СВЯЗУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ БРИКЕТИРОВАНИЯ БУРЫХ УГЛЕЙ
BINDING COMPOSITION FOR BRIQUETTING BROWN COAL

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для брикетирования мелкодисперсных фракций бурого угля с использованием в качестве связующего гудрона, модифицированного активированным цеолитом.
-3
-1
Известен способ получения топливных брикетов, включающий приготовление смеси измельченного угля с нефтяным асфальтитом (8-10 мас.%), механическую обработку в роторном дезинтеграторе при скорости вращения рабочих органов (16-18)·10 мин в течение 3-6 секунд и последующее брикетирование смеси при нагреве. (Патент РФ №2064006 «Способ получения топливных брикетов», Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский) [1].
Недостатком известного способа являются сложность технологии подготовки исходного сырья - обезвоживание угля по методу Флейснера, использование высоких температур при прессовании, низкие значения прочности при сжатии получаемых брикетов.
Наиболее близким к предлагаемому по технологической сущности является способ брикетирования угля, включающий измельчение угля, смешение со связующим, в качестве которого используют модифицированный высушенным озерным сапропелем гудрон, прессование и термообработку (Патент РФ №2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля», Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.Н.Попов, Л.Я.Морова) [2].
Недостатком этого способа является незначительная прочность получаемых брикетов.
Целью изобретения является получение топливных брикетов с повышенными значениями прочности при сжатии.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве связующего предлагается использовать гудрон, модифицированный добавкой механоактивированного цеолита.
Гудрон - тяжелый нефтяной остаток после отгона бензинодизельмасляных дистиллятов, представляющий собой черную смолистую массу. Основные составные части гудрона - масла, не отогнавшиеся при перегонке нефти, нефтяные смолы, твердые асфальтообразные вещества (асфальтены, карбены, карбоиды), смолистые вещества кислотного характера.
Гудрон получен путем отгонки 40% масел от мазута при Т=350-370°С, давлении Р=0,6-0,8 атм, в течение 4-5 часов и имеет следующие свойства и состав (табл.1).
Таблица 1
Физико-химические свойства гудрона
Параметры
Значение
Плотность при 20°С, кг/м
941,1
Вязкость условная при 80°, усл. градус
23,3
Массовая доля смол силикагелевых, %
18,4
Массовая доля асфальтенов, %
6,2
Масла, %
75,44
Массовая доля парафина, %
0,88
Коксуемость, % мас.
10,82
Температура вспышки в открытом тигле, °С
227,5
Температура застывания, °С
2
Зольность, %
0,15
Элементный состав, массовая доля
- С
85,0
- Н
13,6
- N
0,5
- S<sub>общ</sub>
0,74
- О
0,16
Избыточное содержание в гудроне остаточных масел (до 75,44%) отрицательно сказывается на его адгезионных свойствах и снижает значения прочности при сжатии топливных брикетов.
С целью ускорения процессов окисления и улучшения адгезионной способности системы «уголь-связующее» предлагается введение в гудрон в качестве структурно-активной добавки активированного цеолита.
Для исследования использован цеолит месторождения Хонгуруу Республики Саха (Якутия).
2/n
2
3
2
2
Цеолиты - это группа минералов, представляющая собой водные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов с общей формулой MeO·AlO·xSiO·yHO, где Me - катион щелочного и щелочноземельного металла, а n - его валентность. Они представляют собой пепловые туфы, образованные в результате уплотнения пеплов древних вулканов.
Способность цеолитов после дегидратации сорбировать молекулы различных газов, размеры которых не превышают размеры «входных окон» во внутрикристаллические полости, служит основой применения цеолитов в качестве адсорбентов. Цеолиты называют также молекулярными ситами, поскольку в их кристаллах имеется развитая система пор и каналов молекулярного размера, что обусловливает их уникальные адсорбционные свойства.
В табл.2, 3 представлены химический состав, свойства и элементный анализ цеолитов месторождения Хонгуруу PC (Я) [3].
Таблица 2
Химический состав и свойства цеолитов
Химический состав, %
Плотность, г/см<sup>3</sup>
Общая пористость, %
Влажность, %
Величина адсорбции, мг/г
SiO<sub>2</sub> - 63-68
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 11-13
Na<sub>2</sub>O - 2-5
CaO - 0,67-1,77
0,62-0,72
31
8
12-10<sup>-3</sup>
TiO<sub>2</sub>, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, FeO, Na<sub>2</sub>O, K<sub>2</sub>O - остальное
Таблица 3
Элементный состав цеолитов
Показатель
Цеолит
Элементный состав, г/тВ
9,25
Sn
2,08
Pb
19,78
Sr
3379,38
Cr
10,08
Cu
35,17
Co
3,45
Zn
4,55
Ba
544,75
Цеолиты представлены Na-формой и содержат в своем составе переходные металлы, что согласно литературным данным [4] способствует их активному участию в процессах каталитического окисления. Предполагается, что катионы переходных металлов за счет α-орбиталей координируются с молекулами органического связующего (гудрона) и активируют их в реакциях окисления [4].
Изучение текстурных характеристик цеолитов показывает, что активированный цеолит характеризуется меньшим размером частиц, повышенной удельной геометрической поверхностью, а также увеличенным количеством пор, о чем можно судить по увеличению удельного объема пор, по сравнению с неактивированным цеолитом (табл.4).
Таблица 4
Текстурные характеристики сапропелей
Показатели
Неактивированный цеолит
Активированный цеолит
Удельный объем пор, см<sup>3</sup>/г
0,033
0,044
Удельная геометрическая поверхность, м<sup>2</sup>/г
11,0
16,9
Средний размер пор, нм
4,1
3,5
Связующее для брикетирования бурого угля готовят следующим образом.
Цеолит перед смешением с гудроном высушивался при 110°С для удаления части остаточной воды и подвергался механической активации на планетарной мельнице АГО-2 с частотой вращения водила 630 об/мин и барабана 1290 об/мин в течение двух минут для диспергирования и повышения адсорбционной способности. Механоактивированный цеолит смешивался с предварительно разогретым до 80°С гудроном в заявляемых отношениях. Брикетирование смеси осуществлялось по известным технологиям.
Исследуемые образцы - таблетки диаметром 25,0 мм и высотой 10,0 мм испытывают на прочность при сжатии, зольность, выход летучих веществ, общее содержание серы на сухое состояние топлива, общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, водопоглощение, высшую теплоту сгорания на сухое беззольное состояние топлива, низшую теплоту сгорания на рабочее состояние топлива.
В табл.5 представлены технические характеристики буроугольных брикетов известных составов №№1, 2 [5], предлагаемого состава №4 и прототипа №3.
Как следует из сопоставительного анализа технических характеристик брикетированного топлива, прочность при сжатии брикетов предложенного состава выше в 1,9 раза, содержание серы ниже в 1,3 раза по сравнению с брикетами известных составов и прототипа. Остальные показатели находятся на уровне показателей известных составов и прототипа.
Таблица 5
№
Состав
σ<sub>сж</sub>, МПа
A<sup>d</sup>, %
V<sup>daf</sup>, %
S<sup>d</sup> <sub>t</sub>, %
H<sup>a</sup>, %
Дым-ть, %
W, %
W<sup>a</sup>, %
Q<sup>daf</sup> <sub>s</sub>, ккал/кг
Q<sup>r</sup> <sub>i</sub>, ккал/кг
1
Уголь + битум
11,83
15,60
46,60
0,39
3,91
113
1,86
5,20
6964
5339
2
Уголь + гудрон
6,12
16,00
45,80
0,33
3,81
108
2,10
5,67
6673
4761
3
Уголь + гудрон + сапропель (прототип)
12,13
18,40
49,00
0,53
3,56
110
2,15
5,93
6840
5030
4
Уголь + гудрон + активированный цеолит
22,84
22,5
50,8
0,42
3,63
107
2,18
4,3
6453
4574
σ<sub>сж</sub> - предел прочности при сжатии, МПа; A<sup>d</sup> - зольность на сухое состояние топлива, %; V<sub>daf</sub> - выход летучих веществ, %; S<sup>d</sup> <sub>t</sub> - общее содержание серы на сухое состояние топлива, %; Н<sup>а</sup> - общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, %; W - водопоглощение, %; W<sup>a</sup> - массовая доля влаги на воздушно-сухое состояние топлива, %; Q<sup>daf</sup> <sub>s</sub> - высшая теплота сгорания на сухое беззольное состояние топлива, ккал/кг; Q<sup>r</sup> <sub>i</sub> - низшая теплота сгорания на рабочее состояние топлива, ккал/кг
Источники информации
1. Патент РФ №2064006 «Способ получения топливных брикетов», Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский.
2. Патент РФ №2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля» Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.И.Попов, Л.Я.Морова (прототип).
3. Колодезников К.Е. Типы цеолитового сырья месторождения Хонгуруу / Перспективы применения цеолитовых пород месторождения Хонгуруу. - Якутск, Якутский научный центр СО РАН, 1993.
4. Петрова Л.А., Буренина О.Н. Исследование и разработка связующих материалов для брикетирования бурых углей. Сб. трудов 1 международного форума молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки». - Самара, 2005.
5. Николаева Л.А., Буренина О.Н., Латышев В.Г. Рациональное использование отходов угледобычи Кангаласского угольного разреза PC (Я). - Вестник Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, Т.13, №3, СПб - Чита, 2008, С.14-16.