木质素以及加工木质素的方法和系统

摘要

本发明涉及一种用于加工木质素的方法。该方法包括：将木质素材料(11)进料到系统中，在研磨装置(30)中使木质素材料(11)的粒度减小从而制造具有粒度分布的木质素粉末，其中至少85重量％的木质素团块和颗粒小于300微米，并在研磨装置(30)中使粒度减小的同时使木质素材料的干固体含量增加至少5％。另外，本发明涉及一种用于加工木质素的系统，一种木质素粉末，一种用于制造包含木质素的产品的方法，一种用于制造包含木质素的产品的系统，以及一种包含木质素粉末的产品。

权利要求

1.一种用于加工木质素的方法，该方法包括：

-将木质素材料(11)进料到系统中，

-在研磨装置(30)中使木质素材料(11)的粒度减小从而制造具有粒度分布的木质素粉末，其中至少85重量％的木质素团块和颗粒小于300微米，和-将加热的空气(15)或惰性气体供应到研磨装置(30)，由此-在研磨装置(30)中使粒度减小的同时，使木质素材料的干固体含量增加至少5％。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述木质素粉末中至少90％的木质素团块和颗粒具有小于200微米的尺寸。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述木质素粉末中至少95％的木质素团块和颗粒具有小于100微米的尺寸。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，引入到系统中的木质素材料的干固体含量为40-90％。

5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，制造的粉末的干固体含量为80-

100％。

6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，引入到系统中的木质素材料的干固体含量为40-90％，制造的粉末的干固体含量为80-100％。

7.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述研磨装置(30)是转子磨机。

8.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述研磨装置(30)是锤磨机。

9.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在研磨工艺的过程中，研磨装置(30)中木质素材料的干物质含量增加至少10％。

10.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述研磨装置(30)包括转子，在磨粉工艺的过程中，转子表面的温度低于木质素材料的玻璃化转变温度。

11.一种用于加工木质素的系统，该系统包括：-适合于将木质素材料(11)进料到系统中的设备，和-研磨装置(30)，其设置成

-用于使木质素团块和/或颗粒的尺寸减小从而获得具有粒度分布的木质素粉末，其中至少85重量％的木质素团块和颗粒具有小于300微米的尺寸，和-用于在研磨装置(30)中使颗粒减小的同时使木质素材料的干固体含量增加至少5％；

和

-用于将加热的空气(15)或惰性气体供应到研磨装置(30)的装置。

12.一种木质素粉末，其中至少95重量％的木质素团块和颗粒小于100微米以及干物质含量至少为60％。

13.一种用于制造包含木质素的产品的方法，该方法包括：-将第一原料进料到系统中，

-将第二原料进料到系统中，该第二原料包含具有粒度分布的木质素粉末，其中至少90重量％的木质素团块和颗粒小于100微米，木质素团块和颗粒的干物质含量至少为60％，和-形成包含第一和第二原料的产品，木质素粉末的量至少为产物干重的0.1重量％。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一原料包含木材、木粉和/或动物饲料。

说明书

木质素以及加工木质素的方法和系统

发明领域

[0001] 本发明涉及用于加工木质素的方法和系统以及木质素粉末。此外，本发明涉及包含木质素的产品以及用于制造包含木质素的产品的方法和系统。技术背景

[0002] 木质素是一种存在于植物组织中的有机物质。木质素结合例如细胞、纤维和构成木材或其它植物的脉管并从而形成强健稳固的细胞壁。木质素是地球上最丰富的有机聚合物之一，并且是第二丰富的可再生碳来源，仅次于纤维素。由于木质素的异质性，即木质素的化学组成表现出一定的变化，所以它是一种相当不同寻常的生物聚合物。共同定义是苯基丙烯基本单元的数枝状网络聚合物。

[0003] 在出于各种工业目的加工植物时，可以提取木质素用于各种各样的应用。例如在造纸中，在制造高品质的经漂白的纸张时需要从木浆中除去木质素。在这种情况下，经常燃烧被除去的木质素来提供能量使磨机运行，因为木质素在燃烧时能产生大量能量(大于纤维素)。

[0004] 发明概述

[0005] 本发明揭示了木质素粉末以及用于加工木质素粉末的方法和系统。本发明还揭示了用于制造包含木质素的产品的方法和系统。此外，本发明揭示了包含木质素粉末的产品。

[0006] 包含木质素粉末的产品优选是复合物、阻挡膜、坯块、球粒、燃料、或棕色纸板。

[0007] 木质素通常作为饼或团使用，因为木质素粉尘是爆炸性材料，因此将木质素团块研磨成小颗粒具有很大风险。

[0008] 若木质素粉末包含大的团块，则可能难以将木质素粉末与其他原料均匀混合，尤其是当木质素含量小于2％时。因此，在这种情况下，产品的木质素含量可能是高度局域性的，另一方面，在一些位置没有木质素。根据本发明，能制造木质素粉末和包含木质素粉末的产品。

[0009] 用于加工木质素的方法优选包括以下步骤：

[0010] -将木质素材料进料到系统中，

[0011] -在研磨装置中使木质素材料的粒度减小，从而制造具有粒度分布的木质素粉末，其中至少85重量％的木质素团块和颗粒为小于300微米，和

[0012] -在研磨装置中使粒度减小的同时，使木质素材料的干固体含量增加至少5％、更优选至少10％或至少15％、最优选至少20％或至少25％。

[0013] 优选木质素粉末中至少90％的木质素团块和颗粒的尺寸小于200微米，更优选木质素粉末中至少95％的木质素团块和颗粒的尺寸小于100微米。

[0014] 在研磨装置中进行研磨工艺的过程中，优选木质素材料的干物质含量增加至少10％。引入到系统中的木质素材料的干固体含量优选为40-90％。制造的粉末的干固体含量优选为80-100％。

[0015] 研磨装置优选是转子磨机。研磨装置优选包括转子，并且在磨粉工艺过程中转子表面的温度小于木质素材料的玻璃化转变温度。在一个实施例中，研磨装置是锤磨机。

[0016] 用于加工木质素的系统优选包括：

[0017] -适合于将木质素材料进料到系统中的设备，和

[0018] -研磨装置，其设置成

[0019] -使木质素团块和/或颗粒的尺寸减小从而获得具有粒度分布的木质素粉末，其中至少85重量％的木质素团块和颗粒的尺寸小于300微米，和

[0020] -在研磨装置中使粒度减小的同时，使木质素材料的干固体含量增加至少5％。

[0021] 根据本发明的木质素粉末优选具有粒度分布，其中至少85重量％的木质素团块和颗粒小于300微米，更优选至少90重量％的木质素团块和颗粒小于200微米，最优选至少95重量％的木质素团块和颗粒小于100微米。制造的木质素粉末的湿含量优选小于60％，更优选小于40％，最优选小于20％，即，最优选木质素粉末的干固体含量为80-100％。

[0022] 木质素粉末可用于，例如，

[0023] -作为添加剂，例如粘结剂，或

[0024] -作为能量来源。

[0025] 用于制造包含木质素粉末的产品的方法优选包括以下步骤：

[0026] -将第一原料进料到系统中，该第一原料包含例如木材、木粉、塑性聚合物和/或动物饲料，

[0027] -将第二原料进料到系统中，该第二原料包含具有粒度分布的木质素粉末，其中至少85重量％的木质素团块和颗粒小于300微米，和

[0028] -对包含第一原料和第二原料的产品进行成形，木质素粉末的量至少为产品干重的0.1重量％。

[0029] 用于制造产品的系统优选包括：

[0030] -适合于将第一原料和第二原料进料到系统中的设备，该第二原料包含具有粒度分布的木质素粉末，其中至少85重量％的木质素团块和颗粒小于300微米，

[0031] -用于将第一原料与第二原料混合以获得混合物的装置，例如混合机，和

[0032] -适合于从混合物形成产品的设备，其中该产品包含至少0.1重量％的所述木质素粉末。

[0033] 根据本发明的产品包含如本申请中定义的木质素粉末。根据本发明的产品优选具有至少为0.1重量％的木质素含量。该产品优选包含木质素粉末，其中至少85重量％的木质素团块和颗粒小于300微米，更优选至少90重量％的木质素团块和颗粒小于100微米，最优选至少95重量％的木质素团块和颗粒小于50微米。该产品优选为

[0034] -复合物，优选包含0.1-50重量％的木质素粉末，

[0035] -阻挡膜，优选包含0.1-30重量％的木质素粉末，

[0036] -球粒，优选包含0.1-20重量％的木质素粉末，

[0037] -坯块，优选包含0.1-20重量％的木质素粉末，

[0038] -细粒，优选包含0.1-50重量％的木质素粉末，

[0039] -燃料，优选包含0.1-100重量％的木质素粉末，

[0040] -碎料板，优选包含0.5-20重量％的木质素粉末，或

[0041] -棕色纸板，优选包含0.5-20重量％的木质素粉末。

[0042] 在一个实施例中，产品是球粒或坯块。在这种情况下，适合于形成产品的设备包括造粒装置或压块装置，用于形成包含0.1-20重量％的木质素粉末的球粒或坯块。

[0043] 附图简要描述

[0044] 以下通过附图说明本发明，其中：

[0045] 图1a显示磨粉工艺的一种示例性实施方式的简化示意图，

[0046] 图1b显示包含木质素粉末的产品制造工艺的一种示例性实施方式的简化示意图，[0047] 图2-14显示实验性测试的图片和结果，其中

[0048] 图2显示经锤磨的木质素饼的粒度分布，

[0049] 图3显示一些粒度分布，

[0050] 图4a显示待磨粉的木质素材料的一些例子，

[0051] 图4b显示木质素粉末的一个例子，

[0052] 图4c显示包含团块的木质素粉末的一个例子，

[0053] 图5a显示经长辊隙(Long Gap)磨机加工的木质素的粒度分布，

[0054] 图5b显示内有木质素材料的转子磨机的转子截面的一个例子，

[0055] 图6显示经超级转子(Ultra Rotor)磨机加工的木质素的粒度分布，

[0056] 图7显示木质素材料的一些粒度分布，

[0057] 图8显示木质素、马铃薯粉和马铃薯淀粉的一些粒度分布，

[0058] 图9显示经改进的木质素和淀粉的粒度分布，

[0059] 图10a-b显示木粉的粒度，

[0060] 图11a显示球粒耐久性随添加剂量的变化情况，

[0061] 图11b显示球粒耐久性-冲模温度，

[0062] 图12a显示硫(Sulphur)的量，

[0063] 图12b显示硫(Sulphur)和锌(Zink)的量，

[0064] 图13a显示灰分(Ash)的量，

[0065] 图13b显示铬(Chromium)和铜(Copper)的量，和

[0066] 图14显示钾(Potassium)和钠(Sodium)的量。

[0067] 发明详述

[0068] 在以下说明中，若无另外指明，则所有百分比都以干重计。

[0069] 在本申请中使用以下附图标记：

[0070] 11 待磨粉的木质素材料，

[0071] 12 木质素粉末，即，产品的第一原料，

[0072] 13 产品的第二原料

[0073] 14 包含木质素的产品

[0074] 15 加热的空气，

[0075] 20 用于磨粉工艺的供料装置，

[0076] 22 过滤装置，

[0077] 27 空气加热器，

[0078] 30 研磨装置，和

[0079] 40 适合于制造包含木质素粉末的产品的设备。

[0080] 木质素是能形成强结合的多酚。木质素是较为疏水性的材料，是自然界中第二常见的生物聚合物。各种植物的木质素量各异。例如，北方的树木通常具有约20-30％的木质素，但是例如在椰子壳(椰纤维)中，木质素含量可超过45％。木质素的化学组成存在一定的变化。其共同定义是苯基丙烯基本单元的一种树枝状网络聚合物。

[0081] 可以从包含木质素的任意植物材料、即包含纤维素的任意植物材料中分离木质素材料。该植物材料可以是木材。该木材可来自软木树例如云杉、松树、冷杉、落叶松、美国花旗松(douglas-fir)和/或铁杉，或者来自硬木树例如桦树、白杨(aspen)、欧洲山杨(poplar)、赤杨、桉树或刺槐，或者来自软木和/或硬木的混合物。非木质材料可来自农业残余物、草或其他植物物质，例如稻草麦杆、树叶、树皮、种子、果壳、花朵、蔬菜或棉花果实、玉米、小麦、燕麦、黑麦、大麦、稻米、亚麻、大麻、马尼拉麻、剑麻、黄麻、苎麻、洋麻、甘蔗渣、竹或芦苇，或者来自非木质材料和/或木质材料的混合物。

[0082] 可通过二氧化碳方法从牛皮纸浆的黑色液体沉淀木质素，然后可对其进行压滤、分散、用硫酸进行酸洗、以及最后的压滤和用水洗涤。这些阶段之后，木质素为滤饼形式。

[0083] 还可采用木质素分离工艺，例如LIGNOBOOST或类似工艺，来分离木质素材料。分离的木质素通常为木质素饼或木质素团的形式。待磨粉的木质素饼或木质素团的尺寸优选为5-150纳米，但该尺寸可变化。

[0084] 图1a描绘了某系统的一个实施例，其中将待磨粉的木质素材料11供应到磨粉工艺。图1a显示了待磨粉的木质素材料11、木质素粉末12、加热的空气15、用于磨粉工艺的供料装置20、过滤装置22、空气加热器27、和研磨装置30。

[0085] 优选通过供料装置20将待磨粉的木质素材料供应到磨粉系统及其中的研磨装置30。优选通过空气加热器27、例如换热器来加热空气，然后将加热的空气15引导到研磨装置
30。在一个实施例中，通过换热器的方式从制浆厂的废热产生加热的空气15。研磨步骤之后，优选将经磨粉的木质素材料传送到过滤装置22，在其中通过循环空气分离木质素材料。

[0086] 此外，该系统优选包括风扇、消音器、管道、泵、和/或阀，例如旋转阀、翻板阀、和防爆阀。

[0087] 采用研磨技术对木质素材料11进行机械处理从而得到木质素粉末。待磨粉的木质素材料11可以是经压滤的木质素饼或团的形式。供应到研磨装置30的木质素材料的干固体含量(在研磨工艺之前)优选为40-90％，更优选为60-80％。

[0088] 研磨装置30优选是转子磨机、锤磨机、石磨或空气磨。该系统包括至少一个研磨装置30，优选一个、两个、三个或四个研磨装置30。若使用锤磨机，则该系统优选包括至少两个研磨装置，优选两个或四个研磨装置。

[0089] 在一种优选的实施方式中，研磨装置30在转子内包含小的空气体积。因此，根据本发明的研磨装置30能完美处理爆炸性的木质素粉末。

[0090] 研磨装置30优选是转子磨机，例如长辊隙磨机或超级转子磨机。备选或额外地，至少一个研磨装置30可以是锤磨机。

[0091] 可采用以下一种、两种、三种、四种或五种因素来控制研磨工艺：

[0092] -研磨装置的类型，

[0093] -研磨装置的转子速度，

[0094] -研磨装置转子内的空气体积，

[0095] -研磨装置转子内的氧量，和

[0096] -研磨装置转子内提供的惰性气体量。

[0097] 供料装置20优选是螺杆。在一个优选实施例中，使用转子磨机作为研磨装置30并通过螺杆将木质素材料直接供应到转子磨机的转子截面。

[0098] 在磨粉工艺的过程中，研磨装置30中木质素材料的湿含量优选明显减小。在研磨装置30中，木质素材料的湿含量优选减小至少5％或至少10％，更优选至少15％或至少20％，最优选至少25％。

[0099] 在一个优选实施例中，将木质素材料供应到研磨装置30时，待磨粉的木质素材料11的干固体含量为60-80％。

[0100] 来自研磨装置的木质素粉末的干固体含量优选至少为40％或至少60％，更优选为80-100％或85-99.9％，最优选为90-95％。

[0101] 根据本发明的木质素粉末12优选具有粒度分布，其中至少85％或至少90％、更优选至少95％或至少97％、最优选至少99％或至少100％的木质素团块和颗粒的尺寸小于300微米，或小于200微米，更优选小于150微米或小于100微米，最优选小于70微米或小于50微米。例如，若使用木质素材料作为添加剂，必须具有足够小的颗粒和团块才能有效发挥粘结剂的作用并与所用的其他原料有效混合。

[0102] 在一个实施例中，将惰性气体、优选是氮气供应到研磨装置30，并在研磨工艺的过程中在该装置中使用。若研磨装置30具有大的空气空间，则优选使用惰性气体。优选使用具有小的空气空间的研磨装置，例如转子磨机。在这种情况下，优选不使用惰性气体以避免增加制造成本。

[0103] 图1b显示了包含木质素粉末的产品的制造工艺的一种示例性实施方式的简化示意图。将木质素粉末12和其他原料13传送到系统从而制造包含木质素粉末12的产品14。

[0104] 包含木质素粉末12的产品优选为

[0105] -复合物，

[0106] -阻挡物，

[0107] -球粒，

[0108] -坯块，

[0109] -燃料，或

[0110] -棕色纸板。

[0111] 例如可使用木质素粉末，

[0112] -作为添加剂，例如粘结剂，或

[0113] -作为能量来源。

[0114] 木质素(尤其是用作添加剂时)应具有足够小的团块和粒度分布，才能有效发挥粘结剂的作用。包含木质素粉末的产品优选具有粒度分布，其中至少85％或至少90％、更优选至少95％或至少97％、最优选至少99％或至少100％的木质素颗粒和团块的尺寸小于300微米，或小于200微米，更优选小于150微米或小于100微米，最优选小于70微米或小于50微米。

[0115] 例如在燃料中，用作添加剂的木质素能将颗粒粘结在一起改善耐久性，并且改善燃料的品质，例如燃料的燃烧性质和热值。

[0116] 木质素粉末优选以球粒或坯块形式用作添加剂。木质素粉末例如可按一定方式用作添加剂，使得木质素粉末以球粒或坯块形式用作粘结剂。此外，木质素粉末可用作额外能量的来源。

[0117] 坯块优选是木材坯块。坯块中木质素粉末的量优选为0.1-20％或0.2-10％，更优选为0.3-5％或0.4-2％，最优选为0.5-1％。坯块中所用的木质素的量通常取决于木质素的硫含量。

[0118] 根据本发明的坯块、尤其是木材坯块，是通过经压缩粉碎的生物质生产的、立方体或圆柱体单元形式的、由木质素粉末添加剂制成的经致密化的生物燃料。优选在活塞压机中制造生物燃料坯块，总湿含量优选小于15质量％(以湿质量为基准计)。

[0119] 球粒优选是进料球粒或木材球粒。球粒中木质素粉末的量优选为0.1-20％或0.2-10％，更优选为0.3-5％或0.4-2％，最优选为0.5-1％。球粒中所用木质素的量通常取决于木质素的硫含量。待进料到球粒加工系统中的木质素粉末的干固体含量优选为60-100％，更优选为80-95％，最优选为85-92％。

[0120] 根据本发明的球粒、例如木材球粒或进料球粒，通常用木质素粉末添加剂从粉碎的生物质制造。球粒通常为圆柱体形式。根据本发明的木材球粒优选是从粉碎的木质生物质制造的经致密化的生物燃料。

[0121] 可通过本领域技术人员已知的方式实施造粒。造粒设备可包括例如，冷却塔、造粒机、添加剂供料装置、原料筒仓、和研磨装置如锤磨机。

[0122] 球粒生产工艺优选包括下述设备中的至少一些：

[0123] -用于进料木粉或其他原料和木质素粉末的供料装置，

[0124] -第一混合机，例如锤磨机，用于混合供应的材料以获得混合物，

[0125] -空气流传输装置，用于传送混合物，

[0126] -分离装置，例如旋风器，用于从混合物中分离空气，

[0127] -第二混合器，用于再混合混合物，

[0128] -蒸汽和润湿装置，从而实现混合物的预定湿含量，

[0129] -用于造粒装置的进料装置，例如螺杆，从而将混合物进料到造粒装置，

[0130] -造粒装置，用于获得产品14，

[0131] -冷却装置，和

[0132] -传送器，用于将产品14传送到储库。

[0133] 球粒长度优选为5-50毫米，更优选该长度小于45毫米，最优选该长度小于40毫米。球粒通常包含破裂端部。长度大于40毫米的一部分球粒优选最多为1重量％。球粒直径优选小于25毫米，更优选小于12毫米，最优选小于10毫米。

[0134] 球粒中细颗粒的量(粒度小于3.15毫米的颗粒的重量％，标准CEN/TS 15149-1，2011年有效)优选最多为5％，更优选最多为2％，最优选最多为1％。

[0135] 在一个实施例中，球粒中或坯块中的硫的量(以干重为基准计的重量％，标准CEN/TS 15289，2011年有效)最多为0.20％，更优选最多为0.1％，最优选最多为0.08％。

[0136] 球粒中或坯块中的硫的量(标准EN 15289，2011年有效)优选以干重计最多为0.05重量％，更优选以干重计最多为0.04重量％，最优选以干重计最多为0.03重量％。

[0137] 在一个实施例中，球粒中或坯块中的氮的量(以干重为基准计的重量％，标准CEN/TS 15104，2011年有效)优选以干重计最多为3重量％，更优选以干重计最多为2重量％，最优选以干重计最多为1重量％。

[0138] 球粒中或坯块中的氮的量(以干重为基准计的重量％，标准EN 15104，2011年有效)优选以干重计最多为1重量％，更优选以干重计最多为0.5重量％，最优选以干重计最多为0.3重量％。

[0139] 在一个实施例中，球粒中或坯块中的氯的量(以干重为基准计的重量％，标准CEN/TS 15289，2011年有效)优选以干重计最多为0.1重量％，更优选以干重计最多为0.07重量％，最优选以干重计最多为0.03重量％。

[0140] 球粒中或坯块中的氯的量(以干重为基准计的重量％，标准EN 15289，2011年有效)优选以干重计最多为0.04重量％，更优选以干重计最多为0.03重量％，最优选以干重计最多为0.02重量％。

[0141] 球粒中或坯块中的砷的量(As，标准EN 15297，2011年有效)优选以干重计最多为1毫克/千克。

[0142] 球粒中或坯块中的镉的量(Cd，标准EN 15297，2011年有效)优选以干重计最多为0.5毫克/千克。

[0143] 球粒中或坯块中的铬的量(Cr，标准EN 15297，2011年有效)优选以干重计最多为10毫克/千克。

[0144] 球粒中或坯块中的铜的量(Cu，标准EN 15297，2011年有效)优选以干重计最多为10毫克/千克。

[0145] 球粒中或坯块中的铅的量(Pb，标准EN 15297，2011年有效)优选以干重计最多为10毫克/千克。

[0146] 球粒中或坯块中的汞的量(Hg，标准EN 15297，2011年有效)优选以干重计最多为0.1毫克/千克。

[0147] 球粒中或坯块中的镍的量(Ni，标准EN 15297，2011年有效)优选以干重计最多为10毫克/千克。

[0148] 球粒中或坯块中的锌的量(Zn，标准EN 15297，2011年有效)优选以干重计最多为100毫克/千克。

[0149] 木质素粉末添加剂在产品中的功能可以是改善产品的技术品质并增强产品的耐湿性。木质素添加剂还能减少由异相原料导致的品质改变并用作粉尘粘结剂。例如在球粒生产工艺中，木质素由于温度升高而产生弹性，将颗粒(如木材颗粒)一起胶粘到球粒上。冷却球粒会使木质素再次硬化，并使球粒变得经久耐用。木质素的热值高，使其成为很好的生物燃料。

[0150] 图2显示了经锤磨的木质素饼的示例性粒度分布。在室温下使用5毫米孔径的筛网对木质素饼进行锤磨。由图可见，经三次锤磨的木质素材料具有比经一次或两次锤磨的木质素材料更小的平均粒度。优选对木质素材料进行至少两次锤磨。但是，经一次锤磨的木质素材料已经足够好，可以用于一些产品。

[0151] 图3显示了木质素、马铃薯淀粉和马铃薯粉的示例性粒度分布。在研磨过程中使用热空气对材料进行处理。从图3中可见，经磨粉的木质素材料通常具有(尤其是用转子磨机进行了研磨后)比马铃薯淀粉或马铃薯粉更小的颗粒。

[0152] 图4a显示了待供料到转子磨机装置的木质素材料的一些例子。研磨温度对木质素材料的影响如图4b和4c中所示。图4b显示了使用优良的工艺温度制造的木质素粉末，因此所得材料是均匀的木质素粉末。若木质素熔化，其通常不仅形成木质素粉末，还形成大而硬的团，如图4c中所示。图4c中所示的团是由于磨粉工艺过程中非常高的进口空气温度(350℃)而形成的。

[0153] 在磨粉工艺过程中，加热的空气的进口温度优选小于160℃，优选为90-130℃，更优选为100-120℃。在磨粉工艺过程中，加热的空气的进口温度最优选小于木质素材料的玻璃化转变温度(Tg)。

[0154] 在磨粉工艺过程中，加热的空气的输入量优选至少为8300m3/t，例如为8300-20000m3/t，更优选至少为13000m3/t，例如为13000-17000m3/t。

[0155] 通过本发明能获得具有受控的粒度分布和受控的干物质含量的新的木质素产品。以下实施例中给出了一些实验性测试。

[0156] 实施例1

[0157] 在本项试验中，测量了经磨粉的木质素作为球粒添加剂的性能，并将该性能与马铃薯淀粉和没有添加剂的原始球粒进行比较。

[0158] 在该试验中，使用挪威云杉(Picea abies)20％和苏格兰松(Pinus sylvestris)80％的混合物。在造粒之前，原料的湿含量为9-11％。使用带垂直固定的圆形冲模的所谓SPC球粒压机来进行造粒。压缩通道为50毫米，球粒直径为8毫米。

[0159] 压缩之后，在冷却塔中用新鲜空气对球粒进行冷却，并在冷却之后取样。技术耐久性的第一次测试在压缩后约1小时进行。在压缩后的5-7天之后重复该测试，从而观察使用木质素添加剂或淀粉添加剂时的技术耐久性的发展变化。

[0160] 按照欧洲固体生物燃料标准的装置和程序来测试技术耐久性。使球粒在配备了金属叶片的盒子中翻滚500转(50rpm)；随后筛出所有小于3.15毫米的颗粒，并测量剩余的球粒质量。

[0161] 为了研究球粒制造过程，建立起定制数据控制体系，监控温度和能量消耗，以及功能测量值，例如重量变化。所测试的球粒配方如表1中所示。

[0162] 表1.在该试验中使用的添加剂。

[0163]批次 描述
0-测试2 无添加剂
S0.5％ 0.5％的淀粉作为添加剂
L0.5％2 0.5％的木质素作为添加剂
0-测试3 无添加剂
0-测试1 无添加剂
L1％ 1％的木质素作为添加剂
L0.4％ 0.4％的木质素作为添加剂
L0.5％ 0.5％的木质素作为添加剂
S0.6％ 0.6％的淀粉作为添加剂
S0.9％ 0.9％的淀粉作为添加剂

[0164] 技术耐久性如表2中所示。所有测试的批次都测试两次，使用这两次测试的平均值作为比较值，并输入进一步的测试中。在一些天之后重复CEN-测试，从而找出储存中的球粒的长期强化的区别。

[0165] 表2.生产的球粒批次的耐久性测试结果。

[0166]

[0167]

[0168] 冲模上11个测量点遵循压制温度，还遵循齿轮油温度。测量点数字严格遵循钟面数字。不同批次之间的温度没有显著差异。在回归分析中温度也并不显著。

[0169] 对于淀粉和木质素，都测试两个添加剂百分比，0.5％和约1％。对于0.5％，耐湿性约为65％，但当添加剂百分比增大时，该耐湿性发生变化。当添加剂的量翻倍时，木质素条件的耐湿性减小而淀粉条件的耐湿性增大。这些结果如表3中所示。

[0170] 表3.耐湿性测试的结果。

[0171]

[0172] 根据该试验，木质素是与淀粉同样好的球粒添加剂。根据所进行的测试，没有发现明显的区别。若与淀粉相比，使用过的木质素添加剂的技术性质在一定程度上有所不同。木质素粉末的确很细，在工艺中更容易存在于空气中，似乎比淀粉更好地与原料混合。在新鲜的热球粒中，木质素不会象淀粉那样使球粒的表面发粘。

[0173] 球粒在储存中的耐久性得以改善。在这项测试中，在没有添加剂的球粒中，耐久性得到最大的改善。根据这些结果，使用木质素作为添加剂会使这种改善减小；换言之，添加有木质素的球粒会比普通球粒更快地达到最终强度。

[0174] 实施例2

[0175] 在这些实验性测试的过程中，对不同种类的装置和工艺参数进行了测试。在该试验中使用的装置为：

[0176] -转子磨机1：长辊隙磨机，

[0177] -转子磨机2：超级转子磨机，和

[0178] -转子磨机3：用高速分解转子搅动的快速干燥器。

[0179] 使用的木质材料是包含54-60％松树和40-46％云杉的混合物。在造粒之前用锤磨机对原料进行了加工。

[0180] 如下进行球粒耐久性测试：

[0181] 首先用3.15毫米筛网处理球粒。将500±10克球粒放在盒子中，以50转/分钟的速度在盒子中旋转10分钟。之后再次过筛球粒，测量球粒的最终质量。耐久性计算为最终质量/原始质量*100％。

[0182] 使用的木质素如表4中所示。另外，使用FINNAMYL马铃薯淀粉作为参比粘结剂。

[0183] 表4.选择的木质素添加剂

[0184]样品号 样品编码 重量(千克) 初始湿度(％)
1 G1/CH4 50 26
2 G2/CH4 51 26
3 G2/CH4 47 26
4 G3/CH1 33 53
5 G3/CH1 30 53
6 G3/CH1 31.5 53
7 G3/CH1 32 53
8 G3/CH1 31.5 53
9 G4/CH2 58 23
10 G5/CH3 56.5 30
11 G6/CH6/1 37.5 37
12 大批次 6095 39

[0185] 转子磨机3的结果如表5中所示。木质素材料能很好地进行加工。木质素材料的干物质含量可在47-77％之间变化。一些种类的预先压碎是有益的，能在进料螺杆之前压碎最大的团。将原料直接进料到机器的分解区域。

[0186] 从图8中的粒度分布可见，存在大于100微米的大颗粒部分。粗粒材料也能容易地用手指感知。因此，需要进行过筛以去除产品的最粗粒部分

[0187] 表5.转子磨机3的结果

[0188]

[0189]

[0190] 转子磨机2的运行性能从开始就很好。通过螺杆将木质素材料直接进料到机器的转子截面。此外，进口空气温度仅为100-110℃。较低的空气温度通过较高的空气流动量来补偿，仍然达到相当高的蒸发能力。最终产品是高品质的细粉。转子磨机2试验的结果如表6中所示。

[0191] 表6.转子磨机2试验的结果。

[0192]

[0193] 对于转子磨机1，测试了温度对木质素磨粉工艺的影响。转子磨机1的结果如表7中所示。将进料材料输入到转子磨机1的进口空气通道。首先通过螺杆进行进料，再通过旋转推料器进一步进料。

[0194] 表7.转子磨机1的结果

[0195]  测试1 测试2 测试3 测试4
进口温度 350 350 350 350
出口温度 70 65 60 63-65
初始湿度 40 40 40 40
残余湿度 4.6 5.5 8.9 4.8-6.3
容量 220 297 315 315

[0196] 在工艺中采用非常高的进口温度(350℃)，从而观察高温对木质素材料的影响。在试验开始时，进口通道被进料材料堵塞。因此，预先用锤磨机对进料材料进行研磨。研磨后的粒度如下：39.3％＜63微米，70％＜500微米，80.6％＜1毫米，96.5％＜3.15毫米，99.9％＜5毫米。在锤磨中未观察到技术问题。

[0197] 随后，每运行半小时，转子磨机1仍然发生堵塞。最后，根据报告，最终产品包含深色的大而硬的团，如图5b中所示。最有可能的是，木质素粘在机器的热壁上，熔化，并形成这些团。因此，应采用较低的温度，优选低于木质素的熔点。此外，优选将材料直接进料到转子截面。表8示出温度对木质素粉末的影响。

[0198] 表8.温度对木质素粉末的影响

[0199]性质 转子磨机2 转子磨机1 转子磨机3
产量，千克/小时 150 300 50
进口温度，℃ 100-110 350 170
出口温度，℃ 45-46 60-65 55-65
粒度，微米 ＜50细粒 ＜50+团 ＜300
预加工 压碎螺杆 锤磨机 压碎进料器
进料到 转子截面 进口空气 分解器
运行性能 好 堵塞问题，团 好

[0200] 木质素和淀粉的粒度分布如图8中所示。对于中试规模的试验，用100微米筛网对转子磨机3经干燥的木质素的粒度分布进行改进。约25％的材料不能通过筛网，用球磨机进一步研磨。但是，木质素倾向于粘在球磨机的壁上。经改进的粒度分布如图9中所示。转子磨机1产品的粒度分布如图5a中所示。图5b显示了内有木质素材料的转子磨机的转子截面的一个例子。转子磨机2产品的粒度分布如图6中所示。

[0201] 按质量分数测量的经过筛的粒度分布如图10a和10b中所示，其中按中试规模测试的木粉如图10a中所示，按生产规模测试的木粉如图10b中所示。在中试规模中，锤磨机中使用6毫米的筛网，而在生产规模试验中，使用10毫米的筛网。可将其看作中试规模试验中略细的木粉。

[0202] 在该试验之后立刻以及在该试验后几天进行耐久性测试。球粒耐久性随着中试规模试验中测试的添加剂的量的变化如图11a中所示，球粒耐久性相对于生产规模试验中测试的冲模温度的情况如图11b中所示。冲模温度似乎使耐久性增加，在生产规模试验中尤其能看出这一点。在储存过程中耐久性略微增加。总而言之，木质素和淀粉是非常具有可比性的粘结剂。

[0203] 在生产规模试验中，用含木质素和含淀粉的球粒都达到了A1品质水平97.5％，而在中试试验中，含淀粉和含木质素的球粒的耐久性都保持低于A1品质97.5％。这种现象的原因是，生产机器中的冲模温度比中试机器中的高30度。另外，中试机器中的冲模温度变化很大，可从图11b中看出。

[0204] 硫的量在图12a中示出，锌的量在图12b中示出。灰分含量在图13a中示出，铬和铜的量在图13b中示出。

[0205] 钾和钠的含量在图14中示出。这些元素对于灰分熔化性质很重要，淀粉和木质素添加剂的该性质都很好。在该测试中使用硝酸、过氧化氢和氢氟酸的混合物。

[0206] 还进行了球粒燃烧测试。如下分析按0.5％添加剂水平制造的球粒。含木质素球粒具有略优于含淀粉球粒的灰分熔化性质。所有性质都满足A1规格。结果在表9-11中示出。

[0207] 表9.球粒分析表1

[0208]

[0209]

[0210] 表10.球粒分析表2

[0211]

[0212] 表11.球粒分析表3

[0213]

[0214]

[0215] 根据可燃性分析和球粒耐久性测试，可使用木质素粉末作为添加剂。而且，可用木质素代替原来的淀粉球粒添加剂。此外，生产规模试验清楚地显示，木质素干粉能在木材球粒中作为添加剂。通过添加0.59％，就能达到A1耐久性水平97.5％。

[0216] 本领域技术人员容易理解，在需要对木质素加工进行优化的情况下，可应用本发明的不同实施方式。同样明显的是，本发明并不仅限于上述实施方式，而是可以在所附权利要求的范围内进行改变。