Связующая композиция для изготовления топливных брикетов
Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к получению связующего для брикетирования бурых углей. Композиция на основе гудрона, используемая для брикетирования мелких фракций бурого угля, отличается тем, что она содержит механоактивированный сапропель. Технический результат - получение брикетов с высокими значениями технических характеристик. 3 табл.
Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для брикетирования мелкодисперсных фракций бурого угля с использованием в качестве связующего гудрона, модифицированного активированным озерным сапропелем.
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 озерного сапропеля.
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°С, 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 озерного сапропеля.
Сапропели - донные отложения озер, сложные органоминеральные комплексы веществ, формирующиеся в результате биологических, микробиологических и механических процессов из остатков растительных и животных организмов и привносимых в водоемы органических и минеральных примесей [3]. Предпосылкой использования дисперсного органоминерального материала в качестве модифицирующей добавки при наполнении связующего вещества, помимо обширной сырьевой базы и дешевизны, явились его уникальные свойства, вызванные его повышенной геометрической удельной поверхностью, высокой сорбционной способностью масел гудрона и каталитической способностью [4, 5].
Сапропель перед смешением с нефтяным связующим 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.
Изучение текстурных характеристик сапропелей показывает, что активированный сапропель 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 сапропелем (табл.2).
| Таблица 2 | ||
| Текстурные характеристики сапропелей | ||
| Показатели | Неактивированный сапропель | Активированный сапропель |
| Удельный объем пор, см3/г | 0,002 | 0,012 |
| Удельная геометрическая поверхность, м2/г | 1,257 | 7,256 |
Исследования дисперсности наполнителей показывают, что если размер индивидуальных частиц сапропелей до активации составляет >180 мкм, то после обработки в планетарной мельнице он снижается на два порядка.
Таким образом, исследования показали, что механоактивация приводит к усилению адсорбционных свойств и увеличению дисперсности сапропелей.
Состав для брикетированного топлива готовят следующим образом.
Высушенную при 110°С и фракционированную угольную мелочь (размер частиц 0-2,5 мм) и модифицированный механоактивированным сапропелем гудрон смешивают в заявляемых отношениях при температуре 90°С. Затем полученную смесь прессуют при давлении 150 МПа, готовый брикет подвергают термообработке при 230°С в течение 180 мин. Исследуемые образцы - таблетки диаметром 25,0 мм и высотой 10,0 мм испытывали 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.3 представлены технические характеристики буроугольных брикетов известных составов №1, 2 [6], предлагаемого состава №4 и прототипа №3.
Как следует из сопоставительного анализа технических характеристик брикетированного топлива, прочность при сжатии брикетов предложенного состава выше более чем в два раза, зольность и 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 3 | |||||||||||
| № | 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 сапропель | 25,12 | 14,2 | 48 | 0,42 | 3,59 | 125 | 1,96 | 4,8 | 6824 | 5033 |
| 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.Н.Попов, Л.Я.Морова (прототип).
3. Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Сапропели: состав, свойства, применение. - М.: Рома, 1998. - 124 с.
4. Мярикянов М.И., Степанов Г.Н., Егорова М.С. Сапропели озер Большая Чабыда, Краденое и пути их использования в сельском хозяйстве. - Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1991. - 88 с.
5. Методические указания по использованию сапропелей озер Центральной Якутии в сельском хозяйстве. - Якутск: ЯФ СО РАН, 1985, - 24 с.
6. 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, отличающаяся тем, что она содержит механоактивированный сапропель.
