СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГОЛЬНЫХ БРИКЕТОВ
METHOD TO PRODUCE COAL BRIQUETTES

Изобретение относится к технологии переработки тонкодисперсного угольного сырья в облагороженное топливо коммунально-бытового и технологического назначения.
Описывается способ получения топливных угольных брикетов, включающий в себя стадии: отсев, смешение угольного шлама и угольной мелочи со связующим - водным раствором полиэлектролита - флокулянта на основе полиакриламида (ПАА) с добавкой ПАВ, прессование, сушку и затаривание готовых брикетов в полимерные мешки.
Описание изобретения
Изобретение относится к способу получения угольных брикетов из угольного шлама и угольной мелочи со связующим - водным раствором полиэлектролита - флокулянта на основе полиакриламида (ПАА), который в настоящее время широко используется в процессах осаждения шламов из шламовых вод и обогащения угля, т.е. является доступным материалом [7]. В качестве интенсифицирующей добавки для повышения адгезии при сдавливании шихты во время прессования в исходный раствор ПАА добавляются водорастворимые поверхностно-активные вещества (ПАВ) из класса простых полиэфиров на основе пропиленгликоля.
Изобретение позволяет по стандартной технологической схеме: отсев исходного сырья - смешение со связующим - прессование - сушка - упаковка получить из углеродного материала - отходов угледобывающего предприятия топливный брикет с высокими потребительскими свойствами, повысить экономическую эффективность работы предприятий топливно-энергетического комплекса при рациональном использовании его угольных ресурсов, в том числе вторичных. Предложенный способ предлагает на стадии брикетирования использовать связующее, в состав которого входит 3 компонента:
- синтетический полиэлектролит на основе ПАА с высокой молекулярной массой (до 10 млн а.е.м), хорошо растворимый в воде, который при малом его расходе за счет высокой адгезии макромолекул к частицам угля позволяет формовать прочные угольные брикеты из угольных шламов, кеков, отсевов;
- неионогенное водорастворимое ПАВ - смесь полиэфиров на основе полипропиленгликолей переменного состава, содержащей ди-, три- и полипропиленгликоли, являющиеся отходом - кубовыми остатками ректификации в производстве пропиленгликоля, добавка которого позволяет при значительном снижении давления прессования получать прочные топливные брикеты;
- вода, которая является универсальным и безопасным растворителем ПАА и ПАВ, способствует повышению смачивания поверхности угольных частиц.
После получения влажных брикетов методом прессования они подвергаются сушке в токе теплого воздуха, время которой зависит от типа угля, размеров и геометрической формы брикетов.
Отличительными признаками изобретения являются:
- получение топливных брикетов, технология которого состоит из подготовки исходной угольной шихты необходимого состава, подготовки связующего, состоящего из водного раствора полиэлектролита на основе ПАА с примесью ПАВ, представляющих собой смесь простых полиэфиров на основе пропиленгликоля переменного состава, содержащей ди-, три- и полипропиленгликоли, брикетирования преимущественно на прессах валкового типа с последующей сушкой в токе теплого воздуха с температурой 40-50 градусов и затаривание в упаковку;
- необходимое количество ПАА составляет 0,2% от массы угольной шихты,
- необходимое количество ПАВ составляет 0,5% от массы угольной шихты.
Технический результат - нетрадиционное использование известного вспомогательного технического материала - флокулянта в качестве связующего для получения качественных топливных брикетов, связующее свойство которого повышается за счет отхода химического производства - кубовых остатков производства пропиленгликоля, представляющего собой смесь простых полиэфиров на основе пропиленгликоля переменного состава, содержащей ди-, три- и полипропиленгликоли.
Основными причинами, тормозящими в настоящее время развитие брикетирования каменных и старых бурых углей, является отсутствие доступных, экологически безопасных, технологичных и экономных связующих. По этой причине многие годы повсеместно и постоянно ведутся поиски различных вариантов индивидуальных или комбинированных связующих для получения топливных брикетов, в результате которых расширяется их ассортимент [5].
Известно, что разработка нового способа получения угольных топливных брикетов со связующим предполагает и подбор новых видов связующих, в идеальном случае одновременно удовлетворяющих всем необходимым требованиям - доступность, низкая стоимость, способность повышать теплоту сгорания полученного окускованного топлива, способность придавать брикету высокую механическую прочность и др., является сложной технической задачей [1-3, 6].
Среди способов получения брикетов из измельченного угольного материала с использованием водорастворимых связующих известен способ на основе комбинированного связующего, содержащего воду, крахмал или пшеничную муку, или декстрин [1]. Недостатком этого способа является использование для получения топливных брикетов пищевых продуктов и сложность приготовления рабочих растворов связующих.
Известен способ производства угольных брикетов углей на основе смеси измельченного твердого топлива с комбинированным связующим, состоящим из воды, цемента, глины, мелассы. Данные брикеты при повышенной механической прочности обладают низкой зажигательной способностью, высокой зольностью [1].
Известен способ производства угольных брикетов углей с использованием связующего, содержащего торф, известь, алюмосиликат (глина), портландцемент и воду. Данные брикеты также при повышенной механической прочности обладают низкой зажигательной способностью и высокой зольностью [2].
Наиболее близким к изобретению является способ производства угольных топливных брикетов из угольной мелочи с использованием водных растворов связующих на основе суспензии, содержащей мякину или полову - хлебные остатки пищи и кормов, в состав которых входят природные полимеры - растительные белки и полисахариды [3]. Основным недостатком данного изобретения является использование малотоннажных нетрадиционных связующих, практически недоступных для многотоннажного производства брикетов, которые при неправильном хранении подвергаются брожению и гниению.
Предложенный в заявленном изобретении полимер на основе полиакриламида по своим химическим свойствам согласно официальным научным данным является в настоящее время химическим аналогом белка [6]. Поэтому в качестве связующего предлагается синтетический белковоподобный компонент, выпускаемый промышленностью в больших количествах, который не подвергается биологическому разрушению при хранении, растворим в воде, экологически чистый, способный при малых концентрациях в воде давать высоковязкие растворы, обладающие повышенными вяжущими свойствами по отношению к частицам угля и минеральных примесей.
Цель изобретения - создание эффективной энерго- и ресурсосберегающей технологии получения угольных топливных брикетов. Поставленная цель изобретения достигается путем нетрадиционного использования известного в угледобывающей промышленности вспомогательного технического материала - флокулянта в качестве связующего для получения качественных топливных брикетов. Его вяжущее свойство повышается за счет отхода крупнотоннажного производства - кубовых остатков производства пропиленгликоля, что способствует расширению существующего ассортимента связующих веществ, позволяющего создать топливный угольный брикет с необходимыми потребительскими свойствами.
Кубовые остатки производства пропиленгликоля (ПГ) имеют (согласно ТУ) следующую характеристику [6]:
1. Внешний вид - жидкость коричневого цвета;
2. Состав %: дипропиленгликоль - (35-40); трипропиленгликоль (55-60);
полигликоли - остальное.
3. Обладают свойствами ПАВ, используются для снижения поверхностного натяжения воды.
В данном способе получения топливных брикетов с заявленным связующим использовалась смесь угольного шлама и угольной мелочи (при соотношении 1:1) из месторождения угля, добытого на территории Кузнецкого угольного бассейна, со следующим характеристиками:
- гранулометрический состав (содержание частиц разного размера): (0-1 мм) - 80%; (1-4 мм) - 20%.
- средняя зольность - 20%;
- теплота сгорания средней пробы - 5000 ккал/кг;
- влажность средней пробы - 10%.
2
Пример 1 (прототип [3]). Для изготовления брикетов из смеси угольного шлама и угольного отсева (1:1) угольная шихта смешивалась с водной суспензией мякины (остатки кормов с концентрацией 10%) в количественном соотношении угольная мелочь: суспензия как 7:3, брикетировалась на лабораторном штемпельном прессе под давлением 20 кг/см и высушивалась в токе теплого воздуха. Данные экспериментов и характеристики брикетов представлены в табл.1, где в качестве определяющих показателей брикетов выбраны прочность и теплота сгорания.
2
Примеры 2-7. Для изготовления брикетов шихта, приготовленная из угольного шлама и угольного отсева (1:1) по примеру 1, смешивалась с водным раствором ПАА (концентрация раствора 0,1-0,2%), содержащего различное количество ПАА и кубовых остатков производства ПГ, прессовалась на лабораторном штемпельном прессе под давлением 20 кг/см и просушивались в токе теплого воздуха. Данные экспериментов и характеристики брикетов представлены в табл.1, где в качестве определяющих показателей брикетов выбраны прочность и теплота сгорания.
Таблица 1
№ примера
Расходсвязующего, %
РасходПАВ, %
Теплотасгорания, ккал/кг
Механическаяпрочность, кг/см<sup>2</sup>
1. Прототип [3]
30
-
5400
30
0.1
-
5550
35
2-4. По заявленному изобретению
0.2
-
5560
36
0.3
-
5560
37
5. По заявленному изобретению
0.3
0.2
5580
40
6. По заявленному изобретению
0.3
0.4
5810
60
7. По заявленному изобретению
0.3
0.6
5900
63
Из табл.1 следует, что при разных связующих, используемых для эксперимента (пример 1 - отходы кормов - суспензия мякины, примеры 2-7-водный раствор ПАА с примесью ПАВ), более прочные и более калорийные брикеты получены по предлагаемому способу при расходе связующего 0,2-0,3% с примесью ПАВ в количестве 0,4-0,6%. Для длительного хранения необходима упаковка полученных брикетов. В качестве дополнительного достоинства заявленного способа производства следует считать малый расход ПАА и ПАВ, биологическую стойкость растворов по отношению к процессам закисания и брожения, их доступность.
Источники информации
3
1. Патент РФ №2187542, МКЛ C10L 5/10; C10L 5/12; C10L 5/44. Топливный брикет (варианты) / В.В.Тумаркин, опубл. 20.08.2002.
3
2. Патент РФ №2157401, МКЛ C10L 5/02, C10L 5/12, C10F 7/06, C10L 5/48. Состав для брикетированного топлива / В.М.Кнатько, М.В.Кнатько, Г.С.Казаров, опубл. 10.10.2000.
3
3. А.с. №1765171, МКЛ C10L 5/00; Состав для получения брикетированного топлива / Э.А.Гогинян, Р.С.Фармазян, А.А.Налбандян. Г.М.Геворкян, опубл. 30.09.1992, Бюл. №36.
4. Елишевич А.Т. Брикетирование полезных ископаемых / А.Т.Елишевич // М.: Недра. - 1989. - 300 с.
5. Дымент О.Н. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена / О.Н.Дымент. К.С.Казанский, A.M.Мирошников // М.: Химия. - 1976. - 376 с.
6. Запольский А.К. Коагулянты и флокулянты в процессе очистки воды / А.К.Запольский, А.А.Баран // Л.: Химия. - 1987. - 180 с.
7. Абзаева К.А. Биологически активные производные полиакриловой кислоты / К.А.Абзаева, М.Г.Воронков, В.А.Лопырев // Высокомолекулярные соединения. - 1997. - Т.39. - №11. - С.1883-1904.