Рідке суспензійне паливо

Реферат: Рідке суспензійне паливо містить реологічну добавку, воду і подрібнене вугілля із зольністю 27% (в перерахунку на суху речовину). Як реологічну добавку містить метилендинафталінсульфонат натрію і додатково гідроксид натрію та натрійкарбоксиметилцелюлозу. UA 100145 U (12) UA 100145 U UA 100145 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до палива, зокрема до рідкого суспензійного палива на основі малозольного вугілля, і може бути використана для одержання екологічно безпечного рідкого палива, придатного для транспортування по трубопроводу і безпосереднього спалювання в енергогенеруючих установках. Відоме рідке суспензійне паливо [Баранова Н.П., Кузнецов Б.Н. Влияние влажности бурого угля на свойства высококонцентрированных водоугольных суспензий. // Химия Твёрдого Топлива. - 2003. - № 6. - С. 20-26] [1]. Рідке суспензійне паливо [1] містить подрібнене буре вугілля - 51,00 мас. %, гідрооксид натрію (на масу сухого вугілля) - 0,50 мас. %, вода - решта. -1 Одержане паливо характеризується в'язкістю 1,05 Па·с при швидкості зсуву 10 с , та концентрацією твердої фази 51,00 мас. %. Основним недоліком відомого палива [1] є низька концентрація вугілля у паливі. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі за технічною суттю і результатом, що досягається, є склад рідкого суспензійного палива на основі вугілля [Патент Ru № 2144059, МПК C10L1/32 опубл. 04.02.1999 р] [2]. Паливо [2] містить буре вугілля, реологічну добавку і воду при наступному їх масовому співвідношенні, част.: буре вугілля - 1,000, реологічна добавка - лігносульфонат натрію - 0,003, вода - 0,883. Згідно з нашими розрахунками склад рідкого палива представлений в наступному процентному співвідношенні компонентів, мас. %: буре вугілля - 53,00, лігносульфонат натрію 0,16, вода - 46,84. Ефективна в'язкість відомого палива складає 0,75 Па·с при вмісті твердої фази - 53,00 мас. %, седиментаційна стійкість - 5 діб. Як випливає із складу рідкого палива [2], основним його недоліком є недостатня висока концентрація вугілля. Цей недолік є принциповим при одержанні паливних суспензій, які мають бути оптимально наповнені твердою фазою і в'язкість останніх не повинна перевищувати 1,50 Па·с, виходячи із умов трубопровідного транспорту та розпилювання палива через форсунки котлоагрегатів. В основу корисної моделі поставлена задача розробити склад рідкого суспензійного палива, в якому використання збагаченого (малозольного) вугілля в поєднанні із інгредієнтами іншого складу, що дозволить збільшити вміст вугілля до 63,00-67,00 мас. % при в'язкості суспензії 1,001,20 Па·с та седиментаційній стійкості 7 діб. Такі характеристики палива забезпечують використання останнього як рідке паливо, що має високий вміст горючої компоненти та ефективну в'язкість для транспортування на значні відстані по трубопроводах. Поставлена задача вирішується тим, що запропоноване рідке суспензійне паливо, що містить подрібнене вугілля, реологічну добавку і воду, яке, згідно з корисною моделлю, містить вугілля із зольністю 2-7 % (в перерахунку на суху речовину), як реологічну добавку містить метилендинафталінсульфонат натрію (НФ) і додатково - гідроксид натрію (NaOH) та натрійкарбоксиметилцелюлозу (NaКМЦ) при наступному вмісті компонентів, мас. %: подрібнене вугілля із зольністю 2-7 % (в перерахунку на суху речовину) - 63,00-67,00; НФ - 0,90-1,40; NaOH0,10-0,25; NaКМЦ - 0,01-0,02; вода - решта; при цьому використовують марки вугілля марки "Д" або марки "ДГ", або марки "Г". Основними відмінними ознаками запропонованого рідкого суспензійного палива на основі малозольного вугілля є наявність в складі метилендинафталінсульфонату натрію, натрійкарбоксиметилцелюлози, гідроксиду натрію. Завдяки використанню розріджуючої дії НФ та стабілізуючої дії добавок - NaOH та NaКМЦ на малозольне вугілля, досягається підвищення вмісту горючої компоненти (вугілля) та седиментаційної стійкості при достатній в'язкості. Таким чином, сукупність суттєвих ознак рідкого суспензійного палива, що заявляється, є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного корисною моделлю технічного результату - підвищення вмісту горючої компоненти (63,00-67,00 мас. %) та седиментаційної стійкості (7 діб) при ефективній в'язкості (1,00-1,20 Па·с). Такі параметри палива відповідають якості рідкого енергетичного палива, що дозволяє ефективно перекачувати паливо і розпилювати через форсунки енергогенеруючих установок. Рідке суспензійне паливо готують наступним чином. Беруть малозольне вугілля із зольністю 2-7 % марок ("Д" - довгополуменеве, "ДГ" довгополуменеве газове, "Г" - газове) і класу крупності ≤ 250 мкм. Як реологічну добавку використовують метилендинафталінсульфонат натрію - "Диспергатор НФ технический" (технические условия) ГОСТ 6848-79. Як стабілізуючі добавки суспензія містить натрійкарбоксиметилцелюлозу - "Натрійкарбоксиметилцелюлоза 85/500" за ТУУ 24.105761620. 018-2001 та гідроксид натрію "Натрия гидроокись" за ГОСТ 4328-77. 1 UA 100145 U 5 10 15 20 25 В кульковий млин завантажують вказані компоненти і воду та здійснюють помел суміші. Тривалість помелу гідросуспензії визначається залишком на ситі 250 мкм, який не повинен перевищувати 0,1 мас. %. Одержують водовугільну суспензію складу, мас. %: подрібнене вугілля із зольністю 2-7 % (в перерахунку на суху речовину) 63,00-67,00 метилендинафталінсульфонат натрію 0,90-1,40 гідроксид натрію 0,10-0,25 натрійкарбоксиметилцелюлоза 0,01-0,02 вода решта. Основними показниками, що характеризують якість одержаного палива, є седиментаційна стійкість, в'язкість та вміст твердої фази. Седиментаційну стійкість суспензії в статичних умовах визначають за часом появи осаду чи водовідокремлення на величину 2 мм в пробі висотою 250 мм. В'язкість готового продукту визначають на ротаційному віскозиметрі Rheotest-2 за інструкцією до приладу. Концентрацію твердої фази визначають шляхом висушування зразків суспензії в лабораторній шафі при температурі 105 °C, а розрахунки мас. ч. твердої фази ведуть за стандартною методикою (Колокольников B.C. Лабораторные работы по строительным материалам. // С.И., МЛ 970. С. 183) [3]. Приклад виконання за корисною моделлю. Для виготовлення готового продукту - рідкого палива беруть 500 г сухого подрібненого довгополуменевого вугілля марки "ДГ" класу крупності ≤ 250 мм, 7,80 г метилендинафталінсульфонату натрію, 1,12 г гідроксиду натрію, 0,08 г натрійкарбоксиметилцелюлози і 259,19 г води. Компоненти завантажують в кульковий млин 3 об'ємом 1,8 дм . Суміш подрібнюють 45 хвилин сталевими кулями різного діаметра загальною -1 масою 3200 г при швидкості обертання барабана млина 1,2 с , при цьому забезпечується залишок на ситі 250 мкм, який не перевищує 0,1 мас. %. Одержують 768,19 г гідросуспензії такого складу, мас. %: подрібнене вугілля марки "Д" (в перерахунку на суху речовину) 65,00 метилендинафталінсульфонат натрію 1,10 гідроксид натрію 0,15 натрійкарбоксиметилцелюлоза 0,01 вода 33,74. Одержана гідросуспензія має такі характеристики: вміст твердої фази 65,00 мас. %, -1 ефективна в'язкість (при швидкості зсуву 9 с ) - 1,10 Па·с, седиментаційна стійкість - 7 діб (Табл. пр. 2). Аналогічно прикладу виконання за корисною моделлю були одержані водно-вугільні суспензії з використанням малозольного вугілля різних марок, кількісний склад яких та відповідні якісні характеристики представлені в таблиці для заявлюваного діапазону вмісту інгредієнтів, так і при позамежних значеннях (13 прикладів). 30 2 UA 100145 U Таблиця Основні властивості суспензії Склад суспензії, мас. % № п/п Вугілля Вміст комп., Марка мас. % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10 15 20 25 30 62 68 63 67 63 67 14 5 63 65 67 63 67 63 67 53 Стабілізуючі добавки Гідроксид натрію, NaКМЦ NaOH За винаходом 0,90 0,10 0,01 ДГ 1,10 0,15 0,01 1,40 0,25 0,02 0,90 0,10 0,01 Д 0,40 0,25 0,02 0,90 0,10 0,01 Г 1,40 0,25 0,02 Позамежні значення 0,90 0,10 0,01 1,40 0,25 0,02 0,80 0,10 0,01 ДГ 1,50 0,20 0,02 0,90 0,06 0,005 1,40 0,27 0,025 За способом [2] ЛігносульфоБуре нат натрію вугілля 0,16 Реологічна добавка, НФ Вода Еф. в'язкість, Па·с Седим. стійкість, діб 35,99 33,74 31,33 35,99 31,33 35,99 31,33 1,07 1,10 1,20 1,00 1,20 1,10 1,19 7 7 7 7 7 7 7 36,99 30,33 36,09 31,28 36,04 31,31 0,95 1,70 1,52 0,60 0,96 1,61 0,5 8 0,3 1 0,5 1 46,84 0,75 5 Встановлено, що вміст реологічної та стабілізуючих добавок в межах, що заявляються, вибрані із умов, які забезпечують одержання седиментаційностійкого продукту (7 діб в статичних умовах), з величиною в'язкості 1,00-1,20 Па·с, при концентрації твердої фази 63,0067,00 % (Табл., пр. 7). Під час проведення досліджень було встановлено, що позамежне збільшення вмісту вугілля в складі рідкого палива, наприклад до 68,00 % (Табл., пр. 9), призводить до зростання в'язкості системи до 1,70 Па·с, що робить її малотекучою і непридатною для транспортування трубопроводом. Інше явище спостерігається при позамежному зменшенні вмісту вугілля в складі суспензії, наприклад до 62,00 % (Табл., пр. 8). При цьому система має понижену в'язкість (0,95 Па·с) та низький показник седиментаційної стійкості (через 0,5 доби з'являється осад і його відокремлення). Отримане рідке паливо не придатне для транспортування трубопроводами, бо воно схильне до утворення осаду, що може призвести до аварійної ситуації. Позамежне збільшення реологічної добавки (НФ) за умов вмісту інших інгредієнтів в межах складу палива призводить до зменшення в'язкості і суттєвого зниження седиментаційної стійкості, що робить її непридатною для транспортування трубопроводами (Табл., пр. 11). Позамежне зменшення реологічної добавки в складі суспензії призводить до значного збільшення в'язкості і зменшення седиментаційної стійкості (Табл., пр. 10), що унеможливлює гідротранспорт суспензії як рідкого палива. Одним із важливих моментів при одержанні якісного рідкого палива є вміст стабілізуючих добавок. Позамежне збільшення вмісту гідроксиду натрію та NaКМЦ, в складі палива призводить до зростання показника в'язкості до 1,61 Па·с, що недопустимо для суспензійного палива (Табл., пр. 13), як із умов трубопровідного транспорту, так і розпилювання його через форсунки котлоагрегату при прямому спалюванні. При позамежному зменшенні вмісту стабілізуючих добавок в складі рідкого палива його седиментаційна стійкість не перевищує 0,5 доби (Табл., пр. 12), таку систему не можна завантажувати в магістральний трубопровід, щоб уникнути аварійної ситуації. Переваги запропонованого складу рідкого палива, виготовленого із малозольного вугілля, в порівнянні із відомим складом [2], полягають у наступному. Склад рідкого палива, що заявляється, характеризується: 3 UA 100145 U 5 10 - підвищеним вмістом твердої фази на рівні 63,00-67,00 мас. %, що в 1,20-1,25 разу перевищує вміст твердої фази відомого складу [2] (53,00 мас. %); - величиною в'язкості (0,90-1,40 Па·с), та седиментаційною стійкістю - 7 діб, що дозволяє при високому вмісті твердої компоненти (малозольне вугілля марок "Д", "ДГ" та "Г") вирішити проблему трубопровідного транспорту і розпилювання палива через форсунки при факельному спалюванні. Висококонцентроване рідке суспензійне паливо складу, що заявляється, може бути виготовлене на стандартному устаткуванні із застосуванням нормалізованих хімічних реагентівдобавок. Широке впровадження отриманого палива запропонованого складу в області енергетики забезпечить значне скорочення витрат на транспортування та зниження собівартості отриманої продукції. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Рідке суспензійне паливо, що містить подрібнене вугілля, реологічну добавку і воду, яке відрізняється тим, що паливо містить подрібнене вугілля із зольністю 2-7 % (в перерахунку на суху речовину), як реологічну добавку містить метилендинафталінсульфонат натрію і додатково - гідроксид натрію та натрійкарбоксиметилцелюлозу при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: подрібнене вугілля із зольністю 27 % (в перерахунку на суху 63,00-67,00 речовину) метилендинафталінсульфонат 0,90-1,40 натрію гідроксид натрію 0,10-0,25 натрійкарбоксиметилцелюлоза 0,01-0,02 вода решта. 20 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4