Спосіб одержання водовугільної суспензії

Реферат: Спосіб одержання водовугільної суспензії включає помел подрібненого кам'яного вугілля і добавок. Помел здійснюють у присутності нанорозмірних частинок шаруватих силікатів при масовому співвідношенні подрібнене вугілля:шаруватий силікат, рівному 1:(0,005-0,01). UA 105724 U (12) UA 105724 U UA 105724 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до галузі паливної промисловості, зокрема до рідкого суспензійного палива на основі кам'яного вугілля, і може бути використана для одержання екологічно безпечного рідкого палива, придатного для транспортування по трубопроводу і безпосереднього спалювання в енергогенеруючих установках. Відомим аналогом є спосіб одержання водовугільної суспензії (Баранова М.П., Кузнецов Б.Н. Влияние влажности бурого угля на свойства высококонцентрированных водоугольных суспензий. // Химия Твёрдого Топлива, 2003, №6, С. 20-26) [1], що готують наступним чином: беруть буре вугілля і як стабілізуючу добавку використовують гідрооксид натрію. Вказані компоненти та воду завантажують у помельний агрегат і здійснюють помел до отримання гомогенної водовугільної суспензії. Водовугільна суспензія [1] містить подрібнене буре вугілля - 51 мас. %, гідрооксид натрію (на масу сухого вугілля) - 0,5 мас. %, вода - решта. -1 Одержана суспензія характеризується в'язкістю 1,05 Па•с при швидкості зсуву 10 с , концентрацією твердої фази 51 мас. % та седиментаційною стійкістю 3 доби. Відомим аналогом є спосіб одержання водовугільної суспензії (Патент Ru № 2144059, МПК С 10 L 1/32 опубл. 04. 02. 1999 p.) [2], що готують наступним чином: беруть буре вугілля і як реологічну добавку використовують лігносульфонат натрію. Вказані компоненти та воду завантажують у помельний агрегат і здійснюють помел до отримання гомогенної водовугільної суспензії. Водовугільна суспензія [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 розрахунками склад водовугільної суспензії представлений в наступному процентному співвідношенні компонентів, мас. %: буре вугілля 53,00 лігносульфонат натрію 0,16 вода 46,84 Ефективна в'язкість відомої дисперсії складає 0,75 Па•с при вмісті твердої фази - 53,00 %, седиментаційна стійкість - 5 діб. Найближчим аналогом до корисної моделі є спосіб одержання водовугільної суспензії на основі низькозольного антрациту (Патент UA № 97197, МПК C10L 1/32 опубл. 10.01.2012 p.) [3], що готують наступним чином: беруть низькозольний антрацит марки "А", класу крупності менше ніж 2,5 мм, одержаний шляхом збагачення вугільних відходів на гідроциклонах із застосуванням ущільнюючого феритового порошку, як реологічну добавку використовують метилендинафталінсульфонат натрію (дофен), як стабілізуючу добавку використовують карбонат натрію та натрійкарбоксиметилцелюлозу. Завантажують вказані компоненти та воду в кульковий млин в необхідних пропорціях та здійснюють помел суміші. Тривалість помелу гідросуспензії складає 15-40 хв. і визначається залишком на ситі 250 мкм не більше 0,1 мас. %. Склад водовугільної суспензії [3] представлений компонентами із наступним їх вмістом, мас. %: 65,00низькозольний антрацит 70,00 метилендинафталінсульфонат натрію 0,50-1,50 натрію карбонат 0,05-0,20 натрійкарбоксиметилцелюлоза 0,01-0,02 вода решта. Ефективна в'язкість відомої дисперсії складає 1,20-1,50 Па•с, седиментаційна стійкість -1520 діб при вмісті твердої фази - 65,00-70,00 %. Як показує практика використання ВВС в процесі транспортування та зберігання протягом часу, який перевищує період седиментаційної стійкості, відбуваються значні зміни реологічних властивостей суспензій, а саме: збільшується концентрація твердої фази, що призводить до підвищення в'язкості і, як наслідок, до неможливості використання останньої як рідкого палива. Тобто, ефективне використання ВВС обмежене часом зберігання їх необхідних реологічних властивостей. Особливо це важливо для суспензій з малим терміном седиментаційної стійкості. Таким чином основним недоліком відомих аналогів - способів одержання ВВС [1, 2, 3] є недостатньо тривалий термін седиментаційної стійкості. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення терміну седиментаційної стійкості водовугільних суспензій, що дозволить збільшити час та відстань транспортування ВВС при збереженні оптимальних реологічних властивостей, характерних для рідкого палива. 1 UA 105724 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Поставлена задача вирішується тим, що спосіб включає помел подрібненого кам'яного вугілля і добавок, згідно з корисною моделлю, помел здійснюють у присутності нанорозмірних частинок шаруватих силікатів, при масовому співвідношенні подрібнене вугілля: шаруватий силікат, рівному 1:(0,005-0,01). Основною відмінністю способу одержання ВВС є сумісний помел компонентів водовугільної суспензії в присутності нанорозмірних частинок шаруватих силікатів з різною просторовою орієнтацією силікатних груп. В процесі помелу, як ми вважаємо, поверхня кам'яного вугілля частково покривається наночастинками шаруватих силікатів, які сприяють гідрофілізації поверхні у водному середовищі. Це призводить до виникнення структурно-механічного бар'єру, який протидіє формуванню коагуляційних контактів у суспензії, що забезпечує збільшення терміну седиментаційної стійкості ВВС. Корисну модель виконують наступним чином. Готували три види водовугільних суспензій (І, II, III) з різним якісним і кількісним складом компонентів, використовуючи рецептури відомих ВВС, описаних в джерелах інформації [1], [2] і [3] та здійснювали помел компонентів в присутності шаруватих силікатів при масовому співвідношенні вугілля: шаруватий силікат, рівному 1:(0,005-0,01). В процесі помелу шаруватих силікатів у водному середовищі здійснюється їх ефективна диспергація до нанорозмірних частинок. Це підтверджується методом скануючої мікроскопії, що пояснюється кресленням, де представлена мікрофотографія частинок вугілля в агломераті із наночастинками шаруватого силікату, де 1 - частинка вугілля, 2 - наночастинка шаруватого силікату. Як шаруваті силікати використовували бентоніт натрію, монтморилоніти натрію, кальцію, алюмінію та гідрослюду Черкаського родовища. Черкаське родовище - родовище глин різного мінералогічного складу, розташоване в Лисянському районі Черкаської області, найбільше в Україні. З 2004 року впроваджено принцип селективної вибірки глини, що дозволяє розділяти глини за мінералогічним складом зразу при видобуванні. Склад шаруватих силікатів можна представити в наступному вигляді: Хімічний склад бентоніту натрію, мас. %: Аl2О3 16,55 K2О 0,92 SiO2 52,30 Na2O 1,92 ТіО2 0,95 Р2О5 0,12 СаО 5,49 MgO 3,03 Fe2O3 5,2 S 0,36 Хімічний склад шаруватих силікатів групи монтморилоніту: (Na, Ca, Al) 0,33(Al, Mg)2(Si4O10)(OH)2•nH20, домішки Fe, K; сингонія моноклінна (планальна); колір - білий або сірий, при наявності домішок - бурий, червоний, зеленуватий, з розовим та сіро-синім відтінком. Гідрослюди являють собою групу мінералів класу силікатів. Відмінність полягає у дефіциті + лугів та більш високому вмісті води, як молекулярної, так і у формі оксонієвого катіону Н 3О . Загальна формула гідрослюд: Кx(Аl, Mg, Fe)2-3 (Si4-xAlxO10)•(OH)2•nH2O, де х0,5, n1,5 (http://www.mining-enc.ru/g/gidroslyudy/) [4]. В одержаних суспензіях (І, II, III) визначали седиментаційну стійкість, в'язкість, концентрацію твердої фази. Дані для кожної суспензії відображені в таблиці, приклади 1-15, графи 12, 13. Седиментаційну стійкість суспензій в статичних умовах визначають за часом появи осаду чи водовідокремлення на величину 2 мм в пробі висотою 250 мм. В'язкість систем визначають на ротаційному віскозиметрі Rheotest-2 за інструкцією до приладу. Концентрацію твердої фази визначають шляхом висушування в лабораторній шафі при температурі 105 °C, а розрахунки мас. ч. твердої фази ведуть за стандартною методикою (В. С. Колокольников. Лабораторные работы по строительным материалам. // СИ., МЛ 970. С. 183) [4]. Приклад виконання корисної моделі. Беруть 500 г сухого низькозольного антрациту (марки "А" збагачене), класу крупності менше ніж 2,5 мм, 7,5 г метилендинафталінсульфонату натрію, 1,0 г карбонату натрію, 0,07 г натрійкарбоксиметилцелюлози і 5 г шаруватого силікату - гідрослюди, при цьому масове співвідношення вугілля: шаруватий силікат складає 1:0,01 та додають 206,53 г води. 3 Компоненти завантажують в кульковий млин об'ємом 1,8 дм . Суміш подрібнюють 45 хвилин 2 UA 105724 U 5 10 15 20 25 30 сталевими кулями різного діаметра загальною масою 3200 г при швидкості обертання барабана -1 млина 1,2 с і одержують 720,1 г гідросуспензії такого складу, мас. %: Низькозольний антрацит 70,00 Метилендинафталінсульфонат натрію 1,04 Карбонат натрію 0,14 Натрійкарбоксиметилцелюлоза 0,01 Шаруватий силікат 0,69 Вода 28,12 Одержана гідросуспензія (III) має такі характеристики: вміст твердої фази 70,00 мас. %, -1 ефективна в'язкість (при швидкості зсуву 9 с ) - 1,51 Па•с, седиментаційна стійкість - 22 доби (Табл. пр. 15). Аналогічно прикладу виконання за корисною моделлю готували водовугільні суспензії (І, II, IIІ), здійснюючи помел сумішей, які містять шаруваті силікати та вугілля і добавки, відповідно до способів [1, 2, 3]. Нами встановлено, що сумісний помел компонентів ВВС різного якісного та кількісного складу у присутності нанорозмірних частинок шаруватих силікатів різної просторової будови в заявленій кількості забезпечує суттєве збільшення терміну седиментаційної стійкості суспензій, що в свою чергу дозволяє ефективне та довготривале транспортування трубопроводами. Дані представлені в табл., прикл. 1-15. При позамежному зменшенні масового співвідношення вугілля: шаруватий силікат, наприклад, 1:0,003, тобто в умовах недостатньої кількості шаруватих силікатів зменшується термін седиментаційної стійкості BBC (III), прикл. 16, 18,20, ВВС (II), приклади 22, 24, 26. При позамежному збільшенні співвідношення вугілля: шаруватий силікат, наприклад 1:0,015 також відбувається зменшення седиментаційної стійкості, що обумовлюється збільшенням в'язкості суспензії (Табл. BBC III, прикл. 17, 19, 21; ВВС II, прикл. 23, 25, 27). Оригінальність корисної моделі полягає у використанні як компонента водовугільної суспензії глинистого мінералу з нанорозмірними частинками, що забезпечує підвищення терміну седиментаційної стійкості за рахунок суттєвого зниження можливості утворення агломератів частинок у суспензії. Перевагами корисної моделі в порівнянні з аналогами [3] є: - збільшення терміну зберігання готових ВВС за рахунок збільшення тривалості седиментаційної стійкості. Особливо суттєве збільшення тривалості седиментаційної стійкості проявляється для BBC I - з 3 до 8-10 діб, тобто в 2,67-3,33 рази; для BBC III з 20 до 20-25, тобто в 1,10-1,25 разу; - збільшення відстані транспортування одержаних ВВС із високими реологічними властивостями, характерними для рідкого палива; - зменшення вірогідності виникнення аварійних ситуацій на трубопроводі. Таблиця Вугілля Вид № сусп/п Конц., пензії Природа мас. % 1 2 3 4 1 2 3 4 5 І Буре вугілля 51,00 Умови одержання суспензії Добавки, мас. % Показники СпіввідноСедименПрирода шення В'язкість, таційна Лігношаруватого вугілля: Па•с стійкість, NaOH сульфо- Дофен Na2CO3 NаKМЦ силікату шаруватий діб нат Na силікат 5 6 7 8 9 10 11 12 13 За винаходом Бентоніт 1:0,005 1,50 10 Na Монтмо1:0,006 1,50 9 рилоніт Na Монтмо0,50 1:0,006 1,51 9 рилоніт Са Монтмо1:0,008 1,51 8 рилоніт Аl Гідрос1:0,010 1,51 8 люда 3 UA 105724 U Продовження таблиці 6 7 8 II Буре вугілля 53,00 0,16 9 10 11 12 13 III Низькозольний антрацит 70,00 1,04 0,14 0,01 14 15 Бентоніт Na Монтморилоніт Na Монтморилоніт Са Монтморилоніт Аl Гідрослюда Бентоніт Na Монтморилоніт Na Монтморилоніт Са Монтморилоніт Аl Гідрослюда 1:0,005 1,50 13 1:0,006 1,50 12 1:0,006 1,51 12 1:0,008 1,51 11 1:0,010 1,51 11 1:0,005 1,50 25 1:0,006 1,50 24 1:0,006 1,51 23 1:0,008 1,51 22 1:0,010 1,51 22 Бентоніт Na Монтморилоніт Na Гідрослюда Бентоніт Na Монтморилоніт Na Гідрослюда 1:0.003 1:0,015 1:0.003 1:0,015 1:0.003 1:0,015 1:0.003 1:0,015 1:0.003 1:0,015 1:0.003 1:0,015 1,40 1,60 1,40 1,60 1,40 1,60 1,40 1,60 1,40 1,60 1,40 1,60 21 19 20 18 19 17 9 7 8 7 8 6 Позамежні значення 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 III Низькозольний антрацит 70,00 1,04 0,14 0,01 II Буре вугілля 53,00 0,16 Відомі способи 28 29 30 Буре Іа вугілля Буре IIа вугілля НизькоIIIа зольний антрацит 51,00 0,50 1,05 3 53,00 0,16 0,75 5 70,00 1,04 0,14 0.01 1,50 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб одержання водовугільної суспензії, що включає помел подрібненого кам'яного вугілля і добавок, який відрізняється тим, що помел здійснюють у присутності нанорозмірних частинок шаруватих силікатів при масовому співвідношенні подрібнене вугілля:шаруватий силікат, рівному 1:(0,005-0,01). 4 UA 105724 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 5