Связующая композиция для брикетирования бурых углей
Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к получению связующего для брикетирования бурых углей. Предлагаемое связующее состоит из гудрона, модифицированного с целью улучшения адгезионной способности системы «уголь-связующее», механоактивированным цеолитом, который позволяет использовать неокисленный нефтяной остаток и получать конечный продукт - брикет с высокими значениями технических характеристик. Техническим результатом является получение топливных брикетов с повышенными значениями прочности при сжатии. 5 табл.
Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для брикетирования мелкодисперсных фракций бурого угля с использованием в качестве связующего гудрона, модифицированного активированным цеолитом.
Известен способ получения топливных брикетов, включающий приготовление смеси измельченного угля с нефтяным асфальтитом (8-10 мас.%), механическую обработку в роторном дезинтеграторе при скорости вращения рабочих органов (16-18)·10-3 мин-1 в течение 3-6 секунд и последующее брикетирование смеси при нагреве. (Патент РФ №2064006 «Способ получения топливных брикетов», Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский) [1].
Недостатком известного способа являются сложность технологии подготовки исходного сырья - обезвоживание угля по методу Флейснера, использование высоких температур при прессовании, низкие значения прочности при сжатии получаемых брикетов.
Наиболее близким к предлагаемому по технологической сущности является способ брикетирования угля, включающий измельчение угля, смешение со связующим, в качестве которого используют модифицированный высушенным озерным сапропелем гудрон, прессование и термообработку (Патент РФ №2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля», Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.Н.Попов, Л.Я.Морова) [2].
Недостатком этого способа является незначительная прочность получаемых брикетов.
Целью изобретения является получение топливных брикетов с повышенными значениями прочности при сжатии.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве связующего предлагается использовать гудрон, модифицированный добавкой механоактивированного цеолита.
Гудрон - тяжелый нефтяной остаток после отгона бензинодизельмасляных дистиллятов, представляющий собой черную смолистую массу. Основные составные части гудрона - масла, не отогнавшиеся при перегонке нефти, нефтяные смолы, твердые асфальтообразные вещества (асфальтены, карбены, карбоиды), смолистые вещества кислотного характера.
Гудрон получен путем отгонки 40% масел от мазута при Т=350-370°С, давлении Р=0,6-0,8 атм, в течение 4-5 часов и имеет следующие свойства и состав (табл.1).
| Таблица 1 | |
| Физико-химические свойства гудрона | |
| Параметры | Значение |
| Плотность при 20°С, кг/м | 941,1 |
| Вязкость условная при 80°, усл. градус | 23,3 |
| Массовая доля смол силикагелевых, % | 18,4 |
| Массовая доля асфальтенов, % | 6,2 |
| Масла, % | 75,44 |
| Массовая доля парафина, % | 0,88 |
| Коксуемость, % мас. | 10,82 |
| Температура вспышки в открытом тигле, °С | 227,5 |
| Температура застывания, °С | 2 |
| Зольность, % | 0,15 |
| Элементный состав, массовая доля | |
| - С | 85,0 |
| - Н | 13,6 |
| - N | 0,5 |
| - Sобщ | 0,74 |
| - О | 0,16 |
Избыточное содержание в гудроне остаточных масел (до 75,44%) отрицательно сказывается на его адгезионных свойствах и снижает значения прочности при сжатии топливных брикетов.
С целью ускорения процессов окисления и улучшения адгезионной способности системы «уголь-связующее» предлагается введение в гудрон в качестве структурно-активной добавки активированного цеолита.
Для исследования использован цеолит месторождения Хонгуруу Республики Саха (Якутия).
Цеолиты - это группа минералов, представляющая собой водные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов с общей формулой Me2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O, где Me - катион щелочного и щелочноземельного металла, а n - его валентность. Они представляют собой пепловые туфы, образованные в результате уплотнения пеплов древних вулканов.
Способность цеолитов после дегидратации сорбировать молекулы различных газов, размеры которых не превышают размеры «входных окон» во внутрикристаллические полости, служит основой применения цеолитов в качестве адсорбентов. Цеолиты называют также молекулярными ситами, поскольку в их кристаллах имеется развитая система пор и каналов молекулярного размера, что обусловливает их уникальные адсорбционные свойства.
В табл.2, 3 представлены химический состав, свойства и элементный анализ цеолитов месторождения Хонгуруу PC (Я) [3].
| Таблица 2 | ||||
| Химический состав и свойства цеолитов | ||||
| Химический состав, % | Плотность, г/см3 | Общая пористость, % | Влажность, % | Величина адсорбции, мг/г |
| SiO2 - 63-68 | ||||
| Al2O3 - 11-13 | ||||
| Na2O - 2-5 | ||||
| CaO - 0,67-1,77 | 0,62-0,72 | 31 | 8 | 12-10-3 |
| TiO2, Fe2O3, FeO, Na2O, K2O - остальное |
| Таблица 3 | |
| Элементный состав цеолитов | |
| Показатель | Цеолит |
| Элементный состав, г/т В |
9,25 |
| Sn | 2,08 |
| Pb | 19,78 |
| Sr | 3379,38 |
| Cr | 10,08 |
| Cu | 35,17 |
| Co | 3,45 |
| Zn | 4,55 |
| Ba | 544,75 |
Цеолиты представлены Na-формой и содержат в своем составе переходные металлы, что согласно литературным данным [4] способствует их активному участию в процессах каталитического окисления. Предполагается, что катионы переходных металлов за счет α-орбиталей координируются с молекулами органического связующего (гудрона) и активируют их в реакциях окисления [4].
Изучение текстурных характеристик цеолитов показывает, что активированный цеолит характеризуется меньшим размером частиц, повышенной удельной геометрической поверхностью, а также увеличенным количеством пор, о чем можно судить по увеличению удельного объема пор, по сравнению с неактивированным цеолитом (табл.4).
| Таблица 4 | ||
| Текстурные характеристики сапропелей | ||
| Показатели | Неактивированный цеолит | Активированный цеолит |
| Удельный объем пор, см3/г | 0,033 | 0,044 |
| Удельная геометрическая поверхность, м2/г | 11,0 | 16,9 |
| Средний размер пор, нм | 4,1 | 3,5 |
Связующее для брикетирования бурого угля готовят следующим образом.
Цеолит перед смешением с гудроном высушивался при 110°С для удаления части остаточной воды и подвергался механической активации на планетарной мельнице АГО-2 с частотой вращения водила 630 об/мин и барабана 1290 об/мин в течение двух минут для диспергирования и повышения адсорбционной способности. Механоактивированный цеолит смешивался с предварительно разогретым до 80°С гудроном в заявляемых отношениях. Брикетирование смеси осуществлялось по известным технологиям.
Исследуемые образцы - таблетки диаметром 25,0 мм и высотой 10,0 мм испытывают на прочность при сжатии, зольность, выход летучих веществ, общее содержание серы на сухое состояние топлива, общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, водопоглощение, высшую теплоту сгорания на сухое беззольное состояние топлива, низшую теплоту сгорания на рабочее состояние топлива.
В табл.5 представлены технические характеристики буроугольных брикетов известных составов №№1, 2 [5], предлагаемого состава №4 и прототипа №3.
Как следует из сопоставительного анализа технических характеристик брикетированного топлива, прочность при сжатии брикетов предложенного состава выше в 1,9 раза, содержание серы ниже в 1,3 раза по сравнению с брикетами известных составов и прототипа. Остальные показатели находятся на уровне показателей известных составов и прототипа.
| Таблица 5 | |||||||||||
| № | Состав | σсж, МПа | Ad, % | Vdaf, % | Sd t, % | Ha, % | Дым-ть, % | W, % | Wa, % | Qdaf s, ккал/кг | Qr i, ккал/кг |
| 1 | Уголь + битум | 11,83 | 15,60 | 46,60 | 0,39 | 3,91 | 113 | 1,86 | 5,20 | 6964 | 5339 |
| 2 | Уголь + гудрон | 6,12 | 16,00 | 45,80 | 0,33 | 3,81 | 108 | 2,10 | 5,67 | 6673 | 4761 |
| 3 | Уголь + гудрон + сапропель (прототип) | 12,13 | 18,40 | 49,00 | 0,53 | 3,56 | 110 | 2,15 | 5,93 | 6840 | 5030 |
| 4 | Уголь + гудрон + активированный цеолит | 22,84 | 22,5 | 50,8 | 0,42 | 3,63 | 107 | 2,18 | 4,3 | 6453 | 4574 |
| σсж - предел прочности при сжатии, МПа; Ad - зольность на сухое состояние топлива, %; Vdaf - выход летучих веществ, %; Sd t - общее содержание серы на сухое состояние топлива, %; На - общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, %; W - водопоглощение, %; Wa - массовая доля влаги на воздушно-сухое состояние топлива, %; Qdaf s - высшая теплота сгорания на сухое беззольное состояние топлива, ккал/кг; Qr i - низшая теплота сгорания на рабочее состояние топлива, ккал/кг |
Источники информации
1. Патент РФ №2064006 «Способ получения топливных брикетов», Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский.
2. Патент РФ №2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля» Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.И.Попов, Л.Я.Морова (прототип).
3. Колодезников К.Е. Типы цеолитового сырья месторождения Хонгуруу / Перспективы применения цеолитовых пород месторождения Хонгуруу. - Якутск, Якутский научный центр СО РАН, 1993.
4. Петрова Л.А., Буренина О.Н. Исследование и разработка связующих материалов для брикетирования бурых углей. Сб. трудов 1 международного форума молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки». - Самара, 2005.
5. Николаева Л.А., Буренина О.Н., Латышев В.Г. Рациональное использование отходов угледобычи Кангаласского угольного разреза PC (Я). - Вестник Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, Т.13, №3, СПб - Чита, 2008, С.14-16.
Композиция на основе гудрона, используемая для брикетирования мелких фракций бурого угля на основе гудрона, отличающаяся тем, что она содержит механоактивированный цеолит.
