способ получения угольных брикетов

Формула изобретения

1. Способ получения угольных брикетов, включающий смешение нагретого битуминозного связующего с 1-5 мас. воды, подачу смеси битуминозного связующего с водой в измельченный уголь при перемешивании и последующее брикетирование, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности брикетов, в измельченный уголь подают смесь битуминозного связующего с водой в виде эмульсии с температурой 140-250°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед смешением с водой в нагретое битуминозное связующее вводят 0,1-5 мас. стабилизатора эмульсии.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве стабилизатора эмульсии используют стеарат кальция.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технологии брикетирования угля и может быть использовано при получении брикетов для коксования и топливных брикетов.

Известен способ получения брикетов, включающий нагревание битуминозного связующего до температуры, на 80-130^oС превышающей температуру размягчения связующего, нагревание угля водяным паром до 90-95^oС, подачу нагретого связующего во влажный нагретый уголь, смешивание и брикетирование. При попадании нагретого связующего на поверхность влажного угля поверхностная влага испаряется и вспенивает связующее, что приводит к увеличению прочности брикетов и снижению расхода связующего /1/.

Однако способ требует значительных энергозатрат на нагревание угля паром до 90-95^oС. Способ не может быть использован для брикетирования маловлажных (до 16% влаги) и сухих углей. Кроме того, вода в известном способе попадает в связующее неравномерно, а связующее за время смешивания с водой остывает за счет контакта с большей массой угля, имеющего более низкую температуру. Это приводит к неполному и неконтролируемому вспениванию связующего, в результате чего получаются брикеты нестабильного качества.

Известен способ получения брикетов, по которому связующее нагревают водяным паром, вызывающим образование эмульсии и вспенивание связующего, и в таком виде его подают в уголь, смешивают и брикетируют /2/. Некоторое увеличение объема связующего за счет вспенивания и эмульгирования позволяет повысить прочность брикетов. Но снижения расхода связующего не достигается, т. к. нагревание связующего паром в условиях известного способа вызывает лишь незначительное вспенивание связующего. Причины этого в следующем: во-первых, пропускание пара через связующее не вызывает образование пены. Вспенивание связующего в условиях известного способа может вызвать лишь вода, образовавшаяся в результате конденсации пара. Во-вторых, для образования даже незначительного количества пены содержание воды в связующем должно быть не менее 0,5% мас. Температура связующего для обеспечения интенсивного конденсатообразования должна быть достаточно низкой, но в тоже время обеспечивать его текучесть (перекачиваемость). Нефтяные связующие приобретают необходимую текучесть при температурах 120^oС, поэтому не могут быть использованы в известном способе. В-третьих, вспенивание практически не наблюдается при температурах, меньших 115-120^oС, а связующее не удается надеть выше этой температуры, пока не испарится основная масса воды. Указанные условия являются взаимоисключающими, поэтому в известном способе вспенивание связующего может быть лишь незначительным.

Наиболее близким техническим решением является способ, включающий нагревание битуминозного связующего до 160-250^oС, введение в него 1-5 мас. воды, смешивание воды с нагретым связующим с вспениванием его в результате испарения воды, подачу вспененной смеси в измельченный уголь при смешивании в брикетирование.

Использование вспененного связующего позволяет равномерно распределять связующее по угольным частицам тонким слоем, за счет чего снижается расход связующего /3/.

Недостатком известного способа является преждевременное (до завершения смешивания с углем) разрушение пены битуминозного связующего, что ведет к снижению прочности брикетов. Преждевременное разрушение пены происходит, во-первых, вследствие малого времени жизни таких пен, а, во-вторых, в результате "гашения" пены, попадающей на уголь.

Целью предлагаемого способа является повышение прочности брикетов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения угольных брикетов, включающем нагревание битуминозного связующего, введение в нагретое связующее воды в количестве 1-5 мас. смешивание их с образованием эмульсии, подачу смеси связующего с водой в измельченный уголь, смешивание и брикетирование, в измельченный уголь подают смесь связующего с водой в виде эмульсии с температурой 140-250^oС, а в связующее перед смешиванием с водой вводят стабилизатор эмульсии стеарат кальция.

Введение в уголь невспененной смеси связующего с водой (эмульсии) с температурой 140-250^oС приводит к тому, что вспенивание происходит в угольной массе. В результате этого одновременно с увеличением объема связующего происходит проникновение связующего между угольными частицами. Поэтому смешивание угля со связующим улучшается по сравнению с известным способом за счет более полного использования эффекта вспенивания.

Подача в уголь невспененной cмеси связующего с водой возможна потому, что немедленного вспенивания связующего после введения в него воды не происходит, т. к. на нагревание воды и ее испарение требуется время. Если это время превышает суммарное время смешивания воды со связующими и подачи смеси в уголь, то в уголь будет подаваться еще невспененная смесь (эмульсия).

Чтобы обеспечить это условие, быстро и интенсивно смешивают связующее с водой, а затем столь же быстро (для того, чтобы не началось вспенивание) подают полученную смесь в уголь. Смешивание должно быть интенсивным для того, чтобы равномерно распределить воду в связующем мельчайшими каплями до ее попадания на уголь. Такое диспергирование воды обеспечивает затем одновременное и интенсивное вспенивание связующего на угле.

Для предотвращения преждевременного вспенивания связующего в него добавляют стабилизатор эмульсии в количестве 0,1-5,0% мас. Наиболее подходящими стабилизаторами для эмульсии данного типа (вода в масле) могут быть соли многовалентных металлов и жирных или нефтеновых кислот.

Использование холодной воды также замедляет разрушение эмульсии, поскольку требуется дополнительное время на подогрев воды до температуры испарения.

Преждевременное вспенивание связующего может быть устранено путем снижения его температуры (но не ниже 140^oС).

Повышение температуры эмульсии выше 250^oС приведет к преждевременному вспениванию связующего, снижению времени жизни пены и, соответственно, снижению качества брикетов.

Стабилизатор, концентрируясь на поверхностях раздела и снижая поверхностное напряжение, повышает таким образом устойчивость эмульсии, а следовательно, и качество брикетов.

Следовательно, меняя температуру связующего и воды, скорость подачи эмульсии, вводя стабилизаторы, можно регулировать время начала вспенивания таким образом, чтобы оно происходило на угле.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

Анализ известных технических решений, применяемых в технологии брикетирования, показал, что известно введение в уголь нагретого связующего (180- 250^oС) с последующим его вспениванием /1/ и подача в уголь нагретой эмульсии вода в связующем /2/.

Однако введение нагретого связующего в измельченный уголь в известном способе /1/ не обеспечивает равномерного и полного вспенивания связующего, особенно в случае сухих (отсутствие вспенивания) и маловлажных углей, в отличие от заявляемого, который эти свойства обеспечивает. Подача в уголь нагретой эмульсии в известном способе /2/ не приводит к вспениванию связующего в угле, т. к. температура эмульсии недостаточна для его вспенивания.

Для экспериментальной проверки заявляемого способа было проведено брикетирование угольной шихты на установке, представленной на чертеже, состоящей из баков для связующего 1 и воды 2, баллонов с азотом 3, смесителя воды со связующим 4, смесителя шихты со связующим 5, снабженного перемешивающим устройством (30 об/мин) и валкового пресса 6 производительностью 2 т/час, контейнера 7 для брикетов. Бак 1, смесители 4 и 5 и трубопроводы связующего снабжены электрообогревом.

Связующее, разогретое до жидкотекучего состояния, заливали в бак 1, где нагревали его до нужной температуры (140-250^oС) и подавали в смеситель 4 на смешивание с водой.

Одновременно в смеситель 4 подавали воду (4% мас. по отношению к связующему). Перемешивание в смесительном устройстве осуществляется за счет закручивания движущегося потока жидкости.

Опыты по известному способу проводили, дополнив смесительное устройство камерой, которая замедляет движение связующего, в результате чего оно вспенивается и подается в измельчительный уголь в виде пены.

Связующее и воду из баков 1 и 2 подавали в смесительное устройство с помощью давления, создаваемого азотом из баллонов 3. Полученную смесь воды со связующим (эмульсию или пену) непрерывно подавали в смеситель 5 с непрерывно перемешиваемой, подогретой до 602^oС с угольной шихтой. Время перемешивания шихты со связующим с момента начала подачи связующего (эмульсии или пены) составляло 5 мин. Расход связующего от 0,05 до 0,12 кг/сек. Изменение расхода связующего осуществлялось изменением давления нагнетания, причем минимально необходимым давлением является 0,2 МПа.

В качестве исходного сырья использовали угольную шихту марочного состава: Г17-15,2% Ж-17,6% К-33,6% К2-13,6% СС-20% с содержанием класса 0-3 мм 802% Теханализ шихты: W^p 6% А^d 9,6% V^daf 25%

В качестве связующего использовали окисленные асфальты деасфальтизации гудрона пропаном (Брикетин-1) с температурой размягчения 44^oC и каменноугольный мягкий пек с температурой размягчения 38^oС. Кратность пен нефтяного связующего в условиях примеров 1-2 составляла 8-10, а время полураспада 20-30 сек. Кратность пены каменноугольного связующего в условиях параметра 3 составляла 12-14, время полураспада 40-60 сек.

В опытах по известному и заявляемому способу расход связующего был постоянным и составлял 5 мас. (0,05 кг на 1 кг шихты).

Давление прессования также было постоянным и составляло 200 кг/см₂ ( 20 МПа). Брикеты имели подушкообразную форму с размером стороны 554545 см, масса брикета 57 г. Полученные брикеты подвергали испытанию на прочность (сжатие и сбрасывание, ГОСТ-21289-75), определяли их кажущийся удельный вес, влажность и теплоту сгорания.

Пример 1 (известный способ). 50 кг шихты загружали в смеситель, нагревали до 602^oC и отключали нагрев. Затем на непрерывно перемешиваемую шихту наносили 2,5 кг нефтяного связующего в виде пены с расходом связующего 0,1-0,12 кг/сек, соотношение вода-связующее (вес.) составляло 1:25 (мас. воды), температура связующего, подаваемого в пеногенератор - 1855^oС, продолжительность подачи пены в смеситель с углем составляла 30 сек. Через 5 мин (после начала подачи связующего в шихту) перемешивание прекращали, смесь охлаждали до 50-55^oС и прессовали на валковом прессе. Полученные брикеты подвергали испытаниям, результаты которых приведены в табл. 1.

Пример 2 (предложенный способ). Предварительно было установлено, что при температуре связующего 1855^oС и расходе связующего (скорости) 0,1-0,12 кг/сек вспенивания связующего в процессе смешивания его с водой и подачи смеси в уголь не происходит. Вспенивание смеси в этом случае наблюдается на угле.

В смеситель загружали 50 кг угольной шихты, нагревали ее до 602^oC и отключали нагрев. Затем на непрерывно перемешиваемую шихту подавали 2,5 кг нефтяного связующего в виде эмульсии с расходом по связующему 0,1-0,12 кг/сек. Соотношение массовое вода-связующее составляло 1:25, температура связующего, подаваемого на смешивание с водой равнялась 1855^oC. Температура эмульсии поддерживалась также на уровне 185^oС. Продолжительность подачи связующего в уголь составляла 30 сек. Через 5 мин. (после начала подачи связующего) перемешивание прекращали, смесь охлаждали до 50-55^oС и прессовали на валковом прессе под давлением 20 МПа. Полученные брикеты подвергали испытаниям, результаты которых приведены в табл. 1.

В проведенных опытах расход связующего составлял также 0,05-0,07 кг/сек, а температура связующего 2005^oC (табл. 2). Кроме того, в связующее перед введением в него воды было добавлено 0,5% мас. стабилизатора эмульсии стеарата кальция, (табл. 2).

В табл. 4 представлены результаты опытов, в которых расход стабилизатора эмульсии (стеарата кальция) меняли от 0,1 до 6% мас. от связующего.

Стеарат кальция добавляли в разогретое связующее перед заливанием последнего в бак 1, тщательно перемешивали, поскольку в баке 1 отсутствует перемешивание.

Пример 3 (предложенный способ). 50 кг угольной шихты загружали в смеситель, нагревали до 602^oС и отключали нагрев, затем в непрерывно перемешиваемую шихту подавали 2,5 мягкого пека в виде эмульсии с расходом 0,1-0,12 кг/сек. Соотношение массовое вода-связующее составляло 1:25, температура эмульсии 1805^oC. Через 5 мин. (после начала подачи эмульсии) перемешивание прекращали, смесь охлаждали до 5-55^oC и прессовали. Полученные брикеты подвергали испытаниям, результаты которых приведены в табл. 3.

В приведенных авторами опытах температуру эмульсии меняли также от 135 до 260^oС (табл. 3).

Приведенные в табл. 1 данные показывают, что брикеты, полученные по заявляемому способу, характеризуются более высокой прочностью и меньшей влажностью чем брикеты, полученные по известному способу.

Данные, приведенные в табл. 2, показывают влияние интенсивности перемешивания и наличия стабилизатора эмульсии на качество образующейся эмульсии, а, следовательно, и качество брикетов.

Данные в табл. 3 иллюстрируют влияние температуры эмульсии на качество получаемых брикетов.

Данные, приведенные в табл. 4, показывают влияние количества вводимого в связующее стабилизатора эмульсии на прочность получаемых по заявляемому способу брикетов.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получать брикеты для доменного производства и топливные брикеты с улучшенными характеристиками.