Углеродсодержащие формовки и способ их изготовления

Изобретение относится к производству углеродосодержащих формовок в виде брикетов или гранул и может быть использовано в качестве заменителя природного твердого топлива для коммунально-бытовых нужд и промышленности, а также в качестве удобрения и/или структурообразователя почв в сельском хозяйстве. Углеродсодержащие формовки содержат измельченные торф и/или лигнин и древесно-растительные компоненты в виде древесных опилок, и/или щепы, и/или коры, и/или соломы, и/или половы, и/или шелухи семян, и/или жмыха, и/или стеблей и листьев растений и/или животные компоненты в виде птичьего помета и/или навоза и связующее, в качестве которого используют негашеную известь, или едкий натр, или едкое кали при следующем соотношении компонентов, мас.%: древесно-растительные и/или животные компоненты 5-50, связующее 1-10, торф и/или лигнин до 100. Способ включает дозирование, смешение, измельчение и активирование торфа и/или лигнина со связующим, а затем в эту смесь добавляют вышеуказанные древесно-растительные и/или животные компоненты и снова перемешивают, и полученную смесь формуют в формовки, которые затем упрочняют путем их вылеживания в течение 2-30 часов. Изобретение позволяет расширить потребительский рынок созданием ассортимента экономичных и экологически безопасных топливных продуктов, удобных в использовании, и снизить затраты на их производство. Изобретение позволяет утилизировать широкий спектр органических отходов, имеющих энергетический потенциал, без потери свойств органических отходов улучшать плодородие почвы и ее структуру. 2 с. и 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к производству формованного топлива, а точнее к производству углеродсодержащих формовок в виде брикетов или гранул, которые могут быть использованы в качестве заменителя природного твердого топлива для коммунально-бытовых нужд и промышленности. Кроме того, эти углеродсодержащие формовки могут быть использованы также в качестве удобрения и/или структурообразователя почв в сельском хозяйстве.

Известен топливный брикет, полученный смешиванием измельченного <42 меш углеродного материала, такого как, например, торф, древесный уголь, растительный материал, лигнин и др., с кислотными шламами с последующим формованием полученной смеси при температуре 0-150°F, сушкой при 80-315°F, активированием при температуре >815°F и обработкой окислительными реагентами /US, №3592779, опубл. 13.07.71/. Однако затраты энергии на термическую сушку при данном способе высоки и область применения брикетов ограничиваются только как топливо.

Известен топливный брикет и способ его получения, заключающийся в обезвоживании отработанного ила с установки очистки сточных вод до содержания твердого вещества 5-20% и смешивании его с древесными опилками в весовом соотношении 1:5-10 в расчете на сухое вещество. Смесь формуют в брикеты и сушат (JP, №53-15081, С 10 L 5/48, опубл.22.05.78).

Однако затраты энергии на термическую сушку брикетов при данном способе высоки и область применения брикетов ограничиваются только как топливо.

Известно использование прессованного торфа как топлива (Справочник по торфу, М., “Недра”, 1982, стр.442-451).

Известно использование торфяных брикетов для выращивания растений (Справочник по торфу, М., “Недра”, 1982, стр.442-451).

Известны торфяные брикеты, состав сырьевой смеси которых включает торф с питательными элементами (Патент RU №2082747, опубл. 2000 г.).

Известен способ получения такого торфяного брикета, включающий прессование сырьевой смеси, состоящий из торфа с питательными элементами, и брикетирование, при этом перед прессованием брикетов в сырьевую смесь дополнительно вводят водный раствор лигносульфонатов из расчета 5-20% по сухому веществу. Брикетируют при давлении 5-8 МПа (там же).

В известных составах топливных брикетов на основе торфа используются промышленные отходы, например, нефтяной, угольной и т.п., экологически непригодные для сельского хозяйства. Кроме того, известные способы получения топливных брикетов энергоемки из-за их термической сушки.

В известных составах торфяных брикетов используется достаточно узкий ассортимент составляющих.

В то же время сельское хозяйство производит как побочный продукт жмых, шелуху семян, ботву, листья, солому, навоз, птичий помет и т.п., которые накапливаются в больших количествах и не приспособлены для экономичного транспорта и долговременного хранения. Утилизация их представляет большую проблему. Одновременно они являются органическими отходами, имеющими энергетический потенциал, и после соответствующей переработки позволяют получить качественное топливо. Кроме того, органические отходы могут улучшить плодородие почвы и ее структуру.

Более близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является топливный брикет, на основе высушенной смеси измельченных топлив и связующего на основе отходов нефтеперерабатывающего производства - нефтешлама и/или отработанного машинного масла, который дополнительно содержит компоненты, выбранные из группы, включающей, % от массы брикетируемой смеси: лигносульфонат или меласса 2-7 и/или обезвоженный активный ил 3-8, и/или глину 3-10, и/или парафин или парафиновый гач 1-6 при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее 10-32, измельченные твердые топлива из группы: древесные опилки, торф, обезвоженный птичий помет, обезвоженный навоз, коксовая или угольная мелочь, угольный шлам, лигнин или их смеси до 100 (Патент RU №2130047, С 10 L 5/02, опубл. 10.05.1999).

Известен способ получения данного вида топливных брикетов, включающий смешение измельченных твердых топлив со связующим на основе отходов нефтеперерабатывающего производства - нефтешлама и/или отработанного машинного масла, брикетирования смеси и их последующую сушку, при этом в связующее дополнительно вводят компоненты, выбранные из группы: лигносульфонат или меласса 2-7, и/или обезвоженный активный ил 3-8, и/или глина 3-10, и/или парафин, или парафиновый гач 1-6, при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее 10-32, измельченные твердые топлива из группы: древесные опилки, торф, обезвоженный птичий помет, обезвоженный навоз, коксовая или угольная мелочь, угольный шлам, лигнин или их смеси до 100, причем брикетирование ведут при давлении 1-30 МПа, и сушку брикетов осуществляют при температуре менее 300°С. Компоненты связующего перед смешением с твердым топливом могут быть перемешаны и нагреты до 60-80°С или перемешаны с подогревом при температуре 60-80°С (там же).

Однако затраты энергии на термическую сушку при этом способе высоки. В состав этих углеродсодержащих брикетов входят отходы нефтеперерабатывающего производства, поэтому область применения брикетов ограничивается только как топливо. В их составе используется достаточно узкий ассортимент составляющих растительного происхождения. В то же время сельское хозяйство производит как побочный продукт жмых, шелуху семян, ботву, листья, солому, и т.п., которые накапливаются в больших количествах и не приспособлены для экономичного транспорта и долговременного хранения. Утилизация их представляет большую проблему. Одновременно они являются органическими отходами, имеющими энергетический потенциал, и могут улучшить плодородие почвы и ее структуру.

Задачей данного изобретения является создание ассортимента экономичных и экологически безопасных топливных продуктов, удобных в использовании. Также задачей изобретения является утилизация широкого спектра органических отходов, имеющих энергетический потенциал, без потери свойств органических отходов улучшать плодородие почвы и ее структуру.

Эти задачи решаются тем, что в углеродсодержащих формовках, включающих измельченные торф и/или лигнин и древесно-растительные компоненты в виде древесных опилок и/или животные компоненты в виде птичьего помета и/или навоза и связующее, в качестве древесно-растительных компонентов дополнительно используют измельченные древесно-растительные отходы, выбранные из ряда: щепа, и/или кора, и/или солома, и/или полова, и/или шелуха семян, и/или жмых, и/или стебли и листья растений, а в качестве связующего используют негашеную известь, или едкий натр, или едкое кали при следующем соотношении компонентов, мас.%:

древесно-растительные и/или животные компоненты 5-50

связующее 1-10

торф и/или лигнин до 100

Кроме того, эти задачи решаются тем, что в способе получения углеродсодержащих формовок, включающем дозирование торфа и/или лигнина, древесно-растительных компонентов в виде древесных опилок и/или животных компонентов в виде птичьего помета и/или навоза и связующего, их смешивание и формование смеси, в качестве древесно-растительных компонентов дополнительно используют измельченные древесно-растительные отходы, выбранные из ряда: щепа, и/или кора, и/или солома, и/или полова, и/или шелуха семян, и/или жмых, и/или стебли и листья растений, а в качестве связующего используют негашеную известь, или едкий натр, или едкое кали при следующем соотношении компонентов, мас. %:

древесно-растительные и/или животные компоненты 5-50

связующее 1-10

торф и/или лигнин до 100,

причем сначала дозируют, смешивают, измельчают и активируют торф и/или лигнин со связующим, а затем в эту смесь добавляют измельченные древесно-растительные и/или животные компоненты и снова перемешивают, и полученную смесь формуют в формовки, которые упрочняют путем их вылеживания.

Под активированием торфа и/или лигнина и связующих добавок в данном случае понимается достижение такой совокупности эффектов, как увеличение поверхности твердых частиц, за счет их дополнительного измельчения в активаторе, гомогенизация смеси, частичное подсушивание смеси.

Целесообразно, смесь перед формованием подвергать обезвоживанию.

Целесообразно, обезвоживание вести в шнековом обезвоживателе.

Целесообразно, также формование вести в тарельчатом грануляторе при атмосферном давлении с получением формовок в виде гранул.

Целесообразно, также формование вести на прессе при давлении 1,5-25 МПа с получением формовок в виде брикета.

Целесообразно, чтобы формовки в виде гранул вылеживали 2 -20 часов.

Целесообразно, также, чтобы формовки в виде брикетов вылеживали 2-30 часов.

При осуществлении предлагаемого изобретения создается широкий ассортимент экономичных и экологически безопасных формованных продуктов, утилизирующих промышленные и сельскохозяйственные отходы, с расширенной областью применения.

Древесно-растительные и животные отходы из указанного ряда могут между собой смешиваться в любых необходимых соотношениях исходя из номенклатуры и наличия утилизируемых отходов. Торф и лигнин могут между собой смешиваться в любых необходимых соотношениях исходя из наличия и требований к свойствам формовок.

Углеродсодержащие формовки включают измельченные торф и/или лигнин и древесно-растительные компоненты в виде древесных опилок, и/или щепы, и/или коры, и/или соломы, и/или половы, и/или шелухи семян, и/или жмыха, и/или стеблей и листьев растений, и/или животные компоненты в виде птичьего помета и/или навоза и связующее в виде негашеной извести, и едкого натра, или едкого кали при следующем соотношении компонентов, мас. %:

древесно-растительные и/или животные компоненты 5-50

связующее 1-10

торф и/или лигнин до 100

Углеродсодержащие формовки изготавливают следующим способом.

Сначала дозируют торф и/или лигнин и связующие добавки, которые выбирают из группы: негашеная известь, или едкий натр, или едкое кали, и загружают в устройство, в котором их одновременно перемешивают, измельчают и активируют. При этом связующая добавка равномерно распределяется в объеме торфа и/или лигнина, происходит экзотермическая реакция, в результате которой смесь разогревается, и образуются адгезивные гуматы, которые склеивают частицы смеси при формовании. В качестве устройства для одновременного перемешивания, измельчения и активации могут быть применены, например, дезинтегратор, роторно-цепная или вибрационная мельница или любое другое известное аналогичное устройство. Затем в эту смесь вводят древесно-растительные и/или животные отходы в количестве 5-50 мас.%, и все совместно перемешивают в течение 1-5 минут. В качестве древесно-растительных и/или животных компонентов используют отходы промышленности или сельского хозяйства, выбранные из ряда:

древесные опилки, и/или щепа, и/или кора, и/или солома, и/или полова, и/или шелуха семян, и/или жмых, и/или стебли растений, и/или листья растений, и/или навоз, и/или птичий помет.

Соотношение компонентов следующее, мас.%: связующие добавки 1-10, древесно-растительные и/или животные отходы 5-50, торф и/или лигнин до 100 (остальное). Затем полученную смесь формуют с помощью гранулятора или пресса. Полученные формовки в виде гранул или брикетов упрочняют путем вылеживания в течение 2-30 часов.

Перед формованием смесь может быть дополнительно обезвожена. Обезвоживание проводят механическим путем любым известным устройством, например, шнековым обезвоживателем.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Используют следующие компоненты: опилки в количестве 5 мас.%, порошок негашеной извести 10 мас.%, торф 85 мас.%. В первую очередь в дезинтеграторе перемешивают, дробят и активируют в течение 10 секунд торф и известь, затем к полученной смеси добавляют опилки и снова перемешивают в течение одной минуты и затем полученную смесь формуют в гранулы в тарельчатом грануляторе без давления и в брикеты на прессе при давлении 25 МПа, затем брикеты и гранулы упрочняют за счет их вылеживания в течение 2 часов. Полученный брикет обладает следующими свойствами: механическая прочность на сжатие составляет 16 кг/см, термическая прочность - выдерживает нагрузку 3,5 кг при температуре 800°С, теплотворная способность на рабочее состояние 3900 ккал/кг.

При внесении данных гранул в почву в качестве удобрения и структурообразователя почвы при выращивании помидор позволило увеличить их урожай на 16%.

Пример 2

По примеру 1, только перед формованием смесь обезвоживают в шнековом обезвоживателе и при этом влажность смеси снижается на 10%. Полученный брикет после вылеживания имеет механическую прочность на сжатие 17 кг/см², термическую прочность - выдерживает нагрузку 3,4 кг при температуре 800°С, теплотворная способность на рабочее состояние 4290 ккал/ кг, а внесение полученных гранул в почву как удобрения и структурообразователя почвы при выращивании помидор позволило увеличить их урожай на 15%.

Пример 3

Используют следующие компоненты: смесь шелухи от обработки семян риса (25 мас.%), со свиным навозом (25 мас.%), едкий натр (1 мас.%) и смесь лигнина (9 мас.%) с торфом (40 мас.%). В первую очередь в дезинтеграторе перемешивают, дробят и активируют в течение 15 секунд торф, лигнин и едкий натр, затем к полученной смеси добавляют смесь шелухи от обработки семян риса со свиным навозом и снова перемешивают в течение 1 минуты, и затем полученную смесь формуют в гранулы в барабанном грануляторе без давления и в брикеты на прессе при давлении 1,5 МПа, затем брикеты упрочняют за счет их вылеживания в течение 30 часов, гранулы упрочняют за счет их вылеживания в течение 20 часов. Полученный брикет обладает следующими свойствами: механическая прочность на сжатие составляет 15 кг/см², термическая прочность - выдерживает нагрузку 3,4 кг при температуре 800°С, теплотворная способность на рабочее состояние - 4100 кал/кг. Внесение в почву данных гранул как удобрения позволило увеличить урожай огурцов на 15%.

Пример 4

По примеру 3, только перед формованием смесь обезвоживают в шнековом обезвоживателе и при этом влажность смеси снижают на 12%. Полученный брикет после вылеживания обладает следующими свойствами: механическая прочность на сжатие 17 кг/см², термическая прочность - выдерживает нагрузку 3,3 кг при температуре 800°С, теплотворная способность на рабочее состояние составляет 4560 ккал/кг.

Применение данных гранул как удобрения позволило увеличить урожай тепличных огурцов на 12% и сократить срок их созревания на 10 дней.

Пример 5

По примеру 4, только вместо едкого натра используют едкое кали. Полученные брикеты и гранулы обладает свойствами, аналогичными брикетам и гранулам по примеру 3.

Пример 6

Используют следующие компоненты: резаная до 3-х мм солома 15 мас.%, порошок негашеной извести - 5 мас.%, торф - 80 мас.%. В первую очередь в дезинтеграторе перемешивают, дробят и активируют в течение 14 секунд торф и известь, затем к полученной смеси добавляют резаную солому и снова перемешивают в течение 1,5 минут, затем полученную смесь формуют в гранулы на тарельчатом грануляторе без давления и в брикеты на прессе при давлении 15 МПа, затем брикеты упрочняют за счет их вылеживания в течение 12 часов, а гранулы упрочняют за счет их вылеживания в течение 6 часов. Полученный брикет обладает следующими свойствами: механическая прочность на сжатие составляет 18 кг/см², термическая прочность - выдерживает нагрузку 3,8 кг при температуре 800°С, теплотворная способность на рабочее состояние 3800 ккал/кг. Применение данных гранул как удобрения позволило сократить срок вызревания баклажанов на 12 дней.

Пример 7

По примеру 6, только вместо торфа (80 мас.%) используют торф (40 мас.%) и лигнин (40 мас.%), а вместо резаной соломы используют измельченные листья кукурузы и смесь перед формованием обезвоживают в шнековом обезвоживателе и при этом влажность смеси снижают на 9%. Полученный брикет после вылеживания обладает следующими свойствами: механическая прочность на сжатие составляет 16 кг/см², термическая прочность - выдерживает нагрузку 3,6 кг при температуре 800°С, теплотворная способность на рабочее состояние 4109 ккал/кг. Применение данных гранул в качестве удобрения позволило увеличить урожай огурцов на 14%.

Пример 8

По примеру 7, только вместо измельченных листьев кукурузы используют измельченные стебли гороха. Полученные брикеты и гранулы обладают свойствами, аналогичными брикетам и гранулам по примеру 7.

Пример 9

Используют следующие компоненты: измельченный свекловичный жмых (отход при производстве сахара) (10 мас.%), куриный помет (5 мас.%), едкое кали (2 мас.%), лигнин (83 мас.%). В первую очередь в дезинтеграторе перемешивают, дробят и активируют в течение 10 секунд лигнин и едкое кали, затем к полученной смеси добавляют измельченный жмых, куриный помет и снова перемешивают в течение 1 минуты, затем полученную смесь обезвоживают в шнековом обезвоживателе и при этом влажность смеси снижают на 14%. Обезвоженную смесь гранулируют на тарельчатом грануляторе с получением гранул и прессуют на шнековом прессе при давлении 10 кг/см² с получением брикетов. Затем гранулы упрочняют вылеживанием в течение 15 часов, а брикеты упрочняют вылеживанием в течение 25 часов. Внесение в почву данных гранул как удобрения позволило увеличить урожай картофеля на 15%. Брикеты имели прочность на сжатие 19 кг/см², термическую прочность - при температуре 800°С выдерживают нагрузку 4,9 кг, теплотворную способность на рабочее состояние 4150 ккал/кг.

Представленные результаты показывают, что предложенные углеродосодержащие формовки и способ их получения имеет практическую полезность, заключающуюся в следующем: исключение термической сушки смеси и формовок позволило снизить капитальные и текущие затраты на их производство, а также возможность использовать углеродосодержащие формовки и как топливо, и как удобрения, и как структурообразователи почв, что расширяет потребительский рынок данных формовок.

Кроме того, появляется возможность утилизации отходов для получения ценных продуктов.

1. Углеродсодержащие формовки, используемые в качестве заменителя топлива или удобрения и/или структурообразователя почв, включающие измельченный торф и/или лигнин и древесно-растительные компоненты в виде древесных опилок и/или животные компоненты в виде птичьего помета и/или навоза и связующее, отличающиеся тем, что в качестве древесно-растительных компонентов дополнительно используют измельченные древесно-растительные отходы, выбранные из ряда: щепа, и/или кора, и/или солома, и/или полова, и/или шелуха семян, и/или жмых, и/или стебли и листья растений, а в качестве связующего используют негашеную известь, или едкий натр, или едкое кали при следующем соотношении компонентов, мас.%:

древесно-растительные и/или животные компоненты 5-50

связующее 1-10

торф и/или лигнин до 100

2. Способ изготовления углеродсодержащих формовок, включающий дозирование торфа и/или лигнина, древесно-растительных компонентов в виде древесных опилок и/или животных компонентов в виде птичьего помета и/или навоза и связующего, их смешивание и формование смеси, отличающийся тем, что в качестве древесно-растительных компонентов используют древесно-растительные отходы, выбранные из ряда: щепа, и/или кора, и/или солома, и/или полова, и/или шелуха семян, и/или жмых, и/или стебли и листья растений, а в качестве связующего используют негашеную известь, или едкий натр, или едкое кали при следующем соотношении компонентов, мас.%:

древесно-растительные и/или животные компоненты 5-50

связующее 1-10

торф и/или лигнин до 100

причем сначала дозируют, смешивают, измельчают и активируют торф и/или лигнин со связующим, а затем в эту смесь добавляют измельченные древесно-растительные и/или животные компоненты, снова перемешивают и полученную смесь формуют в формовки в виде брикетов или гранул, которые упрочняют путем их вылеживания, причем вылеживание брикетов производится в течение 2-30 ч, а вылеживание гранул производится в течение 2-20 ч.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что смесь перед формованием подвергают обезвоживанию.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что обезвоживание ведут в шнековом обезвоживателе.

5. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что формование ведут в тарельчатом грануляторе при атмосферном давлении с получением формовок в виде гранул.

6. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что формование ведут на прессе при давлении 1,5-25 МПа с получением формовок в виде брикета.