ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИЙСЯ ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ Российский патент 2003 года по МПК C10L5/14 C10L5/32 C10L5/38 

Изобретение относится к технологии твердого углеродсодержащего топлива и может быть использовано при производстве бытовых топливных брикетов.

Известен топливный брикет (патент РФ 2009180, 1994 г., бюл. 5), который состоит из глины в количестве 10-25%, нитрата калия или натрия в количестве 5-20%, алюминия или магния в количестве 5-15% и остальное - каменный уголь. Недостатками такого брикета являются его трудное воспламенение (в основном из-за большого количества глины), относительно высокая стоимость из-за необходимости добавлять металлические магний или алюминий, сложность приготовления шихты (много "разнохарактерных" компонентов).

Известен топливный брикет (патент РФ 2009181, 1994 г., бюл. 5), который состоит из трех слоев: зажигательного, промежуточного и основного. Зажигательный слой содержит нитрат калия или натрия в количестве 5-25%, нитрат бария или аммония в количестве 15-35%, каменный уголь в количестве 10-30% и древесный уголь или торф до 100%. Промежуточный слой содержит древесный уголь или торф 45-55%, каменный уголь 55-45%. Основной слой состоит из каменного угля. Недостатками такого брикета являются сложность изготовления, токсичность (из-за наличия солей бария).

Прототипом заявляемого изобретения является топливный брикет по а.с. 1759857, 1992 г., бюл. 33. В данном изобретении топливный брикет состоит из зажигательного слоя и основного слоя. Основной слой содержит 5-20% торфа и 80-95% каменного угля. Зажигательный слой содержит 10-25% каменного угля, 35-60% торфа, 5,7-15% нитрата калия и нитрат бария - остальное.

Недостатками данного брикета являются недостаточно высокая надежность воспламенения (особенно воспламенения основного слоя), недостаточная прочность особенно зажигательного слоя, токсичность (из-за наличия солей бария), низкая влагостойкость (т.к. используется водорастворимое связующее и некоторые компоненты шихты гигроскопичны).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности воспламенения брикета, повышение его прочности, снижение токсичности, повышение влагостойкости и упрощение изготовления брикетов.

Задача решается тем, что легковоспламеняющийся топливный брикет состоит из основного и зажигательного слоев, содержащих связующее; основной слой состоит из каменного угля, а зажигательный слой содержит, %:
Гексаметилентетраамин - 25 - 50
Нитрат калия - 5 - 20
Каменный уголь - До 100
при этом в качестве связующего используют термопластичный 3,4-полиизопрен, либо эпоксидную смолу, модифицированную введением низкомолекулярного жидкого бутадиенового каучука с карбоксильными группами в соотношении смола - каучук 1 моль на 0,08-0,1 моль.

Количество гексаметилентетраамина меньшее, чем 25% снижает надежность возгорания зажигательного слоя, количество больше, чем 50% удорожает брикет без увеличения надежности воспламенения. Количество нитрата калия меньшее, чем 5% снижает надежность зажигания, а количество большее, чем 20% приводит к слишком интенсивному горению зажигательного слоя. При этом зажигательный слой разрушается при горении и не успевает зажечь основной. Каменный уголь в некоторой степени продлевает горение зажигательного слоя, тем самым повышая надежность зажигания основного слоя.

Использование термопластичного 3,4-полиизопрена или эпоксидной смолы, модифицированной введением низкомолекулярного жидкого бутадиенового каучука с карбоксильными группами в качестве связующих, позволяет весьма существенно повысить прочность и влагостойкость брикетов.

При использовании в качестве связующего эпоксидной смолы, модифицированной введением низкомолекулярного жидкого бутадиенового каучука содержание каучука меньше, чем 0,08 молей на моль смолы снижает пластичность связующего (имеется в виду пластичность уже высохшего связующего), что ведет к понижению прочности брикета. Расход каучука больше, чем 0,1 моль увеличивает время высыхания связующего, при этом прочность не повышается.

Брикет изготавливался следующим образом: для основного слоя готовится шихта, состоящая из каменного угля марки "Ж" (класс - 3 мм) и связующего. Данная шихта перемешивается в барабанном смесителе и поступает в экструдер, где дополнительно перемешивается и загружается в пресс-форму в заданном количестве. Компоненты шихты зажигательного слоя измельчаются до 0,1 мм, перемешиваются со связующим (в барабане и экструдере) и также загружаются в пресс-форму в заданном количестве. После этого прессуется брикет. Затем брикет сушится при температуре 105-115^oС в течение 2 часов, когда используется полиизопреновое связующее; в течение 1 часа, когда используется модифицированный каучук. Брикеты можно специально не сушить при повышенной температуре, особенно при использовании в качестве связующего модифицированной эпоксидной смолы. Такие брикеты "высыхают сами", т.е. набирают достаточную прочность при обычной комнатной температуре. Соотношение зажигательный - основной слой в брикете 1 к 5. Шихта прессуется при давлении 150 кгс/см². Брикет имеет форму перфорированного цилиндра. Размеры могут варьироваться. Обычно диаметр брикета 65-80 мм, высота 70-90 мм. Масса от 200 до 400 г. Время горения от 2 до 4 часов.

Результаты испытаний брикетов приведены в таблице 1.

Здесь использовалось весьма распространенное связующее вещество - сульфит спиртовая барда (расход 7%). При этом легкость воспламенения высокая, т. к. применяется заявляемый состав зажигательного слоя, но прочность брикета ниже, чем с применением заявляемых связующих.

Результаты опытов с термопластичным 3,4-полиизопреном в качестве связующего приведены в таблице 2. Расход связующего 4,5% (опыты показали, что расход связующего выше 4,5% фактически не увеличивает прочность брикетов).

Опыты показывают, что прочность брикета значительно возрастает, а воспламеняются брикеты также хорошо (при оптимальном количестве компонентов в зажигательном слое).

Практически такие же данные по зажиганию брикета получены и с эпоксидной смолой в качестве связующего.

Результаты испытаний брикетов с модифицированной эпоксидной смолой в качестве связующего приведены в таблице 3. Расход связующего 4% (опыты показали, что расход связующего выше 4% мало увеличивает прочность брикета).

Влагостойкость брикета с полиизопреновым связующим составляет 0,4% за 2 часа, со связующим на основе эпоксидной смолы - 0,55% за 2 часа. Для сравнения влагостойкость брикета с применением сульфит спиртовой барды в качестве связующего составляла 3,8% за 2 часа.

Заявляемый состав зажигательного слоя позволяет более легко и надежно воспламенять его, кроме того, зажигательный слой горит более медленно, но при достаточно высокой температуре, что позволяет пламени легко переходить на основной слой (повышается надежность воспламенения основного слоя от зажигательного). В зажигательном слое отсутствуют соли бария (и вообще отсутствуют токсичные вещества), что значительно снижает токсичность брикетов. Технология изготовления брикетов упрощается, т.к. шихта содержит меньше компонентов. Прочность брикета и его влагостойкость значительно повышается (см. примеры) из-за использования заявляемых связующих. Прочность и влагостойкость зажигательного слоя также повышается из-за отсутствия в нем легко разрушающегося и легко размокающего торфа. Также из-за отсутствия торфа уменьшается и дымообразование при горении.

Использование в качестве связующего эпоксидной смолы, модифицированной введением низкомолекулярного жидкого бутадиенового каучука с карбоксильными группами в соотношении смола - каучук 1 моль на 0,08-0,1 моль, позволяет упростить технологию изготовления за счет снижения затрат на смешение шихты со связующим и уменьшения времени сушки. При этом прочность и влагостойкость брикетов мало меняются.

Область применения: в бытовых условиях для обогрева жилья, теплиц, приготовления пищи и т.д. Брикет состоит из двух слоев - основного и зажигательного. Основной слой состоит из каменного угля, а зажигательный слой содержит гексаметилентетраамин 25-50%, нитрат калия 5-20%, каменный уголь до 100%; в качестве связующего используют термопластичный 3,4-полиизопрен или эпоксидную смолу, модифицированную введением низкомолекулярного жидкого бутадиенового каучука с карбоксильными группами в соотношении смола - каучук 1 моль на 0,08-0,1. Брикет легко воспламеняется от спички, влагостоек, проще в изготовлении и прочнее, чем по прототипу. Происходит утилизация угольных шламов и имеет место отсутствие токсичности. 2 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Легковоспламеняющийся топливный брикет, состоящий из основного и зажигательного слоев, содержащих связующее, отличающийся тем, что основной слой состоит из каменного угля, а зажигательный слой содержит, %:
Гексаметилентетраамин - 25-50
Нитрат калия - 5-20
Каменный уголь - До 100
2. Легковоспламеняющийся топливный брикет по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют термопластичный 3,4-полиизопрен. 3. Легковоспламеняющийся топливный брикет по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют эпоксидную смолу, модифицированную введением низкомолекулярного жидкого бутадиенового каучука с карбоксильными группами в соотношении смола - каучук 1 моль на 0,08-0,1 моль.