СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ЖИДКОЕ
PROCESSING METHOD OF SOLID FUEL TO LIQUID FUEL

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к получению жидкого или водоугольного топлива (ВУТ) из твердого топлива для сжигания в топках котлов тепловых электростанций.
Изобретение может быть использовано для получения жидкого топлива из торфа, ила, бурого угля и многозольных углеродсодержащих отходов органического происхождения.
Известен способ получения ВУТ путем перемешивания жидкого топлива с измельченным углем и с обработкой этой смеси ультразвуком (SU №150100, кл. F23К 1/02). Известный способ неэффективен, требует тонкой регулировки и подбора частоты ультразвука, а также необходимо иметь в наличии жидкое топливо, что не всегда возможно.
Известен способ получения ВУТ путем перемешивания жидкого топлива с воздухом и измельченным углем (SU №205201, кл. F23К 1/02). Известный способ не только неэффективен, но и взрыво-пожароопасен.
Известен способ получения ВУТ путем перемешивания реагентов с измельченным углем в процессе ударной обработки (SU №799800, кл. F23К 1/02). Недостатком известного способа является потребность в реагенте и короткое время стабильности полученной суспензии.
Известен способ получения ВУТ путем перемешивания жидкого топлива с водой и измельченным углем с использованием шестеренчатого насоса (SU №278944, кл. F23К 1/02). Известный способ требует иметь в наличии жидкое топливо, что не всегда возможно. Недостатком известного способа является небольшое время стабильности полученной суспензии и быстрый износ распыливающих форсунок в горелках котла. Наиболее близким по своей сущности является известный способ получения жидкого топлива из бурого угля путем его гидрогенизации с использованием отдельных продуктов реакции того же процесса (патент РФ №2110553, кл. C10G 1/06 - прототип).
Недостатком известного способа является необходимость проведения гидрогенизации угля, которая ведется периодически в автоклаве, длительное время, с использованием катализаторов, ультразвуковой обработкой и при высоком давлении и температуре.
Задачей предлагаемого изобретения является получение беззольного жидкого топлива в виде геля, который имеет относительно небольшую вязкость, более стабильно, чем известные ВУТ, позволяет увеличить ресурс форсунок, не требует наличия жидкого топлива и катализаторов, процессов и аппаратуры, работающей под большим давлением и при большой температуре, обеспечивает непрерывность процесса.
Технический результат поставленной задачи достигается тем, что переработку твердого топлива в жидкое ведут путем эмульгирования твердой углеродсодержащей фракции с жидкой, причем в качестве твердой углеродсодержащей фракции используют измельченный до фракции 20 мкм полукокс, полученный в результате процесса полукоксования твердого топлива, а в качестве жидкой фракции используют жидкие продукты полукоксования того же топлива, кроме того, эмульгирование ведут до состояния золя, т.е. геля с вкраплениями твердых частиц (коллоидно-дисперсионная система), с доведением твердой фракции до размера золовых частиц, а после эмульгирования фракцию золы выделяют из золя путем центрифугирования с получением отдельно геля и золы, а несконденсированные газы полукоксования используют путем сжигания для предварительной сушки твердого топлива.
Образованию устойчивого золя способствует то, что в жидких продуктах полукоксования (в жижке) содержатся смолистые вещества, в которых представлена максимально широкая гамма циклических углеводородов, которые являются донорами водородного растворителя углеродсодержащей фазы твердого топлива и сильными поверхностно-активными веществами (ПАВ), что вместе с мелкоизмельченным полукоксом, который и сам является активным веществом, а на этом фракционном уровне проявляет еще и механохимическую активацию поверхности, позволяет практически полностью растворить углеродсодержащую фракцию и перевести суспензию полукокса в золь с небольшим остаточным содержанием мелких (0,2-5 мкм) частиц золы.
В процессе эмульгирования происходит механохимическая активация всех участвующих веществ, не только твердых, которые при этом разделяются на отдельные органические и минеральные компоненты, но и жидких, которые образуют химически активную дисперсионную среду.
После вывода из процесса частиц золы полученное жидкое топливо имеет вид геля, состояние которого стабильно в течение длительного времени и при использовании которого ресурс форсунок жидкотопливных горелок котлов значительно увеличивается из-за отсутствия золовых частиц, способствующих их износу. Из-за отсутствия в нем золы получаемое жидкое топливо имеет преимущество перед мазутом, зола которого содержит серу и ванадий, что способствует низкотемпературной сернистой коррозии и высокотемпературной ванадиевой коррозии поверхностей нагрева паровых котлов электростанций.
Таким образом решается задача получения беззольного жидкого топлива, которое можно сжигать в паровых котлах тепловых электростанций.
Для увеличения теплотворной способности получаемого жидкого топлива исходное твердое топливо перед процессом полукоксования подсушивают, используя для этой цели несконденсированные газы полукоксования.
Выведенная из процесса зола, в зависимости от ее химического состава, также имеет свое химико-технологическое или строительное применение.
Изобретение имеет следующие отличия от прототипа:
1. В качестве твердой углеродсодержащей фракции используют измельченный до фракции 20 мкм полукокс, полученный в результате процесса полукоксования твердого топлива, а в качестве жидкой фракции используют жидкие продукты полукоксования того же твердого топлива.
2. Жидкое топлива получают в процессе эмульгирования, которое ведут до состояния золя, с последующим переводом его в гель, выводя из процесса, например центрифугированием, частицы золы.
3. С целью улучшения качества получаемого жидкого топлива и для стабилизации процесса исходное твердое топливо перед процессом полукоксования подсушивают, используя для этой цели несконденсированные газы полукоксования.
4. Предлагаемый способ обеспечивает непрерывность процесса.
Пример
Требуется переработать в жидкое топливо 10 т/ч торфа с начальной влажностью 50% и теплотворной способностью 2200 ккал/кг.
Торф направляется, например, в прямоточную барабанную сушилку, сушильным агентом для которой служат дымовые газы от сжигания несконденсированых газов полукоксования.
Температура сушильного агента на входе 400°С, на выходе - 130°С.
Торф сушится до влажности 10%, в результате его расход уменьшается до 5,56 т/ч и он направляется в пиролизный реактор, где ведут процесс полукоксования с температурой, например 350-450°С, с выходом 3,2 т/ч твердого полукокса и 2,36 т/ч газов полукоксования.
Газы полукоксования направляются на конденсацию в охладитель газов, в результате выход сконденсированных жидких продуктов (жижки) составляет 0,8 т/ч, а несконденсированных газов 1,56 т/ч. Несконденсированные газы вентилятором направляются на сжигание в топочное устройство, дымовые газы которого подают в барабанную сушилку для сушки торфа.
Полученный полукокс измельчают, например, в валковой мельнице до фракций 20 мкм, и вместе с жижкой подают в эмульгатор, например, ударного или кавитационного типа, где и доводят смесь до состояния золя. Выход золя составит 4,0 т/ч (3,2 т/ч полукокса+0,8 т/ч жижки). Полученный таким образом золь направляем, например, в центрифугу осадительного типа, в результате работы которой получаем гель с выходом 3,6 т/ч и фракцию золы с выходом 0,4 т/ч.
Кинематическая вязкость полученного геля при температуре 50°С составляет 70 сСт, что примерно соответствует вязкости мазута марки «100» при 60°С.
В результате мы получаем 3,6 т/ч жидкого беззольного топлива с теплотворной способностью 5400 ккал/ч из 10 т/ч влажного торфа.
Процесс получения жидкого топлива непрерывный от начала до конца.
Таким образом, заявляемый способ обеспечивает технический результат, состоящий в получении беззольного жидкого топлива в виде геля, который имеет относительно небольшую вязкость более стабильно, чем известные ВУТ, он позволяет увеличить ресурс форсунок; не требует наличия вспомогательного жидкого топлива и катализаторов, процессов и аппаратуры, работающей под большим давлением, а также обеспечивает непрерывность процесса.