способ приготовления топливного брикета

Формула изобретения

Способ приготовления топливного брикета, заключающийся в измельчении твердого углеродсодержащего материала, смешивании его с глиной в качестве пластифицирующей добавки и водой, брикетировании готовой смеси, и сушке брикета, отличающийся тем, что смесь дополнительно содержит сухой спирт в качестве модифицирующей добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

твердый углеродсодержащий материал 35-45

глина (пластификатор) 5-10

сухой спирт (модификатор) 10-15

вода остальное,

при этом сначала глину и сухой спирт разводят в воде, полученный раствор добавляют в твердый углеродсодержащий материал, и после перемешивания осуществляют брикетирование с помощью экструдерного пресса, перед сушкой на брикеты наносят покрытие 40%-ного раствора сухого спирта в воде толщиной 1-2 мм, осуществляют сушку при температуре 100-150°С в течение 30 мин, а затем естественное досушивание при температуре окружающей среды не ниже 20°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке измельченных твердых углеродсодержащих материалов в бытовое топливо методом брикетирование с применением неорганических пластифицирующих и модифицирующих добавок и может быть использовано в быту и в промышленности.

Известен топливный брикет (патент РФ №2009180, МПК C10L 5/12, 1994 г., бюл. №5), который состоит из глины в количестве 10-25%, нитрата калия или магния в количестве 5-15% и остальное - каменный уголь. Недостатками такого брикета являются его трудное воспламенение (в основном из-за большего количества глины), относительно высокая стоимость из-за необходимости добавлять металлический магний или алюминий, сложность приготовления шихты (много "разнохарактерных" компонентов).

Известен состав брикетируемого твердого топлива (патент РФ №2205204, МПК C10L 5/02, 2003 г., бюл. №5) используемого для сжигания в топках малых котельных жилищно-коммунального хозяйства и промышленных предприятий, бытовых печах населения и других энергетических установках малой мощности. Брикет содержит 3,0-3,6% полисахарида мелассы; 0,4-0,6% кубовых остатков нефтепереработки; 0,4-1,0% карбидного ила и остальное до 100 - антрацитовой, каменноугольной мелочи, угольного шлама или их смеси. Недостатками такого брикета является сложность правильного соблюдения количества компонентов из-за малопроцентного содержания модифицирующих добавок. Содержание карбидного ила и кубовых остатков нефтепереработки существенно не повлияет на горючие свойства брикета и приведет к повышению содержания вредных компонентов в газовоздушных выбросах при сжигании брикета.

Известен топливный брикет (патент РФ №2009181, МПК C10L 11/04, 1994 г., бюл. №5), который состоит из трех слоев: зажигательного, промежуточного и основного. Зажигательный слой содержит нитрат калия или натрия в количестве 5-25%, нитрат бария или аммония в количестве 15-35%, каменный уголь в количестве 10-30% и древесный уголь или торф до 100%. Промежуточный слой содержит древесный уголь или торф 45-55%, каменный уголь 55-45%. Основной слой состоит из каменного угля. Недостатками такого брикета является сложность изготовления, токсичность (из-за наличия солей бария).

За прототип заявляемого изобретения принимаем топливный брикет и способ его получения (заявка на изобретение №2005111709, 27.10.2006, МПК C10L 5/12, бюл. №30), содержащий смесь в следующем соотношении компонентов, мас.%: катализатор - 1-5, связующее - 3-8, вода - 14-28, остальное уголь, при этом размеры твердотельных компонентов в смеси не превышают 100 мкм. Способ получения топливного брикета осуществляется получением жидкого компонента смешением предварительно измельченного связующего и катализатора с водой температурой 70-90°С и приготовлением смеси в соотношении, мас.%: уголь - 60-90, жидкий компонент 15-35, причем компоненты смеси измельчаются до размеров частиц не более 100 мкм.

Основным недостатком данного брикета является использование дорогостоящего и труднодоступного катализатора (щелочные металлы калия и натрия), повышающего себестоимость брикета, а способ характеризуется сложными технологическими процессами подготовки жидкого компонента (предварительное измельчение и подогрев воды до температуры 70-90°С) и угля (предварительный отжиг без доступа воздуха при температуре не более 1000°С).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, т.е. снижение себестоимости изготовления брикета, упрощение технологического процесса, использование доступных компонентов в составе смеси, а также обеспечение надежности воспламенения и прочности брикетного топлива.

Технический результат достигается тем, что способ приготовления топливного брикета, заключающийся в измельчении твердого углеродсодержащего материала, смешивании его с глиной в качестве пластифицирующей добавки и водой, брикетировании готовой смеси и сушке брикета, отличающийся тем, что смесь дополнительно содержит сухой спирт в качестве модифицирующей добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%

- твердый углеродсодержащий материал - 35-45;

- глина (пластификатор) - 5-10;

- сухой спирт (модификатор) - 10-15;

- остальное вода,

при этом сначала глину и сухой спирт разводят в воде, полученный раствор добавляют в твердый углеродсодержащий материал и после перемешивания осуществляют брикетирование с помощью экструдерного пресса, перед сушкой на брикеты дополнительно наносят покрытие 40%-го раствора сухого спирта в воде толщиной 1-2 мм, осуществляют сушку при температуре 100-150°С в течение 30 мин, а затем естественное досушивание при температуре окружающей среды не ниже 20°С.

Последовательность смешивания компонентов позволяет обеспечить их равномерное распределение по объему брикета и придать ему требуемые характеристики.

Способ осуществляется следующим образом. Предварительно измельченные до фракции 0-3 мм твердый углеродсодержащий материал (угольная мелочь, штыб) влажностью 20-25% в количестве 35-45 мас.% ленточным питателем подают в лопастной смеситель, туда же подается предварительно подготовленный раствор содержащий: глину (5-10 мас.%), сухой спирт (10-15 мас.%) и воду (остальное). При использовании компонентов с высоким естественным содержанием влаги количество воды необходимой для формования должно пропорционально уменьшаться. Перемешивание проводят в течение 15 мин до образования вязкопластичной смеси, пригодной для формования. Далее смесь ленточным питателем подают в приемный бункер экструдерного пресса, где она дополнительно перемешивается. Брикеты, выходящие из пресса, ленточным конвейером отправляют на нанесение внешнего покрытия 40%-ым раствором сухого спирта в воде толщиной 1-2 мм, а затем подают на конвейер ленточной сушилки, где при температуре 120-150°С в течение 30 мин первично упрочняются. Далее брикеты конвейером-сборщиком продукции доставляют на склад.

Термообработка во влажной среде при температуре 120-150°С в конвейерном сушильном агрегате в течение 30 мин позволяет ускоренно упрочнить брикет. На стадии термической обработки сложные флюидные системы перемещаются от центра брикета к периферии, цементируя его скелет за счет адсорбирования вовлеченных в перемещение и растворенных ранее частиц шихты на стенках пор, обезвоживания и кристаллизации. Общее упрочнение брикета наступает в течение двух часов после термообработки. Это позволяет получать брикеты с ровной поверхностью и сопротивлением одноосному сжатию до 20 МПа (20 кг/см²).

Находящаяся в составе брикета модифицирующая добавка - сухой спирт, воспламеняется от поверхностного покрытия, и образует каналы прожига в объеме брикета, и обеспечивает как равномерность, так и скорость процесса горения. Количество сухого спирта меньшее, чем 10% снижает надежность возгорания основного слоя, количество больше, чем 15% удорожает брикет без увеличения надежности воспламенения. Оптимальное содержание модифицирующей добавки отражено на графике.

Выбор в качестве связующего материала глины позволяет обеспечить необходимую пластичность и гомогенность формуемой смеси, а небольшое ее содержание (5-10 мас.%), не влияет на процесс воспламенения и горения брикета. Содержание глины менее чем 5 мас.% не вызывает положительного эффекта пластичности формуемой смеси. А увеличение ее содержания более чем на 10 мас.% придает избыточную пластичность смеси, которая увеличивает время сушки готового брикета и повышает его зольность. Необходимо отметить доступность и низкую стоимость такого связующего материала, что существенно снижает себестоимость брикетного топлива.

Произведенный анализ брикетного топлива (таблица) на прочностные характеристики, качество и количества воспламенений, как основного тела брикета, так и покрытия, в зависимости от содержания пластифицирующих и модифицирующих добавок позволяет сделать вывод об подтверждении оптимального состава смеси и способа приготовления указанного в формуле изобретения.

Кол-во сухого спирта, %	Кол-во глины, %	Кол-во тв. угл.-содерж. мат., %	Кол-во воды, %	Содержание сухого спирта в покрытии, %	Кол-во воспламенений покрытия, раз из 10	Кол-во воспламенений брикета, раз из 10	Прочность на сжатие, кг/см2
7,5	2,5	40	50	30	5	2	15,3
10	5	35	50	35	8	6	17,5
12,5	7,5	30	50	40	10	8	19,1
15	10	25	50	45	10	10	18,4
17,5	12,5	20	50	50	10	10	17,1