СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ
METHOD TO PRODUCE FUEL BRIQUETTES

Изобретение относится к технологии брикетирования горючих компонентов, например угольных шламов, мелких классов угля, коксовой пыли и т.д. Полученные брикеты могут быть использованы в качестве топлива для сжигания в бытовых и промышленных топках, а также для коксования в коксохимической и металлургической промышленности.
Проблема утилизации коксовой пыли на коксохимических предприятиях является весьма актуальной. Объемы образования коксовой пыли весьма велики, в среднем на одном коксохимическом предприятии в год образуется около 18-20 тыс.т коксовой пыли. Применения коксовая пыль практически не находит из-за тонкодисперсного состояния и высокой зольности, сложности с разгрузкой и транспортировкой.
Изобретение способствует решению экологических проблем, связанных с образованием и утилизацией отходов коксохимических производств (коксовой пыли, фусов коксования).
Известны способы получения топливных брикетов из каменных углей и антрацитов, включающие обезвоживание и сушку исходного угля до влажности 2-3%, смешиваниея его с жидкими или твердыми связующими (нефте-битумы, каменноугольный пек, сульфат-спиртовая барда, твердые глины, цемент), прессование смеси давлением 20-50 МПа, и последующее охлаждение (см. Плишевич Л.Т. Технология брикетирования полезных ископаемых, М.: Недра, 1989, с.86, 92, 98, 101, 106).
Упомянутым способам присущи следующие недостатки:
Во-первых, необходимость использования предлагаемых связующих значительно усложняет и удорожает процесс брикетирования каменных углей, т.к. предусматривает операции по глубокому обезвоживанию и термической сушке исходного угля до минимальных значений по влажности, т.е. до 2-3%.
Во-вторых, существующие технологии брикетирования каменных углей и антрацитов не предназначены для использования в качестве исходного сырья коксовой пыли (класс крупности 0-1,0 мм) и тонкодисперсных угольных шламов (класс крупности 0-1,0 мм), образующихся при добыче и переработке каменных углей. Угольные шламы и коксовую пыль сбрасывают в отстойники и отвалы углеперерабатывающих предприятий, что ухудшает экологическое состояние окружающей среды в угледобывающих регионах.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототипом) является способ получения топливных брикетов, включающий смешивание измельченного твердого топлива на основе коксовой мелочи с размерами частиц 0,05-16,0 мм в количестве 50-80 мас.% со связующим на основе модифицированного лигносульфоната в количестве 8-9% от массы измельченного твердого топлива, брикетирование смеси под давлением 25 МПа и последующую термообработку брикетов (Патент РФ №2298028, МПК C10L 5/10, C10L 5/28, опубл. 27.04.2007 г., бюл. №12).
Известный способ получения топливных брикетов имеет следующие недостатки:
1. Высокое давление прессования (25 МПа), что экономически и энергетически невыгодно и технически труднодостижимо.
2. Коксовая мелочь сама но себе является товарным продуктом. Коксовая мелочь служит топливом для различных промышленных производств, используется для агломерации железных, никелевых руд, в производстве электродов.
Предлагается брикетирование коксовой пыли, которая является высококалорийным отходом коксохимических предприятий.
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение бездымных топливных брикетов повышенной прочности, улучшение экологической обстановки в углеперерабатывающих регионах, снижение себестоимости топливных брикетов.
Технический результат достигается тем, что в способе получения топливных брикетов, включающем смешивание измельченного твердого топлива со связующим, брикетирование смеси под давлением, согласно изобретению в качестве измельченного твердого топлива используют коксовую пыль с размерами частиц менее 1 мм, в качестве связующего используют фусы коксования в количестве 8,0-10% к массе коксовой пыли, смесь коксовой пыли и связующего нагревают до 100°C, прессуют ступенчато: сначала устанавливают нагрузку 5-6 атм с выдержкой 3-5 мин и далее до 15 атм с выдержкой при максимальной нагрузке 3-5 мин, готовый топливный брикет прокаливают при температуре 250-300°C без доступа воздуха в течение 10-12 мин.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Коксовую пыль смешивают со связующим компонентом (фусами коксования), фусы коксования добавляют в количестве 8-10% к массе коксовой пыли. Смесь коксовой пыли и связующего компонента подвергают термической обработке: разогревают ее в металлической емкости до температуры 100°C, затем тщательно перемешивают до тех пор, пока связующий компонент не распределится равномерно по всему объему коксовой пыли. Связующий компонент нагревается и разжижается, тем самым обеспечивая более равномерное распределение по всему объему.
Затем смесь коксовой пыли и связующего компонента вводят в пресс-форму, которая имеет комнатную температуру. Смесь прессуют в штемпельном прессе ступенчато: сначала устанавливают нагрузку 5-6 атм. с выдержкой 3-5 мин и далее до 15 атм с выдержкой при максимальной нагрузке 3-5 мин. При ступенчатом прессовании достигается оптимальное взаимодействие компонентов в смеси, с образованием структуры топливного брикета.
Готовый топливный брикет помещают в муфельную печь и прокаливают при температуре 250-300°C без доступа воздуха в течение 10-12 мин, что обеспечивает выход летучих веществ связующего компонента. Такая методика брикетирования необходима для изготовления бездымных топливных брикетов.
Выбор в качестве связующего фусов коксования обусловлен их доступностью. Фусы коксования - это отходы углехимического производства при коксовании. Они представлены на 50% смолами тяжелых фракций и твердых углеродистых включений. Фусы коксования и коксовая пыль, являясь отходами коксохимических предприятий, могут быть использованы непосредственно на этих же предприятиях. Расход связующего (фусов коксования) определяют потребностью для формирования прочного топливного брикета.
На выходе получают топливные брикеты со следующими техническими характеристиками (таблица 1).
Таблица 1
Сравнительная техническая характеристика полученных топливных брикетов и прессованной коксовой пыли без добавления связующего
Наименование образца
Физические испытания
Топливные характеристики
сжатие, кг/см<sup>2</sup>
истирание, % содержание кусков размером >25 мм
Сбрасывание, % содержание кусков размером >25 мм
A<sup>d</sup>, % мас. (зольность)
<maths num="1"><math display="block"><mrow><msubsup><mi>Q</mi><mi>s</mi><mi>r</mi></msubsup></mrow></math><img file="00000001.tif" he="7" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, ккал/кг (теплота сгорания)
<maths num="2"><math display="block"><mrow><msubsup><mi>S</mi><mi>t</mi><mi>d</mi></msubsup></mrow></math><img file="00000002.tif" he="7" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, % мас. (сернистость)
Прессованная коксовая пыль
50-60
42-54
55-62
10,0-12,0
8900-9250
0,04-0,05
Топливные брикеты
60-90
90-99
90-99
10,0-12,0
9000-9500
0,025-0,05
Пример конкретного применения способа.
Берут 92 г коксовой пыли и смешивают с 8 г фусов коксования до визуального перемешивания.
Полученную смесь нагревают в металлической емкости до температуры 100°C, тщательно перемешивают, затем загружают в пресс-форму, которая имеет комнатную температуру.
Полученную смесь прессуют в штемпельном прессе ступенчато: сначала устанавливают нагрузку 5 атм с выдержкой 3 мин и далее до 15 атм с выдержкой при максимальной нагрузке 5 мин.
Готовый топливный брикет помещают в муфельную печь и прокаливают при температуре 250°C без доступа воздуха в течение 10 мин.
На выходе получают бездымные топливные брикеты, приемлемые для коксования и прямого сжигания, технические характеристики которых представлены в таблице 2.
Таблица 2
Технические характеристики полученных топливных брикетов
Физические испытания
Топливные характеристики
сжатие, кг/см<sup>2</sup>
истирание, % содержание кусков размером >25 мм
сбрасывание, % содержание кусков размером >25 мм
A<sup>d</sup>, % мас. (зольность)
<maths num="3"><math display="block"><mrow><msubsup><mi>Q</mi><mi>s</mi><mi>r</mi></msubsup></mrow></math><img file="00000001.tif" he="7" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, ккал/кг (теплота сгорания)
<maths num="4"><math display="block"><mrow><msubsup><mi>S</mi><mi>t</mi><mi>d</mi></msubsup></mrow></math><img file="00000002.tif" he="7" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, % мас. (сернистость)
70
99
99
12,0
9500
0,05
Пример 2.
Берут 92 г коксовой пыли и смешивают с 8 г фусов коксования до визуального перемешивания.
Полученную смесь нагревают в металлической емкости до температуры 100°C, тщательно перемешивают, затем загружают в пресс-форму, которая имеет комнатную температуру.
Полученную смесь прессуют в штемпельном прессе с нагрузкой 5 атм 5 мин.
На выходе не получают топливный брикет, так как снижение давления прессования менее 15 атм приводит к уменьшению прочности топливного брикета.
Пример 3.
Берут 85 г коксовой пыли и смешивают с 15 г фусов коксования до визуального перемешивания.
Полученную смесь нагревают в металлической емкости до температуры 100°C, тщательно перемешивают, затем загружают в пресс-форму, которая имеет комнатную температуру.
Полученную смесь прессуют в штемпельном прессе с нагрузкой 25 атм 5 мин.
На выходе не получают топливный брикет, так как:
1. Согласно математической зависимости, рассчитанной доктором Л.Т.Елишевичем, вовлечение более 10% связующего реагента в систему является экономически и технологически неоправданным.
2. Применение резкого повышения давления до 25 атм приводит к получению непрочного топливного брикета из-за неоднородного распределения связующего по массе концентрата.
Предложенный способ позволяет получать бездымные топливные брикеты, повысить прочность топливных брикетов и снизить их себестоимость. В предложенном способе для получения топливных брикетов используются коксовая пыль и фусы коксования, являющиеся отходами коксохимических предприятий, утилизация этих отходов позволит улучшить экологическую обстановку в углеперерабатывающих регионах.