ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2255955

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КУСКОВОГО КОММУНАЛЬНО-БЫТОВОГО БИОТОПЛИВА
Имя изобретателя: Косов В.И. (RU); Беляков А.С. (RU)
Имя патентообладателя: Косов Владимир Иванович (RU)
Адрес для переписки: 170026, г.Тверь, наб. А. Никитина, 22, ТГТУ, Отдел охраны авторских прав и защиты информации, А.К. Борисенко
Дата начала действия патента: 2004.02.16
Изобретение относится к
производству композитного коммунально-бытового
топлива на основе отходов торфа и может
быть использовано в горной отрасли, малой
энергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве,
металлургии, железнодорожном транспорте и
охране окружающей среды. Техническим
результатом является разработка
экологически чистого, экономичного и
энергетически эффективного биотоплива. Для
этого способ включает введение в торф
добавки, перемешивание массы, прессование и
сушку. Причем фрезерный торф влажностью 40-65%
сепарируют, в смесь из предварительно
замоченных отходов древесины с угольной
мелочью добавляют при непрерывном
перемешивании мазут - дизельное топливо или
сланцы, смешивают эту смесь с торфом и в
однородную массу вводят сапропель
естественной влажности 85-94%, полученную
смесь перемешивают и доводят до влажности 80
- 85%, после чего формуют. Сушку осуществляют
в два этапа: в искусственном режиме при
температуре 150-200°С с доведением до
влажности 35-50% и в естественных условиях с
доведением до влажности 25-33%, при этом
компоненты берут в следующем соотношении,
мас.%: отходы древесины - 5-10, угольная мелочь
- 10-20, мазут или сланец - 5-10, сапропель
естественной влажности - 10-30, фрезерный торф
до 100%.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к
производству композитного коммунально-бытового
топлива на основе отходов торфа и может
быть использовано в горной отрасли, малой
энергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве,
металлургии, железнодорожном транспорте и
охране окружающей среды.
Известен способ получения
торфоугольных брикетов, включающий
смешение угольной мелочи, торфа, добавки и
формирование брикетов, причем угольную
мелочь предварительно обрабатывают водным
раствором добавки, в качестве которой
используют лигносульфонат из расчета 4-16% по
сухому веществу от массы угольной мелочи и
влажности смеси 16-21%, а соотношение угольной
мелочи и торфа составляет от 2:1 до 1:2 по
сухому веществу, причем используют торф при
естественной влажности (SU №2019554 А1, 15. 09.1994, MПК:C
10 F 7/06).
Недостатками этого способа являются
низкие показатели по плотности и прочности
брикета, невысокая теплотворная
способность, высокая крошимость куска,
значительные энергозатраты при
брикетировании и, как следствие, низкое
качество топлива.
Известен способ производства кускового
торфа из торфяных залежей верхового типа,
содержащий введение в торфяную массу перед
формованием модифицирующей добавки -
экстракта кубового остатка поверхностно-активного
вещества в количестве 0,005-0,1% на сухое
вещество торфа (SU №717122 А1, 25.02.1980, МПК: C 10 F
7/00).
Недостатком известного способа является
низкая плотность и прочность кускового
топлива за счет рыхлой структуры верхового
вида торфа и, как следствие, низкая
теплотворная способность (менее 2200 ккал/кг).
Малое количество модифицирующей добавки не
оказывает существенного влияния на
качество кускового топлива.
Известен также способ производства
кускового торфа из торфяных залежей
низинного типа, включающий обработку торфа
модифицирующей добавкой, формование куска
и его сушку, причем сначала производят
формование куска, а затем производят
обработку поверхности куска
модифицирующей добавкой, в качестве
которой используют 0,1-3%-ный водный раствор
модифицирующей добавки при следующем
соотношении компонентов, мас.%:
Дизельное топливо 45-50
Латекс 1-5
Натриевые соли спиртов жирных кислот
фракции
C17-C20 1-2
Вода остальное (SU 1289992 А1, 15.02.1987, МПК: Е 21 С
49/00).
Недостатками известного способа являются
узкий диапазон сырьевой базы, так как
используются торфяные залежи только
низинного типа, и малая величина доз
модифицирующих добавок, что связано с
трудностями при технической реализации
способа - поверхностном нанесении их на
кусок. Качество продукции, как коммунально-бытового
топлива, повышается несущественно.
Известен способ производства кускового
торфа, включающий введение в торф
органических отходов производства,
перемешивание массы, прессование и сушку,
причем в качестве органических отходов
производства вводят предварительно
измельченные до размеров 0,1-0,5 мм
органические отходы кожевенного
производства в количестве 1-40 мас.% на сухое
вещество, при этом влажность торфа и
отходов составляет 78-85%, а сушку
осуществляют до влажности 30-33% (RU 2147596 С1,
20.04.2000, МПК: C 10 F 7/06).
Недостатком данного способа является
получение топлива с невысокой теплотворной
способностью, ограниченная сырьевая база (отходы
кожевенного производства), невысокие
значения плотности и прочности и, как
следствие, высокая крошимость куска.
Наиболее близким техническим решением к
предлагаемому по технической сущности и
достигаемому результату является способ
производства окускованного топливного
торфа, включающий введение в торф
упрочняющей добавки в виде отходов
бумажного производства (органические
отходы производства), перемешивание массы,
прессование и сушку до требуемой влажности
30-33%, причем в качестве отходов бумажного
производства используют скоп влажностью
80-95% в количестве 5-35% на сухое вещество торфа
(SU 1705575 А1, 15.01.1992., МПК: Е 21 С 49/00).
Недостатками известного технического
решения являются весьма низкие значения
плотности, прочности и теплотворной
способности окускованного торфа, что
снижает его потребительские свойства и
конкурентную способность на рынке
коммунально-бытового, местного топлива.
В основе настоящего изобретения лежит
задача по разработке экологически чистого,
экономичного и энергетически эффективного
многокомпонентного коммунально-бытового
биотоплива, обладающего высокими
показателями по плотности и прочности,
низкой степенью крошимости и высокой
теплотворной способностью, превышающей в
2-2,5 раза дрова и торф (как фрезерный, так и
брикетированный). Экономичность
определяется утилизацией отходов
древесины, угольной мелочи, тяжелых фракций
мазута - дизельного топлива, сланцев и
сапропеля, накапливающегося в донных
отложениях при интенсивной эвтрофикации
озер.
Поставленная задача достигается тем, что
в известном способе получения коммунально-бытового
биотоплива на основе торфа, включающем
введение в торф модифицирующей добавки,
перемешивание массы, прессование и сушку,
фрезерный торф с влажностью 40-65% и размером
фракции до 10 мм сначала сепарируют, а затем
в него последовательно добавляют смесь
отходов древесины и угольной мелочи,
предварительно пропитанных мазутом -
дизельным топливом или сланцем, после этого
в смесь добавляют сапропель естественной
влажности 85-94%, перемешивают и доводят смесь
до влажности 80-85%, после чего осуществляют
формование куска диаметром 25-35 мм и длиной
40-60 мм под давлением методом экструзии
через фильеры со скоростью 0,5-10 мм/с, а затем
осуществляют сушку кускового топлива в два
этапа: искусственную с доведением до
влажности 35-50% при температуре 150-200°С и
естественную с доведением до влажности 25-33%,
при этом компоненты берут в следующем
процентном соотношении, мас.%: отходы
древесины в виде опилок - 5-10%, угольная
мелочь 10-20%, мазут или сланец - 5-10%, сапропель
естественной влажности - 10-30%, фрезерный
торф до 100%.
Подвергнутый сепарации фрезерный торф с
отделением крупных древесных включений
свыше 10 мм обладает насыпной плотностью
200-300 кг/м и при формовании методом экструзии
под давлением имеет невысокую плотность
350-400 кг/м, низкую теплотворную способность -
2000-2500 ккал/кг, весьма низкую прочность и
высокие значения крошимости (до 80% кусков
рассыпается при сушке). Кусок, сформованный
из чистого фрезерного торфа, обладает
высокой водопоглощаемостью при намокании,
теряет полностью потребительские свойства,
не удовлетворяет требованиям,
предъявляемым к коммунально-бытовому
топливу. Предлагаемый же способ
предусматривает использование
многокомпонентной смеси, при этом
полученный топливный брикет отвечает всем
требованиям, предъявляемым техническими
условиями к современному коммунально-бытовому
топливу.
Введение в торф отходов древесины
позволяет утилизировать их и использовать
как наполнитель, заполняющий
пространственный, легко деформируемый
торфяной каркас. Причем отходы древесины
смешивают с отходами угля, угольной мелочью,
формируя тем самым плотную структуру массы.
Размер фракций древесных отходов
составляет 0,1-5,0 мм, угольной мелочи менее 1
мм. Угольная мелочь с размером фракции
менее 1 мм резко увеличивает насыпную
плотность смеси, поскольку ее насыпная
плотность в 2-3,5 раза выше насыпной
плотности торфа. Кроме того, теплотворная
способность угольной пыли в 1,8-2,6 раза выше
теплотворной способности древесины и торфа.
В результате проведения
экспериментальных исследований было
установлено определенное оптимальное
соотношение заявленных компонентов.
Введение отходов древесины в виде опилок
менее 5% в расчете на воздушно-сухое
вещество структурообразующей матрицы
торфа нецелесообразно, поскольку
пространственная структура торфа
полностью не заполняется. При увеличении
концентрации более 10% возрастает граница
раздела фаз торф - опилки, снижается
интенсивность сушки и теплотворная
способность топлива, возрастает крошимость
получаемых кусков топлива (Таблица 3).

При добавлении угольной мелочи менее 10%
плотность кускового топлива возрастает
несущественно, всего в 1,15 раза. При
концентрации более 20% сказываются
различные усадочные эффекты органических и
минеральных материалов, что приводит к
росту трещинообразований, снижению
прочности и крошимости кусков после их
сушки до влажности 33% (Табл. 4), кроме того, в
5-8 раз снижается производительность
формования кусков, в 13-25 раз возрастает
энергоемкость при формовании куска за счет
трения и абразивных качеств угольной
мелочи, которая выводит из эксплуатации
шнековые механизмы.

Предварительное замачивание отходов
древесины (опилки, кора, сучья, корни и т.д.) с
угольной мелочью позволяет облегчить
процесс перемешивания, снижает
абразивность угольной мелочи,
энергоемкость формования под давлением, а
также повышает качество смешивания смеси.
Введение в полученную смесь при
непрерывном перемешивании отходов мазута -
дизельного топлива или сланца обусловлено
тем, что эти компоненты играют роль
уплотняющей и модифицирующей смазки.
Снижается энергоемкость, повышается
производительность и качество куска при
формовании за счет образования гладкой
поверхности и отсутствия “ершистости” и
трещин, которые при сушке привели бы к
разрушению сплошности куска и увеличению
крошимости (Таблица 5).

Отходы мазута или дизельного топлива и их
тяжелые фракции накапливаются повсеместно
в нефтехранилищах и обуславливают проблему
их утилизации. При их сжигании или сжигании
сланцев, как топлив в чистом виде,
выделяется значительное количество
серосодержащих и токсичных веществ, что
загрязняет атмосферу. Превышение значений
ПДК по диоксиду серы при сжигании мазута и
сланцев экологически опасно при
использовании их в качестве топлива. При их
незначительном введении в
органосодержащую смесь резко снижается
выброс в атмосферу серосодержащих веществ,
что положительно сказывается на
экологической обстановке и, кроме того,
резко повышается общая теплотворная
способность биотоплива и качество его
горения.
Введение в смесь последнего компонента -
модифицирующей добавки сапропеля
обеспечивает получение высокопластичной,
реологической, полуколлоидной массы с
гомогенной микромозаичной полидисперсной
структурой оптимальной 80-85%-ной влажности
формования под давлением. При данной
влажности не наблюдается “ершение”
поверхности куска, образование трещин и
крошение при экструзии.
Сапропель в составе многокомпозитной
смеси играет роль модифицирующей добавки
коллоидной структуры, которая при
высыхании увеличивает межмолекулярное
взаимодействие агрегатов и “склеивает”
частицы. Кроме того, компактное
агрегирование приводит к росту
интенсивности сушки материала в 1,2-1,37 раза и
объемной усадке в 1,3-1,6 раза.
При введении в смесь сапропеля в
количестве менее 10% и более 30% наблюдаются
достаточно низкие показатели по плотности,
прочности, возрастает крошимость куска.
Введение сапропеля в смесь в количестве
10-30% является оптимальным диапазоном. При 20%-ной
добавке сапропеля плотность кусков
возрастает в 1,76 раза, прочность в 4,8 раза, а
крошимость снижается в 8 раз (Таблица 2).

Преимуществом является и то, что за счет
добавки мазута - дизельного топлива,
сланцев и сапропеля при высыхании
кускового топлива до потребительской
влажности 33% резко возрастают его
гидрофобные свойства, что существенно
снижает водопоглощаемость атмосферных
осадков и повышает качество такого топлива.
Поскольку торф, сапропель, отходы
древесины являются широко
распространенными природными
органическими ресурсами, подлежащими
использованию и утилизации, то в данном
случае решается вопрос ресурсосбережения,
а использование компонентов в определенном
количественном соотношении и по новой
технологии решает экологическую проблему
охраны окружающей среды.
Полученное биотопливо может быть
использовано не только для нужд малой
энергетики при решении вопросов отопления
в жилищно-коммунальном хозяйстве, но может
быть применено для получения легированных
сталей как малосернистое топливо в
металлургии, в железнодорожном транспорте
для отапливания вагонов и т.д.
Полученное биотопливо обусловлено более
чем на 70% биологическим происхождением
компонентов: отходы древесины, торф и
сапропель - донный ил.
ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
Брали 100 кг низинного, крошащегося
древесно-тростникового торфа со степенью
разложения 30%, добытого фрезерным способом (методом
послойного фрезерования и раздельной
уборки из наращиваемых валков) влажностью
от 40 до 65%. Такой диапазон влажности торфа
объясняется различной степенью его
увлажненности атмосферными осадками на
поверхности и внутри штабеля. Затем торф
подвергали сепарированию и отделению
фракций свыше 10 мм. В процессе сепарации и
фракционирования происходило осреднение
влажности торфа как исходного сырья. Затем
брали предварительно замоченные опилки
хвойных пород деревьев массой 8 кг при
влажности 14% и угольную мелочь массой 15 кг и
добавляли в эту смесь 7 дм3 мазутно-дизельного
топлива при постоянном перемешивании в
шнековом аппарате. После получения
однородной и жидкообразной массы в виде
текучей пасты смешивали ее с торфом и при
непрерывном перемешивании добавляли 100 кг
90%-ной влажности органического сапропеля,
добытого из озера Серемо, водной системы оз.
Селигер.
Пропорция сапропеля по отношению к торфу
составила 20%. После тщательного
перемешивания в шнековом механизме
однородную массу подавали в экструдер, где
методом давления через фильеры диаметром 30
мм выдавливали со скоростью 10 мм/сек куски,
которые секатором отсекали равной длиной в
40 мм. Сформованные куски выстилали на
сетчатый непрерывный транспортер и
подавали в сушильную камеру с температурой
воздуха 150-200°С. Куски размером 30 мм в
диаметре и длиной 40 мм в течение часа
высыхали до влажности 35-50%, а затем их
подвергали естественной 36-часовой досушке
при температуре 20-25°С.
Куски меньших размеров, как показали
эксперименты, в течение часа пересыхали и
раскрашивались, а большего - не высыхали до
требуемой влажности и деформировались при
их ссыпании в бункер для досушки в
естественных условиях.
Далее, полученные куски в виде
окускованного топлива подвергали
лабораторным механическим -
теплофизическим испытаниям и результаты
сравнивались с прототипом (Таблица 1).

Таким образом, заявляемый способ
получения топливных брикетов является
достаточно доступным и эффективным для
реализации в производственных условиях.
Использование данных топливных брикетов
как твердого топлива при существенном
повышении их качественных характеристик
значительно снижает экологическую
опасность от выбросов вредных веществ в
атмосферу.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ
получения кускового биотоплива на основе
торфа, включающий введение в торф добавки,
перемешивание массы, прессование и сушку,
отличающийся тем, что фрезерный торф
влажностью 40-65% сепарируют, в смесь из
предварительно замоченных отходов
древесины с угольной мелочью добавляют
при непрерывном перемешивании мазут -
дизельное топливо или сланцы, смешивают
эту смесь с торфом и в однородную массу
вводят сапропель естественной влажности
85-94%, полученную смесь перемешивают и
доводят до влажности 80-85%, после чего
формуют, а сушку осуществляют в два этапа:
в искусственном режиме при температуре
150-200°С с доведением до влажности 35-50% и в
естественных условиях с доведением до
влажности 25-33%, при этом компоненты берут
в следующем соотношении, мас.%: отходы
древесины - 5-10%, угольная мелочь - 10-20%,
мазут или сланец - 5-10%, сапропель
естественной влажности - 10-30%, фрезерный
торф до 100%.
Способ
по п.1, отличающийся тем, что размер
фракций торфа составляет менее 10 мм,
размер фракций древесных отходов 0,1 - 5,0 мм,
размер фракций угольной мелочи менее 1 мм.
Способ
по п.1, отличающийся тем, что формование
торфа производят под давлением методом
экструзии через фильеры со скоростью 0,5-10
мм/с.
Способ
по п.1, отличающийся тем, что торф формуют
в виде брикета диаметром 25-35 мм и длиной
40-60 мм.
Версия для печати
Дата публикации 01.01.2007гг

вверх
|