СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ГИДРОФОБНОГО КОМПОНЕНТА ИЗ ТОРФА
METHOD FOR OBTAINING ORGANIC HYDROPHOBIC COMPONENT FROM PEAT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технологии термо- и механохимической переработки торфа, а именно к получению из торфа органического гидрофобного компонента, содержащего твердую и жидкую фазы, используемого для гидрофобной обработки дисперсных материалов.
Уровень техники
Известен способ сушки торфа во взвешенном состоянии в потоке теплоносителя с дополнительным подводом последнего в поток газовзвеси, в котором с целью интенсификации тепло- и массообмена и обеспечения взрывобезопасности, поток газовзвеси закручивают по спирали для отделения крупных фракций и сушку ведет в среде разбавленных рециркулятом дымовых газов с температурой 250°С (АС №232130, опубликовано 28.09.1968, бюллетень №36). Однако способ не позволяет обеспечить одинаково хорошее качество сушки мелко- и крупнодисперсной фракций торфа и требует дополнительного дробления высушенного торфа. Кроме того, при температуре 250°С из торфа выделяются жидкие гидрофобные компоненты, которые переходят в газообразное состояние, удаляются из зоны сушки вместе с водяным паром и их содержание в конечном продукте заметно снижается.
Известен способ безотходной переработки торфа, который осуществляется путем двухступенчатого нагрева торфа с возможностью получения газообразной и твердой составляющих (патент РФ №2259385, опубл. 27.08.2005). На первой ступени торф высушивают до влажности не более 15% путем его порционной подачи по 350-1050 г/сек и нагрева до температуры 120±5°С. На второй ступени твердый остаток нагревают до температуры 520-530°С без доступа кислорода в течение 1-6 сек, затем охлаждают и образовавшийся пирогаз конденсируют до образования жидкого топлива, которое является жидким гидрофобным компонентом торфа. Такой способ позволяет отдельно получать твердый и жидкий гидрофобные компоненты, однако требует предварительного измельчения торфа перед нагревом. Кроме того, технически сложно осуществлять последующее нанесение выделяющихся на второй ступени жидких гидрофобных компонентов на дисперсный материал.
Наиболее близким по технической сущности изобретения является способ переработки торфа, в котором его сушка совмещена с механическим дроблением (Наумович В.М. Искусственная сушка торфа. Учеб. пособие для вузов. М.: Недра, 1984, с.156-170). Способ заключается в том, что фрезерный торф начальной влажностью ≈40…64% высушивается дымовыми газами с температурой 325…445°С до влажности ≈16…28% и одновременно дробится до размеров частиц 400…600 мкм способом удара измельчающих элементов по торфяным частицам. Однако при таких температурах высока вероятность возгорания торфа, снижения содержания в нем жидких гидрофобных компонентов, а также недостаточно мелкий конечный размер частиц. Кроме того, требуются дополнительные энергетические затраты на сушку торфа.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является повышение безопасности способа получения органического гидрофобного компонента из торфа, снижение энергозатрат, а также уменьшение размера получаемых частиц компонента менее 100 мкм.
Раскрытие изобретения
Для решения поставленной задачи предлагается способ получения органического гидрофобного компонента из торфа, в котором торф подвергается измельчению с одновременной сушкой в торфогазовой (в данном случае торфовоздушной) смеси. При этом в отличие от известного способа органический гидрофобный компонент получают сушкой при температуре не выше 105°С, при этом нагревание происходит за счет внутреннего тепла, выделяющегося при трении частиц торфа друг о друга и дробящие элементы, и дроблением до конечного размера частиц менее 100 мкм.
В качестве исходного сырья для гидрофобного компонента можно использовать фрезерный торф или кусковой торф. Также можно использовать торф верхового, или низинного, или переходного типа.
При таком способе интенсивно испаряющаяся влага не дает нагреваться частицам выше указанной температуры.
Такой подход возможен при использовании фрезерного или кускового торфа влажностью 40…45%. В этом случае температура нагрева в зоне измельчения достигает 80-105°С и ее достаточно для понижения влажности торфа до 16-28%. При этом не происходит термохимической деструкции в органическом веществе торфа и из него не удаляются жидкие гидрофобные компоненты.
В качестве измельчающего устройства наиболее целесообразно применение мельниц, осуществляющих дробление за счет перетирания торфа в промежутке между двумя роторами - внутренним и внешним - которые вращаются навстречу друг другу. При этом на входе в мельницу создается аэродинамическая струя, которая смешивается с раздробленным торфом и позволяет отводить выделяющуюся из торфяных частиц парообразную влагу. Благодаря высокой пористости отдельных торфяных частиц освободившиеся от влаги поры заполняются воздухом, и торфяные частицы приобретают первичные гидрофобные свойства. Благодаря такому подходу удается полностью сохранить жидкие гидрофобные (битумные) компоненты в торфяных частицах и получить гидрофобный компонент из торфа.
Таким образом, техническим результатом предложенного изобретения является снижение энергозатрат при способе получения органического гидрофобного компонента из торфа, содержащего твердую и жидкую фазы, влажностью 16…28% и размером частиц ниже 100 мкм, за счет отказа от использования внешних нагревателей, а также повышение безопасности процесса получения за счет снижения температуры сушки ниже порога воспламенения торфа.
В промышленных условиях при использовании существующего оборудования возможно получение органического гидрофобного компонента из торфа.
Краткое описание чертежей
Для пояснения сущности способа получения органического гидрофобного компонента из торфа приведена схема предпочтительного варианта способа, представленная на чертеже.
Осуществление изобретения
Согласно схеме варианта осуществления способа, приведенной на чертеже, торф с начальным размером частиц от 1 до 25 мм и влажностью 40…45% вместе с воздушной струей направляется в измельчающее устройство. В нем производится измельчение торфа до размеров частиц менее 100 мкм, их нагрев 80…105°С, перемешивание воздухом, сушка и сорбция воздуха в порах торфяных частиц, из которых была удалена влага. Далее образовавшаяся торфовоздушная смесь направляется в систему пылеосаждения и фильтрации, в которой происходит отделение торфяной пыли от воздуха. Очищенный воздух выводится в атмосферу, а торфяная пыль, представляющая собой органический гидрофобный компонент из торфа, направляется в специальный бункер.
Для более детального пояснения способа получения органического гидрофобного компонента из торфа, а также его основных свойств, приведена таблица и примеры.
Пример 1. В качестве исходного сырья использовали фрезерный торф низинного типа влажностью 45%, размерами частиц 1…25 мм и содержанием битумных компонентов (здесь и далее в пересчете на сухую органическую массу 4,5%). Фрезерный торф направляли в двухроторный измельчитель, в котором осуществлялся его тонкодисперсный помол до размеров частиц менее 100 мкм. В процессе измельчения температура в зоне помола составляла 100°С. Образовавшаяся при вращении роторов аэродинамическая струя транспортировала измельченный торф в специальный циклон-осадитель, совмещенный с фильтрующим элементом. Органический гидрофобный компонент из торфа накапливался в циклоне-осадителе. Его конечная влажность составила 20%. Снижения содержания гидрофобных компонентов (битумов) по сравнению с их содержанием в исходном сырье не произошло (см. таблицу).
Пример 2. В качестве исходного сырья использовали кусковой торф низинного типа влажностью 40%, размерами частиц 15…25 мм и содержанием битумных компонентов 4,5%. Кусковой торф направляли в двухроторный измельчитель, в котором осуществлялся его тонкодисперсный помол до размеров частиц менее 100 мкм. В процессе измельчения температура в зоне помола составляла 105°С. Образовавшаяся при вращении роторов аэродинамическая струя транспортировала измельченный торф в специальный циклон-осадитель, совмещенный с фильтрующим элементом. Органический гидрофобный компонент из торфа накапливался в циклоне-осадителе. Его конечная влажность составила 16%. Снижение содержания гидрофобных компонентов (битумов) по сравнению с их содержанием в исходном сырье составило 5% (см. таблицу).
Пример 3. Аналогичен примеру 1, но в качестве исходного сырья использовали фрезерный торф верхового типа с начальной влажностью 43% и содержанием битумных компонентов 6,3%. В процессе измельчения температура в зоне помола составляла 95°С. Его конечная влажность составила 22%. Снижения содержания гидрофобных компонентов (битумов) по сравнению с их содержанием в исходном сырье не произошло (см. таблицу).
Пример 4. Аналогичен примеру 2, но в качестве исходного сырья использовали кусковой торф верхового типа с начальной влажностью 41% и содержанием битумных компонентов 6,3%. В процессе измельчения температура в зоне помола составляла 105°С. Его конечная влажность составила 18%. Снижение содержания гидрофобных компонентов (битумов) по сравнению с их содержанием в исходном сырье составило 3% (см. таблицу).
Пример 5. Аналогичен примеру 1, но в качестве исходного сырья использовали фрезерный торф переходного типа с начальной влажностью 44% и содержанием битумных компонентов 5,5%. В процессе измельчения температура в зоне помола составляла 80°С. Его конечная влажность составила 28%. Снижения содержания гидрофобных компонентов (битумов) по сравнению с их содержанием в исходном сырье не произошло (см. таблицу).
Пример 6. Аналогичен примеру 2, но в качестве исходного сырья использовали кусковой торф переходного типа с начальной влажностью 41% и содержанием битумных компонентов 5,5%. В процессе измельчения температура в зоне помола составляла 100°С. Его конечная влажность составила 21%. Снижение содержания гидрофобных компонентов (битумов) по сравнению с их содержанием в исходном сырье составило 2% (см. таблицу).
Характеристики свойств органических гидрофобных компонентов из торфа
№
Исходное сырье
Тип торфа
Начальный размер частиц, мм
Начальная влажность, %
Температура в зоне помола, °С
Конечный размер частиц, мм
Конечная влажность, %
Степень сохранности гидрофобных компонентов, %
1
Фрезерный торф
низинный
1…25
45
100
<0,1
20
100
2
Кусковой торф
низинный
15…25
40
105
<0,1
16
95
3
Фрезерный торф
верховой
1…25
43
95
<0,1
22
100
4
Кусковой торф
верховой
15…25
41
105
<0,1
16
97
5
Фрезерный торф
переходный
1…25
44
80
<0,1
28
100
6
Кусковой торф
переходный
15…25
41
100
<0,1
21
98
Таким образом, предложенный способ позволяет получать широкий спектр органических гидрофобных компонентов из торфа различного типа без потери битумов в процессе механической переработки и сушки.