формованное топливо и способ его получения

Формула изобретения

1. Формованное топливо на основе высушенной смеси измельченного твердого топлива и сгущенного ила с установок по очистке сточных вод, отличающееся тем, что оно содержит следующее соотношение компонентов, в мас.%:

Сгущенный ил с содержанием воды 5 - 14% - 13 - 38

Измельченное твердое топливо, выбранное из группы, содержащей древесные, растительные отходы, лигнин, торф, коксовую или угольную мелочь, текстильные отходы или из смеси - Остальное

2. Топливо по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит до 10 - 40 мас.% отработанных или некондиционных смазочных материалов, и/или нефтешлама, и/или парафина либо парафинового гача, и/или жировых отходов.

3. Способ получения формованного топлива, включающий дозирование и смешение сгущенного активного или с установок по очистке сточных вод и измельченного твердого топлива, формование смеси и последующую сушку формовок, отличающийся тем, что для смешения используют сгущенный активный ил с содержанием воды 70 - 80 мас.%, формуют смесь при давлении 0,1 - 25 МПа и сушат формовки при 50 - 180^oC в течение 1,5 - 0,4 ч или при температуре окружающей среды 5 - 30 ч, при этом формованное топливо содержит, мас.%: сгущенный ил с содержанием воды 5 - 14% - 13 - 38 и измельченное твердое топливо, выбранное из группы, содержащей древесные, растительные отходы, торф, коксовую или угольную мелочь, текстильные отходы или их смеси - остальное.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что после сушки на формовки дополнительно набрызгивают или формовки погружают в жидкие подогретые отработанные или некондиционные смазочные материалы, и/или нефтешлам, и/или парафин либо парафиновый гач, и/или жировые отходы до содержания их в формованном топливе до 10 - 40 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства формованного (брикетированного, экструдированного или гранулированного) твердого топлива, которое может быть использовано для коммунально-бытовых нужд, а также в промышленности, при этом частично решается проблема снижения загрязнения окружающей среды отходами.

Известно топливо, получаемое путем смешения профильтрованного ила городских отходов с 40-50 мас. % угольной пыли, или древесных опилок, или стружек, или торфа (FR 2497520; C 10 L 5/46, 5/48, 09.07.82). Недостатком этого топлива является его низкая механическая прочность, так как не предусматривается формование и сушка, что увеличивает затраты при его хранении, погрузке, разгрузке и транспортировке.

Известен способ переработки осветляющего ила для получения топлива или добавок к компосту, по которому осветляющий ил смешивают с флокулянтами и носителями углерода, подвергают обезвоживанию до достижения доли сухого вещества 15-20%, причем большую часть добавляемого углеродного носителя после обезвоживания направляют в смеситель-измельчитель (EP 0271628, C 10 L 5/40, 22.06.88). Недостатком является его многостадийность, сложное аппаратурное оформление, что увеличивает затраты в процессе получения твердого топлива.

Известен способ получения формованного топлива в виде брикетов, включающий смешение угольной мелочи с жидким лигносульфонатом с 40-60% твердого по массе, который предварительно нагревают до 80-200 ^oF при массовом отношении угля к твердому лигносульфонату 13:1 - 20:1, прессование смеси продавливанием, сушку брикетов в сушильной камере при температуре не менее 93^oC до их отверждения, последующее нанесение на брикет погружением или разбрызгиванием покрытия нефтяными отходами или парафином (US 4389218, C 10 L 5/20, 1983). Недостатком данного способа является двухстадийное нагревание, усложняющее аппаратурное оформление производства, что увеличивает затраты на процесс получения брикетов.

Известен состав брикетированного топлива, содержащий в мас.%: нефтешлам 15-20, техуглерод 10-20 и древесные отходы - остальное, который получают смешением древесных отходов (опилок) с трехуглеродным (отходами сажи) и затем вводят нефтешлам, смесь прессуют в брикеты при давлении 0,2 МПа и сушат при 20^oC (RU 2010842, C 10 L 5/4, 5/48, 15.04.94). Недостатком данного брикетированного топлива является его низкая механическая прочность и высокая себестоимость отходов сажи, что в совокупности увеличивает затраты при получении, погрузке, разгрузке, хранении и транспорте брикетов.

Наиболее близким является формованное топливо в виде брикетов на основе высушенной смеси обезвоженного активного ила или водно-грязевых отходов с содержанием твердого 5-15% из городских установок по очистке сточных вод, обезвоженного до содержания воды 85-95% с измельченным твердым топливом - древесными опилками - в весовом отношении 1:5 - 1:10; формованное топливо получают путем формования смеси в брикеты с последующей сушкой брикетов (JP 53-15081, C 10 L 5/48, 22.05.78). Недостатком указанного состава топливного брикета и способа получения брикетов заключается в большом содержании опилок, которое обуславливает низкую механическую прочность брикетов, что увеличивает затраты на хранение, погрузочно-разгрузочные работы и транспорт брикетов.

Задачей изобретения является повышение механической прочности формованного топлива и за счет этого снижение затрат на его хранение, погрузку, разгрузку и транспорт.

Поставленная задача решается за счет того, что формованное топливо на основе высушенной смеси измельченного твердого топлива и сгущенного ила с установок по очистке сточных вод содержит 13-38 мас.% сгущенного ила с содержанием воды 5-14% и измельченное твердое топливо, выбранное из группы, содержащей древесные (опилки, измельченные кора и щепа), растительные (резанная солома, полова, высевки, жом корнеплодов, плодов и растений, косточки плодов, дробленые стебли растений, дробленые отходы от обдира кукурузных початков, риса, гречки, семечек, пшена, горчицы и других растений) отходы, торф, лигнин, коксовую или угольную мелочь, текстильные отходы (нити, мелкие кусочки тканей) или их смеси - остальное.

Формованное топливо может дополнительно содержать до 10-40 мас.% отработанных или некондиционных смазочных материалов, и/или нефтешлама, и/или парафина, либо парафинового гача, и/или жировых отходов.

Способ получения формованного топлива включает дозирование и смешение измельченного твердого топлива и сгущенного активного ила с установок по очистке сточных вод с содержанием воды 70-80%, формование смеси при давлении 0,1-25 МПа и сушку формовок при 50-180^oC в течение 1,5-0,4 часа или при температуре окружающей среды 5-30 часов, при этом формованное топливо содержит 13-38 мас. % сгущенного ила с содержанием воды 5-14% и измельченное твердое топливо, выбранное из группы содержащей древесные (опилки, измельченные кора и щепа), растительные (резанная солома, полова, высевки, жом корнеплодов, плодов и растений, косточки плодов, дробленые стебли растений, дробленые отходы от обдира кукурузных початков, риса, гречки, семечек, пшена, горчицы и других растений) отходы, торф, лигнин, текстильные отходы (нити, вычески, мелкие кусочки тканей), коксовую или угольную мелочь или их смеси - остальное; дополнительно после сушки на формовки набрызгивают или формовки погружают в жидкие, подогретые, отработанные или некондиционные смазочные материалы, и/или нефтешлам, и/или парафин, либо парафиновый гач и/или жировые отходы до содержания их в формованном топливе до 10-40 мас.%. Сгущенный активный ил с установок по очистке сточных вод содержит 70-80% воды, плотность его 1,1 - 1,6 т/м³, содержание минеральной части ила 15-45%, которая состоит в основном из окислов SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, Cr₂O₃, NiO и т.д. Органическая часть ила в основном состоит из веществ белкового происхождения - до 50%, жиров - до 30% и углеводов - до 20%. Активность сгущенного ила рассматривается как способность сохранять свойства адгезии. После сушки ила в составе формованного топлива его активность утрачивается.

Нефтешлам является отходом при переработке нефти и имеет плотность при 20^oC - 0,85 -0,99 т/м³, массовая доля механических примесей от 2,5 до 40%, содержание воды 12-60%; температура вспышки в открытом тигле 145-250^oC; температура застывания 6-25^oC, содержание серы 0,5-12%.

Жировые отходы, которые образуются, например, при производстве горчичного масла, так называемая фуза, подсолнечного, хлопкового масла и горчичного масла, так называемая фуза подсолнечного, хлопкового масла и других масел. Жировые отходы содержат до 60% механических примесей в виде частичек перерабатываемых растений, минеральной пыли, до 70% жира, до 40% воды и имеют плотность 0,8 - 1,2 т/м³, температуру плавления 10-80^oC.

Отработанные и некондиционные смазочные материалы имеют по сравнению с кондиционными смазочными материалами либо больше допустимого предела механических примесей и воды, либо отклонения от сертификатов качества по основным показателям их свойств.

Пример 1.

На опытно-промышленной установке было изготовлено формованное топливо с использованием следующих компонентов: сгущенный активный ил с Люберецкой очистной установки с содержанием воды 75%, плотностью 1,1-1,4 т/м³, зольность 22-28%, угольная мелочь угля марки "Г" с ситовым составом 0-6 мм, влажностью 9-11% и зольностью 14% и коксовая мелочь с ситовым составом 0-6 мм, влажностью 8-9% и зольностью 9-10%, при этом содержание в смеси активного ила с содержанием воды 75% составляло 30 мас.%, содержание угольной мелочи - 35 мас. % и содержание коксовой мелочи - 35 мас.%. Сгущенный активный ил со склада мерными емкостями подают в смеситель, в который из бункеров с помощью питателей-дозаторов подают угольную и коксовую мелочь. В смесителе компоненты перемешивают 1-5 минут и готовую смесь транспортером подают для формования на вальцевый пресс, где смесь формуют при давлении 25 МПа. Формовки сушат в конвейерной сушилке 0,4 часа при температуре 180^oC. Формовки имеют следующий состав, в мас.%: сгущенный ил с очистных установок с содержанием воды 7% - 13, смесь мелочи угля и кокса - остальное.

Формовки в виде круглой линзы имеют диаметр 45 мм, высоту 32 мм, механическая прочность формовок на раздавливание составляла 7 МПа, а при 4-х кратном срабатывании формовок с высоты 1,5 м на стальную плиту на сите с ячейкой 25 мм оставалось 86% сбрасываемого материала. Эти результаты испытаний указывают на высокую механическую прочность брикетов. Плотность формовок составляет 1,15-1,2 т/м³, теплотворную способность - 6200-6800 ккал/кг.

Пример 2.

Формованное топливо по примеру 1, но в формуемой смеси содержание сгущенного активного ила с содержанием воды 80% составляет 49 мас.% угольной мелочи 26 мас.% и дробленые косточки маслин с ситовым составом 0-3 мм, влажностью 9% в количестве 25 мас.%, сушка осуществлялась при 120^oC в течение 0,8 часа. Формовки имеют следующий состав, в мас.%: сгущенный ил с очистных установок с содержанием воды 10% - 19,8, смесь угольной мелочи и дробленых косточек маслин - остальное.

Формовки имели форму и размеры, как в примере 1, механическую прочность на раздавливание 6,7 - 7,2 МПа, а при сбрасывании на сите с ячейкой 25 мм оставалось 85% сбрасываемого материала, что свидетельствует о высокой механической прочности формовок. Теплотворная способность формованного топлива составляла 5150-5300 ккал/кг, плотность формовок - 1,03-1,09 т/м³.

Пример 3.

Формованное топливо по примеру 1 сразу после сушки погружали на 5 минут в разогретую до 80^oC жидкую отработанную смазку с плотностью 0,86 т/м³, с содержанием механических примесей 12-17% и воды 2-5%.

Формовки имеют следующий состав, в мас.%:

сгущенный ил с очистных установок с содержанием воды 5% - 13; отработанная смазка - 10; смесь мелочи угля и кокса - остальное. Формовки имеют механическую прочность на раздавливание 6,8 - 6,6 МПа, а при испытании на сбрасывание на сите с ячейкой 25 мм оставалось 88% сбрасываемого материала, что свидетельствует о высокой механической прочности формовок. Плотность составила 1,17-1,19 т/м³, теплотворная способность 6350-6820 ккал/кг.

Пример 4.

Формуемая смесь содержит сгущенного ила с содержанием воды 70% - 61 мас. % и остальное - в равных массовых соотношениях угольная мелочь и древесные опилки, указанные компоненты перемешивают в течение 5 минут в смесителе и подают для формовки в шнековый пресс - экструдер, где их формуют под давлением 5 МПа и затем сушат при 110^oC в течение 1 часа. Формовки имеют следующий состав, в мас.%:

сгущенный ил с очистных установок с содержанием воды 11% - 29,0, смесь угольной мелочи и древесных опилок - остальное. Получают формовки в виде цилиндров диаметром 25 мм, длиной 20 мм, которые имеют плотность 1,0 - 1,03 т/м³, теплотворную способность 5000-5180 ккал/кг. Механическая прочность формовок на раздавливание составляет 6,95 - 7,1 МПа, а после 4-х кратного сбрасывания на сите с ячейкой 20 мм остается 86-87,5% сбрасываемого топлива, что свидетельствует о высокой прочности формовок.

Пример 5.

Формуемая смесь содержит сгущенный активный ил с содержанием воды 80%-80 мас.% и остальное - смесь в равных количествах по массе из измельченной древесной коры с ситовым составом 0-2 мм, влажностью 8%, резанного на отрезки длиной 5 мм жома сахарной свеклы с влажностью 9% и измельченные сердцевины кукурузных початков с ситовым составом 0-6 мм, влажностью 5%. Смесь после смесителя подают на тарельчатый гранулятор, где образуются под давлением 0,1 МПа формовки в виде гранул шарообразной формы диаметром 15-20 мм, которые сушат в конвейерной сушилке в течение 1,5 часов при 50^oC. Формовки имеют следующий состав, в мас.%:

сгущенный ил с очистных установок с содержанием воды 14% - 38, смесь измельченных древесной коры, жома сахарной свеклы и сердцевин кукурузных початков - остальное.

Плотность формовок 0,6 - 0,8 т/м³. Механическая прочность формовок на раздавливание составляет 12 кг на 1 формовку, после 4-х кратного сбрасывания формовок с высоты 1,8 м на стальную плиту 99,5% формовок не разрушаются, что говорит об их высокой механической прочности. Теплотворная способность формованного топлива составляет 3530 ккал/кг.

Пример 6.

Формованное топливо по примеру 4, но после сушки формовки погружают на 3 минуты в разогретую до 95^oC жидкую смесь с равным содержанием по массе парафина, нефтешлама и жирного отхода от производства горчичного масла (фуза), которая содержит 45% жира, 5% воды и 50% примесей в виде высевок и шелухи горчицы. Формованное топливо имеет следующий состав, в мас.%:

сгущенный ил с очистных установок с содержанием воды 8,5% - 21; смесь нефтешлама, парафина и фузы - 25; смесь угольной мелочи и древесных опилок - остальное. Плотность формовок 1,02 - 1,05 т/м³, теплотворная способность формованного топлива 4800-4860 ккал/кг, механическая прочность формовок на раздавливание составляет 6,85 - 7 МПа, а после их 4-х кратного сбрасывания на сите с ячейкой 20 мм оставалось 85-86% сбрасываемого топлива, что свидетельствует о высокой механической прочности формованного топлива.

Пример 7.

Формованное топливо по примеру 5. но после сушки на формовки набрызгивают разогретую до 98^oC жидкую смесь некондиционной машинной смазки с парафиновым гачем в равном соотношении по массе. Формованное топливо содержит в мас.%:

сгущенного ила с очистных установок с содержанием воды 12% - 33; смеси смазки с парафином - 40; смесь измельченных древесной коры, жома сахарной свеклы, сердцевины кукурузных початков - остальное.

Плотность формовок 0,8 - 0,9 т/м³, механическая прочность на раздавливание составляет 10-10,5 кг на 1 формовку, после 4-х кратного сбрасывания формовок с высоты 1,8 м на стальную плиту 99% формовок не разрушается, что свидетельствует об их высокой механической прочности. Теплотворная способность формовок составляет 4980-5100 ккал/кг.

Пример 8.

Формованное топливо по примеру 4, но сушка формовок осуществляется при температуре окружающего воздуха (26^oC) в течение 5 часов. Формовки содержат, в мас.%: сгущенного ила с содержанием воды 12% - 30; смесь угольной мелочи с опилками - остальное. Механическая прочность формовок на раздавливание составляет 6,78 - 6,9 МПа, а после 4-х кратного сбрасывания на сите с ячейкой 20 мм остается 86-88% сбрасываемого материала, что свидетельствует о высокой механической прочности формовок. Плотность формовок составляет 1,01 - 1,04 т/м³, теплотворная способность формовок составляет 4200-5050 ккал/кг.

Пример 9.

Формованное топливо по примеру 5, но сушка формовок осуществляется при температуре окружающего воздуха (20,5^oC) в течение 30 часов. Формовки содержат, в мас.%: сгущенный ил с очистных установок с содержанием воды 10% - 34; смесь измельченных древесной коры, жома сахарной свеклы, сердцевины кукурузных початков - остальное.

Плотность формовок 0,58 - 0,75 т/м³. Теплотворная способность формовок составляет 3680 ккал/кг. Механическая прочность формовок на раздавливание составляет 14 кг на 1 формовку, после 4-х кратного сбрасывания формовок с высоты 1,8 м на стальную плиту 99,98% формовок не разрушается. Это свидетельствует о высокой механической прочности формованного топлива. Пример 10.

Формованное топливо по примеру 4, но в составе измельченного твердого топлива вместо опилок присутствует лигнин. Формованное топливо содержит в мас. %: сгущенный ил с очистных установок с содержанием воды 12% - 30; смесь угольной мелочи с лигнином - остальное. Плотность формовок 1,01 - 1,04 т/м³, теплотворная способность формовок 4980-4990 ккал/кг. Механическая прочность формовок на раздавливание 6,8 - 6,95 МПа, а после 4-х кратного сбрасывания с высоты 1,8 метра на стальную плиту, на сите с ячейкой 20 мм остается 86-87,5% сбрасываемого материала, что свидетельствует о высокой механической прочности формовок.

Пример 11.

Формуемая смесь содержит сгущенного активного ила с содержанием воды 75% - 70 мас.% и мелкий (0-3 мм) торф с влажностью 12% - остальное. Смесь подают в шнековый пресс-экструдер, где ее формуют при давлении 8 МПа, а формовки сушат в конвейерной сушилке при температуре 100^oC в течение 1,3 часа. Формовки содержат в мас.%:

сгущенный ил с очистных установок с содержанием воды 10% - 30, мелкий торф - остальное.

Формовки в виде цилиндров диаметром 25 мм, длиной 25 мм, имеют плотность 0,80 - 0,82 т/м³, теплотворную способность - 3650-3800 ккал/кг. Механическая прочность формовок на раздавливание составляет 6,15 - 6,38 МПа, а после 4-х кратного сбрасывания с высоты 1,8 метра на стальную плиту 89% сбрасываемого материала оставалось на сите с ячейкой 20 мм, что свидетельствует о высокой механической прочности формованного топлива.

Анализ результатов испытаний предложенного формованного топлива показал, что оно имеет высокую механическую прочность, что снизит затраты на его погрузку, разгрузку, хранение и транспорт по сравнению с известными решениями. Кроме того, предложенный состав формованного топлива позволяет при его производстве снизить загрязнения окружающей среды.