ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2178455

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА

Имя изобретателя: Делягин Г.Н.; Петраков А.П.; Ерохин С.Ф.; Дуняшева В.Л. 
Имя патентообладателя: Государственное унитарное предприятие Научно- производственное объединение "Гидротрубопровод"
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 2000.11.09 

Изобретение относится к способу получения высокодеминерализованного водоугольного топлива, в частности к энергетическому топливу на основе ископаемых углей, которое может быть использовано для сжигания в котлах, печах и других установках объектов теплоэнергетики при замене им газа и мазута. Способ получения водоугольного топлива из ископаемого угля включает дробление угля, его мокрое измельчение с получением водоугольной суспензии, ступенчатую деминерализацию измельченного угля для снижения его зольности с образованием первичного и вторичного продуктов, последующую их деминерализацию и обезвоживание. Мокрое измельчение угля проводят до коллоидного размера частиц с получением водоугольной суспензии со средним поверхностным размером дисперсной фазы не более 3 мкм. Полученную суспензию разбавляют водой до концентрации угля 1-3%, а деминерализацию первичных и вторичных продуктов осуществляют совместно путем соединения продуктов с близкими по значению зольностями. Способ позволяет получить высокодеминерализованное экологически чистое водоугольное топливо "ЭКОВУТ" на основе ископаемых углей, воды и других химических ингредиентов (в случае необходимости), предназначенное для замены газа и мазута на топливопотребляющих объектах.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к способу получения высокодеминерализованного водоугольного топлива, в частности к энергетическому топливу на основе ископаемых углей, которое может быть использовано для сжигания в котлах, печах и других установках объектов теплоэнергетики при замене им газа и мазута.

Известен способ производства водоугольного топлива, включающий обогащение измельченного угля методом масляной агломерации /патент СССР N 1838384A3, кл. C 10 L 1/32, 1987/.

Однако этот способ не обеспечивает высокой степени снижения содержания минеральных примесей в топливе в силу того, что обогащению подвергают достаточно крупный уголь (до 400 мкм). При таком размере частиц угля не может быть достигнута максимальная степень разделения органической и минеральной составляющих ископаемого угля и, следовательно, его высокое обогащение.

Кроме того, этот способ получения топлива является технологически сложным, поскольку при обогащении угля используют целый ряд химических реагентов, которые добавляют к углю в малых количествах (доли процента от массы угля).

Из известных способов получения водоугольного топлива наиболее близким к заявленному является способ, включающий деминерализацию угля (многоступенчатая пенная флотация) для снижения в нем золы и серного колчедана /патент США N 4915706, кл. C 10 L 1/32, 1990/ (прототип).

Известный способ включает следующие операции: дробление угля, мокрое измельчение, классификацию (грохочение), ступенчатую деминерализацию (пенная флотация) измельченной твердой фазы для снижения ее зольности с образованием первичного (с зольностью ниже зольности твердой фазы на входе каждой ступени деминерализации) и вторичного (с зольностью выше зольности твердой фазы на входе каждой ступени деминерализации) продуктов и их раздельную деминерализацию, обезвоживание и приготовление водоугольного топлива.

Процесс получения водоугольного топлива состоит из:

- дробления ископаемого угля до размера - 19 мм (3/4 дюйма);

- мокрого измельчения дробленого угля до размера - 0,589 мм (28 меш);

- добавления воды и химических веществ к измельченному углю для проведения, по крайней мере, одной стадии пенной флотации с целью снижения зольности и удаления серного колчедана;

- добавления воды и химических веществ к углю с пониженным содержанием золы и серного колчедана для процесса реверсивной флотации, проводимой с целью удаления мелких вкраплений серного колчедана из угля;

- обезвоживания угля (первичного и вторичного продуктов) после процессов пенной флотации и реверсивной флотации;

- приготовления суспензии из обезвоженного угля (первичного продукта), используемой в качестве водоугольного топлива.

Указанный способ производства имеет следующие недостатки.

1. Для снижения зольности угля, идущего на производство водоугольного топлива, используют общеизвестный прием обогащения угля на основе пенной флотации, не способный обеспечить высокий уровень деминерализации угля в силу того, что флотируют уголь класса - 589 мкм (28 меш) при высоком содержании его в водной пульпе (10-20%).

2. Отсутствует возможность регулирования системы удаления минеральных примесей до заданных уровней зольности топлива и отходов флотации.

3. Высокая степень зависимости схемы технологического процесса от состава и свойств ископаемого угля.

Целью настоящего изобретения является получение высокодеминерализованного экологически чистого водоугольного топлива "ЭКОВУТ" на основе ископаемых углей, воды и других химических ингредиентов (в случае необходимости), предназначенного для замены газа и мазута на топливопотребляющих объектах.

Для достижения поставленной цели в предлагаемом способе, включающем дробление угля, его мокрое измельчение с получением водоугольной суспензии, ступенчатую деминерализацию измельченного угля для снижения его зольности с образованием первичного и вторичного продуктов, последующую их деминерализацию и обезвоживание, в отличие от прототипа мокрое измельчение угля проводят до коллоидного размера частиц с получением водоугольной суспензии со средним поверхностным размером дисперсной фазы не более 3 мкм, полученную суспензию разбавляют водой до концентрации угля 1-3%, деминерализацию первичных и вторичных продуктов осуществляют совместно путем соединения продуктов с близкими по значению зольностями.

Принципиальным отличием от прототипа является то, что деминерализации подвергают твердую фазу водоугольного топлива "ЭКОВУТ", измельченную до коллоидного размера (средний поверхностный размер не более 3 мкм), процесс удаления минеральных примесей идет при пониженных концентрациях твердой фазы (1-3% по массе), а потоки первичных и вторичных продуктов каждой стадии деминерализации объединены в такую схему, которая обеспечивает соответствующие требуемым уровни зольности водоугольного топлива и отходов его производства.

При среднем поверхностном размере частиц дисперсной фазы не более 3 мкм имеет место существенно более высокая, по сравнению с прототипом, степень разделения органической и минеральной составляющих угля, включая неорганические вещества растительного происхождения, что дает возможность получить более высокую степень деминерализации угля в процессе многоступенчатой деминерализации.

Кроме того, при массовом содержании твердой фазы в угольной суспензии 1-3% расстояния между частицами составляют величину порядка 4-5 диаметров частиц, что способствует более эффективному протеканию по сравнению с прототипом, процесса пенной флотации и обеспечивает лучшие условия для получения заданных уровней зольности топлива и отходов.

Помимо указанных отличий в предлагаемом способе получения водоугольного топлива процессы ступенчатой деминерализации угля (первичного продукта) и извлечение угля из вторичных продуктов (также методом ступенчатой деминерализации) объединены в единую замкнутую систему (деминерализацию первичных и вторичных продуктов осуществляют совместно путем соединения продуктов с близким значением зольности), функционирующую как одно целое, на выходе которой получаются только два продукта: высокодеминерализованная водоугольная суспензия и освобожденный от органики вторичный продукт с зольностью порядка 90%.

Принципиальная схема иллюстрирует предлагаемый способ.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА

Ископаемый уголь освобождают от породы (гравитационная сепарация или породовыборка), дробят в молотковой дробилке до размера частиц - 3 мм и далее измельчают мокрым способом в шаровой мельнице до коллоидного размера частиц со средним поверхностным размером не более 3 мкм. На выходе шаровой мельницы к угольной суспензии добавляют расчетное количество воды с тем, чтобы на вход системы деминерализации подать разбавленную до концентрации 1-3% суспензию. Подготовленную таким образом слабоконцентрированную коллоидную угольную систему направляют в блок деминерализации, представляющий собой две линии аппаратов, например флотомашин, а именно на первую линию группы Ф(1) - Ф(n), где n - количество аппаратов первой линии, которое зависит от свойств исходного угля и требований к топливу. Далее идет традиционный процесс пенной флотации с образованием на каждой флотомашине низкозольного первичного и высокозольного вторичного продуктов. Начиная со второго аппарата организуют возврат вторичных продуктов с флотомашин Ф(i), где i - номер флотомашины, на вход флотомашин Ф(i-1), в которых зольность входящей твердой фазы или первичных продуктов Ay d(i-1)) близка к зольности возвращаемых вторичных продуктов Axb d(i).

Аналогичным образом организован процесс деминерализации вторичного продукта с первого аппарата Ф(1).

Вторичный продукт с флотомашины Ф(1) направляют на вход флотомашин второй линии ФФ(1) - ФФ(m), предназначенных для деминерализации вторичных продуктов флотомашины Ф(1), где m - количество аппаратов второй линии, которое зависит от свойств исходного угля и требований к отходам производства топлива "ЭКОВУТ". Далее также идет традиционный процесс, например, пенной флотации, таким образом, что первичный продукт, содержащий деминерализованную твердую фазу с первой флотомашины этой группы ФФ(1) возвращают на вход флотомашины (Ф1) первой линии деминерализации, а начиная со второй флотомашины ФФ(2) - возвращают первичный продукт на вход флотомашин ФФ(i-1), в которых зольность поступающих на деминерализацию вторичных продуктов Ax d(i-1)) близка к зольности возвращаемого вторичного продукта y d(i), а вторичный продукт - на вход следующей флотомашины.

В результате на выходе первой группы флотомашин Ф(1) - Ф(n) получают высокодеминерализованный уголь (первичный продукт), а на выходе второй группы флотомашин ФФ(1) - ФФ(m) получают высокозольные вторичные продукты.

Далее деминерализованный уголь (первичный продукт) обезвоживают до заданной влажности, при необходимости вводят химические добавки, гомогенизируют и выдают потребителю готовое водоугольное топливо "ЭКОВУТ" со свойствами, заданными заказчиком.

Высокозольные вторичные продукты процесса деминерализации обезвоживают и утилизируют.

Количество ступеней деминерализации (n) и (m) зависит от физико-химических свойств ископаемых углей и требований потребителя топлива "ЭКОВУТ" к его зольности.

Технологические параметры указанных процессов определяют расчетными методами на стадии проектирования производящего топливо объекта по данным экспериментальных испытаний образцов углей.

Пример 1.

Топливо "ЭКОВУТ" на основе каменного угля марки Д зольностью Ad = 20%

Требования к топливу:

- низшая теплота сгорания - 15 МДж/кг,

- динамическая вязкость - 0,5 Па·с,

- седиментационная стабильность - 10 суток,

- зольность на сухое состояние - 2,5%.

Из угля удаляют породу, дробят до размера - 3 мм и измельчают в шаровой мельнице при влажности 60% до крупности - 160 мкм. На выходе мельницы влажность водоугольной суспензии доводят до 97%, после чего поток суспензии направляют на вход флотомашин блока деминерализации. Для снижения зольности твердой фазы с 20 до 2-2,5% необходимо пройти шесть стадий деминерализации, то есть иметь систему из шести флотомашин (n= 6) первой группы. Для того, чтобы в максимальной степени отобрать органическую часть угля из вторичных продуктов нужно обеспечить две стадии флотации и иметь систему из двух флотомашин (m= 2) второй группы.

В результате на выходе системы получают деминерализованный уголь (первичный продукт) с зольностью 2,3% и вторичные продукты с зольностью 85%.

После сгущения деминерализованного угля (первичного продукта) до влажности 43%, вводят стабилизатор КМЦ (карбоксиметилцеллюлозу) в количестве 0,3% от массы твердой фазы и гомогенизируют топливо. На выходе системы получают топливо "ЭКОВУТ" с низшей теплотой сгорания 15 МДж/кг и заданными физико-химическими и структурно-механическими свойствами.

Пример 2.

Топливо "ЭКОВУТ" на основе каменного угля марки К зольностью Ad = 12%

Требования к топливу:

- низшая теплота сгорания - 17 МДж/кг,

- динамическая вязкость - 0,7 Па·с,

- седиментационная стабильность - более 5 суток,

- зольность на сухое состояние - 1,5%.

Из угля удаляют породу, дробят до размера - 3 мм и измельчают в шаровой мельнице при влажности 55% до крупности - 200 мкм. На выходе мельницы влажность водоугольной доводят до 97%, после чего поток суспензии направляют на вход флотомашин блока деминерализации.

Для снижения зольности твердой фазы с 12 до 1,3-1,5% необходимо пройти четыре стадии деминерализации, то есть иметь систему из четырех флотомашин (N= 4) первой группы. Чтобы в максимальной степени отобрать органическую часть угля из вторичных продуктов нужно обеспечить три стадии флотации и иметь систему из трех флотомашин (m= 4) второй группы.

В результате на выходе системы получают деминерализованный уголь (первичный продукт) с зольностью 1,4% и вторичные продукты с зольностью 91%.

После сгущения деминерализованного угля (первичного продукта) до влажности 40%, вводят пластификатор С-3 в количестве 0,2% от массы твердой фазы, вводят стабилизатор КМЦ в количестве 0,4% от массы твердой фазы и гомогенизируют топливо. На выходе системы получают топливо с низшей теплотой сгорания 17 МДж/кг и заданными физико-химическими и структурно-механическими свойствами.

Таким образом, предлагаемый метод получения водоугольного топлива "ЭКОВУТ" осуществляется по непрерывной саморегулирующейся технологии, прост в реализации и обеспечивает получение высокодеминерализованного топлива с заданными потребителем свойствами. При этом зольность получаемого топлива может быть снижена до 0,5-2%, что значительно превосходит данные, приводимые в прототипе 3,45 и 5,16%.

Предлагаемый метод получения топлива "ЭКОВУТ" предполагается использовать при производстве водоугольного топлива взамен мазута на Литовской ТЭЦ и Воркутинской ТЭЦ.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения водоугольного топлива из ископаемого угля, включающий дробление угля, его мокрое измельчение с получением водоугольной суспензии, ступенчатую деминерализацию измельченного угля для снижения его зольности с образованием первичного и вторичного продуктов, последующую их деминерализацию и обезвоживание, отличающийся тем, что мокрое измельчение угля проводят до коллоидного размера частиц с получением водоугольной суспензии со средним поверхностным размером дисперсной фазы не более 3 мкм, полученную суспензию разбавляют водой до концентрации угля 1-3%, деминерализацию первичных и вторичных продуктов осуществляют совместно путем соединения продуктов с близкими по значению зольностями.

Версия для печати
Дата публикации 01.01.2007гг


вверх