СВЯЗУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ БРИКЕТИРОВАНИЯ БУРЫХ УГЛЕЙ Российский патент 2011 года по МПК C08L95/00 C10L5/16 

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для брикетирования мелкодисперсных фракций бурого угля с использованием в качестве связующего гудрона, модифицированного активированным цеолитом.

Известен способ получения топливных брикетов, включающий приготовление смеси измельченного угля с нефтяным асфальтитом (8-10 мас.%), механическую обработку в роторном дезинтеграторе при скорости вращения рабочих органов (16-18)·10^-3 мин^-1 в течение 3-6 секунд и последующее брикетирование смеси при нагреве. (Патент РФ №2064006 «Способ получения топливных брикетов», Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский) [1].

Недостатком известного способа являются сложность технологии подготовки исходного сырья - обезвоживание угля по методу Флейснера, использование высоких температур при прессовании, низкие значения прочности при сжатии получаемых брикетов.

Наиболее близким к предлагаемому по технологической сущности является способ брикетирования угля, включающий измельчение угля, смешение со связующим, в качестве которого используют модифицированный высушенным озерным сапропелем гудрон, прессование и термообработку (Патент РФ №2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля», Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.Н.Попов, Л.Я.Морова) [2].

Недостатком этого способа является незначительная прочность получаемых брикетов.

Целью изобретения является получение топливных брикетов с повышенными значениями прочности при сжатии.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве связующего предлагается использовать гудрон, модифицированный добавкой механоактивированного цеолита.

Гудрон - тяжелый нефтяной остаток после отгона бензинодизельмасляных дистиллятов, представляющий собой черную смолистую массу. Основные составные части гудрона - масла, не отогнавшиеся при перегонке нефти, нефтяные смолы, твердые асфальтообразные вещества (асфальтены, карбены, карбоиды), смолистые вещества кислотного характера.

Гудрон получен путем отгонки 40% масел от мазута при Т=350-370°С, давлении Р=0,6-0,8 атм, в течение 4-5 часов и имеет следующие свойства и состав (табл.1).

Таблица 1 Физико-химические свойства гудрона Параметры Значение Плотность при 20°С, кг/м 941,1 Вязкость условная при 80°, усл. градус 23,3 Массовая доля смол силикагелевых, % 18,4 Массовая доля асфальтенов, % 6,2 Масла, % 75,44 Массовая доля парафина, % 0,88 Коксуемость, % мас. 10,82 Температура вспышки в открытом тигле, °С 227,5 Температура застывания, °С 2 Зольность, % 0,15 Элементный состав, массовая доля   - С 85,0 - Н 13,6 - N 0,5 - S_общ 0,74 - О 0,16

Избыточное содержание в гудроне остаточных масел (до 75,44%) отрицательно сказывается на его адгезионных свойствах и снижает значения прочности при сжатии топливных брикетов.

С целью ускорения процессов окисления и улучшения адгезионной способности системы «уголь-связующее» предлагается введение в гудрон в качестве структурно-активной добавки активированного цеолита.

Для исследования использован цеолит месторождения Хонгуруу Республики Саха (Якутия).

Цеолиты - это группа минералов, представляющая собой водные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов с общей формулой Me_2/nO·Al₂O₃·xSiO₂·yH₂O, где Me - катион щелочного и щелочноземельного металла, а n - его валентность. Они представляют собой пепловые туфы, образованные в результате уплотнения пеплов древних вулканов.

Способность цеолитов после дегидратации сорбировать молекулы различных газов, размеры которых не превышают размеры «входных окон» во внутрикристаллические полости, служит основой применения цеолитов в качестве адсорбентов. Цеолиты называют также молекулярными ситами, поскольку в их кристаллах имеется развитая система пор и каналов молекулярного размера, что обусловливает их уникальные адсорбционные свойства.

В табл.2, 3 представлены химический состав, свойства и элементный анализ цеолитов месторождения Хонгуруу PC (Я) [3].

Таблица 2 Химический состав и свойства цеолитов Химический состав, % Плотность, г/см³ Общая пористость, % Влажность, % Величина адсорбции, мг/г SiO₂ - 63-68         Al₂O₃ - 11-13         Na₂O - 2-5         CaO - 0,67-1,77 0,62-0,72 31 8 12-10^-3 TiO₂, Fe₂O₃, FeO, Na₂O, K₂O - остальное        

Таблица 3 Элементный состав цеолитов Показатель Цеолит Элементный состав, г/т
В 9,25 Sn 2,08 Pb 19,78 Sr 3379,38 Cr 10,08 Cu 35,17 Co 3,45 Zn 4,55 Ba 544,75

Цеолиты представлены Na-формой и содержат в своем составе переходные металлы, что согласно литературным данным [4] способствует их активному участию в процессах каталитического окисления. Предполагается, что катионы переходных металлов за счет α-орбиталей координируются с молекулами органического связующего (гудрона) и активируют их в реакциях окисления [4].

Изучение текстурных характеристик цеолитов показывает, что активированный цеолит характеризуется меньшим размером частиц, повышенной удельной геометрической поверхностью, а также увеличенным количеством пор, о чем можно судить по увеличению удельного объема пор, по сравнению с неактивированным цеолитом (табл.4).

Таблица 4 Текстурные характеристики сапропелей Показатели Неактивированный цеолит Активированный цеолит Удельный объем пор, см³/г 0,033 0,044 Удельная геометрическая поверхность, м²/г 11,0 16,9 Средний размер пор, нм 4,1 3,5

Связующее для брикетирования бурого угля готовят следующим образом.

Цеолит перед смешением с гудроном высушивался при 110°С для удаления части остаточной воды и подвергался механической активации на планетарной мельнице АГО-2 с частотой вращения водила 630 об/мин и барабана 1290 об/мин в течение двух минут для диспергирования и повышения адсорбционной способности. Механоактивированный цеолит смешивался с предварительно разогретым до 80°С гудроном в заявляемых отношениях. Брикетирование смеси осуществлялось по известным технологиям.

Исследуемые образцы - таблетки диаметром 25,0 мм и высотой 10,0 мм испытывают на прочность при сжатии, зольность, выход летучих веществ, общее содержание серы на сухое состояние топлива, общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, водопоглощение, высшую теплоту сгорания на сухое беззольное состояние топлива, низшую теплоту сгорания на рабочее состояние топлива.

В табл.5 представлены технические характеристики буроугольных брикетов известных составов №№1, 2 [5], предлагаемого состава №4 и прототипа №3.

Как следует из сопоставительного анализа технических характеристик брикетированного топлива, прочность при сжатии брикетов предложенного состава выше в 1,9 раза, содержание серы ниже в 1,3 раза по сравнению с брикетами известных составов и прототипа. Остальные показатели находятся на уровне показателей известных составов и прототипа.

Таблица 5 № Состав σ_сж, МПа A^d, % V^daf, % S^d _t, % H^a, % Дым-ть, % W, % W^a, % Q^daf _s, ккал/кг Q^r _i, ккал/кг 1 Уголь + битум 11,83 15,60 46,60 0,39 3,91 113 1,86 5,20 6964 5339 2 Уголь + гудрон 6,12 16,00 45,80 0,33 3,81 108 2,10 5,67 6673 4761 3 Уголь + гудрон + сапропель (прототип) 12,13 18,40 49,00 0,53 3,56 110 2,15 5,93 6840 5030 4 Уголь + гудрон + активированный цеолит 22,84 22,5 50,8 0,42 3,63 107 2,18 4,3 6453 4574 σ_сж - предел прочности при сжатии, МПа; A^d - зольность на сухое состояние топлива, %; V_daf - выход летучих веществ, %; S^d _t - общее содержание серы на сухое состояние топлива, %; Н^а - общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, %; W - водопоглощение, %; W^a - массовая доля влаги на воздушно-сухое состояние топлива, %; Q^daf _s - высшая теплота сгорания на сухое беззольное состояние топлива, ккал/кг; Q^r _i - низшая теплота сгорания на рабочее состояние топлива, ккал/кг

Источники информации

1. Патент РФ №2064006 «Способ получения топливных брикетов», Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский.

2. Патент РФ №2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля» Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.И.Попов, Л.Я.Морова (прототип).

3. Колодезников К.Е. Типы цеолитового сырья месторождения Хонгуруу / Перспективы применения цеолитовых пород месторождения Хонгуруу. - Якутск, Якутский научный центр СО РАН, 1993.

4. Петрова Л.А., Буренина О.Н. Исследование и разработка связующих материалов для брикетирования бурых углей. Сб. трудов 1 международного форума молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки». - Самара, 2005.

5. Николаева Л.А., Буренина О.Н., Латышев В.Г. Рациональное использование отходов угледобычи Кангаласского угольного разреза PC (Я). - Вестник Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, Т.13, №3, СПб - Чита, 2008, С.14-16.

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к получению связующего для брикетирования бурых углей. Предлагаемое связующее состоит из гудрона, модифицированного с целью улучшения адгезионной способности системы «уголь-связующее», механоактивированным цеолитом, который позволяет использовать неокисленный нефтяной остаток и получать конечный продукт - брикет с высокими значениями технических характеристик. Техническим результатом является получение топливных брикетов с повышенными значениями прочности при сжатии. 5 табл.

Композиция на основе гудрона, используемая для брикетирования мелких фракций бурого угля на основе гудрона, отличающаяся тем, что она содержит механоактивированный цеолит.