ВОДОУГЛЕРОДНОЕ ТОПЛИВО НА ОСНОВЕ ТВЕРДОГО ОСТАТКА ПИРОЛИЗА АВТОШИН
WATER-CARBON FUEL BASED ON SOLID RESIDUE OF PYROLYSIS OF TYRES

Изобретение относится к энергетической промышленности, направлено на разработку состава и способа получения высококонцентрированного низкозольного водоуглеродного топлива, полученного из твердого остатка пиролиза автошин. Полученное водоуглеродное топливо пригодно для прямого сжигания в котлах, печах, различных энергетических установках, пригодно для трубопроводной транспортировки, предназначено для замены угля, мазута и газа на потребляющих топливо объектах.
daf
Основой для получения водоуглеродного топлива является отход - твердый остаток пиролиза автошин. Объемы образования и накопления отработанных автошин в мире достигают огромных размеров. Одним из наиболее экологически безопасных способов переработки изношенных автошин является пиролиз, в процессе которого получаются полупродукты: газ, жидко-топливная фракция, углеродсодержащий остаток и металлокорд. Получаемый твердый углеродсодержащий остаток - низкокачественный углерод, практически не может найти своего применения напрямую и складируется на промплощадке предприятия. Выход этого остатка после пиролиза составляет 80-85% от исходной массы автошин. Твердый остаток чаще всего имеет неприемлемую для прямого использования зольность (V=12-15% маc.) из-за присадок в резине, может быть весьма токсичен из-за нарушений технологического режима. Проблема утилизации твердого остатка пиролиза автошин является весьма актуальной.
Изобретение способствует решению экологических проблем, связанных с образованием и утилизацией отходов (твердого остатка пиролиза автошин).
Технологии ожижения твердых топлив развиваются с начала двадцатого века и основаны на создании тонкодисперсных систем типа суспензий, в которых твердые углеродсодержащие частицы взвешены в жидкости. С середины двадцатого века в качестве жидкой фазы суспензий стали широко применять воду, и если в качестве твердой фазы использовались частицы угля, то приготовленное топливо получило название водоугольное топливо (ВУТ).
Для приготовления ВУТ обычно применяют высококачественные энергетические угли с низким содержанием серы и золы. С освоением технологий ВУТ стали появляться технические предложения по применению другого, менее качественного, сырья.
Известен состав ВУТ, включающий уголь, жидкое топливо и воду (А.С. СССР №278944, МПК F23K 1/02, F23K 1/02, опубл. 01.01.1970). Недостаток данного топлива заключается в малой стабильности полученной суспензии и быстром износе распыливающих форсунок в горелках котла.
Известно ВУТ, полученное из бурого угля путем его гидрогенизации с использованием отдельных продуктов реакции того же процесса (Патент РФ №2110553, МПК C10G 1/06, опубл. 10.05.1998 г). Недостатком этого топлива является его высокая стоимость, обусловленная сложностью технологии его получения, длительностью технологического процесса, низкой производительностью за счет необходимости проведения гидрогенизации угля, которая ведется периодически в автоклаве, длительное время, с использованием катализаторов, ультразвуковой обработкой, при высоком давлении и высокой температуре.
Известен способ (А.С. СССР №1151770, МПК F23K 1/02, опубл. 23.04.1985) подготовки низкореакционного угля к сжиганию путем его измельчения в мельнице с одновременной обработкой аполярным реагентом и смешением с водой; отделением крупной фракции на сите; термообработкой для частичного удаления аполярного реагента из гранул; с добавлением пластификатора для устойчивости водоугольной суспензии (ВУС).
Недостатком данного способа является сложность процесса, многостадийность и использование дорогостоящих реагентов (пластификаторов).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ получения водоугольного топлива и его состав (Патент РФ №2277120, МПК C10L 5/32, опубл. 27.05.2006 г.), в котором в качестве угля используют предварительно обогащенные угольные шламы, в качестве пластификатора используют гумат натрия при следующем соотношении компонентов, % мас.:
углемазутные гранулы
60-64
гумат натрия
0,6-1,28
вода
34,72-39,4
Недостаток способа заключается в региональной зависимости от источника сырья для приготовления топлива, в возможности применения способа только в регионах, где развита угольная промышленность и снижении экономической эффективности в случае транспортировки полученного топлива на дальние расстояния.
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение водоуглеродного топлива с низкой зольностью и сернистостью, приготовленного из концентрата твердого углеродного остатка пиролиза автошин, что позволит более полно утилизировать отработанные автошины и улучшить экологическую обстановку в регионах.
Технический результат достигается тем, что водоуглеродное топливо, включающее углеродсодержащий компонент, гумат натрия и воду, согласно изобретению содержит в качестве углеродсодержащего компонента твердый углеродный остаток пиролиза автошин с исходной зольностью 11,40-11,66%, сернистостью 1,2% мас., предварительно измельченный до крупности частиц 0,1 мм и обогащенный методом масляной агломерации, при этом в качестве реагента для обогащения используется жидкая фракция пиролиза автошин в количестве 4,0-6,0% к массе воды, используемой для обогащения, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углеродные гранулы
60-64
гумат натрия
0,6-1,28
вода
34,72-39,4
Для приготовления водоуглеродного топлива твердый остаток пиролиза автошин с исходной зольностью 11,40-11,66%, сернистостью 1,2 мас. % измельчают до крупности частиц 0,1 мм, обогащают на установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.
Твердый остаток пиролиза автошин тонкодисперсный, крупностью менее 1 мм. По количеству зольности твердый углеродный остаток пиролиза автошин относится к среднезольным отходам, что препятствует его использованию.
Так как твердый остаток пиролиза автошин тонкодисперсный (<1 мм), то оптимальный метод его обогащения - масляная агломерация. К основным достоинствам метода масляной агломерации относят высокую селективность при разделении частиц менее 100 мкм (что и характерно для коксовой пыли), широкий диапазон зольности обогащаемого угля, возможность вести процесс при плотности пульпы до 600 г/л, дополнительное обезвоживание концентрата вытеснением воды маслом при образовании углемасляных гранул.
В емкость наливают техническую или питьевую воду, загружают измельченный твердый остаток пиролиза автошин. До визуального перемешивания в течение 1-2 мин проводят интенсивное смешивание твердого остатка пиролиза автошин и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Перемешивание более 3 мин нецелесообразно. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют жидкую фракцию пиролиза автошин в количестве 4,0-6,0% к массе воды, используемой для обогащения, и перемешивают еще в течение 5-8 мин. Перемешивание менее 5 мин не приводит к образованию масляных агломератов, так как углеводородный реагент не успевает полностью смочить поверхность пылевых частиц. Увеличение времени перемешивания свыше 8 мин нецелесообразно, так как расходуется дополнительная энергия.
В результате турбулизации пульпы (смеси воды, твердого остатка пиролиза автошин и реагента) происходит селективное образование масляных агрегатов, которые уплотняются, структурно преобразуясь в прочные гранулы сферической формы, при этом топливо избавляется от балласта - минеральных примесей. Зольность полученных концентратов не превышает 4,5-5,5% мас., сернистость - 0,2% мас., что говорит о приемлемости полученных концентратов для применения в энергетике; высокий выход продукта (до 84% мас.) и более низкая зольность и сернистость концентратов обусловлены полнотой разделения органической и минеральной частей твердого остатка пиролиза автошин в процессе обогащения методом масляной агломерации.
На выходе с установки получают концентрат со следующими характеристиками (таблица 1).
Полученный концентрат с гранулами 2-3 мм отделяют на сите с ячейками 0,5 мм от воды и минеральных примесей. Затем гранулы поступают в шаровую мельницу, куда подают воду и реагент-стабилизатор, т.е. осуществляют мокрое измельчение, которое является взрыво-, пожаробезопасным и экологически оправданным процессом.
В качестве реагента-стабилизатора используют гумат натрия в количестве 1-2% к массе обогащенного концентрата. Мокрый помол проводят в течение 20-25 минут до получения частиц размером менее 0,25 мм.
Полученная суспензия из мельницы поступает на сито-классификатор с ячейками 0,25 мм. Выход гранул менее 0,25 мм составляет 90,1-99,91%. Подрешеточный продукт является водоуглеродным топливом, содержащим % (мас.):
углеродные гранулы
60-64
гумат натрия
0,6-1,28
вода
34,72-39,4
Устойчивость полученного водоуглеродного топлива сохраняется в течение 30-40 суток при вязкости 0,6-0,8 Па·с.
Водоуглеродное топливо имеет следующие технические характеристики (таблица 2).
Пример 1.
Твердый остаток пиролиза автошин обогащают на экспериментальной установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.
В емкость наливают техническую или питьевую воду объемом 850 мл, загружают твердый остаток пиролиза автошин массой 200 г. В течение 1-2 мин проводят интенсивное смешивание твердого остатка пиролиза автошин и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют углеводородный реагент (жидкую фракцию пиролиза автошин) в количестве 42,5 мл и перемешивают еще в течение 5-8 мин.
На выходе с установки получают концентрат со следующими характеристиками (таблица 3).
Полученный концентрат с гранулами 2-3 мм отделяют на сите с ячейками 0,5 мм от воды и минеральной части. Затем гранулы поступают в шаровую мельницу, куда подают воду и реагент-стабилизатор, т.е. осуществляют мокрое измельчение.
В качестве реагента-стабилизатора используют гумат натрия в количестве 1-2% к массе обогащенного концентрата. Мокрый помол проводят в течение 20-25 минут до получения частиц размером менее 0,25 мм.
Полученная суспензия из мельницы поступает на сито-классификатор с ячейками 0,25 мм. Выход гранул менее 0,25 мм составляет 90,1-99,91%.
На выходе получают водоуглеродное топливо, приемлемое для прямого сжигания, технические характеристики которого представлены в таблице 4.
Пример 2. Твердый остаток пиролиза автошин обогащают на экспериментальной установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.
В емкость наливают техническую или питьевую воду объемом 1000 мл, загружают твердый остаток пиролиза автошин массой 200 г. В течение 1-2 мин проводят интенсивное смешивание твердого остатка пиролиза автошин и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют углеводородный реагент (жидкую фракцию пиролиза автошин) в количестве 42,5 мл и перемешивают еще в течение 5-8 мин.
На выходе с установки не получают концентрат, т.к. увеличение влажности и вязкости исходной массы, взятой на обогащение, не позволяет его получить.
Пример 3. Твердый остаток пиролиза автошин обогащают на экспериментальной установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.
В емкость наливают техническую или питьевую воду объемом 850 мл, загружают твердый остаток пиролиза автошин массой 200 г. В течение 1-2 мин. проводят интенсивное смешивание коксовой пыли и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют углеводородный реагент (жидкую фракцию пиролиза автошин) в количестве 8,5 мл и перемешивают еще в течение 5-8 мин.
На выходе с установки не получают концентрат, количество углеводородного реагента (жидкой фракции пиролиза автошин) недостаточно для получения концентрата.
Таким образом, рекомендуемый состав позволяют получить качественное водоуглеродное топливо из отходов - твердого остатка пиролиза автошин.
Утилизация твердого остатка пиролиза автошин позволит улучшить экологическую обстановку, расширить сырьевую базу для энергетики за счет использования альтернативных видов топлив.