ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2150488

ЖИДКОЕ ТОПЛИВО

ЖИДКОЕ ТОПЛИВО

Имя изобретателя: Карабасов Ю.С.; Курунов И.Ф.; Делягин Г.Н.; Истеев А.И.; Юсфин Ю.С.; Белов А.И.; Старостин А.И.; Ерохин С.Ф. 
Имя патентообладателя: Московский государственный институт стали и сплавов (Технологический университет)
Адрес для переписки: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский пр-т 4, МИСиС, Курунову И.Ф.
Дата начала действия патента: 1999.03.05 

Изобретение относится к металлургии и энергетике и может быть использовано в доменном и мартеновском производствах, на тепловых электростанциях, на паровоздуходувных станциях. Суть изобретения заключается в том, что в состав жидкого топлива, содержащего мелкодисперсные твердые углеродсодержащие материалы и воду, дополнительно входят мелкодисперсные твердые материалы, содержащие углерод, химически связанный по меньшей мере с водородом, кислородом и азотом, и/или жидкие вещества, содержащие углерод, химически связанный по меньшей мере с водородом. В качестве твердых материалов, содержащих химически связанный углерод, используются промышленные, и/или бытовые отходы пластмасс, и /или пороха, и/или взрывчатые вещества, и/или твердое ракетное топливо, и/или отходы целлюлозно-бумажного производства. В качестве жидких веществ, содержащих углерод, химически связанный по меньшей мере с водородом, используются отработанные машинные масла, и/или отходы нефтепродуктов, и/или спирты, и/или отработанные трансформаторные масла. Доля твердых материалов, содержащих химически связанный углерод, в жидком топливе составляет 0,5-60%, а доля жидких материалов, содержащих химически связанный углерод, составляет 1-65%. Жидкое топливо может содержать также 0,5-10 % мелкодисперсных твердых материалов, содержащих оксиды железа, и/или оксиды кальция, и/или оксиды магния, и/или оксиды редкоземельных элементов, и/или металлы, не связанные в соединения. Использование изобретения позволяет утилизировать отходы нефтепродуктов, пороха, взрывчатые вещества, ракетные топлива без вредного воздействия на окружающую среду.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в металлургических агрегатах, например в доменных печах, в мартеновских печах, в нагревательных печах, в шахтных печах для выплавки штейна, на паровоздуходувных станциях, а также в других отраслях техники, например в энергетике.

Известно жидкое топливо, получаемое из каменного угля в процессах гидрогенизации угля /1/. Недостатком этого топлива является относительная сложность и дороговизна процесса его получения, приводящая к высокой стоимости этого топлива.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является жидкое топливо, состоящее из содержащего несвязанный углерод мелкодисперсного твердого материала и воды в соотношении, обеспечивающем стабильность свойств жидкого топлива и его требуемые теплотехнические характеристики /2/. Недостатком этого топлива является ограниченный спектр твердых компонентов для его получения, включающий антрацит, каменный и бурый угли или продукты их обогащения.

Технической задачей изобретения является устранение указанного недостатка, а также утилизация твердых и жидких промышленных и бытовых отходов, отработанных или загрязненных продуктов, веществ с истекшим сроком хранения, содержащих горючие компоненты. Решение данной технической задачи достигается тем, что жидкое топливо, включающее воду и мелкодисперсный твердый материал, содержащий несвязанный углерод, дополнительно включает 0,5 - 60% мелкодисперсных твердых материалов, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом, кислородом и азотом, и/или 1 - 65% жидких веществ, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом, при этом в качестве мелкодисперсных твердых материалов, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом, углеродом и азотом, топливо содержит пороха, и/или взрывчатые вещества, и/или твердое ракетное топливо, а в качестве жидких веществ, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом, - отходы нефтепродуктов и/или спирты, и/или отработанные смазочно-охлаждающие жидкости.

Решение данной технической задачи достигается также тем, что жидкое топливо дополнительно содержит промышленные или бытовые отходы пластмасс и/или отходы целлюлозно-бумажного производства в качестве мелкодисперсных твердых материалов, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом, кислородом и азотом.

Решение данной технической задачи достигается также тем, что в качестве жидких веществ, содержащих углерод, связанный по меньшей мере с водородом, топливо дополнительно содержит отработанные машинные масла, и/или трансформаторные масла, и/или жидкое ракетное топливо.

Решение данной технической задачи достигается, кроме того, тем, что жидкое топливо, при использовании его в доменной печи, дополнительно включает 0,5 - 10% мелкодисперсных твердых материалов, содержащих оксиды железа, и/или оксиды кальция, и/или оксиды магния, и/или оксиды редкоземельных элементов, и/или металлы, не связанные в соединения.

Решение данной технической задачи достигается также тем, что в качестве воды используются сточные воды промышленных предприятий.

Сущность изобретения заключается в следующем. Известное жидкое топливо представляет собой водоугольную суспензию и получается путем тонкого измельчения угля в водной среде с последующей стабилизацией водоугольной смеси. Согласно изобретению топливо, кроме воды и угля, включает мелкодисперсные твердые материалы, содержащие углерод в виде соединений с водородом, кислородом и азотом. Оно может содержать жидкие вещества, содержащие углерод в виде соединений с водородом и другими элементами. Такими твердыми материалами могут быть промышленные и/или бытовые отходы пластмасс, пороха, взрывчатые вещества, твердое ракетное топливо, отходы целлюлозно-бумажной промышленности или другие подобные материалы, которые либо загрязняют окружающую среду и не усваиваются в природных массообменных процессах, либо хранение которых имеет ограниченный срок и связано со значительными затратами, либо утилизация таких веществ требует дорогостоящих сложных технологий.

Перечисленные твердые материалы объединяет то, что основными веществами, их составляющими, являются вещества, молекулы которых содержат атомы по меньшей мере 4 элементов: CaHbOcNd, где a, b, c, d - числа атомов углерода, водорода, кислорода и азота в молекулах этих веществ. Абсолютное большинство порохов и взрывчатых веществ состоят из веществ, молекулы которых содержат только указанные 4 элемента. Эти вещества содержат кислород, что обеспечивает высокую (взрывную) скорость их сгорания. При этом продукты их сгорания могут содержать избыточный кислород. Так, например, реакция взрывного превращения нитроглицирина имеет вид:

2C3H5(ONO2)3=6CO2+ 5H2O+0,5O2+3N2

Они обладают также способностью к детонации, т.е. способны взрываться от удара. Путем соответствующего пропорционирования в составе топлива содержаний воды, угля, жидких углеводородов и/или спиртов, пластмасс, отходов целлюлозно-бумажной промышленности с порохами и/или взрывчатыми веществами полностью подавляется эта способность, и жидкое топливо, содержащее в своем составе эти вещества, является полностью взрыво- и пожаробезопасным.

Применение в составе жидкого топлива промышленных и бытовых отходов пластмасс решает проблему их утилизации с получением полезного эффекта и без нанесения ущерба окружающей среде. При сжигании жидкого топлива, содержащего отходы пластмасс, в высокотемпературных металлургических агрегатах, например в доменных печах, выделяющиеся при сгорании пластических масс вредные вещества, например диоксины, распадаются при температурах 1800 - 2000oC, которые имеют место в фурменных очагах доменных печей.

Использование в составе жидкого топлива отходов нефтепродуктов, например отработанных машинных масел, загрязненной нефтепродуктами воды, отработанных трансформаторных масел и отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей существенно удешевляет процесс утилизации этих веществ. Применение в составе жидкого топлива согласно изобретению спиртов позволяет снизить температуру замерзания этого топлива и обеспечить возможность его перевозки в зимнее время.

В зависимости от детанационных свойств порохов и взрывчатых веществ их содержание в жидком топливе может быть в пределах от 0,5 до 60%. Нижний предел относится к веществам с высокими детанационными свойствами и обеспечивает безопасную утилизацию этих веществ в процессе приготовления и использования жидкого топлива согласно изобретению. Верхний предел относится к веществам, не обладающим детанационными свойствами. При такой концентрации в жидком топливе веществ, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом, азотом и кислородом, позволяет получать жидкое топливо в основном из этих веществ, что значительно снижает стоимость жидкого топлива.

Нижний предел концентрации (1%) в жидком топливе жидких веществ, содержащих углерод в виде соединений, обусловлен необходимостью иметь в составе жидкого топлива по меньшей мере 1% углеводородных веществ для придания топливу соответствующих пластических свойств. Верхний предел (65%) относится к случаям приготовления жидкого топлива согласно изобретению в основном из жидких отходов, содержащих углеводородные соединения, и обусловлен необходимостью обеспечивать заданные реологические свойства жидкого топлива и его стабильность.

Присутствие в жидком топливе согласно изобретению 0,5 - 10% мелкодисперсных твердых материалов, содержащих оксиды железа, и/или оксиды кальция, и/или оксиды магния, и/или оксиды редкоземельных элементов, и/или металлов, не связанных в химические соединения, придает жидкому топливу согласно изобретению дополнительные полезные свойства, необходимые при его использовании в доменной печи, и позволяет утилизировать при приготовлении топлива мелкодисперсные отходы металлургического и других производств, например шламы, пыль, смазочно-охлаждающие жидкости и т.п. Использование в качестве воды в составе жидкого топлива сточных вод промышленных предприятий решает задачу утилизации этих вод и снижает затраты на их очистку.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Для приготовления жидкого топлива согласно изобретению использовали следующие компоненты: краснобродский каменный уголь - 50%, вода - 35%, промышленные отходы пластмасс - 0,5%, артиллерийский порох - 13,0% отработанное моторное масло - 1,0%, мартеновские шламы - 0,5%. При сжигании этого топлива в доменной печи путем вдувания его в воздушные фурмы в количестве 60 кг/т чугуна расход кокса уменьшился на 31,4 кг/т. Коэффициент замены кокса вдуваемым жидким топливом согласно изобретению составил 0,52 кг/кг.

Пример 2

Жидкое топливо согласно изобретению приготовили из следующих компонентов: тюльганский бурый уголь - 20%, оводненные отходы нефтепродуктов (40% воды, 60% нефтепродукты) - 62%, отработанная смазочно-охлаждающая жидкость шарикоподшипникового завода - 3%, твердое топливо - 10%, отходы пластмасс - 3%, доменные шламы - 2%. При сжигании этого топлива в доменной печи в количестве 80 кг/т чугуна расход кокса снизился на 36 кг/т, коэффициент замены кокса вдуваемым топливом составил 0,45 кг/кг.

Пример 3

Для приготовления жидкого топлива согласно изобретению использовали следующие компоненты: антрацит - 5%, артиллерийский порох - 60%, сточные воды коксохимического производства 25%, отработанное машинное масло - 10%. Полученное топливо использовали для отопления котельной вместо мазута. При сохранении производительности котельной по пару расход жидкого топлива согласно изобретению по отношению к расходу мазута составил 1,2 т/т.

Пример 4

Жидкое топливо согласно изобретению приготовили из следующих компонентов: подмосковный бурый уголь - 20%, отработанное машинное масло (содержит 15% воды и 0,2% мелкодисперсных частиц металла) - 15% обводненные отходы нефтепродуктов (содержит 45% воды и 55% нефти - 45%, артиллерийский порох - 15%, доменные шламы (содержат несвязанный углерод, а также оксиды железа, кальция, магния) - 2% мелкодисперсные оксиды РЗМ (Ce) - 1%, отходы пластмасс - 2%. При вдувании в доменную печь объемом 1033 м3 этого топлива в количестве 150 кг/т расход кокса сократился на 83 кг/т чугуна, содержание серы в чугуне уменьшилось на 0,004%, производительность печи увеличилась на 45 т/сут.

Таким образом, использование изобретения позволяет утилизировать отходы нефтепродуктов, шлама, отработанные моторные масла, пороха с истекшим сроком хранения, взрывчатые вещества, ракетные топлива без вредного воздействия на окружающую среду и с получением экономического эффекта.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Химическая технология твердых горючих ископаемых. Под ред. Г.Н.Макарова и Г.Д.Харламповича. - М., Химия, 1986, с. 342 - 394.

2. RU 2096476 C, C 21 B 5/00, 20.11.1997.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Жидкое топливо, включающее воду и мелкодисперсный твердый материал, содержащий несвязанный углерод, отличающееся тем, что оно дополнительно включает 0,5 - 60% мелкодисперсных твердых материалов, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом, кислородом и азотом, и/или 1 - 65% жидких веществ, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом, при этом в качестве мелкодисперсных твердых материалов, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом, углеродом и азотом, топливо содержит пороха, и/или взрывчатые вещества, и/или твердое ракетное топливо, а в качестве жидких веществ, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом, - отходы нефтепродуктов, и/или спирты, и/или отработанные смазочно-охлаждающие жидкости.

2. Жидкое топливо по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит промышленные или бытовые отходы пластмасс и/или отходы целлюлозно-бумажного производства в качестве мелкодисперсных твердых материалов, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом, кислородом и азотом.

3. Жидкое топливо по любому их пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит отработанные машинные масла и/или трансформаторные масла в качестве жидких веществ, содержащих углерод в виде соединений по меньшей мере с водородом.

4. Жидкое топливо по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что при использовании его в доменной печи оно дополнительно содержит 0,5 - 10% мелкодисперсных твердых материалов, содержащих оксиды железа и/или оксиды кальция, и/или оксиды магния, и/или оксиды редкоземельных элементов, и/или металлы, не связанные в соединения.

5. Жидкое топливо по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что оно содержит сточные воды промышленных предприятий.

Версия для печати
Дата публикации 09.04.2007гг


вверх