Спосіб одержання твердих паливних гранул

1. Спосіб одержання твердих паливних гранул із дрібнозернистого матеріалу на основі вуглецю і зв'язуючого, який є одностадійним процесом і не потребує окремої стадії активного тверднення, за яким згадані матеріал і зв'язуюче змішують при типовій для довкілля температурі у пристрої для огрудкування до утворення твердих гранул, причому зв'язуюче є зв'язуючим на основі силікату натрію або силікату калію, що містить одну або декілька поверхнево-активних речовин і яке забезпечує одержання твердих паливних гранул. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на поверхні гранул утворюють тверду оболонку. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що придатний для одержання гранул змінного розподілу за розмірами. 4. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що дрібнозернистий матеріал і/або зв'язуюче містить(ять) воду. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що зв'язуюче містить воду до його змішування з дрібнозернистим матеріалом. 6. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що дрібнозернистий матеріал загалом має максимальний розмір частинок приблизно 3 мм або менше. 7. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що дрібнозернистим матеріалом є вугільний пил або вугільний дрібняк. 2 (19) 1 3 Даний винахід стосується паливного продукту і способу його виготовлення. Постійною проблемою в процесах видобутку багатьох твердих палив є наявність некорисних "дрібнозернистих" матеріалів. До 10% рядового вугілля на кінцевій стадії видобутку може перетворитися в дрібнозернистий (як правило, менше за 3 мм) або пилоподібний (як правило, менше за 0,1 мм) вугільний дрібняк. Цей вугільний дрібняк часто непридатний для подальшого використання і, навіть у разі відсутності проблем, пов'язаних із розміром зерен, утримує значні кількості води (1030%), що може призводити до його "клейкості", ускладнень і низької продуктивності при маніпулюванні, транспортуванні і спалюванні. Одне із вирішень цієї проблеми полягає в формуванні брикетів. Їх одержують пресуванням дрібняка під дуже високим тиском для фізичного утворення вторинного палива. Однак значні капітальні витрати і експлуатаційні витрати брикетувальних установок, перешкоджають їх застосуванню, за винятком деяких високорозвинених країн. У багатьох регіонах вугільний дрібняк на цей час просто скидається у відвали поблизу вугільних шахт. Іншим рішенням є окускування дрібняка, що містить вугілля, із застосуванням різних способів, в тому числі гранулювання і екструдування. Для цієї мети запропоновані різні зв'язуючі матеріали. Згідно з патентом США 4219519, основним матеріалом зв'язуючого є вапно або аналогічна сполука кальцію. У патенті США № 3,377,146 перелічені різні органічні зв'язуючі, а в патенті США № 4,357,145 запропонований таловий пек. У патенті США № 4,025,596 описаний спосіб гранулювання тонкоподрібнених твердих мінеральних речовин із застосуванням латексу, факультативно з домішкою бентоніту або крохмалів. Однак у всіх цих способах необхідна певна обробка гранул після їх формування, як правило, сушення при підвищеній температурі для одержання кінцевого гранульованого продукту. Таким чином, у всіх цих способах потрібна інша форма термообробки, звичайно одночасно із застосуванням одного або декількох органічних зв'язуючих. Ще більш важливий той факт, що всі ці способи запропоновані більш ніж 20 років тому, і до цього часу немає відомостей про їх реальне застосування або застосування з яким-небудь успіхом. Ще одна проблема пов'язана з масою вологи. При високих рівнях вологості вугілля ефективність його транспортування і спалювання знижується. Напівбітумінозні вугілля, що становлять значну і цінну частину світових вугільних запасів, містять в своїй структурі "хімічно приєднану" вологу (до 2030% вологості). Ця "волога" сильно обмежує застосовність і цінність напівбітумінозних вугіль. Наприклад, разом із кожними трьома тоннами вугілля, що транспортується, доводиться перевозити одну тонну води. Ця волога також відбирає (віднімає) енергію з полум'я при спалюванні вугілля (що витрачається на перетворення води на пару). Спроби видалення води шляхом нагрівання ви 91981 4 явилися безуспішними, оскільки вугілля в процесі сушення розпадається, а також стає схильним до самозагорання. В результаті в міжнародному масштабі на ринки надходять вельми незначні кількості напівбітумінозного вугілля. Іншою галуззю промисловості, де застосовується брикетування, є торфове виробництво. Для одержання придатного подрібнюваного матеріалу з торфу необхідно видаляти значну кількість вологи, часто шляхом двократного або трикратного сушення, а також різати або дробити його, що підвищує загальні витрати на виробництво брикетів. Однією з цілей даного винаходу є створення більш ефективного паливного продукту і способу його виготовлення шляхом зниження необхідних поточних і капітальних витрат. Таким чином, згідно з одним аспектом даного винаходу, пропонується спосіб виробництва гранул твердого палива з дрібнозернистого матеріалу на основі вуглецю і зв'язуючого, який включає такі стадії: змішування згаданого матеріалу і зв'язуючого; і окускування одержаної таким чином суміші шляхом огрудкування з одержанням твердих гранул, причому зв'язуючим є матеріал на силікатній основі, що містить одну або декілька поверхневоактивних речовин, і процес виконується при типовій для довкілля температурі. Застосування зв'язуючого на силікатній основі, що містить одну або декілька поверхнево-активних речовин, уможливлює виготовлення твердих паливних гранул способом за даним винаходом при типовій для довкілля температурі. Одержання твердих паливних гранул при типовій для довкілля температурі не було досягнуте жодним із відомих способів. Паливні гранули є "твердими" в тому значенні, що вони придатні для маніпулювання і можуть зберігатися, складуватися і/або транспортуватися безпосередньо після виготовлення, без необхідності виконання якої-небудь окремої стадії або стадій активного тверднення. Іншими словами, гранули тверднуть без якої-небудь подальшої обробки, зокрема, обробки теплом і/або тиском. У відомих способах потрібне активне тверднення паливних гранул, одержаних шляхом огрудкування або агломерації, із застосуванням тепла і/або тиску (продуття повітря під тиском) до досягнення цими паливними гранулами твердості і придатності до маніпулювання. Таким чином, паливні гранули за даним винаходом можна упаковувати і/або транспортувати безпосередньо після формування. Огрудкування, наприклад, у обертовому барабані, призначене для окускування частинок і зв'язування суміші в гранули, звичайно зі змінним розподілом за розмірами. Відсутня необхідність у застосуванні механічних стискальних зусиль (із супутнім зниженням продуктивності і підвищенням витрат), крім того, спосіб за даним винаходом можна здійснювати при типовій для довкілля температурі. У зв'язку з можливістю здійснення способу 5 при типовій для довкілля температурі, відсутня необхідність в додатковому обладнанні для додаткової активної стадії обробки або в забезпеченні підвищеної температури. При цьому, природно, відпадає необхідність в джерелі енергії, наприклад, в паливі для спалювання з метою забезпечення підвищеної температури, що звичайно є значною економічною складовою в промислових процесах. Зв'язуюче за даним винаходом забезпечує формування і тверднення паливних гранул за даним винаходом шляхом "холодного сплавлення". Тобто гранули можна формувати і отверджувати без необхідності підведення тепла ззовні. Крім того, особливою перевагою даного винаходу є можливість здійснення "одностадійного" процесу, при якому відпадає необхідність якогонебудь попереднього змішування або обробки використовуваних компонентів, а також необхідність в якій-небудь обробці після формування. З точки зору капітальних витрат і економічних перспектив, одностадійний процес зменшує необхідні витрати на спорудження установки, пристосованої для виконання процесу за даним винаходом, а також знижує експлуатаційні витрати за рахунок забезпечення одностадійності процесу, що виконується при типовій для довкілля температурі. Перевагою даного винаходу є також використання неорганічних зв'язуючих, на відміну від органічних матеріалів, використовуваних як зв'язуючі у відомих способах. Використання неорганічних зв'язуючих знижує ступінь складності процесу, а також зменшує необхідність у попередній обробці або змішуванні зв'язуючих матеріалів. Використання неорганічного зв'язуючого на силікатній основі забезпечує дві додаткові переваги. По-перше, такі зв'язуючі не впливають на якість горіння вуглецевмісного матеріалу (оскільки вони не є горючими), на відміну від органічних матеріалів, наприклад, крохмалів (які горять і тому впливають на якість горіння і, отже, на теплотворну здатність формованого матеріалу). Такі зв'язуючі, крім того, не впливають на довкілля (оскільки вони не горять), також на відміну від органічних зв'язуючих. Після формування твердих паливних гранул вони тверднуть з утворенням кінцевої форми паливних гранул. Згідно з даним винаходом таке тверднення може відбуватися при типовій для довкілля температурі, а також без виконання якихнебудь активних і/або окремих стадій тверднення, зокрема, термообробки, використовуваної у відомих способах. Тверді паливні гранули тверднуть з часом без яких-небудь зовнішніх впливів. Таким чином, гранули можна залишити для витримування, наприклад, протягом певного часу, наприклад, 1-10 діб, у відповідному положенні або місці, поки відбувається їх тверднення після огрудкування. Як і у разі бетону, тверднення може продовжуватися протягом певного часу, наприклад, декількох діб, однак даний винахід забезпечує одержання гранул достатньої твердості після огрудкування, так що їх можна зберігати, складувати, транспортувати тощо під час тверднення. Поняття тверднення в значенні, уживаному в даному описі, включає будь-який необхідний про 91981 6 цес висушування сформованих гранул, що доповнює хімічний процес, що відбувається щонайменше на поверхні гранул в процесі їх формування, відповідно до варіанта, якому віддається перевага, з утворенням ствердлої оболонки. Таким чином, даний винахід не передбачає навмисного виконання окремої стадії сушення або висушувального впливу (по відношенню до одного або декількох рідких матеріалів або речовин, наприклад, води, що випарюється з гранул в процесі їх формування і тверднення). Будь-який такий висушувальний вплив після формування гранул розглядається як другорядний або незначний в порівнянні з актом формування і тверднення гранул. Спосіб, що описується відповідно до варіанта, якому віддається перевага, забезпечує одержання гранул, що мають ствердлу зовнішню частину, шар або оболонку. Згідно з варіантом, якому віддається більша перевага, внутрішня частина гранул є сухою і має повністю або в переважаючій мірі тонкоаеровану або тонкопористу структуру, відповідно до варіанта, якому віддається перевага, мікроаеровану або мікропористу структуру. Іншими словами, внаслідок впливу поверхнево-активної речовини, що фіксує силікатне зв'язуюче з поверхнею гранул в процесі їх формування, забезпечується утворення повітряних раковин і пузирів всередині гранули, перевага яких буде розглянута нижче. Згідно з одним із варіантів здійснення даного винаходу, складовою частиною суміші матеріалу зі зв'язуючим є вода, або в формі компонента матеріалу, або компонента зв'язуючого, або така, що додається окремо, або у вигляді комбінації будьяких таких форм. Кількість води, необхідна або бажана для способу за даним винаходом, може залежати від природи дрібнозернистого матеріалу і зв'язуючого. Наприклад, нижче перелічені різні типи добуваного вугілля і типові значення вологовмісту (m/с) безпосередньо після видобутку, теплотворної здатності (h/c) і вмісту вуглецю. m/с h/c (МДж/кг) Бітумінозне вугіл