ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ Российский патент 2012 года по МПК C10L5/14 C10L5/44 C10L5/48 C10L9/12 

Изобретение относится к технологии получения твердого органического топлива, в частности топливных брикетов, и может использоваться для обогрева помещения, для бытовых целей, на транспорте и в промышленных условиях для получения тепло- и электроэнергии.

Известен состав топливного брикета (Патент РФ №2132360. «Состав для брикетированного топлива», опубл. 27.06.1999 г.), который содержит в своем составе следующие компоненты: углеводород, шламы (осадки мазута), отработанные масла и их осадки, осадки нефти и дисперсные углеводородные отходы - торфяную и угольную крошку, древесную муку, опилки. Кроме того, состав содержит известь, дисперсный алюмосиликат и воду при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

углеводородный шлам 40,5-50,0;

дисперсный углерод - угольная пыль и угольная крошка 1,0-5,0;

органический наполнитель 10,0-30,0;

известь 1,0-10,0;

дисперсный алюмосиликат 5,0-15,0;

вода - остальное.

Кроме того, состав содержит окислитель, например пироксид натрия, в количестве 0,5-1,0 мас.%. Цель изобретения - удешевление состава и предотвращение миграции продуктов горения из атмосферы в окружающую среду.

Недостатком состава является использование дисперсного алюмосиликата извести и воды, которые являются балластом при горении, их содержания в сумме составляет не менее 25 мас.%. Это снижает теплотворную способность брикетированного топлива на ~25% и увеличивает массу зольного остатка. Кроме того, состав содержит пироксид Na, который при контакте с органическими веществами быстро разлагается и через определенный срок превращается в NaOH, повышает содержание воды.

Наиболее близким по техническому эффекту является топливный брикет (Патент РФ №2119532. «Топливный брикет», опубл. 27.09.1998 г.), который содержит 2,5 мас.% окислителя, подвергнутую термообработке при 350-500°С сформованную смесь, содержащую торф (10-15%) и древесные опилки (5-10%). Органическое связующее -отход целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности 8,5-10 мас.% и каменной уголь - остальное. В брикете выполнены продольные разрезы различного диаметра. Цель изобретения - получение брикета с уменьшенным дымообразованием при сжигании и горении брикета.

Недостатком способа является дополнительная термообработка при 350-500°С сформованной смеси, что требует специального оборудования и энергозатрат и ведет к удорожанию продукции.

Основной технической задачей изобретения является перевод процесса горения в беспламенный режим и повышение удельного тепловыделения.

Основная техническая задача достигается тем, что в заявленном составе топливного брикета, согласно которому, так же, как и в прототипе, в состав брикета с продольными отверстиями входят торф, древесные опилки, каменный уголь и/или их смеси, органическое связующее и окислитель; в качестве органического связующего используются отходы производства полипропилена или отходы нефтеперерабатывающей промышленности, дополнительно содержит катализатор при следующем соотношении компонентов, мас.%: органическое связующее - 2,0-10,0; окислитель - 2,0-5,0; катализатор MnO₂+Fe₂О₃ - 0,1-1,5, причем массовые соотношения между MnO₂+Fe₂О₃ равны от 4:1 до 1:6; торф, древесные опилки, каменный уголь - остальное.

Задачей настоящего изобретения является увеличение теплотворной способности топливного брикета и снижение дымообразования за счет перевода процесса пламенного горения в беспламенный режим при использовании катализатора, снижающего, одновременно, температуру горения. При горении в таком режиме увеличивается теплотворная способность брикета за счет повышения полноты сгорания, уменьшается количество дымовых выбросов и вредных газов (СО, NO_x).

Поставленная задача достигается путем экспериментального подбора компонентов состава топливного брикета и их соотношения, что позволяет режим горения осуществлять в низкотемпературном режиме беспламенного горения.

Горение заявленного топливного брикета происходит самопроизвольно после инициирования горения с помощью нихромовой спирали, нагретой проходящим электрическим током, или горящей спичкой. Процесс горения происходит при температуре 400-500°С. Расчетный тепловой эффект для прототипа составляет 6,4 кДж/г, а для заявляемого 9,1-9,2 кДж/г. Заявленный состав топливного брикета дает существенно более высокий тепловой эффект, превышающий прототип на 31%.

Пример

Для приготовления топливного брикета использовали отходы обработки карельской березы в количестве 10 г. В качестве органического связующего применяли атактический полипропилен производства ОАО «ТНХК» в количестве 2 мас.% (200 мг), а в качестве окислителя использовали нитрат калия в количестве 3 мас.% (300 мг). Приготовление катализатора осуществляют путем смешения реактивного МnО₂ (ч.д.а.) и нанопорошка Fe₂О₃ в массовых соотношениях от 6:1 до 1:8 (таблица 1). К полученной смеси добавляли катализатор в количестве 0,05 мас.% (таблица 2). Согласно полученным результатам оптимальными соотношениями между компонентами катализатора являются соотношения от 4:1 до 1:6.

Смесь подвергали перемешиванию в лабораторной шаровой мельнице в течение 10 мин. Из полученной смеси формовали топливный брикет путем прессования, усилие прессования 50 кгс/см², затем топливный брикет извлекали из пресс-формы и инициировали горение с помощью нихромовой спирали. Процесс горения протекал при температуре 470°С (термопарное измерение - хромель-алюмелевая термопара).

Время горения топливного брикета составляло 24 мин, измерение величины теплового эффекта с помощью дифференциального термического анализа (ДТА) показало, что топливный брикет с использованием катализатора сгорает в режиме беспламенного горения и выделяется теплоты больше в 1,25 раз (9,2 кДж/г), чем при горении топливного брикета без использования катализатора (7,6 кДж/г). Топливный брикет без катализатора сгорал в пламенном режиме за такое же время.

Результаты экспериментов приведены в таблице 2. При содержании катализатора менее 0,5 мас.% увеличение теплового эффекта не происходит. При 0,1 мас.% содержании катализатора происходит увеличение теплоты сгорания топливного брикета с 7,7 до 9,0 кДж/г. Дальнейшее увеличение содержания катализатора не приводит к увеличению теплового эффекта, поэтому дальнейшее увеличение содержания катализатора (более 1,5 мас.%) удорожает топливо, что нецелесообразно. Таким образом, оптимальным является содержание катализатора 0,1-1,5 мас.%, при котором горение протекает в беспламенном режиме и тепловой эффект повышается на 31% за счет беспламенного режима горения и полноты сгорания топливного брикета.

Таблица 1 ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ № п/п Состав смеси Сотношение MnO₂:FeO₃, мас.% Тепловой эффект реакции, кДж/кг Примечание 1 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃) 1:7 7,7   2 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃) 1:6 9,0 Заявляемый способ 3 Древесные опилки + атактический полипропилен + КNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃) 1:4 9,0 4 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃) 1:2 9,1 5 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃) 1:1 9,1 6 Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃) 2:1 9,2 7 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃) 4:1 9,0 8 Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃) 5:1 7,7  

Таблица 2 ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ №, п/п Состав смеси Содержание катализатора, мас.% Тепловой эффект, кДж/г Примечание 1 Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО₃ + катализатор (МnO₂+НП Fе₂O₃) 0 7,6   2 Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО₃ + катализатор (МnO₂+НП Fе₂O₃) 0,05 7,6   3 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО₃ + катализатор (МnO₂+НП Fе₂O₃) 0,1 8,9 Заявляемый состав 4 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО₃ + катализатор (МnO₂+НП Fе₂O₃) 0,5 9,0 5 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО₃ + катализатор (МnO₂+НП Fе₂O₃) 1,5 9,2 6 Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (МnO₂+НП Fe₂O₃) 2,0 9,2   Примечание. Состав катализатора: смесь МnO₂+НП Fе₂O₃ при массовом соотношении 1:1.

Изобретение относится к технологии получения твердого органического топлива, в частности топливных брикетов, и может использоваться для обогрева бытовых помещений, в полевых условиях, на транспорте и в промышленности. Топливный брикет выполнен с продольными отверстиями и содержит в качестве органического связующего отходы производства полипропилена в количестве 2,0-10,0 мас.%, окислитель - нитрат калия 2,0-5,0 мас.%, катализатор - смесь МnО₂+Fе₂О₃ при их массовом соотношении от 4:1 до 1:6 в количестве 0,1-1,5 мас.% и древесные опилки - остальное. Технический результат - увеличение теплотворной способности брикета, снижение дымообразования. 1 пр., 2 табл.

Топливный брикет на основе древесных опилок, органического связующего и окислителя, с продольными отверстиями, отличающийся тем, что органическое связующее представляет собой отходы производства полипропилена, окислитель представляет собой нитрат калия, и брикет дополнительно содержит катализатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Органическое связующее 2,0-10,0 Окислитель 2,0-5,0 Катализатор МnО₂+Fе₂О₃, причем   массовое соотношение между МnO₂+Fе₂O₃   равно от 4:1 до 1:6 0,1-1,5 Древесные опилки Остальное