Рідке паливо

Реферат: Винахід належить до галузі палива, зокрема до суспензійного палива на основі горючих органічних відходів, і може бути використаний для одержання екологічно безпечного рідкого палива, придатного для транспортування по трубопроводу й безпосереднього спалювання через форсунки котлоагрегатів. Задачею, на вирішення якої направлений винахід, є підвищення теплотворної здатності рідкого палива при збереженні високих реологічних властивостей та покращення екологічної безпеки навколишнього середовища. Запропонований склад рідкого палива містить наступні компоненти, мас. %: нафтовий шлам 38-42 фракція відгону рідких продуктів піролізу полімерних відходів кам'яне вугілля марки Т карбонатний мінерал або кальцит) лігносульфонат натрію 36-40 17-20 (натрит 1-3 1-1,5. UA 113871 C2 (12) UA 113871 C2 Заявлюване рідке паливо характеризується теплотворною здатністю 42000-45500 кДж/кг та високими реологічними властивостями, що дозволяє транспортувати його трубопроводами й безпосередньо спалювати через форсунки котлоагрегатів. UA 113871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до галузі палива, зокрема до суспензійного палива на основі горючих органічних відходів, і може бути використаний для одержання екологічно-безпечного рідкого палива, придатного для транспортування по трубопроводу й безпосереднього спалювання через форсунки котлоагрегатів. Важливою проблемою на сьогоднішній час є накопичення екологічно небезпечних відходів: зношені шини та великі об'єми нафтових шламів, що призводить до великої негативної дії на оточуюче середовище, оскільки вони біологічно не розкладаються та є джерелом довготривалого його забруднення. Вказана проблема може бути вирішена за рахунок утилізації відходів шляхом хімічної переробки шин та використання останніх разом із нафтовим шламом як горючої компоненти у складі рідкого палива. В теперішній час широко використовують як рідке паливо водовугільні суспензії на основі дорогої горючої компоненти - кам'яного вугілля. Відоме рідке паливо (Патент UA № 97197 МПК C01L 1/32, опубл. 10.01.2012) [1]. Паливо містить компоненти при наступних співвідношеннях, мас. %: низькозольний антрацит 65-70 метилендинафталінсульфонат 0,5-1,5 натрію натрію карбонат 0,05-0,20 натрійкарбоксиметилцелюлоза 0,01-0,02 вода решта. Рідке паливо [1] характеризується високими реологічними характеристиками: ефективна -1 в'язкість (при швидкості зсуву 9 с ) - 1,50 Па • с, седиментаційна стійкість - 20 діб. Важливим параметром рідкого палива є його теплотворна здатність (кількість теплоти в Джоулях, що виділяє 1 кг рідкого чи твердого палива при повному згорянні). (ГОСТ Р 51749) [2] Однак, в матеріалах [1] не представлений вищевказаний параметр. Нами була визначена теплотворна здатність рідкого палива [1] згідно з методикою, описаною в (ГОСТ 21261-91) [3], величина якої становить 22000 кДж/кг. Таким чином, як основні недоліки рідкого палива [1] слід відмітити його недостатньо високу теплотворну здатність (22000 кДж/кг) та високу вартість. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю і результатом, що досягається, є рідке паливо (Патент UA № 80611, МПК C10L 1/32, опубл. 10.06.2013) [4]. Паливо містить компоненти при наступних співвідношеннях, мас. %: кам'яне вугілля 58,0-61,0 лігносульфонат натрію 0,5-1,0 карбонатний мінерал 2,0-5,0 (доломіт) вода решта. -1 Реологічні характеристики палива наступні: ефективна в'язкість (при швидкості зсуву 9 с ) 1,02 Па • с, седиментаційна стійкість - 13,5 діб. Такі характеристики забезпечують ефективне транспортування рідкого палива [4] трубопроводами. Однак, в матеріалах [4] не представлена теплотворна здатність палива, як його важлива енергетична характеристика. Нами були проведені досліди з визначення теплотворної здатності відомого палива. Визначення здійснювались згідно з методикою [3]. Теплотворна здатність складає 21500 кДж/кг. Як основні недоліки рідкого палива [4] слід відмітити недостатньо високу теплотворну здатність (21500 кДж/кг), високу вартість внаслідок наявності дороговартісної компоненти вугілля (58-61 %). В основу винаходу поставлена задача розробити склад рідкого палива, в якому використання як енергетичної компоненти горючих органічних матеріалів, які є відходами нафтопереробної промисловості та процесу піролізу полімерних матеріалів, забезпечить суттєве підвищення теплотворної здатності рідкого палива при збереженні високих реологічних властивостей, а також покращення екологічної безпеки навколишнього середовища при зменшеній вартості рідкого палива. Поставлена задача вирішується складом рідкого палива, що включає подрібнене кам'яне вугілля, карбонатний мінерал і пластифікатор - лігносульфонат натрію, у якому, згідно з винаходом, рідке паливо як вугілля містить кам'яне вугілля марки Т та додатково - нафтовий шлам і фракцію відгону рідких продуктів піролізу полімерних відходів (РППВ) при температурі 50-180 °C, і компоненти беруть при наступному співвідношенні, мас. %: 1 UA 113871 C2 5 10 15 20 25 30 нафтовий шлам 38-42 фракція відгону РППВ при 36-40 температурі 50-180 °C кам'яне вугілля марки Т 17-20 карбонатний мінерал 1-3 лігносульфонат натрію 1-1,5. причому, як карбонатний мінерал беруть натрит або кальцит. Відмінною ознакою запропонованого рідкого палива є наявність суміші нафтових шламів, РППВ та кам'яного вугілля, масове співвідношення яких створює таку структуру композиції, яка забезпечує високі реологічні властивості та високу теплотворну здатність, що в свою чергу дає можливість перекачувати паливо трубопроводами та розпилювати через форсунки в енергогенеруючих установках. Нами показано, що фізико-хімічні властивості нафтошламу не дозволяють використовувати його як паливо. Безпосереднє введення в шлам кам'яного вугілля призводить до суттєвого збільшення в'язкості системи, що не дозволяє використовувати її як рідке паливо. Також нами встановлено, що для суміші нафтошламу та РППВ властиво її швидке розшарування, тобто система має дуже низьку седиментаційну стійкість. І тільки при сумісному використанні вказаних компонентів досягається одержання ефективного рідкого палива із високими реологічними характеристиками та високою теплотворною здатністю. Слід відмітити, що стабільна в'язкість, висока седиментаційна стійкість, скорочення питомих викидів кислотоутворюючих газів, досягається завдяки використанню в складі рідкого палива карбонатних мінералів і лігносульфонату натрію. 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 рідкого палива на основі нафтового шламу, продуктів піролізу полімерних відходів, який містить кам'яне вугілля, карбонатний мінерал і пластифікатор (лігносульфонат натрію) в пропорціях, що заявляються, забезпечує: - високу теплотворну здатність; - високі реологічні характеристики рідкого палива, що дозволяють перекачувати його трубопроводами та розпилювати його через форсунки енергогенеруючих установок; - покращення екологічної обстановки як за рахунок зменшення кількості шкідливих відходів, так і за рахунок уловлення кислотоутворюючих газів карбонатними мінералами; - зменшення вартості рідкого палива за рахунок зменшення вмісту дорогої горючої компоненти. Для приготування рідкого палива складу, що заявляється, беруть нафтовий шлам НГДУ "Долинанафтогаз". Шлам являється продуктом темно-коричневого кольору (густина шламу 3 0,912-0,937 г/см , в'язкість шламу 16,3 Па • с, вологість 32 %, вміст мінеральної складової 1115 %); рідкі продукти піролізу полімерних матеріалів, фракції відгону 50-180 °C, (густина 0,890 3 г/см , в'язкість 9,1 Па • с) наступного складу (табл.): Таблиця Компонент Неароматичні сполуки Бензол Тіофен Толуол м + п ксилоли о-ксилол Нафталін Неідентифіковані сполуки Вміст, % 14,6 15,1 0,4 6,1 13,8 4,7 0,5 44,8 35 40 В склад рідкого палива також вводять пластифікатор - "Лігносульфонат технічний порошкоподібний на натрієвій основі" згідно ТУ 2455-002000281039-00 (сорт вищий); карбонатний мінерал - доломіт згідно ТУ 0753-009-00186861-98, або натрит згідно ГОСТ 83-79, або кальцит згідно ТУ 5716-008-30993911-2014; а як кам'яне вугілля беруть енергетичне вугілля марки Т шахти "ДТЭК Комсомолец Донбасса" (вихідна вологість 15 %, зольність 18 %, вміст сірки 0,5 %), клас крупності 3 мм. 2 UA 113871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Рідке паливо готують наступним чином. Рідкі продукти піролізу, кам'яне вугілля, карбонатний мінерал та лігносульфонат натрію завантажують у кульовий млин у пропорціях, що заявляються, і проводять помел до отримання частинок розміром 250 мкм. Одержану суспензію та нафтовий шлам завантажують у лопатевий змішувач та гомогенізують з величиною обертів 1500-1800 об/хв. Одержано рідке паливо наступного складу, мас. %: нафтовий шлам 38-42 фракція відгону РППВ при 36-40 температурі 50-180 °C кам'яне вугілля марки Т 17-20 карбонатний мінерал 1-3 лігносульфонат натрію 1-1,5. Як основні показники, що характеризують якість палива, визначали у такий спосіб: - в'язкість суспензії з інтервалом в 1 добу визначають на ротаційному віскозиметрі "Rheotest-1 2" при швидкості зсуву 9с 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 теплотворної здатності проводять за методикою [3], що заключається у спалюванні останнього у заповненому киснем герметично закритому апараті, який називається калориметричною бомбою. Приклад виконання за винаходом 3 Беруть 100 г РППВ, густиною 0,89 г/см та додають 50 г кам'яного вугілля марки Т, 5 г карбонатного мінералу - кальциту та 3 г лігносульфонат натрію і завантажують у кульовий млин 3 об'ємом 1,3 дм . Помел суміші здійснюють сталевими кулями масою 3,8 кг при швидкості -1 обертання барабана млина 1,2 с до одержання частинок розміром 250 мкм. Одержану суспензію із кульового млина вивантажують, до останньої додають 110 г 3 нафтового шламу із густиною 0,919 г/см і суміш завантажують у лопатевий змішувач та гомогенізують з величиною обертів 1600 об/хв. У результаті одержано рідке паливо масою 268 г наступного складу, мас. %: нафтовий шлам 41,0 фракція відгону РППВ при 37,3 температурі 50-180 °C кам'яне вугілля марки Т 18,7 карбонатний мінерал 1,9 лігносульфонат натрію 1,1. 3 Рідке паливо має наступні характеристики: в'язкість 1,30 г/см , седиментаційну стійкість 12,5 діб, теплотворну здатність - 44000 кДж/кг. Аналогічно прикладу виконання за винаходом були одержані склади рідкого палива, які містили всі компоненти як в заявлюваному співвідношенні, так і при позамежних значеннях (табл. 2, прикл. 1-11) Показано, що рідке паливо, яке містить нафтовий шлам, рідкі продукти піролізу, кам'яне вугілля, лігносульфонат натрію та карбонатний мінерал (доломіт або натрит або кальцит) при їх співвідношенні, що заявляється, характеризується високими реологічними властивостями: в'язкість 1,20-1,42 Па • с, седиментаційна стійкість 12-13,5 діб, теплотворна здатність 4260045500 кДж/кг (табл. 2, прикл. 1-6). Характеристики рідкого палива, яке містить компоненти при позамежних значеннях відображені в табл. 2 (прикл. 7-10). При позамежному збільшенні вмісту нафтового шламу у рідкому паливі значно підвищується в'язкість рідкого палива, що не дозволяє перекачувати останнє трубопроводами, хоча седиментаційна стійкість становить 13 діб; при цьому слід відмітити зменшення теплотворної здатності рідкого палива (табл. 2, прикл. 7). При позамежному зменшенні вмісту нафтового шламу у рідкому паливі, останнє характеризується високою теплотворною здатністю 48000 кДж/кг. При цьому реологічні властивості рідкого палива (седиментаційна стійкість 0,5 доби, в'язкість 1,2 Па • с) призводять до розшарування рідкого палива, що унеможливлює його транспортування трубопроводами (табл. 2, прикл. 8). Позамежне зменшення РППВ у рідкому паливі призводить до незначного зменшення теплотворної здатності, при цьому спостерігається загущення рідкого палива та підвищення седиментаційної стійкості і в'язкості, що не дозволяє використовувати його в якості рідкого палива (табл. 2, прикл. 9). 3 UA 113871 C2 5 10 15 20 25 Позамежне збільшення РППВ в рідкому паливі не призводить до суттєвого підвищення теплотворної здатності та реологічних властивостей і є економічно недоцільним (табл. 2, прикл. 10). Нами встановлено, що для забезпечення стабільності рідкого палива необхідним компонентом є подрібнене кам'яне вугілля, яке відіграє роль структуроутворюючої компоненти в системі: нафтовий шлам - РППВ. Важливими компонентами рідкого палива є карбонатний мінерал та лігносульфонат натрію, заявлювана кількість яких у паливі також сприяє підвищенню реологічних властивостей (стабільна в'язкість та седиментаційна стійкість) та суттєвому скороченню питомих викидів кислотоутворюючих газів, що значно покращує екологічну обстановку навколишнього середовища. Переваги запропонованого складу рідкого палива, виготовленого на основі нафтового шламу та продуктів хімічної переробки полімерних відходів, в порівнянні з відомим складом [4] полягають у наступному: - в підвищенні теплотворної здатності рідкого палива з 21500 до 42000-45500 кДж/кг, тобто ~ в 2 рази; - в одержанні рідкого палива з високими реологічними характеристиками (в'язкість 1,15-1,40 Па • с, седиментаційна стійкість 12-13,5 діб), що дозволяє ефективно перекачувати рідке паливо трубопроводами та розпилювати у форсунках котлоагрегатів; - в покращенні екологічної обстановки навколишнього середовища як за рахунок утилізації шкідливих відходів, так і за рахунок уловлення кислотоутворюючих газів; - в зменшенні вартості рідкого палива за рахунок зменшення вмісту дорогої компоненти кам'яного вугілля. Слід також відмітити, що використання заявленого рідкого палива не потребує переобладнання стандартного устаткування (форсунки котлоагрегатів). Склад рідкого палива, мас. % Показники № Вугілля Карбонатні мінерали ЛіґноТеплотворна Нафт. В'язкість, Седиментаційна п/п РППВ марки сульф. Вода здатність, шлам Па • с стійкість, доби доломіт кальцит натрит Т Na кДж/кг За винаходом 1 38,0 40,0 18,0 3.0 1,0 1,15 12,0 45500 2 42,0 37,4 17,6 2.0 1,0 1,42 13,0 43000 3 41,0 37,3 18,7 1.9 1,1 1,30 12,5 44000 4 42,5 36,0 20,0 1,0 1,5 1,20 13,5 42600 5 41,0 37,3 18.7 1,9 1,1 1,32 12,5 43000 6 41,0 37,3 18,7 1.9 1,1 1,25 12,5 43000 Позамежні значення 7 44,0 36,0 17,0 2,0 1,0 1,80 13,0 42000 8 36,0 40,0 20,0 2,5 1,5 1,20 0,5 48000 9 42,0 34,0 20,0 3,0 1,0 1,80 14,0 40800 10 38,0 42,0 17,0 2,0 1,0 1,40 13,5 48500 За способом [4] 11 61,0 5,0 1,0 33,0 1,40 13,5 21500 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 1. Рідке паливо, що включає подрібнене кам'яне вугілля, карбонатний мінерал і лігносульфонат натрію, яке відрізняється тим, що паливо як кам'яне вугілля містить вугілля марки Т та додатково містить нафтовий шлам і фракцію відгону рідких продуктів піролізу полімерних відходів (РППВ) при температурі 50-180 °C, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: нафтовий шлам 38-42 фракція відгону РППВ при температурі 50-180 °C 36-40 кам'яне вугілля марки Т 17-20 карбонатний мінерал 1-3 лігносульфонат натрію 1-1,5. 2. Паливо за п. 1, яке відрізняється тим, що як карбонатний мінерал паливо містить натрит. 3. Паливо за п. 1, яке відрізняється тим, що як карбонатний мінерал паливо містить кальцит. 4 UA 113871 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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