способ брикетирования угольных шламов и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ переработки угольных шламов в топливные брикеты, заключающийся в том, что шламы смешивают со связующей добавкой, полученную смесь возможно осаждают, сушат и прессуют, отличающийся тем, что угольный шлам смешивают с гидрофобизирующей добавкой, выбранной из группы, включающей горючие отходы или остаточные продукты нефтепереработки, отработанные масла, отходы сельскохозяйственного производства или их смеси, гидрофобизирующую добавку берут в количестве, обеспечивающем теплоту сгорания на сухое состояние брикетов не менее 20 МДж/кг, полученную смесь подвергают механохимическому активированию при величине энергонапряженности активатора 100-300 кВт/м³, причем все операции с сухим шламом производят с аспирацией, а в активатор и/или сушилку подают горячие дымовые газы с возвращением осажденной при аспирации шихты в линию прессования.

2. Установка для получения брикетов из смеси угольных шламов с гидрофобизирующей добавкой, выбранной из группы, включающей горючие отходы или остаточные продукты нефтепереработки, отработанные масла, отходы сельскохозяйственного производства или их смеси, которая включает бункер для угольного шлама, емкость-смеситель для смешения, соединенные вибропитателем с мельницей-активатором, емкости для осаждения обводненной шихты или без таковой для шихты с влажностью менее 15%, соединенные вибропитателем-дозатором с сушилкой, соединенной также вибропитателем-дозатором с вальцовым прессом, устройство для подачи в мельницу-активатор и/или сушилку горячих дымовых газов с отводом запыленного газа в устройство для аспирации с фильтром и питателем для возврата осажденной шихты в вальцовый пресс.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства твердого углеродсодержащего топлива, в частности для изготовления бытовых топливных брикетов способом брикетирования угольной мелочи, в смеси с другими горючими отходами различного происхождения и к установке для производства твердого топлива.

Изобретение позволяет решить проблему загрязнения окружающей среды отходами различных производств, количество которых в РФ очень велико, а, кроме того, под хранение которых отведены значительные земельные площади, изъятые из квалифицированного использования.

Известен способ брикетирования угольных шламов, включающий смешение угольной мелочи со связующими компонентами, прессование полученной шихты и ее термическую обработку. Смешивают кек с диаметром угольных частиц 0,05-0 мм с массовой долей влаги 16-17% с 5% (23-34)% водного раствора катионного полиэлектролита ВПК-402, после чего шихту прессуют на гидравлическом прессе при давлении 340 кг/см² и подвергают термической обработке при t=150°С в течение 30 минут (RU 2254360, 20.06.2005, С10L 5/22).

Известен способ брикетирования путем предварительного нагревания различных отходов, в частности отработанных минеральных или растительных масел, мазутов, отстоев нефтепереработки и т.д., до температуры более 50°С с добавлением в виде порошка угольного шлама, а также отвердителя. Затем полученную смесь формуют и сушат (JP 5755759, 26.11.1982, C10L 5/48).

Известен способ брикетирования путем смешивания нефтяного отстоя, шлама бумажных фабрик, угольного шлама с кальцинированной содой, гипсом и диатомитовой землей. Полученную смесь компонентов отстаивают, сушат на воздухе или принудительно и прессуют в брикеты для отверждения. Вместо нефтяного отстоя или шлама бумажных фабрик могут быть использованы соответственно отработанные масла или опилки (JP 53-1201, 09.01.1978, C10L 5/48).

Известна установка переработки угольного шлама в брикетированное топливо, включающая узел приготовления водно-угольной суспензии, обогатительно-сгустительный аппарат, линию осветления и отвода осветленной воды в узел приготовления водно-угольной суспензии, отличающаяся тем, что линия отвода частично осветленной воды из обогатительно-сгустительного аппарата соединена с узлом осветления воды и сгущения твердой фазы, а линия вывода сгущенного шлама соединена либо с узлом по приготовлению водно-угольного топлива, либо с узлом для дополнительного обезвоживания, последовательно соединенным либо с узлом для получения брикетированного топлива, либо с потребителем (RU 2230776, 20.06.2004, C10L 5/04).

Известна установка получения брикетированного топлива путем смешивания отстоя каменноугольной смолы (ОКС) с нефтяным или угольным связующим с добавкой полученной смеси к угольному шламу и перемешиванием смеси при нагревании, использующая в качестве источника тепла коксовый газ или отработанные газы из коксовой печи. Установка включает приемный раструб для угольного сырья, ленточный конвейер для непрерывной подачи сырья к перемешивающему устройству, весовой дозатор подаваемого угольного шлама, установленный на конвейере, перемешивающее устройство, снабженное отверстием для ввода смеси ОКС и связующего, резервуар для смешения ОКС и связующего, оборудованный линиями непрерывной регулируемой подачи жидкого ОКС из разжижительной установки связующего (JP 58-111895, 04.07.1983, C10L 5/16).

Недостатками известных способов брикетирования угольных шламов и установок на их основе являются относительно большие затраты на производство брикетов, обусловленные техническими трудностями обезвоживания и высушивания шламов, а также относительно невысокие потребительские свойства брикетов - малая прочность и влагостойкость. Эти недостатки известных способов брикетирования ограничивают практические возможности реализации шламовых брикетов и делают нерентабельным их производство.

Целью заявленной группы изобретений является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается способом брикетирования минеральной составляющей угольных шламов, а также измельченной соломы, опилок путем смешивания их с гидрофобными горючими отходами и/или остаточными продуктами нефтепереработки, и/или с отработанными маслами, и/или с отходами сельскохозяйственного производства с последующим механохимическим активированием этих смесей при величине энергонапряженности 100-300 кВт/м³, осаждением полученной шламовой пульпы с отделением осадка шлама, сушкой и прессованием полученного плотного осадка, сушкой и прессованием порошкообразных смесей.

В качестве гидрофобных компонентов возможно использование любых гидрофобных отходов или их смесей, соответствующих вышеуказанным условиям, таких как нефтяные шламовые отходы, отработанные масла, а также мазут, гудрон, битум и т.д.

В результате механохимической гидрофобизации шламовые суспензии активно расслаиваются, твердые частицы шламов осаждаются и образуют плотный осадок. Механохимическая обработка угольных шламов, измельченной соломы, опилок с отходами и/или остаточными продуктами нефтепереработки, и/или с отработанными маслами повышает химическую активность твердых горючих частиц и их способность к образованию агрегатов при осаждении и прочность брикетов после прессования. Высокая прочность брикетов практически исключает пыление при транспортировании и хранении и исключает самовозгорание брикетов.

Нефтяные и жирные компоненты служат в качестве связующего частиц при брикетировании и повышают теплоту сгорания брикетов.

Все компоненты смеси могут быть использованы в любых необходимых соотношениях и сочетаниях.

Использование механохимической обработки смешиваемых компонентов при приготовлении топливных композиций известно, но применительно к производству водо-топливных эмульсий (суспензий) (RU 2205864, 10.06.2003, C10L 1/32).

Приготовление же топливных брикетов с использованием заявленной совокупности признаков в литературе не описано, и получение брикетов высокого качества с минимальными затратами не очевидно.

Способ осуществляют следующим образом.

Угольный шлам зольностью до 60% и влажностью до 45-60 мас.% из шламохранилища одним из известных способов подают в емкость-смеситель с удельной мощностью не менее 5 кВт/т поступающего в смеситель шлама в непрерывном режиме. Туда же подают гидрофобизирующую добавку (отходы и/или остаточные продукты нефтепереработки, и/или отработанные масла, и/или отходы сельскохозяйственного производства), количество которой определяют из условия, чтобы теплота сгорания брикетов составляла не менее 20 МДж/кг в расчете на сухую массу брикетов. Затем эту смесь подвергают механохимическому активированию в активаторе с энергонапряженностью 100-300 кВт/м ³, установленная мощность которого в расчете на производительность 5 т/ч по готовым брикетам составляет не менее 140 кВт. Из активатора пульпа поступает в одну из емкостей для осаждения шлама. Полученный плотный осадок шлама сушат и прессуют с получением брикета. Осветленную воду можно использовать для различных технологических целей.

Установка для получения брикетов из угольных шламов включает бункер (1) для угольного шлама, смеситель (2) для смешения шлама с отходами и/или остаточными продуктами нефтепереработки, и/или с отработанными маслами, и/или с отходами сельскохозяйственного производства, соединенный вибропитателем (3) с мельницей-активатором (4), емкости для осаждения шлама (5), соединенные вибропитателем-дозатором (6) с сушилкой (7), соединенной также вибропитателем-дозатором (8) с вальцовым прессом (9), устройство для подачи в мельницу-активатор и в сушилку нагретого воздуха и/или его смеси с дымовыми газами (10), эксгаустер с рукавным фильтром (11) и устройством возврата осажденной в нем шихты в бункер пресса.

Для создания необходимого механохимического эффекта в предлагаемых способе и установке возможно использование любых мельниц-активаторов непрерывного действия типа вибрационных мельниц, аттриторов, валковых мельниц, дезинтеграторов и т.д. энергонапряженностью в диапазоне 100-300 кВт/м³.

Установка работает следующим образом.

Первый вариант.

Обводненный угольный шлам из шламового бункера одним из известных способов подают в смеситель мощностью не менее 5 кВт/т шлама. Туда же подают гидрофобные отходы и/или остаточные продукты нефтепереработки, и/или отработанные масла, и/или отходы сельскохозяйственного производства. Полученную пульпу шламовыми насосами подают в мельницу-активатор, где ее подвергают механохимическому активированию. Установленная мощность мельницы-активатора в расчете на производительность 5 т/ч по готовым брикетам составляет не менее 140 кВт. Из активатора пульпа поступает в одну из емкостей для осаждения шлама. Объем каждой емкости-осадителя рассчитывают исходя из трехсуточного содержания в ней пульпы. После удаления воды осажденный шлам вибрационным питателем с дозатором подают в сушилку для понижения влажности до 5-7 мас.%. Из сушилки также вибрационным питателем с дозатором высушенную шихту подают в вальцовый пресс для прессования брикетов, которые после прессования поступают в упаковочный агрегат. Для повышения безопасности процесса, а также повышения интенсивности высушивания в смеситель, сушилку, в мельницу-активатор и в вальцовый пресс вместо воздуха или вместе с ним подают горячие дымовые газы с температурой до 300°С. Осевшую в фильтре шихту возвращают в бункер пресса, а влагу с отработанным газом после очистки в фильтре эксгаустера удаляют в атмосферу.

Второй вариант.

Сыпучий шлам влажностью до 15-17% и/или опилки, измельченную солому подают в мельницу-активатор вместе с гидрофобными продуктами, как по первому варианту, активируют сыпучую смесь в механоактиваторе и направляют ее в сушилку и далее на прессование из нее брикетов. Выделяемое при активации тепло расходуют на предварительное подсушивание продукта. Для повышения безопасности процесса, а также повышения интенсивности высушивания в смеситель, мельницу-активатор, в сушилку и в вальцовый пресс вместо воздуха или вместе с ним подают горячие дымовые газы с температурой до 300°С. Осевшую в фильтре шихту возвращают в бункер пресса, а влагу с отработанным газом после очистки в фильтре эксгаустера удаляют в атмосферу.

Все операции с сухой шихтой необходимо производить с аспирацией эксгаустером с рукавным фильтром. Осажденный в фильтре шлам возвращают самотеком в бункер вальцового пресса.

Отличие второго варианта от первого состоит в том, что в нем не используют емкости для осаждения шихты. Однако с емкостями для осаждения и с соответствующим оборудованием для удаления осветленной воды установка по первому варианту универсальна и пригодна для переработки как обводненной, так и сыпучей шихты.

Способ иллюстрируется следующими примерами, не ограничивающими возможность получения брикетов с другой совокупностью признаков в рамках заявленных притязаний.

Пример 1.

Угольный шлам зольностью 57% и влажностью 55 мас.% из шламохранилища одним из известных способов подают в емкость-смеситель мощностью 5 кВт/т шлама. Туда же подают гудрон в количестве 15 мас.%. Затем эту смесь (шихту) подвергают механохимическому активированию в вибрационной мельнице энергонапряженностью 200 кВт/м ³, установленная мощность которой составляет 140 кВт при производительности установки 5 т/ч. Из мельницы-активатора пульпа шихты поступает в одну из емкостей для осаждения, в которой ее выдерживают в течение 3 суток. После удаления воды осажденную шихту подают в сушилку для понижения влажности от 15% до 7 мас.%. Из сушилки высушенную шихту подают на прессование, затем брикеты поступают в упаковочный агрегат. В результате получают брикет с теплотой сгорания на сухое состояние 25 МДж/кг, прочностью 23 кг/см², влагостойкостью по привесу не более 2% за 5 суток содержания в воде при комнатной температуре. На создание механохимического эффекта гидрофобизации затрачивают 20 кВт·ч на тонну готового продукта. Все операции с сухим шламом производят с аспирацией, для которой используют рукавный фильтр с эксгаустером.

Пример 2.

Угольный шлам зольностью 45% и влажностью 10 мас.% одним из известных способов подают в бункер смесителя. Туда же из бункера - с дозатором подают отработанное масло в смеси с мазутом в массовом соотношении 1:1 в количестве 20 мас.%. Затем эту смесь (шихту) подают вибропитателем в вибромельницу-активатор с аспирацией (эксгаустером с фильтром) и подвергают механохимическому активированию при величине энергонапряженности 300 кВт/м ³, установленная мощность которого составляет 250 кВт в расчете на производительность 5 т/ч. В мельницу целесообразно подавать дымовые газы для безопасности процесса и улучшения подсушивания шлама. Из механоактиватора сыпучую шихту дозатором подают на прессование, затем брикеты поступают в упаковочный агрегат. Все операции с сухим шламом и шихтой производят с аспирацией, для которой используют рукавный фильтр с эксгаустером. В результате получают брикет с теплотой сгорания на сухое состояние 25 МДж/кг, прочностью 20 кг/см², влагостойкостью не более 2% привеса за 5 суток хранения в воде при комнатной температуре. На создание механохимического эффекта гидрофобизации затрачивают 25 кВт·ч на тонну готового продукта.

Пример 3.

Угольный шлам зольностью 57% и влажностью 60 мас.% из бункера одним из известных способов подают в смеситель мощностью 6 кВт/т продукта. Туда же подают гидрофобизирующую добавку - нефтяной шлам в смеси с опилками в массовом соотношении 1:3 в количестве 30 мас.%. Затем эту смесь подвергают механохимическому активированию при величине энергонапряженности 300 кВт/м³ , установленная мощность активатора составляет 160 кВт. Из активатора пульпа поступает в одну из емкостей для осаждения полученной шихты, в которой ее выдерживают в течение 3 суток. После удаления воды осажденный шлам подают в сушилку для понижения влажности от 15% до 7 мас.%. Из сушилки высушенный шлам поступает на прессование и в упаковочный агрегат. Все операции с сухим шламом (высушивание и прессование) производят с аспирацией, для которой используют рукавный фильтр с эксгаустером. В результате получают брикет с теплотой сгорания на сухое состояние 25 МДж/кг, прочностью 26 кг/см², влагостойкостью по привесу не более 2% за 5 суток хранения в воде при комнатной температуре. На создание механохимического эффекта затрачивают 50 кВт·ч на тонну готового продукта.

Использование других компонентов топливных брикетов в других соотношениях приводит к получению продуктов с такими же высокими эксплуатационными характеристиками.

Таким образом, полученные топливные брикеты обладают высокой прочностью и влагостойкостью, что в сочетании с высокой теплотой сгорания обеспечивает хорошую коммерческую рентабельность производства.