JPH0552360B2 - - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Description
[発明の背景]
本発明はプラスチツク結合剤で結合させたペレ
ツト状のセルロース燃料及びその製造方法に関す
る。
石炭、石油及び天然ガス生成物の量が減少しつ
つある現在、他のエネルギー源が注目されつつあ
る。注目を浴びつつあるエネルギーの1つは木
材、さとうきび搾り殻、これらの副産物、農産物
残滓などのようなバイオマス材料である。
例えばペレツト状または塊状に圧縮した木材屑
の燃料源としての利用は今日まで極く限られた範
囲でしか受け入れられていない。その理由の1つ
は圧縮木材屑の発熱値が比較的低いことにある。
圧縮木材屑はまた燃焼速度が低い。中には不完全
燃焼に終るものもあり、その結果、炭質残留物が
形成され、燃焼効率が低くなる。さらに、圧縮木
材屑は着火し難い。ほかに圧縮木材屑の脆さも問
題であり、崩壊、粉塵発生を防ぐ特別な取扱いが
必要であり、風化も防止しなければならなかつ
た。
崩壊や風化の問題を克服するため、セメントや
ケイ酸ナトリウムのような無機結合剤や、ター
ル、ピツチ、ロンジン、にかわ、ワツクス、フア
イバのような有機結合剤がペレツトに混入され
た。しかし、上記の問題を完全に解決し、安価で
もあり、木材の発熱値を低下させないような結合
剤は発見されていない。
崩壊の問題を回避するため各種の木材を対象に
リグニンから得られる自己結合特性を利用する試
みがなされた。この方法は木材をリグニンの最低
可塑温度163℃以上に加熱することによりいくつ
かの種類の木材に応用できるが、すべての種類に
応用できる方法ではない。しかしこのような木材
ペレツトもこの機械的強度は高くない。また、こ
のような高温はペレツト化装置の耐用寿命を著し
く制限し、高いBTU揮発成分を木材から駆逐し、
加熱の必要上ある程度のエネルギーを損失する。
公知アプローチの具体的例はスタミカーボンの
英国特許明細書第901789号、マサヨシの日本特許
出願第46−10282号、ハートマン等の米国特許第
3947255号、メスマンの米国特許第3843336号及び
ガナーマンの米国特許第4015951号に開始されて
いる。スタミカーボンは石炭粒子とオレフイン不
飽和炭化水素系結合剤から成る塊状燃料を開示し
ている。燃料粒子は3mm以下である。石炭粒子に
対する結合剤の添加は結合剤を融解させて石炭粒
子中にくまなく分布させるか、結合剤を溶解して
石炭粒子に吸収させるか、またはタール油蒸溜及
び高温圧縮で石炭粒子を結合剤で被覆することに
よつて達成される。スタミカーボンの場合、1〜
2%の少量のプラスチツクを使用し、水分は5〜
8%である。マサヨシ特許出願は9〜66%の熱可
塑性材料とバランス量の木粉またはチツプから成
る燃料を開示している。マサヨシの場合、熱可塑
性材料を融解させてこれを木粉またはチツフと組
合せる。ハートマンは樹皮に対する結合剤として
2.5〜40%のプラスチツクを使用する。このプラ
スチツクは融解させることによつて結合作用を得
る。ハートマンの樹皮水分は7%以下である。メ
スマンは熱硬化樹脂、おが屑、ワツクス及び燃料
油から成る人工薪を開示している。メスマンの場
合、押出し成形した薪の外側をプラスチツク被覆
するが、プラスチツクの含有%は高い。ガナーマ
ンは水分含有率が16〜28%の、例えば木材のよう
な繊維質材料を使用する。この材料をダイスで圧
縮し、ダイスから出る時のペレツト温度が163〜
177℃(325〜350〓)となるようにする。次いで
このペレツトを乾燥処理する。ガナーマンによれ
ば、この方法で得られたペレツトははみ出した繊
維粒子どうしの係合とおそらくは熱軟化されたリ
グニンによつて固定される。個々の粒子のサイズ
はペレツトの最小寸法の85%を超えることはな
い。
アイアン・フレイザー・ジヨンストンの米国出
願第943393号にはセルロース材と熱可塑性材料か
ら成るペレツトが開示されている。ジヨンストン
のペレツトは熱可塑性材料が1〜10%、残りがセ
ルロース材である。水分含有率は5〜15%であ
る。プラスチツクもセルロース材も5メツシユ・
スクリーンを通過できる程度の小さい粒子であ
る。ジヨンストンはセルロース分とプラスチツク
との独自の結合方式を開示している。プラスチツ
クを融解または溶解させるのではなく、押出しと
同時にセルロース材の繊維間に進入して材料間に
機械的係合関係を形成するように軟化する。ジヨ
ンストンのペレツトは個々の成分よりもすぐれた
燃焼特性を示す。小さいプラスチツク粒子が着火
サイトとして作用し、これが可燃ガスを放出し、
この着火サイトからセルロース材への燃焼が進む
と考えられる。即ち、可燃ガスが燃焼して、セル
ロース材の着火及び燃焼を促進する。セルロース
材は個々のプラスチツク材を分離させることによ
り、各粒子を独立に燃焼させ、大きいプラスチツ
ク粒子の燃焼に伴なう炭化現象を防止する。ジヨ
ンストン・ペレツトにおける燃焼促進と関連し
て、正常な燃焼において木材のようなセルロース
材のリグニン成分はセルロースよりは高い燃焼熱
を発するが、このリグニンが熱分解して炭化し、
完全燃焼しないことも他の研究によつて公知であ
る。炭化物質は熱放出速度の低いくすぶりによ
り、固相燃焼でゆつくりと燃焼する傾向がある。
この燃焼領域におけるリグニンの燃焼生成物は多
量の可燃成分を含む。熱流量が増大すれば、リグ
ニンは発炎燃焼してほとんど灰を残さない(ジヤ
ーナル・オブ・サーマル・インジユレーシヨン第
2巻(1979年1月)、シヤフイザデイ及びブラツ
ドベリー著“セルロース材のくすぶり燃焼”)。ジ
ヨンストン燃料の燃焼生成物は同じ条件下で燃焼
する天然のリグニン含有セルロース材に比較して
炭質灰分が極めて低い。従つて、粒状プラスチツ
クはセルロース材のリグニン成分を完全燃焼さ
せ、高いリグニン燃焼熱を放出し、炭質灰分をほ
とんど残さないような燃焼環境を生むものと考え
られる。
[発明の要約]
本発明は少なくとも50%のセルロース材を含む
天然産可燃材と熱可塑樹脂から成る改良型燃料ペ
レツト及びその製法を提供する。このペレツトは
少量のプラスチツクを使用するにもかかわらず、
すぐれた燃焼特性を持つ。経験に照らして、プラ
スチツク及びセルロース材の粒度を小さくすれ
ば、少量のプラスチツクを使用しても多量のプラ
スチツクを使用する場合と同じペレツト燃焼特性
を得ることができ、しかもこの特性は熱放出が高
く炭質灰残留が低いすぐれたものであることが判
明した。プラスチツクとセルロースの粒度関係を
調整することによりプラスチツクとセルロース材
繊維との間にすぐれた機械的結合が得られること
も判明した。
一実施態様として本発明は約97〜約99重量%の
粒状の天然産可燃材と約1〜約3重量%の粒状合
成ポリマー熱可塑性材料から成る圧縮燃料ペレツ
トを提供する。天然産可燃材は50〜約100%の天
然セルロース材を含有する。圧縮はダイスによつ
て行なうのが好ましく、押出し成形体としてペレ
ツトを得る。プラスチツクがセルロース粒子間に
介在して、セルロース繊維と緊密に連携すること
によりセルロース粒子と結合する。天然セルロー
ス材以外の充填材、例えば樹皮、石炭、蒸溜廃
液、またはアルコール蒸溜のような処理から得ら
れるタール状残留物を含むことも可能である。樹
皮及び蒸溜廃液は天然セルロース材によつて形成
される充分な結合に必要な繊維組織を持たないか
ら、ここでは非セルロース質と考えることができ
る。若い樹皮のようにある程度繊維質なら、1〜
3%のプラスチツクと共に最大限約50%の粒状非
セルロース材を使用し、残りを粒状の天然セルロ
ース材とすればよい。古い樹皮なら繊維質に乏し
いから、その添加量をもつと少なく、即ち、最大
限30%とし、これを1〜3%のプラスチツクと共
に使用し、残りを天然セルロース材とする。
好ましくは、ペレツトは約97〜約99重量%の粒
状天然セルロース材と、約1〜約3重量%の粒状
合成ポリマー熱可塑性材料から成る。ほぼ全体が
天然産可燃材のようなセルロース材を使用すれば
極めて強力なペレツトが得られる。
ペレツト中のプラスチツクはペレツトの側壁が
連続的なプラスチツク被覆である好ましい実施態
様を除いて、全体に亘つて均質である。ペレツト
中のプラスチツクはまた粒状である。重要の条件
として、プラスチツクのほぼ全部が30米国規格メ
ツシユのスクリーンを通過し、80米国規格メツシ
ユのスクリーンによつて阻止されるようにプラス
チツク粒度を設定しなければならない(この粒度
を−30米国規格メツシユ乃至+80米国規格メツシ
ユとして表わす。)。セルロース材の粒度もプラス
チツク粒度と明確な関係にあり、プラスチツクが
セルロース材に比較して過度に小さくならないよ
うに設定する。セルロース材のサイズはそのほと
んどすべてが10米国規格メツシユ・スクリーンを
通過し(−10)、40米国規格メツシユ・スクリー
ンで阻止される(+40)のように設定する。従つ
て、セルロース材はプラスチツクの特徴的寸法
(直径)よりも1オーダー以上は大きくない特徴
的寸法(直径)を持つ。
非セルロース充填材はその粒度がセルロース材
の粒度よりも大きくてはならない。非セルロース
材はセルロース材より細かくてもよい。プラスチ
ツクの粒度が小さければ、プラスチツク及び天然
産可燃材の燃焼を促進する。天然産可燃材の燃焼
はプラスチツクからの可燃ガス放出によつて促進
される。これと同じメカニズムで、もしリグニン
が存在すればその完全燃焼を助長する。プラスチ
ツクの燃焼も、プラスチツク粒子の比較的大きい
表面積が維持され、個々のプラスチツク粒子はセ
ルロース繊維内に固く保持されるから集塊できな
いため、完全燃焼となる。
プラスチツク粒度は過度に小さくなるおそれが
あり、好ましい結合結果を得るためにはセルロー
ス粒度に対するプラスチツク粒度の関係を配慮し
なければならない。プラスチツク粒度が80メツシ
ユより小さければ、もはやセルロース粒子を満足
にブリツジ結合できない。プラスチツク粒度が30
メツシユより大きければ、好ましい燃焼及び結合
は可能でも、少なくともプラスチツク量を増大さ
せねばならない。プラスチツク粒度が小さ過ぎれ
ば個々のセルロース粒子間をブリツジ結合できな
いから、粒度差の限界として粒度差オーダーを守
らねばならない。粒度が大きければ大きいほど、
すぐれた強度を有するペレツトを得るのに必要な
プラスチツク量が増大する。また、プラスチツク
粒度が大き過ぎると、押出成形中に軟化せず、セ
ルロース間に挾まつた薄い屑を形成することが不
可能となる。ペレツトを粉末状にしてエアサスペ
ンシヨン燃焼させる場合、プラスチツク粒度が大
き過ぎれば、この粉末状混合物においてプラスチ
ツク粒子が分離してしまうから、プラスチツクと
セルロース材との密着関係から得られるはずの利
点が失われる。セルロース材が過度に細かい場合
も想定される。セルロース材が40メツシユより小
さくなると繊維性を失い、プラスチツクとセルロ
ース材との間質結合性が損われる。ペレツト化す
る前のセルロース材の遊離水含有率は約5〜約15
%、好ましくは10〜13%である。さらに現想的に
は10.5〜11.5%が好ましい。ペレツト化及びある
程度乾燥した後の状態では約8%が好ましい。熱
可塑性材料は室温で固形を呈し、射出成形温度が
約95℃以上であるものを選ぶ。本発明の燃料ペレ
ツトは完全燃焼し、熱可塑性材料を含有しないペ
レツトよりも燃焼速度が高く、構造的一体性にす
ぐれている。
プラスチツク配合率は結合及び燃焼の両面の必
要条件に照らして1〜3%の範囲から選択する。
プラスチツクが1%以下になると、個々の着火サ
イトを提供するという利点が失われると共に、ペ
レツト強度が低下する。やや硬い木質を係合する
場合、または非セルロース成分の含有率が高い場
合、3%のプラスチツクが必要となるであろう。
しかし、一般的にはコスト面でプラスチツク含有
率は低い方がよい。好ましい範囲は1〜2%であ
る。
本発明は原理は樹皮、蒸溜廃液、その他の蒸溜
副産物、石炭などのような充填材としての可燃物
をセルロース粒子及びプラスチツクと共に使用す
ることを可能にする。古い樹皮は一般に繊維質で
はなく、蒸溜廃液や石炭の場合と同様、本発明の
結合メカニズムとは無関係である。しかし、プラ
スチツク固定場所を提供するに充分な量のセルロ
ース材が存在すれば上記非繊維質充填材の結合も
可能である。石炭、蒸溜廃液、古い樹皮などを全
体の約30%とすれば、セルロース材を67〜69%、
プラスチツクを1〜3%として満足な製品が得ら
れる。繊維質の新しい樹皮なら50%までは使用で
きる。この場合の組成は樹皮が50%、プラスチツ
クが1〜3%、残りがセルロース材となる。製品
の含水率及びプラスチツク粒度は変らない。
本発明の他の実施態様では、ペレツトがケイ酸
ナトリウム及びケイ酸カリウムから選ばれたアル
カリ金属ケイ酸塩を含む。ケイ酸塩は1〜2重量
%が好ましいが、約10%までは許容できる。アル
カリ金属はガス燃焼を促進する触媒として作用す
ると考えられる。また、シリカ結晶は熱輻射体と
して熱輻射による着火を促進すると考えられる。
加熱されると強い赤外線を発するのがシリカ結晶
に固有の性質である。アルカリ金属ケイ酸塩はま
た、結合効果、ペレツトの機械的強度、ペレツト
の高密度化、ペレツトの疎水性被覆の強化を助長
する。
燃焼ペレツトは粒状天然セルロース材、必要に
応じて非セルロース性充填材、及び粒状合成熱可
塑性材料からなる供給材料を調製することによつ
て製造することができる。熱可塑性材料はほとん
どすべてが−30米国規格メツシユ乃至+80米国規
格メツシユの粒度を持つ。充填はほとんどすべて
−10米国規格メツシユ粒度である。プラスチツク
とセルロース材は前記供給材料を押出し成形型内
で圧縮することにより緊密に結合される。押出し
成形はペレツト内部のプラスチツクが融解せず、
軟化するだけの温度及び速度条件下で行なわれ
る。従つて、プラスチツクは粒状のままである。
押出しの結果、粒状プラスチツクが扁平化されて
セルロース材の繊維と強固に機械結合される。
[詳細な説明]
以下、添付図面に基づいて本発明を更に詳述す
る。
本発明は燃料ペレツト及びその製造方法を提供
する。このペレツトは小量のプラスチツク結合材
及びその特異な機械強度と燃焼特性を利用するこ
とに特徴がある。このペレツトは火格子上で燃焼
させる場合でも、粉砕した後、エアサスペンシヨ
ン燃焼させる場合でも完全燃焼する。
好ましい実施態様では、ペレツトは約97〜約99
%のセルロース材と約1〜約3%の熱可塑性材料
から成るが、約98〜99%のセルロース材と約1〜
2%の熱可塑性材料とで組成する方が好ましい。
具体的にはペレツトは個々のプラスチツク粒子の
一体性を維持する押出し成形処理で形成される。
即ち、プラスチツク粒子が互いに融着して単一の
連続的なプラスチツク塊となることはない。押出
し成形処理はプラスチツクは(必ずしも平坦とは
限らない)薄いパンケーキ状に変形させ、この扁
平体とセルロース質主要材の繊維と強固に機械結
合させる。プラスチツクはセルロース繊維を一体
的に保持する腱の機能を果すと考えることができ
る。プラスチツクはその粒状性を維持しなければ
ならない。この粒状性はプラスチツクだけでな
く、セルロース材の燃焼をも助長する。
ペレツトは例えば石炭、蒸溜廃液、その他の蒸
溜処理生成物、樹皮、タール状物質のような天然
産充填材を含むことができる。樹皮は燃焼熱が高
く、林業製品として豊富に入手できる。樹皮はそ
の種類に応じて繊維性にも差があり、新しい樹皮
は比較的繊維質であるが、古い樹皮はほとんど繊
維を含まない。機械強度上の条件から、新しい樹
皮ならペレツトの50%まで占めることができ、古
い樹皮を利用する場合には30%までが限度であ
る。いずれの場合にも、プラスチツク含有率は1
〜3%と変らず、残りが天然セルロースである。
石炭は完全に非セルロース質であり、セルロース
粒子間に結合されなければならない。蒸溜廃液は
ある程度のセルロースを含む変性物質である。し
かし、好ましい結合特性を与えるセルロースの繊
維性は処理中に著しく失われるから、これはあく
までも充填材である。蒸溜廃液以外の蒸溜副産
物、例えば糖蜜やピツチも充填材として有効に利
用できる。これらの副産物は従来廃棄処理に困つ
た物質であつた。
プラスチツクが粒状であればその表面積が広く
なるから、プラスチツクの燃焼速度が高くなる。
燃焼するプラスチツク粒子からの高温燃焼ガスが
プラスチツク粒子を囲む充填材やセルロース材に
着火させ、これらの全体的な燃焼を促進する。木
材から得られたセルロース材は多量のリグニンを
含有する。リグニンはセルロースほど容易には燃
焼しない。多くの場合、リグニンは固形状態で燃
焼して煙の混ざつた焔を発生し、炭状のほどんど
未燃焼のままの残留物を残す。この炭状物質はか
なりの燃料価値を持つ。これも従来なら少なくと
も粒子汚染の原因となるものである。粒状プラス
チツクは主要セルロース材中のリグニンを完全燃
焼させる燃焼域を発生させる。このことは燃料を
ペレツトのまま燃焼させる場合も、粉砕してから
エアサスペンシヨン燃焼させる場合も同じであ
る。後者の場合、プラスチツクに関して上述した
粒度条件を守る限り、プラスチツクはセルロース
粒子と結合したままの状態を維持する。
プラスチツクが30米国規格メツシユ・スクリー
ンを通過するが80米国規格メツシユ・スクリーン
を通過できない粒度なら、プラスチツクの添加量
は最小量でよい。この粒度のプラスチツクならセ
ルロース粒子間にまたがつて結合作用を果すこと
ができる。粒度は着火を容易にする大きい表面/
容積比と、リグニン及びセルロース材の燃焼を促
進する高い燃焼速度という利点を活用できる程度
に小さくなければならない。このように粒度が小
さければ、プラスチツクの完全燃焼も確実にな
る。公知のように、プラスチツク粒度が過度に大
きく、表面積/容積比が過度に小さくなると、プ
ラスチツクは不完全燃焼して炭状物質を残す傾向
がある。プラスチツク粒度は押出し成形中に軟化
してペレツト内部に薄い板またはパンケーキを形
成できる程度に小さくなければならない。プラス
チツク粒度が大き過ぎると粒子が軟化せず、セル
ロース粒子を結合する薄板を形成しないことが判
明している。
セルロース材及び充填材、例えば樹皮の粒子は
プラスチツク粒度と明確な関係を持つ。この粒度
は10米国規格メツシユ・スクリーンを通過できる
程度でなければならない。ただしセルロース材は
40米国規格メツシユ・スクリーンの上に残留する
程度に粗くなければならない。このような粒度範
囲なら、セルロース材の特徴的寸法はプラスチツ
ク材の対応の特徴的寸法よりも約1オーダーだけ
大きくなる。プラスチツクの粒度に対してセルロ
ース粒度が大き過ぎると、プラスチツクはセルロ
ース材の繊維中にまぎれ込んでしまうから、個々
のセルロース粒子間にまたがることができなくな
る。また、大き過ぎるセルロース粒子は小さい粒
子ほどには燃焼しない。セルロース材に対してプ
ラスチツクが大きくなると、プラスチツクの浪費
につながると共に、すでに述べた燃焼及び軟化上
の問題が起こつて来る。軟化上の問題を克服で
き、発生するおそれのあるプラスチツク燃焼問題
を無視すれば、ここに設定する限度以上の大きい
プラスチツク粒子はセルロース粒子をつなぐとい
う点では有効である。セルロース材が細か過ぎる
と、その繊維性が失われる。その結果、係合作用
による機械結合においてセルロース材の繊維性に
依存するプラスチツクとセルロース材の間の結合
メカニズムが失われるから、機械強度が失われ
る。
充填材を添加する場合、この充填材は主として
プラスチツクとセルロース材との間の結合によつ
て保持される。充填材粒子が大き過ぎると、プラ
スチツクとセルロース材との結合メカニズムを妨
げる。過度に大きい充填材粒子は燃焼し難い。充
填材粒度の下限は経済性で決定される。充填材粒
子を極度に小さくする理由はないが、すでに極め
て小さい場合、このような細かさが結果に悪影響
を及ぼすことはない。炭塵は特に粒度を小さくす
る必要のない自然発生的な細かい充填材の一例で
ある。
プラスチツク量は燃料ペレツト総量の約1〜約
3%とする。プラスチツク及びセルロースの粒度
制限を守りながらこのプラスチツク量を使用すれ
ば、最小量のプラスチツクで好ましい燃焼及び結
合特性が得られる。結合材としてペレツトの1〜
3%に相当する熱可塑性材料を添加することの効
用は種々の面から考察することができる。もし熱
可塑性材料を添加しない場合、セルロース材だけ
をペレツト化するにはかなり高い温度が必要とな
る。この熱可塑性材料を添加すればプラスチツク
をペレツト成形型またはローラにおける潤滑剤と
して作用させることができる。また、熱可塑性材
料はペレツト外面を被覆することにより、ペレツ
トを疎水性にするのに効果的である。
プラスチツクの好ましい添加量は燃料ペレツト
総量の約1〜約2%である。ただし、特に硬質の
木材及び多量の充填材を使用する場合、結合材と
してもつと多量のプラスチツクが必要となること
もあり得る。
セルロース材の含水率は約5〜約15%とする。
含水率に過不足があると、ペレツトが強度を失
い、取扱いや運送の過程に崩壊するおそれがあ
る。過度の含水率は火焔温度を低下させ、燃焼の
質に悪影響を及ぼす。含水率は10〜13%の範囲に
維持するのが好ましい。セルロース材の含水率
は、10.5〜11.5%であることが理想であり、この
範囲がペレツトの強度上最も好ましい。含水率は
ペレツト化する前のセルロース材で測定する。ペ
レツト化で空気中への蒸発により4〜8%に低下
する可能性がある。
ペレツトをエアサスペンシヨン燃焼に利用する
場合、燃焼特性を高めるため、ペレツトを粉砕し
た後の含水率を上記範囲以下に低下させることが
好ましい。当然のことながら、ペレツトをエアサ
スペンシヨン燃焼に適した微粒状に粉砕すれば、
ペレツトの構造的一体性に必要な含水率はもはや
不要となる。粉砕処理そのものが含水率を低下さ
せる。
熱可塑性材料の射出成形温度は約95℃以上であ
る。これよりもやや低くてもよい。この制限は押
出し処理中にプラスチツクが過度に融解するのを
回避するために必要である。プラスチツクが過度
に融解すると、その粒子性が失われ、粒状特性に
基づく性質も失われる。プラスチツクが集塊しな
い限り、ある程度の融解は許容される。
セルロース材は多様なバイオマス源から得るこ
とができる。最も一般的な供給源は、おが屑、か
んな屑のような木材屑や、さとうきび搾り殻など
である。木材やさとうきび搾り殻は燃焼熱が高
く、農産物屑よりも含水率が低い点で好ましい。
豊富に入手できる点でも好ましい。
熱可塑性材料は実際にはポリスチレン、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、アクリロントリル・ブ
タジエン・スチレン、アセチル・コポリマー、ア
セチル・ホモポリマー、アクリル、ポリブチレ
ン、及びこれらの組合わせなど、合成熱可塑性材
料ならいかなるものでもよい。しかし、ポリ塩化
ビニルは腐食の問題や燃焼時の放出物の問題を伴
うから使用すべきでない。ポリプロピレンやポリ
エチレンのような燃焼速度が高く、着火しやすい
熱可塑性材料が好ましい。
広く利用される熱可塑性材料の最低射出成形温
度はマグロウ・ヒル社発行のモダン・プラスチツ
ク・エンサイクロペデイア、1972−3年版第49巻
に報告されており、これを示すのが次の表1であ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to pelletized cellulosic fuel bound with a plastic binder and a process for making the same. Now that the quantities of coal, oil and natural gas products are decreasing, other energy sources are gaining attention. One energy source that is gaining attention is biomass materials such as wood, sugar cane husks, their by-products, agricultural residues, etc. For example, the use of wood chips compressed into pellets or blocks as a fuel source has to date only been accepted to a very limited extent. One reason for this is that compressed wood chips have a relatively low heating value.
Compressed wood chips also have a low burning rate. Some result in incomplete combustion, resulting in the formation of carbonaceous residue and low combustion efficiency. Furthermore, compressed wood chips are difficult to ignite. Another problem was the brittleness of compressed wood chips, which required special handling to prevent collapse and dust generation, and weathering had to be prevented. To overcome the problems of disintegration and weathering, inorganic binders such as cement and sodium silicate, and organic binders such as tar, pitch, longine, glue, wax, and fiber were mixed into the pellets. However, no binder has been found that completely solves the above problems, is also inexpensive, and does not reduce the heating value of wood. Attempts have been made to exploit the self-bonding properties of lignin in various types of wood to avoid the collapse problem. This method can be applied to some types of wood by heating the wood above the minimum plasticity temperature of lignin, 163°C, but it is not a method that can be applied to all types. However, such wood pellets do not have high mechanical strength. These high temperatures also significantly limit the useful life of pelletizing equipment and drive high BTU volatiles from the wood.
Some energy is lost due to heating requirements. Specific examples of known approaches include Stamicarbon UK Patent No. 901789, Masayoshi Japanese Patent Application No. 46-10282, and Hartman et al. US Patent No. 46-10282.
No. 3,947,255, Messman, US Pat. No. 3,843,336 and Gunnerman, US Pat. No. 4,015,951. Stamicarbon discloses a bulk fuel consisting of coal particles and an olefinically unsaturated hydrocarbon binder. Fuel particles are less than 3mm in size. The binder can be added to the coal particles by melting the binder and distributing it throughout the coal particles, by dissolving the binder and absorbing it into the coal particles, or by adding the binder to the coal particles by tar oil distillation and high temperature compression. This is achieved by coating with In the case of Stamicarbon, 1 to
A small amount of 2% plastic is used, and the moisture content is 5~5%.
It is 8%. The Masayoshi patent application discloses a fuel consisting of 9-66% thermoplastic material and a balance amount of wood flour or chips. In the case of Masayoshi, a thermoplastic material is melted and combined with wood flour or chitufu. Hartmann as a binder for bark
Use 2.5-40% plastic. This plastic obtains its binding effect by melting. Hartmann bark moisture is less than 7%. Messman discloses an artificial firewood consisting of thermoset resin, sawdust, wax and fuel oil. In the case of Messmann, the outside of the extruded firewood is coated with plastic, but the plastic content is high. Gunnerman uses fibrous materials, such as wood, with a moisture content of 16-28%. This material is compressed with a die, and the temperature of the pellet when it comes out of the die is 163 ~
The temperature should be 177℃ (325-350〓). The pellets are then dried. According to Gunnerman, the pellets obtained in this manner are secured by the interlocking of the protruding fiber particles and possibly by heat-softened lignin. The size of the individual particles does not exceed 85% of the pellet's smallest dimension. U.S. Application No. 943,393 to Iron Fraser Joneston discloses pellets comprised of cellulosic and thermoplastic materials. Johnston's pellets contain 1-10% thermoplastic material and the remainder is cellulose material. Moisture content is 5-15%. Both plastic and cellulose materials are 5 mesh.
Particles are small enough to pass through a screen. Johnstone discloses a unique bonding method between cellulose and plastic. Rather than melting or dissolving the plastic, it softens so that it penetrates between the fibers of the cellulosic material and forms a mechanical engagement between the materials upon extrusion. Johnstone pellets exhibit superior combustion properties than the individual components. Small plastic particles act as ignition sites, which release flammable gases,
It is thought that combustion of the cellulose material proceeds from this ignition site. That is, the combustible gas is combusted, promoting ignition and combustion of the cellulosic material. Cellulosic material separates the individual plastic particles so that each particle burns independently and prevents the charring phenomenon that accompanies the combustion of large plastic particles. In connection with the promotion of combustion in Johnstone pellets, the lignin component of cellulose materials such as wood emits higher combustion heat than cellulose during normal combustion, but this lignin is thermally decomposed and carbonized.
It is also known from other studies that combustion is not complete. Carbonized materials tend to burn slowly in solid-state combustion due to smoldering with a low heat release rate.
The combustion products of lignin in this combustion zone contain large amounts of combustible components. As the heat flow increases, lignin burns flamingly, leaving little ash (Smoldering Combustion of Cellulosic Materials, Journal of Thermal Injection, Vol. 2 (January 1979), Shafizadei and Bradbury). ”). The combustion products of Johnstone fuel have significantly lower carbonaceous ash compared to natural lignin-containing cellulosic materials burned under the same conditions. Therefore, it is thought that granular plastic completely burns the lignin component of the cellulose material, releases high lignin combustion heat, and creates a combustion environment that leaves almost no carbonaceous ash. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an improved fuel pellet comprising a naturally occurring combustible material containing at least 50% cellulosic material and a thermoplastic resin, and a method for making the same. Although this pellet uses a small amount of plastic,
Has excellent combustion characteristics. Experience has shown that by reducing the particle size of plastics and cellulosic materials, it is possible to use smaller amounts of plastic to obtain the same pellet combustion characteristics as larger amounts of plastic, but with a higher heat release. It was found to be an excellent product with low residual carbonaceous ash. It has also been found that by adjusting the particle size relationship between the plastic and the cellulose, an excellent mechanical bond between the plastic and the cellulose fibers can be obtained. In one embodiment, the present invention provides compressed fuel pellets comprising from about 97 to about 99 weight percent particulate naturally occurring combustible material and from about 1 to about 3 weight percent particulate synthetic polymeric thermoplastic material. Naturally produced combustible materials contain from 50 to about 100% natural cellulosic materials. Compression is preferably carried out using a die, and pellets are obtained as extrudates. The plastic is interposed between the cellulose particles and is bonded to the cellulose particles by working closely with the cellulose fibers. It is also possible to include fillers other than natural cellulosic materials, such as bark, coal, distillery waste, or tarry residues obtained from processes such as alcohol distillation. Bark and stillage liquors can be considered non-cellulosic here since they do not have the fibrous structure necessary for the full bond formed by natural cellulosic materials. If it is somewhat fibrous like young bark, 1~
A maximum of about 50% granular non-cellulosic material may be used with 3% plastic, with the remainder being granular natural cellulosic material. Since old bark is poor in fiber, it should be added in a small amount, ie at most 30%, and used together with 1 to 3% plastic, with the remainder being natural cellulose material. Preferably, the pellets consist of about 97 to about 99 weight percent particulate natural cellulosic material and about 1 to about 3 weight percent particulate synthetic polymeric thermoplastic material. The use of cellulosic materials, which are almost entirely naturally occurring combustible materials, results in extremely strong pellets. The plastic in the pellet is homogeneous throughout, except in the preferred embodiment where the side walls of the pellet are a continuous plastic coating. The plastic in pellets is also granular. An important condition is that the plastic particle size must be set so that substantially all of the plastic passes through a 30 US Standard mesh screen and is blocked by an 80 US Standard mesh screen (this particle size must be -30 US Standard mesh). (expressed as mesh to +80 US standard mesh). The particle size of the cellulose material also has a clear relationship with the plastic particle size, and is set so that the plastic does not become too small compared to the cellulose material. The size of the cellulosic material is set such that almost all of it passes through a 10 US mesh screen (-10) and is blocked by a 40 US mesh screen (+40). Therefore, the cellulosic material has a characteristic dimension (diameter) that is not more than one order of magnitude larger than the characteristic dimension (diameter) of the plastic. The particle size of the non-cellulosic filler should not be larger than that of the cellulosic material. Non-cellulosic materials may be finer than cellulosic materials. The small particle size of plastics facilitates the combustion of plastics and naturally occurring combustible materials. Combustion of naturally occurring combustible materials is facilitated by the release of combustible gases from the plastic. This same mechanism facilitates the complete combustion of lignin, if present. The combustion of plastics is also complete because the relatively large surface area of the plastic particles is maintained and the individual plastic particles are held tightly within the cellulose fibers and cannot agglomerate. Plastic particle size can become too small and the relationship of plastic particle size to cellulose particle size must be considered to obtain favorable bonding results. If the plastic particle size is less than 80 mesh, it is no longer possible to bridge cellulose particles satisfactorily. Plastic particle size is 30
If the mesh is larger, favorable combustion and bonding may be possible, but at least the amount of plastic must be increased. If the plastic particle size is too small, bridge bonding between individual cellulose particles will not be possible, so the order of the particle size difference must be maintained as the limit of the particle size difference. The larger the particle size, the
The amount of plastic required to obtain pellets with superior strength is increased. Also, if the plastic particle size is too large, it will not soften during extrusion and will not be able to form thin chips sandwiched between the cellulose. When pellets are pulverized and burned under air suspension, if the plastic particle size is too large, the plastic particles will separate in the powder mixture and the benefits of the close relationship between the plastic and the cellulose material will be lost. be exposed. It is also envisaged that the cellulose material may be excessively fine. When the cellulose material becomes smaller than 40 meshes, it loses its fibrous properties and the interstitial bond between the plastic and the cellulose material is impaired. The free water content of cellulose material before pelletizing is about 5 to about 15
%, preferably 10-13%. Furthermore, 10.5 to 11.5% is currently preferable. After pelleting and some drying, about 8% is preferred. The thermoplastic material is selected to be solid at room temperature and capable of injection molding at a temperature of about 95°C or higher. The fuel pellets of the present invention are completely combustible, have a higher burn rate, and have better structural integrity than pellets that do not contain thermoplastic materials. Plastic loadings are selected in the range of 1-3% depending on both bonding and combustion requirements.
Below 1% plastic, the advantage of providing individual ignition sites is lost and pellet strength is reduced. If a moderately hard wood is to be engaged, or if there is a high content of non-cellulosic components, 3% plastic may be required.
However, from a cost perspective, it is generally better to have a lower plastic content. The preferred range is 1-2%. The principle of the present invention is to enable the use of combustible materials as fillers, such as bark, stillage liquor, other distillation by-products, coal, etc., together with cellulose particles and plastics. Old bark is generally not fibrous and, like distillery liquor and coal, is irrelevant to the binding mechanism of the present invention. However, bonding of the non-fibrous fillers is also possible if a sufficient amount of cellulosic material is present to provide a plastic anchorage site. If coal, distillery waste, old bark, etc. account for approximately 30% of the total, cellulose materials account for 67-69%,
A satisfactory product can be obtained with a plastic content of 1-3%. Up to 50% of new fibrous bark can be used. In this case, the composition is 50% bark, 1-3% plastic, and the remainder cellulose material. The moisture content and plastic particle size of the product remain unchanged. In another embodiment of the invention, the pellets contain an alkali metal silicate selected from sodium silicate and potassium silicate. Silicates are preferably present at 1-2% by weight, but up to about 10% are acceptable. It is believed that alkali metals act as catalysts that promote gas combustion. In addition, silica crystal is considered to act as a thermal radiator and promote ignition by thermal radiation.
A unique property of silica crystals is that they emit strong infrared rays when heated. The alkali metal silicates also promote the binding effect, the mechanical strength of the pellets, the densification of the pellets, and the strengthening of the hydrophobic coating of the pellets. Combustion pellets can be produced by preparing a feedstock consisting of particulate natural cellulosic material, optionally non-cellulosic filler, and particulate synthetic thermoplastic material. Almost all thermoplastic materials have a particle size of -30 US mesh to +80 US mesh. Almost all fills are of -10 US mesh particle size. The plastic and cellulosic material are tightly bonded by compressing the feedstock in an extrusion mold. In extrusion molding, the plastic inside the pellet does not melt,
It is carried out under temperature and speed conditions that only cause softening. Therefore, the plastic remains granular.
As a result of extrusion, the particulate plastic is flattened and mechanically bonded tightly to the cellulosic fibers. [Detailed Description] Hereinafter, the present invention will be further described in detail based on the accompanying drawings. The present invention provides fuel pellets and methods for making the same. The pellets are characterized by the use of a small amount of plastic binder and its unique mechanical strength and combustion properties. The pellets burn completely either when burned on a grate or after being crushed and then burned under air suspension. In a preferred embodiment, the pellets are about 97 to about 99
% cellulosic material and about 1 to about 3% thermoplastic material, but about 98 to 99% cellulosic material and about 1 to about 3%
A composition with 2% thermoplastic material is preferred.
Specifically, the pellets are formed in an extrusion process that maintains the integrity of the individual plastic particles.
That is, the plastic particles do not fuse together into a single continuous plastic mass. The extrusion process transforms the plastic into a thin (not necessarily flat) pancake and mechanically bonds this flat body tightly with the fibers of the cellulosic base material. The plastic can be thought of as acting as a tendon that holds the cellulose fibers together. The plastic must maintain its granularity. This granularity promotes combustion not only of plastics but also of cellulosic materials. The pellets may contain naturally occurring fillers such as coal, stillage, other distillation products, bark, tarry substances, and the like. The bark has a high heat of combustion and is abundantly available as a forestry product. The fibrous nature of bark varies depending on its type; new bark is relatively fibrous, while older bark contains almost no fibers. Due to mechanical strength requirements, new bark can account for up to 50% of the pellet, while old bark can only account for up to 30%. In both cases, the plastic content is 1
It remains unchanged at ~3%, with the remainder being natural cellulose.
Coal is completely non-cellulosic and must be bound between cellulose particles. Distillery waste is a modified material containing some cellulose. However, it is only a filler, since the fibrous nature of cellulose, which gives it favorable binding properties, is significantly lost during processing. Distillation by-products other than distillation waste, such as molasses and pitch, can also be effectively used as fillers. Conventionally, these by-products have been difficult to dispose of. Granular plastics have a larger surface area, which increases the rate at which they burn.
Hot combustion gases from the burning plastic particles ignite the filler and cellulosic materials surrounding the plastic particles, promoting their overall combustion. Cellulosic material obtained from wood contains large amounts of lignin. Lignin does not burn as easily as cellulose. In many cases, lignin burns in its solid state, producing a smoky flame and leaving a charcoal-like, largely unburned residue. This charcoal material has considerable fuel value. Conventionally, this would also cause at least particulate contamination. Granular plastics create a combustion zone that completely burns out the lignin in the primary cellulosic material. This is the same whether the fuel is burned as pellets or the fuel is pulverized and then burned using air suspension. In the latter case, the plastic will remain bound to the cellulose particles as long as the particle size conditions described above for the plastic are observed. If the plastic has a particle size that will pass through a 30 US Standard mesh screen but not an 80 US Standard mesh screen, then the minimum amount of plastic may be added. Plastics of this particle size can act as a bond between cellulose particles. Particle size provides a large surface for easy ignition/
It must be small enough to take advantage of the volume ratio and high combustion rate that promotes the combustion of lignin and cellulosic materials. This small particle size also ensures complete combustion of the plastic. As is known, if the plastic particle size is too large and the surface area/volume ratio is too small, the plastic will tend to burn incompletely leaving behind a charcoal-like material. The plastic particle size must be small enough to soften during extrusion to form thin plates or pancakes inside the pellet. It has been found that if the plastic particle size is too large, the particles will not soften and form lamellae that bind the cellulose particles. Particles of cellulosic materials and fillers, such as bark, have a clear relationship to plastic particle size. The particle size must be sufficient to pass through a 10 American Standard mesh screen. However, cellulose material
Must be coarse enough to remain on top of the 40 American Standard mesh screen. With such a particle size range, the characteristic dimensions of the cellulosic material are approximately one order of magnitude larger than the corresponding characteristic dimensions of the plastic material. If the cellulose particle size is too large relative to the plastic particle size, the plastic will become entangled in the fibers of the cellulosic material and will not be able to span between individual cellulose particles. Also, cellulose particles that are too large will not burn as well as smaller particles. The large size of plastic relative to cellulosic material leads to plastic wastage and the combustion and softening problems already mentioned. If softening problems can be overcome and potential plastic combustion problems are ignored, plastic particles larger than the limits set here are effective in linking cellulose particles. If the cellulosic material is too fine, it loses its fibrous nature. As a result, mechanical strength is lost because the bonding mechanism between the plastic and the cellulose material, which relies on the fibrous nature of the cellulose material in mechanical bonding through engagement, is lost. If a filler is added, this filler is retained primarily by the bond between the plastic and the cellulosic material. If the filler particles are too large, they will interfere with the bonding mechanism between the plastic and the cellulosic material. Excessively large filler particles are difficult to burn. The lower limit of the filler particle size is determined by economics. There is no reason to make the filler particles extremely small, but if they are already very small, such fineness will not adversely affect the results. Coal dust is an example of a naturally occurring fine filler that does not require particularly small particle size. The amount of plastic should be about 1% to about 3% of the total amount of fuel pellets. Using this amount of plastic while adhering to plastic and cellulose particle size limits will provide favorable burn and bonding properties with a minimum amount of plastic. 1~ of pellets as a binding material
The effectiveness of adding 3% of thermoplastic material can be considered from various aspects. If no thermoplastic material is added, significantly higher temperatures are required to pelletize the cellulosic material alone. The addition of this thermoplastic material allows the plastic to act as a lubricant in pellet molds or rollers. Thermoplastic materials are also effective in rendering the pellets hydrophobic by coating the outer surface of the pellets. The preferred amount of plastic added is about 1% to about 2% of the total amount of fuel pellets. However, especially when using hard wood and large amounts of filler, large amounts of plastic may be required as a bonding material. The moisture content of the cellulosic material is about 5% to about 15%.
If the moisture content is too high or too low, the pellets may lose strength and disintegrate during handling or transportation. Excessive moisture content lowers the flame temperature and negatively affects the quality of combustion. Preferably, the moisture content is maintained in the range of 10-13%. Ideally, the moisture content of the cellulose material is 10.5 to 11.5%, and this range is most preferable in terms of pellet strength. Moisture content is measured on the cellulose material before pelletizing. Pelletization can reduce it to 4-8% due to evaporation into the air. When pellets are used for air suspension combustion, it is preferable to reduce the moisture content after crushing the pellets to below the above range in order to improve combustion characteristics. Naturally, if the pellets are crushed into fine particles suitable for air suspension combustion,
Moisture content required for pellet structural integrity is no longer necessary. The milling process itself reduces the moisture content. The injection molding temperature of the thermoplastic material is about 95°C or higher. It may be slightly lower than this. This restriction is necessary to avoid excessive melting of the plastic during the extrusion process. When a plastic melts too much, it loses its particulate nature and properties based on its particulate character. Some melting is allowed as long as the plastic does not clump. Cellulosic materials can be obtained from a variety of biomass sources. The most common sources are wood chips such as sawdust, planer shavings, and sugar cane husks. Wood and sugarcane husks are preferable because they have a high combustion heat and have a lower moisture content than agricultural waste.
It is also preferable because it is available in abundance. The thermoplastic material can actually be any synthetic thermoplastic material, such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, acrylontolyl-butadiene-styrene, acetyl copolymers, acetyl homopolymers, acrylics, polybutylene, and combinations thereof. . However, polyvinyl chloride should not be used because it is associated with corrosion problems and combustion emissions problems. Thermoplastic materials such as polypropylene and polyethylene, which have a high burning rate and are easily ignited, are preferred. The minimum injection molding temperatures for widely used thermoplastic materials are reported in the Modern Plastics Encyclopedia, published by McGraw-Hill, Volume 49, 1972-3 edition, and are shown in Table 1 below. It is.
【表】
高衝撃ポリスチレンは極めて硬く、1.25重量%
以上を含有すれば供給材料をペレツト化するのが
困難であるから、ペレツト化処理に難点がある。
ペレツト化処理中に、ペレツトを押出し成形型
の摩擦でペレツト表面の熱可塑性材料が加熱され
て融解し、ペレツトの外側面に薄いシートまたは
コーテイングを形成する結果となるような熱可塑
性材料もある。このコーテイングは疎水性であ
り、貯蔵中にペレツトが水分を吸収するのを防止
する。
特殊な用途または処理条件によつてはセルロー
ス材及び熱可塑性材料以外の材料をペレツトに添
加することも可能である。例えば、燃焼を容易に
するため、過塩素酸ナトリウムや硝酸アンモニウ
ムのような酸化剤を添加してもよい。パラフイ
ン、スラツク・ワツクス、カルナウバ・ワツクス
のほか、いくつかのリグノスルフアネート、例え
ばアンモニウム・リグノスルフアネート、ナトリ
ウム・リグノスルフアネート、カルシウム・リグ
ノスルフアネート、マグネシウム・リグノスルフ
アネートなども結合剤として添加できる。油種子
及びその生成物はペレツト成形型における摩耗を
軽減できる樹脂酸成分を含んでいる。このような
材料の例として、ココやしの殻、大豆、ピーナツ
ツ、ひまわり種子、コーン・ケーキ、圧搾残滓、
エタノール蒸溜廃液などがある。
セルロース供給材料の乾燥を助けるため、無水
消石灰、即ち、炭酸カルシウムを供給材料に添加
してもよい。その他の乾燥剤を使用してもよい。
炭酸カルシウムは水及び供給材料と結合し、脱水
器中で供給材料から急速に脱水することを可能に
する。炭酸カルシウムは乾燥状態の供給材料の約
2〜約10重量%の量を添加すればよく、約5重量
%を添加することで各層処理を著しく促進する。
炭酸カルシウムはペレツト化に先立つて、例えば
乾式選別によつて除去するのが好ましい。
セルロース供給材料中の遊離水含有率が過度に
高いような用途では、パワー・プレスやテーパ・
スクリユウ・プレスのような機械的処理で脱水す
るのが経済的である。
現時点ではペレツト成形に押出し機を利用する
のが好ましいが、加圧成形も注目に価する。
本発明におけるペレツト中の結合効果は極めて
すぐれたものである。古い樹皮のような非セルロ
ース材材の含有量が高いために結合効果を高めた
い場合には、ケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリ
ウムを使用すればよい。このようなケイ酸塩を使
用すれば、酸性の木質セルロース材を加水分解す
る。その結果、セルロース成分の圧縮性を増し、
高密度のペレツトが得られる。脱水完了と同時に
ケイ酸塩が硬化してセメントの作用を果し、熱す
塑性材料を補強し、繊維を結合する。熱可塑性材
料は比較的疎水性が高いから、外気の影響に強い
ペレツトが得られる。ケイ酸塩は灰分を増やす
が、エアサスペンシヨン燃焼の場合でも火格子燃
焼の場合でも重大な影響はない。アルカリ・ケイ
酸塩は押出し機または加圧成形機の上流に配置し
た混合機に導入すればよい。外気抵抗だけを望む
なら、熱可塑性材料コーテイングが未だ高温状態
にあり、アルカリ・ケイ酸塩の接着が起こる時期
にこのアルカリ・ケイ酸塩を添加してもよい。ケ
イ酸塩の量は1重量%程度でよい。ケイ酸塩は粘
性が高いが、加熱によつてこの粘性を低下させる
ことができる。
水ガラスのようなアルカリ金属ケイ酸塩も燃焼
促進剤または燃焼触媒であると考えられる。約4
重量%のケイ酸ナトリウムはケイ酸塩を含有しな
い点を除いて全く同じペレツトよりも(高い燃焼
速度で)はるかに強く燃焼することが観察され
た。アルカリ金属が燃焼触媒として作用するもの
と考えられる。
ケイ酸ナトリウム溶液は強アルカリ性であり、
酸によつて容易に分解されてケイ酸が分離する。
加熱するとケイ酸がシリカに変換される。これと
同じプロセスがケイ酸ナトリウムと、酸性物質を
含有する木材屑との混合物中で起こると考えられ
る。その結果発生するシリカの結晶が強い赤外線
放射によつて着火を促進すると考えられる。加熱
されて強力な赤外線を発するのがシリカ結晶に固
有の性質である。ケイ酸塩の好ましい量は1〜2
重量%である。このケイ酸塩量なら、灰分を著し
く増大させずに燃焼が促進される。高密度化、外
気抵抗、結合性もこの添加濃度で改善される。
アルカリ金属ケイ酸塩を含むペレツトの組成は
次の通りである。即ち、約1〜約3重量%の粒状
合成ポリマー熱可塑性材料、約1〜約10重量%の
アルカリ・ケイ酸塩、及び約87〜約98%の天然可
燃材から成る。天然可燃材は少なくとも50%の天
然セルロース材を含み、残りは充填材である。
リグニン分の高い木材屑の場合、約1〜約10重
量%のアルカリ・ケイ酸塩及び約90〜99%の天然
可燃材から成る燃焼性のすぐれた燃料ペレツトを
製造することができる。
添付の図面は本発明のペレツトを製造する適当
なプラントを略示したものである。このプラント
の説明に入る前に、ペレツト製造にはいくつかの
アプローチがあることに留意されたい。また、図
示のフロー・シートは貯蔵ホツパー、コンベヤな
ど当業者には自明の細部を省略してある。このプ
ラントは製造過程から得られる供給材料に固有の
且つペレツト細部から得られるセルロース及び熱
可塑性材料の細粉を、例えば湿つたセルロース供
給材料を脱水するための乾燥機に使用されるヒー
タの燃料として利用することもできる。
図面において、任意の供給源から得たセルロー
ス供給材料が初期選別機12に流れ10として供
給される。選別機12の排出流14は−1/2イン
チまたは−3/8インチ・メツシユのセルロース供
給材を含んでいる。この流れはコンベヤ16によ
つて脱水機18に供給される。選別機12からの
第2の流れ20は+1/2インチまたは+3/8インチ
のフイードで一次寸断機22に送られ、ここで粉
砕され、流れ24としてコンベヤ16上に放出さ
れる。一次寸断機22は流れ20のフイードを−
1/2インチ〜−3/8インチ・メツシユにまで縮小す
る。流れ24はコンベヤ16上で流れ14と合流
して脱水機18に送られる。
ヒータ26は脱水機18に熱エネルギーを供給
する。脱水機18においてセルロース供給材料の
含水率40〜60%が約5〜約15%、好ましくは約8
〜約11%まで低下する。ヒータ26は燃料容器2
7から燃料を供給される。
脱水機18からの放出流を符号28で示してあ
る。この放出流はサイクロン30に送られ、ここ
で気体と固体が分離する。気体は流れ32として
サイクロン30から放出され、固体は流れ34と
して放出される。気体の一部はヒータ26に再循
環させることができる。
流れ34は一次選別機36に流入する。40メツ
シユよりも細かい材料は細流38として一次選別
機から放出される。この細流38はヒータ26の
ためのエネルギー源として利用される。粗いセル
ロース材料は流れ40として一次選別機36から
放出され、ハンマー・ミル42において−10〜+
40米国規格メツシユに粉砕される。ハンマー・ミ
ル42からの放出流を流れ44として図示した。
一次選別機36から放出される一次流は−10〜
+40米国規格メツシユのセルロース材料から成る
流れ46である。この流れ46が流れ44と合流
して流れ48を形成し、送風作用下に高レベル位
置に運ばれ、二次サイクロン50に送入され、こ
こで再び気体と固体が分離し、気体はサイクロン
頂部から流れ52として放出され、固体はサイク
ロン底部から流れ54として放出される。流れ5
2は燃料容器27に再循環させてもよい。
固体は二次選別機56に流入する。この二次選
別機56において過度に細かい材料が選別され、
流れ58として放出される。この細粉はプラン
ト、例ばスチームを提供するボイラーの燃料とし
て利用される。流れ58はケイ酸塩及び炭酸塩を
も含み、これを除去することによつてペレツト成
形型の耐用寿命が延びる。−10〜+40メツシユの
適正サイズの材料は流れ60として二次選別機か
ら放出され、造粒処理された熱可塑性材料と混合
される前に保持容器62に流入する。
熱可塑性材料の処理はセルロース材料とは別に
行なわれる。この方式は明らかに金属、ガラス、
ポリ塩化ビニルなどのような好ましくない物質
を、マグネツト、重量感知分離機、浮遊選別など
種々の方法で除去するためには有効である。
熱可塑性材料はプラスチツク供給流70として
造粒機72に流入し粉砕される。造粒処理された
プラスチツクは流れ74として選別機76に流入
する。過度に細かいプラスチツクは流れ78とし
て選別機76から放出される。この流れは80米国
規格メツシユ・スクリーンを通過する粒度のプラ
スチツクを含んでいる。過度に粗い材料は流れ8
0として選別機76から放出され、コンベヤ73
で造粒機72に再循環される。この粗い材料は30
米国規格メツシユよりも粗い。−30〜+80メツシ
ユの適正サイズのプラスチツクは流れ82として
選別機76から放出され、流れ84からの添加物
と合流し、流れ86となつて保持容器88に至
る。
保持容器83は保持容器62の場合と同様に混
合機90に材料を供給する。プラスチツクが1〜
3重量%、残りがセルロース材料となるように任
意の公知技術で配量する。混合機90にはケイ酸
ナトリウムまたはカリウムも添加することができ
る。
混合機90からの放出流92は調整チヤンバ9
4に流入する。スチーム・ジヤケツト95がセル
ロース/プラスチツク供給材料を加熱する。スチ
ームはセルロース微粉を燃料とするボイラーから
供給される。調整チヤンバ94からの放出流96
はペレツト・ミル98に流入する。ここでも供給
材料を任意の方法で配量すればよい。高速ミキサ
ー・コンベヤが材料を調整チヤンバ94を通して
ペレツト・ミルのシユートに送る。
ペレツト・ミル98はペレツトの温度がペレツ
ト内部のプラスチツク粒状材が軟化して薄いパン
ケーキ状の小板を形成する温度に達するように押
出し成形型内に供給材料温度を上昇させる圧力を
発生させることができるものでなければならな
い。成形型によつて加えられる圧力はプラスチツ
クをセルロース材繊維と機械的に係合させるに充
分でなければならない。経験に照らして処理中の
ペレツト温度が約66℃〜約122℃ならばプラスチ
ツクが圧力下に変形するのに充分な展性を示す。
これ以上の温度ではペレツト中のプラスチツクが
過度に融解して粒状プラスチツクが集塊し、大き
過ぎる粒子となるおそれがある。好ましい下限温
度は約88℃である。押出し成形体の表面をこの程
度の好ましい温度に加熱して、表面の熱可塑性材
料を局部的に融解させるのが好ましい。熱可塑性
材料は硬化した状態でペレツト表面に薄い連続的
な被覆を形成する。すでに述べた通り、この被覆
はペレツトに疎水性を与える。さらに、成形型を
潤滑してその耐用寿命を延ばし、生産性の向上に
寄与する。この被覆を除いて、ペレツト内の熱可
塑性材料はほぼ均一に分布している。ペレツト・
ミル98から流れれ100としてペレツトが冷却
機99に流入する。
ペレツト冷却機99から流れ、102としてペ
レツトが選別機101に流入る。微粉及び不良ペ
レツトは流れ106として選別機101から放出
される。不良ペレツトは粉砕され、他の選別機か
らの屑微粉と共に混合され、乾燥バーナー及びボ
イラーの燃料として利用される。製品は流れ10
8としてペレツト冷却機から放出され、貯蔵され
る。
[実施例の説明]
以下に本発明の実施例を示す。
実施例 1
2重量%の熱可塑性材料と98重量%のセルロー
ス材から成る燃料ペレツトを粉砕したものについ
て試験を実施した。熱可塑性材料としてはポリエ
チレン、ポリスチレン及びポリプロピレンが使用
された。粉砕された燃料ペレツト及び石炭、及び
石炭だけについても試験を実施した。熱可塑性材
料粒度は約−30メツシユ〜+80メツシユであつ
た。セルロース材粒度は約−10メツシユ〜約+40
メツシユであつた。ペレツトは押出し処理で成形
した。粒状熱可塑性材料はペレツト中に均一に分
布していた。各ペレツトの表面には熱可塑性材料
の被覆が形成された。ペレツトをハンマー・ミル
で粉砕し、“K”ペレツトについては1/16イン
チ・スクリーンでふるい、“N”ペレツトについ
ては1/32インチ・スクリーンでふるつた。粉砕し
たペレツトを空気圧でサイクルロン・セパレータ
に送り、最後に試験炉に隣接するサイロに送入し
た。石炭と50%石炭/50%ペレツト混合物とにつ
いても試験した。
試験炉としてコーエン社製の水平円筒形サスペ
ンシヨン・エア・ヒータを使用した。この試験炉
は空冷耐火壁、内部フアン及びウインドボツクス
を具え、定格熱入力容量は1.01×104Kcal/hr
(4000000Btu/hr)である。試験炉はまた空気圧
で粉末燃料を供給される、5個の拡散口を有する
エア・サスペンシヨン・バーナーを具備する。
サイロから振動スクリユウ・フイーダによつて
燃料が供給され、このスクリユウ・フイーダから
送風機による空気圧搬送でバーナーに燃料が送入
される。
試験はいずれも炉を一定温度に完全予熱した状
態で実施した。炎のパターンを視認観察しながら
最適の空気/燃料供給速度を求めた。結果を表2
に示した。[Table] High impact polystyrene is extremely hard, 1.25% by weight
The above content makes it difficult to pelletize the feedstock, which poses difficulties in the pelletizing process. For some thermoplastic materials, during the pelletizing process, the friction of the extruder mold heats and melts the thermoplastic material on the surface of the pellet, resulting in the formation of a thin sheet or coating on the outside surface of the pellet. This coating is hydrophobic and prevents the pellets from absorbing moisture during storage. Materials other than cellulosic and thermoplastic materials may be added to the pellets depending on the particular application or processing conditions. For example, oxidizing agents such as sodium perchlorate or ammonium nitrate may be added to facilitate combustion. Paraffin, sludge wax, and carnauba wax, as well as some lignosulfanates, such as ammonium lignosulfanate, sodium lignosulfanate, calcium lignosulfanate, and magnesium lignosulfanate. Can be added as a binder. Oilseeds and their products contain resin acid components that can reduce wear in pellet molds. Examples of such materials include coconut husks, soybeans, peanuts, sunflower seeds, corn cakes, milling residues,
Examples include ethanol distillation waste liquid. Anhydrous slaked lime, ie, calcium carbonate, may be added to the feed to aid in drying the cellulosic feed. Other desiccant agents may also be used.
Calcium carbonate combines with water and feedstock, allowing rapid dewatering from the feedstock in a dehydrator. Calcium carbonate may be added in an amount of from about 2 to about 10% by weight of the dry feed, with additions of about 5% significantly accelerating layer processing.
Preferably, the calcium carbonate is removed prior to pelletizing, for example by dry screening. In applications where the free water content in the cellulosic feed is excessively high, power presses and taper
It is economical to dewater by a mechanical process such as a screw press. Although it is currently preferred to use an extruder to form pellets, pressure forming is also noteworthy. The binding effect in the pellets of the present invention is extremely excellent. If a high binding effect is desired due to the high content of non-cellulosic materials such as old bark, sodium or potassium silicates may be used. The use of such silicates hydrolyzes acidic wood cellulosic materials. As a result, the compressibility of the cellulose component increases,
High density pellets are obtained. Upon completion of dewatering, the silicate hardens and acts as a cement, reinforcing the heated plastic material and binding the fibers together. The relatively high hydrophobicity of thermoplastic materials results in pellets that are resistant to the effects of ambient air. Silicates increase ash content but have no significant effect in either air suspension or grate combustion. The alkali silicate may be introduced into a mixer placed upstream of the extruder or press. If only air resistance is desired, the alkali silicate may be added while the thermoplastic coating is still hot and adhesion of the alkali silicate occurs. The amount of silicate may be about 1% by weight. Silicates have high viscosity, but this viscosity can be reduced by heating. Alkali metal silicates such as water glass are also considered combustion promoters or combustion catalysts. Approximately 4
% sodium silicate was observed to burn much more strongly (at higher burn rates) than identical pellets except that they contained no silicate. It is believed that the alkali metal acts as a combustion catalyst. Sodium silicate solution is strongly alkaline;
Easily decomposed by acid to separate silicic acid.
When heated, silicic acid is converted to silica. This same process is believed to occur in a mixture of sodium silicate and wood chips containing acidic substances. The resulting silica crystals are thought to promote ignition through intense infrared radiation. A unique property of silica crystals is that they emit strong infrared rays when heated. The preferred amount of silicate is 1-2
Weight%. This amount of silicate promotes combustion without significantly increasing the ash content. Densification, air resistance, and bonding properties are also improved at this addition concentration. The composition of the pellet containing the alkali metal silicate is as follows. That is, from about 1% to about 3% by weight particulate synthetic polymeric thermoplastic material, from about 1% to about 10% alkali silicate, and from about 87% to about 98% natural combustible material. Natural combustible material contains at least 50% natural cellulosic material, the remainder being filler. With high lignin content wood chips, highly combustible fuel pellets can be produced comprising from about 1% to about 10% by weight alkali silicate and from about 90% to 99% natural combustible material. The accompanying drawings schematically represent a suitable plant for producing the pellets of the invention. Before getting into the description of this plant, it should be noted that there are several approaches to pellet production. Additionally, the illustrated flow sheet omits details obvious to those skilled in the art, such as storage hoppers and conveyors. The plant uses fine powder of cellulosic and thermoplastic materials inherent in the feedstock obtained from the manufacturing process and obtained from the pellet details, for example as fuel for heaters used in dryers for dewatering wet cellulosic feedstock. You can also use it. In the drawing, cellulosic feedstock obtained from any source is fed as stream 10 to an initial screener 12 . The output stream 14 of the sorter 12 contains a -1/2 inch or -3/8 inch mesh cellulose feed. This stream is fed by conveyor 16 to dehydrator 18 . The second stream 20 from the sorter 12 is sent with a +1/2 inch or +3/8 inch feed to the primary shredder 22 where it is shredded and discharged as stream 24 onto the conveyor 16. The primary shredder 22 feeds the stream 20 -
Reduce to 1/2 inch to -3/8 inch mesh. Stream 24 joins stream 14 on conveyor 16 and is sent to dehydrator 18. Heater 26 supplies thermal energy to dehydrator 18 . In the dehydrator 18, the moisture content of the cellulose feedstock is between 40% and 60%, preferably between about 5% and about 15%, preferably about 8%.
It decreases to ~11%. The heater 26 is the fuel container 2
Fuel is supplied from 7. The discharge stream from dehydrator 18 is indicated at 28. This discharge stream is sent to cyclone 30 where gas and solids are separated. Gas is discharged from cyclone 30 as stream 32 and solids are discharged as stream 34. A portion of the gas may be recycled to heater 26. Stream 34 enters a primary sorter 36. Material finer than 40 mesh is discharged from the primary sorter as a trickle 38. This trickle 38 is used as an energy source for the heater 26. Coarse cellulosic material is discharged from primary screener 36 as stream 40 and is processed in hammer mill 42 from -10 to +
Milled to 40 US standard mesh. The discharge stream from hammer mill 42 is illustrated as stream 44. The primary flow discharged from the primary sorter 36 is -10~
Stream 46 is comprised of cellulosic material of +40 US standard mesh. This stream 46 joins stream 44 to form stream 48, which is carried to a high level position under the action of a blower and fed into a secondary cyclone 50, where gas and solids are again separated and the gas is transferred to the top of the cyclone. The solids are discharged as stream 52 from the cyclone bottom and the solids are discharged as stream 54 from the cyclone bottom. flow 5
2 may be recycled to the fuel container 27. The solids flow into a secondary sorter 56. In this secondary sorting machine 56, excessively fine materials are sorted out,
It is discharged as stream 58. This fine powder is used as fuel for plants, for example boilers that provide steam. Stream 58 also contains silicates and carbonates, the removal of which increases the useful life of the pellet mold. Appropriately sized material from -10 to +40 meshes exits the secondary screener as stream 60 and enters holding vessel 62 before being mixed with the granulated thermoplastic material. Processing of the thermoplastic material is done separately from the cellulosic material. This method clearly uses metal, glass,
Various methods are effective for removing undesirable materials, such as polyvinyl chloride, etc., including magnets, weight-sensing separators, and flotation. The thermoplastic material enters a granulator 72 as a plastic feed stream 70 and is pulverized. The granulated plastic enters a sorter 76 as stream 74. Excessively fine plastics are discharged from the sorter 76 as stream 78. This stream contains plastics with a particle size that passes through an 80 US Standard mesh screen. Excessively coarse materials flow 8
0 from the sorter 76 and transferred to the conveyor 73.
and is recycled to the granulator 72. This coarse material is 30
Rougher than American standard mesh. Appropriately sized plastics ranging from -30 to +80 mesh exit the sorter 76 as stream 82, combine with additives from stream 84, and pass as stream 86 to holding vessel 88. Holding container 83 supplies material to mixer 90 in the same manner as holding container 62. Plastic is 1~
3% by weight, the balance being cellulosic material, by any known technique. Sodium or potassium silicate may also be added to the mixer 90. The discharge stream 92 from the mixer 90 flows into the conditioning chamber 9
4. A steam jacket 95 heats the cellulose/plastic feedstock. Steam is supplied from a boiler fueled by fine cellulose powder. Discharge flow 96 from conditioning chamber 94
flows into pellet mill 98. Here too, the feed material can be metered in any desired manner. A high speed mixer conveyor conveys the material through conditioning chamber 94 to the pellet mill chute. Pellet mill 98 generates pressure within the extruder to increase the feed temperature so that the pellet temperature reaches a temperature at which the plastic granules within the pellet soften to form thin pancake-like platelets. It must be possible to do so. The pressure applied by the mold must be sufficient to mechanically engage the plastic with the cellulosic fibers. Experience has shown that pellet temperatures during processing of about 66 DEG C. to about 122 DEG C. provide sufficient malleability for the plastic to deform under pressure.
At higher temperatures, the plastic in the pellets may melt excessively and the particulate plastic may agglomerate into particles that are too large. The preferred lower temperature limit is about 88°C. It is preferable to heat the surface of the extruded body to such a preferred temperature to locally melt the thermoplastic material on the surface. In its cured state, the thermoplastic material forms a thin continuous coating on the pellet surface. As already mentioned, this coating imparts hydrophobic properties to the pellets. Furthermore, it lubricates the mold, extending its useful life and contributing to improved productivity. Except for this coating, the thermoplastic material within the pellet is approximately uniformly distributed. pellets
Pellets from the mill 98 enter a cooler 99 as a stream 100. Flowing from the pellet cooler 99, the pellets enter the sorter 101 as 102. Fines and reject pellets are discharged from the sorter 101 as stream 106. The defective pellets are crushed and mixed with waste fines from other separators and used as fuel for drying burners and boilers. Product flow 10
8 from the pellet cooler and stored. [Description of Examples] Examples of the present invention are shown below. Example 1 Tests were conducted on ground fuel pellets consisting of 2% by weight thermoplastic material and 98% by weight cellulosic material. Polyethylene, polystyrene and polypropylene were used as thermoplastic materials. Tests were also conducted on crushed fuel pellets and coal, and on coal alone. The thermoplastic material particle size was approximately -30 mesh to +80 mesh. Cellulose material particle size is approximately -10 mesh to approximately +40
It was a mess. The pellets were formed by extrusion. The particulate thermoplastic material was uniformly distributed throughout the pellet. A coating of thermoplastic material was formed on the surface of each pellet. The pellets were ground in a hammer mill and sieved through a 1/16 inch screen for the "K" pellets and a 1/32 inch screen for the "N" pellets. The ground pellets were pneumatically fed to a Cyclelon separator and finally to a silo adjacent to the test furnace. Coal and a 50% coal/50% pellet mixture were also tested. A horizontal cylindrical suspension air heater manufactured by Cohen was used as the test furnace. The test furnace is equipped with an air-cooled refractory wall, an internal fan and a wind box, and has a rated heat input capacity of 1.01×10 4 Kcal/hr.
(4000000Btu/hr). The test furnace also includes an air suspension burner with five diffusion ports that is pneumatically supplied with powdered fuel. Fuel is supplied from the silo by means of a vibrating screw feeder, from which the fuel is conveyed pneumatically by a blower to the burner. All tests were conducted with the furnace completely preheated to a constant temperature. The optimal air/fuel supply rate was determined while visually observing the flame pattern. Table 2 shows the results.
It was shown to.
【表】【table】
【表】
粉砕した燃料ペレツトは完全燃焼し、石炭用サ
スペンシヨン・バーナーの無煙排気口における放
出物は極めて低レベルであつた。放出物はいずれ
も現行の基準を超えなかつた。燃料ペレツトはハ
ンマー・ミルにおいて−32メツシユまで粉砕すれ
ば充分であつた。ペレツトを石炭と同程度(通常
は200メツシユを70%が通過)まで細かくする必
要がないから、高価且つエネルギー消費の大きい
砕炭機ではなく、経済的なハンマー・ミルを使用
できる。セルロース分だけでなく熱可塑性添化物
も完全燃焼することは飛散灰中に含まれる未燃焼
炭素量の低さ、煙道ガス中に含まれる一酸化炭素
及び炭化水素量の低さ、及び煙道ガス中に視認可
能な煙が全く存在しないことで立証された。粉砕
ペレツト中の含硫率が極めて低いこと(0.01%硫
黄)はそのまま煙道ガス放出物中のSO2及び
H2SO4量が低いこととなつて現われた(それぞ
れ0.030ポンド/106BTU以下及び0.001ポンド/
106BTU以下)。粉砕ペレツトの灰分の低さ(0.6
%)は0.12〜0.16グレン/SCF(ft3)という低い
粒状放出物となつて現われた。この試験ではいか
なる種類の固形物分離機も使用しなかつた。従つ
て、これらの放出物をさらに減少させることがで
きるはずである。粉炭による基準試験では対応の
粉砕ペレツトに比較してSO2放出量は2桁(2オ
ーダー)、粒状放出物は1桁(1オーダー)、それ
ぞれ多かつた。また、石炭試験では飛散灰中の未
燃焼炭素が粉砕ペレツトの場合の20〜30倍であつ
た。石炭の燃焼に際しては煙道ガス中に視認でき
る煙が多量に発生するのに対して、粉砕ペレツト
の場合、全く認められない。
50%粉炭/50%粉砕エアサスペンシヨン混合物
は取扱い、供給、または燃焼上なんらの問題もな
く円滑に燃焼させることができた。ほぼ完全燃焼
が得られ、石炭だけの場合に比較して可視煙量は
著しく減少した。NOx、灰及びSO2放出量は石
炭だけの場合よりも著しく減少し、粉砕ペレツト
だけの場合と石炭だけの場合との中間程度であつ
た。粉砕ペレツトの場合の灰融点は石炭だけの場
合よりも高かつた。従つて、粉砕ペレツトはスラ
ツグを形成し難い。
実施例 2
燃料油と粉砕ペレツトを同時に燃焼させる場合
の相和性を評価し、6番燃料油と粉砕ペレツトの
性能を比較するため7件の試験を実施した。環状
に注入されている粉砕ペレツトの内部に燃料油を
噴霧注入する特殊バーナーを使用した。なお、ペ
レツトは1/16インチ・スクリーンで整粒した。
試験結果を表3に示した。試験No.1は100%燃
料油による基準試験である。試験ボイラーは、ス
チーム容量が27215Kg/hr(60000ポンド/hr)で
あるが、この容量の75%、即ち、約20412Kg/hr
(45000ポンド/hr)で、且つ10.5Kg/cm2G
(150psig)で運転した。次いでペレツトの割合
を、85%ペレツト/15%6番燃料油となるまで次
第に増大させた(試験2及び3)。
空気/燃料比を手動制御して完全燃焼を示す煙
道ガスが透明となる状態を得た。大気中放出物測
定についても試験した。
次いで固形燃料の割合を試験4及び5で60%ま
で低下させた。
試験6及び7において、装置を燃料油100%に
切換え、煙道ガス中の遊離酸素%は固形燃料の場
合と同じに設定した。このような条件下で、予期
しない現象が観察された。即ち、炉内の燃料油火
焔が著しく長くなるとともに、すすの形成で煙道
ガスがやや不透明になり、排気温度が56℃(100
〓)以上オーバーとなつた。
そこで煙道ガスが透明になるまで余剰空気量を
増やし、この新しい条件下でさらに2件の燃料油
だけによる試験を実施した。火焔長は依然として
常態よりも長く、煙道ガス温度は依然として常態
よりも56℃(100〓)以上高かつた。
粒状放出物試験の結果を表3に他の試験データ
と共に示した。粉砕ペレツトに対する余剰空気需
要は同一条件下における6番燃料油の場合よりも
低かつた(試験2及び3を試験6及び7と比較さ
れたい)。この現象は粉砕ペレツトの燃焼速度が
6番燃料油の燃焼速度よりも速いことを示す。即
ち、通常の燃料油用火室なら変更を加えなくても
そのままペレツト燃焼に使用できる。低余剰空気
条件下では、粉砕ペレツトの煙道ガス温度は6番
燃料油の場合よりも56℃(100〓)以上低くなる
(試験2及び3を試験6及び7と比較されたい)。
この現象は6番燃料油の代りに固形燃料を使用す
ることにより、ボイラー効率をやや高くできるこ
とを示唆するものである。[Table] The crushed fuel pellets were completely combusted and emissions at the smokeless exhaust of the coal suspension burner were at extremely low levels. None of the emissions exceeded current standards. It was sufficient to grind the fuel pellets to -32 mesh in a hammer mill. Since the pellets do not need to be crushed to the same level as coal (usually 70% passes through 200 meshes), an economical hammer mill can be used instead of an expensive and energy-consuming coal crusher. The fact that not only the cellulose content but also the thermoplastic additives are completely combusted is due to the low amount of unburned carbon contained in the fly ash, the low amount of carbon monoxide and hydrocarbons contained in the flue gas, and the low amount of carbon monoxide and hydrocarbons contained in the flue gas. This was evidenced by the absence of any visible smoke in the gas. The extremely low sulfur content (0.01% sulfur) in the crushed pellets directly contributes to the SO 2 and
H 2 SO 4 levels were found to be low (less than 0.030 lb/10 6 BTU and 0.001 lb/
106 BTU or less). Low ash content of crushed pellets (0.6
%) resulted in particulate emissions as low as 0.12-0.16 grains/SCF ( ft3 ). No solids separator of any kind was used in this test. It should therefore be possible to further reduce these emissions. In the standard test using pulverized coal, the amount of SO 2 released was two orders of magnitude higher and the amount of granular emissions was one order of magnitude higher than that of the corresponding crushed pellets. In addition, in coal tests, the amount of unburned carbon in fly ash was 20 to 30 times that in crushed pellets. When burning coal, a large amount of visible smoke is produced in the flue gas, whereas in the case of crushed pellets, there is no visible smoke at all. The 50% pulverized coal/50% ground air suspension mixture was able to burn smoothly without any handling, feeding, or combustion problems. Almost complete combustion was achieved, and the amount of visible smoke was significantly reduced compared to the case of coal alone. NOx, ash, and SO 2 emissions were significantly lower than with coal alone, and were intermediate between those with crushed pellets and coal alone. The ash melting point for crushed pellets was higher than for coal alone. Therefore, the crushed pellets are less likely to form slags. Example 2 Seven tests were conducted to evaluate the compatibility of fuel oil and pulverized pellets when burned simultaneously and to compare the performance of No. 6 fuel oil and pulverized pellets. A special burner was used to spray fuel oil into the annularly injected crushed pellets. The pellets were sized using a 1/16 inch screen. The test results are shown in Table 3. Test No. 1 is a standard test using 100% fuel oil. The test boiler has a steam capacity of 27,215 Kg/hr (60,000 lbs/hr), but 75% of this capacity, or approximately 20,412 Kg/hr
(45000 lbs/hr) and 10.5Kg/cm 2 G
(150 psig). The pellet percentage was then gradually increased until it was 85% pellets/15% No. 6 fuel oil (Tests 2 and 3). The air/fuel ratio was manually controlled to obtain clear flue gas indicating complete combustion. Airborne emission measurements were also tested. The solid fuel percentage was then reduced to 60% in tests 4 and 5. In tests 6 and 7, the equipment was switched to 100% fuel oil and the % free oxygen in the flue gas was set the same as for solid fuel. Under these conditions, an unexpected phenomenon was observed. That is, the fuel oil flame in the furnace becomes significantly longer, the flue gas becomes slightly opaque due to soot formation, and the exhaust temperature decreases to 56°C (100°C).
〓) It has become over. Therefore, the amount of excess air was increased until the flue gas became clear, and two further tests using only fuel oil were carried out under these new conditions. The flame length was still longer than normal, and the flue gas temperature was still more than 56°C (100°C) higher than normal. The results of the particulate emissions test are shown in Table 3 along with other test data. The surplus air demand for the crushed pellets was lower than for No. 6 fuel oil under the same conditions (compare Tests 2 and 3 with Tests 6 and 7). This phenomenon indicates that the combustion rate of the crushed pellets is faster than that of No. 6 fuel oil. That is, a normal fuel oil firebox can be used as is for pellet combustion without any modification. Under low surplus air conditions, the flue gas temperature of the crushed pellets is more than 56°C (100°C) lower than for No. 6 fuel oil (compare Tests 2 and 3 with Tests 6 and 7).
This phenomenon suggests that the boiler efficiency can be slightly increased by using solid fuel instead of No. 6 fuel oil.
【表】
以上好ましい実施例に関して本発明を説明した
が、本発明の趣旨及び範囲は必らずしも以上の説
明に制限されない。[Table] Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments, the spirit and scope of the invention is not necessarily limited to the above description.
添付図面は本発明の好ましい実施例に基づくペ
レツトの製造方法を示すフローシートである。
The accompanying drawing is a flow sheet illustrating a method of making pellets in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
Claims (1)
〜約3重量%の粒状合成ポリマー熱可塑性材料か
ら成る燃料ペレツトであつて、 天然可燃材が少なくとも50%の天然セルロース
材及びバランス量の充填材から成ることと、 合成ポリマー熱可塑性材料が不連続粒子として
燃料ペレツト内部にくまなく分布し、室温におい
てほぼ−30米国規格メツシユ乃至ほぼ+80米国規
格メツシユの固形を呈し、その射出成形温度が少
なくとも約95℃であることと、 セルロース材が約5〜15重量%の遊離水含有率
を有し、約−10米国規格メツシユ乃至約+40米国
規格メツシユの粒度を有することと、 合成ポリマー熱可塑性材料がセルロース粒子間
に介在してこれと結合することによりセルロース
材を結合することと、 充填材の粒度が少なくとも−10米国規格メツシ
ユであることを特徴とする燃料ペレツト。 2 充填材が約30%またはそれ以下の、蒸溜廃液
(エタノール蒸溜処理副産物)、石炭、及び古い樹
皮または50%の新しい樹皮等の1種または2種以
上の材料から成る特許請求の範囲第1項に記載の
燃料ペレツト。 3 セルロース材の遊離水含有率が約10〜約13重
量%である特許請求の範囲第1項に記載の燃料ペ
レツト。 4 約97〜約99重量%の粒状天然セルロース材と
約1〜約3重量%の粒状合成ポリマー熱可塑性材
料から成る燃料ペレツトであつて、 合成ポリマー熱可塑性材料が不連続粒子として
燃料ペレツト内部にくまなく分布し、室温におい
て約−30米国規格メツシユ乃至約+80米国規格メ
ツシユ粒度の固体であり、その射出成形温度が少
なくとも約95℃であることと、 セルロース材が少なくとも約5〜約15重量%の
遊離水含有率を有し、その粒度が約−10米国規格
メツシユ乃至約+40米国規格メツシユであること
と、 合成ポリマー熱可塑性材料がセルロース粒子間
に介在してこれと結合することによる機械的結合
でセルロース材を結合すること を特徴とする燃料ペレツト。 5 セルロース材の遊離水含有率が約10〜約13重
量%である特許請求の範囲第4項に記載の燃料ペ
レツト。 6 セルロース材の遊離水含有率が約10.5〜約
11.5重量%である特許請求の範囲第4項に記載の
燃料ペレツト。 7 粒状の天然産可燃材と粒状の合成ポリマー熱
可塑性材料から燃料ペレツトを製造する方法であ
つて、 (a) 成分として少なくとも、約5〜約15重量%の
遊離水含有率を有し−10米国規格メツシユ乃至
+40米国規格メツシユの粒度を有する天然セル
ロース材と、少なくとも−10米国規格メツシユ
の粒状材から成る50重量%またはそれ以下の充
填材とを含む粒状天然産可燃材を用意し、 (b) 室温で固形であり、射出成形温度が少なくと
も約95℃であり、約−30米国規格メツシユ乃至
+80米国規格メツシユの粒状合成ポリマー熱可
塑性材料を用意し、 (c) 約97〜約99重量%の粒状天然産可燃材及び約
1〜約3重量%の前記粒状熱可塑性材料から成
る均質な供給材料を調製し、 (d) ペレツト内のほぼすべての熱可塑性材料が粒
状を維持し、溶解しないが軟化し、セルロース
粒子間に介入してセルロース粒子の繊維内に固
定されるような圧力及び温度で前記供給材料を
圧縮する 段階から成ることを特徴とする燃料ペレツトの製
造方法。 8 圧縮段階を押出し成形によつて行なう特許請
求の範囲第7項に記載の燃料ペレツトの製造方
法。 9 押出し成形中にペレツト表面にほぼ疎水性の
熱可塑性プラスチツク被覆を形成する段階を含む
特許請求の範囲第8項に記載の燃料ペレツトの製
造方法。[Scope of Claims] 1. About 97% to about 99% by weight of a granular natural combustible material; and about 1.
~3% by weight of a granular synthetic polymeric thermoplastic material, wherein the natural combustible material consists of at least 50% natural cellulosic material and a balance amount of filler, and the synthetic polymeric thermoplastic material is discontinuous. distributed throughout the fuel pellet as particles, exhibiting a solid form at room temperature of approximately -30 US standard mesh to approximately +80 US standard mesh, the injection molding temperature of which is at least about 95°C; by having a free water content of 15% by weight, having a particle size of about -10 US mesh to about +40 US mesh, and having a synthetic polymeric thermoplastic material interposed between and bonded to the cellulose particles. A fuel pellet characterized in that it binds cellulosic material and the filler has a particle size of at least -10 US standard mesh. 2. Claim 1 consisting of one or more materials, such as distillation waste (an ethanol distillation by-product), coal, and old bark or 50% new bark, with fillers of about 30% or less Fuel pellets as described in Section. 3. The fuel pellet of claim 1, wherein the free water content of the cellulosic material is from about 10 to about 13% by weight. 4. A fuel pellet comprising from about 97% to about 99% by weight of granular natural cellulosic material and from about 1% to about 3% by weight of granular synthetic polymeric thermoplastic material, the synthetic polymeric thermoplastic material being disposed within the fuel pellet as discrete particles. a solid that is uniformly distributed and has a particle size of about -30 US mesh to about +80 US mesh at room temperature, the injection molding temperature of which is at least about 95°C, and at least about 5% to about 15% by weight of cellulosic material; of free water content, particle size from about -10 US mesh to about +40 US mesh, and a synthetic polymeric thermoplastic material interposed between and bonded to the cellulose particles. A fuel pellet characterized in that cellulosic material is bound by a bond. 5. The fuel pellet of claim 4, wherein the free water content of the cellulosic material is from about 10 to about 13% by weight. 6 The free water content of cellulose material is approximately 10.5 to approximately
11.5% by weight of fuel pellets according to claim 4. 7. A process for producing fuel pellets from a particulate naturally occurring combustible material and a particulate synthetic polymeric thermoplastic material, comprising: (a) having a free water content of at least about 5 to about 15% by weight -10; providing a granular naturally occurring combustible material comprising a natural cellulosic material having a particle size of from U.S. mesh to +40 U.S. mesh and 50% or less by weight of filler consisting of at least -10 U.S. mesh granular material; b) provide a particulate synthetic polymeric thermoplastic material that is solid at room temperature, has an injection molding temperature of at least about 95°C, and has a weight of about -30 US Standard mesh to +80 US Standard mesh; (d) substantially all of the thermoplastic material within the pellet remains granular and dissolves A method for producing fuel pellets, characterized in that it comprises the step of compressing the feed material at a pressure and temperature such that it does not soften but becomes intercalated between the cellulose particles and fixed within the fibers of the cellulose particles. 8. The method for producing fuel pellets according to claim 7, wherein the compression step is carried out by extrusion molding. 9. A method of making fuel pellets as claimed in claim 8, including the step of forming a substantially hydrophobic thermoplastic coating on the pellet surface during extrusion.
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JP2527584A JPS60170696A (en) | 1984-02-15 | 1984-02-15 | Fuel pellet and manufacture |
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JPS60170696A JPS60170696A (en) | 1985-09-04 |
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- 1984-02-15 JP JP2527584A patent/JPS60170696A/en active Granted
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