Спосіб одержання буровугільної гідросуспензії

1. Спосіб одержання буровугільної гідросуспензії, що включає подрібнення бурого вугілля, сушіння його і мокрий помел його суспензії, який відрізняється тим, що сушіння бурого вугілля проводять у вакуумі і додатково обробляють підсушене вугілля газоподібним гідрофобізатором під вакуумом, а мокрий помел його суспензії здійснюють у присутності добавки, що містить гідроксид натрію і лігносульфонат при їх масовому співвідношенні 1:(4-5), відповідно, причому добавку беруть у кількості 0,5-3,0% від маси бурого вугілля. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що помел здійснюють при масовому співвідношенні вода : буре вугілля рівному 1:(1,3-1,4), відповідно. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що як газоподібний гідрофобізатор використовують вуглеводні парафінового ряду. 4. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що як газоподібний гідрофобізатор використовують відходи первинної очистки нафти. Винахід відноситься до області палива, зокрема, до способу одержання водосуспензійного вуглеводвмісного палива, і може бути використаний для одержання із вугілля рідкого палива, придатного для трубопроводного транспорту і прямого спалювання в енергогенеруючих установках. Відомий спосіб одержання водовугільного палива із бурого та кам'яного вугілля [А.С.СССР №1594974, от 3.02.89, МКИ C10L 1/32] [1]. Спосіб [1] полягає в наступному. Здійснюють мокрий помел бурого вугілля в присутності добавки складу: поліметиленнафталінсульфонат, або лігносульфонат та оксіетильована ПАР при мас. співвідношенні реагентів (10 ¸ 50): 1 відповідно, яку беруть в кількості 0,5 ¸ 1,5% на масу твердої фази і одержують проміжну суспензію з мас. часткою бурого вугілля 35 ¸ 45%. Проміжну суспензію розволожують, вводять порцію кам'яного вугілля 100 ¸ 300% від маси попередньо здрібненого ву гілля. Одержану суміш вугілля, води і добавки повторно подрібнюють у присутності гідрофілізуючого дисперганту та гідроксиду або карбонату лужного металу, чи амонію при масовому їх співвідношенні (4 ¸ 20) : 1, відповідно, і добавку беруть в кількості 1,0 ¸ 3,5% від загальної маси подрібненого вугілля. Спосіб спрямований на підвищення калорійності рідкого палива за рахунок добавки кам'яного вугілля, яке має більш високу теплотворну здатність в порівнянні з бурим вугіллям. Недоліком відомого способу [1] є складність технології одержання готового продукту. Найбільш близьким аналогом до винаходу, що заявляється, за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб одержання водовугільної суспензії із бурого вугілля. [А.С. СССР №1395654, от 03.06.86, МКИ C10L 1/32] [2]. Відповідно до відомого способу [2] буре вугілля з мас. часткою вологи 26,2% підсушують при UA (11) 89005 (13) (21) a200814582 (22) 18.12.2008 (24) 10.12.2009 (46) 10.12.2009, Бюл.№ 23, 2009 р. (72) САВІЦЬКИЙ ДЕНИС ПАВЛОВИЧ, ЄГУРНОВ ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, ЗАВГОРОДНІЙ ВОЛОДИМИР АНДРІЙОВИЧ, МАКАРОВ АНАТОЛІЙ СЕМЕНОВИЧ (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В. ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) SU 1728291, A1, 23.04.1992 UA 35787, A, 16.04.2001 UA 76885, C2, 15.09.2006 RU 2178454, C1, 20.01.2002 GB 1507439, A, 12.04.1978 GB 1522575, A, 23.08.1978 JP 60108496, A, 13.06.1985 Макаров А.С., Егурнов А.И., Борук С.Д., Сочикан О.М. Взаимодействие частиц дисперсной фазы в высококонцентрированных водоугольных суспензиях.//Уголь Украины. №11. 2005. C. 37-39 Хилько С.Л., Титов Е.В. Способ получения и реологические характеристики суспензионного топли C2 2 (19) 1 3 температурі 60 ¸ 80°С до залишкової вологості 10 ¸ 14% мас, подрібнюють у водному середовищі до дисперсності частинок твердої фази менше ніж 1мм, після чого суспензію гомогенізують 15хв. При швидкості обертання дисків 5000хв.-1 і отримують готовий продукт, який характеризується такими властивостями: максимально досягнута частка твердої фази в суспензії 56мас.%, ефективна в'язкість 0,75Па×с (при швидкості зсуву 10с-1), стабільність 5 діб. Для визначення ефективності відомого способу [2] нами були проведені дослідження по одержанню водовугільної суспензії із збільшеним вмістом твердої фази до 58мас.%. При виготовленні суспензії задіяні параметри [2], а саме: температура сушки бурого вугілля 80°С, тривалість сушки до вологості 12мас.% - 4,5 години, тривалість гомогенізації суспензії - 0,3 години. При цьому готовий продукт мав такі характеристики: стабільність суспензії 5 діб, мас. частка твердої фази 58%, ефективна в'язкість 3,4Па×с, тобто збільшення твердої фази з 56% до 58% в суспензії, одержаної за відомомим способом, призводить до різкого підвищення її в'язкості в 4,5 рази. Показано, що за способом [2] можна одержати водовугільну суспензію з підвищеним вмістом твердої фази (58% мас), затративши 4,5 години на термічну підготовку вугілля. Однак, за реологічними властивостями така суспензія непридатна до трубопроводного транспорту із-за високої в'язкості. Таким чином, основними недоліками способу [2] є значна тривалість і енергоємність процесу одержання суспензії, недостатньо високий вміст твердої фази та недостатня стабільність системи для реалізації трубопроводного транспорту. В основу винаходу поставлена задача - розробка способу виготовлення гідросуспензії із бурого вугілля, в якому здійснення нового принципу сушки вихідного вугілля, введення нової операції обробка висушеного вугілля гідрофобізатором і проведення мокрого помелу в присутності реологічної добавки, дозволить суттєво скоротити тривалість виготовлення суспензії, збільшити концентрацію твердої фази без значних змін в'язкості та підвищити стабільність системи, що забезпечить можливість використання суспензії як рідкого палива підвищеної калорійності, придатного для транспортування по трубопроводу на значні відстані і прямого спалювання в енергогенеруючих установках. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб одержання буровугільної гідросуспензії, що включає подрібнення вугілля, сушку останнього і мокрий помел суспензії, в якому, згідно з винаходом, сушку бурого вугілля і обробку його газоподібним гідрофобізатором здійснюють під вакуумом, при цьому мокрий помел суспензії ведуть при масовому співвідношенні вода - тверда фаза 1: (1,3 ¸ 1,4) і в присутності добавки складу: гідроксид натрію і лігносульфонат при масовому їх співвідношенні 1: (4¸5) і добавку беруть в кількості 0,5¸3,0% на масу твердої фази, а як гідррофобізатор використовують вуглеводи парафінового ряду, або відходи первинної очистки нафти (нафтошлами). 89005 4 Нами показано, що проведення вакуумної сушки здрібненого бурого вугілля забезпечує високий ступінь вилучення вологи за малий проміжок часу з малими енерговитратами. Обробка частково зневоженного бурого вугілля газоподібним гідрофобізатором в умовах вакууму відновлює гідрофобні властивості поверхні пор і інтенсифікує сорбцію газоподібного гідрофобізатора на стінках капілярів. Створена гідрофобна поверхня пор перешкоджає проникненню води в порові канали при мокрому помелі вугілля, тому вода зосереджується не в вугіллі, а в міжчастинковому просторі, створюючи навколо частинок гідратні оболочки, які разом з реологічною добавкою формують лабільну структуру з низькою в'язкістю при підвищенній концентрації твердої фази. Так створюються умови для підвищення концентрації твердої фази в буровугільній суспензії при збереженні потрібної в'язкості. Крім того, часткова заміна порової води на горючу речовину, наприклад, конденсований в порах парафін (компонента нафтошламу), призводить до підвищення калорійності буровугільного палива. Таким чином, застосування способу одержання буровугільної суспензії, що заявляється, дозволяє скоротити тривалість її виготовлення, підвищити стабільність і вміст твердої фази, збільшити калорійність палива за рахунок підвищення концентрації твердої фази в суспензії і використання горючого гідрофобізатора при вакуумній обробці вугілля. Це дає можливість використовувати готовий продукт як рідке калорійне паливо, придатне для транспортування по трубопроводу на значні відстані і прямого спалювання в енергогенеруючих установках. Надалі винахід пояснюється докладним описом його виконання. Для виготовлення рідкого палива використовують буре вугілля марок Б-1, Б-2 класу крупності частинок -2,5мм, вологістю 40,8%. Термовакуумну обробку бурого вугілля і обробку його гідрофобізатором проводять в установці, яка включає: термовакуумну шафу, з'єднану через трубопровід і запорний кран з автоклавом. Для нагрівання термовакуумної шафи і автоклава можуть бути використані відпрацьовані гази спалювання рідкого палива, що заявляється, або електричний струм. Подрібнене буре вугілля завантажують в вакуумну шафу, створюють вакуум при температурі 60-80°С протягом 60 - 90хв., і отримують вугілля підсушене до вологості 10-14мас.%. Далі відкривають кран, що з'єднує сушильну шафу з автоклавом, в якому міститься нагрітий до газоподібного стану гідрофобізатор. Під дією вакууму в сушильній шафі нагріті випари гідрофобізатора всмоктуються порами бурого вугілля, витісняють залишки сорбованої води і, конденсуючись на поверхні порових каналів, гідрофобізують її. Оброблене таким чином вугілля завантажують в кульковий або стрижневий млин разом з водним розчином добавки, для одержання якої беруть гідроксид натрію і лігносульфонат на натрієвій основі при мас. співвідношенні сухих реагентів 1: (4¸5), відповідно, при цьому добавку вводять у кількості 0,5 ¸ 3,0% сухої речовини на масу твер 5 дої фази. Мокрий помел здійснюють при масовому співвідношенні вода : тверда фаза 1 : (1,3¸1,4), протягом 5 ¸ 15хв. Тривалість приготування суспензії з урахуванням термовакуумної обробки складає 75 ¸ 90 хвилин. Заявлені умови виготовлення буровугільної гідросуспензії забезпечують одержання готового продукту, що має в'язкість 0,53¸1,40 Па×с і мас. частку твердої фази 56,5 ¸ 58,2%. Стабільність суспензії складає 10¸16 діб. В якості реагентів для готування добавки використовують гідроксид натрію (NaOH) за ГОСТ 2263-79, лігносульфонат на натрієвій основі (ЛCTNa) згідно з технічними умовами ТУ 24550,02-0,02810-00 (сорт высший). Буре вугілля беруть марок Б -1, Б-2 Александрійського родовища і як таке, що має вологість не більше 40%. Як гідрофобізатор використовують вуглеводні парафінового ряду, наприклад парафін за ГОСТ 23683 89, або відходи первинної очистки нафти (нафтошлами), що являють собою суміш бурового розчину, важких фракцій нафти, парафіну тощо. В'язкість готового продукту визначають на ротаційному віскозіметрі "Rheotest-2" при швидкості зсуву 9с-1. Приклади виконання за винаходом. Приклад 1. Для виготовлення буровугільної гідросуспензії беруть 700г. бурого вугілля (клас крупності -2,5мм, вологість 40,8%) і завантажують в розігріту до 80°С електровакуумну шафу типу ВШ0.035А, підключають вакуумний насос, і здійснюють вакуумну сушку протягом 90хв. Залишкова вологість підсушеного вугілля становить 10,8% мас. Паралельно в електричний автоклав завантажують 3г парафіну і поступово доводять температуру до 130°С. Після закінчення вакуумної сушки вугілля ємність автоклаву з'єднують з вакуумною шафою. За рахунок розрідження в вакуумній шафі гарячі гази парафіну із автоклаву спрямовуються в пори вугілля, витісняють з поверхні порових каналів сорбовану воду. В результаті відновлюються гідрофобні властивості вугілля, які блокують процес поглинання води порами під час мокрого помелу водовугілльної суспензії. Оброблене та охолоджене буре вугілля масою 500г з залишковою вологістю 5% мас. завантажують в кульковий млин об'ємом 1,8дм3. Далі готують реологічну добавку в наступний спосіб. В 320мл. води розчиняють 1,0г. NaOH і додають 5,0г. ЛCTNa (масове співвідношення сухих інгредієнтів складає 1:5, відповідно). Одержану добавку, що містить 1,2% сухої речовини на масу твердої фази, подають в млин і одержують водовугільну суміш із масовим співвідношенням вода : тв.фаза рівному 1: 1,4. Суміш вугілля, води і добавки мелють протягом 10хв. металевими кульками різного розміру загальною масою 3050г при швидкості обертання барабана млина 1с.-1 і одержують готовий продукт - рідке водовугільне паливо із масовою часткою твердої фази 58,2%. Тривалість виготовлення суспензії з урахуванням підготовки вугілля до помелу складає 1,7 години. Для визначення ефективної в'язкості готового продукту 50мл. суспензії заливають в нерухомий 89005 6 циліндр ротаційного віскозіметра "Rheotest - 2" і проводять вимірювання згідно з інструкцією до приладу. Одержали такі результати. Ефективна в'язкість буровугільної гідросуспензії із мас.часткою твердої фази 58,2% склала 1,0 Па×с, стабільність суспензії 12 діб. Дані представлені в таблиці, приклад 3. Приклад 2. Аналогічно прикладу 1 було здійснено під вакуумом обробку підсушеного бурого вугілля гідрофобізатором - відходами первинної очистки нафти (нафтошламом). Одержали суспензію з такими показниками: ефективна в'язкість - 1,1 Па×с, мас. частка твердої фази 58,2%, стабільність 13 діб (таблиця, приклад 9) Встановлено, що сукупність вакуумної сушки бурого вугілля і наступна вакуумна обробка його гідрофобізатором вибрані із умов, які забезпечують одержання готового продукту підвищеної концентрації твердої фази при ефективній в'язкості, яка дозволяє транспортувати паливо по трубопроводу і розпилювати його через форсунки котлоагрегату, і яке має підвищену стабільність при суттєво зменшеній тривалості виготовлення (1,3 ¸ 1,7 години) (таблиця, приклади 1¸10). Здійснення мокрого помелу бурого вугілля при позамежному зменшенні співвідношення вода : тверда фаза, наприклад 1 : 1,27, приводить до зменшення вмісту твердої фази в суспензії до 56%, що відповідає рівню відомого способу [2] (таблиця, приклад 11). Здійснення мокрого помелу бурого вугілля при позамежному збільшенні співвідношення вода : тверда фаза, наприклад 1 : 1,43, приводить до суттєвого збільшення в’язкості суспензії (1,8 Па×с), що не дозволяє транспортувати її по трубопроводу як рідке паливо (таблиця, приклад 12). Використання при мокрому помелі суспензії добавки із збільшеним вмістом лугу, що відповідає співвідношенню NaOH : ЛCTNa рівному 1 : 3,6, веде до підвищення в'язкості системи (1,91 Па×с), що унеможливлює транспортування палива по трубам, хоча за вмістом твердої фази і стабільністю суспензія має високі показники (таблиця, приклад 13). При використанні для мокрого помелу суспензії добавки із зменшеним вмістом лугу (співвідношення 1: 5,4), одержали суспензію, що характеризується високою в'язкістю (1,78 Па×с) і зниженою стабільністю (8 діб) при збереженні вмісту твердої фази (таблиця, приклад 14). Заявлена кількість реологічної добавки (0,5 ¸ 3,0% на масу твердої фази ) при збереженні всіх параметрів виготовлення суспензії забезпечує оптимальний процес помелу суспензії і одержання готового продукту високої якості. При позамежному зменшенні частки введеної добавки, наприклад 0,2% на масу твердої фази, одержана водовугільна суспензія характеризується значним підвищенням ефективної в'язкості до 2,26 Па×с і зниженою стабільністю (6 діб), що не дозволяє транспортувати суспензію по трубопроводу (таблиця, приклад 15). При позамежному збільшенні частки введеної добавки, наприклад до 3,5%, одержана суспензія характеризується високими показниками (частка 7 твердої фази 58,2%, ефективна в'язкість 0,61 Па×с, стабільність 10 діб), тобто збільшення кількості добавки не дає істотного позитивного ефекту в порівнянні із заявленим, а тому являється економічно недоцільним (таблиця, приклад 16). Експериментально встановлено, що достатньою кількістю гідрофобізатора для ефективної обробки вугілля є доза 5 ¸ 7г парафіну на 1кг підсушеного вугілля з вологістю 10 ¸ 12%мас. При зменшенні дози гідрофобізатора спостерігається підвищення в'язкості суспензії за рахунок водопоглинання вугіллям рідкої фази при мокрому помелі, в той час як підвищена доза - не дає позитивного ефекту, а тому економічно невигідна. Оптимальним часом приготування якісної водовугільної суспензії з урахуванням термовакуумної підготовки вугілля до помелу є 75 ¸ 100хв., а при створенні запасника вугілля (висушеного і обробленого гідрофобізатором) тривалість виготовлення палива складає 5 ¸ 15хв. Застосування вакуумної дегідратації бурого вугілля дозволяє скоротити тривалість сушки в 4-5 разів, але лиш частково зменшує його водопоглинаючі властивості при мокрому помелі суспензії (таблиця, приклад 17). Тільки обробка дегідратованого вугілля гідрофобізатором дозволяє запобігти проникненню води в порові канали і, тим самим, знизити і стабілізувати в'язкість системи протягом 10¸16 діб (таблиця, приклади 1 ¸ 10). Обробка бурого вугілля гідрофобізатором без його підсушки втрачає сенс, бо кількість порової води в ньому (40,8%) не дозволяє створити рідке суспензійне паливо взагалі. 89005 8 Переваги запропонованого способу одержання буровугільної суспензії в порівнянні з відомим способом [2] полягають в наступному: - застосування вакуумної сушки бурого вугілля в сукупності із обробкою його гідрофобізатором під вакуумом дає можливість не тільки зменшити кількість порової води в бурому вугіллі, але і блокувати поглинання води частинками бурого вугілля в процесі мокрого помелу, що дозволяє збільшити концентрацію твердої фази в суспензії з 56% по відомому способу до 58,2% по способу, що заявляється, - одержана суспензія характеризується підвищеною стабільністю 10¸16 діб, що в 2-3 рази перевищує стабільність суспензії, одержаної за способом [2], реалізація запропонованого способу дозволяє суттєво скоротити тривалість процесу виготовлення гідросуспензії з 4,5 годин до 1,3 ¸ 1,7 годин, тобто в 3,5 ¸ 2,6 рази. Крім того, заміна порової води в вугільних частинках на горючу речовину, наприклад, конденсований в порах парафін чи важку фракцію нафти (компоненти нафтошламів), приводить до підвищення калорійності буровугільного палива. Спосіб, що заявляється, дає також можливість скоротити тривалість виготовлення палива, відмовитись від енергоємної гомогенізації суспензії, за рахунок реологічної добавки, яка вводиться при помелі і інтенсифікує процес подрібнення твердої фази. Спосіб, що заявляється може бути реалізований в умовах промислового виробництва енергії на стандартному устаткуванні з використанням стандартизованих інгредієнтів добавки і знайти широке впровадження в області енергетики, як рідке суспензійне паливо на основі бурого вугілля. 9 89005 10 11 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 89005 Підписне 12 Тираж 28 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