för kondensom, löper två ledningar, en huvudledning för transport av kondensatvatten till ett uppsamlingskärl och en biledning genom vilken ej kondenserade organiska gaser strömmar och föres till en törbränningslufi- intagsanordning. Från nämnda anordning löper en ledning som är ansluten till forbrännings- ugnen, vilken ledning på vägen passerar igenom en värmeväxlare där värme upptages av förbränningslufien och värmen avges indirekt av det uppvärmda kylmedium, som föres i en ledningskrets genom denna värmeväxlare och kylanordningen.

Vidare löper en rökgasledning från förbränningsugnen till en skorsten. På vägen passerar rökgasledningen en värmeväxlare, där rökgasens hela utnyttjbara energi indirekt överföres till cirkulerande varmvatten, exempelvis íjärrvärmevatten. För att man som slutprodukt skall erhålla torrefierat material, som eñersträvas, är det som tidigare klargj orts 10 15 20 25 .Pa fl i ll nödvändigt att materialet förlorar i vikt eller uttryckt på annat sätt, att materialet nedbrytes i viss mån ledande till att brännbara, energirika organiska gaser avdrives. Genom förbränningen av dessa gaser, så tillgodogöres dessa gasers energiinnehåll, vilket i förlängningen ökar, exempelvis, fjärrvärmevatmets temperatur och värde.

Den ångledning som löper från den mantlade torrefieringskamxnaren till den mantlade torkanordningen kan förses med en grenledning, vilken passerar igenom en värme~ växlare där vattenångans energiinnehåll indirekt överföres till cirkulerande varmvatten, exempelvis fjärrvärmevatten, vilkens grenlednings ände är ansluten till avloppsledningen från den mantlade torkanordningen. Det just beskrivna utgör lösning på att fiikthalten hos ligno- cellulosamaterialet kan variera från tid till annan. Om man vid ett visst driftstillfälle får in material med en torrhalt av exempelvis 60 % och vid ett annat driftstillfálle av exempelvis 40 % så fordras det i det första fallet mycket mindre torkenergi än i det andra fallet. Tork- energin regleras med mängd värmande vattenånga som tillföres torkanordningen. Fordras lite värmande vattenånga för torkningen kan en större del av den värmande vattenånga, som lämnar torrefieringskammaren föras via grenledningen och komma uppvärmningen av fjärrvärrnevattnet till godo. Beskrivet problem är inte för handen om nytillföxt lignocellulosa- material uthålligt har en och samma torrhalt, men så ser verkligheten nästan aldrig ut.

Om man skall använda sig av en eller flera, exempelvis två, kylanordningar för det torrefierade material bestäms i första hand av den första anordningens kylkapacitet. I fallet att två kylanordningar användes kan den andra utgöras av en värmeväxlare där kylmediet är atmosfársluft, som indirekt tar upp värme från det i ett steg kylda torrefierade lignocellulosa- materialet, vilken uppvärmd luft strömmar igenom en ledning som är ansluten till tidigare Omnämnda förbränningsluftledning.

Fördelar Genom att kombinera framställning av torrefierat li gnocellulosarnaterial, som är en av marknaden efterfrågad produkt, med exempelvis ett fjärrvärmesystem, i enlighet med uppfinningen, erhåller man en ytterst kostnadseffektiv framställning av sådant material. lO 15 20 25 30 .., u.- i ! F31 12 Enligt föredragna uttöringsfonner av uppfinningen tas varje chans att återvinna energi och också att minimera energiåtgången tillvara. Detta accentueras i fallet att värmande ånga av övertryck hämtas från turbinen i ett kraft/värmeverk.

Vidare är såväl förfarandet som apparaturen enligt uppñnningen oberoende av vilken typ av råmaterial som användes och även av kvalitetsvariationer, exempelvis varierande fukthalt från tid till annan, hos ett och samma råmaterial. Även ur miljösynpunkt är förfarandet för framställning av torrefierat ligno- cellulosamaterial enligt uppfinningen högklassigt. Exempelvis är torksteget maximalt miljö- anpassat, eftersom dels de organiska gaser som bildas under torkningen av ligriocellulosa- materialet tas tillvara och föres tillsammans med forbränningslutten till brännugnen och dels, att det måttligt förorenade kondensatvattnet uppsamlas. Det finns många torkar för ligno- cellulosamaterialet på marknaden idag som är milj östörande i varierande grad. Detta beror i regel icke på torken som sådan, utan på installationssättet och hur torken utnyttjas. Förutom tidigare nämnda måttligt förorenade kondensatvatten härrörande från torkprocessen (och som ornhändertages) så är det enda eventuellt miljöstörande utsläppet de uttjänta rökgaser, som bortföres via skorstenen.

Eftersom den värmande vattenângan icke kommer i kontakt med det ned- smutsande lignocellulosarnaterialet vare sig i torrefieringskarninaren eller i torkanordningen och ej heller kommer i kontakt med den nedsmutsande reaktorgasen så är det kondensatvatten som denna vattenånga slutligt övergår i helt rent och kan återanvändas. Vidare användes de väirneväxlare som ingår i apparaturuppställiiingen enligt uppfinningen på ett miljömässigt oklanderligt sätt.

Figurbeskrivning I figur 1 visas ett ilödesschema över en töredragen utiöringsform av uppfinningen.

Bästa utföringsform Nedan beskrives en töredragen utföiingsforrn av förfarandet enligt uppfinningen under hänvisning till flödesschemat enligt figur 1. I anslutning därtill beskrives mer i detalj vissa delsteg i förfarandet. Dessutom kommenteras vissa apparaturdelar ingående. 10 15 20 25 30 “w i ill-fil FU 'šiåå 13 Lignocellulosamaterialet kan redan vara finfördelat när det anländer till torrefieringsanläggningen. Det är exempelvis fallet om trädbarr användes som utgångs- materíal. Vidare är det på väg att bli vanligt, att exempelvis grenar och toppar finfördelas eller flisas på vissa uppsamlingsställen ute i skogslandskapet. Detsamma kan gälla för ris och annat röjningsmaterial, d v s små träd och buskar, och även i lantbrukslandskap där snabbväxande grödor som salix, hampa o s v odlas. Från dessa platser transporteras det finíördelade ligno- cellulosarnaterialet, via exempelvis lastbilsflak eller tågvagnar, till torrefieringsanläggningen.

Om icke finfördelat lignocellulosamaterial anländer till torrefieringsanlägg- ningen så måste materialet finfördelas på plats (ej visat i figuren). Det finns en uppsjö av desintegratorer och vilken som helst sådan kan användas.

Det finfórdelade lignocellulosamaterialet uppsamlas i en fórrådsbehållare l.

Därifrån föres materialet medelst en komprimerande och luftbortträngande matningsanordning 2 till en gastät, mantlad torkanordning 3. Matningsanordningen 2 kan vara skruvfonnad och en pluggskruv är att föredra. Materialet som iniöres i torkanordningen 3 är i huvudsak luftfritt, vilket är eítersträvansvärt efiersom man vill undvika att syrgas kommer in i systemet.

Vilken som helst mantlad torkanordning 3 kan användas. Dessa är ofta rektangulära och placeras liggande. Det finns torkanordningar med olika tvärsnittsforrner. Den runda formen är vanlig och föredrages i detta fall. Vidare bör torkanordningen vara roterbar och den inre trummans periferi bör vara försedd med medbringaranordningar, som driver lignocellulosarnateríalet framåt under samtidig avdrivning av i första hand vatten i ångfonn.

Manteln genom vilken den värmande vattenångan av övertryck strömmar kan vara konstruerad på olika sätt. I sin enklaste utformning består den av en yttre trumma placerad utanpå en inre trumma och med endast några distansanordningar av viss utsträckning mellan trummorna ledande till ett omfattande fritt utrymme där den värmande ångan av övertryck strömmar. Beskrivet mantelutrymme kan också uppvisa ett stort antal parallella längsgående tuber genom vilka den värmande ångan av övertryck strömmar. Nämnda tuber kan vara placerade dikt an mot varandra eller placerade på ett visst avstånd från varandra. Vidare kan tuberna appliceras i mer än ett lager inuti manteln. Det är också möjligt att utesluta den inre trumman och låta fastämnet, d v s det tramlöpande lignocellulosarnaterialet, komma i direktkontakt med ångtuberna. 10 15 20 25 30 iffë E? I? íšš 14 Efter avslutad torkning av lignocellulosamaterialet fóres detsamma vidare till torrefieringskammaren 4 via en mataranordning 5. Denna kan vara skruvformad och en pluggskruv är att föredra. Vilken som helst mantlad torrefieringskannnare kan användas. Det som ovan anförs om torkanordningen 3 är fullt tillämpligt vad gäller torreñeringskammaren 4, d v s de tvâ objekten kan vara minst snarlika. Eftersom exempelvis en pluggskruv i utmatningsänden för materialet är gastät så inmatas ingen gas tillsammans med det torkade lignocellulosamaterialet in till torrefieringskaminaren 4. Om det till äventyrs skulle medtölja spårmängder av gas in i torreñeiingskainmaren 4 så utgöres den gasen huvudsakligen av vattenånga, vilket medium på intet sätt är skadligt för torrefieringsprocessen som sådan. Med andra ord har vare sig luft eller syre något tillträde till torrefieringskammaren 4.

Det torrefierade lignocellulosamaterialet utrnatas gastätt från torrefierings- kammaren 4 och föres via en mataranordning 6 till en kylanordning 7. l stället för att använda sig av en separat mataranordning 6 och en separat kylanordning 7 kan man använda sig av endast en anordning i form av en mantlad kylskruv. I det fallet uppvisar torrefierings- kammaren en öppning i den högra gaveln som vetter in i kylskruvens materialmottagrlingsdel.

Det betyder, att det är den högra änden av kylskruven, d v s där det kylda, torrefierade materialet utmatas ur systemet, som är gastätande både inåt i kylskruven och i minskande grad i riktning mot och innefattande torrefieringslcarrirnarens 4 öppning i den högra gaveln och utåt mot omgivande atmosfär. I figuren visas schematiskt med hänvisning till kylanordningen 7, hur kylningen av materialet går till. Från kylanordningen 7 går en ledning 8 till en vänne- växlare 9 och från denna går en ledning 10. Genom denna ledning 10 strömmar ett temperatur- stabilt kylmedium, exempelvis en olja, och oljan möter indirekt det varma torrefierade materialet och kyler detsamma. Vid motsatt ände av kylanordningen 7 har oljan upptagit den energi eller den värme som det torrefierade materialet gett ifrån sig och den uppvärmda oljan lämnar anordningen via ledningen 8 och intöres i värmeväxlaren 9 där oljans energi eller värme i sin tur indirekt upptas av förbrärmingsluft av låg temperatur, vilkens temperatur därigenom höj es innan förbränningsluflen inmatas till förbränningsugnen 23, vilket kommer att kommenteras separat längre fram i texten. I fallet att enbart en mantlad pluggskruv användes som både frammatningsenhet och kylenhet så går kylförloppet också till på ovan beskrivet sätt. I en kylskruv kan kylmediumet föras i motström mot det torrefierade materialet 10 15 20 25 30 till f: "l f* 1 *ul »få lfl J 15 genom skruvens kapslade centrum eller genom den omslutande manteln eller via båda vägarna. Även om det i figuren visas ett ytterligare kylsteg är det fullt möjligt enligt uppfinningen att avsluta behandlingsprocessen efier beskrivna kylste g och låta materialet utmatas till ett uppsamlingskärl där atrnosfarstryck och exempelvis rumstemperatur är för handen.

De vid torkningen av lignocellulosamaterialet utdrivna gasema, främst vattenånga, lämnar torkanordningen 3 via ledningen 11 till en kondensor 12. Kylande medium i form av vannvatten av en temperatur av exempelvis 45°C, exempelvis fjärrvärmevatteni retur, fóres via ledningen 13 till kondensorn 12 och lämnar densamma i uppvärmd form via ledningen 14. I kondensom 12 kondenserar vattenångan till kondensatvatten, som via ledningen 15 ibres till uppsamlingsbassängen 16. De mest lättflyktiga organiska gaser, som lämnar lignocellulosamaterialet tillsammans med vattnet under torkningsfórloppet, kondenserar tillsammans med vattenångan och kontarninerar därigenom kondensatvattnet och följer med till uppsamlingsbassängen 16. Detta minimalt nedsmutsade kondensatvatten inblandas med fördel i det avloppsvatten, som fóres till ett vattenreningsverk. De mindre lättflyktiga gaser, som lämnar lignocellulosarnaterialet tillsammans med vattnet under torkningstörloppet, låter sig icke kondenseras i kondensorn 12 utan återfinns i den gasfas, som lämnar kondensorn 12 via ledningen 17 och fóres till en gas- inkluderande förbränningslufts (se ledningen 18) uppsamlingsanordning 19. Denna iörbränningslufi, med ett litet inslag av brännbara, organiska gaser, föres via ledningarna 20, 21 och 22 till íörbränningsugrien 23.

Vid den delvisa nedbrytningen (eller omvandlingen) av det torra lignocellulosamaterialet under torrefieringen bildade reaktorgasen fóres via ledningen 24 till ugnen 23 for förbränning. De uppkomna ytterst energirika rökgaserna fóres via ledningen 25 till värmeväxlaren 26 i vilken rökgasemas energi överfóres indirekt till varmvatten, exempelvis ijärrvärmevatten. De på huvuddelen av sitt energiinnehåll tömda rökgaserna töres via ledningen 27 till skorstenen 28.

Den värmande vattenångan av övertryck, erhållen från energiuttagsstället, fóres via ledningen 29 till manteln på torreñexingskarnmaren 4. Efter avtjänat torrefieringsarbete (indirekt uppvännning av materialet) föres den värmande vattenångan, som fortfarande är vid övertryck, via ledningarna 30 och 31 till manteln på torkanordningen 3. Det värmande 10 15 20 16 mediumet lämnar manteln på torkanordningen 3 endera som vattenånga av närmast obefintligt tryck eller som kondensatvatten via ledningen 32. Från ångledningen 30 löper en stickledning 33, genom vilken vattenånga av övertryck strömmar till en värmeväxlare 34. Vattenångans energiinnehåll överförs i värmeväxlaren 34 indirekt till varmvatten, exempelvis fiärrvärme- vatten, som efter passage igenom ledningen 35, värmeväxlaren 26 och ledningen 36 bortföres ur systemet och eventuellt till slutanvändare, d v s ijärrvärmekimderna. Den i värmeväxlaren 34 uttjänta värmande vattenångan föres som kondensatvatten via ledningen 37 till ledningen 32.

Om man önskar kyla ned det i ett steg kylda torreñerade lignocellulosa- materialet ytterligare så kan det med vilket som helst känt transportmedel 38 föras till en värmeväxlare 39 där det kylande mediumet är atmosfarslufi 40, som föres till värmeväxlaren 39 och i uppvärmd form lämnar värmeväxlaren 39 och via ledningen 40 föres till ledningen 20 där denna uppvärmda luft inblandas i den förefintliga iörbränningslufien. Det färdigkylda torrefierade lignocellulosamaterialet lämnar systemet som slutprodukt via en utmatnings- anordning 41. Det vanliga är, att materialet därefter desintegreras, exempelvis males, så att ett finkornigt, med kornen av uniform storlek och utseende, material erhålles, vilket med fördel låter sig säckas eller emballeras i större emballage eller förvaras i lös form o s v, i väntan på slutanvändning.

I normalfallet behövs inget stödbränsle till förbränningsugrien 23, men sådant kan tillföras via ledningen 42. Det är även möjligt att leda en mycket begränsad ström av det färdiga torreñerade materialet via matningsanordningen 43 till förbränningsugnen 23.

Claims (23)

10 15 20 25 17 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av torreñerat lignocellulosaniaterial, innefattande att finfórdelat lignocellulosarnaterial medelst en komprimerande och luftbortträngande matningsanordning fóres till en gastät, mantlad torkanordning där minst huvuddelen av i lignocellulosamaterialet ingående vatten bortdrives och avlägsnas ur anordningen i ångforrn, förorsakat av att temperaturen inuti torkanordningen är minst 100°C, och att li gnocellulosamaterialet efter torkning, d v s vattenbortdrivning, matas under gastäta förhållanden in i en minst i huvudsak syrefri, rnantlad torrefieringskammare där lignocellulosainaterialet under inverkan av en temperatur inom intervallet 200-320°C, lämpligen 270~300°C, omvandlas till torrefierat lignocellulosamaterial under samtidig avgång av brännbara, organiska gaser, varefier det torrefierade lignocellulosamaterialet vid ungefärlig behandlingstemperatur och i frånvaro av inträngande gaser föres till en kylanordning, där det torreñerade lignocellulosamaterialets temperatur sänkes minst 100°C, lämpligen minst l50°C, vareñer det torrefierade lignocellulosarnaterialet utmatas från kylanordningen för att efter eventuell ytterligare kylning tillvaratas vid atmosfárstryck och omgivande temperatur och innefattande att avgängna, brännbara organiska gaser töres inifrån den mantlade torreñeringskanunaren till en ugn där de förbrännes under generering av energirika rökgaser, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att som extern energibärare för förfarandet användes vattenånga av övertryck som fóres in i manteln på torrefieringskanirnaren vid en temperatur överstigande torreñeringstemperaturen och bringas att passera igenom manteln for att lämna den mantlade torrefleringskammaren vid en temperatur understigande torrefieringstemperaturen fór vidaretransport in i manteln på torkanordningen och passage igenom denna mantel under avgivande av nödvändig energi för avdrivning av vatten ur nytillfört lignocellulosarnaterial ledande till att detta medium lämnar manteln på torkanordningen intakt som vattenånga av förhållandevis låg temperatur eller lämnar manteln i kondenserad form, d v s som vatten, med en temperatur av eller något understigande 100°C, som tillvaratages. 10 15 20 25 18

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att vattenångan av övertryck redan vid energíuttagstället har en temperatur som är nödvändig för den indirekta uppvärmningen av lignocellulosa- materialet inuti torrefieringskammaren, vilken ångtemperatur överstiger 200°C och understiger 340°C, lämpligen överstiger 280°C och understiger 320°C.

3. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att vattenångan av övertryck på sin väg från energi- uttagsstället till torrefieringskarrirnaren utsattes för en ternperaturhöj ande, indirekt värmeväxling där det energiavgivande mediumet utgöres av rökgaser från förbrännings- ugnen ledande till en ångtemperamr överstigande 200°C och understigande 340°C, lämpligen överstigande 280°C och understigande 320°C.

4. Förfarande enligt patentkraven 1 och 2, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att rökgasernas energiinnehåll övertöres indirekt medelst värmeväxling uteslutande till cirkulerande varmvatten, exempelvis ljärrvärmevatten, varefter rökgaserna utsläppes via en skorsten.

5. Förfarande enligt patentkraven 1 och 3, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att rökgasemas energiinnehåll överfores indirekt medelst vänneväxling till först den passerande vattenångan av övertryck och därefter till det cirkulerande varmvattnet, exempelvis fiärrvärrnevatten, varefter rökgasema utsläppes via en skorsten.

6. Förfarande enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att en del av rökgasema på sin väg till en forsta värme- växlare avledes runt denna och infóres i rökgasströmmen till en andra värmeväxlare. 10 15 20 25 3,31 z l Hur »J 1214» :JN 19

7. F örfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att från li gnocellulosamaterialet under torkningsfórloppet avdrivna gaser, huvudsakligen vattenånga, töres till en kondensor, där det kylande mediumet utgöres av cirkulerande varmvatten, exempelvis íjärrvärmevatten, för bildande av kondensatvatten av en temperatur något överstigande det cirkulerande varmvattnets temperatur, vilket kondensatvatten fóres till ett uppsamlingsställe.

8. Förfarande enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att gaser av organiskt ursprung, som ej kondenserar samtidigt med vattenångan, fóres från kondensorn och blandas med atmosfárslufi, vilken blandning med huvudsakligt inslag av atmosfárslufi efter indirekt värineväxling fóres till ugnen for att tjäna som fórbränningslufi.

9. F örfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att kylningen av det torrefierade lignocellulosamateiialet sker i en anordning av typ mantlad kylskruv med komprimering där ett kylmedium transporteras i motsatt riktning som det framlöpande och i ökande grad komprimerade torrefierade lignocellulsomaterialet genom en yttre mantel och/eller genom en inre mantel i kylskruvens centrum.

10. Förfarande enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att kylmediumet efter kylningsarbetet lämnar kylskmven och íöres till en vänneväxlare där kylmediumets upptagna energi indirekt övertöres till tidigare omnämnd törbränningslufi, som föres till ugnen, vareñer kylmediurnet vid sin utgångstemperatur återfdres och infiñres i kylskruven vid den ände där det kylda torreñerade lignocellulosarnaterialet utmatas.

11. ll. Förfarande enligt patentkraven 9 och l0, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att kylmediumet utgöres av värmetålig olja. 10 15 20 25 30 :r- -æ : =- 3$2 fåb 20

12. F örfarande enligt patentkraven 1, 9, 10 och 1 1, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att det kylda torrefierade lignocellulosamaterialet utsättes for ytterligare kylning med atmosfärsluft genom indirekt värmeväxling och att den uppvärmda atmosfarslufien inblandas i den fdrbrämiingsluft, som tillföres ugnen.

13. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att den vattenånga av övertryck, som lämnar manteln på torrefieringskarnmaren och är på väg till den mantlade torkanordningen delas i två strömmar, där den ena fóres till torkanordningen medan den andra íöres till värmeväxlare där energi överfóres indirekt till det cirkulerande varmvattnet, exempelvis fjärrvärme- vatten, vilken ångström under/efter energiavgivandet kondenserar till kondensatvatten, som tillvaratages.

14. Förfarande enligt patentkraven l, 2 och 3, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att energiuttagsstället är lokaliserat någonstans utefter en ångturbin tillhörigt ett lcrafi/värmeverk.

15. l5. Förfarande enligt patentkraven 1, 2 och 3, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att energiuttagsstället är en ångpanna.

16. Apparatur for framställning av torreñerat lignocellulosamaterial, innefattande en komprimerande och luftbortträngande anordning (2) med vars hjälp finiördelat lignocellulosamaterial íöres till en gastät, mantlad torkanordning (3) genom vilken rnantel värmande vattenånga strömmar i motsatt riktning som lignocellulosa- materialet och uppvisande en avloppsledning (11) anbragd inuti torkanordningen (3) genom vilken ur lignocellulosamaterialet bortdrivna gaser, främst vattenånga, strömmar efterföljt i lignocellulosamaterialets transportríktning av en mantlad torrefieringskammare (4), som är gastät minst visavi torkanordningen (3), vilken kammare (4) uppvisar dels en vid manteln anbragd tilloppsledning (29) för extern, värmande vattenånga av övertryck och en vid manteln anbragd utloppsledning (30) får värmande vattenånga av reducerat 10 15 20 25 tirït W 1 Éfíïtšïl 21 övertryck, vars slutände (31) är anbragd i manteln på torkanordningen (3) och dels en inuti kammaren (4) anbragd ledning (24) genom vilken ur lignocellulosamaterialet bortdrivna organiska gaser, d v s reaktorgas, strömmar och vilkens lednings (24) motsatta ände är anbragd i eller i anslutning till, med en ledning (22) för förbrärmingsluft försedd, förbränningsugn (23), efterföljd i det torrefierade lignocellulosamaterialets transport- riktning av en kylanordning (7), som är öppet eller gastätt ansluten till torrefierings- kammaren (4), från vilken kylanordning (7) det torrefierade och kylda lignocellulosa- materialet utmatas till atmosfarstryck och omgivande temperatur, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att tilloppsledningen (29) för den externa, värmande vattenångan av övertryck i motsatt ände är ansluten till en energiuttagsanordriing och att i slutet av systemet för den värmande vattenângan, d v s i torkanordningens (3) mantel, vid den ände av torkanordningen där nytillfört lignocellulosamaterial inmatas, är en ledning (32) anbragd genom vilken strömmar endera i huvudsak trycklös vattenånga eller kondenserad vattenånga i form av kondensatvatten.

17. l 7. Apparatur enligt patentkravet 16, k ä n n et e c k n a d d ä r av, att den avloppsledning (1 1) som löper från torkanordningen (3) och innehåller under torkningen bortdrivna gaser, främst vattenånga, är ansluten till en kondensor (12), varifrån det, förutom inlopps-(13) och utloppsledning (14) för kylmediet för kondensorn, löper två ledningar, en huvudledning (15) för transport av kondensatvatten till ett uppsamlingskärl (16) och en biledning (17) genom vilken ej kondenserade organiska gaser strömmar och föres till en förbränningslufiintagsanordning (19).

18. Apparatur enligt patentkravet l7, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att från nämnda förbränningsluftintagsanordning (19) löper en ledning (20, 21, 22) som är ansluten till förbräriningsugnen (23), vilken ledning (21) på vägen passerar igenom en värmeväxlare (9) där värme upptages av förbränningslufien och värmen avges indirekt av det uppvärmda kylmedium, som förs i en ledníngskrets (8, 10) genom denna vänneväxlare (9) och kylanordningen (7). 10 15 20 25 22

19. Apparatur enligt patentkraven 16, 17 och 18, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att det från fórbränningsugnen (23) löper en rökgasledning (25) som på väg till en skorsten (28) passerar en vårmeväxlare (26), där rökgasens hela utnyttjbara energi indirekt överfires till cirkulerande varmvatten, exempelvis fiärrvärmevatten.

20. Apparatur enligt patentkravet 16, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den ångledning (30, 31) som går från den mantlade torreñeringskammaren (4) till den mantlade torkanordningen (3) uppvisar en grenledning (33), vilken passerar igenom en värmeväxlare (34) där vattenångans energiinnehåll indirekt överfóres till cirkulerande varmvatten, exempelvis íjärrvärmevatten, vilken grenlednings ände (37) är ansluten till avloppsledningen (32) från den mantlade torkanordningen (3).

21. Apparatur enligt patentkravet 16, k ä n n et e c k n a d d ä r a v, att efier den forsta kylanordningen (7) är anbragd en andra kylanordning i form av värmeväxlare (39), där kylmediet är atmosfárslufi, som indirekt upptar värme från det i ett steg kylda torrefierade lignocellulosainaterialet, vilken uppvärmd lufi strömmar igenom en ledning (40), som är ansluten till tidigare Omnämnda törbränningslufiledning (20).

22. Apparatur enligt patentkravet 16, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att en komprimerande och gasbortträngande matnings- anordning (5) är applicerad mellan torkanordningen (3) och torrefieringskammaren (4).

23. Apparatur enligt patentkraven 16 och 22, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den komprirnerande och lufi/gasbortträngande matningsanordningen (2, 5) utgöres av en pluggskruv.