Способ получения топлива твердого многокомпонентного

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВА ТВЕРДОГО МНОГОКОМПОНЕНТНОГО(71) Заявители Пехота Александр Николаевич Хрусталв Борис Михайлович(72) Авторы Пехота Александр Николаевич Хрусталв Борис Михайлович(73) Патентообладатели Пехота Александр Николаевич Хрусталв Борис Михайлович(57) 1. Способ получения топлива твердого многокомпонентного, включающий измельчение древесных отходов, дозировку и смешение их с нефтяными отходами при естественной температуре до получения однородной массы, продавливание полученной однородной массы шнековым прессом через формующую насадку и последующую сушку,отличающийся тем, что используют древесные отходы с влажностью 30-90 , в смесь дополнительно вводят наполнители при следующем соотношении компонентов, мас.древесные отходы 60-90 нефтяные отходы 5-30 наполнители 2-20,продавливание однородной массы осуществляют под давлением 5-20 МПа с образованием в продавливаемой массе внутреннего продольного сквозного отверстия, продавленную массу разрезают на брикеты и сушат вначале при температуре 60-110 С до влажности 3040 , а затем при температуре 30-60 С до влажности 12-23 или в естественных условиях при плюсовой температуре до влажности 12-23 . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продавливание осуществляют через выходной цилиндрический канал формующей насадки с наружным диаметром 50-150 мм. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продавливание осуществляют через выходной канал формующей насадки с сечением в виде многоугольника, или квадрата, или квадрата со скругленными углами с диаметром описанной окружности 50-150 мм. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение наружного диаметра или диаметра описанной окружности выходного канала формующей насадки к диаметру внутреннего сквозного отверстия составляет 2-9. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разрезание на брикеты производят при отношении наружного диаметра продавленной массы к длине брикета, равном 0,12-1,0. 18408 1 2014.08.30 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве наполнителей используют лигнин, отходы лигнина, ветошь, насыщенную нефтепродуктами, отработанные гранулированные или волокнистые сорбенты, природные горючие минералы, углеродосодержащие отходы, органосодержащие отходы сельского хозяйства, отходы коммунально-бытового хозяйства или их смеси. Изобретение относится к технологии получения твердого органосодержащего топлива. Данная технология может быть применена для получения брикетированного топлива,которое может быть использовано в быту и промышленности. Известен способ получения брикетированного топлива 1, включающий продавливание измельченных растительных отходов с влажностью 3,5-15 через формующий канал под воздействием импульсного давления 25-40 МПа с частотой 35-80 импульсов в минуту,при нагреве измельченных отходов на входе формующего канала до температуры 120150 С и на выходе 170-250 С. Недостатками данного способа являются сложность технологического оборудования для производства, необходимость подготовки измельченных отходов путем предварительного нагрева и обеспечения их влажности 3,5-15 . Известен способ получения топливного брикета 2, заключающийся в том, что в данном способе используют утилизированные древесные опилки, насыщенные нефтепродуктами 80-85 мас. с влажностью 75-85 , и древесную муку 15-20 мас. Компоненты дозируют, смешивают, укладывают в форму и прессуют под давлением 4,5-5 МПа. Недостатками данного способа являются низкая производительность из-за необходимости вести прессование в формах и использование малого ассортимента отходов местного производства. Известен способ получения топливного брикета 3, включающий дозирование и смешение измельченных органических топлив с отходами переработки нефти, экструдирование смеси в шнековом прессе под давлением 0,2-0,6 МПа через коническую формующую насадку, нагретую до температуры 120-150 С, с выходным цилиндрическим каналом и последующую сушку. Недостатком данного способа является необходимость подогрева конической насадки,что увеличивает энергозатраты на производство. Ближайшим техническим решением (прототип) является способ получения топливного брикета 4, заключающийся в том, что для данного способа используют смесь древесных отходов 80-90 мас. в виде рубленой щепы, стружек, опилок и т.п. с размером частиц 1-50 мм с влажностью 30-70 и отходы битумного производства 10-20 мас. Все компоненты дозируют, засыпают в бункер, смешивают при обычной температуре до получения однородной массы и полученную смесь продавливают под давлением 0,2-0,3 МПа через коническую насадку шнекового пресса, нагретую до температуры 120-130 С. Для лучшего перемешивания компонентов предварительно битумные отходы подогревают до температуры 90-100 С, затем полученные брикеты сушат в специальном помещении при температуре 60-70 С в течение 24-36 ч. Недостатками предлагаемого изобретения являются необходимость нагрева конической насадки, что увеличивает энергозатраты на производство, необходимость предварительной подготовки измельченных древесных отходов путем обеспечения влажности 3070 , использование малого ассортимента отходов местного производства. Задачей данного изобретения является уменьшение энергозатрат на производство топлива и подготовку сырья, предотвращение самовозгорания при использовании нефтесодержащих компонентов, улучшение теплотворных и физико-механических свойств,2 18408 1 2014.08.30 расширение ассортимента использования отходов местного производства, увеличение времени хранения топлива, утилизация отходов промышленного производства. Поставленная задача достигается за счет того, что в способе получения топлива твердого многокомпонентного, включающем измельчение древесных отходов, дозировку и смешение их с нефтяными отходами при естественной температуре до получения однородной массы, продавливание полученной однородной массы шнековым прессом через формующую насадку и последующую сушку, по изобретению используют древесные отходы с влажностью 30-90 , в смесь дополнительно вводят наполнители при следующем соотношении компонентов, мас.древесные отходы 60-90 нефтяные отходы 5-30 наполнители 2-20,продавливание однородной массы осуществляют под давлением 5-20 МПа с образованием в продавливаемой массе внутреннего продольного сквозного отверстия, продавленную массу разрезают на брикеты и сушат вначале при температуре 60-110 С до влажности 3040 , а затем при температуре 30-60 С до влажности 12-23 или в естественных условиях при плюсовой температуре до влажности 12-23 . При этом продавливание осуществляют через выходной цилиндрический канал формующей насадки с наружным диаметром 50-150 мм продавливание осуществляют через выходной канал формующей насадки с сечением в виде многоугольника, или квадрата, или квадрата со скругленными углами с диаметром описанной окружности 50-150 мм отношение наружного диаметра или диаметра описанной окружности выходного канала формующей насадки к диаметру внутреннего сквозного отверстия составляет 2-9. разрезание на брикеты производят при отношении наружного диаметра продавленной массы к длине брикета, равном 0,12-1,0 в качестве наполнителей используют лигнин, отходы лигнина, ветошь, насыщенную нефтепродуктами, отработанные гранулированные или волокнистые сорбенты, природные горючие минералы, углеродосодержащие отходы, органосодержащие отходы сельского хозяйства, отходы коммунально-бытового хозяйства или их смеси. Предложенный способ позволяет решить поставленные задачи использование древесных отходов с повышенной влажностью до 90 , различных нефтяных отходов и наполнителей позволяет расширить ассортимент используемых отходов местного производства и улучшить экологическое состояние окружающей среды, а также улучшить теплотворную способность топлива и увеличить время хранения топлива наличие внутреннего продольного сквозного отверстия увеличивает площадь испарения влаги, что позволяет вести сушку интенсивнее, а также в естественных условиях, что уменьшает энергозатраты на производство. При горении топливного брикета наличие внутреннего продольного сквозного отверстия увеличивает площадь горения и создаются турбулентные вихревые потоки в зоне горения, что повышает теплоту сгорания. Вследствие чего происходит более полное и качественное сгорание. Вредные вещества сгорают и разлагаются более полно, при этом выбросы не превышают предельно допустимые концентрации, что также повышает экологическое состояние окружающей среды продавливание под давлением 5-20 МПа повышает температуру продавливаемой массы, вследствие чего происходит поликонденсация смолистых веществ и выделение из древесных отходов лигнина, что при высыхании топлива приводит к улучшению свойств топлива осуществление сушки в две стадии позволяет избежать самовоспламенения и ускорить время сушки. Вначале сушат при температуре 60-110 С до влажности 30-40 , а затем при температуре 30-60 С (которая ниже температуры воспламенения паров нефтепродук 3 18408 1 2014.08.30 тов) до влажности 12-23 или в естественных условиях при плюсовой температуре до влажности 12-23 . Предложенный способ получения топлива твердого многокомпонентного заключается в следующем. Предварительно готовят (сортируют и измельчают при необходимости) следующие составные компоненты для получения топлива твердого многокомпонентного древесные отходы, нефтяные отходы, наполнители. В качестве древесных отходов используют уже измельченные древесные отходы,представляющие собой древесно-опилочную смесь лиственных и хвойных пород, отходы деревообрабатывающей промышленности в виде рубленой щепы, стружек, опилок и т.п. с размером частиц до 10 мм и влажностью 30-90 . При необходимости отходы измельчают общеизвестными дробилками до размера частиц 10 мм. При этом допускается содержание частиц с размером до 20 мм в количестве до 20 от общего количества древесных отходов. Древесные отходы берут без предварительной сушки, при этом могут использоваться древесные отходы, имеющие повышенную влажность до 90 , которую они приобретают в результате длительного хранения под открытым небом. В качестве нефтяных отходов берут любые отходы или их смеси отходы синтетических и минеральных масел, отходы смеси нефтепродуктов, отработанные эмульсии, нефтешламы добычи и переработки нефти, грунт, загрязненный нефтью, донные отложения, мазутных резервуаров, очистных сооружений, очистки трубопроводов и емкостей и др. В качестве наполнителей используют лигнин, отходы лигнина, ветошь, насыщенную нефтепродуктами (например, обтирочный материал, отработанные масляные фильтры,фитили и щетки железнодорожных польстеров), отработанные гранулированные или волокнистые сорбенты (например, С-Верад, СоНеТ, Лигносорб, Экоторф, Эколан и др.), природные горючие минералы (например, угольная пыль, горючие сланцы, торф),углеродосодержащие отходы (например, резина, кожа, автопокрышки, парафин), органосодержащие отходы сельского хозяйства (например, навоз, солома, костра, шелуха подсолнуха), отходы коммунально-бытового хозяйства (например, иловые остатки очистных сооружений, упаковка бумажная картонная, ткани) или их смеси. При этом содержание составляющих компонентов берется в следующем соотношении,мас.древесные отходы 60-90 нефтяные отходы 5-30 наполнители 2-20. Производят дозирование, засыпают компоненты в бункер и смешивают при естественной температуре общеизвестными смесителями до получения однородной массы,допускается смешивание до неоднородного состояния (приблизительно до 20 ). После перемешивания однородную массу продавливают (формуют) шнековым прессом через коническую формующую насадку шнекового пресса с выходным цилиндрическим каналом под давлением 5-20 МПа с одновременным образованием внутреннего сквозного продольного отверстия в продавливаемой массе. В табл. 1 показана способность к формованию брикета в зависимости от давления продавливания и наружного диаметра брикета. Разрезают продавливаемую массу на брикеты и сушат в две стадии. Вначале (основная стадия сушки) при температуре 60-110 С до влажности 30-40 , а затем (окончательная стадия сушки) при температуре 30-60 С до влажности 12-23 или сушки в естественных условиях при плюсовой температуре до влажности 12-23 . Сушку брикета осуществляют в общеизвестных сушильных камерах, помещениях,оборудованных, например, теплогенераторами, в специальных печах. Длительность основной стадии сушки зависит от различий между влажностью на поверхности брикета и количеством несвязанной воды внутри брикета. Основная стадия сушки заканчивается,когда влажность достигает критической величины и вода с поверхности брикета испаря 4 18408 1 2014.08.30 ется быстрее, чем поступает изнутри брикета, и температура брикета начинает расти. Окончательная стадия сушки осуществляется при температуре 30-60 С (которая ниже температуры самовоспламенения паров нефти) до влажности 12-23 или под навесом в естественных условиях до влажности 12-23 . Наличие отверстия внутри брикета увеличивает площадь контакта с осушающим агентом (теплым воздухом), при этом испарение происходит одновременно как с внешней стороны, так и изнутри сформованного брикета. Выбор наружного диаметра брикета, диаметра внутреннего сквозного продольного отверстия и длины брикета производится из условий удобства использования, транспортировки и хранения брикета с соблюдением прочностных характеристик. Для использования топлива в быту продавливание осуществляется через выходной цилиндрический канал формующей насадки с наружным диаметром 50-100 мм, а для использования топлива в промышленности продавливание осуществляется через выходной цилиндрический канал формующей насадки с наружным диаметром 100-150 мм. Для расширения потребительских качеств брикета продавливание массы также может осуществляться через выходной канал формующей насадки, с сечением в виде многоугольника, или квадрата, или квадрата с скругленными углами и диаметром описанной окружности 50-150 мм. Экспериментальным путем была установлена зависимость наружного диаметра брикета и диаметра отверстия внутри брикета, при которой происходит формование брикета с сохранением формы и при этом увеличивается теплота сгорания. Отношение наружного диаметра или диаметра описанной окружности выходного канала формующей насадки к диаметру внутреннего сквозного отверстия брикета составляет 2-9. Также экспериментальным путем была установлена зависимость длины брикета от наружного диаметра, при которой в процессе изготовления и транспортирования сохраняются удобство использования и прочностные свойства. Разрезание на брикеты производят при отношении наружного диаметра продавливаемой массы к длине брикета, равном 0,12 -1,0. Нефтяные отходы, находящиеся в однородной смеси, являются основным связующим материалом и повышают теплотехнические характеристики топлива твердого многокомпонентного. При продавливании однородной смеси в шнековом прессе и формующей конической насадке шнекового пресса создается непрерывное давление и трение в месте расположения прессующего шнека и в рабочей части конической формующей насадки шнекового пресса. Вследствие чего возникают силы сопротивления в виде сил трения. Давление от прессующего шнека уплотняет однородную смесь по всему объему, при этом удаляется часть влаги, а под действием сил сжатия и трения повышается температура продавливаемой однородной смеси. При повышении температуры и давления из древесных компонентов продавливаемой однородной смеси выделяется естественное связующее-лигнин. Под воздействием температуры лигнин пластифицируется, при высыхании дает дополнительную твердость вместе с основным связующим компонентом (отходами нефтепродуктов) и уменьшает гигроскопичность топлива. Одновременно в процессе формования однородной смеси при повышенной температуре и давлении происходит поликонденсация смолистых веществ древесины и релаксация внутренних напряжений, что также повышает прочность сформованного брикета. Апробацию способа проводили на следующих компонентных составах, при этом наполнители использовали как однокомпонентные, так и их смесь, мас.пример 1 древесно-опилочная смесь - 90, нефтяные отходы - 8, наполнители - 2 пример 2 древесно-опилочная смесь - 75, нефтяные отходы - 5, наполнители - 20 пример 3 древесно-опилочная смесь - 60, нефтяные отходы - 30, наполнители - 10. Топливные брикеты, изготовленные описанным способом (согласно указанным примерам), показали, что брикеты имеют одинаковые физико-механические свойства с расхождением параметров в пределах допуска 5 . 5 Таблица 1 Давление продавливания, МПа Наружный диаметр брикета, мм Плотность, г/см 3 (после высушивания до остаточной влажности 12-23 ) Наружный диаметр брикета, мм Диаметр внутреннего отверстия брикета, мм Плотность, г/см 3 Характеристики поТеплотворная способность,сле высушивания до Ккал/кг остаточной влажноЗольность,сти 12-23 Сера,18408 1 2014.08.30 Результаты испытаний свойств топлива твердого многокомпонентного, полученного при оговоренных режимах и составах, представлены в табл. 2. Наличие нефтесодержащих отходов и внутреннего отверстия в брикете увеличивают теплоту сгорания. Отверстие увеличивает площадь горения и создает турбулентные вихревые потоки в зоне горения, которые обеспечивают более полное сгорание топлива и контролируемых компонентов, что подтверждается низкой зольностью и содержанием серы (зольность - 10,1 при норме 23,0 сера - 0,3 ). Использование нефтяных отходов придает пластичность формуемой смеси, поэтому в данной технологии допускается к применению более вязкие виды нефтяных отходов, возможность использования которых в других технологиях затруднена или требует дополнительных затрат на их разогрев. Входящие в состав брикетов нефтесодержащие отходы также повышают гидрофобные свойства топлива, что способствует более длительному хранению топлива и защите от влаги. Преимущественным отличием от других видов твердого топлива служит возможность производства брикетов различных типоразмеров (длиной до 1000 мм) при диаметре 50150 мм, которые могут использоваться в различных эксплуатируемых энергоустановках. Испытания, проведенные в Экологической лаборатории ПРУП Экопластсервис (Аттестат аккредитации /112 02.2.0.3479 от 29.01.2007 г.), подтвердили высокие свойства топливных брикетов (протокол 1 и 2 от 27.10.2008). Источники информации 1. Патент 1798367, 1993. 2. Патент 2309976, 2007. 3. Патент 2100414, 1997. 4. Патент 2100416, 1997. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.