Способ получения топливных брикетов

 

Изобретение относится к технологии получения твердого углеродного топлива, в частности к получению топливных брикетов для использования в качестве бытового топлива и в промышленных котельных. Описывается способ получения топливных брикетов, включающий сушку углеродсодержащего сырья, смешение его со связующим, в состав которого входит лигносульфат, с последующим прессованием, отличающийся тем, что прессование осуществляют при давлении 50-55 МПа, а последующую термообработку брикетов осуществляют при 320-340°С в течение 15-20 мин, при этом используют связующее в количестве не более 5-7 мас. % от массы исходного сырья, которое включает смесь лигносульфоната с мелассой, взятые в отношении 1:1. Применение позволяет получить брикеты с хорошими показателями по таким свойствам, как зольность и теплотворная способность, содержание серы, что позволяет рекомендовать продукцию, полученную на основе предложенного способа, в качестве топлива для небольших котельных и бытовых печей. Предложенный способ более экономичен с точки зрения энергозатрат, так как не включает такие энергоемкие операции, как обработка острым паром или разогрев вязкого связующего. 2 табл.

Изобретение относится к технологии получения твердого углеродного топлива, в частности к получению топливных брикетов для использования в качестве бытового топлива и в промышленных котельных.

В настоящее время потребность в бытовом и промышленном топливе в полной мере не удовлетворяется. Что до угля, то это объясняется тем, что в нем содержится до 70% "мелочи", повышенное содержание которой приводит к существенному снижению КПД тепловых установок. Кроме того, при длительном хранении особенно бурых углей образуется большое количество мелочи. Это снижает ресурсы сортового топлива и заставляет употреблять угли с повышенным содержанием мелочи. Транспортировка таких углей приводит к значительным потерям и т.п.

Одним из наиболее эффективных способов превращения угольной мелочи в сортовое топливо является брикетирование. Это термомеханический процесс переработки мелких сыпучих материалов в брикеты, то есть в куски геометрически правильной, однообразной формы и массы. В этом случае угли облагораживаются по крупности, влажности и теплоте сгорания.

Сырье для брикетирования - в основном молодые бурые угли, каменноугольная и антрацитовая мелочь. Известно, что бурые угли брикетируют при высоком давлении прессования без связующих материалов, каменные - при низком и среднем - с различными связующими с последующей термообработкой брикетов. [Елишевич А.Т. Брикетирование угля со связующим. - М.: "Недра", 1972. - 216 с. ; Брикетирование углей и углеродистых материалов. - М.: "Недра", 1973. - 156 с.; Крохин В.Н. Брикетирование углей. - М.: "Недра", 1984. - 224 с.; Горная энциклопедия. т.4 - М.: Изд-во СЭ, 1989. - С.476, 285 - 287.

Технология брикетирования каменноугольной и антрацитовой мелочи предусматривает почти аналогичную последовательность операций, но перед прессованием мелочь смешивают со связующим в жидком или твердом состоянии, а шихту (уголь+связующее) прессуют при низких или средних давлениях (различные вальцевые прессы). Связующие - это нефтебитумы, каменноугольные смолы и пеки, концентраты сульфит-спиртовой барды (ССБ) и др. Однако у большинства из них есть существенные недостатки: невысокая термостойкость брикетов (нефтебитумы), низкая водоустойчивость, повышенное содержание серы (концентраты сульфит-спиртовой барды), канцерогенность, т.е. выделение вредных веществ при нагревании (каменноугольный пек и смола) и др.

Известен способ брикетирования угля, включающий сушку угля, смешение его со связующим, подачу полученной шихты в прессовальную камеру и прессование [Описание к авторскому свидетельству СССР N 1452841, М.кл. С 10 L 5/16, от 23.07.85]. При этом часть угля смешивают со связующим на основе нефтебитума, а другую со связующим на основе сульфидно-дрожжевой бражки.

При использовании предлагаемого способа получают брикеты с пониженным содержанием влаги, повышенной прочностью. Кроме того, способ характеризуется сравнительно высокими энергетическими затратами, связанными в основном с использованием битума. Однако брикеты, изготовленные по такой технологии, характеризует, как отмечено выше, невысокая термостойкость и низкая влагоустойчивость.

Наиболее близким к заявляемому решению по назначению технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ получения угольных брикетов, включающий сушку угля, смешение угля со связующим, в состав которого входит лигносульфонат, с последующим прессованием [Описание к авторскому свидетельству СССР N 1798366, М.кл. С 10 L 5/16, от 26.08.90]. При этом уголь разделяют на мелкую и крупную фракции, мелкую фракцию смешивают с лигносульфонатом, гранулируют, смешивают с предварительно подсушенной крупной фракцией и нефтебитумом. Приготовленную таким образом шихту прессуют при давлении 25+/-5 МПа.

В результате применения описанного выше способа были получены брикеты, плотность которых составляла 1,28 г/см³, влажность - 4,0%, зольность - 16%, теплотворная способность - 7400 ккал/кг.

Однако полученные на основе описанной выше технологии брикеты имеют сравнительно низкую влагостойкость, термостойкость и выделяют вредные вещества при сгорании. Кроме того, использование нефтебитума связано со значительными энергозатратами, так как технология его применения предусматривает разогрев и обработку острым паром.

Поэтому целью предлагаемого технического решения является разработка способа получения брикетов, которые обладали бы более высокой прочностью и влагостойкостью, а также снижение энергозатрат на производство брикетов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения угольных брикетов, включающем сушку углесодержащего сырья, смешение его со связующим, в состав которого входит лигносульфонат, с последующим прессованием, согласно изобретению, прессование осуществляют при давлении 50 - 55 МПа, а последующую термообработку брикетов - при 320 - 340^oC в течение 15 - 20 мин, при этом используют связующее, которое составляет не более 5 - 7 мас.% от массы исходного сырья и включает лигносульфонат и мелассу, взятые в отношении 1: 1.

Использование связующего, в состав которого входят лигносульфонат и меласса при указанном соотношении компонентов, позволяет выбрать оптимальные режимы прессования и термообработки, обеспечивающие наилучшие показатели качества: прочность и водостойкость. При более низких температурах спекания, меньшем времени и давлении, а также при ином соотношении содержания лигносульфоната и мелассы прочность брикетов существенно снижается из-за недостаточной адсорбции связующего с материалом брикета и низкой степени полимеризации комплексного связующего. Увеличение давления выше 55 МПа практически не сказывается на прочности брикетов. В то же время повышение температуры выше 340^oC и увеличение продолжительности термообработки приводит к снижению прочности каркаса брикета из-за термического разрушения полимеризованных составляющих связующего. Повышение содержания связующего нецелесообразно, так как приводит к удорожанию конечного продукта.

Как видно из изложения сущности заявляемого решения, оно отличается от прототипа и, следовательно, является новым.

Решение также обладает изобретательским уровнем. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения угольных брикетов, в котором вследствие прессования при давлении 50 - 55 МПа и последующей термообработки брикетов при 320 - 340^oC в течение 15 - 20 мин, при этом используют связующее, которое составляет не более 5-7% от массы исходного сырья и которое включает лигносульфонат и мелассу, взятые в отношении 1:1, обеспечивается адсорбция связующего вещества брикетируемым материалом и образование на поверхности частиц тонкой пленки связующего, термополимеризация смеси лигносульфонатного комплекса и сахаров, содержащихся в мелассе, и образование достаточно прочного и водонепроницаемого углеродного скелета, и за счет этого получают брикеты с высокой прочностью и водостойкостью.

Известно использование в качестве связующего лигносульфоната [Описание к авторскому свидетельству СССР N 1798366, М.кл. С 10 L 5/16, от 26.07.90 (прототип)] . Однако в этом случае его содержание в массе угля оказывается достаточно высоким. При отсутствии последующей термообработки такие брикеты не обладают необходимой прочностью и влагостойкостью.

Известно также использование мелассы в качестве комплексного связующего, приготовленного из отходов сахарного производства [Описание к авторскому свидетельству N 1778160, М.кл. С 10 L 5/16, от 22.01.90]. При этом отходы сахарной промышленности предварительно преобразуют в гидромассу, смешивают с угольной мелочью и перемешивают при температуре окружающей среды до получения тестообразной массы. Из нее формуют брикеты любой формы и размеров, которые сушат на воздухе в течение 1-2 месяцев или в сушилке при температуре 130 - 150^oC. При формовании брикетов или не применяют давление или используют низкое давление 0,3 - 0,05 МПа. При таких условиях невозможно получить достаточно прочные, влагоустойчивые брикеты, пригодные к длительному хранению и транспортировке на значительные расстояния.

Предлагаемый способ принципиально отличается от известных тем, что используемые компоненты связующего обеспечивают, с одной стороны, снижение зольности, а с другой стороны, в результате термообработки - полимеризацию связующего и как результат высокую прочность и влагостойкость.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано в крупнотоннажном производстве топливных брикетов из углесодержащего сырья.

Предлагаемый способ иллюстрируют следующие примеры его осуществления.

Пример 1. Угольный шлам предварительно сушат до влажности 10-12%. Шихту для топливного брикета составляют из угольного шлама, к которому добавляют 5 - 7 мас.% связующего. Прессование ведут при давлении 50 МПа, термообработку полученных брикетов - при температуре 320^oC в течение 15 мин. Угольный шлам имеет зольность не более 44,5%. Породная часть шлама обычно содержит до 70% глинистых частиц крупностью менее 0,25 мм. Крупность шлама в целом не более 1 мм. В таблице 1 приведены результаты экспериментального исследования влияния содержания лигносульфоната и мелассы на прочность и влагостойкость брикетов.

В результате применения описанного выше способа были получены брикеты, плотность которых составляет 1,25-1,28 г/см³, влажность - менее 2%, зольность - 30-45%, теплотворная способность - 4500 ккал/кг, содержание серы и других примесей не более 2%.

Пример 2. Антрацитовое сырье предварительно сушат до влажности 10-12%. Шихту для топливного брикета составляют из антрацита без породных включений, к которому добавлено 5 - 7 мас.% связующего. Прессование ведут при давлении 55 МПа, термообработку - при температуре 340^oC в течение 20 мин. Антрацит имеет зольность не более 5,1%, крупность менее 3 мм.

В таблице 2 приведены результаты экспериментального исследования влияния содержания лигносульфоната и мелассы на прочность и влагостойкость брикетов.

В результате применения описанного выше способа были получены брикеты, плотность которых составляла 1,25 - 1,28 г/см³, влажность - менее 2%, зольность - 5%, теплотворная способность - 8500 ккал/кг, содержание серы и других примесей до 2 %.

Как видно из изложения примеров осуществления предлагаемого способа, его применение позволяет получить брикеты, которые обладают более высокой прочностью на сжатие и влагостойкостью. Кроме того, они обладают удовлетворительными свойствами по таким показателям, как зольность и теплотворная способность, содержание серы, что позволяет рекомендовать продукцию, полученную на основе предложенного способа, в качестве топлива для небольших котельных и бытовых печей. Предложенный способ более экономичен с точки зрения энергозатрат, так как не включает такие энергоемкие операции, как обработка острым паром или разогрев вязкого связующего.

Формула изобретения

Способ получения топливных брикетов, включающий сушку углеродсодержащего сырья, смешение его со связующим, в состав которого входит лигносульфонат, с последующим прессованием, отличающийся тем, что прессование осуществляют при давлении 50 - 55 МПа, а последующую термообработку брикетов осуществляют при 320 - 340^oC в течение 15 - 20 мин, при этом используют связующее в количестве не более 5 - 7 мас.% от массы исходного сырья, которое включает смесь лигносульфоната с мелассой, взятые в соотношении 1:1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2