Активные пеллеты
Изобретение относится к области утилизации древесно-растительных отходов и торфа и может быть использовано при производстве экологически чистых биотоплив в виде активных брикетов и гранул (пеллет) для промышленных и коммунально-бытовых нужд. Твердое биотопливо на основе древесно-растительных компонентов и/или торфа дополнительно содержит катализатор горения при следующем соотношении компонентов, мас.%:
В качестве древесно-растительных компонентов оно содержит древесные опилки, щепу, кору, солому, полову, шелуху семян, жмых, стебли и листья растений, бумажные отходы, а в качестве катализатора горения - неорганические производные металлов I-II и VI-VIII групп Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области утилизации древесно-растительных отходов и торфа и может быть использовано при производстве экологически чистых биотоплив в виде активных брикетов и гранул (пеллет) для промышленных и коммунально-бытовых нужд.
Гранулы (пеллеты) - это спрессованные частицы растительного происхождения, имеющие форму цилиндров диаметром до 25 мм.
Брикеты - спрессованные частицы растительного происхождения, имеющие форму цилиндров диаметром более 25 мм (либо имеющие в сечении многоугольник, иногда - с отверстием в центре).
Известен топливный брикет, полученный смешиванием измельченного <42 меш углеродного материала, такого как, например, торф, древесный уголь, растительный материал, лигнит и др., с кислотными шламами с последующим формованием полученной смеси [Пат. США 3592779].
Известен топливный брикет, содержащий высушенную смесь измельченных твердых топлив из группы: древесные опилки, торф, обезвоженный птичий помет, обезвоженный навоз и др. и/или их смесь, а также осадок от очистки сточных вод, и связующее, выбранное из группы: лигносульфонат, меласса, и/или глина, и/или парафин или парафиновый гач[Пат. России 2130047].
Недостатком этих технических решений являются повышенная зольность и кислотность.
Известен состав твердого биотоплива, который включает измельченный уголь, измельченные отходы деревопереработки, углеводородсодержащее связующее и воду [Пат. России 2098461].
К недостаткам данного состава относятся: повышенная зольность биотоплива, трудоемкость приготовления многокомпонентного состава сырья.
Известен состав твердого биотоплива из растительной смеси, включающий 30-60% - древесных отходов и технический гидролизный лигнин - остальное. [Пат. России 2131912].
К недостаткам способа относятся высокие затраты на транспортировку, хранение и переработку технического гидролизного лигнина, используемого в качестве связующего в процессе производства биотоплива, высокий показатель водопоглощения, повышенная зольность и сравнительно низкая теплота сгорания биотоплива.
Известно твердое биотопливо из растительной смеси состава (мас.%): древесные отходы - 99,0÷99,9; дизельное топливо - 0,1÷1 [Пат. России 2402598].
Это техническое решение принято за прототип.
Недостатком прототипа является наличие пожароопасного дизельного топлива, ухудшение экологических характеристик топлива при хранении за счет выделения вредных паров в атмосферу помещений хранения и использования топлива.
Целью данного изобретения является расширение ассортимента используемых твердых биотоплив, более полная утилизация различных древесно-растительных отходов и торфа при получении эффективных активных твердых биотоплив с минимальными затратами, повышение полноты сгорания биотоплива и снижение вредных веществ в отходящих газах при сжигании топлива.
Поставленная цель достигается тем, что активное твердое биотопливо содержит измельченный древесно-растительный компонент и/или торф, и катализатор горения при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Катализатор горения | 0,001-10; |
| Измельченный древесно-растительный компонент и/или торф | до 100. |
1. В качестве катализаторов горения могут быть использованы органические и неорганические производные металлов I-II и VI-VIII групп Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева.
В качестве древесно-растительных компонентов могут быть использованы древесные опилки, щепа, кора, солома, полова, шелуха семян, жмых, стебли и листья растений, бумажные отходы. Измельчение древесно-растительных компонентов и торфа может производиться любым известным способом, например в дезинтеграторе, мельнице и др. Растительные отходы могут смешиваться с торфом в любых необходимых соотношениях.
Способ получения твердого биотоплива заключается в дозировании и перемешивании измельченных используемых компонентов - измельченного растительного компонента и/или торфа, и катализатора горения с последующим их прессованием по стандартной технологии получения топливных пеллет [Древесная топливная гранула в России и СНГ: Справочник.: СПб., 2005. - 124 с.; Занегин Л.А., Воскобойников И.В., Кондратюк В.А., Щелоков В.М. Биомасса древесины и биоэнергетика: монография - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008, т.2. - 456 с.]. Либо введением в высушенную биомассу раствора катализатора с последующим их прессованием по стандартной технологии получения топливных пеллет и брикетов.
Для проверки эффективности активных пеллет, полученных из разного сырья в лаборатории, были изготовлены пеллеты диаметром 6 мм и длиной 12 мм из коры ели, измельченной щепы из березовых пней, жмыха семян подсолнечника, кленовых листьев, пшеничных соломы и половы, шелухи арахиса, торфа и бумажных отходов из офисного уничтожителя бумаги bLSRABBIT.
В качестве катализатора горения во всех лабораторных активных пеллетах использовался ацетилацетонат марганца в концентрации 5%.
Испытания лабораторных активных пеллет проводили по ГОСТ 2408.1-95 с некоторыми изменениями: вместо кислорода использовали воздух, а на выходе из печи газ поступал не в поглотительные склянки, а в лабораторный газовый хроматограф Кристалл 5000 исп.2. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
| Таблица 1. | ||||
| Результаты испытаний лабораторных активных пеллет | ||||
| № п/п | Состав пеллет | Состав отходящих газов, мг/м3 | ||
| СО | NOx | СхНх | ||
| 1 | кора ели | 63 | 83 | 9 |
| 2 | щепа из березовых пней | 57 | 63 | 7 |
| 3 | жмых семян подсолнечника | 48 | 69 | 8 |
| 4 | кленовые листья | 51 | 71 | 6 |
| 5 | пшеничная солома | 53 | 73 | 5 |
| 6 | пшеничная полова | 52 | 68 | 6 |
| 7 | шелуха арахиса | 47 | 62 | 8 |
| 8 | торф | 43 | 103 | 9 |
| 9 | бумажные отходы | 67 | 90 | 11 |
| 10 | опилки деревьев лиственных пород без катализатора | 89 | 141 | 13 |
На производстве пеллет «Тотек» были получены опытные образцы активных пеллет «Тотек» с катализаторами горения. Три образца были получены при введении твердых катализаторов горения - ацетилацетонатов хрома и магния и олеиновокислой меди непосредственно в сухие опилки с нормализованной влажностью. Два других образца были получены при добавлении водных растворов ацетата никеля и перманганата калия к сухим опилкам.
Образцы 7-9, содержащие одновременно органические и неорганические производные металлов в соотношении 1:1 ацетилацетонат магния и перманганат калия, ацетилацетонат хрома и бихромат кальция, ферроцен и нитрат меди, были получены при введении твердых катализаторов горения непосредственно в сухие опилки с нормализованной влажностью.
Ввести катализаторы в виде водных растворов невозможно из-за практически полной нерастворимости органических производных в воде.
Использовать органические растворители нельзя из-за их высокой пожароопасности.
Испытания активных пеллет проводили сжиганием их в твердотопливном стальном пеллетном котле марки FACI 10 в следующей последовательности: пеллеты «Тотек» стандартные, пеллеты «Тотек», модифицированные катализаторами горения, и опять стандартные пеллеты «Тотек». Состав отходящих топливных газов определяли стационарным газоанализатором для непрерывного измерения IMR 7500. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Представленные в таблицах данные подтверждают эффективность предложенного технического решения. Причем эффективно использование как смеси органических и неорганических производных металлов, так и каждого из катализаторов в отдельности. Однако применение смеси катализаторов более эффективно.
| Таблица 2. | |||||||||
| Результаты испытаний активных пеллет «ТОТЕК» с катализаторами горения | |||||||||
| № п/п | Состав пеллет, % | Состав катализатора | Свойства пеллет | Состав отходящих газов, мг/м3 | |||||
| опилки | катализатор | Влажность, % | Плотность, кг/м3 | Теплота сгорания, МДж/кг | СО | NOx | СхНх | ||
| 1 | 100 | - | - | 10,3 | 1,11 | 18,3 | 87 | 134 | 12 |
| 2 | 97,0 | 3,0 | ацетилацетонат магния | 10,2 | 1,12 | 18,3 | 50 | 86 | 7 |
| 3 | 99,0 | 1,0 | ацетилацетонат хрома | 10,3 | 1,12 | 18,5 | 53 | 93 | 8 |
| 4 | 98,8 | 1,2 | олеиновокислая медь | 10,2 | 1,11 | 18,3 | 31 | 77 | 6 |
| 5 | 98,5 | 0,5 | ацетат никеля | 10,4 | 1,12 | 18,4 | 45 | 81 | 7 |
| 6 | 99,95 | 0,05 | перманганат калия | 10,2 | 1,11 | 18,5 | 27 | 63 | 5 |
| 7 | 97,0 | 3,0 | ацетилацетонат магния:перманганат калия 1:1 | 10,2 | 1,11 | 18,5 | 21 | 58 | 4 |
| 8 | 95,0 | 5,0 | ацетилацетонат хрома:бихромат кальция 1:1 | 10,2 | 1,12 | 18,4 | 35 | 64 | 5 |
| 9 | 98,0 | 2,0 | ферроцен: нитрат меди | 10,3 | 1,12 | 18,4 | 29 | 70 | 5 |
| 10 | 100 | - | - | 10,3 | 1,11 | 18,3 | 85 | 131 | 11 |
1. Твердое биотопливо на основе древесно-растительных компонентов и/или торфа, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит катализатор горения при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Катализатор горения | 0,001-10 |
| Измельченный древесно-растительный компонент и/или торф | до 100 |
2. Твердое биотопливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве древесно-растительных компонентов оно содержит древесные опилки, щепу, кору, солому, полову, шелуху семян, жмых, стебли и листья растений, бумажные отходы.
3. Твердое биотопливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве катализатора горения оно содержит органические и неорганические производные металлов I-II и VI-VIII групп Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева.
