СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ВЫСОКОУГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА
COMPOSITION FOR OBTAINING SOLID COMPOSITE HIGH-CARBON FUEL

Изобретение относится к технологии брикетирования коксовой пыли, угольной и коксовой мелочи, в частности к составу для получения твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива. Полученные брикеты могут быть использованы в качестве топлива для коксохимической и металлургической промышленности, в качестве энергоносителя, восстановителя и сорбента для электротермического производства фосфора, производства чугуна, стали, ферросплавов, огнеупорных изделий, сахара, а также в качестве топлива в бытовых и промышленных топках.
Проблемы экологии сегодня выходят на первое место во многих отраслях промышленности. Современный этап научно-технического прогресса в этой области неразрывно связан с созданием эффективных энергосберегающих технологий, обеспечивающих комплексное использование сырья, материалов, отходов и снижение вредного воздействия на окружающую природную среду. В этом отношении приготовление брикетов различной формы из мелкофракционных и тонкодисперсных компонентов - отходов коксохимических, угледобывающих и углеперерабатывающих отраслей производства - представляется одним из рациональных способов охраны окружающей среды от техногенных выбросов путем получения продукта, востребованного на рынке.
В качестве коксового наполнителя в заявляемом составе используют коксовую пыль, коксовую мелочь, являющиеся твердыми углеродсодержащими отходами процесса коксования угля, в качестве угольного наполнителя - угольную мелочь и угольную пыль из отходов угледобычи и углепереработки. Все эти отходы образуются в больших количествах на промышленных предприятиях соответствующей отрасли, их утилизация является важной и актуальной проблемой настоящего времени.
Известен способ изготовления топливных брикетов (авторское свидетельство СССР №72000, кл. 10b, 1948 г.), включающий добавление в брикетируемую массу из угольной, антрацитовой и коксовой пыли на битуминозной связке металлическую пыль и стружку, а также при необходимости руду и флюсующие добавки. В качестве связующего вещества используют битумы, смолы, сульфитные щелоки, глины и т.д.
Недостатками топливных брикетов, полученных по данному способу, являются их высокая зольность, обусловленная введением негорючих компонентов в качестве связующего и наполнителя - глины, флюсов, и низкая экологичность ввиду использования битумов, смол в качестве связующего. Известно, что битумы и смолы различных химических производств являются канцерогенными (СанПиН 1.2.2353-08 Канцерогенные факторы и основные требования к профилактике канцерогенной опасности; Соленова Л.Г. Профессиональный рак. - Информационный бюллетень "Первичная профилактика рака", 2005 г. №1) и токсичными веществами, поэтому их использование при изготовлении топливных брикетов является недопустимым.
Известен способ получения топливных брикетов из смеси измельченного твердого топлива из группы растительных отходов и коксовой мелочи и связующего из группы, включающей лигносульфонат, мелласу, таловый пек или их смеси. В связующее дополнительно вводят синтетический воск или парафин, цемент и другое (патент РФ №2147029, МПК С10L 5/12, от 05.04.99, опубл. 27.03.2000 г.).
Недостатком топливных брикетов, полученных данным способом, является сложность состава связующих компонентов, что нетехнологично, неэкономично и неэкологично.
Известен способ получения коксовых брикетов из смеси коксовой мелочи со связующим на основе производного сульфокислоты. Способ заключается в использовании коксовой мелочи с размерами частиц от 0 до 6 мм и смешении ее с 3-10% связующего (патент РФ №2083642, МПК С10L 5/20, от 17.10.95, опубл. 10.07.97 г.).
Недостатком данного способа получения коксовых брикетов является то, что для производства топливных брикетов используют коксовую мелочь фракций 0-6 мм, т.е. используют не все фракции коксовой мелочи. Для получения топливных брикетов из заявленной смеси требуются значительные затраты (высокие температура термообработки и давление, влекущие за собой большой расход электроэнергии) для того, чтобы обеспечить оптимальные потребительские свойства полученного твердого топлива. Кроме того, выбранное связующее не позволяет получить экологически чистое топливо.
Известен способ получения топливных брикетов, включающий смешение измельченного твердого топлива с 3-15 весовыми частями связующего - гидравлического цемента, 3-14 весовыми частями воды и добавкой, формование смеси в брикеты и выдержку для схватывания и затвердевания цемента. В качестве измельченного твердого топлива используют кокс, древесный уголь, полукокс, полуантрацит. В качестве добавки может быть использована глина или меласса (патент US №37682886, С10L 5/00).
Топливные брикеты, полученные по данному способу, имеют высокую зольность, обусловленную введением негорючих компонентов - гидравлического цемента, глины или мелассы, что не дает возможности использовать эти брикеты в металлургических агрегатах и приводит к экономически необоснованным затратам при применении этих брикетов в качестве энергоносителя в других отраслях промышленности.
Известен способ приготовления металлургических брикетов, который состоит в подготовке смеси перемешиванием углеродсодержащего материала и связующего - портландцемента, ее формовании в оснастке под действием давления и вибрации (патент РФ №2183679, МПК 7 С21С 5/52, С21В 3/00, С22В 1/24, С22В 1/242, опубл. 20.06.2002).
Недостатком данного способа является неудовлетворительная смачиваемость раствором портландцемента углеродсодержащих материалов и, как следствие этого, недостаточный уровень его адгезии и прочности. Также достаточно высокое содержание негорючего связующего (10-20%), что не дает возможности использовать эти брикеты в металлургических агрегатах и приводит к экономически необоснованным затратам при применении этих брикетов в качестве энергоносителя в других отраслях промышленности.
Известен способ получения коксовых брикетов, включающий смешение коксовой мелочи с жидким нефтебитумом, в который предварительно добавляют 4-6 мас. коксовой пыли, затем смешивают с модифицированным 10-20 мас. порошка карбамида концентратом сульфит-спиртовой барды, брикетирование смеси на вальцевом прессе при давлении до 20 МПа и последующую термообработку брикетов при 500-600°С в течение 20-30 мин, используют коксовую мелочь с размером частиц 5 мм и коксовую пыль с размером частиц: 0,05 - 10%; 0,025-0,05 - 25%; 0,01-0,025 - 35% и 0,025 - 30% (авторское свидетельство СССР №1680764, кл. С10L 5/16, 1991).
Недостаток известного способа связан со сложностью реализации на практике точного соотношения указанных размеров частиц коксовой пыли, а также с низкой экологичностью получаемых коксовых брикетов ввиду использования нефтебитума и сульфит-спиртовой барды в качестве связующего.
Наиболее близким по технической сущности является принятый за прототип способ получения топливных брикетов, включающий дозирование и смешение измельченного твердого топлива со связующими при общем содержании не менее трех связующих в количестве 5-50 мас.%. Измельченное твердое топливо в количестве до 100 мас.% используют из группы растительных отходов и/или угольной, и/или коксовой мелочи, углистого сланца, и/или подсушенного навоза, или птичьего помета или смеси последних трех компонентов. Связующее в количестве 1-8 мас.% используют из группы, включающей лигносульфонат, мелассу, талловый пек или их смеси. Дополнительное связующее в количестве 1-7 мас.% используют из группы, включающей синтетический воск, или парафин, или парафиновый гач. В качестве другого дополнительного связующего, составляющего 1-20 мас.%, используют и/или цемент, или глину. В качестве еще одного дополнительного связующего, составляющего 2-25 мас.%, используют осадок от очистки сточных вод. Зольность топливных брикетов, получаемых по этому способу, составляет до 28% (патент РФ 2147029, МПК7 С10L 5/12, 5/14, 5/16, 5/40, 05.04.1999, опубл. 27.03.2000).
Недостатками топливных брикетов, полученных по данному способу, являются:
во-первых, низкая производительность процесса их получения вследствие использования многокомпонентных составов измельченного твердого топлива и связующих, что усложняет их дозирование и смешение;
во-вторых, высокая зольность - до 28% - получаемых при реализации способа топливных брикетов, обусловленная введением большого количества негорючих связующих компонентов, что не дает возможности использовать эти брикеты в металлургических агрегатах и приводит к экономически необоснованным затратам при применении этих брикетов в качестве энергоносителя в других отраслях промышленности;
в-третьих, низкая экологичность, связанная с наличием в подсушенном навозе и птичьем помете патогенной микрофлоры и микроорганизмов, яиц и личинок гельминтов, что обусловливает потенциально высокую степень бактериологической опасности для окружающей среды, обслуживающего персонала и жителей близлежащих населенных пунктов (Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз - теория и практика. - М.: Колос, 1982. - С.27; Suporn Koottatep, Manit Ompont, Tay Joo Hwa. Biogas: GP Option for Community Development. - 2002. - С.39; Брюханова Е.С., Ушаков А.Г. Биотехнология утилизации органосодержащих отходов птицеводства и животноводства. / Материалы XIII международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. - Новосибирск: Новосибирский гос. ун-т, 2008. С.126-127). Для специалиста в данной области явным образом следует, что аналогичную опасность представляет осадок от очистки сточных вод, особенно если это сточные воды, поступающие на городские очистные сооружения;
в-четвертых, существует необходимость в предварительной обработке массы подсушенного навоза и птичьего помета, заключающейся в дроблении и измельчении до такого фазового состава, когда становится возможным образование гомогенной фазы при их смешении с угольным и коксовым наполнителем для дальнейшего брикетирования. Поскольку навоз и птичий помет могут быть представлены не только как однородная масса, но и в виде твердых слежавшихся комков, кусков. Особенно это важно для тех периодов года, когда температура воздуха опускается ниже 0°С. При этом навоз и птичий помет ввиду большой влажности смерзаются, например при транспортировке, что приводит к дополнительным затратам тепла и энергии на их размораживание. Это заставляет разработчиков вводить дополнительные стадии обработки навоза, т.е. усложнять технологию приготовления состава топлива, что обусловливает большие затраты на получение топливных брикетов и приводит к удорожанию конечной продукции, несопоставимой с достигаемыми качественными показателями.
Техническим результатом изобретения является упрощение технологии и повышение производительности приготовления состава для получения твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива, уменьшение зольности получаемого композиционного топлива, повышение экологичности процесса и снижение финансовых затрат.
Указанный технический результат достигается тем, что в составе для получения твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива, включающем органическое связующее, угольный и коксовый наполнители, согласно изобретению в качестве органического связующего используют сброженный остаток, образующийся в результате процесса анаэробного сбраживания органических отходов животноводства, остатков растительного происхождения, бытовых отходов, осадков сточных вод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
угольный наполнитель
10-80
коксовый наполнитель
10-80
сброженный остаток
остальное
Известно, что в результате процесса анаэробного сбраживания органических отходов животноводства (навоз, помет и т.п.), остатков растительного происхождения (картофельная, свекольная ботва, овощные отходы, трава, листья деревьев и т.п.), бытовых отходов, осадков сточных вод образуются два продукта - сброженный остаток, используемый в заявляемом составе как связующее, и биогаз, содержащий до 60-70% метана (Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз - теория и практика. - М.: Колос, 1982. - С.26-28.; Ariane van Buren. A Chinese biogas manual popularising technology in the countryside. China: Science Publishing House, 1976. - P.2; Веденев А.Г., Веденева Т.А. Биогазовые технологии в Кыргызской республике. - Б.: Евро, 2006. - С.20).
Состав получают следующим образом.
Для приготовления заявляемого состава твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива используют:
- угольный наполнитель - измельченные твердые топлива из группы: угольная пыль, угольная мелочь или угольный шлам с любыми размерами и формами частиц;
- коксовый наполнитель - измельченные твердые топлива из группы: коксовая пыль, коксовая мелочь с любыми размерами и формами частиц;
- органическое связующее - сброженный остаток, полученный из органических отходов животноводства (навоз, помет и т.п.), остатков растительного происхождения (картофельная, свекольная ботва, овощные отходы, трава, листья деревьев и т.п.), бытовых отходов, осадков сточных вод.
Коксовая пыль и коксовая мелочь, угольная пыль и угольная мелочь имеют, как правило, мелкодисперсный состав и не требуют специальной подготовки. Например, общие характеристики коксовой пыли и косовой мелочи представлены в таблице 1.
Таблица 1
Общие характеристики коксовой пыли и коксовой мелочи
Определяемые показатели
Коксовая мелочь мокрого тушения
Коксовая пыль (циклонная)
Зола, %
11,5
12,8
Дисперсный состав:
+10
7,63
0
10-7
9,48
0
7-5
8,48
0
5-3
16,08
0
3-1
27,08
0,13
1-0,4
19,5
10,49
0,4-0,2
5,65
35,22
-0,2
6,1
54,16
Влажность, %
16,8
0,07
Насыпной вес, г/см<sup>3</sup>
0,63
0,68
Элементный состав золы (определялся согласно ГОСТ 10538-87)
SiO<sub>2</sub>
50,4
40,1
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
23,5
31,0
SO<sub>3</sub>
5,28
6,34
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
9,6
10,1
CaO
3,5
7.17
MgO
3,79
6,21
K<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O
13,53
9,18
Массовая доля серы, %
0,02-0,08
0,02-0,08
Массовая доля фосфора, %
0,0005-0,08
0,0005-0,08
Выбранные соотношения между количеством угольного наполнителя, составляющим 10-80 мас.%, коксового наполнителя, составляющим 10-80 мас.%, является оптимальным, так как при содержании в твердом композиционном высокоуглеродсодержащем топливе более 80 мас.% угольного наполнителя и менее 10 мас.% коксового наполнителя значительно снижается теплотворная способность получаемого твердого топлива, а добавление коксового наполнителя свыше 80% со снижением угольного наполнителя менее 10% приводит к уменьшению прочности и создает трудности для розжига получаемого твердого топлива ввиду низкого содержания угольного наполнителя, теплота от сгорания которого нужна для создания температуры, необходимой для процесса горения коксового наполнителя.
Количество органического связующего берут в зависимости от мас.% коксового и угольного наполнителя таким образом, чтобы в сумме получилось 100 мас.%. При этом минимальное содержание связующего является 10 мас.%, а максимальное - 80 мас.%. Такое процентное соотношение является оптимальным. В случае содержания органического связующего менее 10 мас.% сформовать брикет не удается, поскольку для обеспечения связности частиц наполнителя и сплошности брикета как целого не достаточно количества связующего вещества. Содержание органического связующего более 80 мас.% экономически не выгодно, так как избыточное (свыше 80 мас.%) содержание органического связующего приведет к увеличению цены и уменьшению теплотворной способности брикета ввиду снижения содержания угольного и коксового наполнителя.
Подготовка исходных материалов по влажности не требуется, т.к. процесс формования происходит при влажности смеси 10-40% и обеспечивается регулировкой количества используемых компонентов в пределах указываемых допустимых значений.
Для подготовки смеси к формованию измеряют влажность каждого компонента, дозируют компоненты в смеситель, исходя из требуемого соотношения по массе сухого вещества, с учетом обеспечения общей влажности; компоненты смешивают до получения однородной гомогенной фазы. Процесс подготовки смеси может осуществляться как в циклическом, так и в непрерывном режиме в зависимости от типа используемого смесителя.
Далее подготовленную массу подают в формователь. Формование можно производить на формователе любого типа в зависимости от поставленных задач по объему производства и плотности брикета. Геометрические размеры брикетов (гранул) определяются требованием заказчика.
Далее сформованные брикеты подвергают сушке на воздухе в течение 4-6 дней, либо в сушилке в течение 100-125°С в течение 1-1,5 часов. Фактическое время сушки и температуру определяют геометрическими размерами брикетов (гранул), составом исходной смеси и устанавливают экспериментально. Осуществление термической обработки брикетов обеспечивает равномерность высыхания брикетов, предотвращает их растрескивание, т.е. обеспечивает их прочность.
Конкретные примеры получения твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива заявленного состава
Пример 1. Исходное сырье для получения связующего вещества - обезвоженный избыточный активный ил влажностью 80-81%. Представляет собой густую однородную массу черного цвета со специфическим запахом. Ил отбирали с городских станций аэрации.
Состав обезвоженного избыточного активного ила зависит от состава очищаемых сточных вод, поэтому производили усреднение различных партий ила, для исключения влияния колебаний и неоднородности состава сточных вод. Усредненные данные основного химического состава и данные бактериологического анализа ила приведены в таблицах 2 и 3.
3
В метантенк объемом 15 дм загружают 7 кг исходного обезвоженного избыточного активного ила влажностью 80%. Добавляют воды до влажности смеси 87%. Смесь перемешивают, аппарат герметизируют. Метантенк оборудован патрубками для отвода биогаза и отбора проб жидкости, манометром и термометром для контроля за давлением и температурой. Необходимую температуру сбраживания 37°С поддерживают в метантенке водяным обогревом через змеевик внутри метантенка. Образующийся биогаз поступал в сборник - газгольдер мокрого типа, откуда его отбирали пробоотборником для дальнейшего анализа.
4
2
2
2
4
в
d
В процессе сбраживания анализировали состав выделяющегося газа: содержание СН, СО, N и О. Максимальное содержание СH составило 89-90% об., высшая теплота сгорания (О ) 32,4 МДж/кг. Период сбраживания 16-18 суток.
в
d
3
Отбор проб биогаза производили через газоотводную трубку в специальную емкость. По истечении 16-18 дней сбраживания метантенк открывали, полученный сброженный остаток характеризовался следующими показателями: высшая теплота сгорания (Q ) 16-17 МДж/кг; зольность 15-20%, плотность 1000-1030 кг/м. Изменения, произошедшие с отдельными компонентами обезвоженного ила в процессе анаэробной переработки, представлены в таблице 4.
Таблица 2
Усредненные результаты химического анализа обезвоженного избыточного активного ила
рН
Свинец, мг/л
Медь, мг/л
Цинк, мг/л
Кадмий, мг/л
Мышьяк, мг/л
Общий азот, %
Валовый фосфор, %
Влажность, %
Сухой остаток, %
Прокаленный остаток, %
6,8-7,3
0,01-0,1
0,17-0,36
менее 1
менее 0,01
менее 10
0,9
0,2-0,9
78-80
10-15
8,5
Таблица 3
Усредненные результаты бактериологического анализа обезвоженного избыточного активного ила
Жизнеспособные яйца гельминтов
Цисты патогенных простейших
ОКБ* в 100 мл
ТКБ** в 100 мл
Не обнаружены
Встречается подозрение на патогенную микрофлору
Индекс БГКП*** в 1 г - 1,5·10<sup>5</sup>-6,3·10<sup>7</sup> КОЕ****
где * - общие колиформные бактерии;
** - термотолерантные колиформные бактерии;
*** - бактерии группы кишечной палочки;
**** - колониеобразующие единицы.
Таблица 4
Изменение состава обезвоженного избыточного активного ила биологических очистных сооружений после анаэробной переработки
Компонент
Содержание в исходном иле, %
Содержание в иле после переработки, %
Эфирорастворимые вещества
31,2
7,9
Водорастворимые вещества
32,7
5,8
Спирторастворимые вещества
2,6
1,3
Гемицеллюлоза
3,7
1,9
Целлюлоза
4,1
0,7
Лигнин
6,1
8,7
Белки
26,9
15,3
Компоненты смеси (угольный, коксовый наполнитель, связующее вещество) для получения топливных гранул дозируют в смеситель в необходимых пропорциях до получения однородной гомогенной фазы. Далее подготовленную массу подают в барабанный гранулятор, вращающийся со скоростью 20-30 об/мин в течение 15-20 мин. Время и скорость вращения подбираются опытным путем и зависят от каждого конкретного состава смеси.
Сформованные гранулы подвергают сушке на воздухе в течение 2-3 дней, либо в сушилке в течение 100-125°С в течение 1-1,5 часов. Фактическое время сушки и температуру определяют геометрическими размерами брикетов (гранул), составом исходной смеси.
Пример. 2. Исходное сырье для получения связующего вещества - навоз крупного рогатого скота (КРС) влажностью 89-89,5%. Навоз отбирали непосредственно на животноводческих предприятиях.
3
В метантенк объемом 15 дм загружают 7 кг исходного навоза КРС влажностью 89%. Добавляют воды до влажности смеси 91-92%. Смесь перемешивают, аппарат герметизируют. Метантенк оборудован патрубками для отвода биогаза и отбора проб жидкости, манометром и термометром для контроля за давлением и температурой. Необходимую температуру сбраживания 37°С поддерживают в метантенке водяным обогревом через змеевик внутри метантенка. Образующийся биогаз поступал в сборник - газгольдер мокрого типа, откуда его отбирали пробоотборником для дальнейшего анализа.
4
2
2
2
4
в
d
В процессе сбраживания анализировали состав выделяющегося газа: содержание СН, СО, N и О. Максимальное содержание СН составило 76% об., высшая теплота сгорания (Q ) 27,3 МДж/кг. Период сбраживания 14-16 суток.
Отбор проб биогаза производили через газоотводную трубку в специальную емкость. По истечении 14-16 дней сбраживания метантенк открывали. Изменение состава навоза КРС после сбраживания показано в таблицах 5, 6.
Таблица 5
Химический состав остатка анаэробной переработкиТвердая фракция 20-25% *
Исходное сырье (перебродившая масса)
Химический состав, кг/т
N
NH<sub>4</sub>-N
Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
К<sub>2</sub>О
MgO
Коровий навоз
4,2-5,2
1,2-1,4
2,5-2,6
7,6-7,9
1,2-1,4
Таблица 6
Химический состав остатка анаэробной переработкиЖидкая фракция 5% *
Исходное сырье (перебродившая масса)
Химический состав, кг/т
N
NH<sub>4</sub>-N
Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
К<sub>2</sub>О
MgO
Свиной навоз
3,4-3,6
1,5-2,1
2,2-2,5
2,2-2,3
0,6-0,9
* - содержимое основных элементов может существенно изменяться в зависимости от состава субстрата.
Компоненты смеси (угольный, коксовый наполнитель, связующее вещество) для получения топливных гранул дозируют в смеситель в необходимых пропорциях до получения однородной гомогенной фазы. Далее подготовленную массу подают в барабанный гранулятор, вращающийся со скоростью 20-30 об/мин в течение 15-20 мин. Время и скорость вращения подбираются опытным путем и зависят от каждого конкретного состава смеси.
Сформованные гранулы подвергают сушке на воздухе в течение 2-3 дней, либо в сушилке в течение 100-125°С в течение 1-1,5 часов. Фактическое время сушки и температуру определяют геометрическими размерами брикетов (гранул), составом исходной смеси.
Пример 3. Исходное сырье для получения связующего вещества - свиной помет влажностью 98-99%. Помет отбирали непосредственно на свиноводческих комплексах. При необходимости перед сбраживанием вводили стадию обезвоживания помета до влажности 92-93%.
3
В метантенк объемом 15 дм загружают 10 кг обезвоженного свиного помета влажностью 92-93%. Смесь перемешивают, аппарат герметизируют. Метантенк оборудован патрубками для отвода биогаза и отбора проб жидкости, манометром и термометром для контроля за давлением и температурой. Необходимую температуру сбраживания 37°С поддерживают в метантенке водяным обогревом через змеевик внутри метантенка. Образующийся биогаз поступал в сборник - газгольдер мокрого типа, откуда его отбирали пробоотборником для дальнейшего анализа.
4
2
2
2
4
в
d
В процессе сбраживания анализировали состав выделяющегося газа: содержание CH, СО, N и О. Максимальное содержание СН составило 86% об., высшая теплота сгорания (Q ) 30,8 МДж/кг. Период сбраживания 15-16 суток.
Отбор проб биогаза производили через газоотводную трубку в специальную емкость. По истечении 15-16 дней сбраживания метантенк открывали. Изменение состава свиного помета после сбраживания показано в таблице 7, 8.
Таблица 7
Химический состав остатка анаэробной переработкиТвердая фракция 20-25% *
Исходное сырье (перебродившая масса)
Химический состав, кг/т
N
NH<sub>4</sub>-N
Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
К<sub>2</sub>О
MgO
Свиной навоз
6,0-6,7
1,5-2,2
5,4-5,9
6,2-6,4
1,6-1,9
Таблица 8
Химический состав остатка анаэробной переработкиЖидкая фракция 5%*
Исходное сырье (перебродившая масса)
Химический состав, кг/т
N
NH<sub>4</sub>-N
Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
К<sub>2</sub>О
MgO
Свиной навоз
3,2-3,6
1,5-2,1
2,4-2,6
2,3-2,5
0,6-0,9
* - содержимое основных элементов может существенно изменяться в зависимости от состава субстрата.
Компоненты смеси (угольный, коксовый наполнитель, связующее вещество) для получения топливных гранул дозируют в смеситель в необходимых пропорциях до получения однородной гомогенной фазы. Далее подготовленную массу подают в барабанный гранулятор, вращающийся со скоростью 20-30 об/мин в течение 15-20 мин. Время и скорость вращения подбираются опытным путем и зависят от каждого конкретного состава смеси.
Сформованные гранулы подвергают сушке на воздухе в течение 2-3 дней, либо в сушилке в течение 100-125°С в течение 1-1,5 часов. Фактическое время сушки и температуру определяют геометрическими размерами брикетов (гранул), составом исходной смеси.
Пример 4. Исходное сырье для получения связующего вещества - птичий помет влажностью 62-65%. Помет отбирали непосредственно на птицеводческих предприятиях, представляет собой рассыпчатую смесь с характерным запахом. В смеси присутствуют перья птицы и остатки зерна.
3
В метантенк объемом 15 дм загружают 7 кг обезвоженного птичьего помета влажностью 62-65%. Смесь перемешивают, аппарат герметизируют. Метантенк оборудован патрубками для отвода биогаза и отбора проб жидкости, манометром и термометром для контроля за давлением и температурой. Необходимую температуру сбраживания 37°С поддерживают в метантенке водяным обогревом через змеевик внутри метантенка. Образующийся биогаз поступал в сборник - газгольдер мокрого типа, откуда его отбирали пробоотборником для дальнейшего анализа.
4
2
2
2
4
в
d
В процессе сбраживания анализировали состав выделяющегося газа: содержание СН, CO, N и O. Максимальное содержание CH составило 65% об., высшая теплота сгорания (Q ) 25 МДж/кг. Период сбраживания 23-25 суток.
Отбор проб биогаза производили через газоотводную трубку в специальную емкость. По истечении 23-25 дней сбраживания метантенк открывали. Изменение состава птичьего помета после сбраживания показано в таблицах 9, 10.
Таблица 9
Химический состав остатка анаэробной переработки
Твердая фракция 20-25%*
Исходное сырье (перебродившая масса)
Химический состав, кг/т
N
NH<sub>4</sub>-N
Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
К<sub>2</sub>O
MgO
Птичий помет
19-20
3,1-3,4
10,3-10,7
8,3-8,7
3,6-4,4
Таблица 10
Химический состав остатка анаэробной переработкиЖидкая фракция 5%*
Исходное сырье (перебродившая масса)
Химический состав, кг/т
N
NH<sub>4</sub>-N
Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
К<sub>2</sub>О
MgO
Птичий помет
7,2-8,0
3,2-3,6
6,9-7,5
5,1-5,5
1,7-2,3
* - содержимое основных элементов может существенно изменяться в зависимости от состава субстрата.
Компоненты смеси (угольный, коксовый наполнитель, связующее вещество) для получения топливных гранул дозируют в смеситель в необходимых пропорциях до получения однородной гомогенной фазы. Далее подготовленную массу подают в барабанный гранулятор, вращающийся со скоростью 20-30 об/мин в течение 15-20 мин. Время и скорость вращения подбираются опытным путем и зависят от каждого конкретного состава смеси.
Сформованные гранулы подвергают сушке на воздухе в течение 2-3 дней, либо в сушилке в течение 100-125°С в течение 1-1,5 часов. Фактическое время сушки и температуру определяют геометрическими размерами брикетов (гранул), составом исходной смеси.
Пример 5. Исходное сырье для получения связующего вещества - остатки растительно происхождения (трава, ботва, мякина, солома, остатки плодов, овощей, растений, растительные масла и пр.) влажностью 50-55%. В зависимости от вида перерабатываемых остатков, их влажность может варьироваться в широком диапазоне (от 45 до 80%). Исходное сырье отбирали непосредственно на частных подворьях, сельскохозяйственных предприятиях, специализирующихся на выращивании растений и их переработке.
3
В метантенк объемом 15 дм загружают 8 кг растительных остатков влажностью 50-55%. Смесь перемешивают, аппарат герметизируют. Метантенк оборудован патрубками для отвода биогаза и отбора проб жидкости, манометром и термометром для контроля за давлением и температурой. Необходимую температуру сбраживания 37°С поддерживают в метантенке водяным обогревом через змеевик внутри метантенка. Образующийся биогаз поступал в сборник - газгольдер мокрого типа, откуда его отбирали пробоотборником для дальнейшего анализа.
4
2
2
2
4
в
d
В процессе сбраживания анализировали состав выделяющегося газа: содержание CH, CO, N и О. Максимальное содержание СН составило 72-75% об., высшая теплота сгорания (Q ) 27,7-28,8 МДж/кг. Период сбраживания 20-22 суток.
Отбор проб биогаза производили через газоотводную трубку в специальную емкость. По истечении 20-22 суток сбраживания метантенк открывали. Изменение состава растительных остатков после сбраживания показано в таблицах 11, 12.
Таблица 11
Химический состав остатка анаэробной переработки
Твердая фракция 20-25%*
Исходное сырье (перебродившая масса)
Химический состав, кг/т
N
NH<sub>4</sub>-N
Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
MgO
Растительные остатки
5,5-5,9
1,7-2,2
3,3-3,7
4,1-4,5
2,6-2,9
Таблица 12
Химический состав остатка анаэробной переработки
Жидкая фракция 5%*
Исходное сырье (перебродившая масса)
Химический состав, кг/т
N
NH<sub>4</sub>-N
Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
К<sub>2</sub>О
MgO
Растительные остатки
2,3-2,9
1,1-1,6
2,1-2,6
2,2-2,7
0,4-0,8
* - содержимое основных элементов может существенно изменяться в зависимости от состава субстрата.
Компоненты смеси (угольный, коксовый наполнитель, связующее вещество) для получения топливных гранул дозируют в смеситель в необходимых пропорциях до получения однородной гомогенной фазы. Далее подготовленную массу подают в барабанный гранулятор, вращающийся со скоростью 20-30 об/мин в течение 15-20 мин. Время и скорость вращения подбираются опытным путем и зависят от каждого конкретного состава смеси.
Сформованные гранулы подвергают сушке на воздухе в течение 2-3 дней, либо в сушилке в течение 100-125°С в течение 1-1,5 часов. Фактическое время сушки и температуру определяют геометрическими размерами брикетов (гранул), составом исходной смеси.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с известными позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию изобретения «новизна».
Для изготовления состава по настоящей заявке применяется широко распространенное природное сырье, техногенные отходы, недефицитные материалы и несложное оборудование. Указанные обстоятельства подтверждают, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".
Применение заявляемого состава позволит упростить технологию его приготовления для получения твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива, поскольку сброженный остаток, выгружаемый из биореактора после прохождения процесса анаэробного сбраживания, является однородной массой гомогенного состава, по сравнению с используемым в качестве исходного сырья в прототипе посушенным навозом и птичьим пометом, который может быть представлен не только в виде однородной массы, но и твердых слежавшихся комков, кусков. Поэтому отсутствует необходимость в стадии подготовки исходного сырья, связанной с дроблением, измельчением и гомогенизацией массы сброженного осадка.
Применение заявляемого состава позволит повысить производительность процесса получения твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива вследствие отсутствия большого количества компонентов и связующих веществ по сравнению с прототипом, что упрощает процесс дозирования и смешения.
Применение заявляемого состава повысит экологичность процесса получения твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива, поскольку сброженный остаток, выгружаемый из биореактора после прохождения процесса сбраживания, не содержит патогенной микрофлоры и микроорганизмов, яиц и личинок гельминтов, в отличие от используемого в качестве исходного сырья в прототипе подсушенного навоза, птичьего помета и осадка от очистки сточных вод, что позволит снизить потенциально высокую степень бактериологической опасности для окружающей среды, обслуживающего персонала и жителей близлежащих населенных пунктов.
Применение заявляемого состава позволит снизить зольность получаемых брикетов, поскольку используемый в качестве органического связующего сброженный остаток имеет зольность до 20%, и использование его при оптимальных соотношениях угольного и коксового наполнителя позволит получить твердое топливо с максимальным значением зольности не более 25%.
Применение заявляемого состава позволит значительно снизить финансовые затраты на получение твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива, путем использования биогаза в качестве газообразного топлива с целью получения тепловой и электрической энергии для собственных нужд, снижая потребление энергоресурсов со стороны либо путем реализации биогаза как товарного продукта на рынке. В обоих случаях полученный экономический эффект позволит снизить финансовые затраты и повысит рентабельность процесса получения твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива.
Таким образом, применение заявляемого состава позволит отказаться от стадии подготовки исходного сырья, связанной с дроблением, измельчением и гомогенизацией массы органического связующего, позволит повысить производительность процесса, уменьшить зольность получаемых брикетов, снизить потенциально высокую степень бактериологической опасности для окружающей среды, обслуживающего персонала и жителей близлежащих населенных пунктов, связанную с наличием патогенной микрофлоры и микроорганизмов, яиц и личинок гельминтов в подсушенном навозе, птичьем помете и осадке от очистки сточных вод. Экономический эффект применения состава является положительным и связан с использованием второго продукта процесса анаэробного сбраживания - биогаза.