ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ
FUEL BRIQUETTE

Изобретение относится к технологии получения твердого органического топлива, в частности топливных брикетов, и может использоваться для обогрева помещения, для бытовых целей, на транспорте и в промышленных условиях для получения тепло- и электроэнергии.
Известен состав топливного брикета (Патент РФ №2132360. «Состав для брикетированного топлива», опубл. 27.06.1999 г.), который содержит в своем составе следующие компоненты: углеводород, шламы (осадки мазута), отработанные масла и их осадки, осадки нефти и дисперсные углеводородные отходы - торфяную и угольную крошку, древесную муку, опилки. Кроме того, состав содержит известь, дисперсный алюмосиликат и воду при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
углеводородный шлам 40,5-50,0;
дисперсный углерод - угольная пыль и угольная крошка 1,0-5,0;
органический наполнитель 10,0-30,0;
известь 1,0-10,0;
дисперсный алюмосиликат 5,0-15,0;
вода - остальное.
Кроме того, состав содержит окислитель, например пироксид натрия, в количестве 0,5-1,0 мас.%. Цель изобретения - удешевление состава и предотвращение миграции продуктов горения из атмосферы в окружающую среду.
Недостатком состава является использование дисперсного алюмосиликата извести и воды, которые являются балластом при горении, их содержания в сумме составляет не менее 25 мас.%. Это снижает теплотворную способность брикетированного топлива на ~25% и увеличивает массу зольного остатка. Кроме того, состав содержит пироксид Na, который при контакте с органическими веществами быстро разлагается и через определенный срок превращается в NaOH, повышает содержание воды.
Наиболее близким по техническому эффекту является топливный брикет (Патент РФ №2119532. «Топливный брикет», опубл. 27.09.1998 г.), который содержит 2,5 мас.% окислителя, подвергнутую термообработке при 350-500°С сформованную смесь, содержащую торф (10-15%) и древесные опилки (5-10%). Органическое связующее -отход целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности 8,5-10 мас.% и каменной уголь - остальное. В брикете выполнены продольные разрезы различного диаметра. Цель изобретения - получение брикета с уменьшенным дымообразованием при сжигании и горении брикета.
Недостатком способа является дополнительная термообработка при 350-500°С сформованной смеси, что требует специального оборудования и энергозатрат и ведет к удорожанию продукции.
Основной технической задачей изобретения является перевод процесса горения в беспламенный режим и повышение удельного тепловыделения.
2
2
3
2
2
3
Основная техническая задача достигается тем, что в заявленном составе топливного брикета, согласно которому, так же, как и в прототипе, в состав брикета с продольными отверстиями входят торф, древесные опилки, каменный уголь и/или их смеси, органическое связующее и окислитель; в качестве органического связующего используются отходы производства полипропилена или отходы нефтеперерабатывающей промышленности, дополнительно содержит катализатор при следующем соотношении компонентов, мас.%: органическое связующее - 2,0-10,0; окислитель - 2,0-5,0; катализатор MnO+FeО - 0,1-1,5, причем массовые соотношения между MnO+FeО равны от 4:1 до 1:6; торф, древесные опилки, каменный уголь - остальное.
x
Задачей настоящего изобретения является увеличение теплотворной способности топливного брикета и снижение дымообразования за счет перевода процесса пламенного горения в беспламенный режим при использовании катализатора, снижающего, одновременно, температуру горения. При горении в таком режиме увеличивается теплотворная способность брикета за счет повышения полноты сгорания, уменьшается количество дымовых выбросов и вредных газов (СО, NO).
Поставленная задача достигается путем экспериментального подбора компонентов состава топливного брикета и их соотношения, что позволяет режим горения осуществлять в низкотемпературном режиме беспламенного горения.
Горение заявленного топливного брикета происходит самопроизвольно после инициирования горения с помощью нихромовой спирали, нагретой проходящим электрическим током, или горящей спичкой. Процесс горения происходит при температуре 400-500°С. Расчетный тепловой эффект для прототипа составляет 6,4 кДж/г, а для заявляемого 9,1-9,2 кДж/г. Заявленный состав топливного брикета дает существенно более высокий тепловой эффект, превышающий прототип на 31%.
Пример
2
2
3
Для приготовления топливного брикета использовали отходы обработки карельской березы в количестве 10 г. В качестве органического связующего применяли атактический полипропилен производства ОАО «ТНХК» в количестве 2 мас.% (200 мг), а в качестве окислителя использовали нитрат калия в количестве 3 мас.% (300 мг). Приготовление катализатора осуществляют путем смешения реактивного МnО (ч.д.а.) и нанопорошка FeО в массовых соотношениях от 6:1 до 1:8 (таблица 1). К полученной смеси добавляли катализатор в количестве 0,05 мас.% (таблица 2). Согласно полученным результатам оптимальными соотношениями между компонентами катализатора являются соотношения от 4:1 до 1:6.
2
Смесь подвергали перемешиванию в лабораторной шаровой мельнице в течение 10 мин. Из полученной смеси формовали топливный брикет путем прессования, усилие прессования 50 кгс/см, затем топливный брикет извлекали из пресс-формы и инициировали горение с помощью нихромовой спирали. Процесс горения протекал при температуре 470°С (термопарное измерение - хромель-алюмелевая термопара).
Время горения топливного брикета составляло 24 мин, измерение величины теплового эффекта с помощью дифференциального термического анализа (ДТА) показало, что топливный брикет с использованием катализатора сгорает в режиме беспламенного горения и выделяется теплоты больше в 1,25 раз (9,2 кДж/г), чем при горении топливного брикета без использования катализатора (7,6 кДж/г). Топливный брикет без катализатора сгорал в пламенном режиме за такое же время.
Результаты экспериментов приведены в таблице 2. При содержании катализатора менее 0,5 мас.% увеличение теплового эффекта не происходит. При 0,1 мас.% содержании катализатора происходит увеличение теплоты сгорания топливного брикета с 7,7 до 9,0 кДж/г. Дальнейшее увеличение содержания катализатора не приводит к увеличению теплового эффекта, поэтому дальнейшее увеличение содержания катализатора (более 1,5 мас.%) удорожает топливо, что нецелесообразно. Таким образом, оптимальным является содержание катализатора 0,1-1,5 мас.%, при котором горение протекает в беспламенном режиме и тепловой эффект повышается на 31% за счет беспламенного режима горения и полноты сгорания топливного брикета.
Таблица 1
ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ
№ п/п
Состав смеси
Сотношение MnO<sub>2</sub>:FeO<sub>3</sub>, мас.%
Тепловой эффект реакции, кДж/кг
Примечание
1
Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO<sub>3</sub> + катализатор (MnO<sub>2</sub>+НП Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
1:7
7,7
2
Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO<sub>3</sub> + катализатор (MnO<sub>2</sub>+НП Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
1:6
9,0
Заявляемый способ
3
Древесные опилки + атактический полипропилен + КNO<sub>3</sub> + катализатор (MnO<sub>2</sub>+НП Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
1:4
9,0
4
Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO<sub>3</sub> + катализатор (MnO<sub>2</sub>+НП Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
1:2
9,1
5
Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO<sub>3</sub> + катализатор (MnO<sub>2</sub>+НП Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
1:1
9,1
6
Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО<sub>3</sub> + катализатор (MnO<sub>2</sub>+НП Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
2:1
9,2
7
Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO<sub>3</sub> + катализатор (MnO<sub>2</sub>+НП Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
4:1
9,0
8
Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО<sub>3</sub> + катализатор (MnO<sub>2</sub>+НП Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
5:1
7,7
Таблица 2
ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ
№, п/п
Состав смеси
Содержание катализатора, мас.%
Тепловой эффект, кДж/г
Примечание
1
Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО<sub>3</sub> + катализатор (МnO<sub>2</sub>+НП Fе<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
0
7,6
2
Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО<sub>3</sub> + катализатор (МnO<sub>2</sub>+НП Fе<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
0,05
7,6
3
Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО<sub>3</sub> + катализатор (МnO<sub>2</sub>+НП Fе<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
0,1
8,9
Заявляемый состав
4
Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО<sub>3</sub> + катализатор (МnO<sub>2</sub>+НП Fе<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
0,5
9,0
5
Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО<sub>3</sub> + катализатор (МnO<sub>2</sub>+НП Fе<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
1,5
9,2
6
Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO<sub>3</sub> + катализатор (МnO<sub>2</sub>+НП Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
2,0
9,2
Примечание. Состав катализатора: смесь МnO<sub>2</sub>+НП Fе<sub>2</sub>O<sub>3</sub> при массовом соотношении 1:1.