Способ получения топливных брикетов (варианты)

Изобретение относится к производству твердого топлива и может быть использовано в металлургической, строительной и других отраслях промышленности, а также в котельных для отопления. Способ получения топливных брикетов включает дозирование угольной мелочи, связующего и отвердителя. В качестве связующего используют карбамидоформальдегидную смолу в количестве 5-15% от массы угольной мелочи. Карбамидоформальдегидная смола имеет молярное отношение карбамида к формальдегиду от 1:0,95 до 1:1,5. В качестве отвердителя используют кислоты, соли и их растворы, понижающие уровень рН смолы до 2-4 единиц, в количестве 0,01-1,0% от массы угольной мелочи. По первому варианту в предложенном способе получения топливных брикетов сначала смешивают угольную мелочь с отвердителем в течение 10-120 секунд, затем добавляют карбамидоформальдегидную смолу и перемешивают в течение 20-160 секунд. Полученная смесь формируется в брикеты и упрочняется. По второму варианту получения топливных брикетов сначала смешивают угольную мелочь с карбамидоформальдегидной смолой в течение 10-60 секунд, затем добавляют отвердитель и перемешивают в течение 10-120 секунд. Способ позволяет значительно упростить производство прочных, термостойких и малотоксичных топливных брикетов и уменьшить энергозатраты при их изготовлении. 2 н. и 2 з.п.ф-лы. 2 табл.

 

Изобретение относится к производству твердого топлива и может быть использовано в металлургической, строительной и других отраслях промышленности, а также в котельных для отопления.

Существует достаточное количество способов производства топливных брикетов из углеродсодержащей мелочи со связующими. Несмотря на распространенность указанных методов, они имеют ряд существенных недостатков.

Известен способ брикетирования бурых углей, включающий сушку угля, смешение в качестве связующего с горячим нефтебитумом в количестве 1,5-2,5% от угля, введение в полученную смесь сульфидно-дрожжевой бражки в количестве 6-7% от угля и прессование (RU №703564, С 10 L 5/10, 22.07.1976 г.).

Недостатком данного способа является невозможность производства брикетов при минусовых температурах, поэтому необходимы большие энергозатраты на подогрев связующего и угля. Кроме того, из-за малой спекающей способности битумов брикеты получаются недостаточно прочными и при горении быстро разрушаются и выделяют большое количество дыма.

Также известен способ получения брикетированного топлива, включающий нагрев измельченного углеродного топлива, выбранного из антрацита, угольной мелочи, угольного кокса при температуре не более 120°С, смешение его в закрытом аппарате с 5-30 мас.% жидкого лигносульфоната, в который может быть добавлено 0,1-1 мас.% нефтяного дегтя, прессование смеси с важностью 2,5-6% в брикеты, нагрев брикетов при 200-400°С (GB 1047449, С 10 L 5/20, 02.11.1966 г.)

Недостатками этого способа является то, что топливные брикеты получаются с недостаточно высокими влагостойкостью и механической прочностью после нагрева в инертной среде при температуре более 500°С, что повышает затраты на хранение брикетов и не позволяет их эффективно использовать в металлургической процессах. Кроме того, использование в качестве связующего лигносульфонатов повышает в брикетах содержание серы, что недопустимо для большинства промышленных и бытовых потребителей.

Наиболее близким является процесс окусковывания угольной мелочи, в том числе и влажной угольной мелочи, без необходимости ее сушки перед началом процесса, характеризующийся тем, что включает изготовление смеси из угольной мелочи, фенолформальдегидной смолы в водощелочном растворе и отвердителя для смолы, состоящего из одного или более сложных эфиров, выбранных из эфирополиводородных спиртов, карбонатных эфиров и лактонов, формирование смеси в брикеты, их сушку и упрочнение. Сначала отвердитель распыляют на поверхность угольной мелочи, а затем добавляют раствор смолы. Брикеты получаются прессованием смеси в формах под давлением на штемпельном прессе. Угольная мелочь содержит 5-10% влаги по весу. Фенолформальдегидная смола имеет молярное отношение фенола к формальдегиду от 1:1 до 1:3. Количество щелочи составляет 20-60% от веса формальдегидной смолы. Отвердитель представляет собой смесь моно-, ди- и триацетина, смесь этиленгликольмоноацетата и этиленгликольацетата, триацетин, этиленгликольдиацетат, альфабутилендиацетат, пропилен карбонат, раствор этиленкарбоната в пропиленкарбонате, пропиолактон, бутиролактон, валеролактон и капролактон (ЕР №0 241 156 А 2, С 10 L 5/14, приоритет 08.04.1986 г. GB №8608488).

Недостатком известного способа является опасность отравления людей при производстве топливных брикетов из-за высокой токсичности фенолформальдегидных смол, используемых в качестве связующего. Кроме того, для получения прочных брикетов на феноформальдегидном связующем требуется обязательная термообработка брикетов, что помимо больших энергозатрат вызывает интенсивное выделение токсичных веществ из обрабатываемых брикетов.

При создании изобретения ставилась задача упрощения способа производства топливных брикетов, умешения энергозатрат при их изготовлении, а также получения прочных, термостойких и малотоксичных топливных брикетов.

Поставленная задача решается двумя вариантами способов получения топливных брикетов.

По первому варианту изобретения:

а) признаки, совпадающие с признаками ближайшего аналога (прототипа):

дозирование и смешивание угольной мелочи, связующего и отвердителя, формирование брикетов и их упрочнение, причем сначала перемешивают угольную мелочь с отвердителем, а затем добавляют связующее и перемешивают;

б) признаки, отличающиеся от признаков ближайшего аналога (новые признаки):

в качестве связующего используют карбамидоформальдегидную смолу в количестве 5-15% от массы угольной мелочи, в качестве отвердителя используют кислоты, соли или их растворы в количестве 0,01-1,0% от массы угольной мелочи, при этом угольную мелочь с отвердителем перемешивают в течение 10-120 секунд, и эту смесь с карбамидоформальдегидной смолой перемешивают в течение 20-160 секунд. Карбамидоформальдегидная смола имеет молярное отношение карбамида к формальдегиду от 1:0,95 до 1:1,5. В качестве отвердителя используют любые кислоты, соли или их растворы, понижающие уровень рН смолы до 2-4 единиц.

По второму варианту изобретения:

а) признаки, совпадающие с признаками ближайшего аналога (прототипа):

дозирование и смешивание угольной мелочи, связующего и отвердителя, формирование брикетов и их упрочнение;

б) признаки, отличающиеся от признаков ближайшего аналога (новые признаки):

в качестве связующего используют карбамидоформальдегидную смолу в количестве 5-15% от массы угольной мелочи, в качестве отвердителя используют окислитель в количестве 0,01-1,0% от массы угольной мелочи, при этом сначала перемешивают угольную мелочь с карбамидо-формальдегидной смолой в течение 10-60 секунд, затем добавляют отвердитель и перемешивают в течение 10-120 секунд. Карбамидоформальдегидная смола имеет молярное отношение карбамида к формальдегиду от 1:0,95 до 1:1,5. В качестве окислителя можно использовать любую кислоту, соли или их растворы, понижающие уровень РН смолы до 2-4 единиц.

Способ осуществляют следующим образом.

Сначала производят дозирование угольной мелочи, связующего и отвердителя. В качестве угольной мелочи используется антрацитовая мелочь, мелочь нефтекокса, доменного кокса, мелочь жирных углей и т.п. размером частиц 0-15 мм. В качестве связующего используют кабамидоформальдегидную смолу в количестве 5-15% от массы угольной мелочи. При этом кабамидоформальдегидная смола имеет молярное отношение карбамида к формальдегиду в пределах от 1:0,95 до 1:1,5. Это соотношение является оптимальным. При увеличении количества формальдегида ускоряется процесс полимеризации связующего, но при этом значительно увеличивается токсичность производства. Поэтому более высокое содержание формальдегида нежелательно. В качестве отвердителя используют любые кислоты (серная кислота, соляная кислота, ортофосфорная кислота и др.), соли (соли аммония, азотнокислая медь и др.) или их растворы, понижающие уровень рН карбамидофрмальдегидной смолы до 2-4 единиц, в количестве 0,01-1,0% от массы угольной мелочи. Количество отвердителя зависит от влажности и температуры угольной мелочи. При низкой влажности и/или при температуре сырья выше 0°С требуется меньшее количество отвердителя, чем при высокой влажности и/или при температуре сырья ниже 0°С.

Далее по варианту 1 сначала перемешивают угольную мелочь с отвердителем в течение 10-120 секунд, затем добавляют карбамидоформальдегидную смолу и перемешивают в течение 20-160 секунд. Продолжительность перемешивания угольной мелочи с отвердителем зависит от скорости смесителя. Продолжительность перемешивания этой смеси с карбамидоформальдегидной смолой зависит от количества отвердителя. Полученная смесь формируется в брикеты прессованием смеси на валковом прессе или виброустановках в формах, или в формах под давлением на штемпельном прессе, а также без форм путем выкладывания на поверхность определенного количества смеси, в результате чего образуются агломераты неопределенной формы. Топливные брикеты выгружаются в конус для набора прочности. Полученные брикеты имеют хорошую сырую прочность и выдерживают не менее трех падений с высоты 0,4 метра при перевалке с транспортера на транспортер на пути к местам складирования. При температуре воздуха выше 0°С брикеты набирают хорошую прочность в течение 0,5-1 часа и могут транспортироваться после 24 часов с момента изготовления вне зависимости от температуры окружающего воздуха. При температуре воздуха ниже 0°С брикеты набирают механическую прочность не только благодаря реакции полимеризации, но и в связи с замерзанием брикета на воздухе. Причем скорость полимеризации замедляется с понижением температуры. Однако при попадании брикетов в печь под влиянием высоких температур дымовых газов происходит не только оттаивание брикетов, но и возобновление полимеризации и/или увеличение скорости полимеризации.

По варианту 2 после дозирования сначала перемешивают угольную мелочь с карбамидоформальдегидной смолой в течение 10-60 секунд, затем добавляют отвердитель и перемешивают в течение 10-120 секунд. Продолжительность перемешивания угольной мелочи с карбамидоформальдегидной смолой зависит от скорости смесителя. Продолжительность перемешивания полученной смеси с отвердителем зависит от количества отвердителя. Полученная смесь формируется в брикеты прессованием смеси на валковом прессе или виброустановках в формах, или в формах под давлением на штемпельном прессе, а также без форм путем выкладывания на поверхность определенного количества смеси, в результате чего образуются агломераты неопределенной формы. Топливные брикеты выгружаются в конус для набора прочности. Полученные брикеты имеют хорошую сырую прочность и выдерживают не менее трех падений с высоты 0,4 метра при перевалке с транспортера на транспортер на пути к местам складирования. При температуре воздуха выше 0°С брикеты набирают хорошую прочность в течение 0,5-1 часа и могут транспортироваться после 24 часов с момента изготовления вне зависимости от температуры окружающего воздуха. При температуре воздуха ниже 0°С брикеты набирают механическую прочность не только благодаря реакции полимеризации, но и в связи с замерзанием брикета на воздухе. Причем скорость полимеризации замедляется с понижением температуры. Однако при попадании брикетов в печь под влиянием высоких температур дымовых газов происходит не только оттаивание брикетов, но и возобновление полимеризации и/или увеличение скорости полимеризации. Данные способы получения топливных брикетов позволяют использовать угольную мелочь высокой влажности: от 5% до 18% без предварительного нагрева угольной мелочи и связующего и без последующей термообработки брикетов. Угольная мелочь может иметь температуру окружающего воздуха от -40°С до +40°С.

Пример способа получения топливных брикетов по первому варианту изобретения приведен в таблице 1. В качестве отвердителя использована концентрированная серная кислота.

Пример способа получения топливных брикетов по второму варианту изобретения приведен в таблице 2. В качестве отвердителя использована концентрированная серная кислота.

Таблица 1
Количество карбамидоформальдегиной смолы от массы угольной мелочи, %	Количество отвердителя от массы угольной мелочи, %	Влажность угольной мелочи, %	Время смешивания угольной мелочи с отвердителем, сек	Время смешивания с карбамидоформальдегидной смолой, сек
15	0,5	5	40	60
10	1,0	18	40	60
5	0,01	10	40	60
10	0,5	18	10	160
10	0,5	5	120	60
10	1,0	5	40	20
Таблица 2
Количество карбамидоформальдегиной смолы от массы угольной мелочи, %	Количество отвердителя от массы угольной мелочи, %	Влажность угольной мелочи, %	Время смешивания угольной мелочи с карбамидоформальдегидной смолой, сек	Время смешивания с отвердителем, сек
15	0,5	5	40	60
10	1,0	18	10	60
5	0,01	10	40	60
10	1,0	5	40	10
10	0,5	18	40	120
10	0,5	5	60	40

1. Способ получения топливных брикетов, включающий дозирование и смешивание угольной мелочи, связующего и отвердителя, формирование брикетов и их упрочнение, отличающийся тем, что в качестве связующего используют карбамидоформальдегидную смолу в количестве 5-15% от массы угольной мелочи, в качестве отвердителя используют кислоты, соли или их растворы в количестве 0,01-1,0% от массы угольной мелочи, при этом сначала перемешивают угольную мелочь с отвердителем в течение 10-120 с, затем добавляют карбамидо-формальдегидную смолу и перемешивают в течение 20-160 с.

2. Способ получения топливных брикетов, включающий дозирование и смешивание угольной мелочи, связующего и отвердителя, формирование брикетов и их упрочнение, отличающийся тем, что в качестве связующего используют карбамидоформальдегидную смолу в количестве 5-15% от массы угольной мелочи, в качестве отвердителя используют кислоты, соли или их растворы в количестве 0,01-0,1% от массы угольной мелочи, при этом сначала перемешивают угольную мелочь с карбамидоформальдегидной смолой в течение 10-60 с, затем добавляют отвердитель и перемешивают в течение 10-120 с.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что карбамидоформальдегидная смола имеет молярное отношение карбамида к формальдегиду от 1:0,95 до 1:1,5.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве отвердителя используют любую кислоту, соли или их растворы, понижающие уровень РН смолы до 2-4 единиц.