本发明涉及一种由废料制备粒料的方法、用所述方法可获得的粒料以及用于燃烧工业炉的方法。
背景技术：
用于燃烧工业炉的方法是例如用于生产电力的方法。用于生产电力的炉是目前使用的要求最高和效率最高的炉。其他需要高工艺稳定性的工业炉是钢铁生产中的高炉以及水泥和石灰窑。
炉通常供应粉状(粉化)煤、油或气。燃料通常通过多个燃烧器、喷枪(或风口)供应。如果炉用于生产电力，燃烧的热量用于产生蒸汽，蒸汽用于驱动涡轮机。
可以喷射的煤粉量取决于煤和焦炭的质量、炉几何形状和操作实践。此外，煤粉具有低堆积密度和差的储存特征。因此，煤在使用前被粉化。煤粉的一个主要缺点是它来自不可再生的来源并且因此导致大量的co2排放。
已经建议并在一定程度上使用备选燃料以减少二氧化碳排放的负担。这种备选燃料需要允许其用于无缝加工。备选燃料在研磨之前和之后都应当是可运输的。此外，备选燃料需要允许在火焰中喷射，在那里它们需要显示良好的燃烧特征(完全燃烧的时间，在热点中几乎完全燃烧)。
建议用于高端工业炉的备选燃料是塑料粒料、混合塑料/生物质粒料、木屑粒料、污水污泥粒料等。
使用纯塑料垃圾的优势之一通常是塑料垃圾具有低热导率和高能量含量。使用纯塑料废物的一个缺点是，源自例如家庭、城市或市政废物的此类混合物是可用于制造(回收)塑料产品的相对有价值的产品。另一个缺点是，尽管具有高热值，废塑料粒料难以以获得合适粒度分布的方式加工。研磨导致温度升高，塑料的橡胶行为达到必须进行低温研磨的程度。然而，低温研磨太昂贵。
根据废料的性质和供应的炉类型，将备选燃料递送到炉中可能会有所不同。存在几种方法在炉技术中直接使用备选燃料。此类技术包括通过经由喷枪或在喷枪的水平喷射粉状备选燃料而直接使用，如wo2015/155193中所述将粒料与煤共同研磨，或在将混合物喷射到炉中之前混合煤和粉状备选燃料。
直接在炉中使用的备选燃料存在加工问题，如粉尘形成、粉末运输等。优选地，这种燃料由选定的家庭、城市或市政垃圾的废物部分制成。然而，这些废物部分代表制备粒料的非常不均匀的材料。然而，工业炉需要相对均质的材料才能顺利运行。
因此，这些备选燃料在实践中仅用于部分替代高端炉中的化石燃料。通常，在实际操作中，备选燃料的量相对于煤粉而言小于30％，但无论如何都小于50％。煤粉是相对均质的材料并且大量的煤基本负荷减弱源自垃圾的粒料材料的波动。
us2010/116181描述用相对少量的塑料(小于40重量％)造粒塑料/纤维素材料，根据wo2008/107042，其可以被研磨成很大程度上低于2mm的粒料，可用作与煤粉组合的二次燃料。塑料含量低的二次燃料具有相对较低的燃烧值，如果这种燃料必须完全替代煤炭，这是不利的。
ep1083212a描述可用作与煤粉组合的二次燃料的塑料和纤维素材料粒料的制备。
因此，本领域需要一种可以生产备选燃料以使其适合供应到工业炉，特别是用于生产电力的工业炉中以甚至完全替代煤的方法。
此外，需要一种方法，在该方法中可以生产具有改进的处理性质(例如粉末的可靠运输)的备选燃料。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种制备包含塑料和生物质(纤维素纤维)的粒料的方法，该粒料可用于在生产电力的现代设备中使用的高端工业炉中完全可靠地替代化石燃料。
另一个目的是提供一种用具有改进的处理性质的备选燃料可靠地运行高端工业炉的方法。
第一方面，本发明涉及一种生产能够提供适用于由市政和/或其他废物燃烧工业炉的自由流动粉末的粒料的方法，该方法包括以下步骤：(i)提供包含一种或多种基于废物的总干重大于40％的热塑性材料和一种或多种基于废物的总干重大于30％的纤维素材料的废料，其中所述废物具有超过80％大于5mm和超过95％小于60mm的粒度分布，(ii)使废料通过具有4-16mm，优选6-16mm的孔和大于2的长度比的造粒机，并且使粒料通过具有4-10mm的孔和大于2的长度比的第二造粒机以提供具有4-10mm的直径和3-50mm的长度的粒料。
可以在锤磨机中研磨用第一方面的方法获得的粒料，从而获得表现良好流动性质的粉末。优选地，25和70重量％的粉末具有2-3.15mm的粒度。
这些粒料出乎意料地允许在高端工业炉，例如工厂中用于生产电力的炉中完全替代煤粉。因此，本发明还涉及通过两次造粒获得的具有某些性质的粒料。
在本发明的一个实施方案中，粒料可通过本发明的方法获得，但优选用包括两个造粒步骤的方法获得。
粒料优选具有以下一种或多种性质：
-4-10mm直径的直径
-8-40kgf的kahl硬度
-包含通过两次造粒废料获得或可获得的基本上均匀熔融的塑料，
-和/或470g/l或更高的堆积密度
更优选地，本发明的粒料具有以下性质组合：
-4-10mm的直径
-包含相对于干废物大于40重量％的塑料材料和大于30重量％的纤维素材料
-470g/l或更高，优选约500g/l或更高，更优选550g/l或更高的堆积密度
-包含基本上均匀熔融的塑料，如可通过在下文定义的锤磨机中研磨粒料分析，以获得密度为220g/l或更高的研磨材料。
粒料可以在例如具有6.4mm筛网和108m/s的尖端速度的锤磨机(例如加利福尼亚造粒机；11.5x28)中有效地研磨。两次造粒的材料的所得颗粒具有比一次造粒的材料产生的颗粒好得多的流动性质。一旦在这种条件下造粒的材料需要太高的能量输入才能有效研磨。
当在锤磨机中研磨时，两次造粒的粒料包含相对较少的塑料薄膜或纤维材料片，并且优选几乎不含塑料薄膜或纤维材料片。这是有利的，因为这对于实现良好的流动性质很重要。不受此类理论的束缚，据认为，这种改进的研磨行为是由进一步浸渍纤维材料的熔融塑料引起的。
在本发明的另一方面，燃烧根据本发明的工业炉的方法包括以下步骤：(i)提供通过以下方式制备或可获得的粒料：(a)提供包含一种或多种基于废物的总干重大于40％的热塑性材料和一种或多种基于废物的总干重大于30％的纤维素材料的废料，其中所述废物具有超过80％大于5mm和超过95％小于60mm的粒度分布，(b)使废料通过具有4-16mm，优选6-16mm的孔和大于2的长度比的造粒机，和(c)使粒料通过具有4-10mm的孔和大于2的长度比的第二造粒机，(ii)在磨机中研磨粒料使25至70重量％具有2-3.15mm的粒度，和(iii)使粉状燃料进料到炉的火焰中，其中所述燃料以提供超过所述炉的能量需求70％的量使用。
根据本发明的粉状燃料优选以所述炉的能量需求的约90％或更大的量使用，并且甚至更优选基本上所有的能量需求通过根据本发明的粉状燃料获得。
在本发明的另一方面，本发明涉及包含一种或多种基于粒料的总干重大于40％的热塑性材料和一种或多种基于粒料的总干重大于30％的纤维素材料的粒料在研磨后作为工业炉的燃料优选使得25-70重量％具有2-3.15mm的粒度的用途，其中所述粒料通过使包含所述塑料和纤维素材料的废料通过具有4-16mm，优选6-16mm的孔和大于2的长度比的造粒机，并且使粒料通过具有4-10mm的孔和大于2的长度比的第二造粒机。
在两次造粒过程后获得的粒料具有优于普通粒料的性质，并且出乎意料的是，这种进一步的加工步骤导致粒料可以用于最苛刻的工艺之一，甚至完全替代煤。
通过在标准设备例如锤磨机中研磨，可以将两次造粒的粒料转化为具有非常好的流动和运动性质的粉末。因此，与一次造粒的材料相比，实现改进的体积、运输和更好的投配特征。
粒料具有非常高的冷压强度，在仓库中产生的细粉可以忽略不计，并且在运输期间具有良好的抗崩解性。
因此，可通过本发明的方法获得的粒料具有许多新特征，这些特征可有利地用于燃烧工业炉。
在适当参考附图的详细描述中，本发明的进一步益处和优点将变得显而易见。
具体实施方式
第一方面，本发明涉及一种生产能够提供适用于由市政和/或其他废物燃烧工业炉的自由流动粉末的粒料的方法，该方法包括以下步骤：(i)提供包含一种或多种基于废物的总干重大于40％的热塑性材料和一种或多种基于废物的总干重大于30％的纤维素材料的废料，其中所述废物具有超过80％大于5mm，超过95％小于60mm的粒度分布，(ii)使废料通过具有4-16mm，优选6-16mm的孔和大于2的长度比的造粒机，和使粒料通过具有4-10mm的孔和大于2的长度比的第二造粒机以提供具有4-10mm的直径和3-50mm的长度的粒料。
造粒机的模优选为圆柱形模，但平模是已知的并且也可以使用。此外，可以使用第一平模和第二圆柱形模，或者首先使用圆柱形模，其次使用平模。
术语“热塑性材料”是指热塑性聚合物。用于制备本发明的粒料的废料包含至少40％的热塑性材料，优选至少45重量％或至少50重量％的热塑性材料，例如约55重量％或约60重量％的热塑性材料。
通常，粒料中的塑料材料的量为约80％或更小，优选70％或更小。因此，合适的范围包括40-80重量％的塑料，或最优选地50-70重量％的塑料。
本文使用的热塑性聚合物的实例在us2010/0116181中列出。通常，热塑性材料或组件可以是包装材料或任何类型的塑料废物。
优选地，至少20重量％、更优选地至少40重量％、甚至更优选地至少50重量％、并且最优选地至少60重量％的热塑性材料是聚乙烯均聚物或共聚物。
本发明中使用的术语“纤维素材料”涉及例如纸、纸箱、木材、纸板、纺织品如棉、人造丝和/或粘胶。本发明中使用的废料包含至少30重量％的纤维素材料，优选大于35重量％或更大的纤维素材料。通常，纤维素材料的量为基于粒料总干重的约60重量％或更小，优选约50重量％或更小的纤维素材料。合适的范围包括30-60重量％的纤维素材料，优选30-50重量％的纤维素材料。纤维素材料也可以表示为生物质。
如本文所用，术语“粒料”或“多个粒料”在指包含一种或多种热塑性材料和一种或多种纤维素材料的本发明的粒料时使用。粒料不受不均匀程度的限制。本发明的粒料可以是可二次造粒的可商购的粒料。
本领域中描述制备粒料的合适方法，例如在us6635093中。然而，应当注意，粒料应造粒两次以获得相对于(熔融)塑料和纤维素材料足够均匀的粒料。然而，知道本发明的粒料所需的最终性质，有可能通过使用特殊模或其他工艺来获得这些性质。
粒料具有统一的尺寸范围(直径)，通常在4-10mm，优选6-10mm的范围内。粒料的长度通常在3-50mm之间，优选4-40mm，并且甚至更优选在5-30mm之间。
粒料可以通过从垃圾或纸张回收厂等中选择废塑料和生物质来生产。可以组合使用不同的选定废物流，以实现所需的塑料和纤维素材料混合。原料优选被切碎至最大尺寸为5cm或更小，优选4cm或更小。在进一步的实施方案中，原料被切碎成约3.5cm或更小的尺寸，优选约2.5cm。
优选地，废物的粒度分布超过80％大于5mm，并且超过95％小于60mm。优选地，超过90％小于40mm。在进一步优选的实施方案中，废物的粒度使得约20重量％或更大具有大于30mm的尺寸。
可将材料干燥至约2-15重量％，优选5-15重量％，更优选小于10重量％的含水量，并且然后将材料压过具有适当孔的模。干燥优选在切碎后进行。
模的孔可以具有约4-20mm的直径，和2-20，优选地至少4的纵横比。优选的尺寸对于第一造粒设备的直径在4-16mm之间，更优选地在6-16mm之间，并且对于第二造粒设备的直径在6-10mm之间。纵横比或长度比(这两个短语可以互换使用)至少为2。这样，模的厚度(它定义材料行进穿过模的路径的长度)至少是孔直径的两倍。纵横比(长度除以直径，或长度比)优选为约4-15，并且更优选为约6-12。
第一和第二造粒设备中的孔可以是相同或不同的，第一造粒设备中的孔的直径相同或更大。在另一个实施方案中，第一造粒机中的孔小于第二造粒机中的孔。
两个造粒步骤允许浸渍纤维或薄膜状材料的塑料有效熔融，这有助于改进可磨性。在第一造粒步骤期间，材料通常被加热到低于或约100℃，优选70-90℃，这允许对原材料进行剪切和研磨。在第二造粒步骤期间，粒料的温度优选升至约100℃或更高，优选约105℃或更高，并且可升至约120℃。第二造粒步骤期间的温度通常将比第一造粒步骤中的温度高约5℃或更高，优选约10℃或更高，例如至多20或30℃。第二造粒步骤中的这种相对较高的温度允许塑料进一步熔融。改进的熔融和浸渍粒料显示显著更高的堆积密度，并且可以相对容易地与现有技术粒料区分开。
任何燃料的热值或发热值或发热热值是燃料完全燃烧时每单位质量或每单位体积所释放的能量。通过将所有燃烧产物恢复到原始燃烧前温度，特别是冷凝产生的任何蒸气来确定数量。换句话说，它是指定数量的完全燃烧期间释放的热量。
量热法测量较高的热值(hhv)并使用以下程序。它使用纯氧充分燃烧样品并且然后产生二氧化碳和水。水最初作为蒸气产生。然而，一旦整个样品被燃烧(即测试完成)，水蒸气冷凝。这个冷凝过程释放额外的热量。从技术上讲，这种额外的热量是水从蒸气转化为液相的潜热。样品燃烧期间释放的热量与水蒸气转化为液体期间随后释放的热量结合，提供可以获得的最大热量。这被称为更高发热值(hcv)或更高热值(hhv)。
如果该过程将产生的水保持在蒸气状态，则潜热不会回收。这被称为低发热值(lcv)或低热值(lhv)。lhv只是燃烧热并且不包括水蒸气冷凝期间释放的热量。lhv是将热量转化为动力或能量的大多数燃烧系统的关键测量值。
hhv和lhv适用于燃料完全燃烧成co2和h2o。
粒料的发热值(lcv)通常是约19-28gj/吨，低于全塑料材料，其发热值通常是31-35gj/吨(以干重计)。
优选地，卤素元素例如氯以低于1重量％，更优选低于0.3重量％的量存在于粒料中。这些元素的高输入可能导致干和/或湿气体清洁系统腐蚀并且此外还会导致顶部气体洗涤器的废水排放氯气。
粒料的氧含量优选在干重粒料的20至30重量％的范围内。
粒料的氢含量优选在干重粒料的6至8重量％的范围内。
优选地，粒料可以包含1至10重量％，更优选约5重量％或更小的水分。含水量可以低于2％或低于1％。
优选地，粒料的强度为约8kgf或更高，更优选为约10kgf或更高。通常，强度为约40kgf或更小，通常为约25kgf或更小。然而，可能具有甚至更硬的粒料，例如具有至多70kgf或更小，例如60kgf或更小的强度。优选具有约30kgf或更小的强度。
硬度可以用可从汉堡的amanduskahlgmbh&cokg获得的kahl粒料硬度测试仪测量。足够的强度具有粒料具有相对高的密度的优点，这允许有效运输，并且强度防止在运输期间形成大量细粒。kahl粒料硬度测试仪是行业中的标准测试方法之一。
通过本发明的方法获得或可获得的粒料可以在锤磨机中研磨，使得粉末显示良好的流动性质，并且使得优选25-70重量％的粉末具有2-3.15mm的粒度。
这些粒料出乎意料地甚至可以完全替代高端工业炉中的煤粉。粒料优选具有通过两次造粒获得的一种或多种某些性质。
优选的性质包括以下中的一种或多种：
-4-10mm直径的直径
-8-40kgf的kahl硬度
-通过两次造粒废料获得的基本上均匀熔融的塑料，
-470g/l或更高的堆积密度
粒料可以在锤磨机中研磨(例如加利福尼亚造粒机；11.5x28具有6.4mm筛网和108m/s的尖端速度)。所得粒料的堆积密度(压实)优选为220g/l或更高
当粒料在锤磨机中研磨时，粒料几乎不含塑料薄膜或纤维束，因为这些对流动性质有害
粒料被研磨成小于3.15mm的相对较小的粒料。通常，大于3.15mm的颗粒的重量百分比为约15重量％或更小，优选约10重量％或更小，甚至更优选约7.5重量％或更小。更优选地，超过95重量％、更优选地超过98重量％的研磨材料小于3.15mm。然而，颗粒并不是粉状的。优选地，超过25重量％大于2mm，并且更优选地超过30重量％大于2mm。此外，优选约75重量％或更大大于1mm。
在一个实施方案中，优选地，研磨材料包含具有2-3.15mm的尺寸的约30重量％的材料，并且甚至更优选约40重量％或更大。
(压实)堆积密度如下测量：将一定量的粒料倒入100ml圆筒(直径2.5cm)中，并以克测量存在的粒料量。通过将烧杯放在振动表面(0.5mm垂直振动；每分钟240次)上5分钟来进行压实；并测量粒料的体积。压实密度是以克为单位的量除以测量的体积。
通过两次造粒获得或可获得的粒料具有更高的堆积密度。通过一次造粒获得的粒料通常具有低于460g/l的堆积密度。根据本发明的粒料通常具有470g/l或更高、优选480g/l或更高的堆积密度。通常，密度为700g/l或更低。粒料的堆积密度更优选为约500g/l或更高，甚至更优选为约550g/l或更高。
根据制造商的描述使用具有6.4mm筛网和108m/s的尖端速度的锤磨机(加利福尼亚造粒机；11.5x28)测试研磨。
研磨粒料(粒状材料)的堆积密度(压实)通常为220g/l或更高，优选230g/l或更高。这与现有技术的标准造粒的材料形成对比，现有技术的标准造粒的材料通常在研磨后具有低于200g/l的堆积密度。
优选地，研磨颗粒的平均粒度小于2.5mm，并且优选大于1mm。
工业环境中的研磨通常在合适的磨机，例如锤磨机、喷射磨机等中进行。优选地，使用锤磨机。
看来如果在这种装置中将单个造粒的粒料研磨至小于3mm的粒度，获得具有颗粒和大量的小塑料松散材料(塑料薄膜部件和纤维材料)的材料。这种松散材料对流动和处理性质产生强烈的负面影响。因此，颗粒向炉中的运输和进料受到阻碍。燃烧也不太稳定。如果对根据本发明的粒料进行研磨，则实际上观察不到松散材料。
燃烧根据本发明的工业炉的方法包括以下步骤：(i)提供如上所述的粒料，(ii)在磨机中研磨粒料，优选使得25至70重量％的粒料具有2-3.15mm的尺寸，和(iii)将粉状燃料进料到炉的火焰中，其中所述燃料以提供超过所述炉的能量需求的70％的量使用。
优选地，燃料以提供超过所述炉的能量需求的80％，更优选地超过90％的量使用。
在甚至更优选的实施方案中，提供所述粒料作为电力生产中化石燃料的完全替代品。
在本发明的另一方面，本发明涉及如上所述的粒料作为研磨后的工业炉的燃料的用途，优选使得25至70重量％的粒料具有2-3.15mm的尺寸。
在约1200℃至约2500℃范围内的绝热火焰温度和在1280-2000nm3/kg*1000范围内的空气量下将颗粒吹入工业炉的滚道中。温度通常取决于工业炉的类型。
以下参考实施例对本发明进行更详细和具体的描述，但并不旨在限制本发明。
实施例
实施例1-2和比较实验a
已经用包含约45％塑料、约40％生物质、约5％其他材料和约10％水分的rdf进行一系列测试。
第一和第二(如果适用)造粒通过具有6mm的孔和70mm的长度(纵横比11.7)的模完成。模速度为约200rpm。
在第一造粒步骤后获得的粒料的堆积密度为460g/l，而两次造粒的粒料的堆积密度为508g/l。已完成以下测试：
研磨和比较单造粒
-用具有
研磨和比较双造粒
-用具有
-用具有
下表给出筛网、功耗和速度以及堆积密度。
已经根据方法din18123：2011-04和din-en15149-1&-2：2011-01分析实施例1和2的产品的粒度分布。筛分0.5mm、1mm、2mm、3.15mm和>3.15mm产生以下结果：
从这些结果可以看出，与研磨单造粒粒料(实验a与实验2比较)相比，在具有
从能量含量为23gj/吨、尺寸减小到低于50mm的选定固体垃圾，通过在6mm直径和约11的纵横比的模上两次造粒来制备粒料。
粒料显示625g/l的密度，并且比在第一造粒步骤后获得的粒料基本上颜色更深，显示更均匀的质地。
用加利福尼亚锤磨机以108m/s的尖端速度和6.4mm筛网进行研磨。结果显示在下表中。此外，研磨的材料用手摇晃筛分通过3mm筛网。这允许松散体留在筛网上。松散体的量非常低。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
