АКТИВНЫЕ ПЕЛЛЕТЫ
ACTIVE PELLETS

Изобретение относится к области утилизации древесно-растительных отходов и торфа и может быть использовано при производстве экологически чистых биотоплив в виде активных брикетов и гранул (пеллет) для промышленных и коммунально-бытовых нужд.
Гранулы (пеллеты) - это спрессованные частицы растительного происхождения, имеющие форму цилиндров диаметром до 25 мм.
Брикеты - спрессованные частицы растительного происхождения, имеющие форму цилиндров диаметром более 25 мм (либо имеющие в сечении многоугольник, иногда - с отверстием в центре).
Известен топливный брикет, полученный смешиванием измельченного <42 меш углеродного материала, такого как, например, торф, древесный уголь, растительный материал, лигнит и др., с кислотными шламами с последующим формованием полученной смеси [Пат. США 3592779].
Известен топливный брикет, содержащий высушенную смесь измельченных твердых топлив из группы: древесные опилки, торф, обезвоженный птичий помет, обезвоженный навоз и др. и/или их смесь, а также осадок от очистки сточных вод, и связующее, выбранное из группы: лигносульфонат, меласса, и/или глина, и/или парафин или парафиновый гач[Пат. России 2130047].
Недостатком этих технических решений являются повышенная зольность и кислотность.
Известен состав твердого биотоплива, который включает измельченный уголь, измельченные отходы деревопереработки, углеводородсодержащее связующее и воду [Пат. России 2098461].
К недостаткам данного состава относятся: повышенная зольность биотоплива, трудоемкость приготовления многокомпонентного состава сырья.
Известен состав твердого биотоплива из растительной смеси, включающий 30-60% - древесных отходов и технический гидролизный лигнин - остальное. [Пат. России 2131912].
К недостаткам способа относятся высокие затраты на транспортировку, хранение и переработку технического гидролизного лигнина, используемого в качестве связующего в процессе производства биотоплива, высокий показатель водопоглощения, повышенная зольность и сравнительно низкая теплота сгорания биотоплива.
Известно твердое биотопливо из растительной смеси состава (мас.%): древесные отходы - 99,0÷99,9; дизельное топливо - 0,1÷1 [Пат. России 2402598].
Это техническое решение принято за прототип.
Недостатком прототипа является наличие пожароопасного дизельного топлива, ухудшение экологических характеристик топлива при хранении за счет выделения вредных паров в атмосферу помещений хранения и использования топлива.
Целью данного изобретения является расширение ассортимента используемых твердых биотоплив, более полная утилизация различных древесно-растительных отходов и торфа при получении эффективных активных твердых биотоплив с минимальными затратами, повышение полноты сгорания биотоплива и снижение вредных веществ в отходящих газах при сжигании топлива.
Поставленная цель достигается тем, что активное твердое биотопливо содержит измельченный древесно-растительный компонент и/или торф, и катализатор горения при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Катализатор горения
0,001-10;
Измельченный древесно-растительный компонент и/или торф
до 100.
1. В качестве катализаторов горения могут быть использованы органические и неорганические производные металлов I-II и VI-VIII групп Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева.
В качестве древесно-растительных компонентов могут быть использованы древесные опилки, щепа, кора, солома, полова, шелуха семян, жмых, стебли и листья растений, бумажные отходы. Измельчение древесно-растительных компонентов и торфа может производиться любым известным способом, например в дезинтеграторе, мельнице и др. Растительные отходы могут смешиваться с торфом в любых необходимых соотношениях.
Способ получения твердого биотоплива заключается в дозировании и перемешивании измельченных используемых компонентов - измельченного растительного компонента и/или торфа, и катализатора горения с последующим их прессованием по стандартной технологии получения топливных пеллет [Древесная топливная гранула в России и СНГ: Справочник.: СПб., 2005. - 124 с.; Занегин Л.А., Воскобойников И.В., Кондратюк В.А., Щелоков В.М. Биомасса древесины и биоэнергетика: монография - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008, т.2. - 456 с.]. Либо введением в высушенную биомассу раствора катализатора с последующим их прессованием по стандартной технологии получения топливных пеллет и брикетов.
Для проверки эффективности активных пеллет, полученных из разного сырья в лаборатории, были изготовлены пеллеты диаметром 6 мм и длиной 12 мм из коры ели, измельченной щепы из березовых пней, жмыха семян подсолнечника, кленовых листьев, пшеничных соломы и половы, шелухи арахиса, торфа и бумажных отходов из офисного уничтожителя бумаги bLSRABBIT.
В качестве катализатора горения во всех лабораторных активных пеллетах использовался ацетилацетонат марганца в концентрации 5%.
Испытания лабораторных активных пеллет проводили по ГОСТ 2408.1-95 с некоторыми изменениями: вместо кислорода использовали воздух, а на выходе из печи газ поступал не в поглотительные склянки, а в лабораторный газовый хроматограф Кристалл 5000 исп.2. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Результаты испытаний лабораторных активных пеллет
№ п/п
Состав пеллет
Состав отходящих газов, мг/м<sup>3</sup>
СО
NOx
СхНх
1
кора ели
63
83
9
2
щепа из березовых пней
57
63
7
3
жмых семян подсолнечника
48
69
8
4
кленовые листья
51
71
6
5
пшеничная солома
53
73
5
6
пшеничная полова
52
68
6
7
шелуха арахиса
47
62
8
8
торф
43
103
9
9
бумажные отходы
67
90
11
10
опилки деревьев лиственных пород без катализатора
89
141
13
На производстве пеллет «Тотек» были получены опытные образцы активных пеллет «Тотек» с катализаторами горения. Три образца были получены при введении твердых катализаторов горения - ацетилацетонатов хрома и магния и олеиновокислой меди непосредственно в сухие опилки с нормализованной влажностью. Два других образца были получены при добавлении водных растворов ацетата никеля и перманганата калия к сухим опилкам.
Образцы 7-9, содержащие одновременно органические и неорганические производные металлов в соотношении 1:1 ацетилацетонат магния и перманганат калия, ацетилацетонат хрома и бихромат кальция, ферроцен и нитрат меди, были получены при введении твердых катализаторов горения непосредственно в сухие опилки с нормализованной влажностью.
Ввести катализаторы в виде водных растворов невозможно из-за практически полной нерастворимости органических производных в воде.
Использовать органические растворители нельзя из-за их высокой пожароопасности.
Испытания активных пеллет проводили сжиганием их в твердотопливном стальном пеллетном котле марки FACI 10 в следующей последовательности: пеллеты «Тотек» стандартные, пеллеты «Тотек», модифицированные катализаторами горения, и опять стандартные пеллеты «Тотек». Состав отходящих топливных газов определяли стационарным газоанализатором для непрерывного измерения IMR 7500. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Представленные в таблицах данные подтверждают эффективность предложенного технического решения. Причем эффективно использование как смеси органических и неорганических производных металлов, так и каждого из катализаторов в отдельности. Однако применение смеси катализаторов более эффективно.
Таблица 2.
Результаты испытаний активных пеллет «ТОТЕК» с катализаторами горения
№ п/п
Состав пеллет, %
Состав катализатора
Свойства пеллет
Состав отходящих газов, мг/м<sup>3</sup>
опилки
катализатор
Влажность, %
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Теплота сгорания, МДж/кг
СО
NOx
СхНх
1
100
-
-
10,3
1,11
18,3
87
134
12
2
97,0
3,0
ацетилацетонат магния
10,2
1,12
18,3
50
86
7
3
99,0
1,0
ацетилацетонат хрома
10,3
1,12
18,5
53
93
8
4
98,8
1,2
олеиновокислая медь
10,2
1,11
18,3
31
77
6
5
98,5
0,5
ацетат никеля
10,4
1,12
18,4
45
81
7
6
99,95
0,05
перманганат калия
10,2
1,11
18,5
27
63
5
7
97,0
3,0
ацетилацетонат магния:перманганат калия 1:1
10,2
1,11
18,5
21
58
4
8
95,0
5,0
ацетилацетонат хрома:бихромат кальция 1:1
10,2
1,12
18,4
35
64
5
9
98,0
2,0
ферроцен: нитрат меди
10,3
1,12
18,4
29
70
5
10
100
-
-
10,3
1,11
18,3
85
131
11