Склад водовугільної суспензії на основі високосірчистого кам’яного вугілля

Реферат: Склад водовугільної суспензії на основі високосірчистого кам'яного вугілля містить карбонатний мінерал і воду. Додатково містить пластифікатор - лігносульфонат натрію, як карбонатний мінерал він містить доломіт. UA 80611 U (12) UA 80611 U UA 80611 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі палива, зокрема до суспензійного палива на основі високосірчистого вугілля і може бути використана для одержання екологічно безпечного рідкого палива, придатного для транспортування по трубопроводу й безпосереднього спалювання через форсунки котлоагрегатів. Відома суспензія складу, мас. %: кам'яне вугілля - 58-60, гумат - 0,5-0,7, вода - решта. (Патент России №1489170 от 27.02.99, класс С10L1/32) [1]. Суспензія відомого складу характеризується такими показниками: ефективна в'язкість становить 0,231-0,541 Па·с, седиментаційна стійкість - 5 діб. Основним недоліком суспензії відомого складу є низька седиментаційна стійкість. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі за технічною сутністю та результатом, що досягається, є склад водовугільної суспензії (BBC) Ultrasonic loading of calcium on coal for enchanced SO2 captured (H. Fan, K. Matsuoka, J. Wang and others. Fuel 82 (2003) p. 481-486.) [2]. Використовували високосірчисте кам'яне вугілля із вмістом сірки 3,1 мас. %. з розміром часток 0,3-1,0 мм. Брали наприклад 2 г. вугілля і змішували з карбонатним мінералом - вапном СаО, кількість якого визначали із співвідношення до вмісту сірки у вугіллі, а саме CaO:S-0,5-2,4. 3 Суміш диспергували в 100 см води. Згідно з нашими розрахунками одержана водовугільна суспензія наступного складу, мас. %: кам'яне вугілля - 2, карбонатний мінерал - 0,155-0,744, вода - решта. Отриману кальцієвмісну суміш спалювали у реакторі у суміші кисню (10 %) і азоту. Нагрівання здійснювали у два способи: за першим зразок суміші 200 мг нагрівали у кварцовій трубці до 800 °C зі швидкістю 10 °C/хв. і витримували протягом 30 хвилин, за другим способом у піч нагріту до 800 °C вміщували кварцову трубку зі зразком. Концентрацію SO 2 визначали за допомогою SOx - метру. В матеріалах [2] не представлені такі характеристики водовугільної системи як седиментаційна стійкість та ефективна в'язкість. Для визначення зазначених характеристик нами виготовлено ВВС відомого складу відповідно до [2] мас. %: кам'яне вугілля - 60, пластифікатор - лігносульфонат натрію - 1, кальцію гідроксид - 3, вода - решта. Одержана суспензія характеризується такими показниками: -1 ефективна в'язкість (при швидкості зсуву 9 с ) становить 1,45 Па∙с після приготування, 2,05 Па·с після 10 діб зберігання, седиментаційна стійкість - 4 доби, питома кількість кислих газів 31,53 кг/тонну палива. Таким чином основними недоліками одержаної суспензії на основі відомого складу [2] є швидке загущення системи і низька седиментаційна стійкість (табл., пр. 11), а також забруднення навколишнього середовища викидами кислотоутворюючих газів. Ці недоліки є принциповими для суспензійного палива, оскільки не дозволяють використовувати його як пальне через занадто низьку седиментаційну стійкість, недостатню для транспортування по трубах і розпилення через форсунки котлоагрегатів. В основу корисної моделі поставлена задача розробити склад водовугільної суспензії на основі високосірчистого кам'яного вугілля, у якому використання іншого різновиду карбонатного мінералу в сукупності з пластифікатором-лігносульфонатом натрію забезпечує підвищення седиментаційної стійкості і стабільну в'язкість при скороченні питомих викидів кислотоутворюючих газів (SO2; NOx). Одержана водовугільна суспензія забезпечить можливість використання її як рідке паливо, придатне для транспортування трубопроводом і розпилювання через форсунки енергогенеруючих установок. Поставлена задача вирішується складом водовугільної суспензії, що включає високосірчисте кам'яне вугілля, пластифікатор, карбонатний мінерал та воду, у якому, згідно з корисною моделлю склад як вугілля містить високосірчисте кам'яне вугілля, як пластифікатор лігносульфонат натрію (ЛCTNa), як карбонатний мінерал беруть доломіт і компоненти беруть у наступних співвідношеннях, мас. %: кам'яне вугілля 58-61 доломіт 2-5 пластифікатор 0,5-1,0 вода решта. Нами показано, що стабільна в'язкість, висока седиментаційна стійкість, скорочення питомих викидів кислотоутворюючих газів, досягається завдяки використанню в складі ВВС доломіту та ліносульфонату. Частинки мінералу завдяки особливостям структури при розвиненій поверхні здатні хімічно зв'язувати кислотоутворюючі гази (у першу чергу оксиди сірки й азоту) у стабільні сполуки. Таким чином, склад суспензії на основі високосірчистого кам'яного вугілля, що містить пластифікатор і воду в пропорціях, що заявляються, забезпечує високий вміст паливної 1 UA 80611 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 складової (59-63 %). При цьому седиментаційна стійкість суспензії становить 12-14 діб при достатній в'язкості (0,9-1,2 Па·с), що дозволяє перекачувати паливну суспензію по трубах розпилювати її через форсунки енергогенеруючих установок, тобто надати їй властивостей рідкого палива. Для приготування висококонцентрованої водовугільної суспензії складу, що заявляється, беруть високосірчисте кам'яне вугілля шахти "Междуреченская", Львівської області (вихідна вологість 3,5 %, зольність 19,5 %, вміст сірки 4,2 %), клас крупності менш 3 мм; пластифікатор "Лігносульфонат технічний порошкоподібний на натрієвій основі" згідно ТУ 2455-00200028103900 (сорт вищий), карбонатний мінерал - доломіт згідно ТУ 0753-009-00186861-98 і воду. Враховуючи високу твердість доломіту його подрібнення проводять окремо. Усе компоненти завантажують у кульовий млин у пропорціях, що заявляються, і проводять помел протягом 3035 хвилин. Тривалість помолу суспензії контролюють по залишкові на ситі 100 мкм, величина якого не повинна перевищувати 0,1 % (мас). Склад готового продукту характеризується наступним співвідношенням компонентів у суспензії, мас %: високосірчисте кам'яне вугілля 58-61 лігносульфонат натрію 0,5-1 доломіт 2-5 вода решта. Основні показники, які характеризують якість суспензії, визначали у такий спосіб: - в'язкість суспензії з інтервалом в 1 добу визначають на ротаційному віскозиметрі "Rheotest-1 2" при швидкості зсуву 9 с відповідно за інструкцією до приладу; - седиментаційну стійкість суспензії визначають за часом появи осаду або водовідділення на величину 2 мм при висоті стовпа проби суспензії 250 мм; - визначення кількості сірчистого ангідриду, що утворюється при спалюванні зразків, визначали за допомогою газоаналізатору УГ-2 за стандартною методикою (Гончаров В.А. Охрана труда: Практикум Мн.: БГЭУ, 2003 г., 87 стр.). Приклад виконання за корисною моделлю: Брали 240 г подрібненого високосірчистого кам'яного вугілля, шахти "Междуреченская", Львівської області, вихідна вологість 3,5 %, зольність 19,5 %, вміст сірки 4,2 %, клас крупности 3 менше ніж 3,0 мм. Вугілля завантажували в кульовий млин об'ємом 1,3 дм , додавали 4,0 г 3 лігносульфонату, 12,0 г високодисперсного (d≤50 мкм) доломіту й 142 см води. Суміш інгредієнтів подрібнювали сталевими кулями масою 3,8 кг стандартного завантаження в -1 сталевому барабані протягом 35 хвилин при швидкості обертання барабана 75 хв . У результаті отримано 400 г гідросуспензії наступного складу, мас %: високосірчисте кам'яне вугілля сухе подрібнене (клас крупності 100 мкм) 60 пластифікатор - лігносульфонат натрію 1 доломіт подрібнений (клас крупності 50 мкм) 3 вода 36 При цьому масова частка дисперсної фази становить 63 %, у тому числі високосірчисте кам'яне вугілля - 60 %; пластифікатор - 1 %; доломіт - 2 %. Отримане суспензійне паливо вміщували в скляну герметичну тару, з якої відбирали проби для проведення випробувань і визначення характеристик готового продукту, представлених у таблиці. Показано, (табл., пр. 3), що седиментаційна стійкість суспензії становить 13,5 діб, причому перемішування суспензії після її розшарування дозволяє практично повністю відновити -1 її гомогенність; ефективна в'язкість при швидкості зсуву 9 с становить у суспензії відразу після приготування 1,02 Па·с, через десять діб зберігання в герметичних умовах зростає до 1,17 Па·с; питомі викиди сірчистого ангідриду 19,76 кг/тонну спаленого палива. Аналогічно прикладу, виконання за корисною моделлю, готували й випробовували склади водовугільної суспензії вміст інгредієнтів яких знаходився як у заявлюваному діапазоні, так і при позамежних значеннях (табл. 10 прикладів). Із представлених даних видно, що при вмісті інгредієнтів у заявлюваних межах досягаються високі показники седиментаційної стійкості від 12 до 14 діб при в'язкості початкової суспензії від 0,95 до 1,05 Па·с і 1,1-1,2 Па·с через 10 діб. При цьому питомі викиди сірчистого ангідриду зменшуються і становлять 14,85-28,2 кг на тонну палива (табл. пр. 1-6). Із представлених даних видно, що вміст у складах, що заявляються, доломіту забезпечує одержання седиментаційно стійкого продукту з в'язкістю, що дозволяє його транспортування трубами, що й забезпечує зниження питомих викидів сірчистого ангідриду на 75-80 %. 2 UA 80611 U 5 10 15 20 25 30 При позамежному зниженні в складі суспензії концентрації доломіту не досягається необхідний ступінь зв'язування кислотоутворюючих газів, що робить її застосування як паливо екологічно небезпечним, і, з урахуванням плати за викиди забруднюючих речовин економічно недоцільним (табл., пр. 7). Позамежне збільшення в складі суспензії доломіту не призводить до подальшого збільшення ступеня зв'язування сірчастого ангідриду, разом с тим супроводжується погіршенням експлуатаційних характеристик, таких як седиментаційна стійкість (табл., пр. 8). При позамежному зниженні в складі суспензії концентрації пластифікатору лігносульфонату натрію не досягається необхідна седиментаційна стійкість водовугільної суспензії, що утруднює її зберігання та застосування(табл., пр. 9). Позамежне збільшення в складі суспензії концентрації пластифікатору лігносульфонату натрію не призводить до подальшого збільшення ступеня зв'язування сірчистого ангідриду, разом з тим супроводжується погіршенням експлуатаційних характеристик, таких як в'язкість (табл., пр. 10). Переваги запропонованого складу водовугільної суспензії, що містить як кислотопоглинаючу добавку високодисперсний доломіт, у порівнянні з відомим складом [2] полягають у наступному: склад водовугільної суспензії, що заявляється, дозволяє одержати суспензійне паливо, яке перевершує показники відомого складу [2]: по седиментаційній стійкості в 3-3,5 рази з 4 до 10-14 діб при стабільній в'язкості, величина якої протягом 10 діб зберігання зростає, у середньому на 4-7 %, у порівнянні із суспензією відомого складу [2], в'язкість якої в тих же умовах зростає на 80-110 %. Отримані фізико-хімічні й експлуатаційні характеристики складу, що заявляється, дозволяють розв'язати проблему скорочення питомих викидів кислото-утворюючих газів при спалюванні вугілля й відходів його збагачення з високим вмістом сірки. Отримані суспензії можна транспортувати трубами до місця їх безпосереднього спалювання через форсунки котлоагрегатів. Водовугільна суспензія складу, що заявляється, може бути виготовлена на стандартному устаткуванні із застосуванням стандартизованих реагентів а також відходів виробництва. їхнє широке застосування дозволить значно розширити енергетичну базу країни за рахунок залучення й раціонального, екологічно безпечного застосування некондиційного за вмістом сірки вугілля. Таблиця Показники водовугільної суспензії В'язкість, Па·с № п/п Склад водовугільної суспензії, % мас 1 2 Питома кількість Седиментаційна кислих газів, Початкова Через 10 діб стійкість, доби кг/тонну палива 3 4 5 6 За корисною моделлю 1 Кам'яне вугілля - 61 Пластифікатор - 1 Карбонатний мінерал - 2; Вода - решта 1,05 1,2 14 28,12 2 Кам'яне вугілля - 60,5 Пластифікатор - 1 Карбонатний мінерал - 2,5; Вода - решта 1,04 1,18 14 24,45 1,02 1,17 13,5 19,76 1,0 1,14 13 17,5 3 4 Кам'яне вугілля - 60 Пластифікатор - 1 Карбонатний мінерал - 3; Вода - решта Кам'яне вугілля - 59,5 Пластифікатор - 1 Карбонатний мінерал - 3,5; Вода - решта 3 UA 80611 U Продовження Таблиці 5 6 Кам'яне вугілля - 59 Пластифікатор - 1 Карбонатний мінерал - 4; Вода - решта Кам'яне вугілля - 58 Пластифікатор - 1 Карбонатний мінерал - 5; Вода - решта 1,0 1,12 13 16,6 0,95 1,1 12 14,85 Позамежні значення 7 8 9 10 Кам'яне вугілля - 62 Пластифікатор - 1 Карбонатний мінерал - 1; Вода - решта Кам'яне вугілля - 60 Пластифікатор - 1 Карбонатний мінерал - 6; Вода - решта Кам'яне вугілля - 60 Пластифікатор - 0,3 Карбонатний мінерал - 3; Вода - решта Кам'яне вугілля - 60 Пластифікатор - 1,3 Карбонатний мінерал - 3; Вода - решта 1,07 1,22 14 39,81 0,84 1,02 7,5 14,25 1,78 2,65 4 19,84 0,52 0,90 14 19,54 4 31,53 За способом [2] 11 Кам'яне вугілля - 60 Пластифікатор - 1 Карбонатний мінерал - 3; Вода - решта 1,45 2,05 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 1. Склад водовугільної суспензії на основі високосірчистого кам'яного вугілля, що містить карбонатний мінерал і воду, який відрізняється тим, що склад додатково містить пластифікатор - лігносульфонат натрію, як карбонатний мінерал він містить доломіт і компоненти беруть у наступному співвідношенні, мас. %: кам'яне вугілля 58-61 пластифікатор - лігносульфонат 0,5-1 натрію доломіт 2-5 вода решта. 2. Склад за п. 1, який відрізняється тим, що як доломіт використовують відходи виробництва наповнювачів гумотехнічних виробів. 10 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4