СВЯЗУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ
BINDING COMPOSITION FOR MAKING FUEL BRIQUETTES

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для брикетирования мелкодисперсных фракций бурого угля с использованием в качестве связующего гудрона, модифицированного активированным озерным сапропелем.
-3
-1
Известен способ получения топливных брикетов, включающий приготовление смеси измельченного угля с нефтяным асфальтитом (8-10 мас.%), механическую обработку в роторном дезинтеграторе при скорости вращения рабочих органов (16-18)·10 мин в течение 3-6 секунд и последующее брикетирование смеси при нагреве (Патент РФ №2064006 «Способ получения топливных брикетов». Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский) [1].
Недостатком известного способа являются сложность технологии подготовки исходного сырья - обезвоживание угля по методу Флейснера, использование высоких температур при прессовании, низкие значения прочности при сжатии получаемых брикетов.
Наиболее близким к предлагаемому по технологической сущности является способ брикетирования угля, включающий измельчение угля, смешение со связующим, в качестве которого используют модифицированный высушенным озерным сапропелем гудрон, прессование и термообработку (Патент РФ №2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля». Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.Н.Попов, Л.Я.Морова) [2].
Недостатком этого способа является незначительная прочность получаемых брикетов.
Целью изобретения является получение топливных брикетов с повышенными значениями прочности при сжатии.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве связующего предлагается использовать гудрон, модифицированный добавкой механоактивированного озерного сапропеля.
Гудрон - тяжелый нефтяной остаток после отгона бензинодизельмасляных дистиллятов, представляющий собой черную смолистую массу. Основные составные части гудрона - масла, не отогнавшиеся при перегонке нефти, нефтяные смолы, твердые асфальтообразные вещества (асфальтены, карбены, карбоиды), смолистые вещества кислотного характера.
Гудрон получен путем отгонки 40% масел от мазута при Т=350-370°С, давлении Р=0,6-0,8 атм, в течение 4-5 часов и имеет следующие свойства и состав (табл.1).
Таблица 1
Физико-химические свойства гудрона
Параметры
Значение
Плотность при 20°С, кг/м
941,1
Вязкость условная при 80°С, усл. градус
23,3
Массовая доля смол силикагелевых, %
18,4
Массовая доля асфальтенов, %
6.2
Масла, %
75,44
Массовая доля парафина, %
0,88
Коксуемость, мас.%
10,82
Температура вспышки в открытом тигле, °С
227,5
Температура застывания, °С
2
Зольность, %
0,15
Элементный состав, массовая доля
- С
85,0
- Н
13,6
- N
0,5
- S<sub>общ</sub>
0,74
- О
0,16
Избыточное содержание в гудроне остаточных масел (до 75,44%) отрицательно сказывается на его адгезионных свойствах и снижает значения прочности при сжатии топливных брикетов.
С целью ускорения процессов окисления и улучшения адгезионной способности системы «уголь-связующее» предлагается введение в гудрон в качестве структурно-активной добавки активированного озерного сапропеля.
Сапропели - донные отложения озер, сложные органоминеральные комплексы веществ, формирующиеся в результате биологических, микробиологических и механических процессов из остатков растительных и животных организмов и привносимых в водоемы органических и минеральных примесей [3]. Предпосылкой использования дисперсного органоминерального материала в качестве модифицирующей добавки при наполнении связующего вещества, помимо обширной сырьевой базы и дешевизны, явились его уникальные свойства, вызванные его повышенной геометрической удельной поверхностью, высокой сорбционной способностью масел гудрона и каталитической способностью [4, 5].
Сапропель перед смешением с нефтяным связующим высушивался при 110°С для удаления части остаточной воды и подвергался механической активации на планетарной мельнице АГО-2 с частотой вращения водила 630 об/мин и барабана 1290 об/мин в течение двух минут для диспергирования и повышения адсорбционной способности.
Изучение текстурных характеристик сапропелей показывает, что активированный сапропель характеризуется меньшим размером частиц, повышенной удельной геометрической поверхностью, а также увеличенным количеством пор, о чем можно судить по увеличению удельного объема пор по сравнению с неактивированным сапропелем (табл.2).
Таблица 2
Текстурные характеристики сапропелей
Показатели
Неактивированный сапропель
Активированный сапропель
Удельный объем пор, см<sup>3</sup>/г
0,002
0,012
Удельная геометрическая поверхность, м<sup>2</sup>/г
1,257
7,256
Исследования дисперсности наполнителей показывают, что если размер индивидуальных частиц сапропелей до активации составляет >180 мкм, то после обработки в планетарной мельнице он снижается на два порядка.
Таким образом, исследования показали, что механоактивация приводит к усилению адсорбционных свойств и увеличению дисперсности сапропелей.
Состав для брикетированного топлива готовят следующим образом.
Высушенную при 110°С и фракционированную угольную мелочь (размер частиц 0-2,5 мм) и модифицированный механоактивированным сапропелем гудрон смешивают в заявляемых отношениях при температуре 90°С. Затем полученную смесь прессуют при давлении 150 МПа, готовый брикет подвергают термообработке при 230°С в течение 180 мин. Исследуемые образцы - таблетки диаметром 25,0 мм и высотой 10,0 мм испытывали на прочность при сжатии, зольность, выход летучих веществ, общее содержание серы на сухое состояние топлива, общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, водопоглощение, высшую теплоту сгорания на сухое беззольное состояние топлива, низшую теплоту сгорания на рабочее состояние топлива.
В табл.3 представлены технические характеристики буроугольных брикетов известных составов №1, 2 [6], предлагаемого состава №4 и прототипа №3.
Как следует из сопоставительного анализа технических характеристик брикетированного топлива, прочность при сжатии брикетов предложенного состава выше более чем в два раза, зольность и содержание серы ниже в 1,3 раза по сравнению с брикетами известных составов и прототипа.
Остальные показатели находятся на уровне показателей известных составов и прототипа.
Таблица 3
№
Состав
σ<sub>сж</sub>, МПа
A<sup>d</sup>, %
V<sup>daf</sup>, %
S<sup>d</sup> <sub>t</sub>, %
H<sup>a</sup>, %
Дым-ть, %
W, %
W<sup>a</sup>, %
Q<sup>daf</sup> <sub>s</sub>, ккал/кг
Q<sup>r</sup> <sub>i</sub>, ккал/кг
1
Уголь + битум
11,83
15,60
46,60
0,39
3,91
113
1,86
5,20
6964
5339
2
Уголь + гудрон
6,12
16,00
45,80
0,33
3,81
108
2,10
5,67
6673
4761
3
Уголь + гудрон + сапропель (прототип)
12,13
18,40
49,00
0,53
3,56
110
2,15
5,93
6840
5030
4
Уголь + гудрон + активированный сапропель
25,12
14,2
48
0,42
3,59
125
1,96
4,8
6824
5033
σ<sub>сж</sub> - предел прочности при сжатии, МПа; A<sup>d</sup> - зольность на сухое состояние топлива, %; V<sup>daf</sup> - выход летучих веществ, %; S<sup>d</sup> <sub>t</sub> - общее содержание серы на сухое состояние топлива, %; Н<sup>а</sup> - общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, %; W - водопоглощение, %; W<sup>a</sup> - массовая доля влаги на воздушно-сухое состояние топлива, %; Q<sup>daf</sup> <sub>s</sub> - высшая теплота сгорания на сухое беззольное состояние топлива, ккал/кг; Q<sup>r</sup> <sub>i</sub> - низшая теплота сгорания на рабочее состояние топлива, ккал/кг.
Источники информации
1. Патент РФ №2064006 «Способ получения топливных брикетов». Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский.
2. Патент РФ №2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля». Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.Н.Попов, Л.Я.Морова (прототип).
3. Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Сапропели: состав, свойства, применение. - М.: Рома, 1998. - 124 с.
4. Мярикянов М.И., Степанов Г.Н., Егорова М.С. Сапропели озер Большая Чабыда, Краденое и пути их использования в сельском хозяйстве. - Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1991. - 88 с.
5. Методические указания по использованию сапропелей озер Центральной Якутии в сельском хозяйстве. - Якутск: ЯФ СО РАН, 1985, - 24 с.
6. Николаева Л.А., Буренина О.Н., Латышев В.Г. Рациональное использование отходов угледобычи Кангаласского угольного разреза PC (Я). - Вестник Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, Т.13, №3, СПб - Чита, 2008. С.14-16.