СОСТАВ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ НА ОСНОВЕ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК C10L5/46 C10L5/22 

Изобретение относится к области производства на основе использования осадков городских сточных вод (ОСВ) топливных брикетов, которые могут найти применение в качестве заменителя природного твердого топлива в быту, теплоэнергетике, а также как растопочные средства для розжига.

Известны технические решения по использованию ОСВ в качестве горючего компонента топливных композиций. Рецептуры и способы топливных материалов, содержащих ОСВ, приведены, например, в патенте N 2248848 (Великобритания, МКИ C 10 L 5/46) от 22.04.92 г. (Изобретения стран мира -1993, N 9. -С.19); в патенте N 4111442 (Германия, МКИ C 10 L 5/40, 9/00) от 02.07.92 г. (Изобретения стран мира - 1993, N 10. -С. 3); в патенте N 5125931 (США, МКИ C 10 L 5/14, 5/46) от 30.06.92 г. (Изобретения стран мира - 1994, N 1. -С. 26).

Прототипом предлагаемого изобретения является патент N 5125931 (США) от 30.06.92 г. , согласно которому для получения топливного брикета смешивают уголь с твердыми осадками городских сточных вод в соотношении 0,5...2 части угля на 1 часть твердого осадка сточных вод (в пересчете на сухую массу) и полученную массу прессуют в брикеты при влажности 8...13% под давлением 70.. .351,5 кг/см².

Целью данного изобретения является:
- утилизация в составе топливной композиции нитратцеллюлозных отходов производства и порохов;
- улучшение потребительских характеристик получаемых топливных брикетов.

Поставленная цель достигается тем, что состав для топливных брикетов на основе осадков городских сточных вод содержит целлюлозосодержащие материалы и измельченные до размеров не более 3 мм нитраты целлюлозы и/или пороховую крошку при следующем содержании компонентов, мас.%:
Нитраты целлюлозы и/или пороховая крошка - 10-40
Целлюлозосодержащие материалы - 0-50
Осадки городских сточных вод - Остальное.

В способе получения топливных брикетов на основе осадков городских сточных вод в ОСВ вводятся целлюлозосодержащие материалы, совместно перетираются, механически обезвоживаются, сушатся и прессуются в виде топливных брикетов, а перед прессованием в высушенную смесь осадков сточных вод и целлюлозосодержащих материалов вводятся измельченные до размеров не более 3 мм нитраты целлюлозы и/или пороховая крошка в количестве 10-40% (от массы топливной смеси) и перемешиваются с высушенной смесью с использованием в качестве растворителя - этилацетата или спирто-эфирной смеси в количестве 10-30%, после прессования топливные брикеты окончательно сушат до достижения брикетами постоянного веса.

Улучшение потребительских характеристик топливных брикетов на основе осадков городских сточных вод достигается за счет использования целлюлозосодержащих материалов (ЦМ) растительного, древесного происхождения или производственных отходов деревоперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности, содержащих аналогичные отходы. Целлюлозосодержащие материалы выступают в качестве горючего наполнителя в составе топливных брикетов. Кроме того, положительный эффект данного изобретения достигается за счет введения в рецептуру топливных брикетов отходов производства нитратов целлюлозы из так называемых шламовых "прудов", отстойников, бассейнов, ловушек и/или пороховой крошки из предварительно измельченных порохов любых марок.

Поскольку порохи имеют строго регламентированный срок хранения, вопрос их утилизации является актуальным. Кроме того, на сегодняшний день актуальным остается и вопрос использования порохов, ликвидируемых по договорам сокращения и ограничения вооружений, а также некондиционных порохов, которые не удовлетворяют тем или иным требованиям.

В настоящее время порохи частично (около 10%) используются в качестве промышленных взрывчатых веществ и переделочного сырья (так называемого "мягкого брака"). Остальная масса порохов сжигается на специальных полигонах, поэтому проблема утилизации пороха является весьма актуальной.

Вместе с тем известно, что нитраты целлюлозы и порохи на их основе обладают высокой реакционной способностью и сгорают за очень короткое время с выделением большого количества тепла (900 ккал/кг), так как процесс термического разложения нитратов целлюлозы относится к самоускоренным автокаталитическим реакциям (см., например, Гиндич В.И., Забелин Л.B., Марченко Г.Н. , Производство нитратов целлюлоз. - М.: ЦНИИНТИ, 1984. - 360 с.). Введение нитратов целлюлозы и порохов в состав композиции для производства топливных брикетов позволяет рассматривать их в качестве инициатора горения, поскольку при их легкой воспламеняемости образуется большое количество летучих веществ, которые обеспечивают устойчивое зажигание и полноту сгорания топливных брикетов.

Кроме того, при сгорании порохов и нитратов целлюлозы наблюдается фактическое отсутствие золы, в связи с чем данные компоненты позволяют снизить зольность топливных брикетов.

При введении в состав топливной композиции нитратов целлюлозы или порохов также достигается высокая механическая прочность топливных брикетов, которая в 2-5 раз превышает механическую прочность торфяных брикетов (см. таблицу). Это обусловлено тем, что механическую основу порохов и нитратцеллюлозных отходов производства составляет полимер - нитрат целлюлозы (НЦ). Пластифицированные этилацетатом или спирто-эфирной смесью волокна нитратов целлюлозы при прессовании брикетов создают полимерную матрицу - своеобразный каркас, заполненный мелкодисперсными частицами осадка сточных вод и измельченными волокнами целлюлозы. Этот полимерный каркас определяет как прочностные свойства отпрессованных топливных брикетов, так и их гидрофобность.

Предлагаемый способ позволяет получить топливные брикеты, обладающие физико-механическими и теплотехническими характеристиками, представленными в таблице. При определении данных характеристик используются: ГОСТ 147-95 "Твердое топливо. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисления низшей теплоты сгорания."; ГОСТ 11022-95 "Топливо твердое минеральное. Методы определения зольности". Механическая прочность топливных брикетов определяется по ГОСТ 4651-82 "Пластмассы. Метод испытания на сжатие".

Методика определения времени задержки воспламенения топливного брикета заключается в следующем: к топливному брикету (диаметром 10 мм, длиной 20 мм) подносят пламя горелки и секундомером определяют время начала горения брикета. Из пяти параллельных определений находят среднее значение времени задержки воспламенения (t₃).

Снижение влагопоглощения топливных брикетов, содержащих гидрофобные волокна нитратов целлюлозы, оценивается максимальной влажностью (W_max), которая определяется по следующей методике: высушенные и взвешенные брикеты помещают в воду на 2 часа. Затем их вынимают из воды, кладут на железную сетку (с любым размером ячейки) и выдерживают на открытом воздухе в течение 20 минут. Топливные брикеты взвешивают и определяют разность веса до и после увлажнения. Из пяти параллельных определений находят среднее значение максимальной влажности.

Таким образом, введенные в состав топливной композиции нитраты целлюлозы и/или пороховая крошка позволяют достичь улучшения потребительских характеристик топливных брикетов на основе осадков городских сточных вод, а именно:
выступают в роли инициатора горения и обеспечивают легкую воспламеняемость и полноту сгорания топливных брикетов;
снижают их зольность;
придают топливным брикетам гидрофобность;
повышают их механическую прочность.

При осуществлении процесса прессования топливных брикетов в качестве растворителей, необходимых для придания топливной массе пластичности, используется этилацетат или спирто-эфирная смесь, которые являются традиционными при производстве порохов. Их расход не превышает 10-30% в зависимости от содержания НЦ в составе топливного брикета. После прессования и сушки топливных брикетов до постоянного веса остаточное содержание растворителя в готовой продукции практически равно нулю.

Технологическая схема производства топливных брикетов легко реализуется на подлежащих конверсии пороховых производствах, что обусловлено созданными на данных предприятиях условиями для обеспечения безопасности процесса переработки нитратцеллюлозных отходов и порохов, а также возможностью частичного использования оборудования и технологии производства порохов для изготовления топливных брикетов.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемые состав и способ получения топливных брикетов на основе осадков городских сточных вод имеют практическую ценность, которая заключается в утилизации нитратцеллюлозных отходов производства и устаревших порохов; повышении прочностных характеристик топливных брикетов; улучшении их воспламеняемости; снижении зольности и повышении гидрофобности; а также улучшении технологичности топливного состава.

Изобретение позволяет получить высококачественные топливные брикеты с улучшенными потребительскими характеристиками и одновременно решить вопросы экологии, экономии природных ресурсов, утилизации отходов и конверсии предприятий военно-промышленного комплекса.

Изобретение относится к производству на основе осадков городских сточных вод (ОСВ) топливных брикетов, которые могут найти применение в качестве заменителя природного твердого топлива в быту, теплоэнергетике, а также как растопочные средства для розжига. Состав для топливных брикетов включает в себя ОСВ, 0-50% целлюлозосодержащих материалов (ЦМ) и 10-40% измельченных размеров не более 3 мм нитратов целлюлозы и/или пороховую крошку. Способ получения топливных брикетов заключается в совместном перетире ОСВ и ЦМ (растительных, древесных, бумажных отходов промышленности и сельского хозяйства), механическом обезвоживании полученной гомогенной массы, ее сушке, введении в высушенную смесь ОСВ и ЦМ измельченных нитратов целлюлозы и/или пороховой крошки, прессовании топливных брикетов и их окончательной сушке до достижения брикетами постоянного веса. В качестве растворителя при прессовании используется этилацетат или спирто-эфирная смесь. Изобретение позволяет получить высококачественные топливные брикеты с улучшенными потребительскими характеристиками и одновременно решить вопросы экологии, экономии природных ресурсов, утилизации отходов. 2 с.п. ф-лы. 1 табл.

1. Состав для топливных брикетов на основе осадков городских сточных вод, отличающийся тем, что содержит целлюлозосодержащие материалы, а в качестве технологической добавки - измельченные до размеров не более 3 мм нитраты целлюлозы и/или пороховую крошку при следующем содержании компонентов, мас.%:
Нитраты целлюлозы и/или пороховая крошка - 10 - 40
Целлюлозосодержащие материалы - 0 - 50
Осадки городских сточных вод - Остальное
2. Способ получения топливных брикетов на основе осадков городских сточных вод, отличающийся тем, что в осадки сточных вод вводятся целлюлозосодержащие материалы, совместно перетираются, механически обезвоживаются, сушатся и прессуются в виде топливных брикетов, а перед прессованием в высушенную смесь осадков сточных вод и целлюлозосодержащих материалов вводятся измельченные до размеров не более 3 мм нитраты целлюлозы и/или пороховая крошка в количестве 10 - 40% от массы топливной смеси и перемешиваются с высушенной смесью с использованием в качестве растворителя - этилацетата или спирто-эфирной смеси в количестве 10 - 30%, после прессования топливные брикеты окончательно сушат до достижения брикетами постоянного веса.