Способ получения топливных брикетов

Изобретение относится к производству формованного топлива, а именно высокоуглеродосодержащих топливных брикетов, которые могут быть использованы для плавки чугуна в вагранках, при получении карбида кальция, карбида кремния, минеральных волокон и других материалов. Способ получения топливных брикетов включает смешение измельченного твердого топлива со связующим в количестве 8-9% от массы измельченного твердого топлива, брикетирование смеси и последующую термообработку брикетов. В качестве измельченного твердого топлива используют коксовую мелочь с размерами частиц 0,05-16,0 мм в количестве 50-80 мас.%, термоантрацитовую мелочь с размерами частиц 0,05-6,0 мм в количестве 20-50 мас.%. В качестве связующего используют лигносульфонат, модифицированный 3-5 мас.% нефти или нефтепродуктов. Брикетирование смеси осуществляют под давлением 25 МПа. Заявленное изобретение позволяет снизить энергоемкость, капитальные и эксплуатационные затраты и повысить производительность при осуществлении процесса получения топливных брикетов, а также снизить стоимость, повысить прочность, термостойкость и теплотворную способность топливных брикетов, получаемых при реализации предлагаемого способа.

 

Изобретение относится к производству формованного топлива, а именно высокоуглеродосодержащих топливных брикетов, которые могут быть использованы для плавки чугуна в вагранках, доменного производства при получении карбида кальция, карбида кремния, минеральных волокон и других материалов.

Высокоуглеродосодержащие топливные брикеты, которые могут заменить кокс при производстве качественного жидкого чугуна путем плавки в вагранке, должны обладать высокой термостойкостью при температурах горения и плавки чугуна, то есть способностью противостоять без разрушения термическим напряжениям, повышенной теплотворной способностью - 6000-7500 ккал/кг, низкими пористостью и реакционной способностью, высокой термостойкостью, а также зольностью менее 15%.

Известен способ получения топливных брикетов, включающий смешение измельченного твердого топлива с 3-15 весовыми частями связующего - гидравлического цемента, 3-14 весовыми частями воды и добавкой, формование смеси в брикеты и выдержку для схватывания и затвердевания цемента. В качестве измельченного твердого топлива используют кокс, древесный уголь, полукокс, полуантрацит. В качестве добавки может быть использована глина или меласса (патент US 37682886, МПК C 10 L 5/00).

В качестве недостатков описанного способа получения топливных брикетов можно отметить, во-первых, невысокую производительность вследствие необходимости предварительного дозирования большого количества углеродосодержащих компонентов измельченного твердого топлива, добавок, и смешения большой массы измельченного твердого топлива со связующим и добавками; во-вторых, низкую теплотворную способность и высокую зольность получаемых при реализации способа топливных брикетов, обусловленные введением негорючих компонентов - гидравлического цемента, глины или мелассы, что не дает возможности использовать эти брикеты для плавки чугуна в вагранке и приводит к экономически необоснованным затратам при применении этих брикетов в качестве энергоносителя в других отраслях промышленности.

Известен способ получения топливных брикетов, включающий дозирование и смешение измельченного твердого топлива со связующими при общем содержании не менее трех связующих в количестве 50-50 мас.%, брикетирование смеси под давлением 0,5-120,0 МПа и выдержку брикетов при температуре окружающей среды в течение 0,5-40,0 ч. Измельченное твердое топливо в количестве до 100 мас.% используют из группы растительных отходов и/или угольной, и/или коксовой мелочи, углистого сланца, и/или подсушенного навоза, или птичьего помета, или смеси последних трех компонентов. Связующее в количестве 1-8 мас.% используют из группы, включающей лигносульфонат, мелассу, талловый пек или их смеси. Дополнительное связующее в количестве 1-7 мас.% используют из группы, включающей синтетический воск, или парафин, или парафиновый гач. В качестве другого дополнительного связующего, составляющего 1-20 мас.%, используют и/или цемент, или глину. В качестве еще одного дополнительного связующего, составляющего 2-25 мас.%, используют осадок от очистки сточных вод. Теплотворная способность топливных брикетов, получаемых посредством этого способа, составляет 3350-6850 ккал/кг, а зольность - до 28% (патент RU 2147029, МПК⁷ С 10 L 5/12, 5/14, 5/16, 5/40).

Недостатками этого способа получения топливных брикетов являются, во-первых, низкая производительность вследствие использования многокомпонентных составов измельченного твердого топлива и связующих, усложняющего их дозирование и смешение; во-вторых, высокая зольность - до 28% - получаемых при реализации способа топливных брикетов, обусловленная введением большого количества негорючих компонентов связующих, что не дает возможности применять эти брикеты для плавки чугуна в вагранке.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототипом) является способ получения брикетов, включающий смешение измельченного твердого топлива из коксовой мелочи с размерами частиц 6,0-2,5 мм в количестве 15-25 мас%, 2,5-1 мм в количестве 15-35 мас%, менее 1 мм - до 100 мас%, и связующего на основе модифицированного лигносульфоната в количестве 3-10% от массы измельченного твердого топлива, брикетирование смеси под давлением 5-90 МПа и последующую термообработку брикетов при температуре 200-700°С в течение 10-120 минут. При этом в качестве связующего используют лигносульфонат или натриевую соль метиленнафталинсульфокислоты, модифицированные 10-30 мас% добавки кубовых остатков ректификации таллового масла. Топливные брикеты, получаемые данным способом, при влажности исходного сырья 8-9% и после термообработки обладают прочностью на сжатие не менее 90 кг/см², плотностью 1,25-1,30 г/см³, зольностью 12-13% (патент RU 2083642, МПК⁶ C 01 L 5/20, 5/28).

Вышеописанный способ получения топливных брикетов имеет следующие недостатки:

- повышенные затраты электроэнергии, во-первых, вследствие использования в качестве измельченного топлива только твердой коксовой мелочи, обладающей низкой пластичностью и, следовательно, неудовлетворительной уплотняемостью при брикетировании, что требует дополнительного энергопотребления для достижения необходимой прочности топливных брикетов после прессования; во-вторых, влажность исходного сырья, составляющая 8-9%, также способствует дополнительному энергопотреблению на ее удаление при термообработке;

- повышенные капитальные затраты, дополнительно увеличивающие затраты электроэнергии, вследствие необходимости установки оборудования для реализации дозирования точных соотношений указанных размеров частиц коксовой мелочи, в частности, рассевов и дозаторов, и для раздельного хранения коксовой мелочи с различными соотношениями размеров частиц, например, в бункерах;

- низкую производительность, во-первых, вследствие необходимости предварительного многократного дозирования измельченного твердого топлива из коксовой мелочи с различными соотношениями размеров частиц, во-вторых, из-за жесткости и, следовательно, низкой пластичности коксовой мелочи, затрудняющей уплотняемость, а значит, и процесс брикетирования смеси;

- пониженные прочность и термостойкость получаемых при реализации способа топливных брикетов, что также обусловлено низкой пластичностью коксовой мелочи, которую используют в качестве измельченного твердого топлива;

- пониженную теплотворную способность топливных брикетов, получаемых при реализации способа, вследствие не достаточно высокого содержания углерода в коксе - до 85 мас.% при зольности 12-13%.

Задачей настоящего изобретения является снижение энергоемкости, капитальных затрат и повышение производительности при осуществлении процесса получения топливных брикетов, а также повышение прочности, термостойкости и теплотворной способности топливных брикетов, получаемых при реализации предлагаемого способа.

Для достижения указанного технического результата в способе получения топливных брикетов, включающем смешение измельченного твердого топлива на основе коксовой мелочи со связующим на основе модифицированного лигносульфоната в количестве 8-9% от массы измельченного твердого топлива, брикетирование смеси и последующую термообработку брикетов, согласно изобретению в качестве измельченного твердого топлива используют коксовую мелочь с размерами частиц 0,05-16,0 мм в количестве 50-80 мас.%, термоантрацитовую мелочь с размерами частиц 0,05-6,0 мм в количестве 20-50 мас.%, и используют связующее из лигносульфоната, модифицированного 3-5 мас.% нефти или нефтепродуктов, а брикетирование смеси осуществляют под давлением 25 МПа.

Снижение энергоемкости процесса получения топливных брикетов связано с введением в измельченное твердое топливо термоантрацитовой мелочи, обладающей большей пластичностью и меньшей прочностью, чем коксовая мелочь, и, следовательно, способствующей улучшению условий прессования и уменьшению энергопотребления при отсутствии дополнительных затрат электроэнергии на удаление излишков влаги при термообработке топливных брикетов.

Снижение капитальных затрат, дополнительно уменьшающих затраты электроэнергии, обусловлено отсутствием необходимости аппаратурного оформления способа, которое реализует дозирование и раздельное хранение коксовой мелочи с различными соотношениями размеров частиц.

Повышение производительности при осуществлении процесса получения топливных брикетов вызвано снижением трудоемкости брикетирования смеси измельченного твердого топлива со связующим вследствие использования менее прочной, чем коксовая мелочь, пластичной термоантрацитовой мелочи, что позволяет облегчить уплотняемость названной смеси.

Повышение прочности и термостойкости топливных брикетов, получаемых при реализации способа, связано с введением в измельченное твердое топливо термоантрацитовой мелочи, являющейся более пластичным материалом, чем коксовая мелочь, что приводит к подвижности смеси при ее уплотнении в процессе брикетирования и к изготовлению плотных прочных брикетов, способных длительное время противостоять, не разрушаясь, высоким температурам.

Повышение теплотворной способности топливных брикетов, получаемых при реализации способа, обусловлено высоким содержанием углерода в термоантраците - 89,5-96,5% при низкой зольности - 6%; теплотворная способность термоантрацита как высокосортного энергетического топлива на 500 ккал/кг больше теплотворной способности кокса. Повышению теплотворной способности топливных брикетов способствует и модификация лигносульфоната 3-5 мас.% нефти или нефтепродуктов, предпочтительно нефтебитума, так как они имеют высокую теплотворную способность. Кроме того, при модификации лигносульфоната 3-5 мас.% нефтебитума дополнительно повышаются прочность и термостойкость топливных брикетов.

Размеры частиц коксовой мелочи, составляющие 0,05-16,0 мм, являются оптимальными, так как частицы коксовой мелочи с размерами менее 0,05 мм содержат большое количество неорганической пыли и песка, что способствует повышению зольности и уменьшению теплотворной способности получаемых топливных брикетов, а частицы коксовой мелочи с размерами более 16,0 мм ухудшают условия уплотняемости смеси измельченного твердого топлива со связующим и сами не являются отходами топлива и их нецелесообразно брикетировать.

Размеры частиц термоантрацитовой мелочи, составляющие 0,05-6,0 мм, являются оптимальными, так как частицы термоантрацитовой мелочи с размерами менее 0,05 мм содержат большое количество неорганической пыли и песка, что способствует повышению зольности и уменьшению теплотворной способности получаемых топливных брикетов, а частицы термоантрацитовой мелочи с размерами более 6,0 мм представляют собой топливо, а не отходы, и получение топливных брикетов с использованием частиц термоантрацитовой мелочи, имеющих размеры более 6,0 мм, экономически нецелесообразно вследствие высокой стоимости таких частиц, в 6 раз превышающей стоимость частиц термоантрацитовой мелочи с размерами 0,05-6,0 мм.

Выбранные соотношения между количеством коксовой мелочи с размерами частиц 0,05-16,0 мм, составляющим 50-80 мас.% измельченного твердого топлива, и количеством термоантрацитовой мелочи с размерами частиц 0,05-6,0 мм, составляющим 20-50 мас.% измельченного твердого топлива, являются оптимальными, так как при содержании в измельченном твердом топливе менее 20 мас.% термоантрацитовой мелочи затрудняется уплотняемость смеси измельченного твердого топлива со связующим с увеличением в составе измельченного твердого топлива количества коксовой мелочи более 80 мас.% и значительно снижается теплотворная способность топливных брикетов, а добавление в измельченное твердое топливо термоантрацитовой мелочи более 50 мас.% со снижением в составе этого топлива количества коксовой мелочи менее 50 мас.% приводит к уменьшению прочности и термостойкости получаемых топливных брикетов при относительно высокой теплотворной способности и стабильных показателях влажности - 0,8±0,2%, зольности - 14±1%, общей серы - 0,5%, выхода летучих - 4±2%.

Использование связующего из лигносульфоната в количестве 3-10% от массы измельченного твердого топлива, модифицированного 3-5 мас.% нефти или нефтепродуктов, является оптимальным потому, что модифицирование лигносульфоната нефтью или нефтепродуктами в количестве менее 3 мас.% не позволяет получить топливные брикеты с надлежащей прочностью, а модифицирование лигносульфоната нефтью или нефтепродуктами в количестве более 5 мас.% экономически нецелесообразно из-за высокой стоимости нефти и нефтепродуктов.

Брикетирование смеси под давлением 25 МПа позволяет использовать в измельченном твердом топливе коксовую мелочь с довольно крупными размерами частиц - до 16 мм, обеспечивая высокие плотность и прочность получаемых топливных брикетов. Дальнейшее повышение давления при брикетировании смеси, более 25 МПа, не приводит к эффективному повышению прочности получаемых топливных брикетов; кроме того, отсутствует производственная необходимость в дополнительном увеличении прочности этих брикетов. Брикетирование смеси под давлением менее 25 МПа нецелесообразно, так как смесь становится неуплотняемой из-за присутствия коксовой и термоантрацитовой мелочи с достаточно крупными размерами частиц - до 16,0 мм и до 6,0 мм соответственно.

Способ получения топливных брикетов осуществляется следующим образом. Измельченное твердое топливо, в качестве которого используют коксовую мелочь с размерами частиц 0,05-16,0 мм в количестве 50-80 мас.%, термоантрацитовую мелочь с размерами частиц 0,05-6,0 мм в количестве 20-50 мас.%, смешивают со связующим, в качестве которого используют лигносульфонат в количестве 8-9% от массы измельченного твердого топлива, модифицированный 3-5 мас.% нефти или нефтепродуктов. Затем производят брикетирование смеси под давлением 25 МПа на скоростном прессе с двусторонним сжатием брикета. После этого брикеты подвергают термообработке при температуре 200-250°С в течение 1,5-2 ч.

Пример 1 конкретного выполнения способа получения топливных брикетов. В качестве измельченного твердого топлива использовали коксовую мелочь с размерами частиц 0,05-16,0 мм в количестве 50 мас.% и термоантрацитовую мелочь с размерами частиц 0,05-6,0 мм в количестве 50 мас.%. В качестве связующего использовали лигносульфонат в количестве 8% от массы измельченного твердого топлива, модифицированный 3 мас.% нефти. Процесс модификации производился путем примешивания к лигносульфонату нефти. Коксовую и термоантрацитовую мелочь перемешивали в лопастном смесителе в течение 180 с, после чего добавляли связующее. Затем измельченное твердое топливо перемешивали со связующим еще 300 с и выгружали на ленточный транспортер для подачи полученной смеси на брикетирование. Брикетирование смеси производили на скоростном прессе марки СМК-519 под давлением 25 МПа с двухсторонним сжатием. Брикеты подавали на следующий ленточный транспортер и затем для сушки - в термическую печь, где подвергали термообработке при температуре 220° с выдержкой 1,5 ч. Далее топливные брикеты охлаждали, и после охлаждения они поступали на склад. Полученные при реализации описанного способа топливные брикеты имели после сушки прочность на сжатие до 15 МПа, прочность на сбрасывание 92%, термостойкость 80%, низшую теплотворную способность 6700 ккал/кг и высшую теплотворную способность 7800 ккал/кг.

Пример 2 конкретного выполнения способа получения топливных брикетов. В качестве измельченного твердого топлива использовали коксовую мелочь с размерами частиц 0,05-16,0 мм в количестве 65 мас.% и термоантрацитовую мелочь с размерами частиц 0,05-6,0 мм в количестве 35 мас.%. В качестве связующего использовали лигносульфонат в количестве 9% от массы измельченного твердого топлива, модифицированный 4 мас.% нефтебитума. Процесс модификации производился путем примешивания к лигносульфонату нефтебитума. Коксовую и термоантрацитовую мелочь перемешивали в лопастном смесителе в течение 180 с, после чего добавляли связующее. Затем измельченное твердое топливо перемешивали со связующим еще 300 с и выгружали на ленточный транспортер для подачи полученной смеси на брикетирование. Брикетирование смеси производили на скоростном прессе марки СМК-519 под давлением 25 МПа с двухсторонним сжатием. Брикеты подавали на следующий ленточный транспортер и затем для сушки - в термическую печь, где подвергали термообработке при температуре 220° с выдержкой 1,7 ч. Далее топливные брикеты охлаждали, и после охлаждения они поступали на склад. Полученные при реализации описанного способа топливные брикеты имели после сушки прочность на сжатие до 16 МПа, прочность на сбрасывание 98%, термостойкость 85%, низшую теплотворную способность 6800 ккал/кг и высшую теплотворную способность 7400 ккал/кг.

Пример 3 конкретного выполнения способа получения топливных брикетов. В качестве измельченного твердого топлива использовали коксовую мелочь с размерами частиц 0,05-16,0 мм в количестве 80 мас.% и термоантрацитовую мелочь с размерами частиц 0,05-6,0 мм в количестве 20 мас.%. В качестве связующего использовали лигносульфонат в количестве 9% от массы измельченного твердого топлива, модифицированный 5 мас.% нефти. Процесс модификации производился путем примешивания к лигносульфонату нефти. Коксовую и термоантрацитовую мелочь перемешивали в лопастном смесителе в течение 180 с, после чего добавляли связующее. Затем измельченное твердое топливо перемешивали со связующим еще 300 с и выгружали на ленточный транспортер для подачи полученной смеси на брикетирование. Брикетирование смеси производили на скоростном прессе марки СМК-519 под давлением 25 МПа с двухсторонним сжатием. Брикеты подавали на следующий ленточный транспортер и затем для сушки - в термическую печь, где подвергали термообработке при температуре 220° с выдержкой 2,0 ч. Далее топливные брикеты охлаждали, и после охлаждения они поступали на склад. Полученные при реализации описанного способа топливные брикеты имели после сушки прочность на сжатие до 17 МПа, прочность на сбрасывание 98%, термостойкость 85%, низшую теплотворную способность 6320 ккал/кг и высшую теплотворную способность 7300 ккал/кг.

Предложенный способ получения топливных брикетов позволяет уменьшить энергопотребление, капитальные и эксплуатационные затраты, увеличить производительность, а также повысить прочность, термостойкость, теплотворную способность и удлинить период работы изготовляемых на его основе топливных брикетов путем введения в измельченное твердое топливо термоантрацитовой мелочи, являющейся более пластичным материалом, чем коксовая мелочь, и поэтому способствующей подвижности смеси при ее уплотнении и получению плотных прочных брикетов. Кроме того, предложенный способ позволяет снизить стоимость получаемых топливных брикетов по сравнению со стоимостью топливных брикетов, изготовленных на основе способа-прототипа, так как стоимость единицы веса антрацитовой или термоантрацитовой мелочи в 3-4 раза дешевле, чем стоимость единицы веса коксовой мелочи.

Способ получения топливных брикетов, включающий смешение измельченного твердого топлива на основе коксовой мелочи со связующим на основе модифицированного лигносульфоната в количестве 8-9% от массы измельченного твердого топлива, брикетирование смеси и последующую термообработку брикетов, отличающийся тем, что в качестве измельченного твердого топлива используют коксовую мелочь с размерами частиц 0,05-16,0 мм в количестве 50-80 мас.%, термоантрацитовую мелочь с размерами частиц 0,05-6,0 мм в количестве 20-50 мас.% и используют связующее из лигносульфоната, модифицированного 3-5 мас.% нефти или нефтепродуктов, а брикетирование смеси осуществляют под давлением 25 МПа.