связующая композиция для изготовления топливных брикетов

Формула изобретения

Композиция на основе гудрона, используемая для брикетирования мелких фракций бурого угля, отличающаяся тем, что она содержит механоактивированный сапропель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для брикетирования мелкодисперсных фракций бурого угля с использованием в качестве связующего гудрона, модифицированного активированным озерным сапропелем.

Известен способ получения топливных брикетов, включающий приготовление смеси измельченного угля с нефтяным асфальтитом (8-10 мас.%), механическую обработку в роторном дезинтеграторе при скорости вращения рабочих органов (16-18)·10^-3 мин^-1 в течение 3-6 секунд и последующее брикетирование смеси при нагреве (Патент РФ № 2064006 «Способ получения топливных брикетов». Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский) [1].

Недостатком известного способа являются сложность технологии подготовки исходного сырья - обезвоживание угля по методу Флейснера, использование высоких температур при прессовании, низкие значения прочности при сжатии получаемых брикетов.

Наиболее близким к предлагаемому по технологической сущности является способ брикетирования угля, включающий измельчение угля, смешение со связующим, в качестве которого используют модифицированный высушенным озерным сапропелем гудрон, прессование и термообработку (Патент РФ № 2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля». Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.Н.Попов, Л.Я.Морова) [2].

Недостатком этого способа является незначительная прочность получаемых брикетов.

Целью изобретения является получение топливных брикетов с повышенными значениями прочности при сжатии.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве связующего предлагается использовать гудрон, модифицированный добавкой механоактивированного озерного сапропеля.

Гудрон - тяжелый нефтяной остаток после отгона бензинодизельмасляных дистиллятов, представляющий собой черную смолистую массу. Основные составные части гудрона - масла, не отогнавшиеся при перегонке нефти, нефтяные смолы, твердые асфальтообразные вещества (асфальтены, карбены, карбоиды), смолистые вещества кислотного характера.

Гудрон получен путем отгонки 40% масел от мазута при Т=350-370°С, давлении Р=0,6-0,8 атм, в течение 4-5 часов и имеет следующие свойства и состав (табл.1).

Таблица 1
Физико-химические свойства гудрона
Параметры	Значение
Плотность при 20°С, кг/м	941,1
Вязкость условная при 80°С, усл. градус	23,3
Массовая доля смол силикагелевых, %	18,4
Массовая доля асфальтенов, %	6.2
Масла, %	75,44
Массовая доля парафина, %	0,88
Коксуемость, мас.%	10,82
Температура вспышки в открытом тигле, °С	227,5
Температура застывания, °С	2
Зольность, %	0,15
Элементный состав, массовая доля
- С	85,0
- Н	13,6
- N	0,5
- Sобщ	0,74
- О	0,16

Избыточное содержание в гудроне остаточных масел (до 75,44%) отрицательно сказывается на его адгезионных свойствах и снижает значения прочности при сжатии топливных брикетов.

С целью ускорения процессов окисления и улучшения адгезионной способности системы «уголь-связующее» предлагается введение в гудрон в качестве структурно-активной добавки активированного озерного сапропеля.

Сапропели - донные отложения озер, сложные органоминеральные комплексы веществ, формирующиеся в результате биологических, микробиологических и механических процессов из остатков растительных и животных организмов и привносимых в водоемы органических и минеральных примесей [3]. Предпосылкой использования дисперсного органоминерального материала в качестве модифицирующей добавки при наполнении связующего вещества, помимо обширной сырьевой базы и дешевизны, явились его уникальные свойства, вызванные его повышенной геометрической удельной поверхностью, высокой сорбционной способностью масел гудрона и каталитической способностью [4, 5].

Сапропель перед смешением с нефтяным связующим высушивался при 110°С для удаления части остаточной воды и подвергался механической активации на планетарной мельнице АГО-2 с частотой вращения водила 630 об/мин и барабана 1290 об/мин в течение двух минут для диспергирования и повышения адсорбционной способности.

Изучение текстурных характеристик сапропелей показывает, что активированный сапропель характеризуется меньшим размером частиц, повышенной удельной геометрической поверхностью, а также увеличенным количеством пор, о чем можно судить по увеличению удельного объема пор по сравнению с неактивированным сапропелем (табл.2).

Таблица 2
Текстурные характеристики сапропелей
Показатели	Неактивированный сапропель	Активированный сапропель
Удельный объем пор, см3/г	0,002	0,012
Удельная геометрическая поверхность, м2/г	1,257	7,256

Исследования дисперсности наполнителей показывают, что если размер индивидуальных частиц сапропелей до активации составляет >180 мкм, то после обработки в планетарной мельнице он снижается на два порядка.

Таким образом, исследования показали, что механоактивация приводит к усилению адсорбционных свойств и увеличению дисперсности сапропелей.

Состав для брикетированного топлива готовят следующим образом.

Высушенную при 110°С и фракционированную угольную мелочь (размер частиц 0-2,5 мм) и модифицированный механоактивированным сапропелем гудрон смешивают в заявляемых отношениях при температуре 90°С. Затем полученную смесь прессуют при давлении 150 МПа, готовый брикет подвергают термообработке при 230°С в течение 180 мин. Исследуемые образцы - таблетки диаметром 25,0 мм и высотой 10,0 мм испытывали на прочность при сжатии, зольность, выход летучих веществ, общее содержание серы на сухое состояние топлива, общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, водопоглощение, высшую теплоту сгорания на сухое беззольное состояние топлива, низшую теплоту сгорания на рабочее состояние топлива.

В табл.3 представлены технические характеристики буроугольных брикетов известных составов № 1, 2 [6], предлагаемого состава № 4 и прототипа № 3.

Как следует из сопоставительного анализа технических характеристик брикетированного топлива, прочность при сжатии брикетов предложенного состава выше более чем в два раза, зольность и содержание серы ниже в 1,3 раза по сравнению с брикетами известных составов и прототипа.

Остальные показатели находятся на уровне показателей известных составов и прототипа.

Таблица 3
№	Состав	сж, МПа	Ad, %	Vdaf, %	Sd t, %	Ha, %	Дым-ть, %	W, %	Wa, %	Qdaf s, ккал/кг	Qr i, ккал/кг
1	Уголь + битум	11,83	15,60	46,60	0,39	3,91	113	1,86	5,20	6964	5339
2	Уголь + гудрон	6,12	16,00	45,80	0,33	3,81	108	2,10	5,67	6673	4761
3	Уголь + гудрон + сапропель (прототип)	12,13	18,40	49,00	0,53	3,56	110	2,15	5,93	6840	5030
4	Уголь + гудрон + активированный сапропель	25,12	14,2	48	0,42	3,59	125	1,96	4,8	6824	5033
сж - предел прочности при сжатии, МПа; A d - зольность на сухое состояние топлива, %; Vdaf - выход летучих веществ, %; Sd t - общее содержание серы на сухое состояние топлива, %; На - общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, %; W - водопоглощение, %; Wa - массовая доля влаги на воздушно-сухое состояние топлива, %; Q daf s - высшая теплота сгорания на сухое беззольное состояние топлива, ккал/кг; Qr i - низшая теплота сгорания на рабочее состояние топлива, ккал/кг.

Источники информации

1. Патент РФ № 2064006 «Способ получения топливных брикетов». Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский.

2. Патент РФ № 2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля». Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.Н.Попов, Л.Я.Морова (прототип).

3. Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Сапропели: состав, свойства, применение. - М.: Рома, 1998. - 124 с.

4. Мярикянов М.И., Степанов Г.Н., Егорова М.С. Сапропели озер Большая Чабыда, Краденое и пути их использования в сельском хозяйстве. - Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1991. - 88 с.

5. Методические указания по использованию сапропелей озер Центральной Якутии в сельском хозяйстве. - Якутск: ЯФ СО РАН, 1985, - 24 с.

6. Николаева Л.А., Буренина О.Н., Латышев В.Г. Рациональное использование отходов угледобычи Кангаласского угольного разреза PC (Я). - Вестник Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, Т.13, № 3, СПб - Чита, 2008. С.14-16.