СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ ИЗ НИЗКОСОРТНОГО ТОПЛИВА
METHOD OF PRODUCING FUEL BRIQUETTES FROM LOW-GRADE FUEL

Изобретение относится к способу получения топливных брикетов из низкосортного топлива (торф, сапропель, бурый уголь, древесина и др.) и может быть использовано в малой энергетике и для коммунально-бытовых нужд при производстве топлива для сжигания.
Известен способ брикетирования угля (патент РФ №2268290, МПК C10L 5/10, C10L 9/08, опубл. 20.01.2006), преимущественно бурого, в регионах, удаленных от потребителя. Способ включает измельчение угля, термообработку, смешивание со связующим и прессование. При этом смешивают уголь со связующим при пиролизе угольной мелочи, а прессуют «шоколад»-образные плиты между полимерными пленками.
Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная необходимостью использования вращающейся трубной печи и устройства подачи в нее связующего серийного оборудования асфальтобетонного завода (АБЗ). В известном способе в качестве исходного сырья фактически используется только уголь, что существенно снижает сырьевую базу. Также в известном способе используется гидравлический пресс, связующее (гудрон, битум) и полимерные плиты, что приводит к удорожанию технологии.
Известен способ получения брикетного топлива при смешивании углеродсодержащего сырья и части смолы высокотемпературного полукоксования, остающейся после отгона фракций, выкипающих до 300°С, с последующим прессованием и термоотверждением брикетов при температуре 220-280°С («Кокс и железококс на основе брикетирования». Е.М.Тайц, Б.М.Равич, И.А.Андреева. М.: изд. Металлургия, 1965, стр.19-24).
Недостатком известного способа является то, что фактически используется только пековая часть смолы, остающаяся после отгона фракций, кипящих до 300°С. Поскольку в известном способе используется только часть смолы высокотемпературного полукоксования - снижаются ресурсы связующего. Применение высокотемпературного полукоксования требует использования дорогих легированных сталей.
Наиболее близким, принятым за прототип, является способ изготовления брикетного топлива, включающий смешение углеродсодержащего сырья со связующим, прессование смеси и последующее отверждение брикетов в окислительной атмосфере при температуре 150-300°С, причем в качестве связующего используют смолу низкотемпературного полукоксования, полученную при температуре до 650°С (патент РФ №2375414, МПК C10L 5/14, опубл. 10.12.2009).
Недостатками известного способа являются зависимость от сторонних производителей смолы низкотемпературного полукоксования, а также высокие затраты на осуществление технологического процесса, связанные с использованием прессового оборудования.
Задачей изобретения является снижение затрат на технологический процесс.
Поставленная задача решена следующим образом. В качестве связующего используют смолу низкотемпературного пиролиза. Исходное низкосортное топливо термически обрабатывают при температуре 200-500°С, в результате чего получают продукты пиролиза - углеродистый остаток, низкотемпературную смолу пиролиза, подсмольную воду и топливный газ. Углеродистый остаток измельчают и вместе с низкотемпературной смолой пиролиза смешивают в равных частях, из полученной смеси формируют брикетный сырец, сушат его при температуре не выше 200°С, после чего оставляют на сутки отвердевать при комнатной температуре.
Верхний предел температуры термической обработки выбран из соображения использования в технологическом процессе реакторов для нагрева низкосортного топлива из дешевых углеродистых сталей, способных работать при температурах до 500°С.
Для предотвращения выделения низкотемпературной смолы пиролиза из брикетов и уменьшения их прочности, сушку производят при температурах ниже 200°С.
На фиг.1 приведена схема установки по получению топливных брикетов.
Установка состоит из реактора 1, помещенного в печь 2. В реакторе установлена термопара 3 для контроля температуры процесса термической обработки низкосортного топлива. Реактор с помощью термостойкого шланга 4 соединен с холодильником 5. На выходе из холодильника расположен сборник конденсата 6.
Работа установки осуществляется следующим образом.
Низкосортное топливо помещают в реактор 1, где с помощью печи 2 нагревают без доступа кислорода до 200-500°С, температуру процесса термической обработки контролируют с помощью термопары 3. Летучие продукты пиролиза (низкотемпературная смола пиролиза, подсмольная вода и топливный газ), получаемые при нагреве низкосортного топлива, выходят через термостойкий шланг 4, углеродистый остаток остается в реакторе 1. В холодильнике 5 низкотемпературная смола пиролиза и подсмольная вода конденсируются и поступают в сборник конденсата 6.
Заявляемое изобретение поясняется примерами.
Пример 1.
В реактор 1, помещенный в печь 2, загружают низкосортное топливо - торф (теплота сгорания 2,65 МДж/кг), где его нагревают до температуры 400°С. Контроль температуры процесса термической обработки низкосортного топлива в реакторе осуществляют при помощи термопары 3. В результате нагрева получают продукты пиролиза - углеродистый остаток, низкотемпературную смолу пиролиза, подсмольную воду и топливный газ. Продукты пиролиза (низкотемпературную смолу пиролиза и подсмольную воду) конденсируют в холодильнике 5 и собирают в сборнике конденсата 6. Сконденсированную смесь разделяют фильтрованием на низкотемпературную смолу пиролиза и подсмольную воду. Углеродистый остаток измельчают до частиц размером не более 1 мм. Измельченный углеродистый остаток и низкотемпературную смолу пиролиза перемешивают в равных частях. Из полученной смеси формируют брикетный сырец, его помещают в сушильный шкаф и сушат при температуре 105-110°С до достижения постоянной массы брикетного сырца. После окончания сушки брикетный сырец становится топливным брикетом. Топливный брикет оставляют на сутки отвердевать при комнатной температуре. Полученный брикет имеет теплоту сгорания 19,7 МДж/кг.
Пример 2.
В реактор 1, помещенный в печь 2, загружают низкосортное топливо - торф (теплота сгорания 2,65 МДж/кг), где его нагревают до температуры 400°С. Контроль температуры процесса термической обработки низкосортного топлива в реакторе осуществляют при помощи термопары 3. В результате нагрева получают продукты пиролиза - углеродистый остаток, низкотемпературную смолу пиролиза, подсмольную воду и топливный газ. Продукты пиролиза (низкотемпературную смолу пиролиза и подсмольную воду) конденсируют в холодильнике 5 и собирают в сборнике конденсата 6. Сконденсированную смесь разделяют фильтрованием на низкотемпературную смолу пиролиза и подсмольную воду. Углеродистый остаток измельчают до частиц размером не более 1 мм. Измельченный углеродистый остаток и низкотемпературную смолу пиролиза перемешивают в процентном соотношении: 60:40. Из полученной смеси брикетный сырец не формируется, так как не хватает связующего для принятия формы - брикет рассыпается при формовке.
Пример 3.
В реактор 1, помещенный в печь 2, загружают низкосортное топливо - торф (теплота сгорания 2,65 МДж/кг), где его нагревают до температуры 400°С. Контроль температуры процесса термической обработки низкосортного топлива в реакторе осуществляют при помощи термопары 3. В результате нагрева получают продукты пиролиза - углеродистый остаток, низкотемпературную смолу пиролиза, подсмольную воду и топливный газ. Продукты пиролиза (низкотемпературную смолу пиролиза и подсмольную воду) конденсируют в холодильнике 5 и собирают в сборнике конденсата 6. Сконденсированную смесь разделяют фильтрованием на низкотемпературную смолу пиролиза и подсмольную воду. Углеродистый остаток измельчают до частиц размером не более 1 мм. Измельченный углеродистый остаток и низкотемпературную смолу пиролиза перемешивают в процентном соотношении: 40:60. Из полученной смеси брикетный сырец не формируется, так как получившаяся смесь слишком жидкая.
Пример 4.
В реактор 1, помещенный в печь 2, загружают низкосортное топливо - бурый уголь (теплота сгорания 8,4 МДж/кг), где его нагревают до температуры 350°С. Контроль температуры процесса термической обработки низкосортного топлива в реакторе осуществляют при помощи термопары 3. В результате нагрева получают продукты пиролиза - углеродистый остаток, низкотемпературную смолу пиролиза, подсмольную воду и топливный газ. Продукты пиролиза (низкотемпературную смолу пиролиза и подсмольную воду) конденсируют в холодильнике 5 и собирают в сборнике конденсата 6. Сконденсированную смесь разделяют фильтрованием на низкотемпературную смолу пиролиза и подсмольную воду. Углеродистый остаток измельчают до частиц размером не более 1 мм. Измельченный углеродистый остаток и низкотемпературную смолу пиролиза перемешивают в равных частях. Из полученной смеси формируют брикетный сырец, его помещают в сушильный шкаф и сушат при температуре 105-110°С до достижения постоянной массы брикетного сырца. После окончания сушки брикетный сырец становится топливным брикетом. Топливный брикет оставляют на сутки отвердевать при комнатной температуре. Полученный брикет имеет теплоту сгорания 15,98 МДж/кг.
Пример 5.
В реактор 1, помещенный в печь 2, загружают низкосортное топливо - озерный сапропель (теплота сгорания 4,57 МДж/кг), где его нагревают до температуры 450°С. Контроль температуры процесса термической обработки низкосортного топлива в реакторе осуществляют при помощи термопары 3. В результате нагрева получают продукты пиролиза - углеродистый остаток, низкотемпературную смолу пиролиза, подсмольную воду и топливный газ. Продукты пиролиза (низкотемпературную смолу пиролиза и подсмольную воду) конденсируют в холодильнике 5 и собирают в сборнике конденсата 6. Сконденсированную смесь разделяют фильтрованием на низкотемпературную смолу пиролиза и подсмольную воду. Углеродистый остаток измельчают до частиц размером не более 1 мм. Измельченный углеродистый остаток и низкотемпературную смолу пиролиза перемешивают в равных частях. Из полученной смеси формируют брикетный сырец, его помещают в сушильный шкаф и сушат при температуре 105-110°С до достижения постоянной массы брикетного сырца. После окончания сушки брикетный сырец становится топливным брикетом. Топливный брикет оставляют на сутки отвердевать при комнатной температуре. Полученный брикет имеет теплоту сгорания 17,5 МДж/кг.
Технический результат снижения затрат на технологический процесс достигается за счет использования реактора для пиролиза низкосортного топлива из дешевых углеродистых сталей, минимизации номенклатуры использованного технологического оборудования. Имеется возможность использования топливного газа, полученного в результате пиролиза низкосортного топлива, в качестве топлива для поддержания процесса термической обработки, тем самым снижая затраты на получение топливных брикетов.