ВОДОУГЛЕРОДНОЕ ТОПЛИВО НА ОСНОВЕ ТВЕРДОГО ОСТАТКА ПИРОЛИЗА АВТОШИН Российский патент 2016 года по МПК C10L1/32 C10L1/00 C10G1/10 

Изобретение относится к энергетической промышленности, направлено на разработку состава и способа получения высококонцентрированного низкозольного водоуглеродного топлива, полученного из твердого остатка пиролиза автошин. Полученное водоуглеродное топливо пригодно для прямого сжигания в котлах, печах, различных энергетических установках, пригодно для трубопроводной транспортировки, предназначено для замены угля, мазута и газа на потребляющих топливо объектах.

Основой для получения водоуглеродного топлива является отход - твердый остаток пиролиза автошин. Объемы образования и накопления отработанных автошин в мире достигают огромных размеров. Одним из наиболее экологически безопасных способов переработки изношенных автошин является пиролиз, в процессе которого получаются полупродукты: газ, жидко-топливная фракция, углеродсодержащий остаток и металлокорд. Получаемый твердый углеродсодержащий остаток - низкокачественный углерод, практически не может найти своего применения напрямую и складируется на промплощадке предприятия. Выход этого остатка после пиролиза составляет 80-85% от исходной массы автошин. Твердый остаток чаще всего имеет неприемлемую для прямого использования зольность (V^daf=12-15% маc.) из-за присадок в резине, может быть весьма токсичен из-за нарушений технологического режима. Проблема утилизации твердого остатка пиролиза автошин является весьма актуальной.

Изобретение способствует решению экологических проблем, связанных с образованием и утилизацией отходов (твердого остатка пиролиза автошин).

Технологии ожижения твердых топлив развиваются с начала двадцатого века и основаны на создании тонкодисперсных систем типа суспензий, в которых твердые углеродсодержащие частицы взвешены в жидкости. С середины двадцатого века в качестве жидкой фазы суспензий стали широко применять воду, и если в качестве твердой фазы использовались частицы угля, то приготовленное топливо получило название водоугольное топливо (ВУТ).

Для приготовления ВУТ обычно применяют высококачественные энергетические угли с низким содержанием серы и золы. С освоением технологий ВУТ стали появляться технические предложения по применению другого, менее качественного, сырья.

Известен состав ВУТ, включающий уголь, жидкое топливо и воду (А.С. СССР №278944, МПК F23K 1/02, F23K 1/02, опубл. 01.01.1970). Недостаток данного топлива заключается в малой стабильности полученной суспензии и быстром износе распыливающих форсунок в горелках котла.

Известно ВУТ, полученное из бурого угля путем его гидрогенизации с использованием отдельных продуктов реакции того же процесса (Патент РФ №2110553, МПК C10G 1/06, опубл. 10.05.1998 г). Недостатком этого топлива является его высокая стоимость, обусловленная сложностью технологии его получения, длительностью технологического процесса, низкой производительностью за счет необходимости проведения гидрогенизации угля, которая ведется периодически в автоклаве, длительное время, с использованием катализаторов, ультразвуковой обработкой, при высоком давлении и высокой температуре.

Известен способ (А.С. СССР №1151770, МПК F23K 1/02, опубл. 23.04.1985) подготовки низкореакционного угля к сжиганию путем его измельчения в мельнице с одновременной обработкой аполярным реагентом и смешением с водой; отделением крупной фракции на сите; термообработкой для частичного удаления аполярного реагента из гранул; с добавлением пластификатора для устойчивости водоугольной суспензии (ВУС).

Недостатком данного способа является сложность процесса, многостадийность и использование дорогостоящих реагентов (пластификаторов).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ получения водоугольного топлива и его состав (Патент РФ №2277120, МПК C10L 5/32, опубл. 27.05.2006 г.), в котором в качестве угля используют предварительно обогащенные угольные шламы, в качестве пластификатора используют гумат натрия при следующем соотношении компонентов, % мас.:

углемазутные гранулы 60-64 гумат натрия 0,6-1,28 вода 34,72-39,4

Недостаток способа заключается в региональной зависимости от источника сырья для приготовления топлива, в возможности применения способа только в регионах, где развита угольная промышленность и снижении экономической эффективности в случае транспортировки полученного топлива на дальние расстояния.

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение водоуглеродного топлива с низкой зольностью и сернистостью, приготовленного из концентрата твердого углеродного остатка пиролиза автошин, что позволит более полно утилизировать отработанные автошины и улучшить экологическую обстановку в регионах.

Технический результат достигается тем, что водоуглеродное топливо, включающее углеродсодержащий компонент, гумат натрия и воду, согласно изобретению содержит в качестве углеродсодержащего компонента твердый углеродный остаток пиролиза автошин с исходной зольностью 11,40-11,66%, сернистостью 1,2% мас., предварительно измельченный до крупности частиц 0,1 мм и обогащенный методом масляной агломерации, при этом в качестве реагента для обогащения используется жидкая фракция пиролиза автошин в количестве 4,0-6,0% к массе воды, используемой для обогащения, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углеродные гранулы 60-64 гумат натрия 0,6-1,28 вода 34,72-39,4

Для приготовления водоуглеродного топлива твердый остаток пиролиза автошин с исходной зольностью 11,40-11,66%, сернистостью 1,2 мас. % измельчают до крупности частиц 0,1 мм, обогащают на установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.

Твердый остаток пиролиза автошин тонкодисперсный, крупностью менее 1 мм. По количеству зольности твердый углеродный остаток пиролиза автошин относится к среднезольным отходам, что препятствует его использованию.

Так как твердый остаток пиролиза автошин тонкодисперсный (<1 мм), то оптимальный метод его обогащения - масляная агломерация. К основным достоинствам метода масляной агломерации относят высокую селективность при разделении частиц менее 100 мкм (что и характерно для коксовой пыли), широкий диапазон зольности обогащаемого угля, возможность вести процесс при плотности пульпы до 600 г/л, дополнительное обезвоживание концентрата вытеснением воды маслом при образовании углемасляных гранул.

В емкость наливают техническую или питьевую воду, загружают измельченный твердый остаток пиролиза автошин. До визуального перемешивания в течение 1-2 мин проводят интенсивное смешивание твердого остатка пиролиза автошин и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Перемешивание более 3 мин нецелесообразно. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют жидкую фракцию пиролиза автошин в количестве 4,0-6,0% к массе воды, используемой для обогащения, и перемешивают еще в течение 5-8 мин. Перемешивание менее 5 мин не приводит к образованию масляных агломератов, так как углеводородный реагент не успевает полностью смочить поверхность пылевых частиц. Увеличение времени перемешивания свыше 8 мин нецелесообразно, так как расходуется дополнительная энергия.

В результате турбулизации пульпы (смеси воды, твердого остатка пиролиза автошин и реагента) происходит селективное образование масляных агрегатов, которые уплотняются, структурно преобразуясь в прочные гранулы сферической формы, при этом топливо избавляется от балласта - минеральных примесей. Зольность полученных концентратов не превышает 4,5-5,5% мас., сернистость - 0,2% мас., что говорит о приемлемости полученных концентратов для применения в энергетике; высокий выход продукта (до 84% мас.) и более низкая зольность и сернистость концентратов обусловлены полнотой разделения органической и минеральной частей твердого остатка пиролиза автошин в процессе обогащения методом масляной агломерации.

На выходе с установки получают концентрат со следующими характеристиками (таблица 1).

Полученный концентрат с гранулами 2-3 мм отделяют на сите с ячейками 0,5 мм от воды и минеральных примесей. Затем гранулы поступают в шаровую мельницу, куда подают воду и реагент-стабилизатор, т.е. осуществляют мокрое измельчение, которое является взрыво-, пожаробезопасным и экологически оправданным процессом.

В качестве реагента-стабилизатора используют гумат натрия в количестве 1-2% к массе обогащенного концентрата. Мокрый помол проводят в течение 20-25 минут до получения частиц размером менее 0,25 мм.

Полученная суспензия из мельницы поступает на сито-классификатор с ячейками 0,25 мм. Выход гранул менее 0,25 мм составляет 90,1-99,91%. Подрешеточный продукт является водоуглеродным топливом, содержащим % (мас.):

углеродные гранулы 60-64 гумат натрия 0,6-1,28 вода 34,72-39,4

Устойчивость полученного водоуглеродного топлива сохраняется в течение 30-40 суток при вязкости 0,6-0,8 Па·с.

Водоуглеродное топливо имеет следующие технические характеристики (таблица 2).

Пример 1.

Твердый остаток пиролиза автошин обогащают на экспериментальной установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.

В емкость наливают техническую или питьевую воду объемом 850 мл, загружают твердый остаток пиролиза автошин массой 200 г. В течение 1-2 мин проводят интенсивное смешивание твердого остатка пиролиза автошин и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют углеводородный реагент (жидкую фракцию пиролиза автошин) в количестве 42,5 мл и перемешивают еще в течение 5-8 мин.

На выходе с установки получают концентрат со следующими характеристиками (таблица 3).

Полученный концентрат с гранулами 2-3 мм отделяют на сите с ячейками 0,5 мм от воды и минеральной части. Затем гранулы поступают в шаровую мельницу, куда подают воду и реагент-стабилизатор, т.е. осуществляют мокрое измельчение.

В качестве реагента-стабилизатора используют гумат натрия в количестве 1-2% к массе обогащенного концентрата. Мокрый помол проводят в течение 20-25 минут до получения частиц размером менее 0,25 мм.

Полученная суспензия из мельницы поступает на сито-классификатор с ячейками 0,25 мм. Выход гранул менее 0,25 мм составляет 90,1-99,91%.

На выходе получают водоуглеродное топливо, приемлемое для прямого сжигания, технические характеристики которого представлены в таблице 4.

Пример 2. Твердый остаток пиролиза автошин обогащают на экспериментальной установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.

В емкость наливают техническую или питьевую воду объемом 1000 мл, загружают твердый остаток пиролиза автошин массой 200 г. В течение 1-2 мин проводят интенсивное смешивание твердого остатка пиролиза автошин и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют углеводородный реагент (жидкую фракцию пиролиза автошин) в количестве 42,5 мл и перемешивают еще в течение 5-8 мин.

На выходе с установки не получают концентрат, т.к. увеличение влажности и вязкости исходной массы, взятой на обогащение, не позволяет его получить.

Пример 3. Твердый остаток пиролиза автошин обогащают на экспериментальной установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.

В емкость наливают техническую или питьевую воду объемом 850 мл, загружают твердый остаток пиролиза автошин массой 200 г. В течение 1-2 мин. проводят интенсивное смешивание коксовой пыли и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют углеводородный реагент (жидкую фракцию пиролиза автошин) в количестве 8,5 мл и перемешивают еще в течение 5-8 мин.

На выходе с установки не получают концентрат, количество углеводородного реагента (жидкой фракции пиролиза автошин) недостаточно для получения концентрата.

Таким образом, рекомендуемый состав позволяют получить качественное водоуглеродное топливо из отходов - твердого остатка пиролиза автошин.

Утилизация твердого остатка пиролиза автошин позволит улучшить экологическую обстановку, расширить сырьевую базу для энергетики за счет использования альтернативных видов топлив.

Изобретение раскрывает водоуглеродное топливо, включающее углеродсодержащий компонент, гумат натрия и воду, при этом в качестве углеродсодержащего компонента используется твердый углеродный остаток пиролиза автошин с исходной зольностью 11,40-11,66%, сернистостью 1,2% мас., предварительно измельченный до крупности частиц 0,1 мм и обогащенный методом масляной агломерации, где в качестве реагента для обогащения используется жидкая фракция пиролиза автошин в количестве 4,0-6,0% к массе воды, используемой для обогащения, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углеродные гранулы 60-64, гумат натрия 0,6-1,28, вода 34,72-39,4. Техническим результатом заявляемого изобретения является получение водоуглеродного топлива с низкой зольностью и сернистостью, приготовленного из концентрата твердого углеродного остатка пиролиза автошин, что позволяет более полно утилизировать отработанные автошины и улучшить экологическую обстановку в регионах. 4 табл., 3 пр.

Водоуглеродное топливо, включающее углеродсодержащий компонент, гумат натрия и воду, отличающееся тем, что содержит в качестве углеродсодержащего компонента твердый углеродный остаток пиролиза автошин с исходной зольностью 11,40-11,66%, сернистостью 1,2% мас., предварительно измельченный до крупности частиц 0,1 мм и обогащенный методом масляной агломерации, при этом в качестве реагента для обогащения используется жидкая фракция пиролиза автошин в количестве 4,0-6,0% к массе воды, используемой для обогащения, при следующем соотношении компонентов, % мас.:
углеродные гранулы 60-64 гумат натрия 0,6-1,28 вода 34,72-39,4