СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГОЛЬНЫХ БРИКЕТОВ Российский патент 1997 года по МПК C10L5/20 

Изобретение относится к переработке тонкодисперсных отходов угольной промышленности и нетоварной угольной мелочи в облагороженное топливо коммунально-бытового и технологического назначения методом брикетирования со связующими добавками.

Известен способ получения топливных брикетов, при котором готовится гомогенная смесь измельченного горючего материала, в частности, битумизированного угля (лучше всего антрацита) с лигносульфонатом в качестве связующего и водой в количестве 2 15% от массы горючего материала.

В полученную гомогенную смесь вводят бихромат в качестве инициатора отверждения брикетов. Одновременно с бихроматом или после него вводят водный раствор серной кислоты как средство, ускоряющее процесс отверждения. Полученную смесь формуют. Приготовленный по этому способу топливный брикет состоит из измельченного горючего углеродного материала и связующего - продукта химической реакции между водным раствором лигносульфоната, бихроматом и серной кислотой (патент США N 4618347, C 10 L 5/10, 1986).

При этом способе получения топливных брикетов содержание связующего - лигносульфоната составляет от 5 до 12% оптимально 6 8% на массу углеродного материала. Брикет с добавкой лигносульфоната в качестве связующего приобретает механическую прочность только при добавлении реагентов, способствующих отверждению связующего.

Известный способ получения топливных брикетов из углеродного материала с добавкой воды, лигносульфоната и отверждающих добавок бихромата и водного раствора серной кислоты представляется нетехнологичным и экономически необоснованным для массового производства такого вида топлива, как коммунально-бытовые брикеты из-за следующих недостатков:
добавление воды для образования гомогенной смеси углеродного материала и лигносульфоната, а также водного раствора серной кислоты для отверждения связующего, повышает содержание балластной связанной влаги в брикете, при этом уменьшается теплота сгорания его рабочего топлива, в сравнении с исходным углем;
введение в шихту для брикетирования отвердителей бихромата и серной кислоты ухудшает экологическую характеристику брикета по отношению к исходному углю, за счет повышения в нем содержания серы и соединений хрома;
недостаточная механическая прочность свежесформованного брикета за счет добавки в высоковлажный до 30% шлам воды и водного раствора серной кислоты при приготовлении шихты для прессования;
приготовление шихты 4-х компонентного состава является трудоемкой операцией, требующей специальных технических средств для ее осуществления, так как при значительном колебании содержания влаги в исходном угольном шламе (от 20 до 30%) выдержать необходимое соотношение компонентов шихты для эффективного протекания реакций отверждения связующего является сложной и труднореализуемой на практике технической задачей.

Известен также способ получения топливных брикетов, включающий смешение измельченного углеводородного материала, содержащего угольный шлам и угольную мелочь (несортовой уголь) 20% частиц + 3 мм, 30 55% + 0,5 мм и 50 75% + 0,2 мм с сухим порошкообразным лигносульфонатом аммония 3 8 мас.ч. на 100 мас.ч. (т.е. 2 8 мас.) углеродного материала, брикетирование смеси с соотношением влаги 5 8 мас.ч. и последующую термообработку брикетов при 200 600^oC (заявка Великобритании N 1321729, C 10 5/02, 1973 г.).

Недостатками способа получения топливных брикетов являются:
получаемое по известному способу бездымное брикетное топливо не является универсальным, так как требует значительного количества растопочного материала и может быть эффективно использовано только при сжигании в специализированных бытовых топочных устройствах, конструкции которых обеспечивают полноту выгорания топлива с невысоким выходом летучих веществ;
для производства топливных брикетов необходимо иметь местные ресурсы нефтяного или пекового кокса, а также антрацитов;
рекомендуемый гранулометрический состав углеродного композита требует подготовки по крупности компонентов исходного угольного сырья, что труднореализуемо на практике и усложняет технологическую схему его подготовки для брикетирования;
при использовании в качестве компонента углеродного композита антрацитового или угольного шлама, особенно высоковлажного с высоким выходом летучих, требуется предварительное его обезвоживание, что с точки зрения обеспечения эффективности этого процесса, безопасности производства и охраны окружающей среды от пылевых выбросов носит проблемный характер;
необходимость применения сложных технических решений по утилизации тепла и очистки от загрязнения окружающей среды продуктами термического разложения угля, так как при формовании брикетов, с целью выделения из них летучих веществ, применяются высокие температурные режимы от 200 700^oC;
применение высокого не менее 1000 кг/см² удельного давления при прессовании, которое требует значительных затрат энергии на формование брикета и применение специальных конструкций к валковому прессу.

Изобретение позволяет по упрощенной экономичной технологии получить из углеродного материала топливный брикет с более высокими потребительскими свойствами и экологическими параметрами, повысить экономическую эффективность работы предприятий, топливно-энергетического комплекса при рациональном использовании ее угольных ресурсов, в том числе вторичных, охрана окружающей среды за счет применения технических средств, обеспечивающих получение из сбрасываемых в наружные отстойники высоковлажных угольных шламов, угольных отсевов и пыли, скапливающихся на угольных складах, механически прочного и атмосферо-водоустойчивого окускованного топлива с повышенной плотностью тепловой энергии, пригодного для транспортирования и хранения с высокими теплотехническими параметрами и экологическими характеристиками при слоевом сжигании.

Указанный технический результат в описываемом способе получения топливных брикетов, включающем смешение шихты угольного шлама и угольной мелочи с 4 5 мас. сухого лигносульфоната, брикетирование смеси с последующим термообработкой брикетов, достигается тем, что используют шихту с влажностью 8 14% при содержании угольного шлама фракции минус 0,5 мм 50 90 мас. и угольной мелочи фракции минус 6 мм 5 46 мас. термообработку брикетов осуществляют в интервале 160 200^oC в течение 1 1,5 часа.

Отличительными признаками изобретения являются:
использование в качестве углеродного материала шихты с содержанием угольного шлама фракции минус 0,5 мм 50 90 мас. и угольной мелочи фракции минус 6 мм 5 46 мас. с влажностью 8 14%
осуществление термообработки брикетов в интервале 160 200^oC в течение 1 1,5 часа.

В данном способе получения топливных брикетов использовались угольный шлам и угольная мелочь шахты "Северная" ПО "Воркутауголь" Печорского угольного бассейна.

Угольный шлам и угольная мелочь были представлены маркой 2Ж, зольностью 15,8% и 22,6% соответственно.

Выход летучих угольного шлама и угольной мелочи составил 35% содержание серы 0,5% теплоты сгорания на рабочее топливо угольной мелочи 5600 ккал/кг, угольного шлама 5450 ккал/кг.

В качестве связующего использовался сухой лигносульфонат - ЛСТПТУ-13-0282038-15-90, 100% Na основание, массовая доля влаги до 5,7% массовая доля основного вещества 69,0% массовая доля сухих веществ 94,3%
Учитывая непостоянство влажности угольного шлама в диапазоне 20 30% его перемешивание производилось с угольной мелочью влажностью 7 8% в соотношении, обеспечивающем влажности угольной шихты 8 14%
Введение в угольную шихту сухого лигносульфоната, который является гигроскопическим поверхностно-активным веществом, дополнительно снижает общую влажность смеси на 0,5 1,0%
Получаемая смесь по содержанию влаги становится технологичной, хорошо дозируется и пригодна для прессования с образованием достаточно прочного сформованного "сырого" брикета с механической прочностью на сжатие 20 кг/см².

Преимуществами данного способа является:
исключение операции предварительного обезвоживания (сушки) угольного шлама перед его усреднением с угольной мелочью;
подготовка (усреднение) угольной шихты и угольной мелочи осуществляется без температурной подготовки (при холодном режиме);
режимы температурной обработки сформованных "сырых" брикетов обеспечивает удаление балластной влаги из брикета, в результате чего значительно на 800 900 ккал/кг повышается его теплотворная способность в сравнении с исходной угольной шихтой; способствует повышению механической прочности брикета с 20 кг/см² до 70 80 кг/см² на сжатие обеспечивается высокая атмосферо-водоустойчивость брикета;
значительно более низкое удельное давление прессования.

Упрочнение и водоустойчивость брикета происходит по всему объему, а также за счет образования достаточно плотной и водоустойчивой поверхностной кромки "скорлупы" толщиной 5 6 мм.

Упрочнение брикета и образование "скорлупы" объясняется термополимеризацией связующего лигносульфонатного комплекса при обработке брикета при температуре 160 200^oC (установлено авторами экспериментально).

На чертеже представлена принципиальная схема осуществления способа.

Схема последовательно содержит смеситель-рыхлитель 1 для приготовления шихты из угольного шлама и отсева, смеситель 2 для перемешивания угольной шихты со связующим, пресс 3 для формования брикетов, сушилку 4 для удаления балластной влаги и термообработки брикетов.

Способ получения топливных брикетов осуществляется следующим образом.

Исходный угольный шлам с преимущественным содержанием фракции минус 0,5 мм влажностью 20 30% обогатительной фабрики ПО "Воркутауголь" Печорского угольного бассейна и угольная мелочь фракции минус 6 мм влажностью 7 8% подаются в определенной пропорции в смеситель-рыхлитель 1 для предварительного смешивания и рыхления. Подготовленная до влажности 8 14% угольная шихта из шлама и мелочи направляется в смеситель 2. Одновременно в этот смеситель дозируется связующее сухой лигносульфонат при его расходе 4 5 мас. Полученная для брикетирования смесь из смесителя 2 направляется в гидравлический пресс 3. Из пресса формованные брикеты передаются в сушилку 4, где происходит операция удаления балластной влаги и полимеризация связующего при температуре 160 200^oC в течение 1 1,5 часа. После сушки охлажденные до 40^oC брикеты направляются на отгрузку потребителям в насыпном или затаренном виде.

Пример 1 2. К исходному угольному шламу фракции минус 0,5 мм влажностью 20 30% ПО "Воркутауголь" Печорского угольного бассейна добавляют для шихтования угольную мелочь фракции минус 6 мм влажностью 7 8% взятых в соотношении 50 46% 46% 0% полученную шихту влажностью 8% подают на смешение со связующим лигносульфонатом, режим перемешивания 3 5 мин. при температуре окружающей среды. Сухой лигносульфонат берут соответственно в количестве 4 5% влажностью 3% полученную брикетную смесь направляют на гидравлический брикетный пресс. Удельное давление прессования составляло 170 - 230 кг/см². Затем полученный брикет направляют в сушилку ленточную с зонным нагревом (среда нагрева воздушная или же дымовые газы) для подсушки при температуре 160 200^oC. (интервалы температуры установлены экспериментально и являются оптимальными для данного способа). Происходит окончательное обезвоживание и термообработка брикета. Температура подсушенных брикетов 40 45^oC, размер брикета высота 65 мм, ширина 60 мм, длина 120 мм. Готовый брикет охлаждают и направляют на отгрузку (табл.1, 2, 3, 4).

Пример 3 4. Условия те же, что в примере 1 2, но влажность шихты берется 10% (табл.3).

Пример 5 6. Условия те же, что и в примере 1 2, но влажность берется 14% (табл.3).

В табл. 3 представлены результаты испытаний по брикетированию угольной шихты (смесь угольного шлама фракции 0,5 мм и угольной мелочи фракции минус 6 мм) со связующим лигносульфонатом.

Как видно из данных табл. 1, 2 предлагаемый способ обеспечивает получение брикетов с высокой теплотой сгорания 6700 ккал/кг при содержании влаги 1,5% золы 15,9% серы 0,63% и выхода летучих 34,1%
Анализ данных табл. 3, 4 подтверждает, что для получения топливных брикетов с достаточно высокой теплотворной способностью, высокой механической прочностью, а процесс брикетирования целесообразно проводить при влажности шихты 8 14% при соотношении угольного шлама фракции 0,5 мм 50 90 мас. и угольной мелочи фракции 6 мм 5 46 мас. с введением оптимального количества связующего лигносульфоната 4 5 мас. при этом механическая прочность при истирании по ГОСТ 21289-75 88,8 98,8% (при норме не менее 80,0%), механическая прочность при сбрасывании по ГОСТ 21289-75 89,2 - 98,62% (при норме не менее 85,0), кроме того, получаемые брикеты являются влагостойкими, на что указывает небольшое водопоглощение 0,15 0,2% (при норме не более 4,0%).

Предлагаемый способ получения топливных брикетов в отличие от известного позволяет выполнить обезвоживание и формование отходов обогащения меньшим, чем у известного, количеством операций и с меньшими затратами (исключается операция термической сушки), что удешевляет процесс переработки отходов углеобогащения, что позволяет достичь экономичности, упрощения технологии получения брикетов, за счет рационального использования отходов углеобогащения в местах образования большого количества угольного шлама и угольной мелочи.

Полученные по предлагаемому способу водостойкие и механически прочные брикеты можно использовать как на предприятиях топливной, металлургической, так и в быту для отопления помещений.

Использование: изобретение относится к переработке тонкодисперсных отходов угольной промышленности в облагороженное топливо коммунально-бытового и технологического назначения. Сущность изобретения: способ получения угольных топливных брикетов, включающий смешение шихты угольного шлама и угольной мелочи с 4 - 5 мас.% сухого лигносульфоната, брикетирование смеси и последующую термообработку брикетов, использует шихту с влажностью 8 - 14% при содержании угольного шлама фракции минус 0,5 мм 50 - 90 мас.% и угольной мелочи фракции минус 6 мм 5 - 46 мас.%, теомообработку брикетов осуществляют в интервале 160 - 200^oC в течение 1 - 1,5 часа. 1 ил. 4 табл.

Способ получения угольных брикетов, включающий смешение шихты угольного шлама и угольной мелочи с 4 5 мас. сухого лигносульфоната, брикетирование смеси и последующую термообработку брикетов, отличающийся тем, что используют шихту с влажностью 8 14% при содержании угольного шлама фракции -0,5 мм 50 90 мас. и угольной мелочи фракции -6 мм 5 46 мас. термообработку брикетов осуществляют в интервале 160 200^oС в течение 1 1,5 ч.