АКТИВНЫЕ ПЕЛЛЕТЫ Российский патент 2013 года по МПК C10L9/00 C10L5/44 

Изобретение относится к области утилизации древесно-растительных отходов и торфа и может быть использовано при производстве экологически чистых биотоплив в виде активных брикетов и гранул (пеллет) для промышленных и коммунально-бытовых нужд.

Гранулы (пеллеты) - это спрессованные частицы растительного происхождения, имеющие форму цилиндров диаметром до 25 мм.

Брикеты - спрессованные частицы растительного происхождения, имеющие форму цилиндров диаметром более 25 мм (либо имеющие в сечении многоугольник, иногда - с отверстием в центре).

Известен топливный брикет, полученный смешиванием измельченного <42 меш углеродного материала, такого как, например, торф, древесный уголь, растительный материал, лигнит и др., с кислотными шламами с последующим формованием полученной смеси [Пат. США 3592779].

Известен топливный брикет, содержащий высушенную смесь измельченных твердых топлив из группы: древесные опилки, торф, обезвоженный птичий помет, обезвоженный навоз и др. и/или их смесь, а также осадок от очистки сточных вод, и связующее, выбранное из группы: лигносульфонат, меласса, и/или глина, и/или парафин или парафиновый гач[Пат. России 2130047].

Недостатком этих технических решений являются повышенная зольность и кислотность.

Известен состав твердого биотоплива, который включает измельченный уголь, измельченные отходы деревопереработки, углеводородсодержащее связующее и воду [Пат. России 2098461].

К недостаткам данного состава относятся: повышенная зольность биотоплива, трудоемкость приготовления многокомпонентного состава сырья.

Известен состав твердого биотоплива из растительной смеси, включающий 30-60% - древесных отходов и технический гидролизный лигнин - остальное. [Пат. России 2131912].

К недостаткам способа относятся высокие затраты на транспортировку, хранение и переработку технического гидролизного лигнина, используемого в качестве связующего в процессе производства биотоплива, высокий показатель водопоглощения, повышенная зольность и сравнительно низкая теплота сгорания биотоплива.

Известно твердое биотопливо из растительной смеси состава (мас.%): древесные отходы - 99,0÷99,9; дизельное топливо - 0,1÷1 [Пат. России 2402598].

Это техническое решение принято за прототип.

Недостатком прототипа является наличие пожароопасного дизельного топлива, ухудшение экологических характеристик топлива при хранении за счет выделения вредных паров в атмосферу помещений хранения и использования топлива.

Целью данного изобретения является расширение ассортимента используемых твердых биотоплив, более полная утилизация различных древесно-растительных отходов и торфа при получении эффективных активных твердых биотоплив с минимальными затратами, повышение полноты сгорания биотоплива и снижение вредных веществ в отходящих газах при сжигании топлива.

Поставленная цель достигается тем, что активное твердое биотопливо содержит измельченный древесно-растительный компонент и/или торф, и катализатор горения при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Катализатор горения 0,001-10; Измельченный древесно-растительный компонент и/или торф до 100.

1. В качестве катализаторов горения могут быть использованы органические и неорганические производные металлов I-II и VI-VIII групп Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева.

В качестве древесно-растительных компонентов могут быть использованы древесные опилки, щепа, кора, солома, полова, шелуха семян, жмых, стебли и листья растений, бумажные отходы. Измельчение древесно-растительных компонентов и торфа может производиться любым известным способом, например в дезинтеграторе, мельнице и др. Растительные отходы могут смешиваться с торфом в любых необходимых соотношениях.

Способ получения твердого биотоплива заключается в дозировании и перемешивании измельченных используемых компонентов - измельченного растительного компонента и/или торфа, и катализатора горения с последующим их прессованием по стандартной технологии получения топливных пеллет [Древесная топливная гранула в России и СНГ: Справочник.: СПб., 2005. - 124 с.; Занегин Л.А., Воскобойников И.В., Кондратюк В.А., Щелоков В.М. Биомасса древесины и биоэнергетика: монография - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008, т.2. - 456 с.]. Либо введением в высушенную биомассу раствора катализатора с последующим их прессованием по стандартной технологии получения топливных пеллет и брикетов.

Для проверки эффективности активных пеллет, полученных из разного сырья в лаборатории, были изготовлены пеллеты диаметром 6 мм и длиной 12 мм из коры ели, измельченной щепы из березовых пней, жмыха семян подсолнечника, кленовых листьев, пшеничных соломы и половы, шелухи арахиса, торфа и бумажных отходов из офисного уничтожителя бумаги bLSRABBIT.

В качестве катализатора горения во всех лабораторных активных пеллетах использовался ацетилацетонат марганца в концентрации 5%.

Испытания лабораторных активных пеллет проводили по ГОСТ 2408.1-95 с некоторыми изменениями: вместо кислорода использовали воздух, а на выходе из печи газ поступал не в поглотительные склянки, а в лабораторный газовый хроматограф Кристалл 5000 исп.2. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты испытаний лабораторных активных пеллет № п/п Состав пеллет Состав отходящих газов, мг/м³ СО NOx СхНх 1 кора ели 63 83 9 2 щепа из березовых пней 57 63 7 3 жмых семян подсолнечника 48 69 8 4 кленовые листья 51 71 6 5 пшеничная солома 53 73 5 6 пшеничная полова 52 68 6 7 шелуха арахиса 47 62 8 8 торф 43 103 9 9 бумажные отходы 67 90 11 10 опилки деревьев лиственных пород без катализатора 89 141 13

На производстве пеллет «Тотек» были получены опытные образцы активных пеллет «Тотек» с катализаторами горения. Три образца были получены при введении твердых катализаторов горения - ацетилацетонатов хрома и магния и олеиновокислой меди непосредственно в сухие опилки с нормализованной влажностью. Два других образца были получены при добавлении водных растворов ацетата никеля и перманганата калия к сухим опилкам.

Образцы 7-9, содержащие одновременно органические и неорганические производные металлов в соотношении 1:1 ацетилацетонат магния и перманганат калия, ацетилацетонат хрома и бихромат кальция, ферроцен и нитрат меди, были получены при введении твердых катализаторов горения непосредственно в сухие опилки с нормализованной влажностью.

Ввести катализаторы в виде водных растворов невозможно из-за практически полной нерастворимости органических производных в воде.

Использовать органические растворители нельзя из-за их высокой пожароопасности.

Испытания активных пеллет проводили сжиганием их в твердотопливном стальном пеллетном котле марки FACI 10 в следующей последовательности: пеллеты «Тотек» стандартные, пеллеты «Тотек», модифицированные катализаторами горения, и опять стандартные пеллеты «Тотек». Состав отходящих топливных газов определяли стационарным газоанализатором для непрерывного измерения IMR 7500. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Представленные в таблицах данные подтверждают эффективность предложенного технического решения. Причем эффективно использование как смеси органических и неорганических производных металлов, так и каждого из катализаторов в отдельности. Однако применение смеси катализаторов более эффективно.

Таблица 2. Результаты испытаний активных пеллет «ТОТЕК» с катализаторами горения № п/п Состав пеллет, % Состав катализатора Свойства пеллет Состав отходящих газов, мг/м³ опилки катализатор Влажность, % Плотность, кг/м³ Теплота сгорания, МДж/кг СО NOx СхНх 1 100 - - 10,3 1,11 18,3 87 134 12 2 97,0 3,0 ацетилацетонат магния 10,2 1,12 18,3 50 86 7 3 99,0 1,0 ацетилацетонат хрома 10,3 1,12 18,5 53 93 8 4 98,8 1,2 олеиновокислая медь 10,2 1,11 18,3 31 77 6 5 98,5 0,5 ацетат никеля 10,4 1,12 18,4 45 81 7 6 99,95 0,05 перманганат калия 10,2 1,11 18,5 27 63 5 7 97,0 3,0 ацетилацетонат магния:перманганат калия 1:1 10,2 1,11 18,5 21 58 4 8 95,0 5,0 ацетилацетонат хрома:бихромат кальция 1:1 10,2 1,12 18,4 35 64 5 9 98,0 2,0 ферроцен: нитрат меди 10,3 1,12 18,4 29 70 5 10 100 - - 10,3 1,11 18,3 85 131 11

Изобретение относится к области утилизации древесно-растительных отходов и торфа и может быть использовано при производстве экологически чистых биотоплив в виде активных брикетов и гранул (пеллет) для промышленных и коммунально-бытовых нужд. Твердое биотопливо на основе древесно-растительных компонентов и/или торфа дополнительно содержит катализатор горения при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Катализатор горения 0,001-10; Измельченный древесно-растительный   компонент и/или торф до 100.

В качестве древесно-растительных компонентов оно содержит древесные опилки, щепу, кору, солому, полову, шелуху семян, жмых, стебли и листья растений, бумажные отходы, а в качестве катализатора горения - неорганические производные металлов I-II и VI-VIII групп Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Твердое биотопливо на основе древесно-растительных компонентов и/или торфа, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит катализатор горения при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Катализатор горения 0,001-10 Измельченный древесно-растительный компонент и/или торф до 100

2. Твердое биотопливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве древесно-растительных компонентов оно содержит древесные опилки, щепу, кору, солому, полову, шелуху семян, жмых, стебли и листья растений, бумажные отходы.

3. Твердое биотопливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве катализатора горения оно содержит органические и неорганические производные металлов I-II и VI-VIII групп Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева.