Способ получения бездымного бытового топлива
METHOD OF OBTAINING SMOKELESS HOUSEHOLD FUEL

Изобретение относится к области технологии подготовки и производства брикета из углеродистого материала, применяемого в качестве бездымного топлива для бытовых и промышленных печей, а также котлов для индивидуального отопления жилых зданий.
Известен способ получения  брикета, применяемого в качестве бездымного топлива для бытовых целей, включающий смешение углеродсодержащего материала в количестве не менее 50,0% мас., связующего, представляющего собой смесь смолы и муки в соотношении от 0,5:1 до 2:1, в количестве 8,0–40,0% мас. и воды – остальное, с последующим прессованием полученной смеси и сушкой при температуре 150°С  (Патент RU 2638260, опубл. 15.12.2017)
Недостатком известного способа является достаточно высокий выход летучих веществ, которые при сжигании данного топлива образуют значительное количество вредных выбросов в атмосферу.
Известен  топливный брикет, предназначенный для использования в бытовых условиях для автономного, экологически чистого и экономичного обогрева помещений и приготовления пищи в мангалах, грилях и шашлычницах, содержащий 35-91% мас. измельченного древесного угля, 3–45% мас. связующего, в качестве которого используют крахмал, или муку пшеничную, или декстрин, и воду – остальное (Патент RU 2187542, опубл. 2002).
К недостаткам известного брикета следует отнести высокую пожароопасность за счет  присутствия в брикете опилок, которые легко воспламеняются.
о
Ближайшим техническим решением к заявленному способу является способ получения брикетного топлива, заключающийся в совместном измельчении углеродсодержащего материала - буроугольного среднетемпературного кокса исходного гранулометрического состава и 1-10% масс. минерального связующего - алевролита подугольного до размера частиц не более 5 мм, добавлении к полученному составу 1-10% масс. гидрофобизатора - мазута марки M100 и 1-30% масс. воды с последующим перемешиванием с добавлением 1-30% масс. упрочняющего модификатора - 3%-го водного раствора поливинилового спирта (ПВС) или водного раствора 10%-ного мучного клейстера. Полученную массу прессуют под давлением 20-200 МПа и полученные брикеты сушат при 100-250С (Патент RU 2473672, опублик. 2013).
Техническая проблема описанного способа – высокий выход летучих веществ, которые при сжигании данного топлива образуют значительное количество вредных выбросов в атмосферу.
Технической задачей настоящего изобретения является получение бездымного бытового топлива, обладающего пониженным содержанием летучих веществ, высокой теплотой сгорания, а также увеличенным периодом сгорания в топочном устройстве, что повышает эффективность полезного использования тепла.
Указанная техническая задача решается описываемым способом получения бездымного бытового топлива, заключающимся в смешении исходных компонентов – углеродсодержащего материала, представляющего собой мелочь коксовую марки МК-1, получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, с исходным гранулометрическим составом 0–15 мм, связующего, в качестве которого используют муку злаковых культур или крахмал, минеральной добавки, в качестве которой используют глину, алевролит или бентонит, и воды, прессовании полученной смеси и сушки, при этом исходные компоненты берут в следующем количестве, % мас.:
углеродсодержащий материал – не менее 50,0;
связующее – 3,5 – 20,0;
минеральная добавка – 1,0 - 10,0;
вода – остальное.
Предпочтительно воду используют с температурой от 1 до 99°С.
Использование в качестве минеральной добавки глины, алевролита или бентонита, обладающих функцией аккумулировать тепло, обеспечивает полученному брикету более длительный  период сгорания в топочном устройстве.
Сушку полученных брикетов предпочтительно осуществляют при температуре 80-160°С.
Технический результат при использовании изобретения заключается в получении брикетов, обладающих низким содержанием летучих, высокой теплотой сгорания, а также длительным  периодом сгорания в топочном устройстве.
Приготовление брикетной смеси производят следующим образом.
t
r
Мелочь коксовую марки МК-1, получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, с исходным гранулометрическим составом 0–15 мм, загружают в планетарный смеситель периодического действия, затем последовательно добавляют связующее, минеральную добавку и воду. При добавлении каждого из перечисленных компонентов смесь перемешивают до гомогенного состояния. По получении результирующей однородной композиции смесь выгружают из смесителя и подают в валковый пресс с максимальным усилием сведения валков 150 тс. Сформированный брикет высушивают в ленточной сушилке при температуре 80-160°С до влаги (W) менее 5 %. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
о
Пример 1. Для изготовления брикета используют следующие компоненты: 65,0% мас. мелочи коксовой МК-1 крупностью не более 3 мм в качестве  углеродсодержащего материала, 4,0% мас. глины в качестве минеральной добавки, 4,0% мас. муки (пшеничной 1, 2 с., ржаной, ячменной) в качестве связующего, 27,0% мас. воды технической с температурой 80С.
t
r
Брикет получают следующим образом. В планетарный смеситель периодического действия последовательно добавляют мелочь коксовую МК-1, глину, муку и воду. При добавлении каждого из перечисленных компонентов смесь доводят до гомогенного состояния. Полученную брикетную смесь подают в валковый пресс с максимальным усилием сведения валков 150 тс. Сформированный брикет подвергают термической сушке в сушильном шкафу при температуре 150°С до влаги (W) не более 5 %. Высушенный кусок охлаждают при температуре окружающего воздуха.
Полученный брикет имеет характерный размер 50 мм, прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 90 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 21289 81,8 %, влагу 5 %, зольность 9,1 %, выход летучих на сухую беззольную массу 10,0 %, теплоту сгорания 6100 ккал/кг.
3
Брикет, сжигаемый в топочном пространстве печи с принудительной подачей воздуха 5 м/ч, горел в течение 10 ч.
Пример 2. Брикет изготавливают в соответствии с примером 1, но в качестве минеральной добавки используют 8% алевролита, а в качестве связующего - 10,0% мас. крахмала (кукурузного, картофельного, бурового, экструзионного, тапиоки) и
30,0% мас. воды технической с температурой не менее 80 °С.
Полученный брикет имеет характерный размер 50 мм, прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 95 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 21289 91,2 %, влагу 5 %, зольность 9,9 %, выход летучих на сухую беззольную массу 9,3%, теплоту сгорания 6050 ккал/кг.
3
Брикет, сжигаемый в топочном пространстве печи с принудительной подачей воздуха 5 м/ч, горел в течение 12 ч.
Пример 3. Брикет изготавливают в соответствии с примером 1, но в качестве минеральной добавки используют 3% бентонита, а в качестве связующего - 5,0% мас. крахмала (кукурузного, картофельного, бурового, экструзионного, тапиоки)  и 27,0% мас. воды технической с температурой не менее 50°С.
Полученный брикет имеет характерный размер 50 мм, прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 90 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 21289 85,4 %, влагу 5 %, зольность 7,2 %, выход летучих на сухую беззольную массу 9,9%, теплоту сгорания 6150 ккал/кг.
3
Брикет, сжигаемый в топочном пространстве печи с принудительной подачей воздуха 5 м/ч, горел в течение 8,5 ч.