топливный брикет и способы получения брикетов (варианты)

Формула изобретения

1. Топливный брикет на основе термообработанной смеси измельченного углеродного топлива и связующего - лигносульфоната или мелассы и остатка нефтепереработки, отличающийся тем, что в качестве остатка нефтепереработки он содержит нефтяную спекающую добавку с температурой размягчения 140-170 или > 250^oС при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Нефтяная спекающая добавка - 1 - 10

Лигносульфонат или меласса - 1 - 10

Углеродное топливо, выбранное из угля, кокса, отходов углеродных электродов или их смесей - До 100

2. Способ получения брикетов по п. 1, включающий смешивание измельченного углеродного топлива, выбранного из угля, кокса, отходов углеродных электродов или их смесей, со связующим - лигносульфонатом или мелассой 1-10 мас. % и остатком нефтепереработки, брикетирование смеси, термообработку брикетов и последующее охлаждение брикетов, отличающийся тем, что в качестве остатка нефтепереработки используют 1-10 мас. % порошка нефтяной спекающей добавки с температурой размягчения 140-170 или > 250^oС, смешивают ее с измельченным углеродным топливом перед смешением с лигносульфонатом или мелассой, брикетируют смесь при 30-60 МПа и термообработку брикетов ведут при температуре на 5-10^oС выше температуры размягчения нефтяной спекающей добавки.

3. Способ получения брикетов по п. 1, включающий нагрев измельченного углеродного топлива, выбранного из угля, кокса, отходов углеродных электродов или их смесей, смешивание нагретого углеродного топлива со связующим - лигносульфонатом или мелассой 1-10 мас. % и остатком нефтепереработки, брикетирование смеси и последующее охлаждение брикетов, отличающийся тем, что в качестве остатка нефтепереработки используют 1-10 мас. %, порошка нефтяной спекающей добавки с температурой размягчения 140-170 или > 250^oС, нагревают измельченное углеродное топливо до температуры выше на 5-10^oС температуры размягчения нефтяной спекающей добавки, брикетируют нагретую смесь при 30-60 МПа.

4. Способ по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что охлаждают горячие брикеты путем перемешивания их с исходным измельченным углеродным топливом с последующим разделением брикетов и измельченного углеродного топлива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства брикетированного топлива и может быть использовано для коммунально-бытовых нужд, в металлургической и химической промышленности (при производстве чугуна, стали, цветных металлов, ферросплавов, фосфора, карбида кальция и др.).

Известен топливный брикет, включающий в мас.%: мелассу 4-10, кубовые остатки нефтепереработки с температурой плавления 50-70^oС 0,2-0,7 и углеродное топливо из группы: угольная мелочь, угольный шлам, антрацитовый штыб или их смеси до 100 (RU 2149889, С 10 L 5/16, 27.05.2000).

Недостатком известного состава брикета является то, что брикеты имеют недостаточную водостойкость и довольно значительно снижают механическую прочность после нагревания их в инертной среде при температуре >500^oС. Эти недостатки увеличивают затраты на хранение брикетов и ограничивают применение их в химической промышленности.

Известен способ получения брикетированного топлива, включающий нагрев измельченного углеродного топлива, выбранного из антрацита, угольной мелочи, угольного кокса при температуре не более 120^oС, смешение его в закрытом аппарате с 5-30 мас.% жидкого лигносульфоната, в который может быть добавлено 0,1-1 мас.% нефтяного дегтя, прессование смеси с влажностью 2,5-6% в брикеты, нагрев брикетов при 200-400^oС (GB 1047449, C 10 L 5/20, 02.11.1966). Полученные брикеты обладают низкой дымностью и хорошей термоустойчивостью. Недостатками этого брикета являются недостаточно высокая влагостойкость и заметное снижение их механической прочности после нагрева в инертной среде при температуре >500^oС, что повышает затраты на хранение брикетов и не позволяет эффективно их применять в металлургических процессах.

Известен способ получения топливных брикетов, включающий смешивание измельченного топлива, выбранного из угля, антрацитового штыба, полукокса или коксовой мелочи с 2-6 мас.% порошка нефтяной спекающей добавки (высокоплавкого асфальтового концентрата, получаемого на третьей стадии деасфальтизации гудронов) с температурой размягчения 180-250^oС, введение в смесь 4-7 мас.% связующего - низко- или среднеплавкого нефтяного остатка, термообработку смеси при 50-70^oС в течение 20-30 минут и последующее брикетирование смеси (SU 261364, С 10 L 5/10, 13.01.1970).

Известный способ обеспечивает получение сырых брикетов и коксобрикетов с повышенной механической прочностью при истирании в барабане. Недостатками известных брикетов и способа являются недостаточная влагостойкость брикетов и недостаточная их механическая прочность после нагрева в инертной среде при температуре >500^oС. Эти недостатки увеличивают затраты на хранение и транспорт брикетов.

Наиболее близким является топливный брикет на основе термообработанной смеси, включающий в мас.%: связующее - лигносульфонат или мелассу 2-7, остаток нефтепереработки (нефтешлам, отработанное машинное масло, парафиновый гач) 1-6 при общем содержании связующего 10-32 и измельченное углеродное топливо, выбранное из коксовой, угольной мелочи, угольного шлама или их смеси до 100.

Способ получения топливных брикетов включает смешение измельченного углеродного топлива, выбранного из коксовой или угольной мелочи, угольного шлама или их смеси со связующим - лигносульфонатом или мелассой и остатком нефтепереработки при содержании связующего 10-32 мас.%, брикетирование смеси при 1-30 МПа, термообработку (сушку) брикетов при температуре <300С и последующее охлаждение брикетов (RU 2130047, С 10 L 5/02, 10.05.1999).

Недостатком известного состава брикетов и способа их получения является то, что брикеты имеют недостаточную водостойкость, что повышает затраты на их хранение и транспорт, и недостаточную механическую прочность после нагрева их в инертной среде при температуре >500^oС, что ограничивает их эффективное применение в химии и металлургии.

Задачей изобретения является получение брикетов с повышенной водостойкостью и механической прочностью, сохраняемой после нагрева брикетов при температуре более 500^oС.

Поставленная задача достигается тем, что предложен топливный брикет на основе термообработанной смеси, включающей, мас.%: нефтяную спекающую добавку с температурой размягчения 140-170 или >250^oС 1-10, лигносульфонат или мелассу 1-10 и измельченное углеродное топливо, выбранное из угля, кокса, отходов углеродных электродов или их смесей до 100.

Поставленная задача достигается также двумя вариантами способов получения предложенного состава топливных брикетов. По первому варианту способ получения топливных брикетов включает смешивание измельченного углеродного топлива, выбранного из угля, кокса, отходов углеродных электродов или их смесей, с порошком нефтяной спекающей добавки с температурой размягчения 140-170 или >250^oС 1-10 мас.% и со связующим - лигносульфонатом или мелассой 1-10 мас.%, брикетирование смеси при 30-60 МПа, термообработку брикетов при температуре выше на 5-10^oС температуры размягчения нефтяной спекающей добавки и последующее охлаждение брикетов.

По второму варианту способ получения топливных брикетов включает нагрев измельченного углеродного топлива, выбранного из угля, кокса, отходов угольных электродов или их смесей, до температуры выше на 5-10^oС температуры размягчения нефтяной спекающей добавки, смешивание нагретого топлива со связующим - лигносульфонатом или мелассой 1-10 мас.% и с порошком нефтяной спекающей добавки с температурой размягчения 140-170^oС и более 250^oС 1-10 мас.%, брикетирование нагретой смеси при 30-60 МПа и последующее охлаждение брикетов; охлаждение брикетов может осуществляться путем перемешивания их с исходным измельченным углеродным топливом с последующим разделением брикетов и измельченного углеродного топлива.

Когда смесь из измельченного углеродного топлива и нефтяной спекающей добавки (НСД) с лигносульфонатом или мелассой разогреваются до температуры на 5-10^oС выше температуры размягчения нефтяной спекающей добавки, то нефтяная спекающая добавка становится подвижной, вода, содержащаяся в лигносульфонате или мелассе, частично испаряется, появляются начальные признаки их пиролиза и получается текучая высокоадгезивная смесь, которая, с одной стороны, хорошо распределяется между поверхностями частиц углеродного топлива и создает с ними после охлаждения механически прочный, водостойкий брикет. С другой стороны, при нагреве именно такого брикета при температуре более 500^oС в инертной среде происходит окончательное испарение воды из лигносульфоната или мелассы и их совместный пиролиз с нефтяной спекающей добавкой и спекание с углеродным топливом. Это приводит к сохранению высокой прочности брикета при нагревании до температуры более 500^oС в инертной среде.

В предложенном брикете и способах получения топливных брикетов использована нефтяная спекающая добавка в виде порошка с температурой размягчения по КИШ 140-170^oС или >250^oС, свойства которой описаны в А.И. Ольфер, Ю.И. Нешин и др. "Промышленные коксования угольной шихты пониженной спекаемости с нефтяной спекающей добавкой НСД-2, ж. "Кокс и химия", М., 1990, 10, с. 10-12; Ю. С. Васильев, И. Д. Дроздник и др., Применение нефтяных спекающихся добавок в шихтах для коксования, ж. "Кокс и химия", М., 1989, 12, с. 4-6.

Нефтяная спекающая добавка с температурой размягчения по КИШ 140-170^oС позволяет получить водостойкие брикеты с достаточной механической прочностью при сжигании их на колосниковых решетках топок, то есть при использовании брикетов для бытовых и коммунальных нужд. При изготовлении таких брикетов затрачивается сравнительно небольшое количество тепла, что снижает затраты на их изготовление. Нефтяная спекающая добавка с температурой размягчения по КИШ >250^oС, хотя и обусловит сравнительно большие затраты тепла, но при этом позволяет получать водостойкие, сохраняющие высокую механическую прочность брикеты при нагреве их при температуре более 500^oС в инертной среде. Именно это свойство брикетов позволяет эффективно их использовать в доменном, ферросплавном производстве, при изготовлении фосфора и карбида кальция.

Используют компоненты со следующими характеристиками:

Нефтяная спекающая добавка (НСД): ситовый состав 0-2 мм, влага рабочая 8-10%, зольность 0,8-3%, сернистость 2-2,67%, выход летучих веществ 20-35%, спекающая способность по Рога 23-41 ед., температура размягчения по КИШ 140-170^oС или более 250^oС.

Угольная мелочь: ситовый состав 0-8 мм, влага рабочая 8-16%, зольность 8-30%, сернистость 0,3-2%, выход летучих веществ 0,5-45%, теплотворная способность 1500-8000 ккал/кг.

Отходы производства углеродных электродов: ситовый состав 0-8 мм, влага 2-15%, зольность 0,9-28%, содержание углерода 60-97%, выход летучих веществ 0,1-8%, теплотворная способность 7000-7800 ккал/кг.

Коксовая мелочь: ситовый состав 0-8 мм, влага рабочая 5-20%, зольность 7-20%, сернистость 0,3-2%, выход летучих веществ 0,5-7%, теплотворная способность 6200-7000 ккал/кг.

Лигносульфонат на натриевом, калиевом и амониевом основании: концентрация сухого вещества 40-55%, объемная масса 1,08-1,27 т/м³.

Меласса - отход производства сахара: концентрация сухого вещества 30-52%, объемная масса 1,08-1,26 т/м³.

Вариант 1

Пример 1. Используют следующие компоненты: угольную мелочь с влажностью 10% 94,7 кг, НСД с влажностью 10% и температурой размягчения по КИШ 140^oС 1кг, лигносульфонат с концентрацией сухих веществ 40% 43 кг. Угольную мелочь и порошок НСД предварительно перемешивают, для чего дозировано подают в приемную воронку, находящуюся у входного торца двухвального смесителя непрерывного действия, а лигносульфонат в виде брызг подают во вторую приемную воронку, находящуюся на 1/4 длины от входного торца смесителя, при этом происходит перемешивание смеси угольной мелочи и НСД с лигносульфонатом. Полученную смесь с температурой окружающей среды из смесителя подают на вальцевый пресс, где ее при 30 МПа брикетируют, а брикеты подают в термокамеру, где производят их термообработку при 150^oС в течение 60 мин (это на 10^oС выше температуры размягчения НСД), горячие брикеты охлаждают при температуре окружающего воздуха в бункере. Полученные брикеты в виде круглой линзы диаметром 40,5 мм и высотой 26-32 мм имеют влажность 1%, высокую водостойкость (не снижается механическая прочность при замачивании брикетов в воде на 48 ч), теплотворную способность 6500 ккал/кг, термопрочность, которая характеризуется высокой механической прочностью на сбрасывание (86-90%) после прокаливания брикетов без доступа воздуха при 600^oС в течение 30 мин (это более чем на 18% выше, чем в известном способе). Брикеты содержат компоненты в следующем соотношении, мас.%: нефтяная спекающая добавка 1; лигносульфонат 2; угольная мелочь 97.

Пример 2. По примеру 1, но вместо лигносульфоната используется меласса. При этом получают брикет, по форме, размерам и свойствам аналогичный полученному в примере 1, со следующим соотношением компонентов, мас.%: нефтяная спекающая добавка 1; меласса 2; угольная мелочь 97.

Пример 3. Используют следующие компоненты: коксовую мелочь с влажностью 20% 76,8 кг, НСД с влажностью 10% 8,7 кг и температурой размягчения по КИШ 340^oС, лигносульфонат с концентрацией сухих веществ 55% 14,5 кг. Коксовую мелочь и порошок НСД предварительно смешивают, для чего их дозировано подают в приемную воронку, находящуюся у входного торца двухвального смесителя непрерывного действия, а лигносульфонат в виде брызг подают во вторую приемную воронку, находящуюся на 1/4 длины от входного торца смесителя. Полученную смесь из смесителя при температуре окружающей среды подают на вальцевый пресс, где ее брикетируют при 60 МПа, и брикеты подают в термокамеру, где проводят их термообработку при 350^oС (на 10^oС выше температуры размягчения НСД) в течение 15 мин. Горячие брикеты охлаждают при температуре окружающей среды. Полученные брикеты в виде круглой линзы диаметром 40,5 мм и высотой 26-32 мм имеют влажность 1%, водостойкость (не снижается механическая прочность брикетов после замачивания в воде в течение 48 ч), теплотворную способность 6300 ккал/кг, термопрочность, которая характеризуется высокой механической прочностью на сбрасывание (87-92%) после прокаливания брикетов без доступа воздуха при 600^oС в течение 30 мин (это более чем на 20% больше чем, в известном способе).

Брикеты содержат компоненты в следующем соотношении, мас.%: нефтяная спекающая добавка 10; лигносульфонат 10; коксовая мелочь 80.

Пример 4. По примеру 1, но НСД имеет температуру размягчения 170^oС, вместо лигносульфоната используется меласса, а вместо коксовой мелочи смесь в равном соотношении коксовой мелочи и мелкого отхода углеродных электродов. Термообработку брикетов ведут при 175^oС (на 5^oС выше температуры размягчения НСД) в течение 50 мин. Брикеты по форме, размерам и свойствам аналогичные брикетам из примера 1, содержат компоненты в следующем соотношении, мас.%: нефтяная спекающая добавка 10; меласса 10; смесь мелкого отхода углеродных электродов с коксовой мелочью 80.

Вариант 2.

Пример 5. Используют следующие компоненты: угольную мелочь с влажностью 8% 97,1 кг, лигносульфонат 1,9 кг, НСД с влажностью 8% и температурой размягчения 140^oС 1 кг. Угольную мелочь шнековым питателем подают в вихревую камеру быстрого нагрева, где ее нагревают до 150^oС (на 10^oС выше температуры размягчения НСД), куда также подают теплоноситель в виде дымовых газов с температурой 300-320^oС. Угольную мелочь из вихревой камеры через теплоизолированный циклон подают в теплоизолированный смеситель непрерывного действия. В смеситель питателем-дозатором подают порошок НСД и лигносульфонат, где они перемешиваются в течение 3 мин. Смесь после перемешивания с температурой 130-140^oС подают на вальцевый пресс, где ее брикетируют при 30 МПа. Брикеты, выходящие из пресса, охлаждают в бункере готовых брикетов при температуре окружающего воздуха. Полученные брикеты в виде круглой линзы диаметром 40,5 мм и высотой 26-32 мм имеют влажность 1%, теплотворную способность 6500 ккал/кг; водостойкость (брикеты не снижают механическую прочность после замачивания в воде на 48 ч), термопрочность, которая характеризуется высокой механической прочностью на сбрасывание (88-89%) после нагрева брикетов в инертной среде при 600^oС в течение 30 мин (это выше на 18%, чем в известном способе).

Брикеты содержат компоненты в следующем соотношении, мас.%: лигносульфонат 1; нефтяная спекающая добавка 1; угольная мелочь 98.

Пример 6. Используют следующие компоненты: коксовую мелочь с влажностью 10% 90 кг, НСД с влажностью 10% и температурой размягчения по КИШ 300^oС 10,3 кг и мелассу 9,7 кг. Коксовую мелочь шнековым питателем подают в вихревую камеру быстрого нагрева, куда также подают теплоноситель в виде дымовых газов с температурой 700^oС и за 3 с разогревают коксовую мелочь до 310^oС (на 10^oС выше температуры размягчения НСД). Разогретую коксовую мелочь через теплоизолированный циклон подают в теплоизолированный смеситель непрерывного действия, куда также подают порошок НСД и мелассу. После перемешивания в течение 3 мин смеси ее с температурой 280-300^oС подают на вальцевый пресс, где брикетируют при 40 МПа. Брикеты, выходящие из пресса, охлаждают при температуре окружающей среды. Брикеты в виде круглой линзы диаметром 40,5 мм и высотой 26-32 мм имеют влажность 1%, теплотворную способность 6300 ккал/кг и водостойкость (брикеты не снижают механическую прочность после замачивания в воде на 48 ч) и термопрочность, которая характеризуется высокой механической прочностью брикетов на сбрасывание (88-92%) после прокаливания брикетов без доступа кислорода при 600^oС в течение 30 мин (это на 20% выше, чем в известном способе).

Брикеты содержат компоненты в следующем соотношении, мас.%: меласса 5; нефтяная спекающая добавка 10; коксовая мелочь 85.

Пример 7. По примеру 6, только вместо коксовой мелочи используют мелкие отходы углеродных электродов или их смесь с коксовой мелочью в равном соотношении, а горячие брикеты с температурой 230-250^oС подают в барабанный смеситель, куда также подают ненагретые мелкие отходы углеродных электродов или их смесь с коксовой мелочью. В барабанном смесителе брикеты охлаждают за счет передачи тепла от горячих брикетов к углеродному топливу. После выхода из барабанного смесителя мелкие отходы производства углеродных электродов или их смесь с коксовой мелочью с температурой 80-120^oС отделяют от брикетов на виброрешетке.

Брикеты содержат компоненты в следующем соотношении, мас.%: меласса 5; нефтяная спекающая добавка 10; мелкие отходы углеродных электродов или их смесь с коксовой мелочью 85.

Свойства брикетов аналогичны свойствам брикетов по примеру 6.

В известных способах механическая прочность брикетов снижается уже через 0,5-2 ч их замачивания в воде.

Таким образом, как следует из примеров, повышение водостойкости и термопрочности брикетов достигнуто.