Способ получения торфяных топливных брикетов и состав для брикетирования

 

Изобретение относится к технологии получения торфяных топливных брикетов для коммунально-бытовых нужд. Способ получения брикетов включает в себя смешивание торфа с углеродсодержащими отходами, перемешивание, пропитку смеси углеводородным материалом, перемешивание и пропитку парафином, предварительно нагретым до 40 - 90^oC, непосредственно перед брикетированием. Также возможно добавление пластификатора после стадии смешивания торфа с углеродсодержащими отходами. Состав для брикетирования содержит торф (с содержанием воды до 80%) не менее 50 мас.%, углеводородный материал (нефтешлам, мазут и т.п.) - 10 - 20 мас.%, парафин - 1 - 13 маc.% и углеродсодержащие отходы - остальное. Состав может дополнительно содержать пластификатор в количестве 2 - 15 мас.%. Технический результат - улучшение эксплуатационных характкристик топливных брикетов и снижение производственных расходов. 2 c. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к технологии получения торфяных топливных брикетов для коммунально-бытовых нужд с использованием утилизируемых отходов лесопромышленного, целлюлозно-бумажного и сельскохозяйственного производства, а также отходов нефтепродуктов.

Известен способ получения топливных брикетов из мелких классов горючих компонентов, таких, например, как мелкий уголь, угольный шлам, опилки, лузга, дробленая кора и другие. Топливный брикет содержит смесь измельченного твердого топлива с раствором связующего - производного сульфокислоты, например, натриевой соли метиленнафталинсульфокислоты или лигносульфоната, с влажностью не менее 9 мас.%, заключенную в замкнутую горючую оболочку, при этом объем отвержденной смеси равен внутреннему объему оболочки (патент РФ на изобретение "Топливный брикет и способ его получения", N 2068442, C 10 L 5/14, C 10 L 5/42, 1994, патентообладатель - Лурий В.Г.).

Указанный способ получения топливных брикетов включает смешивание измельченного твердого топлива с раствором водорастворимого органического связующего, дозирование и упаковку смеси с влажностью более 9 мас.% в замкнутую горючую оболочку, при этом объем дозируемой смеси, подаваемой внутрь оболочки, равен внутреннему объему оболочки, причем в качестве связующего используют производное сульфокислоты, например, натриевую соль метиленнафталинсульфокислоты или лигносульфонат в виде 30-40% водного раствора, с последующим после упаковки отверждением брикетов, которое происходит одновременно с хранением, транспортировкой или нагревом, а также при их сжигании.

Описанный способ позволяет предотвратить разрушение топливных брикетов при погрузо-транспортных работах, снизить загрязнение транспортных средств, а также помещений и обслуживающего персонала.

К недостаткам способа следует отнести высокую стоимость процесса упаковки каждого топливного брикета в индивидуальную оболочку, а также применение в качестве связующих композиционных материалов натриевой соли метиленнафталинсульфокислоты или лигносульфата.

Известен другой более дешевый способ изготовления топливных брикетов, включающий пропитку пористого углеродного наполнителя углеводородсодержащим связующим, например, шламом, при перемешивании и нагреве с последующим брикетированием смеси, причем брикетирование ведут прессованием при температуре 40-80^oC и давлении 80-120 МПа (патент РФ на изобретение "Способ получения топливных брикетов", N 2005770, C 10 L 5/16, 1992).

Недостаток способа - использование высокого давления (для достижения омоноличивающей способности углеводородного связующего).

Известен другой способ изготовления топливных брикетов, исключающий необходимость прессования при таком высоком давлении. Способ включает пропитку пористого углеродного наполнителя (например, торфа) углеводородным материалом при нагреве и перемешивании с последующим брикетированием смеси при температуре 30-100^oC и давлении 1-30 МПа (патент РФ на изобретение "Способ получения топливных брикетов", N 2125083, МПК 6 C 10 L 5/16, 1998, патентообладатель - Кнатько М.В.).

В соответствии с этим способом пропитанный углеродный наполнитель смешивают с известью в количестве 1-10 мас.%, затем вводят дисперсный алюмосиликат, например, глину в виде порошка в количестве 5-15 мас.%, производят перемешивание, после чего вводят воду в количестве 4-15 мас.%, снова перемешивают смесь, а затем ведут брикетирование смеси при температуре 30-100^oC и давлении 1-30 МПа.

Введение в технологический процесс извести и дисперсного алюмосиликата инициирует процесс синтеза кальцийалюмосиликатных комплексов, обеспечивающих омоноличивание смеси при брикетировании.

Описанный способ по патенту N 2125083 авторы выбирают в качестве прототипа заявляемого способа.

Однако, прототип, по мнению авторов, имеет следующие недостатки: - при относительном снижении производственных расходов, необходимость использования в технологическом процессе таких компонентов, как известь и дисперсный алюмосиликат, не позволяет минимизировать стоимость конечного продукта; - снижается теплотворная способность топливных брикетов за счет протекания теплопоглощающей реакции дегидратации и высокотемпературного разложения извести при сжигании в топках; - увеличивается загазованность топливного пространства углекислым газом; - при относительно высокой теплотворной способности горючей массы рабочая теплота сгорания находится на уровне среднего фрезерного торфа за счет высокого уровня содержания влаги в гидратах и зольности; - сильное спекание топливной массы при сжигании за счет высокого содержания кальция.

Цель заявляемого изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик топливных брикетов и снижение производственных расходов.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от способа получения топливных брикетов по патенту N 2125083, включающего пропитку пористого углеродного наполнителя углеводородным материалом, перемешивание и брикетирование смеси, в заявляемом способе торф сначала смешивают с углеродсодержащими отходами (такими как угольная пыль, пылевидный сланец, древесные опилки, лузга, отходы хлопчатника), затем добавляют пластификатор (нейтрализованные куриный помет, навоз, иловые осадки очистных сооружений) в количестве 2-15 мас.%, перемешивают, а непосредственно перед брикетированием в смесь добавляют парафин, предварительно нагретый до температуры 40-90^oC, в количестве 1-13 мас. %, после чего смесь еще раз перемешивают до тугопластичной консистенции.

Заявителю в настоящий момент не известны какие-либо технические решения, подобные заявляемому способу.

На чертеже представлена блок-схема заявленного способа.

Заявляемый способ получения торфяных топливных брикетов включает в себя смешивание 1 основного наполнителя (торфа с влажностью до 80%) в количестве не менее 50 мас.% с углеродсодержащими отходами (угольная пыль, пылевидный сланец, древесные опилки, лузга, отходы хлопчатника и т.п.), добавку 2 пластификатора (нейтрализованные птичий помет, навоз, дистиллянт, гумус, иловые осадки очистных сооружений и т.п.) в количестве 2-15 мас.%, перемешивание 3, пропитку 4 полученной смеси углеводородным материалом (нефтешламами, мазутом и т.п.), перемешивание 5, пропитку 6 смеси парафином, предварительно нагретым до температуры 40-90^oC, в количестве 1-13% и брикетирование 7 смеси.

В качестве основного сырьевого компонента предпочтение отдается торфу, как пористому структурообразующему элементу топливного брикета. Для создания оптимального режима прессования в зависимости от влажности торфа добавляются более сухие углеродсодержащие отходы. Смешивание торфа с углеродсодержащими отходами выполняется в пропорции, обеспечивающей оптимальную влажность в пределах, позволяющих перемешивать смесь и брикетировать ее под давлением значительно меньшим, чем в прототипе (от 0,1 МПа).

Заявляемый состав для брикетирования включает торф с влажностью до 80% - не менее 50 мас.%; пластификатор (нейтрализованные птичий помет, навоз, дистиллянт, гумус, иловые осадки очистных сооружений и т.п.) - 2-15 мас.%; углеводородные материалы (нефтешламы, мазут и т.п.) - 10-20 мас.%; парафин или т. п. - 1-13 мас.%; углеродсодержащие отходы (угольная пыль, пылевидный сланец, древесные опилки, лузга, отходы хлопчатника и т.п.) - остальное.

Введение в состав смеси парафина, предварительно нагретого до температуры 40-90^oC, обеспечивает механическое формообразование и отверждение смеси при брикетировании, что позволяет придавать топливному брикету любую геометрическую форму и фиксировать ее без использования каких-либо оболочек за счет быстрого остывания парафина в топливном брикете.

Введение в состав смеси пластификатора, обладающего минимально достаточными клеящими свойствами, позволяет производить формовку при давлении на порядок меньшем, чем в прототипе, например 0,1-5 МПа.

Последовательное введение в технологический процесс пластификатора, а затем парафина способствует омоноличиванию брикета в процессе сушки и позволяет целенаправленно управлять эксплуатационными характеристиками торфобрикета.

При сжигании торфобрикета из-за низкой температуры плавления парафина (40-90^oC) и возгонки в топочном пространстве происходит возгорание микрочастиц летучих фракций, в результате чего достигается высокая начальная температура, обеспечивающая одновременное горение всех компонентов, что приводит к полному сгоранию торфобрикета.

По мнению заявителей, описанный способ способствует улучшению экологической обстановки в регионе за счет утилизации широкого спектра отходов промышленного и сельскохозяйственного производства.

Возможность осуществления заявляемого способа подтверждается разработанными в настоящее время технологическими процессами и может быть реализована с помощью стандартного оборудования, используемого в сельскохозяйственном производстве и торфоперерабатывающей промышленности.

Пример 1 Получение торфяных топливных брикетов проводилось на пилотной установке. В качестве наполнителя использовали торф влажностью 50% в количестве 50 мас. % и опил древесный влажностью 30% в количестве 30 мас.%, которые из бункеров по транспортеру подавались через дозатор в смеситель, где перемешивались до однородной массы, после чего добавлялся пластификатор (нейтрализованный куриный помет) в количестве 4 мас.%.

После перемешивания композиционного наполнителя с пластификатором в смеситель через дозатор для пропитки полученной смеси поступали нефтешламы в количестве 14 мас. %, затем туда же после перемешивания смеси добавлялся разогретый до температуры 60^oC парафин в количестве 2 мас.%, и смесь снова перемешивалась до тугопластичной консистенции.

Готовая смесь из смесителя подавалась в пресс, где под давлением 2 МПа формировались топливные брикеты, которые затем поступали на отгрузочный бункер.

С целью проверки устойчивости брикетов к механическим воздействиям при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировании брикеты сбрасывались с высоты двух метров в кузов автосамосвала и после получасовой транспортировки выгружались навалом на бетонный пол, при этом ни один брикет не разрушился, что подтверждает их устойчивость к механическим воздействиям.

Пример 2 Процесс производства торфяных брикетов происходил по той же схеме, что и в примере 1. В качестве структурообразующего элемента использовались торф и угольная пыль, которые перемешивались до однородной массы, после чего добавлялся пластификатор (нейтрализованные иловые осадки очистных сооружений) в количестве 4 мас.%. После перемешивания с пластификатором смесь пропитывалась нефтешламами в количестве 14 мас.%, после чего добавляли разогретый до температуры 80^oC парафин в количестве 2 мас.%, и смесь перемешивалась до тугопластичной консистенции, затем смесь подавалась в пресс, где под давлением 2,5 МПа формировались топливные брикеты.

Пример 3 Для получения торфяных топливных брикетов в качестве наполнителя использовали торф влажностью 50% в количестве 50 мас.% и опил древесный влажностью 30% в количестве 27 мас.%, которые из бункеров по транспортеру подавались через дозатор в смеситель, где перемешивались до однородной массы. После перемешивания в смеситель через дозатор для пропитки полученной смеси поступали отходы нефтеперерабатывающего производства в количестве 10 мас.% (нефтешлам), затем туда же после перемешивания смеси добавлялся разогретый до температуры 60^oC парафин в количестве 13 мас.%, и смесь снова перемешивалась до тугопластичной консистенции. Готовая смесь из смесителя подавалась в пресс, где под давлением 5 МПа формировались брикеты. Полученные брикеты при плотности 1,17 г/см³ имели теплотворную способность горючей массы 8358 ккал/кг, рабочую теплотворную способность - 4617 ккал/кг, влажность - 33,28%, зольность - 3,96% и содержание серы - 0,33%.

Пример 4 Процесс производства торфяных топливных брикетов происходил по той же схеме, что и в предыдущем примере. В качестве структурообразующего элемента использовались торф и угольная пыль, которые перемешивались до однородной массы, после чего смесь пропитывалась отходами нефтеперерабатывающего производства в количестве 10 мас.% (нефтешлам), после чего добавляли разогретый до температуры 80^oC парафин в количестве 6 мас.%, и смесь перемешивалась до тугопластичной консистенции, затем смесь подавалась в пресс, где под давлением 5 МПа формировались брикеты.

Результаты сравнительных испытаний брикетов приведены в таблице 1.

В таблице 2 представлены эксплуатационные характеристики брикетов, полученных с использованием заявляемого способа в сравнении с прототипом.

Как следует из данных, приведенных в таблице 2, эксплуатационные характеристики брикетов, полученных по заявляемому способу, улучшены в сравнении с прототипом:
- повышена на 8% расчетная теплотворная способность топливных брикетов;
- в 3 раза снижена зольность (обеспечено практически полное сгорание топлива);
- повышена на 38% рабочая теплотворная способность топлива;
- уменьшено на 35% содержание серы в дымовых выбросах;
- устранено спекание топливной массы.

Таким образом, решение поставленной авторами задачи обеспечивается в заявляемом способе следующими отличительными признаками:
введением в техпроцесс тяжелых углеводородов, предварительно нагретых до температуры 40-90^oC в количестве 1-13 мас.%;
введением в техпроцесс пластификатора в количестве 2-15 мас.%;
соотношением исходных компонентов состава для брикетирования.

На основании вышесказанного, заявляемый способ является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применим, что соответствует условиям патентоспособности изобретения.

Формула изобретения

1. Способ получения торфяных топливных брикетов, включающий пропитку торфа углеводородным материалом, перемешивание и брикетирование смеси, отличающийся тем, что перед пропиткой торф смешивают с углеродсодержащими отходами, а непосредственно перед брикетированием в смесь добавляют парафин, предварительно нагретый до 40 - 90°С.

2. Способ получения торфяных топливных брикетов по п.1, отличающийся тем, что перед пропиткой углеводородным материалом в смесь добавляют пластификатор (нейтрализованные птичий помет, навоз, дистиллянт, гумус, иловые осадки очистных сооружений и т.п.).

3. Состав для брикетирования, содержащий торф и углеводородный материал, отличающийся тем, что дополнительно содержит углеродсодержащие отходы и парафин при следующем соотношении компонентов:
Торф (с содержанием воды до 80%) - Не менее 50 мас.%
Углеводородный материал (нефтешлам, мазут и т.п.) - 10 - 20 мас.%
Парафин - 1 - 13 мас.%
Углеродсодержащие отходы - Остальное
4. Состав для брикетирования по п.3, отличающийся тем, что содержит пластификатор (нейтрализованные птичий помет, навоз, дистиллянт, гумус, иловые осадки очистных сооружений и т.п.) в количестве 2 - 15 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3