СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ БРИКЕТОВ ИЗ НЕСПЕКАЮЩИХСЯ ВИДОВ УГЛЯ
METHOD OF PRODUCING CARBON-CONTAINING BRIQUETTES FROM NON-CAKING COAL

Изобретение относится к области переработки пылевидного угля, а именно к получению брикетов из углеродсодержащих материалов с последующим их нагревом, и может быть использовано в металлургической, энергетической и других отраслях промышленности.
Известен способ получения коксовых брикетов «KOKSBRIK» [RU 2083642 С1, МПК6 C10L 5/20, C10L 5/28, опубл. 10.07.1997], в котором осуществляют смешение коксовой мелочи с 3-10 мас. % связующего на основе производного сульфокислоты, брикетирование смеси и последующую термообработку при 200-700°С в течение 10-120 минут. Для смешения используют коксовую мелочь с размером частиц в следующем соотношении: 6-2,5 мм - 15-25 мас. %, 2,5-1 мм - 15-35 мас. %, менее 1 мм - до 100 мас. %. Брикетирование ведут при давлении 5-90 МПа. В качестве связующего используют лигносульфонат или натриевую соль металеннафталинсульфокислоты, которые могут быть модифицированы 10-30 мас. % кубовыми остатками ректификации таллового масла.
Недостатком данного способа является использование в качестве связующего вещества серосодержащих соединений, являющихся нежелательной примесью для сталелитейного производства и имеющих высокую стоимость.
Известен способ переработки угля с добавлением биомассы и контролем летучих веществ [RU 2013111466 А, МПК С10В 47/00 (2006.01), опубл. 27.10.2014], в котором реализуют нагревание угля в отсутствие кислорода с удалением из него летучих веществ. Осуществляют смешивание материала биомассы с полукоксом и последующее брикетирование смеси полукокса и биомассы.
Недостатком такого способа является повышенное содержание летучих веществ в получаемом углеродсодержащем брикете.
Известен способ брикетирования слабоспекающихся или совсем неспекающихся углей [Тайц Е.М., Равич Б.М., Андреева И.А. Кокс и железококс на основе брикетирования. - М.: Металлургия, 1965. - С. 10-12], выбранный в качестве прототипа, который включает измельчение неспекающегося угля, смешение со связующим и брикетирование на прессе. Полученные брикеты карбонизируют при температурах 450-1200°С. В качестве связующего используют получаемую при коксовании смолу или каменноугольный пек.
Недостатком способа является ограниченность сырьевой базы слабоспекающихся углей, имеющих высокий выход смолы или каменноугольного пека.
Техническим результатом изобретения является расширение арсенала средств получения углерод содержащих брикетов.
Предложенный способ получения углеродсодержащих брикетов из неспекающихся видов угля, также как в прототипе, включает измельчение неспекающегося угля, смешение его со связующим, брикетирование и последующую карбонизацию полученных брикетов при температуре 520-900°С.
Согласно изобретению в качестве связующего используют отруби. Уголь смешивают с отрубями и водой при следующем соотношении компонентов, мас. %:
отруби
4-30
вода
10-30
уголь
остальное
Приготовленную смесь прессуют при температуре 60-160°С и давлении 10-300 МПа. Полученные брикеты сушат при температуре 20-110°С, после чего карбонизируют.
Увеличение доли отрубей свыше 30 мас. % нецелесообразно, так как в таком случае повышаются затраты на изготовление брикета, существенно снижается его масса в процессе карбонизации.
Верхний предел температуры прессования, равный 160°С, обусловлен температурой начала термического разложения угля [Федосеев С.Д., Чернышев А.Б. Полукоксование и газификация твердого топлива. - М.: Гостоптехиздат, 1960. - С. 18].
Полученные предложенным способом углеродсодержащие брикеты обладают высокой механической прочностью после испытания сбрасыванием: 85,3-99,0%.
В таблице 1 представлены примеры получения углеродсодержащих брикетов из неспекающихся видов угля при различных параметрах получения и их характеристики.
Пример 1. В качестве исходного материала использовали каменный уголь марки Д (Беловский район, Кузбасс) фракцией 0-15 мм. Уголь измельчали до фракции размером менее 2,5 мм. В качестве связующего использовали пшеничные отруби в естественном виде, которые смешивали с углем и водой при следующем соотношении компонентов, мас. %:
отруби
8
вода
17
уголь
75
Приготовленную смесь прессовали при температуре 140°С и давлении 50 МПа в брикет цилиндрической формы с диаметром 50 мм и высотой 50 мм. Полученные брикеты сушили при температуре 40°С, после чего карбонизировали при скорости нагрева 3°С в минуту в инертной среде азота до температуры 650°С. В процессе карбонизации происходила термическая деструкция брикетов, в результате чего часть содержащихся в нем органических соединений переходила в газ или жидкую фракцию (смола и пирогенетическая вода), при этом повышалось удельное содержание углерода в брикете.
Охлаждение углеродсодержащих брикетов осуществляли естественным образом до комнатной температуры.
После карбонизации полученные углеродсодержащие брикеты имели следующие характеристики: содержание твердого углерода - 86,4%, влажность на рабочую массу (ГОСТ Р 52911-2020) - 2,1%, зольность на сухую массу (ГОСТ Р 55661-2013) - 4,5%, содержание летучих на сухую обеззоленную массу (ГОСТ Р 55660-2013) - 7,0%, прочность на сбрасывание согласно (ГОСТ 21289) - 85,3%.
Другие примеры 2-5 изготовления углеродсодержащих брикетов из неспекающихся видов угля при различных параметрах получения и их механические характеристики представлены в Таблице 1.