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
1. 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%.
2. 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.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формование торфа производят под давлением
методом экструзии через фильеры со скоростью 0,5-10 мм/с.
4. 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 16.01.2007гг
вверх
|
