Linie do pelletowania

W ostatnich latach zwiększyła się liczba zakładów zajmujących się przetwarzaniem biomasy  na brykiety i pellety. Zagęszczając wsadowy materiał do postaci pelletów uzyskuje się biopaliwo o bardzo dobrych właściwościach energetycznych. Wymienić tu należy m.in. mniejszą wilgotność oraz zredukowaną zawartość popiołu i substancji szkodliwych dla otoczenia. Zgranulowany substrat charakteryzuje się wyższymi wartościami energetycznymi w porównaniu do stanu pierwotnego. Pellet magazynuje i transportuje się bardzo łatwo ze względu na jego dużą masę usypową.

Proces pelletowania polega na poddawaniu materiału wsadowego w procesie technologicznym działaniu dużego ciśnienia oraz wysokiej temperatury. Substraty najczęściej wykorzystywane w produkcji pelletu to trociny, słoma zbóż, odpady roślin oleistych, itp., które cechuję wysoka zawartość składników ligninocelulozowych. Biomasa ligninocelulozowa składa się z kolei z polimerów w postaci celulozy, hemicelulozy oraz ligniny. Wysoka temperatura i ciśnienie powodują zmiany w strukturze biomasy umożliwiając tym samym uplastycznienie cząstek przerabianego materiału. Wskutek oddziaływania powyższych czynników na substrat następuje  spotęgowanie sił wiążących międzycząsteczkowych, które działają między zewnętrznymi warstwami łączonych ziaren. To powoduje, że po zakończonym procesie otrzymuje się produkt w postaci granulek pelletu, charakteryzujących się określonym kształtem, właściwościami mechanicznymi oraz ciężarem właściwym.

Proces technologiczny produkcji pelletów

Na proces technologiczny przemysłowej produkcji pelletów składa się kilka następujących po sobie elementów. Przede wszystkim należy dobrać i przygotować materiał wsadowy o odpowiednich cechach, bowiem dobór właściwych surowców pochodzenia roślinnego ma duży wpływ na przebieg aglomeracji ciśnieniowej. Spośród tych cech, jedną z ważniejszych jest wilgotność surowca, której optimum powinno wynosić najczęściej od 8 do 13 proc.

W praktyce do produkcji pelletu wykorzystuje się często mieszaninę różnych substratów roślinnych, w celu poprawiania spoistości tych materiałów. Polepszenie właściwości następuje na drodze udostępnienia naturalnego lepiszcza w postaci np. oleju, tłuszczu lub żywic. Dokonując wyboru materiału wsadowego, należy mieć na uwadze założenie, iż granulacja substratu nie powinna przekraczać połowy średnicy matrycy, przez którą przejdzie substrat.

W materiałach roślinnych zbieranych i pozyskiwanych z pól, często znajdują się niepożądane domieszki, które mogą powodować uszkodzenie prasy pelletującej. Dlatego kolejnym etapem jest oczyszczanie surowca. Do tego celu można wykorzystać np. kondycjoner firmy Polexim, który współpracuje z pelleciarkami o płaskich matrycach. Kondycjoner jest wyposażony w magnetyzery, wyłapujące ewentualne zanieczyszczenia występujące w podawanej biomasie do komory mieszającej.

Ważnym parametrem wpływającym na wartość opałową produkowanego biopaliwa jest jego wilgotność. Jeżeli materiał jest oczyszczony ale wilgotny, to w produkcji pelletu musi on zostać wysuszony. Proces ten przeprowadza się w specjalistycznych suszarniach bębnowych lub taśmowych. Po uzyskaniu odpowiedniej wilgotności substratu następuje rozdrobnienie surowca. W tym procesie wykorzystuje się najczęściej rębaki oraz rozdrabniacze współpracujące ze sobą. Rozdrobnienie surowca do frakcji o średnicy mniejszej niż otwory matrycy jest warunkiem koniecznym do płynnej pracy prasy. Materiał rozdrobniony może ulec ponownemu przesianiu, w celu oddzielenia frakcji, która powinna ponownie zostać rozdrobniona. Na tym etapie dochodzi również do usunięciu zanieczyszczeń mineralnych. Mając jednak na uwadze redukcję kosztów, w praktyce etap przesiewania jest często pomijany. W przypadku zajścia konieczności, przed właściwym procesem aglomeracji ciśnieniowej wprowadza się jeszcze surowce dodatkowe (np. otręby, mąkę ziemniaczaną, wapno itp.) w celu polepszenia i podwyższenia jakości otrzymanego pelletu.

Proces właściwy – pelletowanie – odbywa się na maszynach, do których przygotowany materiał podawany jest w sposób ciągły. W kolejnej fazie substrat jest przeciskany przez odpowiednio ukształtowane kanały, rozmieszczone w matrycy. Porcje materiału poprzez rolki prasujące wgniatane są do przelotowych kanałów, w których w wyniku stawianego oporu następuje wzrost ciśnienia oraz temperatury, wskutek czego następuje zagęszczenie materiału. Pellet po przejściu przez kanał prasujący napotyka na nóż, który odcina zgranulowany materiał w celu ujednolicenia długości otrzymanego produktu. Należy zaznaczyć, że jakość pelletu oraz eksploatacja prasy zależy w dużym stopniu od odległości matrycy od rolek prasujących.

Wydajność i łatwość obsługi

Przykładem pelleciarki z matrycą płaską może być model prasy P-100 firmy Protechnika, charakteryzujące się wydajnością na poziomie od 50 do 100 kg/h. Maszyna wyposażona jest w silnik elektryczny o mocy 3 kW, a prasa wyróżnia się stosunkowo niskim poborem energii (2,2 kW), bezawaryjnością oraz łatwością obsługi. Firma w swojej ofercie ma również maszyny o większej wydajności. Przykładowo pelleciarka P-1200 pozwala na wyprodukowanie biopaliwa stałego w ilości od 350 do 450 kg w ciągu godziny.

Pelleciarki z serii SJ firmy Brikol działają na zasadzie płaskiej matrycy i rolek kompresujących. Moment obrotowy z silnika przeniesiony jest na matrycę, która poprzez rotacje napędza rolki. Z kolei materiał poddaje się kompresji poprzez przeciskanie w matrycy o specjalnie wyprofilowanych otworach zagęszczających. Kształt rolek i ich wielkość oraz samo rozwiązanie obrotowej matrycy sprawia, że możliwe jest pelletowanie szerokiej gamy surowców przy bardzo niskich kosztach amortyzacji i prostocie przeprowadzania bieżących przeglądów. Końcowym elementem linii produkcyjnej pelletów jest specjalna chłodnica, której zadaniem jest schładzanie biopaliwa, co zwiększa jego właściwości mechanicznej trwałości. Po wytworzeniu pelletów następuje ich pakowanie i składowanie.

Wytwarzanie pelletu jest perspektywiczne, co sprzyja rozwojowi urządzeń do ich produkcji. Uwidacznia się to między innymi  ofertami gotowych, odpowiednio zestawionych linii produkcyjnych do pelletu.

Pelleciarka mobilna

Rynek produkcji biopaliw stałych w postaci pelletu cały czas ukazuje nowe, innowacyjne technologie. Na etapie testów znajduje się pierwszy na świecie projekt mobilnej prasy do produkcji pelletu, który umożliwi wytwarzanie biopaliwa od razu podczas zbioru surowca na polu. Najnowsza maszyna Krone Premos 5000 charakteryzuje się dużo większą wydajnością, rzędu 5 t/h w stosunku do pras stacjonarnych do produkcji pelletu (1-2 t/h). Najnowszy model waży około 13 t i porusza się z prędkością od 3 do 4 km/h. Pobieranie masy z pokosu odbywa się za pomocą podbieracza o szerokości 2,35 m, a przed podbieraczem znajduje się wał zębowy, odpowiedzialny za wyrównanie strumienia podbieranego materiału. Skoszony materiał wsadowy przenoszony jest poprzez wirnik na przenośnik taśmowy, i dalej rozdrobniony materiał jest transportowany do dwóch matrycowych walców prasujących. Substrat przy temperaturze od 70 do 100  oraz ciśnieniu do 2000 bar zostaje zagęszczony, wpadając  przez otwory do szczelin znajdujących się między walcami. Długość granulek pelletu jest regulowana przez listwę ścinającą. Po zakończonym procesie pellet transportowany jest do zbiornika, do którego od dołu wtłaczane jest powietrze w celu schłodzenia granulatu. Maszyna wyposażona jest również w zbiornik na wodę o pojemność 900 l, wykorzystywany do poprawy wilgotności pelletu, w przypadku gdyby materiał wsadowy miał wilgotność poniżej 10 proc. oraz w zbiornik na melasę  o pojemność 300 l wykorzystywany w celu poprawienia jakości pelletów. Pellet znajdujący się w zbiorniku może być bezpośrednio przeładowany na samochód transportowy w celu przewiezienia produktu do klienta lub na ustalone miejsce składowania. Omawiana maszyna jest obecnie w fazie testów i nie jest jeszcze dostępna w sprzedaży.

Biomasa jest substratem łatwym do pozyskiwania oraz powszechnie dostępnym. Niedogodnością tego rodzaju materiału jest duża zmienność wilgotności oraz mała gęstość nasypowa.  Po przetworzeniu tego materiału na biopaliwa, przedstawione mankamenty zostają zastąpione wysoką wartością opałową, która niewiele odbiega od słabszych gatunków węgla kamiennego. Dlatego pewnym wydaje się być fakt, iż rynek pelletu nadal będzie się prężnie rozwijał i systematycznie zastępował konwencjonalne źródła paliw.

Autorzy: dr inż. Wojciech Czekała, inż. Sylwia Bartnikowska, Instytut Inżynierii Biosystemów, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Materiał ukazał się w Magazynie Biomasa 03/2016.

Zdjęcie: Pozkrone