способ получения брикетов из углеродосодержащих материалов

Формула изобретения

1. Способ получения брикетов из углеродосодержащих материалов, включающий подготовку сырья, загрузку в брикетирующее устройство, брикетирование и сушку брикетов, отличающийся тем, что подготовку сырья осуществляют в дисковом экструдере при температуре 70-100°С и влажности 45-60%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродосодержащих материалов используют торф, и/или растительные отходы, и/или отходы древесины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству брикетированного топлива из углеродосодержащих материалов растительного происхождения, таких как торф, растительные отходы (шелуха подсолнечника, солома, костра льна, шелуха гречихи и грецкого ореха и т.п.), отходы древесины в виде опилок, коры, стружек, щепы, которое может быть использовано в быту и промышленности.

Известные в настоящее время способы получения брикетированного топлива из материалов растительного происхождения (опилки и кора различных пород дерева, шелуха подсолнечника, солома, костра льна, шелуха гречихи и грецкого ореха) включают подготовку сырья, загрузку его в брикетировочное устройство, брикетирование и сушку брикетов [см. Пресс шнековый (экструдер) - оборудование для брикетирования отходов - http://www.kontakt-gas.com/index.php?option=com_content&task=view&id=39&Itemid=5; Линия производства топливных брикетов - http://fire.escalade.com.ua/node/17]. При этом подготовка сырья заключается в предварительной сушке его до влажности 7-12%, для достижения которой используют теплогенератор (котел) на твердом топливе и барабанную сушилку, брикетирование осуществляют в шнековых прессах (экструдерах) под высоким давлением при нагревании от 250 до 360°С. Недостатком указанных способов является высокая энергоемкость и невозможность использования влажных растительных отходов, что приводит к удорожанию готовой продукции. Кроме того, этими способами не перерабатывают торф.

Известен также способ получения топливных брикетов из измельченных растительных отходов (древесно-опиловочная смесь лиственных и хвойных пород) 3,5-15% влажности их продавливанием через формирующий канал под воздействием импульсного давления 25-40 МПа с частотой 35-80 импульсов/мин при нагреве измельченных отходов на входе формирующего канала до 120-160°С и на выходе до 170-250°С при температурном градиенте 0,1-2,8 град/мм по длине формирующего канала [см. а.с. СССР № 1798367, МПК⁵ C10L 5/44, опубл. 28.02.1993]. Недостатком данного способа является высокая энергоемкость, т.к. сырье предварительно надо сушить, а также для его осуществления необходимо специальное устройство, устанавливаемое на 100-тонном фрикционном прессе, к которому подключают четыре группы электронагревателей и термопар, поддерживающих заданный температурный режим, что приводит к удорожанию готовой продукции. При этом данным способом перерабатывают только древесно-опиловочную смесь лиственных и хвойных пород.

Известный способ получения топливных брикетов из торфа [см. Технология производства топливных брикетов - http://torf.brest.gas.by/tehnology.ntml] включает подготовку сырого фрезерного торфа или торфяной крошки влажностью 40-53%, сушку его до влажности не более 18% и прессование высушенного торфа в брикеты. Недостатком этого способа также является высокая энергоемкость из-за необходимости сушки торфа. Кроме того, одним из основных требований к фрезерному торфу, как к сырью для брикетирования, является постоянство показателей его качества, поэтому колебания влажности, зольности, плотности и засоренности сырья в сильной степени затрудняют управление технологическим процессом производства и приводят к снижению качества и удорожанию готовой продукции. При этом указанным способом можно перерабатывать только торф.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения брикетов из углеродосодержащего материала, в частности торфа, включающий подготовку сырья, загрузку его в брикетировочное устройство, брикетирование и сушку брикетов [см. патент РФ № 2096441, МПК⁶ C10F 7/06, опубл. 20.11.1997], выбранный в качестве прототипа. В указанном способе подготовку сырья осуществляют размельчением и сушкой торфа до содержания воды не более 20% или приготовлением смеси состава: торф абсолютно сухой 50-80 мас.%, вода - остальное, после чего сырье подают на шнек пресса, который пропускает его под давлением 3-5 атм через конус, разогретый до температуры 120-150°С, в цилиндрические каналы, формирующие брикеты.

Недостатками известного технического решения являются:

- низкие качественные показатели (прочность, теплотворная способность) и высокая влагоемкость получаемых брикетов;

- высокая энергоемкость, вызванная необходимостью предварительной сушки сырья и нагревом конуса с помощью электрообмоток;

- невозможность получения топливных брикетов из других видов углеродсодержащих материалов.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании универсального способа получения брикетов из различных видов углеродсодержащих материалов, обладающих высокими качественными показателями, и снижении затрат на их производство.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения брикетов из углеродосодержащих материалов, включающем подготовку сырья, загрузку в брикетировочное устройство, брикетирование и сушку брикетов, согласно изобретению подготовку сырья осуществляют в дисковом экструдере при температуре 70-100°С и влажности 45-60%. При этом в качестве углеродосодержащих материалов используют торф и/или растительные отходы, и/или отходы древесины.

Сущность изобретения поясняется следующим. Практически все углеродсодержащие материалы растительного происхождения, используемые для получения топливных брикетов, содержат смолянистые и битумные вещества. Эти вещества обладают высокими вяжущими свойствами и могут быть успешно использованы в качестве связующего при брикетировании сырья. Как любое вещество они имеют температуру плавления, так, например, в торфе содержатся воск, смола и битум, имеющие температуры плавления соответственно 72°С, 70°С и 84°С, в опилках хвойных пород деревьев - смоляные вещества, имеющие температуру плавления 74°С.

В процессе механического воздействия (истирания) в дисковом экструдере исходный углеродсодержащий материал разогревается. Для получения требуемого результата необходимо выделить из углеродсодержащего материала смоляные и битумные вещества, равномерно распределить их в объеме сырья и сохранить их вяжущие свойства до окончания процесса брикетирования. Данная совокупность процессов не возможна без температурного регулирования. Снижение температуры в дисковом экструдере ниже 70°С не позволит получить смоляные и битумные вещества в жидком состоянии, что приводит к снижению прочностных свойств брикетов и увеличению энергозатрат на процесс брикетирования. При увеличении температуры выше 100°С смоляные и битумные вещества теряют свои вяжущие свойства. При этом снижаются прочностные характеристики брикетированного сырья и увеличиваются затраты на брикетирование.

Для осуществления данного процесса необходимо также регулировать состав газовой фазы. Это необходимо для предотвращения окисления смолянистых и битумных веществ в процессе механического воздействия на материал. Регулирование состава газовой фазы в экструдере осуществляется за счет изменения влажности материала. При снижении влажности сырья в экструдере ниже 45% количество пара, выделяющегося при истирании, недостаточно для создания нейтральной атмосферы. В результате чего снижаются прочностные свойства брикетов и повышаются затраты на их изготовление. При увеличении влаги сырья в экструдере выше 60% пластифицированная масса на выходе из него содержит избыточное количество влаги, что приводит к снижению прочности брикетов и увеличению затрат на сушку конечной продукции.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Углеродосодержащий материал, например, фрезерный торф с оптимальной влажностью 45-60% со склада сырья подают в приемный бункер, а из него тарельчатым или шнековым питателем в дисковый экструдер. При подаче в экструдер углеродсодержащего материала с влажностью ниже 45% его доувлажняют путем подачи в экструдер воды. При истирании материала в экструдере поддерживают температуру 70-100°C. Полученную пластифицированную массу загружают в брикетировочное устройство, например, в брикетировочный пресс или шнековый пресс (экструдер), или валковый пресс. Полученные брикеты направляют на склад, где сушат в течение 3-5 суток при температуре 18-25°С. После чего отгружают потребителям. Сравнительный технико-экономический анализ технологий приведен в таблице 1.

Таблица 1
Сравнительный анализ технологий
Вариант технологии	Исходная влажность торфа, %	Технологические показатели	Качественные показатели
Расход эл. энергии, кВт/ч	Производительность, т/ч	Прочность на сжатие брикета, кг/см2	Теплотворная способность, ккал/кг	Влагоемкость, %
По прототипу	40	160	1,0	120	4000	55
По заявленному способу	40	110	1,1	125	4100	48
45	87	1,3	130	4500	40
55	80	1,5	140	5000	35
60	85	1,3	135	4700	38
65	100	1,05	122	4200	42

Брикеты, полученные из некоторых других углеродсодержащих материалов, имеют следующие качественные показатели (таблица 2):

Таблица 2
Углеродсодержащий материал	Качественные показатели
Прочность на сжатие брикета, кг/см2	Теплотворная способность, ккал/кг	Влагоемкость, %
Опилки хвойных пород деревьев	115,0	4500	12,0
Шелуха подсолнечника	110,0	5000	5,0
Шелуха гречихи	115,0	4310	6,0
Смесь торфа и опилок хвойных пород деревьев	117,0	4700	30,0
Смесь торфа и шелухи подсолнечника	119,0	4900	15,0

Таким образом, заявляемый способ позволяет получать брикетированное топливо из различных видов углеродсодержащих материалов, обладающее высокими качественными показателями. При этом снижаются затраты на их производство.