Способ получения торфяной массы

 

Использование: изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения исходного сырья, имеющего более высокую концентрацию высококалорийных мельчайших частиц торфа в том же объеме торфяной массы, и необходимого для производства продуктов различного назначения. Сущность изобретения: способ получения торфяной массы заключается в том, что измельчают исходный торф одним из известным способов, готовят 0,3% водощелочной раствор, с температурой 90 - 100^oС, подают первичную порцию исходного торфа в водощелочной раствор, перемешивают в водощелочном растворе первую порцию измельченного исходного торфа путем непрерывной перекачки через гидротурбинный насос водощелочного раствора с первой порцией измельченного торфа, подают последующие порции измельченного торфа в водощелочной раствор, перемешивают последующие порции измельченного исходного торфа путем непрерывной перекачки через гидротурбинный насос водощелочного раствора с последующей порцией измельченного торфа, контролируют получение заданной вязкости и получают торфяную массу. Технический результат, достигаемый предлагаемым способом получения торфяной массы, заключается в снижении количества химически связанной воды в молекулах органических соединений торфа, позволяющего получать более высокую концентрацию мельчайших частиц торфа в том же объеме торфяной массы и более высокую калорийность при использовании торфяной массы, например, в качестве топлива, непосредственно после ее сушки или же в совокупности с другими добавками (уголь, опилки и т.д.). 2 табл.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения исходного сырья, имеющего более высокую концентрацию высококалорийных мельчайших частиц торфа в том же объеме торфяной массы, и необходимого для производства продуктов различного назначения из торфа.

Аналогичные технологические решения известны. Так в международной заявке PCT - 83/02284, кл. C 10 F 5/00, опубликованной в 1983 году, охарактеризован способ, который заключается в следующем: измельчают исходный торф; перемешивают измельченный торф в жидкой среде; получают торфяную суспензию; разделяют торфяную суспензию на фракции; получают торфомассы различной крупности.

Общими признаками этого способа и предлагаемого решения являются: измельчение исходного торфа; перемешивание измельченного торфа в водной среде; получение торфомассы.

Технический результат, который невозможно достичь указанным аналогом, заключается в снижении количества химически связанной воды в молекулах органических соединений торфа, что в свою очередь не позволяет получить более высокую концентрацию мельчайших частиц торфа в том же объеме торфяной массы и более высокую калорийность при использовании торфяной массы, например, в качестве топлива: непосредственно после ее сушки или же в совокупности с другими добавками (уголь, опилки и т.д.), так как наличие химически связанной воды в молекулах органических соединений торфа при горении способствует большому расходу торфяной массы и выделению большого количества дыма и незначительного количества тепла.

Причиной невозможного получения этого технического результата является то, что в настоящее время отсутствуют необходимые и достаточные условия и несложные средства для уменьшения количества химически связанной воды в молекулах органических соединений торфа.

Известно решение, (см. патент Российской Федерации N 2024575), которое заключается в следующем: измельчают исходный торф;
замачивают измельченный торф в воде;
перемешивают замоченный, измельченный торф с водой;
получают торфяную суспензию;
отмывают торфяную суспензию;
разделяют торфяную суспензию на фракции;
получают торфяную массу различной крупности.

Общими признаками этого способа и предлагаемого решения являются:
измельчение исходного торфа;
перемешивание измельченного торфа в жидкой среде;
получение торфяной суспензии.

Технический результат, который невозможно достичь этим решением, заключается в снижении количества воды в молекулах органических соединений торфа, что в свою очередь не позволяет получить более высокую концентрацию мельчайших частиц торфа в том же объеме торфяной массы и более высокую калорийность при использовании торфяной массы, например, в качестве топлива: непосредственно после ее сушки или же в совокупности с другими добавками (уголь, опилки и т.д.), так как наличие воды в молекулах органических соединений торфа не позволяет топливу сгорать эффективно: выделяется мало тепла, требуется большой расход торфа, а так же выделяется большое количество дыма.

Причиной невозможного получения этого технического результата является то, что в настоящее время отсутствуют необходимые и достаточные условия и несложные средства для уменьшения количества химически связанной воды в молекулах органических соединений торфа.

Известно так же решение, описанное в авторском свидетельстве СССР N 1198095, в котором описан способ получения торфяной массы (прототип) и который заключается в следующем:
измельчают исходный торф;
готовят эмульсию госсиполовой смолы;
перемешивают измельченный торф с эмульсией госсиполовой смолы;
получают торфомассу.

Общими признаками этого способа и предлагаемого решения являются:
измельчение исходного торфа;
перемешивание измельченного торфа в жидком растворе;
получение торфомассы.

Технический результат, который невозможно достичь прототипом, заключается в снижении количества воды в молекулах органических соединений торфа, что, в свою очередь, не позволяет получить более высокую концентрацию торфа в том же объеме торфяной массы и более высокую калорийность при использовании торфяной массы, например, в качестве топлива: непосредственно после ее сушки или же в совокупности с другими добавками (уголь, опилки и т.д.), так как наличие воды в молекулах органических соединений торфа при горении такого топлива способствует выделению количества дыма, получению малого количества тепла, а также требует большего расхода самого топлива.

Причиной невозможного получения технического результата является то, что в настоящее время отсутствуют необходимые и достаточные условия и несложные средства для уменьшения количества химически связанной воды в молекулах органических соединений торфа.

Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания средств получения торфяных масс, имеющих минимально возможное количество химически связанной воды в молекулах торфа и более высокую концентрацию мельчайших частиц торфа в том же объеме торфяной массы, а также более высокую каллорийность при использовании предлагаемой торфяной массы, например, в качестве топлива: непосредственно после ее сушки или же в совокупности с другими добавками (опилки, уголь и т. п.) является актуальной на сегодняшний день.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в способе получения торфяной массы, заключающимся в том, что измельчают исходный торф одним из известных способов, затем перемешивают измельченный исходный торф в жидком растворе и получают торфяную массу - в качестве жидкого раствора используют 0,3% водощелочной раствор с температурой от 90 до 100^oC, а перемешивание в водощелочном растворе измельченного торфа осуществляют путем непрерывной перекачки водощелочного раствора с измельченным исходным торфом через гидротурбинный насос, при периодическом добавлении порций измельченного исходного торфа, до получения заданной вязкости.

Перемешивание в заранее подготовленном водощелочном растворе при постоянном поддержании температуры водощелочного раствора равной 90 - 100^oC и периодических добавках измельченного исходного торфа путем непрерывной перекачки через турбинный гидронасос водощелочного раствора с измельченным исходным торфом до получения заданной вязкости позволяет ионам щелочи (калия или натрия) вытеснить из сложных молекул фракций торфа химически связанную воду, т.е. получить обезвоженные молекулы торфа, а следовательно, увеличить их концентрацию. Частицы торфа, попадая вместе с водощелочным раствором во внутреннюю полость гидротурбинного насоса за счет взаимного трения и соударения частиц торфа о внутренние поверхности гидротурбинного насоса, еще больше измельчаются и увеличивают свою концентрацию в водощелочном растворе. Кроме того, в водощелочном растворе с частицами измельченного торфа, перекачиваемого под давлением, образуются интенсивные вихревые потоки, на границах раздела которых возникает, так называемый, гидромеханический удар, при этом в молекулах органических соединений торфа рвутся связи, и количество более мелких и плотных частиц еще больше увеличивается, а следовательно, увеличивается и их концентрация в том же самом объеме торфяной массы. При этом замещение ионами щелочи (калий, натрия и т.д.) в сложных молекулах торфа химически связанной воды и их еще большее дробление во внутренних полостях гидротурбинного насоса позволяет получить более плотные, а следовательно, и более каллорийные частицы торфа, что, в свою очередь, при использовании торфяной массы, например, в качестве топлива: непосредственно после ее сушки или же в совокупности с другими добавками (уголь, опилки и т. д.) позволяет получить более эффективное топливо, имеющее эффективный процесс горения, с выделением большего количества тепла и меньшим его расходом.

Сущность способа получения торфяной массы заключается в нижеследующем:
измельчают исходный торф;
готовят 0,3% водощелочной раствор, с температурой 90-100^oC;
подают первую порцию исходного торфа в водощелочной раствор;
перемешивают в водощелочном растворе первую порцию измельченного исходного торфа путем непрерывной перекачки через турбинный гидронасос водощелочного раствора с первой порцией измельченного торфа:
подают последующие порции измельченного исходного торфа в водощелочном растворе;
перемешивают последующие порции измельченного исходного торфа путем непрерывной перекачки через турбинный гидронасос водощелочного раствора с последующей порцией измельченного исходного торфа;
контролируют получение заданной вязкости;
получают торфяную массу.

Технология получения торфяной массы заключается в следующем:
измельчают исходный торф до крупности частиц не более 3-х мм любым из известных способов, например, путем просеивания исходного торфа на виброгрохоте, отделения мелких фракций торфа помощью сит и дальнейшего измельчения более крупных частиц торфа мелкозубчатыми вальцами;
готовят 0,3% водощелочной раствор путем нагревания воды в емкости до температуры 90 - 100^oC и перемешивании ее со щелочью (калий, натрий и т.д.) в течение 0,5 ч. путем перекачки воды со щелочью через гидротурбинный насос, например - НП-1 М, из емкости в емкость.

Величина концентрации щелочи 0,3% выбрана, исходя из получения заданной вязкости торфяной массы и необходимого количества торфа, в котором необходимо в достаточном количестве произвести замещение ионами щелочи в молекулах торфа химически связанной воды.

Использование щелочи более 0,3% приводит к ее перерасходу, а менее 0,3% приводит к тому, что не вся химически связанная вода в молекулах торфа будет замещена ионами щелочи. Температура водощелочного раствора выбрана от 90 до 100^oC, исходя из того, что при температуре более 100^oC водощелочной раствор подвержен кипению и при этом не происходит рекомбинация составных частей молекул, т.е. не происходит соединение этих молекул торфа в более выгодные комбинации: высокоплотные и низкобаластные (отсутствие воды и негорючих газов). Так как частицы, которые объединяются в реакционные группы и образуют сложные гидрогели, обладающие при непосредственном использовании полученной торфяной массы после ее сушки или в совокупности с другими добавками (уголь, опилки и т. п. ) в качестве топлива, обладают мягкой динамикой сжигания - требуют минимального количества воздуха и выделяют больше тепла при сжигании такого топлива. Перемешивание воды со щелочью в течение 0,5 ч. выбрано, исходя из того, что этого времени вполне достаточно для растворения щелочи в воде.

В качестве гидротурбинного насоса использован гидротурбинный серийно выпускаемый насос НП-1М (Уфимский завод горного оборудования).

В качестве емкости для приготовления водощелочного раствора использована металлическая двухсотлитровая бочка, в которую установлены теплонагревательные элементы - ТЭНы и обычный измеритель температуры - термометр, который выпускается серийно Министерством машиностроения на ряде заводов России, в соответствии с ТУ 25-2021.010-89 ТТ.

Емкость для приготовления водощелочного раствора оборудована патрубками для подачи раствора в гидротурбинный насос и обратно в емкость. Внешняя поверхность емкости снабжена теплоизолирующим слоем для предотвращения потерь тепла:
подают первую порцию (около 15 кг) измельченного торфа в емкость с водощелочным раствором;
перемешивают эту порцию измельченного торфа в водощелочном растворе путем перекачки через гидротурбинный насос водощелочного раствора и измельченного торфа из емкости в емкость. Частицы торфа, попадая во внутреннюю полость гидротурбинного насоса за счет взаимного трения и соударения частиц торфа о поверхность турбины насоса, перемешиваются и еще больше измельчаются. Крупность частиц торфа достигает при этом размеров от 0,001 до 0,1 мм. Одновременно с этим ионы щелочных элементов (калий, натрий и т.п.) замещают гидроокислы химически связанной воды в сложных молекулах измельченного торфа, т.е. этим достигается получение обезвоженных молекул сложных органических соединений, концентрация которых постепенно увеличивается. При проведении такого перемешивания и получении еще большего измельчения частиц торфа и подачи в емкость под давлением с выхода гидротурбинного насоса водощелочного раствора с измельченными и обезвоженными частицами торфа, образуются вихревые потоки, на границе разделения фаз которых происходит гидромеханический удар, при котором в сложных органических молекулах торфа рвутся связи, количество более мелких и плотных частиц увеличивается, увеличивается и их концентрация в том же самом объеме торфяной массы. При подаче следующих порций измельченного исходного торфа в водощелочной раствор, насыщенный частицами торфа из первой порции измельченного исходного торфа и проводя непрерывную перекачку водощелочного раствора с частицами измельченного торфа посредством гидротурбинного насоса из емкости и обратно в емкость осуществляют все процессы, которые описаны выше. Причем концентрация частиц от порции к порции увеличивается, увеличивается и их калорийность при дальнейшем использовании полученной торфяной массы в качестве топлива: непосредственно после высыхания или в совокупности с добавками (уголь, опилки и т.п.).

контролируют вязкость торфяной смеси в процессе непрерывного перемешивания и измельчения исходного торфа и при достижении заданной подвижности смеси: при усилии 0,75 Па/с скорость сдвига массы 10 м/с (определяют прибором "Конус СтройЦНИЛа", изготавливаемый ЦЭИЛ ВНИОМС - см. В.А.Воробьев. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов, М. 1995, с. 175), таким образом получают гелеобразную торфяную массу.

Для подтверждения достижения технического результата и определения физико-химических свойств были получены торфяные массы по способу-прототипу и предлагаемому способу получения торфяной массы. В табл. 1 приведены характеристики торфяных масс.

Концентрация частиц в торфяной массе определена путем подсчета количества частиц в 1 см³ торфяной массы, изготовленной по способу-прототипу и в 1 см³ торфяной массы, изготовленной по предлагаемому способу. Подсчет частиц производился с использованием микроскопа.

В табл. 2 приведены показатели высушенных в равных условиях торфяных масс, полученных по способу-прототипу и предлагаемому способу получения торфяной массы, которые после сушки были испытаны (акт прилагается) и использованы в качестве топлива.

Таким образом предлагаемый способ получения торфяной массы обладает рядом преимуществ не только перед известными аналогичными техническими решениями, но и прототипом:
позволяет получать торфяную массу из неконцидиционных и низкосортных видов сырья;
обеспечивает экологическую чистоту, так как технологический процесс мокрый и безотходный (твердые, жидкие и пылевидные отходы отсутствуют);
позволяет получать торфяную массу с высокой концентрацией высокоплотных и низкобалластных (отсутствие химически связанной воды и негорючих газов) частиц, обладающих, при использовании ее в качестве топлива, высокой калорийности, мягкой динамикой сжигания, малой температурой сгорания и требующих минимальную тягу при сжигании;
позволяет оптимизировать и улучшать процесс золообразования и снижает вредные выбросы при сжигании торфяной массы;
позволяет получать торфяную массу, которая после твердения обладает высокой плотностью, прочностью и морозостойкостью благодаря образующейся структуре материала.

Формула изобретения

Способ получения торфяной массы, заключающийся в том, что исходный торф измельчают одним из известных способов, перемешивают измельченный исходный фтор в жидком растворе и получают торфяную массу, отличающийся тем, что в качестве жидкого раствора используют 0,3%-ный водощелочной раствор с температурой 90 - 100^oC, а перемешивание в водощелочном растворе измельченного исходного торфа осуществляют путем непрерывной перекачки водощелочного раствора с измельченным исходным торфом через гидротурбинный насос при периодическом добавлении порций измельченного исходного торфа до получения торфяной смеси заданной вязкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1