ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО УГОЛЬНОГО ТОПЛИВА
PROCESSING LINE FOR THE PRODUCTION OF FINELY DISPERSED COAL FUEL

Изобретение относится к оборудованию получения жидких углеводородных смесей из углеродсодержащих материалов, в частности из угля, и может найти применение в производствах получения синтетических жидких топлив из угля или смеси жидких углеводородов (белая нефть) с переделом ее в синтетическое жидкое топливо.
Как показала практика, имеет место экономическая необходимость снижения затрат на серийное производство техники для глубокой переработки угля. Для устойчивого и сбалансированного развития страны указом Президента Российской Федерации (Указ №642 от 01 декабря 2016 г.) утверждена «Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации», согласно которой целью исследований является создание интеллектуальной собственности по конкретному направлению работ.
Перед авторами стояла задача: разработать такую технологическую систему, которая позволяла бы оперативно с минимальными затратами без нарушения экологии окружающей среды выдавать целевой продукт из угля со следующими показателями:
- содержание зольного остатка не должно превышать 3-4%;
- содержание вредных примесей при сжигании: по пыли - не более 5 мг/м куб.; СО - не более 25 мг/м куб.; NO - не более 200 мг/м куб.; SO - не более 50 мг/м куб.
При просмотре источников информации были выявлены технические решения, позволяющие частично выполнить поставленную задачу.
Так известна установка, реализующая способ сжижения угля, содержащая измельчитель угля до крупности 0.2 - 0.1 мм, смеситель угля с водой в соотношения уголь/вода 30-60 мас.% гидродинамический кавитационный механоактиватор, центрифугу, блок термического сжижения в органическом растворителе при температуре 380 градусов цельсия в течение 60 мин (П №2280673 C10G 1/06).
Эта установка имеет очень высокие затраты из-за наличия центрифуги и гидродинамического кавитационного механоактиватора. Кроме того установка обеспечивает малый выход легкокипящих фракций.
Известна также установка, содержащая бункер, из которого дозировано (шнековым устройством) уголь подается по отводу в вертикальный отрезок трубы, связанной с блоком электроимпульсного измельчения. Отрезок-отвод, связанный с вертикальной трубой, соединен с дозатором органического растворителя. В данной установке измельчение, активация и сжижение угля в органическом растворителе осуществляется одновременно импульсными электрическими разрядами с присутствием воды не менее 5 мас.% от угля. Полученную смесь разделяют на сжиженный уголь, который направляют в перегонную колонну, и нерастворенный уголь, который возвращают на обработку электрическими импульсными разрядами (П №2391381 C10G 1/04).
Недостатком этого устройства является сложность сборки технологических узлов, значительный расход электроэнергии.
Наиболее близкой по технической сущности и взятой за прототип является линия получения мелкодисперсного композиционного угольного топлива, содержащая приемный бункер для твердого компонента топлива, связанный с первым измельчителем, второй измельчитель, выполненный в виде виброимпульсной параболической мельницы, смеситель для перемешивания измельченного твердого компонента с жидкими компонентами, диспергатор-активатор с аппаратом электромагнитного воздействия и кавитатор, выход которого соединен с накопительным резервуаром (ПМ №82430, В02С 21/00 - прототип).
Недостаток известной линии получения мелкодисперсного композиционного топлива - относительно низкий срок межремонтного периода эксплуатации виброимпульсной параболической мельницы, обусловленный попаданием больших (крупных >25 мм) кусков угля после первого измельчителя (молотковой дробилки), а также высокие затраты на техническую структуру этой линии из-за наличия двух последовательно установленных измельчителей и из-за большого расхода воды.
Технический результат изобретения - снижение затрат (себестоимости) за счет создания условий измельчения исходного сырья в один этап до заданной величины дисперсности.
Указанный технический результат достигается тем, что известная технологическая линия получения мелкодисперсного угольного топлива, содержащая приемный бункер, связанный с порционным дозатором, виброимпульсную параболическую мельницу, к выходу которой подключен оснащенный источником стабилизатора-разжижителя и аппаратом электромагнитного действия реактор-смеситель, связанный выходом с последовательно соединенными кавитатором-диспергатором и накопительной емкостью, согласно изобретению, дополнительно содержит источник инертного газа, подключенный к виброимпульсной параболлической мельнице с условием создания не менее двух встречных тангенциальных потоков, подаваемых в поток исходного сырья от порционного дозатора, соединенного с виброимпульсной параболической мельницей.
На фиг. 1 представлена блок-схема технологической линии получения мелкодисперсного угольного топлива.
Технологическая линия состоит из последовательно установленных по потоку связанных продуктопроводами приемного бункера 1, шнековый питатель которого связан через порционный дозатор 2 с загрузочной камерой (без поз.) виброимпульсной параболической мельницы 3, выходом подключенной к реактору-смесителю 4. После смесителя 4 в технологической линии установлен кавитатор-диспергатор 5, соединенный с накопительной емкостью 6. Для лучшего дробления (измельчения) технологическая линия содержит источник 7 инертного газа (как вариант, азота), напрямую связанный с загрузочной камерой виброимпульсной параболической мельницы 3. Кроме этого технологическая линия, как и в прототипе, содержит связанные с соответствующими входами реактора-смесителя 4 источник 8 стабилизатора-разжижителя и аппарат 9 электромагнитного действия.
Заявленная конструкция технологической линии отличается от известной (прототипа) тем, что использует только один измельчитель - виброимпульсную параболическую мельницу 3 в совокупности с потоком инертного газа (азота) от источника 7. Наилучший результат измельчения достигается при подаче инертного газа в поток угля встречно несколькими струями. Как показали исследования уже при двух (минимальное количество) встречных потоках, введенных в загрузочную камеру виброимпульсной параболической мельницы, измельченный продукт на выходе из мельницы достигает размеров частиц менее 100 мкм. Давление при этом подаваемого инертного газа поддерживается не выше 0,5 атм. Несмотря на то, что известно использование газа (воздуха) для лучшего измельчения сыпучих продуктов (П. №2752143), в данной конструкции линии применение воздуха запрещено, так как возможно возникновение пожарной ситуации - возгорание угольно-воздушной смеси, приводящее к взрыву.
Технологическая линия получения мелкодисперсного угольного топлива функционирует следующим образом.
В приемный бункер 1, оснащенный встряхивающим от слипания устройством, загружают термообработанный бурый или рядовой уголь крупностью <25 мм с отсевами угля более 1 мм. Из бункера 1 уголь дозировано подается шнековым питателем через порционный дозатор 2 в виброимпульсную параболическую мельницу 3, куда одновременно в виде двух встречных потоков поступает инертный газ от источника 7 под давлением 0.5 атм. В известной виброимпульсной параболической мельнице 3 (патент ПМ №127659) за счет наличия параболической формы мелющей камеры в потоке инертного газа создается пульсирующая нагрузка с одновременным сжатием и сдвигом с циклическим приложением и снятием нагрузки. В этом случае исходный материал ведет себя как в «кипящем слое», меняя ориентацию относительно близлежащих кусков за каждый цикл дозирования инертного газа (дозирование осуществляется автоматически циклами. Процесс автоматизации в данном изобретении не является предметом рассмотрения). В этих условиях более прочные дисперсные частицы разрушают более слабые. Такой процесс происходит при управлении частотой и величиной прилагаемой силы, что достигается изменением профиля мелющей камеры и брони, нанесенной на поверхность фигурной обечайки и фигурной насадки (как в прототипе).
Полученные заданного размера менее 100 мкм частицы угля поступают в смеситель 4, куда загружают от источника 8 разжижитель-стабилизатор на основе щелочи в объеме 40% от поступившего в бункер 1 угля. На выходе из смесителя 4 полученный продукт подвергают (как и в прототипе) электромагнитному воздействию (аппарат 9), после чего продукт принудительно (насосы не показаны) поступает в гидроударный кавитатор 5.
В кавитаторе 5 доизмельчение (при необходимости) осуществляется посредством ударноскалывающих воздествий дробления на частицы, которые разбиваются на осколки с одновременной их деформацией. Деформация обуславливает появление на этих частицах механических и термических напряжений, электростатических полей и увеличение химической активности на наружных поверхностях частиц и в их порах. Увеличение внутренней энергии частиц за счет этих явлений, вызванных спецификой их измельчения, составляет 30% от энергии удара. В топливе образуется большое количество высоко реакционно способных радикальных частиц. На выходе крупность частиц составляет 5-70 мкм.
Исследования показали, что в кавитаторе-диспергаторе 5 образуется жидкий продукт, представляющий собой неньютоновскую жидкость, требующий подбора специальных насосов для закачки целевого продукта в накопительную емкость 6.
Заявляемая линия получения мелкодисперсного угольного топлива позволяет реализовать способ внутрислойного вибрационного разрушения не только угля, но и других минералов импульсным сжатием со сдвигом (посредством использования инертного газа-азота), что обеспечивает разрушение по слабым межзерновым связям, на которых сосредоточены концентраторы напряжений - дефекты структуры.
Применение изобретения позволит снизить затраты электроэнергии почти в пять раз и уменьшить износ брони мелющей камеры примерно в десять раз, исключая измельчение исходного продукта в два этапа и создавая условия управления линией для получения задаваемой крупности (дисперсности) конечного (целевого) продукта.