Гранулированное топливо для пиролиза

Изобретение относится к составам для получения гранулированного топлива для пиролиза на основе торфа с модифицирующими добавками и может быть использовано в малой энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве. Изобретение направлено на повышение эффективности гранулированного топлива для пиролиза. Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что топливо включает торф как органический наполнитель и алюмосиликатный материал в качестве модифицирующей добавки при следующем соотношении компонентов в мас.%: алюмосиликатный материал 2-30 и торф 70-98. Гранулы могут быть выполнены размером от 5 до 30 мм методом окатывания на грануляторах различных типов. В качестве алюмосиликатного материала можно использовать бетонитовую глину, глинистый мергель, кембрийскую глину, каолиновую глину, синтетический цеолит H-Beta-25 или синтетический цеолит H-MORD. Техническим результатом изобретения является повышение теплоты сгорания топлива, позволяющее его эффективное использование при низкотемпературном пиролизе. 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 10 табл.

 

Изобретение относится к составам для получения гранулированного топлива на основе торфа с модифицирующими добавками и может быть использовано в малой энергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве.

Известно топливо в виде брикета или гранул, содержащее 47,5-52,5% штыба, 28,5-31,5% отсева угля и 19-21% древесных опилок (RU №2268914, МПК С10L 5/12, 2006).

Недостатком такого топлива является ограничение в применении, т.к. оно может быть использовано только для топочных агрегатов, основанных на методе пламенного сжигания, а также ограниченная сырьевая база - отходы угледобычи и отходы деревоперерабатывающих производств.

Известен состав для топлива на основе органического наполнителя, содержащего торф и древесные отходы, модифицирующие добавки, включающие углеводородные шламы, а также отходы кожевенного производства при следующем соотношении компонентов, мас.%: отходы кожевенного производства 20-25, углеводородные шламы 10-30, древесные отходы 0-20, торф - остальное (RU №2280678, кл. C10L 5/44, 27.01.2006).

Недостатком известного состава для топлива также является ограничение в применении - использование в установках, основанных на методе пламенного сжигания, и ограниченная сырьевая база - отходы кожевенного производства, а также токсичные газообразные вещества, образующиеся при сжигании отходов кожевенного производства.

Известно гранулированное топливо из растительных отходов (преимущественно пищевых), спрессованных в комки и гранулы размером 1-50 мм, используемое для пиролиза с целью получения горючих газов (SU 1556543, кл. С10В 53/00, С10F 11/04, 1988 г.)

Недостатком известного топлива является его низкая теплота сгорания.

В основе настоящего изобретения стоит задача по получению топлива, обладающего повышенной эффективностью.

Техническим результатом изобретения является повышение теплоты сгорания топлива, позволяющее его эффективно использовать при низкотемпературном пиролизе.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что гранулированное топливо для пиролиза, включает торф как органический наполнитель и алюмосиликатный материал в качестве модифицирующей добавки при следующем соотношении компонентов в мас.%: алюмосиликатный материал 2-30 и торф 70-98.

При этом гранулированное топливо выполнено в виде гранул размером от 5 до 30 мм, которые получают методом окатывания. А в качестве алюмосиликатного материала используют бентонитовую глину, или глинистый мергель, или кембрийскую глину, или каолиновую глину, или синтетический цеолит H-Beta-25, или синтетический цеолит H-MORD.

Использование в качестве модифицирующей добавки алюмосиликатных материалов, включающих бентонитовую глину, глинистый мергель, кембрийскую глину, каолиновую глину, синтетический цеолит H-Beta-25 или синтетический цеолит H-MORD, позволяют снизить температуру процесса пиролиза и его интенсифицировать, так как эти добавки также выступают и в качестве катализатора за счет наличия в их структуре Брэнстедовских и Льюисовских кислотных центров, а также переходного металла - Fe, который может являться катализатором синтеза Фишера-Тропша, и щелочноземельных - Na и К, за счет которых увеличивается межслоевое пространство минерала. При этом внесение алюмосиликатных минералов меньше 2% не эффективно, а при внесении алюмосиликатов больше 30% - происходит снижение выхода горючего газа. Гранулы размера меньше 5 мм и больше 30 мм изготавливать нецелесообразно в связи с трудностью их использования и ухудшением их физико-механических характеристик.

Данное изобретение иллюстрируется следующими диаграммами, где на фиг.1 - зависимость теплоты сгорания пиролизных газов от вида катализатора при проведении процесса каталитического пиролиза (концентрация катализатора составляла 30% (мас.); на фиг.2 - зависимость теплоты сгорания пиролизных газов от температуры проведения процесса каталитического пиролиза в присутствии бентонитовой глины в концентрации 30%.

Гранулированное топливо для пиролиза получают следующим образом.

Первоначально измельчают торф на дробилке, после чего его смешивают с модифицирующей добавкой, в качестве которой выступают алюмосиликатные материалы (глины, цеолиты, мергель), в количестве от 2 до 30% от общей массы торфа. После перемешивания полученную массу гранулируют на грануляторах различных типов с получением гранул от 5 до 30 мм, которые далее сушат.

Пример 1

В качестве наполнителя использовался верховой пушицево-сфагновый торф степенью разложения 30% как наиболее распространенный в Тверской области. Указанный торф смешивали с бентонитовой глиной таким образом, чтобы концентрация модифицирующей добавки составляла 2% (мас.) от массы навески торфа. Получившуюся массу гранулировали. Навеску гранулированного топлива массой около 2 г подвергали пиролизу в лабораторной установке при температуре 460°С и атмосферном давлении. Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.1.

Пример 2

Эксперимент в примере 2 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали бентонитовую глину в концентрации 10% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.2.

Пример 3

Эксперимент в примере 3 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали каолиновую глину в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.3.

Пример 4

Эксперимент в примере 4 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали глинистый мергель в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представлеными в табл.4.

Пример 5

Эксперимент в примере 5 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали бентонитовую глину в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.5.

Пример 6

Эксперимент в примере 6 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали кембрийскую глину в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.6.

Пример 7

Эксперимент в примере 7 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали синтетический цеолит H-Beta-25 в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.7.

Пример 8

Эксперимент в примере 8 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали синтетический цеолит H-MORD в концентрации 2% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.8.

Пример 9

Эксперимент в примере 9 проводился аналогично опыту в примере 1, однако модифицирующую добавку не использовали. Масса гранулированного топлива (торфа) составляла 2 г. Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.9.

При исследовании влияния температуры на процесс каталитического пиролиза торфа были получены экспериментальные данные, на основании которых можно сделать вывод о том, что оптимальной температурой является 460°С. Именно при этой температуре наблюдалось максимальное значение теплоты сгорания пиролизных газов (фиг.1).

Из представленных выше примеров наибольшее значение теплоты сгорания пиролизной газовой смеси наблюдалось при использовании бентонитовой глины (фиг.2).

Основные физико-механические характеристики органоминеральных топливных гранул на основе торфа представлены в табл.10.

Данное изобретение в настоящее время находится на стадии опытно-лабораторных испытаний.

Таблица 1
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл.	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	216	9,89	1,67	1,35	1,89	11,39
1320	245	13,71	2,53	1,81	2,53	18,49
1920	263	16,89	3,33	2,11	3,00	19,53
2880	275	19,33	3,89	2,26	3,30	20,12
4080	281,5	20,86	4,19	2,32	3,45	19,82

Таблица 2
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл.	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	188	11,22	6,74	1,28	2,56	14,92
1320	228	17,94	8,65	1,80	3,08	18,36
1920	243	21,85	9,35	1,96	3,25	18,43
2880	252	24,63	9,72	2,03	3,34	18,36
4080	258	26,57	9,93	2,06	3,39	18,06

Таблица 3
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл.	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	219	6,15	6,43	0,72	2,69	10,05
1320	268	11,55	9,18	1,41	3,72	16,32
1920	286	14,99	10,26	1,77	4,12	18,73
2880	300	18,13	11,15	2,00	4,42	19,93
4080	308	20,21	11,70	2,10	4,60	19,59

Таблица 4
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл.	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	220	8,73	7,57	1,12	2,98	10,8
1320	261	13,85	10,05	1,80	3,89	17,03
1920	278	17,30	11,17	2,17	4,27	18,09
2880	289	20,14	11,91	2,35	4,51	19,24
4080	295	21,92	12,32	2,42	4,64	19,94

Таблица 5
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл.	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	207	7,63	1,15	1,09	0,63	7,12
1320	255	15,27	3,27	2,19	1,45	25,23
1920	272	20,11	4,77	2,77	1,95	29,26
2880	281,5	23,52	5,67	3,03	2,23	29,84
4080	286,5	25,54	6,13	3,12	2,37	28,58

Таблица 6
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл.	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	208	6,61	5,99	0,85	2,71	10,21
1320	252	11,65	8,34	1,49	3,67	18,19
1920	268	14,70	9,35	1,82	4,04	18,43
2880	279	17,45	10,05	2,00	4,28	18,67
4080	285	19,19	10,43	2,08	4,40	19,15

Таблица 7
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл.	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	720	5,78	3,52	0,74	2,48	10,11
1320	1320	11,99	6,10	1,45	3,70	15,85
1920	1920	16,34	7,53	1,92	4,22	18,04
2880	2880	21,83	8,81	2,37	4,70	18,88
4080	4080	24,42	9,33	2,49	4,88	20,74

Таблица 8
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл.	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	223	12,02	8,24	2,64	7,01	13,96
1320	252	16,19	9,85	3,47	8,16	20,41
1920	265	18,83	10,59	3,86	8,65	20,76
2880	280	22,60	11,39	4,21	9,05	20,48
4080	286,5	24,47	11,71	4,33	9,19	19,69

Таблица 9
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл.	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	161	3,83	0,45	0,27	0,19	4,87
1320	195	6,40	0,98	0,59	0,41	12,10
1920	228,5	10,38	2,09	1,13	0,86	16,42
2880	237	11,66	2,45	1,25	1,01	17,21
4080	243	12,76	2,74	1,32	1,13	18,61

Таблица 10
Показатели	Торф + алюмосиликаты
Плотность сухого вещества гранул, кг/м3	700-900*
Экспериментальные значения максимальной прочности гранул на одноосное сжатие, кПа (равновесное влагосодержание)	4300-6280*
*- значения изменяются в данном интервале в зависимости от вида алюмосиликата, использующегося в качестве модифицирующей добавки, и диаметра получаемых гранул.

1. Гранулированное топливо для пиролиза, включающее торф как органический наполнитель и алюмосиликатный материал в качестве модифицирующей добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюмосиликатный материал	2-30%
торф	70-98

2. Гранулированное топливо по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено в виде гранул, которые получают методом скатывания.

3. Гранулированное топливо по п.2, отличающееся тем, что гранулы выполнены размером от 5 до 30 мм.

4. Гранулированное топливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют бентонитовую глину.

5. Гранулированное топливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют глинистый мергель.

6. Гранулированное топливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют кембрийскую глину.

7. Гранулированное топливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют каолиновую глину.

8. Гранулированное топливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют синтетический цеолит H-Beta-25.

9. Гранулированное топливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют синтетический цеолит H-MORD.