СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТОРФА В КРУПНОКУСКОВОЙ УГЛЕРОДНЫЙ ВОССТАНОВИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК C10F7/00 C10F5/06 

Изобретение относится к торфоперерабатывающей технике, в особенности к способам переработки торфа, в частности сочетающим сушку и обезвоживание торфомассы с использованием прессующего воздействия и в сочетании с коксованием для производства крупнокускового углеродного восстановления, например, кремния, получаемого из кремнеземистых руд.

Прототипом изобретения является способ получения торфяного угля в куске, известный из "Справочник по торфу", М, Недра, 1982, с. 543, 547, табл. 18.5, 18.6.

Принятый за прототип способ включает отбор сырьевой торфозалежи, заводнение ее торфозапаса, интенсивную физическую усадку торфовещества, предполагающую проведение диспергирования, перемешивания, формирования и заключительного провяливания брикетов, составление из брикетированного вещества технологической шихты, ее многостадийную термоусадочную обработку в условиях внешнего обогрева стационарного материального слоя, предполагающую проведение сушки и многоступенчатого пиролиза путем бертинирования, полукоксования и коксования имеющих место технологических переделов с попутной эвакуацией побочно выделяемых летучих пиропродуктов, отбор термоусаженного твердого пироостатка и формирование из его массы партий целевого продукта.

Особенностью принятого за прототип способа является то, что многоступенчатый пиролиз вещества ведут, как электронейтральный. Для этого, образуемые торфяным сырьем, пиролитические твердые технологические переделы (бертинат, полукокс и кокс) подвергают пассивному электрическому заземлению и лишат активного конверторного электрического заземления, например, обеспечиваемого снятием отходящих с вещества слоя наводимых в ходе технологического процесса электрических потенциалов. Электронейтральность пиролиза не позволяет преодолевать противодействие технологических переделов преобразованию их в структурированный углеродный продукт, в частности сопротивление, обуславливаемое накоплением на поверхностях структурных зародышей барьерных электрических зарядов. В конечном итоге неснятость сопротивляемости технологических переделов пиропреобразовательному воздействию не позволяет добиваться перехода их в угольные продукты элитного качества.

Основным недостатком принятого за прототип способа, ввиду указанных особенностей, является необеспечиваемость повышения элитности получаемого восстановителя.

Задачей изобретения является устранение основного недостатка прототипа.

Сущность технического решения состоит в том, что в способ, характеризуемый наличием тех же что и прототип признаков, начиная от сырьевой торфо-залежи и кончая формированием из термоусаженного твердого пироостатка партий целевого продукта, внесен ряд отличий, которые состоят в том, что пиролиз стационарного материального слоя ведут в условиях его конверторного электрозаземления. Это электрозаземление обеспечивают снятием с вещества слоя потенциалов в диапазоне 0,05-5,0 В. При этом проявление брикетов ведут в условиях открытия доступа к фрагментам их условно-горизонтальной поверхности суммарной естественной солнечной радиации с удельной нагрузкой 110-150 мДж/м².

Недостижение при пиролизе отведения потенциала величиной в 0,05 В не позволяет активизировать разрушение в веществе технологических переделов возникающих барьеров электросопротивления и надежно отвести тормозящие угле-структуризационный процесс, электрозаряды. Превышение этого же потенциала величины в 5,0 В приводит к внесению в угле-структуризационный процесс чрезмерных электро-возмущений.

Недостижение степени брикетов 110 мДж/м² не позволяет добиваться его насыщения продуктами влажного фотоокисления, представляющими собой радикалы гумматов, и обеспечить, в конечном итоге нужную электропроводимость ожидаемых технологических переделов. Превышение этого же удельного нагружения величины в 150 мДж/м² приводит к переходу концентрации окисных радикалов за пороговое значение, когда происходит излишняя потеря торфомассой клеющих свойств, что вызывает разрушение торфобрикетов.

Подтверждением наличия у технического решения изобретательского уровня является отсутствие следования его явным образом из известного уровня техники. (см. Т.М.Хрепкова, В.И.Косаточкин. ст. Электрофизические свойства переходных форм углерода и углей, Сборник "Структурная химия углерода и углей" под ред. В. И. Косаточкина, М, Наука, 1969 г. с. 88-98; М.Р.Тарасевич "Электрохимия углеродных материалов", М, Наука, 1984 г. с. 253; Е.С.Мацкевич, Ю.И.Алексеенко, Л.А.Кульский, ст "Об энергии активации и механизм проводимости в активных углях", ДАП СССР, 1978, том 239, N 5, с. 1147-1149)
Пример 1. Для обеспечения нужд реализуемого технологического процесса осуществили отбор подходящей сырьевой торфо-залежи, скопившей верховой торф средней степени разложения, или низинный глиновый торф, переходящий в высокопрочный торфококс, который обладает низкими пневмопотерями твердой массы в металлургических циклах. В частности, отобрали торфозалеж, скопившую верховой торф средней степени разложения ГОСТ 13672-76. Торф из отобранной залежи обладал следующими характеристиками: степень разложения (R)-12 мас% зольность (A)-1,2 мас. полная влагоемкость (w)-480 мас. влажность (W)-93,2 мас. плотность 73 кг/м³, показатель кислотности (pH)-3,5 ед, теплотворная способность (Q)-22,1 МДж/кг. Закончив вскрытие отобранной торфозалежи и ее освобождение от растворительного покрова произвели заводнение указанного торфозапаса. Для этого произвели полив торфомассы дренажной водой, забираемой из системы канав осушения залежки. Производимым заводнением обеспечили до ведения влажности верхнего слоя торфомассы до 103 мас. Сохраняя достигнутую влажность предприняли проведение интенсивной физической усадки торфомассы, предполагающей на начальных этапах осуществление диспергирования торфа и перемешивания в условиях шнекования. За счет диспергирования было обеспечено доведение эквивалентных радиусов торфоагрегатов, определяемых при 20^oC, до 100-250 мкм. Продолжительность оседания торфоагрегатов в воде при достигнутых размерах составляла 0,5-2,5 м. За счет перемешивания было обеспечено доведение по крайней мере в 90% контрольных проб содержания фракций меньшей 250 мкм (P₂₅₀) до 80 мас. Осуществляя механо-модификацию торфа, производили одновременное брикетоформирующее компактирование нарабатываемого из торфомодификата порционата. Компактирование вели в условиях того же самого шнекования, какое обеспечивало диспергирование с перемешиванием, дополняя его штемпелеванием. Шнекование и штемпелевание обеспечило компрессионное уменьшение удельного объема торфа. Выражающая это изменение компрессионная кривая предполагала доведение объемной физической усадки ( β ) торфа до 240 объем% Вырабатываемые брикеты имели вид цилиндровых фрагментов диаметром 50 мм и длиной 75-90 мм. Обеспечив расстеливание брикетной массы в один элементарный ярус по поверхности полевой площадки, начали осуществлять провяливание сформированных брикетов. Упомянутое провяливание вели в условиях открытия доступа к фрагментам их условно-горизонтальной поверхности суммарной естественной солнечной радиации. Удельную нагрузку солнечной радиации на веществе брикетов устанавливали соответствующей минимальному пределу в допустимом диапазоне значений, в частности, соответствующей 110 мДж/м². Солнечная радиация привела к фотохимическому окислению активной органической составляющей торфовещества и его частичной битумизации с накоплением связанного электро-активного кислорода. Повяливание привело к физической усадке брикетов, составившей 5 объем% Влажность брикетов была доведена до 34 мас. Прочность брикетов на изгиб составила 6 МПа. Влагоемкость за 5 ч пребывания в воде при температуре 20^oC составила 50 мас. Кажущаяся плотность-990 кг/м³, плотность в укладке-980 кг/м³. Завершив за счет провяливания физическую усадку торфа, произвели составление из брикетированного вещества технологической шихты. Для этого сформированные брикеты собрали в свободный ворох. Плотностью технологической шихты в навале составила 710 кг/м³. Далее предприняли многостадийную термоусадочную обработку технологической шихты в условиях обогрева стационарного материального слоя. Упомянутая многостадийная термоусадка предполагала проведение сушки и многоступенчатого пиролиза. Сушка была проведена путем внешнего прогрева брикетов в течение 7 ч при 120^oC. Она была произведена методом внутрипечного контейнерирования торфомассы. Влажность брикетов была доведена в результате сушки до 2,5 мас. Торф был усажен на 1 объем. Многоступенчатый пиролиз был проведен в условиях того же самого внутрипечного контейнерирования. Пиролиз был произведен путем последовательного бертинирования, полукоксования и коксования имеющих место технологических переделов (сушенки, бертината, полукокса). Он шел попутной эвакуацией из материального слоя побочно выделяемых летучих пиропродуктов (паров пирогенетической воды, горючих газов, инертных газов, органических паров). Бертинирование сушенки шло при 200^oC в течение 4-х ч. Полукоксование бертината и выделенного им дегтевого конденсата шло при 550^oC в течение 3 ч. Коксование полукокса шло при 700^oC в течение 1 ч. При этом осуществляемый многоступенчатый пиролиз вели в условиях конверторного электрозаземления стационарного материального слоя. Время заземления занимало весь период протекания пирообработки, в частности все ее операционные ступени. Конверторное электро-заземление обеспечивали снятием с вещества слоя потенциалов, которые соответствовали минимальному пределу в интервале допустимых значений в частности соответствующим 0,05 В. Предпринимаемое заземление обеспечивало отведение от поверхности структурных зародышей микрокристаллитной угольной фазы накоплений барьерных электрических зарядов. Эти накопления были связаны с ходом протекающих в веществе технологических переделов электрохимических реакций конденсации элементарной углеродной фазы. Отведение барьерных зарядов устраняло электрическое сопротивление структуризационному процессу. В качестве завершительной ступени пиролитической стадии термоусадки предприняли охлаждение предпродуктового технологического передела до 70^oC. Охлаждение вели в течение 5 ч. Далее произвели пассивирование полученного огарка. Для этого огарок подвергали выдержке в течение 20 ч в условиях фильтрационного контакта с атмосферным воздухом. Получив коксовый стабилизат осуществляли отбор из его массы подходящей метрической фракции. Она представляет собой целевой термоусаженный твердый пироостаток. Из указанного пироостатка произвели формирование партий необходимого продукта.

Пробы сформированных партий полученного восстановителя подвергали испытаниям. В результате производственных испытаний было установлено, что кажущаяся плотность кусков восстановителя была сохранена на уровне 0,65 г/см³ (определение по ГОСТ,у 7657-91), паразитная порозность была понижена до 36 объем. содержание нелетучего углерода было доведено до 91% мас. реакционная активность по осветляющей способности на метиленовом голубом красителе была доведена до 26 мг/г (по ГОСТ,у 4453-74) то же на вододиспергированном йоде 23% оптич. (по ГОСТ, у 6217-74), сопротивление сжатию была доведена до 26 МПа.

Пример 2. Переработку торфа осуществляли при наличии соответствия всех режимов и параметров примеру 1, за исключением того, что удельную нагрузку солнечной радиации при физической усадке торфа и потенциал электрического поля, отводимый с вещества слоя при его термоусадке устанавливали соответствующими максимальным пределам в допустимых интервалах значений. В частности, удельную нагрузку солнечной радиации устанавливали равной 150 мДж/м², а отводимый потенциал 5,0 В.

В результате произведенных испытаний было установлено, что кажущаяся плотность кусков полученного восстановителя была сохранена на уровне 0,66 г/см³, паразитная порозность была понижена до 35 объем. содержание нелетучего углерода была доведена до 91,8 мас, реакционная активность по осветляющей способности на метиленовом голубом красителе была доведена до 27 мг/г, то же на вододиспергированном йоде 24% оптич. сопротивление сжатию было доведено до 27 МПа.

Пример 3. Переработку торфа осуществляли при наличии соответствия всех режимов и параметров примеру 1 за исключением того, что удельную нагрузку солнечной радиации при физической усадке торфа и потенциал, отводимый с вещества слоя при его термоусадке устанавливали соответствующими промежуточным величинам в допустимых интервалах значений. В частности, удельную нагрузку солнечной радиации устанавливали равной 120 мДж/м², потенциал устанавливали равным 1,0 В.

В результате произведенных испытаний было установлено, что кажущаяся плотность кусков полученного восстановителя была сохранена на уровне 0,67 г/см³, паразитная порозность была понижена до 34 объем. содержание нелетучего углерода было доведено до 92,8 мас. реакционная активность по осветляющей способности на метиленовом голубом красителе была доведена до 28 мг/г, то же по вододиспергированному йоду 25% оптич. сопротивлению сжатия было доведено до 29 МПа.

Положительные результаты, достигнутые в соответствии со всеми примерами реализации предложенного способа сведены в сопоставительную табл. в которой они даны в сравнении с данными для торфококса, вырабатываемого с осуществлением винтового перетирания сырья (см. прототип, стр. 547. табл. 18.6, столбец 5)
Из представленной табл. видно, что наилучшие результаты были достигнуты при реализации способа в соответствии с примером 3.

Техническим преимуществом способа по сравнению с прототипом является обеспеченность совместимости реализуемого на его основе производства с полевыми условиями разработки отработанной торфозалежи.

Использование: изобретение относится к металлургической промышленности и направлено на получение восстановителя, обладающего повышенной технологической эффективностью применительно к условиям ведения металлургического процесса, например, производства кремния-сырца. Сущность изобретения: способ включает отбор сырьевой торфо-залежи, заводнение ее торфозапаса, интенсивную физическую усадку торфовещества, предполагающую проведение диспергирования, перемешивания, формирование брикета и заключительного его провяливания, составление из брикетированного вещества технологической шихты, ее многостадийную термоусадочную обработку в условиях внешнего обогрева стационарного материального слоя, предполагающую проведение сушки и многоступенчатого пиролиза путем бертинирования, полукоксования и коксования имеющих место технологических переделов с попутной эвакуацией побочно выделяемых летучих продуктов пиролиза, отбор термоусаженного твердого пироостатка и формирование из его массы партий целевого продукта. Новым в способе является то, что пиролиз стационарного материального слоя ведут в условиях его конверторного электрозаземления. Указанное электрозаземление обеспечивается снятием с вещества слоя потенциала в диапазоне 0,05-5,0 В. При этом проявление брикетов ведут в условиях открытия доступа к фрагментам их условно-горизонтальной поверхности суммарной естественной солнечной радиации. При открытии указанного доступа подвергают вещество брикетов уделенной фотохимической нагрузке в пределах 110-150 мДж/м².1 табл.

Способ переработки торфа в крупнокусковой углеродный восстановитель, включающий отбор сырьевой торфозалежи, заводнение ее торфозапаса, интенсивную физическую усадку торфовещества, предполагающую проведение диспергирования, перемешивания, формирование и провяливание брикетов, составление из брикетированного вещества технологической шихты, ее многостадийную термоусадочную обработку в условиях внешнего обогрева стационарного материального слоя, предполагающую проведение сушки и многоступенчатого пиролиза путем бертинирования, полукоксования и коксования имеющих место технологических переделов с попутной эвакуацией побочно выделяемых летучих пиропродуктов, отбор термоусаженного твердого пироостатка и формирование из его массы партий целевого продукта, отличающийся тем, что пиролиз стационарного материального слоя ведут в условиях его конверторного электрозаземления, которое обеспечивают снятием с вещества слоя потенциалов в диапазоне 0,05 5,0 В, причем провяливание брикетов ведут в условиях открытия доступа к фрагментам их условно-горизонтальной поверхности суммарной естественной солнечной радиации с удельной нагрузкой 110 150 мДж/м².