Двухкомпонентное органическое топливо на основе угля и жидких углеводородов
TWO-COMPONENT ORGANIC FUEL BASED ON COAL AND LIQUID HYDROCARBONS

Изобретение относится к области химической технологии топлива, в частности к повышению реакционной способности топлива и активации процесса его горения.
Известно композиционное топливо из отходов угольных обогатительных фабрик [RU 2224785, кл. C10L 5/02, опубл. 27.02.2004 г.], содержащее углесодержащие отходы обогащения угля и связующее в виде аргиллита.
Недостатками данного изобретения являются:
- сложность технологического процесса получения топлива, обусловленная множеством производственных этапов и большим количеством используемого оборудования;
- непостоянство энергетических характеристик топлива, обусловленное переменным составом используемых минералов (аргиллит) и отходов обогатительных фабрик.
Известно твердое топливо [RU 2483097, кл. C10L 5/00, C10L 5/02, C10L 5/06, опубл. 15.04.2010], полученное брикетированием порошкообразного низкосортного угля, в котором наружная поверхность низкосортного угля и внутренние поверхности пор низкосортного угля покрыты нелетучим компонентом, содержащимся в низкосортном угле.
Недостатками данного изобретения являются:
- высокая зольность топлива по причине использования низкосортного угля в качестве основного компонента энергетической системы;
- низкая реакционная способность топлива, выраженная в высокой температуре и большой продолжительности зажигания энергетической системы.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является двухкомпонентное твердое топливо [RU 2186093, кл. C10L5/00, опубл. 27.07.2002 г.], содержащее уголь в качестве основного энергетического компонента и добавку низкосортного энергетического топлива, при этом в качестве основного энергетического компонента использован каменный уголь, имеющий низшую теплоту сгорания не менее 5000 ккал/кг, а в качестве добавки использованы горючие сланцы при следующем соотношении компонентов, масс. %: 82-95 каменный уголь; 5-18 горючие сланцы.
Недостатками данного изобретения являются:
- локальность технического результата, направленного исключительно на снижение выбросов образующихся оксидов серы с обеспечением устойчивости энергетических характеристик топлива;
- низкие энергетические характеристики и реакционная способность топлива, что определяется высокой степенью топливного недожога, высокой зольностью топлива и высокой температурой зажигания.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении реакционной способности топлива за счет снижения минимальной температуры зажигания на 23-91°С, сокращении времени задержки зажигания в 2,5-5,3 раза и снижении топливного недожога в 1,5-5,3 раза.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
Двухкомпонентное органическое топливо выполнено в виде состава, содержащего уголь в качестве основного энергетического компонента и вспомогательный энергетический компонент.
Отличие топлива заключается в том, что в качестве основного энергетического компонента используется антрацит, а в качестве вспомогательного энергетического компонента используются жидкие углеводороды в виде пиролизного масла при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Антрацит
80-95
Пиролизное масло
5-20
Использование жидких углеводородов в виде пиролизного масла в количестве 5-20 масс. % позволяет интенсифицировать зажигание и последующее горение топлива. Это объяснятся тем, что в составе пиролизного масла, полученного в результате конденсации парогазовой смеси, образующейся в процессе пиролиза отходов, содержатся легкие углеводороды, температура вспышки которых составляет меньше 100°С.
Предлагаемый состав также позволяет повысить удельную теплоту сгорания топлива и снизить содержание образующегося зольного остатка, за счет того, что теплота сгорания пиролизного масла намного выше (около 40 МДж/кг) чем у твердого топлива.
Активация процесса зажигания и последующего горения твердого топлива при введении пиролизного масла связана с фазовым превращением жидких углеводородов и участием в процессе горючих газофазных продуктов, выделяющихся при термическом преобразовании легких соединений. Выделение дополнительной теплоты, способствует более ранней термодеструкции частиц твердого топлива.
Пример осуществления изобретения:
Твердое топливо - антрацит пропитывалось жидкими углеводородами в виде пиролизного масла, полученного в результате термического преобразования резинотехнических отходов, при следующем соотношении компонентов, масс. %: 80 -95 основной энергетический компонент - антрацит, 5-20 вспомогательный энергетический компонент - пиролизное масло. Используемый метод - пропитка обеспечивал равномерное распределение жидких углеводородов в объеме твердого топлива.
-6
Исследование изменения реакционной способности твердого топлива с добавлением жидких углеводородов проводилось с помощью камеры сгорания и высокоскоростной видеосъемки Photron Fastcam SA4: максимальная скорость съемки 3600 кадров в секунду при полном разрешении 1024×1024 пикселей, размер пикселя 20×10 м, глубина цвета 12 бит. Для проведения исследования использовались образцы массой ~0,1±0,01 г, которые перед подачей в терморегулируемую печь укладывались в цилиндрическую форму. Далее форма удалялась поступательным движением вверх, в результате чего формировалась конусообразная насыпка. Методика исследования процессов зажигания и горения исследуемых образцов твердого топлива включала несколько этапов. В терморегулируемой печи устанавливалась требуемая температура греющей среды, равная 700°С, регистрируемая хромель-алюмелевой термопарой. Топливная навеска помещалась на держатель координатного механизма, ход которого калибровался по заданным координатам и приводился в действие с помощью персонального компьютера. Одновременно с началом движения штока с топливной насыпкой в сторону камеры сгорания проводилась видеофиксация. Уходящие газы через систему приточной вентиляции фиксировались с помощью поточного газоанализатора.
Временем задержки зажигания считалось время от момента входа держателя с топливной насыпкой в фокус камеры до начала образования видимого свечения поверхности топлива, что соответствовало началу процесса горения.
min
min
mm
Минимальная температура зажигания Ti исследуемых образцов определялась с помощью камеры сгорания. С помощью метода половинного деления определялся подбор диапазона температур для нахождения Ti. В камере сгорания устанавливалась необходимая температура и с помощью координатного механизма через технологическое отверстие вводилась топливная насыпка. При появлении видимого свечения на поверхности и/или в объеме топливной насыпки соответствующая температура принималась за температуру зажигания. Затем температура греющей среды снижалась и процедура повторялась вновь. Также одним из условий определения Ti являлась продолжительность пребывания образца в камера сгорания, которая не превышала 2 минут.
2
Массовое количество углеродного недожога в составе золового остатка, было определено с помощью дифференциального-термического анализатора Netzsch STA 449 F3 Jupiter (Netzsch, Germany). Анализ проводился при скорости нагрева 10°С/мин в корундовом тигле с перфорированной крышкой до температуры 1000°С. Образец массой ~20 мг распределялся ровным слоем по дну тигля и помещался в поток окислительной среды (воздух). Скорость газового потока составляла 150 мл/мин. Все эксперименты проводились в условиях атмосферного давления. Было выполнено качественное определение выделения СО m/z=44. Анализ проводился с помощью сопрягаемого квадрупольного масс-спектрометра QMS 403 D Aeolos (Netzsch, Germany).
Результаты высокоскосростной видеосъемки показали, что процесс зажигания и последующего горения твердого топлива с добавлением жидких углеводородов сопровождается образованием пламени вблизи образца.
Результаты проведенного эксперимента свидетельствуют о том, что используемое двухкомпонентное органическое топливо характеризуется снижением минимальной температуры зажигания на 23-91°С, сокращением времени задержки зажигания в 2,5-5,3 раза и снижением топливного недожога в 1,5-5,3 раза в зависимости от содержания жидких углеводородов.
Результаты эксперимента представлены в таблице 1.