Способ получения топливного брикета
Изобретение относится к технологии окускованного твердого топлива и может быть использовано при производстве твердого топлива для использования в местных коммунально-бытовых твердотопливных котлоагрегатах и газогенераторах и в качестве каминного топлива. Изобретение направлено на снижение энергоемкости способа получения топливного брикета, увеличение плотности, прочности, атмосферостойкости, влагостойкости, срока хранения готового изделия, снижение гигроскопичности и крошимости, а также улучшение товарного вида. Способ заключается в перемешивании сырьевой смеси из твердых топлив и связующего, брикетировании и сушке брикетов. В качестве связующего используют лигносульфонат в виде водного раствора 35-75% концентрации из расчета 3-35% на сухое вещество твердого топлива, смесь перед брикетированием сушат до влажности 5-23%, а затем прессуют при удельном давлении 0,5-35 МПа. 1 табл.
Изобретение относится к технологии окускованного твердого топлива и может быть использовано при производстве твердого топлива для использования в местных коммунально-бытовых твердотопливных котлоагрегатах и газогенераторах и в качестве каминного топлива.
Известен способ получения топливных брикетов (RU, №2125083, кл. C10L 5/16, 1999 г.), который включает пропитку пористого углеродного наполнителя углеводородным материалом при нагреве и перемешивании с последующим брикетированием смеси. Затем пропитанный углеродный наполнитель смешивают с известью в количестве 1-10 мас.%, вводят дисперсный алюмосиликат, например глину в виде порошка в количестве 5-15 мас.%, производят перемешивание, после чего вводят воду в количестве 4-15 мас.% и после перемешивания брикетирование смеси ведут при температуре 30-100°С и давлении 1-30 МПа. В воду предварительно вводят окислитель в количестве 0,5-1,0 мас.%.
Недостатком этого способа является необходимость нагревания композиционной массы во время брикетирования, что значительно увеличивает энергоемкость процесса и, как следствие, себестоимость продукции.
Ближайшим аналогом изобретения является способ получения твердого топлива (RU, №2130047, кл. C10L 5/02, C10L 5/44, C10L 5/12, C10L 5/14, 1999 г.), включающий смешение измельченных твердых топлив со связующим на основе отходов нефтеперерабатывающего производства - нефтешлама и/или отработанного машинного масла с дополнительными компонентами, выбранными из группы, включающей, % от массы брикетируемой смеси: 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 содержании компонентов в брикете, мас.%: связующее 10-32 и измельченные твердые топлива, выбранные из группы: древесные опилки, торф, обезвоженный птичий помет, обезвоженный навоз, коксовая или угольная мелочь, угольный шлам, лигнин или их смеси до 100. Брикетирование смеси осуществляют при 1-30 МПа и сушку брикетов при температуре менее 300°С, при этом компоненты связующего перед смешиванием с твердым топливом перемешивают или нагревают до 60-80°С или перемешивают с подогревом до 60-80°С. Кроме того, твердое топливо предварительно может быть смешано с половиной нефтешлама или отработанного машинного масла и затем добавлена остальная часть связующих.
Недостатком известного способа является многокомпонентный состав и необходимость нагревания композиционной массы перед брикетированием, что значительно увеличивает энергоемкость процесса и, как следствие, себестоимость продукции. Также недостатком этого способа является то, что получаемый продукт обладает невысокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
В основу изобретения положена задача снижения энергоемкости процесса получения твердого топлива, уменьшения количества используемых компонентов связующего и в то же время повышения его физико-механических и эксплуатационных свойств, способствования утилизации бытовых и промышленных отходов деревопереработки и других органических отходов растительного происхождения.
Техническим результатом изобретения является снижение энергоемкости процесса производства на 15-20% за счет отсутствия необходимости нагревать связующее, увеличение плотности, прочности и снижение крошимости и, как следствие, улучшение товарного вида брикетов, повышение атмосферостойкости и срока хранения готового изделия за счет снижения гигроскопичности и повышения влагостойкости.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе получения топливного брикета, включающем перемешивание сырьевой смеси из твердых топлив и связующего - лигносульфоната, брикетирование и сушку брикетов, согласно изобретению в качестве связующего используют лигносульфонат в виде водного раствора 35-75% концентрации из расчета 3-35% на сухое вещество твердого топлива, смесь перед брикетированием сушат до влажности 5-23%, а затем прессуют при удельном давлении 0,5-35 МПа.
При этом в качестве твердых топлив используют отходы деревопереработки или другие органические материалы растительного происхождения, торф, а также их смесь.
Концентрация водного раствора лигносульфоната 35-75% обусловлена тем, что при указанном диапазоне обеспечивается низкая вязкость раствора и равномерное распределение его по объему смеси, при большей концентрации раствор имеет высокую вязкость и не распределяется равномерно по объему смеси, образуя сгустки, а при меньшей в смесь вводится избыточное количество влаги, что увеличивает затраты на сушку.
Количество лигносульфоната 3-35% на сухое вещество твердого топлива обусловлено тем, что при этих значениях обеспечивается достаточное количество лигносульфоната на поверхности частиц смеси для их прочного склеивания, при меньшем количестве лигносульфоната его недостаточно для равномерного распределения по поверхности частиц, что приводит к снижению прочности брикетов, при большей концентрации избыточное количество лигносульфоната на поверхности частиц смеси приводит к увеличению хрупкости брикетов за счет увеличения ее когезионной составляющей и снижению прочности брикета в целом, а также склеиванию прессуемого материала и матрицы, что ухудшает технологичность процесса.
Предварительная сушка сырьевой смеси до влажности 5-23% перед брикетированием обеспечивает ее прессуемость, отсутствие упругого расширения брикетов после снятия нагрузки, приводящего к снижению прочности брикета, и неприлипание брикетов к матрице.
Технологический процесс производства твердого топливного брикета начинается с приготовления смеси связующего и твердого топлива (или их композиции), затем смесь сушат до влажности 5-23%, а после прессуют при давлении 0,5-35 МПа.
Первичность приготовления смеси связующего и твердого топлива обусловлена тем, что в этом случае обеспечивается равномерное распределение связующего по объему смеси при его минимальном расходе.
Интервал влажности 5-23%, до которого сушат топливную смесь, определяется тем, что в этом случае обеспечивается прессуемость смеси, т.к. при меньшей влажности смесь не прессуется, а при большей - происходит упругое расширение образцов после снятия нагрузки и недопустимое снижение их прочности, приводящее к разрушению.
Давление прессования 0,5-35 МПа достаточно для получения брикетов высоких физико-механических и эксплуатационных свойств. Увеличение давления приводит к увеличению энергоемкости процесса прессования. При нижнем пределе давления прессования наблюдаются приемлемые физико-механические и эксплуатационные свойства брикета, а снижение давление приводит к уменьшению плотности и прочности топливного брикета.
Таким образом, содержание водного раствора лигносульфоната 35-75% в количестве 3-35% на сухое вещество твердого топлива, первичность процесса приготовления смеси связующего и твердого топлива, ее сушка до влажности 5-23% и прессование при давлении 0,5-35 МПа способствует получению высококачественного, недорогого брикетированного твердого топлива с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
Процесс производства брикетированного твердого топлива выглядит следующим образом. Приготавливают водный раствор лигносульфоната 35-75% концентрации, его вводят в размельченное твердое топливо из расчета 3-35% на сухое вещество, затем перемешивают, сушат до влажности 5-23%, прессуют на штемпельном прессе при удельном давлении 0,5-35 МПа.
Пример 1. Приготавливают 2,14 г 35% водного раствора лигносульфоната, смешивают его с 50 г опилок, после перемешивания смесь высушивают до влажности 23% и прессуют при удельном давлении 35 МПа. После извлечения из матрицы прочность образца на сжатие составляет 2,1 МПа. Результаты других испытаний представлены в таблице.
Пример 2. Приготавливают 19,8 г 75% водного раствора лигносульфоната, смешивают его с 40 г костры льна, после перемешивания смесь высушивают до влажности 5% и прессуют при удельном давлении 0,5 МПа. После извлечения из матрицы прочность образца на сжатие составляет 1,7 МПа. Результаты других испытаний представлены в таблице 1.
Пример 3. Приготавливают 3,86 г 35% водного раствора лигносульфоната (ЛСТ), смешивают его с 25 г опилок и 25 г фрезерного торфа, после перемешивания смесь высушивают до влажности 15% и прессуют при удельном давлении 20 МПа. После извлечения из матрицы прочность образца на сжатие составляет 1,9 МПа. Результаты других испытаний представлены в таблице 1.
Приведенные выше примеры не ограничивают область применения способа, возможны и другие варианты его осуществления в пределах формулы изобретения.
| Таблица 1 | ||||||||||||
| Основные физико-механические характеристики готовой продукции. | ||||||||||||
| Топливо | Масса топлива, г | Кол-во ЛСТ, % по с.в. | Концентрация р-ра ЛСТ,% | Масса ЛСТ, г | Влажность, % | Давление прессования, МПа | Прочность, МПа | Крошимость, % | Плотность, кг/м3 | Гигроскопичность, % | Влагостойкость, мин | Срок хранения, мес |
| Опилки | 50 | 3 | 35 | 2,14 | 23 | 35 | 2,1 | 5 | 940 | 2 | 10 | 24 |
| Костра льна | 50 | 35 | 75 | 19,8 | 5 | 0,5 | 1,7 | 7 | 800 | 1 | 15 | 24 |
| Солома | 50 | 3 | 35 | 3,86 | 5 | 35 | 1,8 | 4 | 850 | 1 | 15 | 24 |
| Торф | 50 | 35 | 75 | 11,7 | 23 | 0,5 | 1,7 | 8 | 980 | 3 | 20 | 24 |
| Торф + опилки | 50 | 3 | 35 | 2,14 | 15 | 20 | 1,9 | 6 | 1050 | 3 | 10 | 24 |
| Прототип (опилки) | 30 | 1,5 | 11 | 640 | 5 | 7 | 16 |
Изобретение позволяет утилизировать широкомасштабные отходы деревопереработки и растительные отходы сельхозпроизводства и использовать получаемые брикеты в качестве коммунально-бытового топлива, кроме того, за счет снижения энергозатрат на 15-20% при его производстве снижается стоимость получаемой энергии.
Способ получения топливного брикета, включающий перемешивание сырьевой смеси из твердых топлив и связующего - лигносульфоната, брикетирование и сушку брикетов, отличающийся тем, что в качестве связующего используют лигносульфонат в виде водного раствора 35-75% концентрации из расчета 3-35% на сухое вещество твердого топлива, смесь перед брикетированием сушат до влажности 5-23%, а затем прессуют при удельном давлении 0,5-35 МПа.
