Паливна композиція

1. Паливна композиція, що містить суміш нафтопродуктів і води чи водного середовища у ви 3 ним мулом установок біологічної очистки нагрівають до 80-90°С, додають попередньо нагрітий до 100-160°С нафтовий мазут чи гудрон, перемішують суміш при значенні відцентрового критерію Рейнольда не менш 100 продовж 15-35 хвилин. Однак, отримана емульсія-суспензія не має достатньої стабільності. Таким чином, негативний вплив ОСВ на навколишнє середовище приводить до забруднення водяних об'єктів; до порушення гідрологічного режиму поверхневих вод, гідродинамічного і гідрохімічного режимів підземних вод; вилученню з землекористування і порушенню земель, у тому числі сільськогосподарського призначення. Розробка альтернативних, безпечних в екологічному і санітарно-гігієнічному відношеннях, процесів (способів) утилізації осадів як паливо дуже актуальна. Відома паливна суміш, яка має органічне з'єднання у вигляді паливного мазуту [Деклараційний патент України №36906 А, МПК6 C10L1/14, опубл. 16.04.2001, бюл. №3, 2001p.], а також цукрової меляси при такому співвідношенні компонентів, мас.%: паливний мазут 50-97 цукрова меляса 3-50. Паливну суміш готують наступним чином. Підігрітий мазут марки 40 у кількості 50кг, заливають у ємність, а також загружають 50кг підігрітої цукрової меляси, яка має склад 80% сухих речовин і 20% води, та гомогенізують. Відома паливна суміш дозволяє використовувати відходи цукрових заводів, переважно у котлах невеликої потужності, які є частиною цукрових заводів, що збільшує економічність виробництва. Проте, суттєвим недоліком відомого палива є необхідність підігрівання компонентів суміші перед приготуванням, що потребує додаткових енергетичних затрат. Крім того, одержуване рідке паливо нестабільне, що призводить до швидкого розшарування системи "мазут - меляса" чи до приготування суміші безпосередньо перед використанням. Відоме рідке безсірчисте органічне паливо упарений до концентрації 65-80мас.% гідролізат з відходів, які утворюються після очищення господарсько-побутових і промислових стічних вод, таких як осад первинних відстійників і надлишковий активний мул [Патент Российской Федерации №2115697 С1, МКИ 6 C10L1/00, C02F11/14, дата публикации 1998.07.20]. Осад первинних відстійників має наступні характеристики: вологість осаду 65%; щільність осаду 1,1т/м3; зольність осаду 10-35%, теплотворна здатність 3500-4500кКал/кг у розрахунку на абсолютно суху масу; вміст органічних речовин 4080%; вміст загального азоту 1,5-2,4% у розрахунку на суху речовину; вміст металів: Μn і V 10400мг/кг, Рb і Hg 10-20мг/кг, Сu 200-1000мг/кг у розрахунку на суху речовину; вміст сірководню 10мг/кг, фосфатів - 300-1000мг/кг і сульфатів - 100970мг/кг у розрахунку на суху речовину. Надлишковий активний мул являє собою аморфний пастоподібний осад вологістю 99,099,9мас.% і складається з біоорганічної частини (скупчення бактерій, грибів і органічні сполуки, що 76911 4 не піддалися розпаду), що складає не менш 83мас.% на сухий залишок, і шламу, що являє собою волокна і різні тверді частки. Відоме паливо одержане в процесі обробки ущільненої суміші осаду первинних відстійників і надлишкового активного мулу, в масовому співвідношенні рівному 1:3, відповідно, кислим чи лужним реагентом. Отриману суміш обробляють коагулянтом, в якості якого звичайно використовують будь-які відомі в даній галузі реагенти, зокрема вапно чи високомолекулярні сполуки. Далі зневоднений до концентрації 10-30мас.% осад піддають кислому чи лужному гідролізу. Як реагенти кислого гідролізу звичайно використовують мінеральні кислоти (наприклад, сірчану чи сірчисту кислоту) чи сульфіт натрію. Лужний гідроліз можна проводити, наприклад, обробкою гідроксидом натрію. Обробка ущільненої суміші осаду первинних відстійників і надлишкового активного мулу кислим чи лужним реагентом супроводжується гідролізом біоорганічної частини мулу з утворенням амінокислот чи їхніх натрієвих солей (68-76мас.% від сумарної кількості органічних речовин гідролізату), серед яких основний вміст приходиться на валін, лейцин, норлейцин, лізин, метіонін і фенілаланін, натрієвих солей карбонових кислот, таких як оцтова, пропіонова, н- і ізомасляна і н- і ізовалеріанова (10-14мас.%), а також фенольних похідних (близько 3мас.%) і ефіророзчинних нейтральних речовин (5-10мас.%). Попередня обробка суміші відходів після очищення стічних вод шляхом їхнього ущільнення, коагулювання і наступного зневоднювання до концентрації 10-30мас.% забезпечують максимальну ефективність гідролізу, що приводить до практично повного розчинення біоорганічної частини мулу. При цьому осад (великі волокна, що не розчинилися, і тверді частки, що присутні у невеликій кількості в надлишковому активному мулі) відокремлюють від гідролізату шляхом відстоювання. Отриманий гідролізат упарюють до концентрації 65-80мас.% і використовують як рідке безсірчисте органічне паливо. В варіанті одержання відомого палива осад, що не розчинився при гідролізі, змішують з упареним гідролізатом і одержують паливо з підвищеною теплотворною здатністю. Крім того, це дозволяє практично цілком утилізувати осад первинних відстійників і надлишковий активний мул після біологічного очищення стоків. Відоме рідке безсірчисте органічне паливо має високу теплотворну здатність, при його спалюванні утворюється мінімальна кількість діоксинів. Використання палива дозволяє утилізувати осад первинних відстійників і надлишковий активний мул після біологічного очищення стоків. Проте істотними недоліками відомого органічного палива є складність процесу виготовляння та значні капітальні витрати на спеціальне устаткування. Недоліки перерахованих вище паливних композицій полягають у значних капітальних і експлуатаційних витратах на спеціальне устаткування, у необхідності додаткової витрати енергії для виготовляння палива, а також у вторинному забрудненні навколишнього середовища відходами після 5 спалювання палива у виді золи, яка не утилізується і димових газів, що містять токсичні речовини. Найбільш близькою за технічною сутністю і досягнутим результатом щодо запропонованого винаходу є паливна композиція [Патент Российской Федерации №2205864 С1, МКИ 6 C10L1/32, дата подачи заявки 2002.01.31, дата публикации 2003.06.10], яку отримують шляхом змішування залишків термічного крекінгу суміші важкого нафтового залишку (вуглеводневе паливо) з органомінеральною добавкою з водою чи водним середовищем з наступним їх диспергуванням. Як водне середовище можуть бути використані як вода високої якості, так і стічні води промислових підприємств, що відводяться, побутові стічні води, реакційні води технологічних процесів термічної переробки нафтових залишків, відпрацьовані мастильно-охолоджувальні рідини. Залишки термічного крекінгу можна змішувати з відпрацьованими мастилами. Змішування компонентів композиції здійснюють в дезинтеграторі шляхом механохімічної обробки суміші з отриманням емульсії типу вода в маслі з розміром частинок водної фази не більш 3мкм. Відома паливна композиція містить попередньо підігріту до 70-90°С суміш важкого нафтового залишку (вуглеводневе паливо) з подрібненою органо-мінеральною добавкою і воду чи водне середовище, при такому співвідношенні компонентів, мас.%: суміш важкого нафтового залишку з подрібненою органо-мінеральною добавкою 80-70 воду чи водне середовище 20-30. В якості органо-мінеральної добавки можуть бути використані горючі сланці, сапроміксити, рабдописити чи інші речовини, що містять карбонат кальцію. Наприклад, паливна композиція містить таку суміш вуглеводневого палива, як 35мас.% важкого залишку процесу термічного крекінгу суміші нафтового залишку з подрібненим горючим сланцем і 40мас.% відпрацьованого моторного мастила, та 25мас.% відпрацьованої мастильноохолоджувальні рідини. Відома емульгована паливна композиція, що обрана за прототип, згоряє значно швидше безводної, дозволяє нейтралізувати шкідливий вплив сполучень, які містять сірку, без додаткових добавок й утилізувати відходи різних виробництв, що позитивно відбивається на екології навколишнього середовища. Проте, композиція не вирішує проблеми обробки й утилізації великих обсягів осадів, що утворяться на ОСК, і, крім того, отримана емульсія має невеликий термін зберігання, вона стабільна протягом 30 діб. В основу винаходу, що заявляється, поставлена задача створення такої паливної композиції, в якій введення додаткових компонентів та нових співвідношень відомих компонентів, дозволило би виготовити альтернативний вид рідкого палива з малою собівартістю та тривалим терміном зберігання і, при цьому, забезпечити екологічно безпечну утилізацію великих обсягів мулових осадів відходів процесу очищення господарсько 76911 6 побутових і промислових стічних вод на очисних спорудах каналізації міст і населених пунктів - при мінімальних капіталовкладеннях. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що відома паливна композиція, що містить суміш вуглеводневого палива і води чи водного середовища у вигляді господарсько-побутових і промислових стічних вод, згідно винаходу, додатково містить муловий осад, утворений після очищення промислових і господарсько-побутових стічних вод, при такому співвідношенні компонентів, мас.%: суміш нафтопродуктів 25,00-65,00 муловий осад, утворений після очищення промислових і господарсько-побутових стічних вод 25,99-75,00 вода чи водне середовище решта. Доцільно, щоби паливна композиція містила емульгатор у кількості 0,05-5,00мас.%. Винахід, що заявляється, дозволяє створити високоекономічне рідке органічне паливо, що відповідає екологічним нормам на зміст токсичних речовин у відходах після його спалювання і має високі теплофізичні характеристики. Причиннонаслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак та технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Введення мулового осаду, утвореного після очищення промислових і господарсько-побутових стічних вод, до запропонованої паливної рідкої композиції дозволяє забезпечити захист від забруднення відходами навколишнього середовища, збільшує економічність виробництва палива за рахунок використання вторинної сировини та безвідходного виробництва і, тим самим, знижує собівартість отриманої при спалюванні композиції енергії. Введення емульгатору до запропонованої паливної композиції дозволяє підвищити стабільність і якість рідкого палива, а також підвищити терміни зберігання та використання композиційної суміші. Зменшення кількісного складу та зміна співвідношення суміші вуглеводневого палива і води чи водного середовища у вигляді господарськопобутових і промислових стічних вод знижує собівартість отриманої паливної композиції. Запропонований винахід дозволяє цілком вирішити проблему утилізації відходів системи очищення промислових і побутових стічних вод. Паливну композицію готують наступним чином. Компоненти паливної композиції (суміш нафтопродуктів і муловий осад, утворений після очищення промислових і господарсько-побутових стічних вод) подають до спеціального бункеру дозатору, де вони в заданій пропорції змішуються, в варіанті виконання, разом з емульгатором. Далі суміш подається у гідровихровий емульгатор. В емульгаторі, в процесі обробки цієї суміші, під дією кавітації відбувається переструктурування компонентів паливної композиції на молекулярному рівні з участю радикалів води, що міститься в муловому осаді чи добавленої в суміш в якості компонента паливної композиції при використанні, в варіанті 7 приготування композиції, мулового осаду з пониженою вологістю. Управління та контроль за приготуванням паливної композиції здійснюється автоматичною системою, яка забезпечує отримання палива зі стабільними параметрами, близькими до параметрів пічного, котельного чи дизельного палива, в залежності від регламенту приготування паливної композиції. В результаті отримана паливна композиція має збагачений енергетичний ресурс і покращенні екологічні властивості процесу її спалювання в порівнянні з традиційними видами палива, наприклад, пічне (котельне) паливо чи мазут М-100 зниження сажкових часток у 7-10 разів, по окислам азоту - на 30%, по окислам вуглецю (CO) - вигоряння складає до 99,5%. Окрім того, отримана паливна композиція забезпечує вирішення проблем утилізації мулового осаду очисних споруд екологічно безпечним і економічно вигідним процесом. Вивільнюються земельні ресурси, що відведені під мулові поля водоочисних споруд. Знижуються на 45-50% витрати традиційного палива на тепло- та електрогенеруючих підприємствах. Збільшується у 2-3 рази технічний ресурс котлових агрегатів, що працюють на рідкому паливі. Паливна композиція може бути використана як рідке паливо для котелень, теплоцентралей і теплоелектростанцій. Собівартість такої паливної композиції у 1,5-2 рази нижче вартості традиційних видів рідкого палива для котелень, теплоцентралей і теплоелектростанцій при однакових теплотворних показниках. Винахід ілюструється прикладом застосування паливної композиції. Приклад 1. Компоненти паливної композиції, суміш нафтопродуктів у кількості 45,0мас.% мазуту Μ 100 і 5,0мас.% відпрацьованого моторного мастила, а також 50,0мас.% мулового осаду, утвореного після очищення промислових і господарськопобутових стічних вод, з вологістю 80%, подають до спеціального бункеру - дозатору, де вони змішуються. Далі суміш подається у гідровихровий емульгатор. В емульгаторі, в процесі обробки цієї суміші, під дією кавітації відбувається переструктурування компонентів паливної композиції на молекулярному рівні з участю радикалів води, що міститься в муловому осаді. Наявність зв'язаної води в композиції сприяє більш високій повноті згоряння вуглеводнів при меншій кількості повітря. Управління та контроль за приготуванням паливної композиції здійснюється автоматичною системою, яка забезпечує отримання палива зі стабільними параметрами, близькими до параметрів котельного рідкого палива. Вогневі випробування отриманої паливної композиції проведені на промисловому котлі. Теплота згоряння паливної композиції виявилася рівною 9453кКал/кг, що майже дорівнює теплоті зго 76911 8 ряння мазуту М-100 (для мазуту 9530кКал/кг), це при тому, що масова частка води у паливній композиції складає 20%, а масова частка сірки дорівнює 0,28% (для мазуту не більше 1% та 3,5%, відповідно). При горінні вода в краплинах (до 5мкм) піддається мікро вибуху, в результаті чого відбувається надтонке розпилення вуглеводної фракції паливної композиції. При цьому факел горіння збільшується в об'ємі і більш щільно заповнює топкову камеру. Поверхня випромінювання факела збільшується на 11-12%, доля тепла, що сприймається топкою котла збільшується на 710%, ступінь вигоряння вуглеводнів сягає 99,5%, ККД котла збільшується на 3-4%. Термін зберігання запропонованої паливної композиції складає до одного року. Приклад 2. Компоненти паливної композиції, суміш нафтопродуктів у кількості 45,0мас.% мазуту Μ 100 і 5,0мас.% відпрацьованого моторного мастила, а також 45,0мас.% мулового осаду, утвореного після очищення промислових і господарськопобутових стічних вод, з вологістю 80%, разом з 5,0мас.% емульгатора подають до спеціального бункеру - дозатору, де вони змішуються. Далі суміш подається у гідровихровий емульгатор. В емульгаторі, в процесі обробки цієї суміші, під дією кавітації відбувається переструктурування компонентів паливної композиції на молекулярному рівні з участю радикалів води, що міститься в муловому осаді. Наявність зв'язаної води в композиції сприяє більш високій повноті згоряння вуглеводнів при меншій кількості повітря. Управління та контроль за приготуванням паливної композиції здійснюється автоматичною системою, яка забезпечує отримання палива зі стабільними параметрами, близькими до параметрів котельного рідкого палива. Вогневі випробування отриманої паливної композиції проведені на промисловому котлі. Теплота згоряння паливної композиції виявилася рівною 9453кКал/кг, що майже дорівнює теплоті згоряння мазуту М-100 (для мазуту 9530кКал/кг), це при тому, що масова частка води у паливній композиції складає 20%, а масова частка сірки дорівнює 0,28% (для мазуту не більше 1% та 3,5%, відповідно). При горінні вода в краплинах (до 5мкм) піддається мікро вибуху, в результаті чого відбувається надтонке розпилення вуглеводної фракції паливної композиції. При цьому факел горіння збільшується в об'ємі і більш щільно заповнює топку камеру. Поверхня випромінювання факела збільшується на 11-12%, доля тепла, що сприймається топкою котла збільшується на 7-10%, ступінь вигоряння вуглеводнів сягає 99,5%, ККД котла також збільшується на 3-4%. Введення емульгатору до запропонованої паливної композиції дозволяє підвищити стабільність і якість рідкого палива, а також підвищити терміни зберігання композиційної суміші до 1,5 року. 9 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 76911 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601