OULUN YLIOPISTO Kuivausprosessin optimointi pellettituotannossa Matti Kuokkanen Kemian laitos Oulun yliopisto 11.4.2013
TAUSTAA Kuivauksen tarve Perinteisen kuivan raaka-aineen riittämättömyys, purun kuivaus Seospellettien valmistus muista raaka-aineista vaatii kuivauksen Kutterilastua ei kuivata Alle 15 % kosteuspitoisuus -> laatu 70-85 % toimialan energiankäytöstä
TAUSTAA Kustannustehokkuus arvioitava Hyöty ja edullisuus? Kuivauksen olosuhteiden optimointi TG menetelmä kuivauksen mallintamiseen Edullinen, dokumentointi
TAUSTAA Tuoreen purun kosteus 50-55 % Pelletointikosteus yleensä 8-12 % Pelletti vs. kostean purun poltto Pelletoinnin etuina korkeampi lämpöarvo, parempi käytettävyys, prosessoitavuus, ekologisuus, varastoitavuus, logistiset ominaisuudet, määrätty kosteuspitoisuus, korkeampi energiatiheys
TAUSTAA Kuivaus mekaanisesti puristamalla Kuivaus adsorption avulla Säteily-, alipaine-, kontakti-, pakkas- ja konvektiokuivaus (yleisin) Konvektio kosteuden poistamista kiintoaineesta kuuman kaasuvirran tai lämmittämisen avulla Kuivaaminen voi tapahtua eri olosuhteissa: liikkumattoman kaasun tai ilman vaikutuksesta, kaasuvirtauksen avulla, tyhjiössä tai alipaineen vaikutuksesta Keskeisintä kuivurin soveltuvuus käyttökohteeseensa, syötön kuivaainepitoisuus ja kuivauslämpötila
KUIVAUKSEN TEORIAA Kuivausnopeusalueet a) Kosteuspitoisuus vs. aika b) Kuivausnopeus vs. aika Väli A-B Lämmitysalue C-D Alenevan kuivumisnopeuden alue B-C Vakiokuivausnopeus Pinta alkaa kuivua, kemiallisesti sitoutunut vesi, kontrolloivat tekijät aineensiirto-ominaisuudet, lämpötila ja partikkelikoko
KUIVURIN ENERGIANKULUTUS Kuivauksen integroiminen pellettilaitoksen yhteyteen vaatii suunnittelua, hukkalämmön hyödyntäminen Aiemmin korkeat lämpötilat, nykyään matalammat Energiakustannukset minimiin, määräävät optimaalisen kuivauksen, turha kuivaus kasvattaa päästöjä
KUIVAUSMENETELMIÄ Kuivaintyypin valinta perustuu Prosessin toimintatapa (jatkuva tai panos) Materiaalin ominaisuudet ja määrä Pelletointiin parhaiten soveltuvat rumpukuivurit ja pneumaattiset flashkuivurit Puun kuivaukseen tietyin rajoituksin soveltuvat myös peti- ja hihnakuivurit sekä useista lautaskuivaimista koostuvat varastokuivurit Puuta voidaan kuivata myös kemiallisesti Vähän teollisia sovelluksia, korkea hinta, ympäristönäkökohdat
KUIVAUSMENETELMIÄ Rumpukuivaus Jatkuvatoiminen kuivaus Soveltuvat rakeisen materiaalin kuivaukseen Viipymäaika kuivurissa 5-60 min Kapasiteetti voi olla jopa 200 t/h
KUIVAUSMENETELMIÄ Pneumaattinen kuivaus Kostea kiinteä aine kuivuu kulkiessaan suspendoituneena kuuman kaasuvirran mukana Helposti kuivuvat, ei-huokoiset materiaalit Erittäin lyhyt viipymäaika Rajoittavia tekijöitä partikkelikoko ja juoksevuusominaisuudet
Petikuivaus KUIVAUSMENETELMIÄ Kuuma kaasu johdetaan reikälevyn läpi leijupetiin, josta se poistuu pölynerottimen kautta, kuivattava materiaali syötetään suoraan petiin, kuiva materiaali poistuu ylivuotona laskuputken kautta Soveltuu ainoastaan 0,05 15 mm partikkelikoon materiaaleille Partikkelikokojakauman oltava tasainen
Hihnakuivaus KUIVAUSMENETELMIÄ Kuivattava materiaali liikkuvalle hihnalle, jonka läpi puhalletaan kuumaa ilmaa Esimerkkinä viirakuivain Soveltuu rakeisille, hiutalemaisille ja kuitumaisille materiaaleille Käyttökelpoisia kun kuivausolosuhteiden tulee muuttua kuivumisen edetessä
KUIVAUSMENETELMIÄ Varastokuivaus Kerroksittain asetetut lautaskuivaimet Soveltuu aroille ja kalliille raemaisille materiaaleille, kun tuotantomäärät ovat pieniä Pitkä kuivausaika 4 48 h Voidaan käyttää myös pakastekuivauksessa
TERMOGRAVIMETRISET MÄÄRITYKSET TG tutkii painon muuttumista lämpötilan funktiona Voidaan havaita raaka-aineen massan muutos lämpötilan noustessa, viipymän vaikutus kuivauksen yhteydessä, haihtuvat komponentit, maksimilämpötila tietyllä viipymällä Tehtiin TG-määritykset 8 eri pellettiraakaaineelle (puru, hake, turve, ruokohelpi, kauran olki, ohran olki, sanomalehtipaperi ja kiiltopaperi) Raaka-aineet oli keinotekoisesti kosteutettu noin 40 % kosteuspitoisuuteen
TG-TULOKSET Puru Optimaalinen kuivauslämpötila 100 C Maksimilämpötila 200 C
TG-TULOKSET Hake Optimaalinen kuivauslämpötila 120 C Maksimilämpötila 220 C
TG-TULOKSET Turve Optimaalinen kuivauslämpötila 145 C Maksimilämpötila 205 C
TG-TULOKSET Ruokohelpi Optimaalinen kuivauslämpötila 140 C Maksimilämpötila 220 C
TG-TULOKSET Kauran olki Optimaalinen kuivauslämpötila 135 C Maksimilämpötila 215 C
TG-TULOKSET Ohran olki Optimaalinen kuivauslämpötila 120 C Maksimilämpötila 220 C
TG-TULOKSET Sanomalehtipaperi Optimaalinen kuivauslämpötila 105 C Maksimilämpötila 230 C
TG-TULOKSET Kiiltopaperi Optimaalinen kuivauslämpötila 105 C Maksimilämpötila 225 C
KUIVAUSKÄYRÄN LAATIMINEN ERI RAAKA-AINEILLE Selvitettiin kuivausajat matalassa lämpötilassa (T = 105 C) eri pellettiraaka-aineille, lämpöuunikokeet Saavutettiin pelletointikosteus (noin 10 %) ajassa: Puru 60 min, kauran olki 90 min, hake 150 min, turve 300 min