Способ получения бездымного бытового топлива
METHOD FOR PRODUCING SMOKELESS HOUSEHOLD FUEL

Изобретение относится к области технологии подготовки и производства брикетов из углеродистого материала, применяемых в качестве бездымного топлива для бытовых и промышленных печей, а также котлов для индивидуального отопления жилых зданий.
о
Известен способ получения брикета, применяемого в качестве восстановителя для металлургических процессов, а также в качестве бездымного топлива для бытовых и промышленных печей, заключающийся в совместном измельчении углеродсодержащего материала – буроугольного среднетемпературного кокса исходного гранулометрического состава и 1–10% масс. минерального связующего – алевролита подугольного до крупности не более 5 мм, добавлении к полученному составу 1–10% масс. гидрофобизатора – мазута марки M100  и 1–30% масс. воды с последующим перемешиванием с добавлением 1–30% масс. упрочняющего модификатора – 3%-ного водного раствора поливинилового спирта (ПВС) или 10%-ного водного раствора мучного клейстера. Полученную массу прессуют под давлением 20–200 МПа, полученные брикеты сушат при температуре 100–250С. (Патент RU 2473672, опублик. 2013).
Недостатком известного способа является достаточно высокий выход летучих веществ в готовом брикете, которые при сжигании данного топлива образуют повышенное количество вредных выбросов в атмосферу.
Известен топливный брикет, предназначенный для использования в бытовых условиях для автономного, экологически чистого и экономичного обогрева помещений и приготовления пищи в мангалах, грилях и шашлычницах, содержащий 35–91% масс. измельчённого древесного угля, 3–45% масс. связующего, в качестве которого используют крахмал, или муку пшеничную, или декстрин, и воду – остальное.
Брикет также дополнительно содержит 4-15% древесных опилок.  (Патент RU 2187542, опубл. 2002).
К недостаткам известного брикета следует отнести высокую пожароопасность за счёт присутствия в брикете опилок, которые легко воспламеняются.
Ближайшим техническим решением к заявленному способу является способ получения бездымного бытового топлива, включающий смешение исходных компонентов: углеродсодержащего материала, в качестве которого используют мелочь коксовую марки МК-1, получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, с исходным гранулометрическим составом 0–15 мм, связующего, в качестве которого используют муку злаковых культур или крахмал, минеральной добавки, в качестве которой используют глину (алевролит или бентонит), и воды,  прессование брикетной смеси и сушку сформированного брикета, при этом  исходные компоненты берут в следующем соотношении, %масс.: углеродсодержащий материал – не менее 50; связующее – 3,5–20,0; минеральная добавка – 1,0–10,0; вода – остальное. (Патент RU 2673794, опубл. 2018).
Техническая проблема описанного способа заключается в длительном периоде сгорания в топочном устройстве, повышенной зольности топлива за счёт минеральной добавки и, как следствие, пониженная мощность топочного устройства.
Технической задачей настоящего изобретения является получение бездымного бытового топлива, обладающего пониженной зольностью, а также уменьшенным по сравнению с ближайшим аналогом периодом сгорания в топочном устройстве, что повышает мощность топочного устройства и позволяет быстрее производить обогрев помещения.
Указанная техническая задача решается описываемым способом получения бездымного бытового топлива, заключающимся в смешении исходных компонентов: углеродсодержащего материала, представляющего собой мелочь коксовую марки МК-1, получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, органического связующего, минеральной добавки и воды с последующим прессованием полученной смеси в брикеты и сушки. При этом исходные компоненты берут в следующем количестве, % масс.:
углеродсодержащий материал – не менее 50,0;
связующее – 5,0–30,0;
минеральная добавка – не более 0,5;
вода – остальное.
Предпочтительно в качестве связующего используют муку злаковых культур, крахмал или мелассу (патоку свекловичную), в качестве минеральной добавки – глину (алевролит или бентонит), воду используют с температурой от 1 до 99°С.
Приготовление брикетной смеси осуществляют следующим образом.
Мелочь коксовую марки МК-1, получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, загружают в планетарный смеситель периодического действия, затем последовательно добавляют связующее, минеральную добавку и воду.
При добавлении каждого из перечисленных компонентов смесь перемешивают до гомогенного состояния. По получении результирующей однородной смеси её выгружают из смесителя и подают в валковый пресс с максимальным усилием сведения валков 150 тс. Сформированный брикет либо высушивают в ленточной сушилке при температуре 40–160°С, после чего охлаждают при температуре окружающего воздуха, либо подвергают сушке естественным образом.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.Для изготовления брикета используют следующие компоненты: 66,5% масс. мелочи коксовой МК-1 крупностью не более 3 мм в качестве углеродсодержащего материала, 5,0 % масс. муки (пшеничной 1, 2 сорта, ржаной, ячменной) в качестве связующего, 0,5 % масс. алевролита в качестве минеральной добавки, 28,0 % масс. воды технической с температурой 85°С.
t
r
Брикет получают следующим образом. В смеситель периодического действия последовательно добавляют мелочь коксовую МК-1, муку, алевролит и воду. При добавлении каждого из перечисленных компонентов смесь доводят до гомогенного состояния. Полученную брикетную смесь подают в валковый пресс с максимальным усилием сведения валков 150 тс. Сформированный брикет подвергают термической сушке в сушильном шкафу при температуре 160°С до влаги общей (W) не более 12%. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха.
Полученный брикет имеет характерный размер 40 мм, прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 не менее 95 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 21289 не менее 90,0 %, влагу общую не более 12 %, зольность на сухую массу 6,1 %, выход летучих на сухую беззольную массу 14,0 %, теплоту сгорания низшую на рабочее состояние 6000 ккал/кг.
3
Брикет, сжигаемый в топочном пространстве печи с принудительной подачей воздуха 5 м/ч, горит в течение 5,5 ч.
Пример 2.Брикет изготавливают в соответствии с примером 1, но в качестве связующего используют 10,0% масс. крахмала (кукурузного, картофельного, бурового, экструзионного, тапиоки), 0,3 % масс. бентонита в качестве минеральной добавки и 30,0% масс. воды технической с температурой не менее 85°С.
Полученный брикет имеет характерный размер 30 мм, прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 не менее 97 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 21289 не менее 95 %, влагу общую не более 12 %, зольность на сухую массу 6,2 %, выход летучих на сухую беззольную массу 15,2%, теплоту сгорания низшую на рабочее состояние 6000 ккал/кг.
3
Брикет, сжигаемый в топочном пространстве печи с принудительной подачей воздуха 5 м/ч, горит в течение 5,5 ч.
Пример 3.Брикет изготавливают в соответствии с примером 1, но в качестве связующего используют 18% масс. мелассы (патоки свекловичной), 0,3 % масс. алевролита в качестве минеральной добавки, а сформированный брикет подвергают естественной сушке в течение 40 минут.
Полученный брикет имеет характерный размер 40 мм, прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 не менее 90 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 21289 не менее 80 %, влагу общую не более 6 %, зольность на сухую массу 6,4 %, выход летучих на сухую беззольную массу 15,2 %, теплоту сгорания низшую на рабочее состояние 6050 ккал/кг.
3
Брикет, сжигаемый в топочном пространстве с принудительной подачей воздуха 5 м/ч, горит в течение 5,0 ч.
t
r
Пример 4. Брикет изготавливают в соответствии с примером 1, но в качестве связующего используют 30 % масс. мелассы (патоки свекловичной), 0,2 % масс. бентонита в качестве минеральной добавки, а сформированный брикет подвергают термической сушке в сушильном шкафу при температуре 80°С до влаги общей (W) не более 12 %.
Полученный брикет имеет характерный размер 30 мм, прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 не менее 95 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 21289 не менее 92 %, влагу общую не более 12 %, зольность на сухую массу 6,3 %, выход летучих на сухую беззольную массу 15,9 %, теплоту сгорания низшую на рабочее состояние 6000 ккал/кг.
3
Брикет, сжигаемый в топочном пространстве с принудительной подачей воздуха 5 м/ч, горит в течение 6,0 ч.
t
r
Пример 5.Брикет изготавливают в соответствии с примером 1, но в качестве связующего используют 25 % масс. мелассы (патоки свекловичной), 0,2 % масс. алевролита в качестве минеральной добавки и 2,0 % масс. воды технической с температурой 1–99°С и подвергают термической сушке в сушильном шкафу при температуре 160°С до влаги общей (W) не более 12 %.
Полученный брикет имеет характерный размер 30 мм, прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 не менее 98 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 21289 не менее 96 %, влагу общую не более 12 %, зольность на сухую массу 5,9 %, выход летучих на сухую беззольную массу 15,1 %, теплоту сгорания низшую на рабочее состояние 6050 ккал/кг.
3
Брикет, сжигаемый в топочном пространстве с принудительной подачей воздуха 5 м/ч, горит в течение 5,0 ч.
Таким образом, способ по изобретению позволяет получить брикеты бездымного бытового топлива с пониженной зольностью, а также уменьшенным по  сравнению с ближайшим аналогом периодом сгорания в топочном устройстве, что повышает мощность топочного устройства и позволяет быстрее производить обогрев помещения.