СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВА ИЗ ЛИГНИНА Российский патент 1999 года по МПК C10L9/10 C10L5/14 C10L5/44 

Изобретение относится к топливоэнергетической области и может быть использовано в гидролизной, нефтяной, нефтеперерабатывающей и углехимической промышленности, в производствах органического синтеза.

Лигнин является отходом гидролизных производств. До сих пор ежегодно вывозится свыше 1 млн. т лигнина в отвалы, загрязняющие прилегающие территории.

Известно несколько способов получения топлива из лигнина /Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств. - М., "Лесная промышленность", 1989г., с. 438-444/. По первому из них лигнин сушат, а затем брикетируют или гранулируют. Недостатки этого способа: необходимость сушки и высокое давление брикетирования /70 - 110 МПа/.

По второму способу лигнин предварительно сушат в трубах-сушилках до остаточной влажности 35 - 40%, а затем сжигают. Этот способ отличается сложностью, взрывоопасностью и значительными выбросами лигнина в атмосферу.

По третьему способу лигнин сначала размалывают, а затем сушат и сжигают в специализированных котлоагрегатах. Этот способ наименее взрывоопасен в сравнении с первыми двумя, однако наиболее трудоемок и сложен в аппаратурном оформлении.

Известен способ получения топлива /WO79/00988, 29.11.79/, согласно которому целлюлозный материал с влажностью более 55% мас. /в качестве такового упоминается лигнин/ смешивают с карбонатом кальция и сушат в сушилках до остаточной влажности 5 - 15% мас. Затем его смешивают с термопластичным материалом /продуктом органического производства/ в соотношении 90 - 99% мас. первого компонента и 1 - 10% мас. второго и гранулируют при температуре не менее 95^oC.

Для повышения теплотворной способности топлива к смеси целлюлозного и термопластичного материалов могут быть добавлены измельченные шины, термореактивные смолы и/или остатки нефтеперегонки. В качестве связующих агентов к термопластичному материалу могут быть добавлены парафиновый гач, парафины и лигносульфонаты.

К недостаткам прототипа следует отнести необходимость предварительной сушки лигнина и сложность аппаратурного оформления.

Техническими результатами заявляемого изобретения являются устранение в процессе получения топлива стадии сушки лигнина и предельное упрощение аппаратурного оформления процесса.

Технические результаты достигаются тем, что лигнин смешивают с нефтяным остатком и/или мазутом топочным, и/или жидкими либо пастообразными продуктами коксования или полукоксования угля, и/или кубовыми остатками и отходами органических производств, например, производств фталевого ангидрида или диметилтерефталата в массовом соотношении от 9:1 до 1:9, преимущественно от 2:1 до 1:3. В качестве нефтяного остатка используют нефтяной шлам, гудрон, крекинг-остаток, термогазойль, тяжелый газойль каталитического крекинга, астфальты и экстракты масляного производства и смолу пиролиза, а в качестве продуктов коксования и полукоксования угля используют каменноугольную смолу, пек и смоляные фусы.

Нефтяной шлам, смоляные фусы, а также кубовые остатки органических производств на практике захоранивают на специальных полигонах, поэтому предлагаемый способ получения топлива из лигнина одновременно является способом утилизации этих отходов.

Технический лигнин имеет высокую влажность 50 - 70% мас. которая в естественных условиях длительного хранения практически не снижается, что объясняется высокопористой структурой лигнина, а в порах влага находится в адсорбированном состоянии. Влагоемкость сухого лигнина составляет 300 - 450%.

При смешивании лигнина с нефтяным остатком или с продуктами и отходами органических производств названные вещества адсорбируются в порах лигнина, вытесняя влагу наружу. В течение 3-4 суток происходит естественная сушка лигнина до остаточной влажности 2 - 45% мас. Влагопоглощение лигнина при этом снижается до 20 - 40% мас. Лигнин смешивают с жидкими или пастообразными органическими компонентами в смесителе известной конструкции при температуре окружающей среды. Исключение составляют гудрон, некоторые марки мазута и пек, которые в этих условиях находятся в твердом или высоковязком состоянии, поэтому перед смешиванием с лигнином их нагревают до 80^oC /мазут/ - 150^oC /пек/ для перевода в жидкотекучее состояние.

Обычные размеры частиц лигнина 0,001 - 10 мм. После перемешивания с органическим компонентом лигнин обеспыливается и частицы полученного топлива имеют размеры 1 - 10 мм, т.к. органический компонент агломерирует мелкодисперсные частички.

Сжигание топлива, богатого органическими компонентами /соотношение лигнин: органический компонент - от 1:1 до 1:3/, происходит без образования черного дыма, который обычно сопровождает горение чистого органического компонента. По внешним признакам горение такого топлива в слое напоминает горение бурого или каменного угля. При смешивании лигнина с нефтяными остатками в соотношении от 2:1 до 1:3 получают топливо с влажностью 5 - 10% мас. и теплотворной способностью 7300 - 8700 ккал/кг, т.е. на уровне каменного угля.

Во всех нижеприведенных примерах был использован лигнин Зиминского гидролизного завода, состоящий из частиц с размерами 0,001 - 10 мм.

Пример 1. В смеситель загружают 4,5 кг лигнина и 0,5 кг нефтяного шлама, извлеченного из топливного резервуара в процессе его чистки. Соотношение 9: 1. После перемешивания и выдержки на открытом воздухе в течение 3 суток получают 4,5 кг сыпучей массы с размерами частиц 1 - 10 мм и влажностью 39% мас. Теплотворная способность полученного топлива 3800 ккал/кг.

Пример 2. В смеситель загружают 4,5 кг лигнина и 0,5 кг крекинг-остатка. Соотношение 9: 1. Путем перемешивания и выдержки, как описано в примере 1, получают 4,5 кг топлива с размерами частиц 1 - 10 мм, влажностью 45% мас. и теплотворной способностью 3420 ккал/кг.

Пример 3. В смеситель загружают 3,4 кг лигнина и 1,7 кг отработанного моторного масла. Соотношение 2:1. Путем перемешивания и выдержки в течение 4 суток на открытом воздухе получают 3,3 кг топлива с размерами частиц 2 - 10 мм, влажностью 9,3% и теплотворной способностью 7350 ккал/кг.

Пример 4. В смеситель загружают 3,35 кг лигнина и 1,65 кг термогазойля. Соотношение 2:1. Путем перемешивания и выдержки в течение 4 суток на открытом воздухе получают 2,95 кг топлива с размерами частиц 2 - 10 мм, влажностью 10% и теплотворной способностью 7340 ккал/кг.

Пример 5. В смеситель загружают 1,25 кг лигнина и 3,75 кг мазута топочного, нагретого до 80^oC. Соотношение 1:3. После перемешивания и выдержки на открытом воздухе в течение 3 суток получают 4,35 кг сыпучей массы с размерами частиц 4 - 10 мм и влажностью 5%. Теплотворная способность полученного топлива 8760 ккал/кг.

Пример 6. При смешивании лигнина с тяжелым газойлем каталитического крекинга, асфальтами и экстрактами масляного производства, со смолой пиролиза, каменноугольной смолой и смоляными фусами получают топливо, одинаковое по составу и теплотворной способности описанному в примерах 1 - 5.

Пример 7. В 9 кг каменноугольного пека, нагретого до 150^oC, добавляют 1 кг лигнина. Соотношение лигнин : пек 1 : 9. Полученную массу перемешивают и охлаждают до температуры окружающей среды. Образовавшуюся глыбу дробят на куски, удобные для сжигания в топке.

Пример 8. В смеситель загружают 2,5 кг гудрона, нагретого до 100^oC и 2,5 кг лигнина. Соотношение 1:1. После перемешивания и охлаждения на открытом воздухе получают 3,5 кг сыпучей массы с размерами частиц 3 - 10 мм и влажностью 2%. Теплотворная способность полученного топлива 8380 ккал/кг.

Пример 9. В смеситель загружают 2,5 кг лигнина и 2,5 кг кубового остатка производства фталевого ангидрида, содержащего 29,6% фталевого ангидрида, 5,6% малеинового ангидрида, 60,2% смолистых веществ и 4,6% золы. Соотношение 1: 1. После перемешивания и выдержки на открытом воздухе в течение 4 суток получают 4,0 кг сыпучей массы с размерами частиц 2 - 10 мм и влажностью 15%. Теплотворная способность полученного топлива 4820 ккал/кг.

Пример 10. В смеситель загружают 1,25 кг лигнина и 3,75 кг кубового остатка производства диметилтерефталата, содержащего 50% смолистых веществ и 50% диметилтерефталата. Соотношение 1:3. После перемешивания и выдержки на открытом воздухе в течение 3 суток получают 4,6 кг сыпучей массы с размерами частиц 3 - 10 мм и влажностью 8%. Теплотворная способность полученного топлива 5500 ккал/кг.

Пример 11. Топливо, полученное как описано в примерах 1 и 2, брикетируют под давлением 5 МПа. Полученные брикеты с размерами 50 х 40 х 25 мм дают остаток 95% кусков с размерами более 25 мм при испытании в барабане на механическую прочность.

Пример 12. Топливо, полученное из лигнина и смолы пиролиза, в массовом соотношении 1: 3, формуют вручную с давлением не выше 0,01 МПа в шары диаметром 50 - 80 мм. При испытании, как описано в примере 11, эти брикеты дают остаток 75%, что удовлетворяет условиям сжигания топлива в топках бытовых котельных.

Изобретение относится к топливоэнергетической области и может быть использовано в гидролизной, нефтяной, нефтеперерабатывающей и углехимической промышленности, а также в производствах органического синтеза для утилизации отходов. Топливо из лигнина получают путем смешивания его с нефтяным остатком (нефтяным шлаком, гудроном, крекинг-остатком, термогазойлем, тяжелым газойлем каталитического крекинга, асфальтами и экстрактами масляного производства, смолой пиролиза (или с мазутом топочным или жидким либо пастообразными продуктами коксования и полукоксования угля (каменноугольной смолой, пеком, смоляными фусами) или с кубовыми остатками и отходами органических производств в массовом соотношении от 9 : 1 до 1 : 9, преимущественно от 2 : 1 до 1 : 3. Гудрон, мазут топочный и каменноугольный пек при этом разжижают путем нагрева до 80-150^oС. Полученное топливо либо сжигают непосредственно в топках, либо формуют в брикеты или гранулы под давлением 0,01-5,0 МПа и используют для коммунально-бытовых нужд, а также в качестве восстановителя в черной и цветной металлургии. Техническим результатом является устранение в процессе получения топлива стадии сушки лигнина и предельное упрощение аппаратурного оформления процесса. 3 з.п.ф-лы.

1. Способ получения топлива из лигнина смешением, отличающийся тем, что лигнин смешивают с нефтяным остатком и/или мазутом топочным, и/или жидким либо пастообразными продуктами коксования и полукоксования угля, и/или кубовыми остатками и отходами органических производств, например фталевого ангидрида или диметилтерефталата, в массовом соотношении от 9 : 1 до 1 : 9, преимущественно от 2 : 1 до 1 : 3. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нефтяного остатка используют нефтяной шлам, гудрон, крекинг-остаток, термогазойль, тяжелый газойль каталитического крекинга, асфальты и экстракты масляного производства и смолу пиролиза, в качестве продуктов коксования и полукоксования угля используют каменноугольную смолу, каменноугольный пек и смоляные фусы. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что гудрон, или мазут топочный, или каменноугольный пек перед смешиванием с лигнином нагревают до 80 - 150^oС. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что полученное топливо формуют в брикеты или гранулы под давлением 0,01 - 5,0 МПа.