專利名稱：基于用液體燃料浸漬的木質纖維素壓縮體的團塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于用植物或動物來源的液體燃料浸潰的木質纖維素壓縮體的團塊，也涉及生產這種團塊的方法和這種團塊在便攜式或非便攜式火炬中作為燃料的用途。
背景技術：
火炬燃料，尤其對于可能被孩子或被個人在人群中間攜帶的便攜式火炬燃料，必須滿足許多要求，其中可提到的有下列要求-高緊實度和輕便性，-以同樣的火焰功率在整個燃燒持續(xù)期間穩(wěn)定燃燒，-易于引燃， -煙產生少，-飛灰產生少，-操作安全性高，尤其因為缺乏加壓氣體燃料。當然，正如在許多其它領域一樣，需要能提供一種燃料，其不僅滿足上述所有標準，而且還來源于再生源，即非化石源。申請人:在長期研究后，成功開發(fā)了一種既輕便又是固體的燃料團塊，因為這是固體木質纖維素燃料和液體燃料的新型組合，也因為能提供隱蔽在中央煙道(chimney)內的多個燃點的幾何形狀，它囊括了所有上述優(yōu)點。

發(fā)明內容
這種團塊基本上由浸潰有植物或動物來源的液體燃料的植物來源的壓縮體所組成。這種壓縮體具有剛性、輕便而且同時足夠緊實的結構，足以確保團塊在整個燃燒過程中的機械強度，產生非常有限量的灰，同時使得產生足夠的空間以使能逐漸且穩(wěn)定地發(fā)生燃燒的傳播成為可能。因此，本發(fā)明的一個主題是一種基本上由如下物質組成的團塊-木質纖維素壓縮體，包含(a) 60重量％至90重量％的草莖碎屑和(b) 10重量％至40重量％的打漿的木質纖維素粘合劑，其打漿度為38至75。SR(Schopper-Riegler 度)，優(yōu)選 45 至 70。SR,這些百分比以相對于(a)和(b)總干重的干重表示，以及-在室溫下為液體的燃料，其閃點為30°C至150°C，浸潰木質纖維素壓縮體，所述團塊基本上為圓柱形，并包括具有星形橫截面的中央煙道。因此，本發(fā)明的團塊由兩種基本組分組成植物來源的壓縮體和液體燃料。所述壓縮體，就其本身而言，包含至少兩種組分-由粗草莖碎屑形成的主要組分(a)，和-由高度打漿的木質纖維素粘合劑形成的次要組分(b)。
組分(a)可通過在適當的研磨機或壓碎機中干磨或壓碎草莖而獲得，所述草莖下文也稱為“稻草”。優(yōu)選錘式粉碎機。組成這種第一組分(a)的碎屑或顆粒相對粗而且大小不均。其中大多數長為幾毫米，或者甚至為幾厘米。尤其有利的是，超過60重量％、優(yōu)選超過75重量％、尤其超過90重量％的草莖碎屑由如下碎片組成，碎片的尺寸使得它們的較大維度為3至20mm、優(yōu)選5至15mm。這當然不排除存在更細、或甚至非常細的顆?；蛏踔链嬖诖蟮枚嗟乃槠蚶w維。在本發(fā)明的壓縮體中，這些粗的稻草碎片通過“粘合劑”或“木質纖維素粘合劑”的木質纖維素纖維連接在一起。木質纖維素是三種類型的天然、水不溶性聚合物(即纖維素)、半纖維素和木質素的混合物，根據木質纖維素的來源而以可變比例存在。木質纖維素具有纖維結構。 本發(fā)明所用的木質纖維素粘合劑通過打漿木質纖維素材料而獲得。打漿是存在水時機械處理木質纖維素材料，目的在于使組成其的纖維水化、細纖維化或切碎。打漿經常用于生產紙漿。通常用于評價木質纖維素材料的打漿率或打漿度的方法是Schopper-Riegler試驗(標準ISO 5267/1)。它測定經歷打漿操作的材料的濾水性能。材料被打漿越多，組成其的纖維就越單一化、水化和越短，材料就越能保留水分。因此，高度打漿材料具有低濾水性能和高的Schopper-Riegler打衆(zhòng)度。本發(fā)明所用的木質纖維素粘合劑必須具有至少38° SR的Schopper-Riegler數，優(yōu)選為至少42° SR和理想的為至少45° SR。本發(fā)明所用的木質纖維素粘合劑原則上可從任何木質化植物材料中獲得，可以使用的木質纖維素材料當然包括，但不限于，用于組分(a)的草莖。除了這些草莖，也可以使用，例如木材碎屑、大麻纖維或其它再生紙。可獲得木質纖維素粘合劑(b)的打漿工藝在專利EP O 877 646中有詳細描述。在該工藝結束時，打漿的木質纖維素粘合劑(b)為漿狀形式，含水量為約40重量％至70重量％，換言之，其固體含量為30重量％至60重量％，優(yōu)選為35重量％至55重量％。形成組分(a)的草莖碎屑原則上可以是來源于任何具有木質化莖的草的碎屑?？梢宰鳛槔犹岬接羞@些草甘蔗、谷類植物(cereals)(比如玉米、稻米、小麥、大麥、燕麥、黑麥或粟)、竹子和芒屬植物(Miscanthus)。本發(fā)明特別優(yōu)選的一種植物是奇崗(Miscanthus giganteus),是通過將芒草(Miscanthus sinensis)與獲草(Miscanthus saccharifIorus)雜交獲得的雜交種。特別地，這種植物的特征為其高產量、其高木質纖維素含量和低環(huán)境影響，特別因為這種植物的低水分需求和其所生長之處沒有土壤貧化，通常不需要肥料。奇崗可用作組分(a)的草莖碎屑的來源或木質纖維素粘合劑(b)的來源或者同時作為兩者的來源。在一個特別優(yōu)選實施方式中，組分(a)和木質纖維素粘合劑(b)部分地、優(yōu)選全部地從一種相同的植物、優(yōu)選奇崗的莖中獲得。在彼此混合前，首先將組分(a)和(b)、或至少其中之一懸浮于水中。加水量為相對于組分(a)和(b)的總干重的優(yōu)選40%至90%，優(yōu)選50%至80%。在一個優(yōu)選實施方式中，在與組分(b)混合之前，將40重量％至80重量％的水加入組分(a)中。在一個優(yōu)選實施方式中，除了植物來源的組分(a)和(b)，壓縮體還包括堿金屬礦物組分(C)，其主要作用在于增強組分(b)的粘合強度。這例如為氧化鈣(CaO)(也被稱為生石灰)、氫氧化鈉、氫氧化鉀或碳酸鈉。尤其優(yōu)選氧化鈣。當其使用時，這種組分(C)優(yōu)選以相對于(a)和(b)的總干重的2%至15%的重量比例，尤其以3%至8%的重量比例存在。可以在混合前向兩種組分(a)和(b)的一種中，或者在鑄模成型步驟前向組分(a)和(b)的水性混合物中加入氧化鈣。優(yōu)選將組分(C)加入組分(b)。然后根據下文更詳細描述的方法將組分(a)和(b)以及任選的(C)的水性懸浮液在高溫和壓力下鑄模成型。然后將獲得的其含水量大部分丟失的壓縮體用室溫時為液體的燃料浸潰。壓縮體的浸潰不需要徹底的前干燥。在浸潰時，這種壓縮體的含水量可以為5重量％至20重量％。 燃料一定不能揮發(fā)性太強，閃點高于30°C的液體都是如此。液體燃料的閃點優(yōu)選為40°C至120°C，尤其為50°C至70°C。液體燃料可以是植物油(比如微藻油、水黃皮油(Pongamia pinnata oil)(或卡蘭加油(Karanja oil))、亞麻籽油、麻風樹油(jatropha oil)、棕櫚油、葵花籽油、菜籽油、杏仁油、花生油、椰子油、玉米油、橄欖油或蓖麻油)、動物油(比如鯨脂油、巨頭鯨脂油、魚肝油、牛油或牛脂、豬油或豬脂)、這類植物油或動物油的烷基酯或這些化合物的混合物。在一個優(yōu)選實施方式中，液體燃料是植物油的烷基酯、優(yōu)選甲基酯，尤其是椰子油的酯。熱壓步驟得到的木質纖維素壓縮體的密度優(yōu)選為O. 20至O. 85g/cm3，尤其為O. 30至 O. 70g/cm3。這種壓縮體可以通過各種已知方法(比如浸涂法、真空浸涂法或噴霧法)用液體燃料浸潰。取決于所用的浸潰方法，為了清除多余液體并確保液體燃料在壓縮體體積中均勻分布，證實燃料滲透和/或排出(drainage)階段可能是必要的。可以通過例如改變壓縮體在燃料浴中浸潰時間和/或浸潰浴的溫度來調整引入壓縮體的燃料的量，當其粘度較低時，燃料滲透進入壓縮體中心甚至更容易。也可以在壓力下使燃料滲透進入壓縮體。申請人:觀察到壓縮體通常能吸收高達其自身重量的燃料。然而，在某些情況下，不用液體燃料使壓縮體飽和并保持其低于完全浸潰狀態(tài)是有利的。當液體燃料和木質纖維素壓縮體的重量比為3/10至10/10、優(yōu)選5/10至9/10、尤其是6/10至9/10時，申請人獲得了燃燒性能方面的良好結果。本發(fā)明的另一個主題是生產本申請所述的團塊的方法。這種方法包括下列相繼步驟(I)將木質纖維素粘合劑(b)的水性懸浮液和草莖碎屑(a)混合，所述比例使得木質纖維素粘合劑(b)與草莖碎屑(a)的干重之比為10/90至40/60，(2)在40°C至120°C的溫度、3至12巴的壓力、施加5至120秒時間的條件下，將獲得的混合物在適當的模具(凹部)/反模具(凸部)組件中鑄模成型，(3)將獲得的壓縮體脫模，以及
(4)用燃料浸潰脫模的壓縮體，燃料在室溫時為液體，閃點為30°C至150°C?；旌蟽煞N組分(a)和(b)的步驟⑴優(yōu)選在西格馬型槳式混合機中進行，直到獲得均質懸浮液，其中稻草碎片用粘合劑均勻涂覆。獲得均質組合物通常需要5至30分鐘。這種組合物當然也可以含有在混合組分(a)和(b)之前或之后加入這種組合物中的堿金屬礦物組分(任選的組分(C))。準備用于鑄模成型的組合物是纖維且為漿狀。需要通過漏斗或通過真空填充系統(tǒng)手動或自動填充模具。模具由凸部和凹部組成。置于底部的凹部是空心圓柱體，位于其中央是具有星形橫截面的實心部分。凸部具有與凹部互補的形狀，換句話說，其包括實心圓柱體，其中央鏤空出與凹部形狀對應的遵循星形的橫截面。圖2是表示左邊的凸部和右邊的凹部的互補形狀的照片。
將待用于鑄模成型的組合物加入凹部的圓柱體內壁和所述部分之間限定的空間中。一旦凹部被填滿，通過熱壓將凸部形狀逐漸插入凹部形狀中。通過熱壓將整個模具(凸部和凹部)加熱至鑄模成型溫度。優(yōu)選為60°C至100°C、尤其是65°C至95°C的該溫度和產生的壓力使得可將組合物內組分(b)的粘合力活化。在熱壓操作結束時，活塞使得凸部形狀上升，從而通過雙重運動，使形成的團塊釋放出來。團塊在開放空氣中放置約I至30分鐘，以使大部分水蒸發(fā)。 該干燥步驟后，可以用液體燃料直接浸潰壓縮體。凹部的實心柱體的幾何形狀當然直接確定了中央煙道的幾何形狀。根據一個優(yōu)選的實施方式，后者具有包括至少3個臂、優(yōu)選4-20個臂、尤其5-10個臂的星形。術語“星形”也包括星形的臂的端部和/或空部是圓形的變體方式。已經證明，星形的圓形端部尤其有利，因為當使團塊沿著凹部上升時，易于脫模，限制了纖維的粘附。星形的臂之間的空部優(yōu)選不是圓形的。事實上，在脫模后這些空部形成了從團塊的壁伸向煙道中央的元件的端部。這些端部組成了許多燃點，很容易理解，當這些伸出元件的端部是銳利的和為尖狀時，團塊甚至更容易被點著。星形中央煙道有三重優(yōu)點。首先，正如上面已經解釋的，伸向團塊的中央煙道內部的元件的端部使得非常容易點著。直接來源于第一點，其第二個優(yōu)點在于燃燒表面位于團塊內部，因此在隱蔽的位置，被團塊自身所保護。最后，這種星形使燃燒表面在整個燃燒過程中非常恒定，因為突出體的消耗導致的燃燒表面的逐漸減少被燃燒進行過程中內部煙道直徑的逐漸增加所補償。圖I表示這種變化，這是本發(fā)明團塊的橫截面的圖示。不同的線
1、2、3和4表不燃燒的相繼階段的燃燒表面?？梢愿鶕O想應用的功能而自由選擇團塊的尺寸。團塊的高度可以為，例如5cm至50cm,其外直徑例如為3cm至20cm。對于用作便攜式火炬的固體燃料，團塊的高度通常為8cm至20cm,外直徑為4cm至10cm。圓柱體團塊的高度和其外直徑之比優(yōu)選為O. 5至5，優(yōu)選為I至4，特別為I. 5至3。圖3(a)表示浸潰前的壓縮體，圖3(b)表示本發(fā)明的一批浸潰團塊，其中高度/外直徑之比約等于2。優(yōu)選通過使壓縮體在液體燃料中完全浸潰2至60秒、優(yōu)選10至40秒的時間來進行液體燃料對壓縮體的浸潰。通常這種浸潰隨后為排出步驟。15秒至5分鐘的排出時間通常足以去除所有的過量液體燃料。對于用作火炬的燃料，將團塊插入能抵御高溫的剛性鞘中。這種鞘有利于團塊的操作和運輸，同時保護團塊免受機械應力的破壞。在燃燒時，這種鞘還能防止燃燒表面延伸至團塊的圓柱體外壁。有利地將團塊包裝在防漏袋或容器中，以防止液體燃料的揮發(fā)或其轉移至與浸潰團塊相接觸的表面。 最后，本發(fā)明的另一個主題是這種團塊作為火炬的燃料、作為引火物或用于產熱、優(yōu)選用于烹飪或食物的重新加熱的用途。
權利要求
1.團塊，由以下物質組成 -木質纖維素壓縮體，包含 (a)60重量％至90重量％的草莖碎屑和 (b)10重量％至40重量％的打漿的木質纖維素粘合劑，其打漿度為38至.75。SR(Schopper-Riegler 度)，優(yōu)選為 45 至 70。SR, 這些百分比以相對于(a)和(b)總干重的干重表示，以及 -在室溫下為液體的燃料，其閃點為30°C至150°C，浸潰所述木質纖維素壓縮體， 所述團塊基本上為圓柱形，并包括具有星形橫截面的中央煙道。
2.根據權利要求I的團塊，其中超過60重量％、優(yōu)選超過75重量％、尤其超過90重量％的所述草莖碎屑由如下碎片構成，所述碎片的尺寸使得其較大維度為3至20mm、優(yōu)選5至 15mm。
3.根據權利要求I或2的團塊，其中所述草莖為奇崗的莖。
4.根據前述任一項權利要求的團塊，其中所述壓縮體還包括相對于(a)和(b)干重的.2重量％至15重量％,優(yōu)選3重量％至8重量％的至少一種堿金屬礦物組分(組分(C)),優(yōu)選為氧化鈣。
5.根據前述任一項權利要求的團塊，其中所述中央煙道具有星形橫截面，所述星形包括至少3個臂、優(yōu)選4-20個臂、尤其5-10個臂。
6.根據前述任一項權利要求的團塊，其中所述液體燃料的閃點為40°C至120°C，優(yōu)選為 50°C至 70°C。
7.根據前述任一項權利要求的團塊，其中所述液體燃料是植物或動物來源的油、植物或動物來源的油的烷基酯、或其混合物。
8.根據前述任一項權利要求的團塊，其中所述液體燃料是椰子油烷基酯。
9.根據前述任一項權利要求的團塊，其中所述草莖碎屑(a)是谷類植物或芒屬植物莖的碎屑，優(yōu)選奇崗莖的碎屑。
10.根據前述任一項權利要求的團塊，其中單獨壓縮體的密度為O.20至O. 85g/cm3。
11.根據前述任一項權利要求的團塊，其中所述液體燃料和所述壓縮體的重量比為.3/10 至 10/10、優(yōu)選 5/10 至 9/10、尤其是 6/10 至 9/10。
12.根據前述任一項權利要求的團塊，其中所述圓柱體團塊的高度與其直徑之比為O. 5至5，優(yōu)選I至4，特別為I. 5至3。
13.制備前述任一項權利要求的團塊的方法，包括下列相繼步驟 (1)將木質纖維素粘合劑(b)的水性懸浮液和草莖碎屑(a)混合，混合比例使得所述木質纖維素粘合劑(b)與所述草莖碎屑(a)的干重之比為10/90至40/60， (2)在40°C至120°C的溫度、3至12巴的壓力且持續(xù)施加5至120秒的條件下，將獲得的混合物在適當的模具/反模具組件中鑄模成型， (3)將獲得的壓縮體脫模，以及 (4)用燃料浸潰脫模的壓縮體，所述燃料在室溫時為液體，閃點為30°C至150°C。
14.根據權利要求13的方法，其中使所述壓縮體在液體燃料中完全浸沒2至60秒的持續(xù)時間來進行通過液體燃料浸潰壓縮體，所述浸沒之后為排出步驟。
15.根據權利要求1-12中任一項的團塊作為火炬中的燃料、作為引火物或用于產熱、優(yōu)選用于烹 飪或食物的重新加熱的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及團塊，由以下物質組成-木質纖維素壓縮體，其包含(a)60重量％至90重量％的草莖碎屑和(b)10重量％至40重量％的打漿的木質纖維素粘合劑，其打漿度為38至75°SR(Schopper-Riegler度)，這些百分比以相對于(a)和(b)總干重的干重表示，以及-在室溫下為液體的燃料，其閃點為30℃至150℃，浸漬所述木質纖維素壓縮體，所述團塊基本上為圓柱形且包括星形的中央煙道。本發(fā)明還涉及生產這種團塊的方法，也涉及這種團塊在火炬中或在產熱的用途。
文檔編號C10L5/14GK102676261SQ20121006344
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權日2011年3月9日
發(fā)明者F·塔貝, G·富瓦薩克, P·普利翁, V·菲謝 申請人:法國電氣公司