способ получения композиционного топлива и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения композиционного топлива, включающий измельчение как минимум одного твердого компонента, смешивание измельченных частиц с как минимум одним жидким компонентом и удаление из полученной смеси балластных включений, отличающийся тем, что измельчение твердого компонента осуществляют приложением к его кускам ударно-скалывающих и/или сдавливающих воздействий, причем перед смешиванием твердого и жидкого компонентов осуществляют кавитационную обработку жидкого компонента.

2. Способ получения композиционного топлива по п.1, отличающийся тем, что измельчение твердого компонента осуществляют до получения фракций размером 25-35 мкм.

3. Установка для получения композиционного топлива, содержащая модуль для измельчения твердого компонента топлива, связанный транспортирующим средством со смесителем твердого и жидкого компонентов топлива, выход которого связан с устройством очистки полученной смеси от балластных включений, связанный с емкостью для хранения и выдачи полученного топлива, отличающаяся тем, что модуль измельчения твердого компонента топлива содержит последовательно установленные устройство дробления для крупного измельчения и устройство ударно-скалывающего или сдавливающего действия для тонкого измельчения твердого компонента, связанное со смесителем, а устройство дробления посредством питателя связано с бункером для загрузки твердого компонента, и установка снабжена кавитатором для кавитационной обработки жидкого компонента, выход которого связан со смесителем.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к топливной энергетике, в частности к технологиям и оборудованию получения топлива для факельного сжигания в котлах, печах, различных энергетических установках, пригодного для трубопроводной транспортировки и позволяющего заменить сухой уголь и мазут.

Известен способ получения жидкого композиционного топлива и устройство гидроударного действия для его осуществления, в котором твердые и жидкие компоненты топлива помещаются в емкости, откуда твердый компонент подают на измельчение, после чего осуществляют смешивание жидкого и твердого компонентов и, в случае необходимости, введение добавок. Полученная в результате смешения твердого и жидкого компонентов суспензия подвергается гидроударному воздействия, в результате которого компоненты суспензии дисперсируются, нагреваются и активируются до образования тонкодиспергированной суспензии, которую подают в резервуар на хранение.

Установка для получения композиционного топлива содержит узел дозирования и подачи жидкого компонента (воды или воды с добавками), узел дозирования и подачи твердого компонента, связанный с устройством тонкого измельчения твердого компонента, выход которого связан с устройством смешивания твердого и жидкого компонентов, а его выход связан с резервуаром хранения композиционного топлива (см. патент РФ №2185244, кл. В02С 21/00, 2002 г.).

В результате анализа данных технических решений необходимо отметить, что они, как и заявленные, предполагают подготовку компонентов топлива, осуществляемую раздельно, смешивание этих компонентов для получения суспензии и воздействие на суспензию для придания ей необходимых параметров.

Однако полученное топливо обладает невысоким сроком сохранения однородности структуры и обладает большим количеством примесей, ограничивающих область его применения.

Известен способ получения водоугольного топлива и технологическая линия для его осуществления, согласно которому осуществляют измельчение твердого компонента угля в молотковой дробилке до фракции не более 10 мм, помол полученного твердого компонента, смешивают с щелочными и стабилизирующими жидкими компонентами (водой) и присадками, деминерализуют полученную смесь, после чего полученную пульпу направляют на гидроклассификатор, где отделяют крупные фракции размером более 800 мкм, которые возвращают в смеситель, после чего топливную смесь повторно направляют в диспергатор тонкого помола, обеспечивающий измельчение твердого компонента до размеров не более 250 мкм, после чего полученное топливо направляют в емкость.

Технологическая линия получения водоугольного топлива выполнена в виде соединенных транспортирующими системами устройства для измельчения твердого компонента до размеров кусков не более 10 мм (молотковая дробилка), на вход которой подают кусковый компонент для его измельчения, выход устройства измельчения связан с кавитационным смесителем, с которым также связаны магистраль подачи жидкого компонента (воды) и добавок, выход смесителя связан с дисперсатором крупного помола твердой фракции, связанного с гидроклассификатором, один выход которого связан гидроциклоном для деминерализации крупного помола, а другой - с диспергатором тонкого помола, выход диспергатора тонкого помола связан с емкостью для хранения полученного водоугольного топлива (см. патент РФ №2249029, кл. C10L 1/32, 2005 г.) - наиболее близкий аналог для заявленного способа и установки.

В результате анализа известных способа и линии получения водоугольного (композиционного) топлива необходимо отметить, что данное топливо обладает низким сроком сохранения его стабильности и неустойчиво против флокуляции.

Задачей настоящей группы изобретений является разработка способа и технологии получения композиционного топлива, имеющего высокую степень очистки от балластных примесей и сохраняющего свои свойства длительное время.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в способе получения композиционного топлива, включающем измельчение как минимум одного твердого компонента, смешивание измельченных частиц с как минимум одним жидким компонентом и удаление из полученной смеси балластных включений, новым является то, что измельчение твердого компонента осуществляют приложением к его кускам ударно-скалывающих и/или сдавливающих воздействий, причем перед смешиванием твердого и жидкого компонентов осуществляют кавитационную обработку жидкого компонента, при этом измельчение твердого компонента осуществляют до получения фракций размером 25-35 мкм.

В установке для получения композиционного топлива, содержащей модуль для измельчения твердого компонента топлива, связанный транспортирующим средством со смесителем твердого и жидкого компонентов топлива, выход которого связан с устройством очистки полученной смеси от балластных включений, связанный с емкостью для хранения и выдачи полученного топлива, новым является то, что установка снабжена кавитатором для кавитационной обработки жидкого компонента, выход которого связан со смесителем, при этом модуль измельчения твердого компонента топлива содержит последовательно установленные устройство дробления для крупного измельчения и устройство ударно-скалывающего или сдавливающего действия для тонкого измельчения твердого компонента, связанное со смесителем, а устройство дробления посредством питателя связано с бункером для загрузки твердого компонента.

В заявленной группе изобретений одно из них предназначено для осуществления другого, а следовательно, единство изобретения считается соблюденным.

При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные решениям заявленной группы изобретений, а следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию охраноспособности «новизна».

Сущность заявленной группы изобретений не следует явным образом из решений, известных из уровня техники, а следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию охраноспособности «изобретательский уровень».

Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления группы изобретений.

Сущность заявленной группы изобретений поясняется графическими материалами, на которых представлена схема установки для получения композиционного топлива.

Способ получения композиционного топлива осуществляют следующим образом.

Первоначально осуществляют подготовку твердого и жидкого компонентов топлива (соответственно угля и воды).

Твердый компонент, представляющий куски угля, загружают в бункер и питателем подают в дробилку, в которой осуществляется измельчение кусков до размеров не боле трех миллиметров, после чего осуществляется размол дробленки, который осуществляют ударно-скалывающими или сдавливающими воздействиями инструментов на угольные частицы, которые разбиваются на фрагменты с деформацией этих частиц.

Деформация проявляется на частицах в форме механических и термических напряжений, электростатических полей.

Кроме того, увеличивается химическая активность на поверхности и в порах частиц.

Увеличение внутренней энергии за счет таких воздействий составляет 10-30% от энергии удара при раскалывании.

Одновременно с подготовкой твердого компонента осуществляется подготовка жидкого компонента путем его кавитационной обработки. Кавитационная обработка жидкого компонента приводит к возникновению в жидкости большого количества высокореакционноспособных радикальных частиц. В случае использования в качестве жидкого компонента воды такими радикалами являются атомы водорода и гидроксильные радикалы по реакции

Н₂О Н⁺OH+e.

Жидкость насыщается молекулами перекиси водорода (Н₃О ₂) и ионами гидроксония (Н₃О ⁺), которые являются мощными окислителями и обеспечивают инициирование и протекание многих химических реакций, в том числе окисление органических компонентов.

После описанной выше подготовки твердого и жидкого компонентов топлива осуществляют их смешивание, в процессе которого при взаимодействии частиц компонентов твердые частицы присоединяют разорванные гидратные радикалы, образуя на своих поверхностях и в порах оболочку, препятствующую коагуляции угольных частиц.

В случае необходимости введения в приготавливаемое топливо присадок их вводят именно на этом этапе приготовления.

В качестве присадок, например, могут быть использованы компоненты, удерживающие в составе получаемой топливной системы деструктурированные молекулы алканов, образующие в жидкости горючие газы, что позволяет получить сатурированную систему с высокой реакционной способностью.

Полученную при смешивании компонентов смесь сепарируют на обогащенную органическими веществами топливную смесь (топливо) и обогащенную минеральными соединениями балластную часть (балласт), которую отводят на утилизацию или переработку.

Полученное топливо собирают в емкости.

Время кавитации воды в стандартном кавитаторе составляет примерно 5 минут, время смешивания компонентов - 6 минут (для стандартных кавитатора и смесителя). Время измельчения твердого компонента может быть различным и зависит от вида используемого оборудования. В данном случае ведется контроль не времени, а размеров измельченных фрагментов.

Соотношение фаз также может быть различным и может диктоваться видом оборудования, сжигающим полученное композиционное топливо, или исходя из заданной теплоты сгорания получаемого топлива.

Так, чтобы обеспечить теплоту сгорания топлива 6000-7000 ккал/кг топлива, содержание твердой фазы в топливе должно составлять 65-70%.

Полученное топливо может быть транспортировано по трубам в заданную точку и сохраняет свои свойства, как минимум, в течение года.

Установка для получения композиционного топлива состоит из бункера 1 для приема твердого компонента топлива (например, кускового угля), выход которого соединен с питателем 2. В качестве питателя может быть использован питатель шнекового типа.

Выход питателя 2 связан с устройством измельчения 3 кускового угля.

Устройство измельчения 3 связано с дезинтегратором 4, в котором осуществляется размол дробленки, полученной в устройстве 3. Работа дезинтегратора основана на применении ударно-скалывающего или сдавливающего действия рабочих органов к фрагментам твердого компонента топлива.

В качестве дезинтегратора может быть использована известная ударно-скалывающая мельница. Устройства 3 и 4 образуют модуль измельчения твердого компонента.

В состав установки входит кавитатор 5 для кавитационной обработки жидкого компонента (воды) композиционного топлива.

Выходы дезинтегратора 4 и кавитатора 5 соединены со входами смесителя (например, быстроходного миксера) 6, предназначенного для смешивания твердого и жидкого компонентов топлива. На смесителе предусмотрен еще один вход, через который в случае необходимости могут быть введены присадки, стабилизирующие полученную смесь (данный вход позицией не обозначен).

Выход смесителя 6 через насос (позицией не обозначен) связан с гидроциклоном 7, имеющим два выхода, один из которых предназначен для отвода балластной пульпы, а другой связан с расходной емкостью 8.

Под связями в настоящей заявке понимаются транспортирующие системы, выполненные, например, в виде транспортеров для перемещения твердого компонента топлива и в виде трубопроводов для жидкого и смешанного. Все устройства и модули установки, транспортирующие системы, их установка, выполнение, эксплуатация являются известными, и нет необходимости в их детальном описании.

Установка для получения композиционного топлива работает следующим образом.

Твердый компонент топлива (на схеме обозначен А), пусть это будет кусковый уголь, загружают в бункер 1, а жидкий (на схеме обозначен Б) - в кавитатор 5.

Из бункера 1 кусковый уголь питателем 2 подается в устройство измельчения 3, где он измельчается до величины фрагментов не более 3 мм (дробленка). Полученная дробленка подается в дезинтегратор 4, ее где размол осуществляется в высокоскоростном дроблении при встречном вращательном движении бил-пальцев, закрепленных на параллельно установленных дисках, приводимых во вращение посредством электроприводов.

Размол дробленки осуществляется при ударно-скалывающих и/или сдавливающих воздействиях раскалывающих инструментов (бил) на фрагменты дробленки. В результате такого воздействия фрагменты дробленки разбиваются на осколки с одновременной деформацией частиц дробленки, которая проявляется в форме механических и термических напряжений, электростатических полей. Кроме того, при осуществлении такого вида измельчения наблюдалось увеличение химической активности на поверхности и в порах частиц. Как показали эксперименты, увеличение внутренней энергии частицы при осуществлении такого вида измельчения составляет от 10 до 30% от энергии удара.

Одновременно с подготовкой твердого компонента топлива в кавитаторе 5 осуществляется кавитационная обработка жидкого компонента, которая приводит к образованию в жидком компоненте большого количества высокореакционноспособных радикальных частиц. При использовании в качестве жидкого компонента воды такими радикалами являются атомы водорода и гидроксильные радикалы в соответствии с реакцией: H₂O H⁺OH+e, в результате чего жидкость насыщается молекулами перекиси водорода (Н₂ О₂) и ионами гидроксония (Н ₃О⁺), которые являются мощными окислителями и могут существовать только в воде, обеспечивая инициирование и протекание многих химических реакций, в том числе окисления всех химических соединений.

Активизированные твердый и жидкий компоненты поступают в смеситель 6, где при их смешивании происходит контакт этих компонентов, в результате чего твердые частицы присоединяют к себе разорванные гидратные радикалы, образуя на поверхности образованного фрагмента топлива и в его порах оболочку, препятствующую коагуляции частиц твердого компонента. В случае необходимости в приготавливаемое топливо вводят добавки (на схеме обозначены Г), стабилизирующие полученную топливную физико-химическую систему.

Полученное топливо насосом подается в гидроциклон 7, где вследствие разности в плотностях органической и минеральной частей при вихревом движении топлива в гидроциклоне происходит сепарация квазижидкой системы на обогащенную органическими веществами топливную часть и обогащенную минеральными веществами балластную часть (на схеме обозначена В), которая отводится из нижней части гидроциклона, а обогащенное топливо поступает в расходную емкость, откуда отводится потребителям (на схеме обозначено Д).

Полученное описанным выше способом топливо по сравнению с топливными смесями аналогичного класса имеет повышенный срок хранения (на 35-45%) и имеет пониженное содержание балластных примесей (на 25-35%).

Были проведены сравнительные испытания полученного топлива с традиционными видами топлива (уголь, мазут, природный газ) по определению вредных выбросов в атмосферу при сжигании.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

Таблица
Вид топлива	Вредные продукты сгорания
	Пыль, сажа	SO 2	NO2
Уголь	100-300	400-800	250-600
Мазут	2-5	40-760	150-750
Природный газ	0,5	-	50-200
Полученное топливо	1-5	100-200	30-100
Полнота сгорания полученного топлива составляет 99,5%.