本發明涉及由經壓制的生物材料制備燃料的方法和設備。根據所述方法，所述生物材料，尤其是草，在物料經顆粒機被壓制成顆粒燃料之前進行干燥。本發明還涉及這種類型的燃料，尤其是草質顆粒形式的燃料在產生能量中的用途。
2．如權利要求1所述的方法，其中，只將通過園藝和園林方式獲得的生物材料用作所述生物材料。
3．如權利要求1或2所述的方法，其中，只將來自植物的修剪產物和／或葉子和／或樹葉和／或草和／或樹枝用作所述生物材料。
4．如前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述生物材料在干燥處理之前進行第一次粉碎處理。
5．如權利要求4所述的方法，其中，所述生物材料在第一粉碎處理的下游進行壓制處理。
6．如權利要求5所述的方法，其中，所述生物材料在壓制處理的下游進行第二次粉碎處理。
7．如前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述生物材料用經加熱的氣體進行干燥。
8．如前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述生物材料通過微波加熱方式進行干燥。
9．如前述任一項權利要求所述的方法，其中，將所述生物材料在加壓條件下加熱并且隨后在加熱狀態下減壓至環境壓力以進行干燥。
10.如權利要求1～9任一項所述的方法，其中，以混合形式使用不同類型和／或來源的生物材料。
11.如權利要求1～9任一項所述的方法，其中，以分離形式對不同類型和／或來源的生物材料單獨進行干燥，并且只在成型壓制時混合；或者其中，對單一類型和／或來源的生物材料進行處理。
12.如前述任一項權利要求所述的方法，其中，將生物材料通過成型壓制制成細粒、壓制品、粗粒或塊狀物。
13.如權利要求1～12任一項所述的方法，其中，只將草用作生物材料。
14.如權利要求1～12任一項所述的方法，其中，只將樹葉和／或葉子用作生物材料。
15.如權利要求1～12任一項所述的方法，其中，只將草和木材用作生物材料。
16.如前述任一項權利要求所述的方法，其中，用于實施所述方法所需的能量至少部分產生于根據所述方法制造的燃料的燃燒。
17.前述任一項權利要求所述方法制造的燃料在通過燃燒方式產生熱能和／或電能中的用途。
18.由成型壓制的生物材料制造燃料的設備，該設備包括生物材料的干燥單元(8、64)和置于干燥單元(8、64)下游的用于對所述生物材料進行成型壓制的單元(74)。
19.如權利要求18所述的設備，該設備包括置于所述干燥單元(8、64)上游的用于對所述生物材料進行粉碎的第一單元(4、52)。
20.如權利要求18或19所述的設備，該設備包括用于對所述生物材料進行壓制的單元(58)，該單元(58)置于所述干燥單元(8、64)的上游和用于粉碎所述生物材料的所述第一單元(4、52)的下游。
21.如權利要求18～20任一項所述的設備，該設備包括用于粉碎所述生物材料的第二單元(4、52)，該第二單元(4、52)置于所述壓制單元(58)的下游和所述干燥單元(8，64)的上游。
22.如權利要求18～21任一項所述的設備，
．其中所述干燥單元(8、64)包括可通過加熱氣體和／或電加熱和／或微波加熱方式進行加熱的干燥室，和／或
．其中所述干燥單元(8、64)可以以氣密和／或液密的方式進行密封以用于干燥，和／或
．其中所述干燥單元(8、64)包括在干燥過程中控制作用于所述生物材料上的壓力的單元，和／或
．包括在干燥之前和／或之后對所述生物材料進行混合的單元，和／或
．包括通過燃燒利用所述設備制造的燃料以產生熱能和／或電能的單元，和／或
-包括通過燃燒利用所述設備制造的燃料以產生熱能和／或電能的單元，其中，所述能量生成單元用于供應所述設備運行過程中的能量。
23.如權利要求18～22任一項所述的設備在由生物材料制造燃料中的用途，所述生物材料通過園藝和園林方式獲得。
24.如權利要求18～22任一項所述的設備在由植物的修剪產物和／或葉子和／或樹葉和／或草和／或樹枝制造燃料中的用途。
25.如權利要求18～22任一項所述的設備在只由草制造燃料中的用途。
26.如權利要求18～22任一項所述的設備在只由樹葉制造燃料中的用途。
27.如權利要求18～22任一項所述的設備在只由草和木材制造燃料中的用途。
由壓制的生物材料制造燃料的方法和設備及其用途
技術領域
本發明涉及由生物材料制得的燃料，特別是由壓縮成細粒、壓制品、粗粒或塊狀物的生物材料制得的燃料的制造方法和設備以及它們的用途。
背景技術
除了礦物燃料之外，對生物材料形式的能量載體的使用日益增多。據認為生物材料具體包括植物、植物各成分、來自動植物的生物材料和副產品以及木材。
傳統上，用簡單燃燒的方法利用生物材料來產生能量。但是這種方法有幾個缺點。根據所要燃燒的生物材料的類型，與礦物燃料相比，其運輸、貯藏和燃燒操作，尤其是在個人家庭中更加復雜。作為示例性的例子，這里將稻草用作燃料。而且，在這種方法中，如果使用的是未經處理的生物材料，可能會觸犯與有害排放物和生物材料燃燒效率相關的法規。
由于其能量高，木材是一種優選的生物材料。為了能夠使用木塊、木屑等形式的木材，已知可以將其制成所謂的木質顆粒并用該木質顆粒來產生能量。與煤或炭塊類似，可以容易地對其進行運輸、貯藏和燃燒操作。
考慮到生物材料具有多種不同種類和日益增長的對可供選擇的能量載體的需求，除了木材之外，期望能夠提供來自不同的生物材料的易于運輸、貯藏和燃燒操作的燃料。
發明內容
本發明的目的是利用除了木材這種生物材料形式之外目前還未使用的生物材料來制造燃料，從而提供在運輸、貯藏和燃燒操作方面與木質顆粒類似的燃料。
為了達到上述目的，本發明提供一種由生物材料制造燃料的方法、所制造的燃料的用途和制造這種燃料的設備及該設備的用途。
在本發明的方法中，在由干燥的生物材料經顆粒機制成壓制形式的燃料之前，考慮采用技術方法對生物材料進行干燥。
本發明下文中使用的術語“以壓制形式”、“成型壓制”和與此相關的類似名稱是指干燥的生物材料受到壓縮、壓制、壓實等。通過這種方式可以生產粒狀、可操作形式的燃料。通過這種方法制得的燃料的例子有細粒、壓制品、粗粒、塊狀物形式和更大尺寸的壓制形式的燃料，這些燃料由經過干燥和壓制的生物材料制得。本發明燃料的形式分別取決于，例如，它們的燃燒方式和燃燒所使用的設備。因此，對于個人家庭取暖，建議使用本發明的壓制品、粗粒和塊狀物形式的燃料。對于更大的產能設備，如生物材料發電廠中使用的本發明的燃料，可以使用更大體積的壓制品。本發明的細粒形式的燃料可以用于在如便攜式加熱器中燃燒。
在制造經成形的燃料之前，對生物材料進行干燥的工序使得可以使用不管水分含量是多少的任何生物材料。目前，在公知的木質顆粒制造中，必須使用水分含量低于預定的或所期望閾值的木材。水分含量過高的木材和其它的生物材料是不被考慮的，尤其是園藝或園林產品和廢棄物。這也同樣適用于切割的草、谷類等生物材料，這些材料需要在開放的空間經過長時間的自然干燥后才能用作生物燃料以用于產生能量，與本發明又一不同之處還在于，其中用作燃料的生物材料沒有經過壓擠或壓緊以制成顆粒。以前要求生物材料的脂類和／或油類的比例要高，對于本發明不再需要這種要求。與傳統的方法相比，對生物材料同時進行干燥和壓擠操作導致分別提高了燃料的單位質量和／或體積的熱值和能量。
優選地，只使用由園藝和／或園林方式獲得的生物材料。特別是考慮使用傳統上用作堆肥的來自于園藝和／或園林的生物材料。優選地，使用特別濕潤的或潮濕的不適合用于制造燃料的生物材料。
優選地，只使用植物的邊角料和／或葉子和／或樹葉和／或草和／或樹枝作為生物材料。這些生物材料目前還沒有被考慮用于燃料制造。相反，這些生物材料被認為是垃圾，至多可以用于堆肥。可以選擇地或另外地，可以使用如下材料作為生物材料：專門栽培以用作燃料的園藝和／或園林產品和／或動物廢物（如馬糞和牛糞）和／或海洋植物（如海藻）。
為了便于進行干燥處理和／或為了制造各種形式的燃料，優選在干燥之前將生物材料粉碎。所述粉碎可以通過例如剁碎、切碎等來實現。
特別地，對于含水量高的生物材料，優選地，在干燥之前進行壓制以降低將在干燥中除去的水分含量。為了便于和／或改善壓制處理，可以預先將生物材料粉碎。由于壓制處理，所述的預干燥的生物材料會表現出更加難以進行干燥處理的性質；經過這種壓制之后，可以將生物材料例如壓縮或聚成團。在這種情況下，可以在壓制處理后對生物材料再進行粉碎或用任何其它適合的方式進行處理，以改善由于壓制處理所導致的不利于干燥的性質。
可以使用例如熱空氣形式的加熱氣體、加熱的工業氣體和兩者的結合對生物材料進行干燥。特別優選使用來自用于干燥生物材料的不同的工藝或設備的廢熱和來自例如熱電站或個人家庭或工業區的房屋或建筑中的余熱。這里，例如，可以使用逆循環供熱泵來提供余熱以進行干燥處理。如下所述，可以通過燃燒本發明制造的燃料以提供至少部分干燥所需的能量。可以選擇地或另外地，考慮使用微波加熱器進行干燥。
干燥中所用的生物材料周圍的溫度和干燥生物材料時所產生的溫度分別取決于生物材料的類型、希望或預先設定的干燥時間、在干燥過程中希望或設定（如法定）的效率。
干燥處理也可以這樣進行：在干燥前，分別獲取和／或降低和／或去除待處理的生物材料中所含有的一些物質，這樣，當燃燒本發明制造的燃料時，可以避免如令人不快的氣味、對健康有害或有危險的排放物和煙塵等的形成。
為了減少本發明制造的燃料在燃燒過程中產生的排放物（如果確實產生的話），可以在對生物材料進行干燥時去除這些排放物。例如，可以考慮例如以液體顆粒的形式吸取干燥生物材料時所產生的氣體或液體，并使它們分別通過，例如，適宜的廢氣和過濾裝置，以及如果適當的話，將其當作危險廢棄物進行處理。這些方法步驟也可以在粉碎和／或壓制生物材料時進行。
根據一個優選實施方案，在干燥的過程中對生物材料進行加壓，并且例如經過預定的或期望的干燥時間后，使生物材料繼續在該加熱條件下暴露于環境壓力。由此導致的壓力變化促使生物材料的水分進一步散失。
由于在成型壓制之前對生物材料進行的干燥，各種不同類型的生物材料混合使用時可以不必考慮不同材料的含水量。如果不同類型的生物材料混合使用的話，至少要進行干燥處理，而且，優選地，如果適當的話，也相應采用粉碎和／或壓制處理。雖然這可能延長了不同的方法步驟并使這些方法步驟變得復雜，但是可以使用任何生物材料而不必預先分成不同類型。
如果提供的是分開的生物材料，例如，分為草、木材、植物等，可以分別對每種類型的生物材料進行獨立的方法步驟。這使得可以針對各種類型的生物材料所采用的的方法步驟進行優化調整，并且可以基于單一類型的生物材料制造燃料。
除了成型壓制之外，如果對不同類型的生物材料采用獨立的方法步驟，則可以將不同類型的生物材料進行混合并一起進行成型壓制。采用這種方式，可以制造基于不同類型的生物材料并包含不同組成和／或不同百分比的生物材料的燃料。這種不同類型的生物材料的組合，使得用于燃料制造的不僅可以是高熱值的生物材料，也可以是低熱值的生物材料，否則這種低熱值的生物材料由于熱值低而不能被單獨用作燃料的基礎。而且，用于燃料制造的不同類型的生物材料被混合后，不同類型生物材料在燃燒過程中產生的排放物相互抵消、相互反應，由此可以避免不同類型的生物材料單獨燃燒時產生的不希望產生的排放物。
制造本發明燃料的一種優選生物材料是草，草也可以例如與包括木材在內的生物材料進行組合。因此，可以考慮用本發明的方法制造草質顆粒和草木顆粒和壓制成不同形狀的草和草木混合物。
優選地，只使用草作為生物材料。
在另一個實施方案中，只使用樹葉和／或葉子作為生物材料。
在另一個實施方案中，只使用草和木材作為生物材料。
這些類型的生物材料目前還沒有被認為是適合于燃料制造的生物材料。其中的原因可以被解釋為這些生物材料的含水量相對較高以及這些類型的生物材料特別適合用于堆肥的事實，結果，這些生物材料根據本發明的用途是對過去的想法和用途的根本轉變。
在實施本發明方法時，用于實施本發明方法的能源，除了傳統類型的能源如礦物燃料產生的能量、風能和太陽能之外，可以考慮使用本發明方法制造的燃料來提供至少部分能源。為了達到這個目的，可以燃燒本發明制造的燃料以至少部分提供干燥生物材料所需的能量。而且，可以通過燃燒本發明制造的燃料產生電能，并在實施本方法時使用這些能量。
在本發明的用途中，可以考慮通過在壁爐、爐灶和加熱裝置等中燃燒上述方法之一制造的燃料來使用該燃料從而產生熱和／或電形式的能量。在本發明中，尤其可以考慮使用由經過技術方法干燥的草制備的本發明燃料。
用于由經過壓制的生物材料制造燃料的本發明設備包括一個單元，通過該單元在成型壓制之前對生物材料進行干燥。
優選地，本發明設備包括粉碎生物材料的單元和／或在將生物材料供應給干燥單元之前對其進行壓制的單元。這里，可以考慮將所述的粉碎單元置于壓制單元的上游，或相反，或在壓制單元的上游和下游都使用粉碎單元。
在本發明設備的一個優選實施方案中，干燥單元包括干燥室，該干燥室用以接收可能經過粉碎和／或壓制的生物材料，可以通過加熱的氣體和／或微波加熱器的方式而對其進行加熱，從而使生物材料在干燥處理結束后具有期望的和預定的含水量。
為了避免例如干燥所產生的氣體和／或液體的逃逸，可以考慮在干燥處理過程中以氣密和／或液密的方式將干燥單元密封。通過這種方法，積存的氣體和／或液體可以被吸取、去除，并且如果必要的話，可以對其進行處理。如果干燥生物材料時產生氣體，本實施方案的干燥單元可以使用所產生的氣體壓力，如上所述，在干燥過程中對生物材料進行加壓。
例如，如果將繼續加熱的生物材料在經過預定的時間后進行降壓，則可以通過在干燥過程中控制作用于生物材料上的壓力，對干燥方法進行改善。
特別地，如果生物材料以分開的形式提供和干燥，本發明的設備優選包括用于在成型壓制之前將不同類型的經干燥的生物材料進行混合的單元。作為一種選擇，可以進行如下考慮：本發明的裝置包括在干燥前，如果合適的話，甚至在粉碎和／或壓制前，對生物材料進行混合的單元。后者的優點是可以對以分開形式提供的不同類型生物材料一起進行處理。
優選地，本發明的設備還包括將經干燥的生物材料成型壓制為燃料的制造單元。這種單元可以以整體形式或分離形式提供。
例如，為了給本發明設備提供至少部分能量，所述設備可以包括用于燃燒所述設備制造的燃料的產能單元。該產能單元可以是，例如，給干燥單元提供熱能的單元（例如爐灶）和／或給本發明設備提供電能的單元。
在本發明的～個應用中，上述設備用于由通過園藝和／或園林方式獲得的生物材料制造燃料。
在本發明的另一個應用中，上述設備用于由植物修剪產物和／或葉子和／或樹葉和／或草和／或樹枝制造燃料。
根據本發明的另一個應用，上述設備用于僅由草或僅由樹葉和／或葉子或僅由草。木混合物制造燃料。
在描述本發明的優選實施方案中參考了附圖，這些附圖顯示：
圖1：本發明中由經壓制的生物材料制造燃料的方法的一個優選實施方案的示意圖，和
圖2：本發明中由經壓制的生物材料制造燃料的設備的一個優選實施方案的示意圖。
具體實施方式
參考圖1，通過參考將草這種形式的生物材料制成顆粒形式的燃料的例子，解釋由經壓制的生物材料制造燃料的方法的實施方案。特別地，這個解釋可以參考在個人家庭中用割草機2獲得的廢草。
通常，割草機2從草坪切割得到草，可以對其進行干燥并制成顆粒，即，未經進一步粉碎而進行制粒。例如，如果由于所使用的割草機的類型或被割的草的長度方面的原因，所獲得的草的長度在干燥或制粒過程中可能會造成麻煩，則在將草進行干燥之前可以使用粉碎裝置4。粉碎裝置4的例子包括切割機和切碎機等。
將通過粉碎裝置4粉碎的草或直接切割下來的草導入干燥裝置8中，也有可能如下所述，在應用了壓制裝置6之后再導入。
在干燥裝置8中通過熱能方式將草進行干燥。出于分離目的而設有雙層壁的干燥裝置8可以包括，例如，以集成方式形成在所述雙層壁中的微波加熱器和／或加熱盤管。但是，從能量觀點出發，利用未示出的光電壓設備來產生用于干燥的熱能是有利的。
為容納在干燥裝置8中的草提供熱能的一種簡單方式是給所述干燥裝置8配備透光的覆蓋物10。類似于貯藏（be-keeping>領域公知的通過陽光將蠟溶化的裝置，從覆蓋物10透過的陽光在干燥裝置8產生足以對其中所容納的草進行干燥的溫度。
在干燥過程產生的蒸汽、水滴或水可以通過在該圖中未示出的氣體和水的排放道去除。為了確定干燥裝置8中草的干燥時間是否足夠長，也就是說，草的含水量是否足以制粒，可以使用作為獨立部件或與干燥裝置8形成整體的水分測定裝置12。考慮到個人家庭消費方面的用途，這種測定也可以通過手工完成。
為了縮短干燥時間和／或降低其中所需能耗，可以在干燥之前在壓制裝置6中對草進行壓制，以去除濕氣和水分。為此目的，可以使用在橄欖、葡萄等的加工過程中所應用的壓制處理。由于這種壓制處理，草可以聚集成團或成塊，這使得干燥處理變得復雜。為了避免這種情況，可以將經壓制的“預干燥”的草導入粉碎裝置4中進一步進行粉碎，以獲得利于干燥處理的性能。這個工序通過圖1中從壓制裝置6到粉碎裝置4再到干燥裝置8的點線箭頭來表示。
干燥后，將草從干燥裝置8導入到制粒裝置14，這里所圖示的所述裝置14是可以通過控制桿16手動操縱的裝置。通過操縱控制桿16，將預定量的草從貯存容器18導入到制粒裝置14的實際制粒單元20中，并在那里形成一個或同時形成多個顆粒。重復這一步驟，直到來自貯存容器1 8的所有的經干燥的草都被制成顆粒。
如圖1所示，這樣制成的顆粒22可以具有不同的形狀，這取決于制粒單元20的設計，這些顆粒離開制粒裝置14后，通過例如采用生物材料爐灶的方式燃燒而產生能量以供加熱。
參考圖2，描述了用于由可燃燒的草質顆粒形式的壓制生物材料制造燃料的設備及其操作，所述設備適用于工業化規模的顆粒制造。
將生物材料收集到收集單元50，例如容器中。容納在收集容器50中的所述生物材料可以是不同的類型和／或具有不同的來源，并且可以是混合形式。出于簡化目的，以下假設容納于收集單元50中的是單一類型的生物材料，即草，如下所述，將所述的草進行加工，并在制粒之前與不同類型的生物材料混合。
將來自收集單元50的草輸送到粉碎單元52，該粉碎單元52可以是例如切割機、粉碎機等。為了去除草中可能含有的雜物如石子、土塊等，考慮將粉碎單元52包括圖中沒有示出的以集成方式形成的或置于下游的單元，以按分離方式進一步傳送經粉碎的草或雜物。在圖2中用箭頭54表示經粉碎的草的傳送，用箭頭56表示雜物的去除。
將經過粉碎的草從粉碎單元52傳送到壓制單元58，以通過壓制方法去除草中的水分。由此產生的水或另外的流體通過排放道60去除。
如果經過壓制單元58壓制后的草具有難以干燥的性質，特別是延長了干燥時間和／或在干燥過程中需要更多能耗，則可以將這些草在離開壓制單元58后輸送到另外一個粉碎單元62。
將由單元60獲得的預干燥的草傳送到干燥單元64，在這里，通過一種或多種加熱氣體（如熱空氣）的方式、微波加熱方式和／或電加熱方式等對這些草進行加熱。在干燥中產生的蒸氣，尤其是蒸汽和所產生的水或所產生的濕氣可以分別通過廢氣管道66和流體排放道58去除。為了防止例如草發生不希望的燃燒并控制干燥過程，可以通過溫度傳感器70測量要進行干燥的草的溫度和／或干燥裝置64內的環境溫度。使用濕氣測定單元72，以確定在干燥單元64中進行干燥的草是否展示出所希望的或所需要的含水量。
在干燥單元64中對草進行干燥的過程中，草可以在高于環境壓力的加壓條件下加熱。如果在干燥過程接近結束或結束時將壓力降低到環境壓力，水（如果還存在的話）將由于加熱的草和其環境之間的壓差而從草中散出。
干燥過程結束后，將經過干燥的草從干燥單元64傳送到制粒單元74并被制成顆粒。
為了制造不只是含有草的顆粒，以分開的方式對不同類型的生物材料進行處理一直到如上所述的干燥處理結束。這可以通過使用裝置50、52、58、62和64來依次完成，或可以通過另外的相應的單元平行進行而基本同時完成。后一種情況在圖2中通過箭頭76示出，該箭頭表示干燥的、選擇性地粉碎的和／或壓制的不同類型的生物材料的供應。將所述生物材料與獲白干燥單元64的草在沒有示出的單元中混合，并傳送到制粒單元74以制造基于不同類型生物材料的顆粒。通過這種方式，例如，可以制造含有草和木材的顆粒。
（轉載請注明：富通新能源顆粒機soledad.com.cn）
