топливный брикет

Классы МПК:C10L5/14 органических 
C10L5/44 растительного происхождения 
C10L5/48 промышленных остатков или отходов
C10L9/12 окислительные средства, например соединения, выделяющие кислород 
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-01-11
публикация патента:

Изобретение относится к технологии получения твердого органического топлива, в частности топливных брикетов, и может использоваться для обогрева бытовых помещений, в полевых условиях, на транспорте и в промышленности. Топливный брикет выполнен с продольными отверстиями и содержит в качестве органического связующего отходы производства полипропилена в количестве 2,0-10,0 мас.%, окислитель - нитрат калия 2,0-5,0 мас.%, катализатор - смесь МnО2+Fе2О3 при их массовом соотношении от 4:1 до 1:6 в количестве 0,1-1,5 мас.% и древесные опилки - остальное. Технический результат - увеличение теплотворной способности брикета, снижение дымообразования. 1 пр., 2 табл.

Формула изобретения

Топливный брикет на основе древесных опилок, органического связующего и окислителя, с продольными отверстиями, отличающийся тем, что органическое связующее представляет собой отходы производства полипропилена, окислитель представляет собой нитрат калия, и брикет дополнительно содержит катализатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Органическое связующее 2,0-10,0
Окислитель2,0-5,0
Катализатор МnО 2+Fе2О3, причем топливный брикет, патент № 2447135
массовое соотношение между МnO2+Fе2O3 топливный брикет, патент № 2447135
равно от 4:1 до 1:60,1-1,5
Древесные опилки Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения твердого органического топлива, в частности топливных брикетов, и может использоваться для обогрева помещения, для бытовых целей, на транспорте и в промышленных условиях для получения тепло- и электроэнергии.

Известен состав топливного брикета (Патент РФ № 2132360. «Состав для брикетированного топлива», опубл. 27.06.1999 г.), который содержит в своем составе следующие компоненты: углеводород, шламы (осадки мазута), отработанные масла и их осадки, осадки нефти и дисперсные углеводородные отходы - торфяную и угольную крошку, древесную муку, опилки. Кроме того, состав содержит известь, дисперсный алюмосиликат и воду при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

углеводородный шлам 40,5-50,0;

дисперсный углерод - угольная пыль и угольная крошка 1,0-5,0;

органический наполнитель 10,0-30,0;

известь 1,0-10,0;

дисперсный алюмосиликат 5,0-15,0;

вода - остальное.

Кроме того, состав содержит окислитель, например пироксид натрия, в количестве 0,5-1,0 мас.%. Цель изобретения - удешевление состава и предотвращение миграции продуктов горения из атмосферы в окружающую среду.

Недостатком состава является использование дисперсного алюмосиликата извести и воды, которые являются балластом при горении, их содержания в сумме составляет не менее 25 мас.%. Это снижает теплотворную способность брикетированного топлива на ~25% и увеличивает массу зольного остатка. Кроме того, состав содержит пироксид Na, который при контакте с органическими веществами быстро разлагается и через определенный срок превращается в NaOH, повышает содержание воды.

Наиболее близким по техническому эффекту является топливный брикет (Патент РФ № 2119532. «Топливный брикет», опубл. 27.09.1998 г.), который содержит 2,5 мас.% окислителя, подвергнутую термообработке при 350-500°С сформованную смесь, содержащую торф (10-15%) и древесные опилки (5-10%). Органическое связующее -отход целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности 8,5-10 мас.% и каменной уголь - остальное. В брикете выполнены продольные разрезы различного диаметра. Цель изобретения - получение брикета с уменьшенным дымообразованием при сжигании и горении брикета.

Недостатком способа является дополнительная термообработка при 350-500°С сформованной смеси, что требует специального оборудования и энергозатрат и ведет к удорожанию продукции.

Основной технической задачей изобретения является перевод процесса горения в беспламенный режим и повышение удельного тепловыделения.

Основная техническая задача достигается тем, что в заявленном составе топливного брикета, согласно которому, так же, как и в прототипе, в состав брикета с продольными отверстиями входят торф, древесные опилки, каменный уголь и/или их смеси, органическое связующее и окислитель; в качестве органического связующего используются отходы производства полипропилена или отходы нефтеперерабатывающей промышленности, дополнительно содержит катализатор при следующем соотношении компонентов, мас.%: органическое связующее - 2,0-10,0; окислитель - 2,0-5,0; катализатор MnO 2+Fe2О3 - 0,1-1,5, причем массовые соотношения между MnO2+Fe2О3 равны от 4:1 до 1:6; торф, древесные опилки, каменный уголь - остальное.

Задачей настоящего изобретения является увеличение теплотворной способности топливного брикета и снижение дымообразования за счет перевода процесса пламенного горения в беспламенный режим при использовании катализатора, снижающего, одновременно, температуру горения. При горении в таком режиме увеличивается теплотворная способность брикета за счет повышения полноты сгорания, уменьшается количество дымовых выбросов и вредных газов (СО, NOx).

Поставленная задача достигается путем экспериментального подбора компонентов состава топливного брикета и их соотношения, что позволяет режим горения осуществлять в низкотемпературном режиме беспламенного горения.

Горение заявленного топливного брикета происходит самопроизвольно после инициирования горения с помощью нихромовой спирали, нагретой проходящим электрическим током, или горящей спичкой. Процесс горения происходит при температуре 400-500°С. Расчетный тепловой эффект для прототипа составляет 6,4 кДж/г, а для заявляемого 9,1-9,2 кДж/г. Заявленный состав топливного брикета дает существенно более высокий тепловой эффект, превышающий прототип на 31%.

Пример

Для приготовления топливного брикета использовали отходы обработки карельской березы в количестве 10 г. В качестве органического связующего применяли атактический полипропилен производства ОАО «ТНХК» в количестве 2 мас.% (200 мг), а в качестве окислителя использовали нитрат калия в количестве 3 мас.% (300 мг). Приготовление катализатора осуществляют путем смешения реактивного МnО2 (ч.д.а.) и нанопорошка Fe2О3 в массовых соотношениях от 6:1 до 1:8 (таблица 1). К полученной смеси добавляли катализатор в количестве 0,05 мас.% (таблица 2). Согласно полученным результатам оптимальными соотношениями между компонентами катализатора являются соотношения от 4:1 до 1:6.

Смесь подвергали перемешиванию в лабораторной шаровой мельнице в течение 10 мин. Из полученной смеси формовали топливный брикет путем прессования, усилие прессования 50 кгс/см2, затем топливный брикет извлекали из пресс-формы и инициировали горение с помощью нихромовой спирали. Процесс горения протекал при температуре 470°С (термопарное измерение - хромель-алюмелевая термопара).

Время горения топливного брикета составляло 24 мин, измерение величины теплового эффекта с помощью дифференциального термического анализа (ДТА) показало, что топливный брикет с использованием катализатора сгорает в режиме беспламенного горения и выделяется теплоты больше в 1,25 раз (9,2 кДж/г), чем при горении топливного брикета без использования катализатора (7,6 кДж/г). Топливный брикет без катализатора сгорал в пламенном режиме за такое же время.

Результаты экспериментов приведены в таблице 2. При содержании катализатора менее 0,5 мас.% увеличение теплового эффекта не происходит. При 0,1 мас.% содержании катализатора происходит увеличение теплоты сгорания топливного брикета с 7,7 до 9,0 кДж/г. Дальнейшее увеличение содержания катализатора не приводит к увеличению теплового эффекта, поэтому дальнейшее увеличение содержания катализатора (более 1,5 мас.%) удорожает топливо, что нецелесообразно. Таким образом, оптимальным является содержание катализатора 0,1-1,5 мас.%, при котором горение протекает в беспламенном режиме и тепловой эффект повышается на 31% за счет беспламенного режима горения и полноты сгорания топливного брикета.

Таблица 1
ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ
№ п/пСостав смесиСотношение MnO2:FeO3, мас.% Тепловой эффект реакции, кДж/кг Примечание
1Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO3 + катализатор (MnO 2+НП Fe2O3) 1:77,7 топливный брикет, патент № 2447135
2Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO3 + катализатор (MnO 2+НП Fe2O3) 1:69,0 Заявляемый способ
3Древесные опилки + атактический полипропилен + КNO3 + катализатор (MnO 2+НП Fe2O3) 1:49,0
4 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO3 + катализатор (MnO2+НП Fe2O3 )1:2 9,1
5 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO3 + катализатор (MnO2 +НП Fe2O3) 1:19,1
6 Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО3 + катализатор (MnO2+НП Fe2O3 )2:1 9,2
7 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO3 + катализатор (MnO2 +НП Fe2O3) 4:19,0
8 Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО3 + катализатор (MnO2+НП Fe2O3 )5:1 7,7топливный брикет, патент № 2447135

Таблица 2
ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ
№ , п/пСостав смесиСодержание катализатора, мас.% Тепловой эффект, кДж/г Примечание
1Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО3 + катализатор (МnO 2+НП Fе2O3) 07,6 топливный брикет, патент № 2447135
2Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО3 + катализатор (МnO 2+НП Fе2O3) 0,057,6 топливный брикет, патент № 2447135
3Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО3 + катализатор (МnO 2+НП Fе2O3) 0,18,9 Заявляемый состав
4Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО3 + катализатор (МnO 2+НП Fе2O3) 0,59,0
5 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО3 + катализатор (МnO2+НП Fе2O3 )1,5 9,2
6 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO3 + катализатор (МnO2 +НП Fe2O3) 2,09,2 топливный брикет, патент № 2447135
Примечание. Состав катализатора: смесь МnO2+НП Fе 2O3 при массовом соотношении 1:1.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2447135

patent-2447135.pdf

Класс C10L5/14 органических 

способ получения топливных брикетов -  патент 2529205 (27.09.2014)
способ получения топливных брикетов -  патент 2529204 (27.09.2014)
способ брикетирования отходов жизнедеятельности животных и птицы и устройство для его осуществления -  патент 2507242 (20.02.2014)
брикет на основе спрессованного лигноцеллюлозного тела, пропитанного жидким топливом -  патент 2507241 (20.02.2014)
способ изготовления топливных брикетов из биомассы -  патент 2484125 (10.06.2013)
брикетированное твердое топливо -  патент 2477745 (20.03.2013)
способ получения брикетного топлива -  патент 2473672 (27.01.2013)
способ получения угольных брикетов -  патент 2473671 (27.01.2013)
состав химически полученного связующего для производства угольных брикетов -  патент 2472845 (20.01.2013)
топливный брикет и способ его получения -  патент 2468070 (27.11.2012)

Класс C10L5/44 растительного происхождения 

способ изготовления брикетов из измельченной соломы и устройство для изготовления брикетов -  патент 2528376 (20.09.2014)
средство для розжига и способ его получения -  патент 2525112 (10.08.2014)
способ получения гранул или брикетов -  патент 2518068 (10.06.2014)
способ брикетирования отходов жизнедеятельности животных и птицы и устройство для его осуществления -  патент 2507242 (20.02.2014)
брикет на основе спрессованного лигноцеллюлозного тела, пропитанного жидким топливом -  патент 2507241 (20.02.2014)
способ, приспособление и применение приспособления для получения топлива из влажной биомассы -  патент 2506305 (10.02.2014)
топливо, способ и установка для получения тепловой энергии из биомассы -  патент 2505588 (27.01.2014)
способ переработки обезвоженных илов очистных сооружений в топливные брикеты в форме цилиндров -  патент 2505587 (27.01.2014)
способ получения топливных окатышей -  патент 2497935 (10.11.2013)
способ и устройство для производства твердого углеводородного топлива -  патент 2490317 (20.08.2013)

Класс C10L5/48 промышленных остатков или отходов

топливо, способ и установка для получения тепловой энергии из биомассы -  патент 2505588 (27.01.2014)
способ переработки горючих углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов, реактор для его осуществления (варианты) и установка для переработки горючих углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов -  патент 2495076 (10.10.2013)
способ получения оксидно-топливных брикетов -  патент 2485172 (20.06.2013)
способ получения оксидно-топливных брикетов -  патент 2479623 (20.04.2013)
способ производства топливных брикетов -  патент 2474609 (10.02.2013)
способ переработки органического сырья в термохимическом реакторе -  патент 2472846 (20.01.2013)
твердое топливо -  патент 2471859 (10.01.2013)
комбинированное топливо -  патент 2460762 (10.09.2012)
способ производства твердого топлива, изготовленного из промышленных и бытовых отходов -  патент 2405027 (27.11.2010)
способ термической переработки твердых органических отходов и установка для его осуществления -  патент 2393200 (27.06.2010)

Класс C10L9/12 окислительные средства, например соединения, выделяющие кислород 

Наверх