AT508110B1 - Rindenarme holzfasern und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft rindenarme Holzfasern, vorzugsweise für die Pelletierung. Die Verarbeitung wird dadurch besonders begünstigt, dass die Holzfasern eine Länge von 2-10 mm und eine Dicke von 0.5-3 mm aufweisen.

Description

österreichisches Patentamt AT508110 B1 2013-10-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft rindenarme Holzfasern, mit einem Rindenanteil von weniger als 2 Gew.% für die Pelletierung.

[0002] Diese werden z.B. für die Herstellung normgerechter Brennstoffpellets für Privathaushalte (sog. ÖNORM M7135- bzw. DIN plus Norm-Pellets) benötigt. Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung solcher Holzfasern, unter anderem durch Entfernung der Rindenanteile, insbesondere beim Einsatz von Durchforstungsholz und Schadholz in der Forstwirtschaft, z.B. aus Wind- und Schneebruch.

[0003] Für die Herstellung normgerechter Brennstoffpellets wurde bereits vorgeschlagen, aus rindenfreien Stämmen gewonnene Säge- und/oder Hobelspäne zu verwenden, oder aber - z.B. in der europäischen Patentanmeldung 7019553 - zerkleinerte Hackschnitzel zuerst zu trocknen und erst anschließend zu zerkleinern, wobei die Rindenanteile feinpulvrig werden und auch durch verhältnismäßig einfache und preiswerte Verfahren, wie z.B. Siebung und/oder Windsichtung, abgetrennt werden können.

[0004] Beide Möglichkeiten sind aber mit Problemen behaftet: Säge- und/oder Hobelspäne erfordern für die Pelletierung den Zusatz von Presshilfsmitteln (z.B. Maisstärke oder Weizenstärke), weil die Struktur dieser Späne aufgrund der Anforderungen der ÖNORM M 7135 nach einer hohen Abriebfestigkeit eine solche Beimengung erforderlich macht. Sägespäne besitzen nämlich in der Regel eine Körnung von 1-2 mm und sind nur beschränkt faserförmig, sodass sie kein Faserhaufwerk bilden; Hobelspäne sind im Vergleich zu Sägespänen faseriger in ihrer Grundstruktur, werden aber durch den erforderlichen Mahlvorgang auf eine ähnliche Struktur wie die der Sägespäne zerkleinert. Ein hoher Feinanteil im Ausgangsmaterial für die Pelletierung ergibt nach dem Pelletierprozess eine zu geringe Abriebfestigkeit und somit einen erhöhten Staubanteil in den Holzpellets. Eine hohe Abriebfestigkeit ist jedoch Voraussetzung für die Erfüllung der Forderungen der ÖNORM M 7135, gewährleistet eine geringe Staubentwicklung bei der Verladung, beim Transport mittels Schnecken, bei der Lieferung an den Kunden und garantiert somit eine problemlose Verbrennung der Holzpellets im Ofen des Endkunden.

[0005] Erfindungsgemäß hat sich nun herausgestellt, dass rindenarme Holzfasern besonders dann für die Pelletierung zweckmäßig sind, wenn sie den Merkmalen des Anspruches 1 genügen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung sind in den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 beschrieben.

[0006] Es hat sich nämlich herausgestellt, dass Holzfasern mit einem Verhältnis einer Länge von etwa 3 bis 8 mm zu einer Dicke von etwa 1 bis 2 mm bei dieser bestimmten Mindest- und Maximallänge ein Haufwerk bilden, das sich auch ohne Zuhilfenahme von Presshilfsmitteln, allein durch oberflächlich angeweichtes Lignin, zu ausreichend abriebfesten Pellets verpressen lässt. Zu kurze Fasern ergeben unerwünscht hohe Staubanteile, zu lange Fasern erfordern andererseits beim Verpressen einen zu hohen Energieaufwand.

[0007] Außerdem spielt die Faserdicke insofern eine nicht unbedeutende Rolle, als zwar besonders dünne Fasern wünschenswert wären, weil sie beim Verpressen weniger Energie erfordern; andererseits besteht bei zu dünnen Fasern aber die Gefahr, dass sie auf zu kurze Längen zerbrechen, und zu dicke Fasern erfordern beim Verpressen wiederum einen zu hohen Energieaufwand.

[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung rindenarmer Holzfasern geht von einem Verfahren aus, wie es z.B. in der europäischen Patentanmeldung 7019553 beschrieben ist, nach dem Oberbegriff der vorliegenden Ansprüche 4 bis 7, und ergänzt dieses durch die in diesen Ansprüchen beschriebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den von diesen Ansprüchen abhängigen Ansprüchen beschrieben.

[0009] Der durchschnittliche Wassergehalt von waldfrischen Hackschnitzeln liegt bei etwa 35-45% und soll auf höchstens 8-10 % reduziert werden. Werden sie auf 6% (oder darunter) getrocknet, gibt dies bei der Zerkleinerung einen noch besseren Effekt der Pulverisierung und 1 /4 österreichisches Patentamt AT508110 B1 2013-10-15 damit Abtrennbarkeit der Rindenanteile, die in Abhängigkeit von der Holzart und vom Durchmesser der Stämme bzw. Äste bis zu 10 Gew.% der Hackschnitzel betragen können und erfindungsgemäß auf unter 2 Gew.% reduziert werden sollen.

[0010] Bisher für die Trocknung der Hackschnitzel eingesetzte Bandtrockner sind nicht zweckmäßig, weil das Schüttgut auf ihnen nicht gewendet wird, womit sich unterschiedliche Rest-Wassergehalte in der oberen bzw. unteren Materialschicht ergeben. Daher benötigen sie hohe Bandlängen (z.B. 30 m I), und ergeben trotzdem immer noch eine ungleichmäßige Trocknung. Kurze Trommeltrockner wiederum haben sich deshalb nicht bewährt, weil sie bei kurzen Durchlaufzeiten hohe Temperaturen erfordern, die einerseits das für die spätere Bindung der Fasern in den Pellets erforderliche Lignin zerstören und andererseits - bei Direktbefeuerung -unerwünschte Flugasche in das Hackgut einbringen. Die Container-Trocknung in Standard-Containern mit Zwischenböden aus Lochblech schließlich bedarf eines unverhältnismäßig hohen Aufwandes.

[0011] Erfindungsgemäß hat sich daher ein Schubwendetrockner als zweckmäßig erwiesen, bei dem sich die Hackschnitzel-Schüttung auf einem Lochblech befindet und mittels eines Schubwendewagens mit rotierenden Schaufeln gleichzeitig gewendet und weitertransportiert wird. Das Hackgut in einer Korngröße von etwa 25-30 mm (G30) läuft in einer Schüttung von ca. 20-30 cm Höhe in 5-10 min durch und wird durch einen durch das Lochblech strömenden Warmluftstrom von bis zu 90 °C getrocknet. Dabei ergibt sich eine mittlere Materialtemperatur von ca. 45-70 °C. Eine Materialtemperatur von über 90°C würde das Lignin zu zerstören beginnen, das für die spätere Pelletierung gebraucht wird. Am Ende der Trocknungsstrecke wird die Sättigung der Abluft mit Feuchtigkeit gemessen. Mit dieser Messung wird der Trocknungsablauf, d.h. die Temperatur der einströmenden Warmluft sowie die Verweilzeit im Trockner geregelt.

[0012] Für die Zerkleinerung von Hackschnitzeln, z.B. für die Zellstoffindustrie, sind im Wesentlichen Scheibenmühlen, Schneidmühlen oder Messerringzerspaner Stand der Technik. Diese Maschinen sind für den erfindungsgemäßen Zweck nicht so gut geeignet, weil sich mit diesen nicht ohne Weiteres die gewünschten Dimensionen erzielen lassen, und sind daher nicht bevorzugt.

[0013] Die getrockneten Hackschnitzel werden daher erfindungsgemäß vorzugsweise in einer Hammermühle mit speziellen Siebeinsätzen (z.B. 2,5 mm Conidur) auf die erfindungsgemäßen Dimensionen zerkleinert. Die so hergestellten Holzfasern lassen sich dann auch ohne Zusätze besser pelletieren. Damit auch 3-8 mm lange Holzfasern durch die Siebeinsätze gehen, wird wie an sich bekannt an die Siebeinsätze von außen Unterdrück angelegt.

[0014] Durch die eingesetzte Zerfaserungstechnik ergibt sich eine grobe Fraktion bei den Holzfasern (Faserdicke > 0,71 bzw. 0,9mm) und eine feine Fraktion bei den Rindenanteilen (< 0,71 bzw. 0,9mm). Dadurch kann die Rinde vom Holz getrennt werden. Als besonders zweckmäßig haben sich dabei zweidimensional wirkende Taumelsiebe erwiesen. Eindimensional wirkende Schwingsiebe ergeben weniger gute Trenneffekte. Man lässt die zerkleinerten Holzfasern zweckmäßig zunächst durch ein Sieb mit einer 0,71 mm Lochung. Sollte sich dabei herausstel-len, dass dabei noch zu hohe Rindenanteile bei den Holzfasern verbleiben, was in Abhängigkeit von den eingesetzten Holzarten manchmal der Fall sein kann, dann wird ein Sieb mit einer 0,9 mm Lochung verwendet. Dies bringt in so gut wie allen bisher untersuchten Fällen den Rindenanteil auf <2 Gew.%; allerdings muss in der Regel auch mit einem höheren Holzanteil (=Verlust) in der Rindenfraktion gerechnet werden. Andererseits reicht oftmals die reine Rinde in der Verbrennung zur Erzielung der Trocknungswärme ohnedies nicht ganz aus.

[0015] Es ist auch zu berücksichtigen, dass Hartholz (z.B. Ahorn, Buche, Esche, Eiche) bei der Zermahlung leider wegen seiner Zähheit zu dickeren Fasern tendiert. Höhere Hartholzanteile erfordern daher bei der Pelletierung höhere Drücke, sodass der Durchsatz in der Pelletierpresse geringer wird. In der Regel wird daher eine Mischung von Hart- und Weichholz (Weichholz sind z.B. fast alle Nadelhölzer, Pappel, Linde, Birke) eingesetzt, wobei es zwar nicht notwendig ist, aber unter bestimmten Gegebenheiten zweckmäßig sein kann, - wenn dies überhaupt möglich ist - wegen des unterschiedlichen Verhaltens von Hart- und Weichholz zumindest das Zerklei- 2/4 österreichisches Patentamt AT508110B1 2013-10-15 nern, gegebenenfalls aber auch die Verfahrensschritte Trocknen und Trennen für verschiedene Holzsorten getrennt durchzuführen, um die für die Pelletierung idealen Faserdimensionen zu erzielen und die resultierenden Fasern erst anschließend miteinander zu vermischen.

[0016] Da herkömmlicherweise für die Pelletierung ein Feuchtegehalt von 8-10 Gew.% erforderlich ist, der Trocknungsschritt aber bisher nicht so genau kontrolliert werden kann, werden die Holzfasern nach dem Stand der Technik, z.B. in einem Paddelmischer, mit 1-2 Gew.% Heißwasser besprüht und etwa 20 min in einem Ruhebehälter zwecks Ausgleich des Feuchtegehaltes gelagert. Anschließend werden sie unmittelbar vor der Pelletierpresse noch einmal kurz mit Heißwasser besprüht, damit der für das Anweichen des Lignins an der Oberfläche der Fasern ideale Wassergehalt eingestellt wird und sich eine optimale Bindung in den Pellets ergibt. Man bringt dann die Fasern sofort in eine herkömmliche Pelletierpresse.

[0017] Von der Trocknung der Hackschnitzel und vom Energieeintrag bei der Zerkleinerung her haben die erfindungsgemäß hergestellten Holzfasern vor der Pelletierung eine Materialtemperatur von ca. 45 - 50°C und einen Feuchtegehalt von jedenfalls unter 10 Gew.%, im Idealfall für optimale Abscheidung der Rindenanteile von unter 6 Gew.%. Nun ist aber die Verteilung des Heißwassers auf der Oberfläche der Holzfasern beim erfindungsgemäßen Faser-Haufwerk besser als bei einer relativ dichteren Schüttung von Sägespänen oder sonstigem Material mit einer Körnung von <2 mm, da das lockerere Faserhaufwerk leichter von der Feuchtigkeit durchdrungen wird als kompakt gehäufte Sägespäne. Da aber für die Bindungseigenschaften der Holzspäne aneinander in der Pelletierpresse im Wesentlichen das angeweichte Lignin in den Oberflächen der Holzfasern verantwortlich ist, kann es erfindungsgemäß genügen, auf die Durchfeuchtung der Holzfasern in einem Ruhebehälter zu verzichten und sie ausschließlich unmittelbar vor der Pelletierpresse mit Heißwasser zu besprühen. 3/4