Композиция для получения твёрдого древесного топлива
COMPOSITION FOR PRODUCTION OF SOLID WOOD FUEL

Изобретение относится к твердому древесному топливу для применения в энергоустановках.
Из уровня техники известна композиция для получения твердого древесного топлива по патенту US 9663737 (МПК C10L 5/00, C10L 5/44, C10L 5/40, C10L 5/14, C10L 5/36, опубл. 30.05.2017, Michihiro Kiyama, Masayuki Yamamoto, Япония). Композиция состоит из древесного сырья, связующего агента, удерживающего агента и вещества, увеличивающее теплоту сгорания топлива. Композицию получают перемешиванием в экструдере всех компонентов с последующим формированием гранул (пеллет) твердого древесного топлива. В качестве связующего агента используют крахмал, полученный из морских водорослей и содержащий, альгиновую кислоту, источниками которой являются агароза, каррагинан, курдлан, глюкоманнан. В качестве удерживающего агента используются натуральный каучук или каучукосодержащие вещества, предпочтительно различные камеди, среди них гуаровая и ксантановая камеди. В качестве вещества, увеличивающего теплоту сгорания топлива, используют широкий спектр веществ, например просо, рис, льняное волокно и т.д.
После получения пеллет из указанной композиции был проведен тест на их стабильность, а именно была получена разница в весе гранул до и после просеивания. Гранулы, полученные из описанной в патенте US 9663737 композиции, имели низкий процент потери веса.
Несмотря на стабильность полученных гранул и нетоксичность способа их производства, композиция по патенту US 9663737 состоит из четырех компонентов, и ее получение состоит из трех стадий, что увеличивает время производства и увеличивает стоимость самих гранул.
Из уровня техники известна композиция для получения твердого древесного топлива по международной заявке на патент WO 1988000232 (МПК C10L 5/14, 5/10, Explosive Development Limited, опубл. 14.01.88), выбранной заявителем в качестве наиболее близкого аналога. Композиция включает древесное сырье и связующее, при этом в качестве связующего используется гуаровая камедь. Кроме связующего в композицию вводят вулканизирующий агент, предпочтительно хлорид титана 4 или хлорид циркония. При смешении древесного сырья, связующего и вулканизирующего агента среда композиции становится щелочная, ее нейтрализуют любой кислотой, которая не выделяет токсичных веществ при горении, предпочтительно кислоту выбирают из ряда фруктовых кислот.
Согласно международной заявке на патент WO 1988000232 композицию получали при добавлении к древесному сырью водной смеси, содержащей гуаровую камедь, вулканизирующий агент - хлорид титана 4 и лимонную кислоту для нейтрализации среды. Компоненты перемешивали до получения однородной смеси. Затем из полученной смеси получали пеллеты. Полученные пеллеты не разрушались при замачивании в воде в течение 3 минут. После этого пеллеты сжигали. При сжигании пеллет не наблюдалось выделения токсичных и дурнопахнущих веществ.
Как и в предыдущем аналоге, композиция твердого древесного топлива по заявке на патент WO 1988000232 имеет существенный недостаток в том, что композиция для получения твердого древесного топлива состоит из трех компонентов. Кроме этого необходимо регулировать рН внутри композиции и вводить вулканизирующий агент. Согласно изобретению.
Задачей изобретения и техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является получение новой композиции для получения твердого древесного топлива, снижение пылимости пеллет, полученных из этой композиции, при одновременном увеличении их прочности и как следствие теплотворной способности.
Поставленная задача и требуемый технический результат достигается тем, что в композиции для получения твердого древесного топлива, включающая древесное сырье и связующее, в качестве связующего используется модифицированная уксусным ангидридом ксантановая камедь.
Композицию для изготовления твердого древесного топлива получают в две стадии:
1. Модифицирование ксантановой камеди.
2. Приготовление композиции, состоящей только из двух компонентов - древесного сырья и модифицированной ксантановой камеди.
Далее из полученной композиции формируют пеллеты.
На первой стадии камедь обрабатывают ангидридом в массовом соотношении ксантановая камедь : ангидрид 1:(0,25-1) при температуре 50°С, в течение 3-5 часов. После обработки камедь отфильтровывают и высушивают до воздушно-сухого состояния. В качестве ангидрида используют формангидрид, уксусный, пропионовый.
На второй стадии древесное сырье смешивают с полученной на первой стадии модифицированной ксантановой камедью с помощью электрической мешалки в течение времени достаточном для получения однородной массы.
Полученную на второй стадии композицию прессуют в грануляторе при температуре 90-95°С и получают пеллеты.
Пример 1 Получение продукта взаимодействия ангидридов с ксантановой камедью. К 200 г ксантановой камеди добавили 100 г ангидрида (массовое соотношение 1:0,5). Реакцию проводили в среде уксусной кислоты при температуре 50°С в течение 5 часов. Затем камедь отфильтровывали от остатков реагента и высушивали при температуре 110°С. Число остаточных гидроксогрупп определяли методом ИК-спектроскопии для всех трех модификаторов (табл. 1).Для ксантановой камеди без взаимодействия с ангидридом число гидроксогрупп - 9 (принимаем за 100%, погрешность прибора ИК - Фурье спектроскопии 3%).
Как видно из таблицы 1, содержание гироксогрупп в ксантановой камеди после обработки уксусным ангидридом в массовом соотношении 1:0,5 снизилось до 35%.
Пример 2 Получение композиции.
К 500 граммам древесного сырья, состоящего из опилок лиственных и хвойных пород древесины, добавили 5-10 граммов связующего при массовом соотношении 1:0,01-0,02, а именно модифицированную уксусным ангидридом ксантановую камедь. Смесь перемешивали и направляли в гранулятор для режима получения пеллет. Число параллельных опытов - 5.
В сводной таблице 3 представлены свойства полученных образцов с различными композициями древесного сырья при различном массовом соотношении камедь/ангидрид.
Из сводной таблицы 3 видно, что только заявленная композиция, состоящая из связующего, представляющего продукты взаимодействия ксантановой камеди с уксусным ангидридом в массовом соотношении камедь/ангидрид 1/0,25-1 с уменьшением содержания гидроксогрупп и древесного сырья в соотношении древесное сырье/связующее 1:0,01-0,02 с содержанием в древесном сырье лигнина 28%, смолы 6%, зольности 1%, влажностью 10% обеспечивает описанные выше задачи.
2
Из таблицы 3 видно, что лучшие показатели пеллет (небольшая пылимость 1,5%, высокие показания насыпной плотности, твердости и механической прочности) получают при использовании образца В, содержащего древесное сырье с композицией 90% опилок, 8% коры и 2% связующего (массовое соотношение 1:0,02), представляющего продукт взаимодействия камеди с уксусным ангидридом в массовом соотношении камедь/ангидрид 1/0,5. Из таблицы 3 также видно повышение теплотворной способности при этих соотношениях. Причем, в отличие от связующего, используемого в ближайшем аналоге - гуаровой камеди, модифицированная ксантановая камедь имеет существенное преимущество в том, что содержит более 90% основного вещества - галактомананов, что объясняет ее термостабильность при температуре выше 90°С.
В аналоге, способ получения твердого древесного топлива в виде пеллет имеет существенный недостаток в том, что композиция для получения твердого древесного топлива состоит из трех компонентов. Кроме этого необходимо регулировать рН внутри композиции и вводить вулканизирующий агент. Преимуществом заявленного решения является получение древесной композиции в две стадии:
1. Модифицирование ксантановой камеди.
2. Приготовление композиции, состоящей только из двух компонентов - древесного сырья и модифицированной ксантановой камеди.
Последнее возможно благодаря модификации ксантановой камеди без введения в композицию для получения твердого древесного топлива дополнительных вспомогательных веществ. При этом пеллеты обладают пониженной пылимостью, повышенной насыпной плотностью, твердостью, отсутствием фрагментации в воде в течение 4-6 мин, в зависимости от условий модификации и соотношения древесного сырья к связующему. Снижение пылимости понижает пожароопасность пеллет при транспортировке и хранении. Эти качества способствуют увеличению калорийности топлива, т.е. более высокой теплотворной способности на единицу массы. Все эти качества по сравнению с аналогом имеют также экономические преимущества.