Склад для брикетованого палива

Изобретение относится к технологии твердого топлива, в частности к составам для получения брикетов, состоящих в основном из углеродсодержащих материалов минерального происхождения, и может быть использовано в промышленности и быту. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является составляя получения брикетированного (формованного) топлива (угля, кокса, сажи и т.д.), включающий измельченный углеродистый материал и в качестве органического связующего - отходы производства нефтяных масел с содержанием воды 7 - 30% при массовом соотношении углеродистого материала к отходам от 10 : 1 до 1 : 2. Пересчет соотношений углеродистого материала (угля) к отходам производства нефтяных масел, с четом воды, дает следующий состав, мас.%: Уголь 33,3 - 90,9 Отходы производства нефтяных масел 8,5 - 45,2 Вода 0,6 - 21,5 Для оценки качества брикетированного топлива, полученного согласно составу [1], нами был осуществлен следующий опыт. 100г антрацитового штыба Аш ГОФ "Красная звезда" крупностью 0 - 6мм и влажностью 5% смешивают с 22г отходов производства нефтяных масел следующего состава, мас.%: органическая масса 77,20; серная кислота - 1,90; вода 7,20; механические примеси - 13,70 и водой в количестве 9,5г. Указанные ингредиенты перемешивают при температуре 95°C. Получают шихту следующего состава, мас.%: Антрацитовый штыб 76,0 Отходы производства нефтяных масел 15,5 Вода 8,5 Брикеты получали прессованием шихты при температуре 65°C и давлении 175кг/см 2. Получено твердое топливо, обладающее механической прочностью - прочность на сжатие - 73,5кг/см 2; прочность на сбрасывание 70,9%; термоустойчивостью - 1,7кгс; при достижении высокой теплотворной способности (табл.2, пример 23). Как следует из представленных характеристик брикетированного топлива, основным недостатком брикетов, изготовленных из состава [1], является их низкое качество, что выражается в низких значениях механической прочности (на сжатие и сбрасывание) и термоустойчивости. Это приводит к большим потерям при транспортировке брикетов и их использовании, а также к загрязнению окружающей среды. В основу изобретения поставлена задача разработать состав для брикетированного топлива, в котором использование нового органического связующего - нейтрализованных отходов нефтеперерабатывающих производств в сочетании с углеродистым наполнителем обеспечило бы повышение качества топливных брикетов за счет увеличения механической прочности и термоустойчивости. Следует подчеркнуть, что использование в качестве связующего указанных отходов, в частности, т.н. "кислых гудронов", занимающих большие площади, одновременно решит экологическую задачу, т.к. позволит освободить земельные площади для более рационального их использования. Необходимо также отметить, что использование упомянутых ингредиентов одновременно расширит базу для получения высококалорийного топлива на Украине путем использования отходов перерабатывающей и угледобывающей промышленности. Для решения поставленной задачи предложен состав для брикетированного топлива, состоящий из угля, отходов производства нефтяных масел, нейтрализованных кальцийсодержащим реагентом, с зольностью 26 - 28%, и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%: Отходы производства нефтяных масел, нейтрализованные кальцийсодержащим реагентом, с 14,4 - 22,0 зольностью 26 - 28% Уголь 68,5 - 77,1 Вода До 100 Отличительными признаками предложенного состава является использование в качестве органического связующего о тходов процесса производства нефтяных масел, нейтрализованных кальцийсодержащим материалом, с заявляемой зольностью, а также количественное соотношение используемых ингредиентов. Отходы производства нефтяных масел, нейтрализованные кальцийсодержащим материалом (в дальнейшем нейтрализованный продукт) представляют собой продукт, качественные показатели которого представлены в табл.1. Для получения нейтрализованного продукта берут отходы производства нефтяных масел, имеющие следующий количественный и качественный состав, мас.%: органическая масса 77,2 - 90,5; серная кислота - 1,85 - 3,36; механические примеси - 10,0 - 13,75; вода 4,0 7,2. Нейтрализованный продукт получают путем обработки отходов производства нефтяных масел реактивным карбонатом кальция и кальцитом с содержанием CaCO3 не менее 95% или доломитом с содержанием CaCO3 × MgCO3 не менее 85%, Степень помола природных карбонатов - 80 - 100мкм. С целью улучшения условий использования, транспортирования и хранения полученную реакционную массу подвергают сушке с последующим дроблением. Установлено, что присмешении углеродистого наполнителя (антрацитовый штыб, угольный концентрат) с органическим связующим - отходами производства нефтяных масел, нейтрализованными кальцийсодержащим материалом, с зольностью 26 - 28%, в нагретом состоянии, с последующим механическим воздействием - прессованием под давлением происходит физико-химическое взаимодействие компонентов связующего с твердыми частицами наполнителя, что приводит к резкому увеличению сил "сцепления" во всем объеме массы, и, как следствие, к значительному повышению механической прочности и термоустойчивости брикетов, изготовленных из предложенного состава. Таким образом, заявленный состав для брикетированного топлива обеспечивает получение качественного твердого топлива, обладающего высокой механической прочностью: прочностью на сжатие - 116 - 153кгс/см 2 и прочность на сбрасывание - 97 - 98,5%; невысоким водопоглощением 4,0 - 5,9% и повышенной термоустойчивостью 3 - 4,5кгс при достижении высокой теплотворной способности Qнизшая - 5825 - 6132ккал/кг, Qвысшая - 7885 8224ккал/кг. Состав для брикетированного топлива готовят следующим образом. В качестве твердого углеродистого наполнителя используют антрацитовый штыб обогащенный ГОФ "Красная звезда" крупностью 0 - 6мм и угольный концентрат марки "Г" ЦОФ "Луганская" крупностью 0 - 6мм, технический анализ которых представлен в табл.3. Шихту для производства брикетов получают смешением всех ингредиентов: антрацитового штыба с влажностью 4 - 5% или угольного концентрата с влажностью 6 8%, нейтрализованного продукта в виде порошка и воды в заявляемых соотношениях. Смешение осуществляют при температуре 90 - 95°C. Брикетирование полученной шихты осуществляют на вальцовых прессах фабрики "Донецкая": температура прессования - 60 - 80°C; давление прессования - 170 - 180кг/см 2. Изготовленные брикеты подвергают естественному охлаждению. Как следует из характеристики отходов производства нефтяных масел, нейтрализованных кальцийсодержащим материалом, нейтрализованный продукт характеризуется высоким содержанием органических веществ и серы. В связи с этим были проведены физико-химические исследования продуктов горения брикетов, содержащих углеродистый наполнитель и нейтрализованный продукт. Исследования выполнены на газовом хроматографе "Цвет-100" и масс-спектрометре ИХ-1320. Согласно санитарнохимического и санитарно-гигиенического заключениям Республиканского научногигиенического центра Министерства охраны здоровья Украины, полученных авторами, продукты горения брикетов при нормальном давлении и избыточном количестве воздуха представлены смесью органических веществ III и IV классов опасности (вещества "мало" и "умеренно" опасные), содержащей диоксид серы и сероводород. По количественному содержанию в продуктах горения диоксида серы и сероводорода брикеты топливные с добавкой нейтрализованного продукта с точки зрения эколого-гигиенической опасности могут быть приравнены к высокосернистым мазутам, продуктам - широко используемым в топливной энергетике, что подтверждается следующими данными: Пример (по изобретению). Берут 100г антрацитового штыба АШ ГОФ "Красная звезда" крупностью 0 - 6мм и влажностью 5%; 18,2г нейтрализованного продукта отходов производства масел, нейтрализованных кальцитом в виде порошка, и 13,9г воды. Указанные ингредиенты перемешивают при температуре 95°C. Полученная шихта имеет следующий состав, мас.%: Антрацитовый штыб 75,7 Нейтрализованный продукт 14,4 Вода 9,9 Прессование шихты производили на отечественном прессе: температура прессования 60°C, давление прессования 175кг/см 2. Характеристика брикетов представлена в табл.2, пример 1: получено твердое высококалорийное топливо, обладающее высокой механической прочностью - прочность на сжатие 127кг/см 2, прочностью на сбрасывание - 97,5%; высокой термоустойчивостью 3,8кгс при достижении водопоглощения на уровне 4,0%. В табл.2 отражены составы для брикетированного топлива, полученные с использованием различной природы углеродистого наполнителя и содержащие отходы производства нефтемасел, нейтрализованные различной природы кальцийсодержащим материалом, количеством которых находится как в заявляемом диапазоне, так и за его пределами. Установлено, что количественный и качественный состав для брикетированного топлива выбран из условий, обеспечивающих повышенное качество твердого топлива, которое характеризуется высокими показателями теплотворной способности, механической прочности, термоустойчивости и водопоглощения (табл.2, примеры 1 - 14). Оптимальными с точки зрения достижения технического результата является содержанием в составе для брикетированного топлива нейтрализованного продукта в диапазоне (14,4 22,0) мас.% с зольностью 26 - 28Ad%. Содержание в составе нейтрализованного продукта ниже заявляемого предела не обеспечивает брикетированному топливу высокой механической прочности: прочность на сжатие достигает всего лишь 78,5кг/см 2, прочность на сбрасывание - 83,3% (табл.2, пример 16). Верхний предел содержания нейтрализованного продукта в заявляемом составе ограничен тем, что дальнейшее увеличение практически, не способствует повышению качества брикетированного топлива (табл.2, пример 15) при этом количество серы в топливе возрастает до такого содержания, при котором в продуктах горения брикетов образуется количество диоксида серы (6,9%), превышающее таковое в продуктах горения мазута высокосернистого (6,0%), что не соответствует санитарным требованиям по содержанию диоксида серы в топочных газах, выбрасываемых в атмосферу. Заявляемая зольность нейтрализованного продукта, равная 26 - 28%, обеспечивается условиями нейтрализации отходов производства нефтяных масел. Зольность нейтрализованного продукта, равная, например, 22%, является характеристикой продукта, в котором кальцийсодержащего реагента недостаточно для нейтрализации отходов. Это отрицательно сказывается на таких характеристиках брикетов, как механическая прочность и термоустойчивость (табл.2, пример 22). Зольность нейтрализованного продукта выше 28%, например 32%, достигается при избыточном количестве кальцийсодержащего реагента, что придает брикетам низкую термоустойчивость и механическую прочность (табл.2, пример 21). Оптимальными значениями содержания углеродистого наполнителя в составе, обеспечивающими высокое качество брикетированного топлива в заявляемом диапазоне содержания нейтрализованного продукта, являются 68,5 - 77,1мас.%. Запредельное снижение содержания углеродистого наполнителя, например антрацитового штыба, возможное при запредельном повышении содержания нейтрализованного продукта, приводит к получению брикетированного топлива, характеризующегося высоким водопоглощением низкими значениями термоустойчивости и теплотворной способности, несмотря на высокую механическую прочность (табл.2, пример 17). При запредельном повышении содержания антрацитового штыба, возможном при запредельном снижении содержания нейтрализованного продукта, происходит резкое снижение механической прочности брикетов (на сжатие и сбрасывание), однако при этом брикеты имеют низкое водопоглощение и высокую термоустойчивость (табл.2, пример 18). Существенным моментом является содержание воды в составе для брикетированного топлива. Как избыток воды в составе (пример 19), так и ее недостаточное количество (пример 20) приводит к резкому уменьшению механической прочности (на сжатие и на сбрасывание) и термоустойчивости брикетов. Кроме того, при запредельном снижении содержания воды значительно повышается водопоглощение топливных брикетов. Нами экспериментально установлена оптимальная величина влажности углеродистого наполнителя, обеспечивающая получение брикетов с высокой механической прочностью: для антрацитового штыба - 4 - 5мас.%; для угольного концентрата 6 8мас.%. Использование углеродистого наполнителя с влажностью, величина которой находится за указанными диапазонами, приводит к резкому уменьшению механической прочности топливных брикетов. Преимущества предложенного состава для брикетированного топлива по сравнению с известными подтверждаются данными, представленными в табл.2. Как следует из сопоставительного анализа характеристик брикетированного топлива, предложенный состав превосходит известный состав для брикетированного топлива [1, прототип], что выражается повышением качества брикетов из предложенного состава путем увеличения механической прочности на сжатие с 73,5кг/см 2 до 116 - 153кг/см 2, т.е. в 1,6 - 2,0 раза; механической прочности на сбрасывание с 70,9% до 97 - 98,7%, т.е. в ~1,4 раза; повышения термоустойчивости с 1,7кгс до 3,0 - 4,5кгс, т.е. в 1,7 - 2,7 раза; при этом водопоглощение и теплотворная способность находятся на уровне топлива из известного состава. Следует отметить, что характеристики качества брикетного топлива, полученного согласно техническому решению, определяющего технические параметры уровня техники, несколько выше характеристик брикетов прототипа [1]. Однако, качество брикетов, полученных из предложенного состава, значительно превышает этот уровень; механическая прочность на сжатие увеличивается в 1,8 - 2 раза; термоустойчивость повышается в 1,4 - 1,9 раза; при достижении высокой теплотворной способности брикетов, соответствующей уровню сортового антрацита. Достоинством предложенного состава является небольшая дымность брикетов при сжигании, о чем свидетельствует низкий выход летучи х веществ. При этом следует отметить, что использование топливных брикетов из предложенного состава вносит большой вклад в решение задачи защиты окружающей среды.