СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ ГРАНУЛ Российский патент 2017 года по МПК C10L5/48 C10L5/14 C10L5/40 

Изобретение относится к технологии получения гранулированного твердого топлива, которое может быть использовано для коммунально-бытовых нужд и в промышленности.

Аналогом является способ получения твердого топлива на основе осадков городских сточных вод, согласно которому в осадки сточных вод перед их обезвоживанием вводятся целлюлозосодержащие материалы в количестве 0-95% на сухую массу топлива, полученная смесь перетирается до гомогенной массы с образованием волокон целлюлозы двух видов: длинных - с размерами волокна 0,1-1,0 мм и коротких - с размерами волокна менее 0,05 мм, обезвоживается на иловых площадках до влажности не более 85%, фрезеруется послойно на глубину не более 30 мм, ворошится и убирается пневматическим способом с влажностью не более 65%, сушится при температуре не ниже 80°С, прессуется в виде топливных брикетов или гранулятов под давлением или сжигается в пылевидном состоянии (RU 2160304, МПК C10L 5/44, C10L 5/46, C10L 5/48, опубл. 10.12.2000).

Недостатком аналога является низкая эффективность обезвоживания (85%) осадков сточных вод из-за сушки гомогенной массы осадков сточных вод совместно с целлюлозосодержащими материалами на иловых площадках, на которых происходит обезвоживание смеси в условиях естественной конвекции, при использовании которых происходит загнивание осадка с выделением неприятного запаха, нерационально используются земельные ресурсы и повышается вероятность загрязнения грунтовых вод и близлежащих водоемов.

Кроме того, недостатком аналога являются дополнительные эксплуатационные затраты на перетирание до гомогенной массы осадков сточных вод совместно с целлюлозосодержащими материалами.

Прототипом является способ получения формованного топлива, включающий в себя смешение сгущенных илов очистных сооружений и измельченного твердого топлива, формование смеси и последующую сушку формовок, при этом используют илы очистных сооружений с содержанием воды 70÷80 % масс., формуют смесь и сушат формовки при 50÷180°С в течение 1,5÷0,4 ч или при температуре окружающей среды 5÷30 ч, при этом формованное топливо содержит, % масс.: илов очистных сооружений с содержанием воды 5÷14% - 13÷38% и измельченное твердое топливо - остальное (RU, патент №2131449, МПК C10L 5/14, C10L 5/44, C10L 5/46, C10L 5/48, опубл. 10.06.1999).

Недостатком прототипа является использование обработанных сгущенных илов очистных сооружений, для сгущения которых затрачено значительное количество энергоресурсов. Сгущение илов любым традиционным способом характеризуется высокими энергетическими затратами, так как ил представляет собой труднофильтруемую суспензию высокой влажности, плохо поддающуюся обезвоживанию. Это обусловлено наличием в активном иле связанной влаги, которая образует гидратную оболочку на поверхности твердых частиц, препятствует их укрупнению и дальнейшему осаждению. Поэтому поиск новых материалов, повышающих эффективность сгущения (обезвоживания) илов очистных сооружений является актуальным.

Задачей изобретения является разработка способа получения топливных гранул, в котором устранен указанный выше недостаток прототипа.

Техническим результатом является снижение энергетических затрат при производстве топливных гранул за счет использования нового материала на стадии обезвоживания, который интенсифицирует сгущение активного ила путем разрыва гидратных оболочек и прочных структурных связей при обезвоживании, за счет чего происходит отделение коллоидно-связанной влаги в активном иле и увеличивается содержание свободной воды в суспензии.

Технический результат достигается тем, что в способе получения топливных гранул, включающем дозирование и смешивание активного ила, образующегося на станциях биологической очистки сточных вод, с обезвоживающей добавкой, обезвоживание полученной смеси и последующее формование смеси, согласно настоящему изобретению используют активный ил с содержанием воды 97-99% масс., в качестве обезвоживающей добавки используют шлам химводоочистки тепловой электрической станции (ТЭС) влажностью не более 3%, дозирование и смешение активного ила с шламом химводоочистки ТЭС осуществляют в соотношении (7-10):(1-2)% масс., полученную смесь обезвоживают в две стадии, при этом на первой стадии осуществляют центрифугирование в течение 1-3 минут до получения смеси влажностью 69-74%, а на второй стадии - осуществляют сушку на ленточной сушилке при температуре 105°С-115°С в течение 20-40 минут до получения смеси влажностью 40-45%, далее обезвоженную смесь формуют путем гранулирования, и затем гранулы покрывают органической добавкой, при этом топливные гранулы содержат, % масс.:

активный ил - 65-75,

шлам химводоочистки ТЭС - 6-10,

органическая добавка - остальное.

В качестве органической добавки может быть использован лигносульфонат технический (ЛСТ), при этом топливные гранулы имеют следующие характеристики: влажность не более 3,1%, насыпная плотность не менее 788 кг/м³, зольность не более 27,9%, прочность на истирание не менее 0,1%. В качестве органической добавки может быть использован крахмал, при этом топливные гранулы имеют следующие характеристики: влажность не более 4,7%, насыпная плотность не менее 828 кг/м³, зольность не более 29,2%, прочность на истирание не менее 0,5%.

Шлам химводоочистки ТЭС - это продукт известкования и коагуляции в осветлителе тепловой электрической станции.

Химический состав шлама химводоочистки ТЭС:

СаСО₃+MgO+Mg(OH)₂+Fe(OH)₃+SiO₂+Аl(ОН)₃.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен пример принципиальной технологической схемы получения топливных гранул из активного ила станции биологической очистки сточных вод ТЭС и шлама химводоочистки ТЭС согласно предлагаемому способу.

На чертеже цифрами обозначены:

1 - бункер хранения активного ила (АИ) станции биологической очистки сточных вод ТЭС;

2 - бункер перемешивания смеси активного ила и шлама химводоочистки ТЭС;

3 - центрифуга;

4 - ленточная сушилка;

5 - гранулятор;

6 - бункер хранения готовых гранул;

7 - бункер хранения шлама химводоочистки ТЭС;

8 - бункер хранения связующего.

Технологическая схема получения топливных гранул из активного ила станции биологической очистки сточных вод ТЭС и шлама химводоочистки ТЭС согласно предлагаемому способу включает в себя последовательно соединенные бункер 1 хранения АИ, бункер 2 перемешивания смеси активного ила и шлама химводоочистки ТЭС, центрифугу 3, ленточную сушилку 4, гранулятор 5, бункер 6 хранения готовых гранул, а также бункер 7 хранения шлама химводоочистки ТЭС, соединенный с бункером 2 перемешивания смеси активного ила и шлама химводоочистки ТЭС, и бункер 8 хранения связующего, соединенный с гранулятором 5.

Способ получения топливных гранул включает в себя дозирование и смешивание активного ила, образующегося на станциях биологической очистки сточных вод, с обезвоживающей добавкой, обезвоживание полученной смеси и последующее формование смеси.

Отличием предлагаемого способа получения топливных гранул является то, что используют активный ил с содержанием воды 97-99% масс., в качестве обезвоживающей добавки используют шлам химводоочистки ТЭС влажностью не более 3%, дозирование и смешение активного ила с шламом химводоочистки ТЭС осуществляют в соотношении (7-10):(1-2)% масс., полученную смесь обезвоживают в две стадии, при этом на первой стадии осуществляют центрифугирование в течение 1-3 минут до получения смеси влажностью 69-74%, а на второй стадии - осуществляют сушку на ленточной сушилке при температуре 105°С-115°С в течение 20-40 минут до получения смеси влажностью 40-45%, далее обезвоженную смесь формуют путем гранулирования и затем гранулы покрывают органической добавкой, при этом топливные гранулы содержат, % масс.:

активный ил - 65-75,

шлам химводоочистки ТЭС - 6-10,

органическая добавка - остальное.

В качестве органической добавки может быть использован ЛСТ, при этом топливные гранулы имеют следующие характеристики: влажность не более 3,1%, насыпная плотность не менее 788 кг/м³, зольность не более 27,9%, прочность на истирание не менее 0,1%.

В качестве органической добавки может быть использован крахмал, при этом топливные гранулы имеют следующие характеристики: влажность не более 4,7%, насыпная плотность не менее 828 кг/м³, зольность не более 29,2%, прочность на истирание не менее 0,5%.

Пример конкретного выполнения 1

В лабораторных условиях было изготовлено гранулированное топливо с использованием следующих компонентов:

АИ биологической очистной станции ОАО «Казанский завод синтетического каучука» со следующими характеристиками: влажность исходного АИ составила 98%, плотность - 1,13 г/см³, зольность - 11%,

шлам химводоочистки ТЭС, являющийся отходом водоподготовки ТЭС, образующийся на стадии известкования и коагуляции природных вод, имеющий следующий химический состав (% масс.): Са²⁺ - 87, Mg²⁺ - 9,7, СО₃^2- - 71,7, ОН^- - 10,03, SO₄^2- - 5,7, с содержанием органических веществ -12% от общей массы образца, которые выявлены методом газовой хроматомасс-спектрометрии, с влажностью - 3%, зольностью - 89%, прокаленный в течение 1 часа при температуре 400°С в муфельной печи,

в качестве органической добавки - лигносульфонат технический влажностью не более 8% масс., который является побочным продуктом на целлюлозно-бумажных предприятиях, получаемых из щелоков бисульфитной варки целлюлозы,

при следующем содержании смеси (% масс.):

активный ил с содержанием воды 98% - 70,

шлам химводоочистки ТЭС – 8,

лигносульфанат технический - 22.

Из бункеров 1 и 7, соответственно, хранения АИ и шлама химводоочистки ТЭС, подаются компоненты в соотношении, соответственно, 7:1 (по массе) и проводится их интенсивное перемешивание с помощью фрезерной мешалки. Далее смесь помещается в центрифугу 3, где проводится центрифугирование в течение 3 минут до получения смеси влажностью до 69%. Затем обезвоженная смесь поступает на ленточную сушилку 4 для осушки при температуре 105°С в течение 30 минут и окатывается в грануляторе 5 при подаче ЛСТ из бункера 8 хранения. Далее гранулы поступают в бункер 6 хранения топливных гранул. Готовые гранулы в виде шара имеют диаметр 5 мм, влажность 3,1%, насыпную плотность 788 кг/м³, прочность на истирание 0,1%.

Пример конкретного выполнения 2

Топливные гранулы получают по примеру 1, но в качестве органической добавки используется крахмал. Топливные гранулы имели форму и размер, как в примере 1, влажность 4,7%, насыпную влажность 828 кг/м³, прочность на истирание 0,5%.

Традиционно, шлам химводоочистки тепловых электрических станций как промышленный отход сбрасывается в шламоотвал, при этом экологическая ситуация на прилежащих территориях ТЭС сильно ухудшается. Возможность использования шлама как сырья для получения топливных гранул и последующего их использования в качестве топлива для ТЭС позволяет решать эту проблему.

Использование предлагаемого способа позволит снизить энергозатраты при производстве топливных гранул за счет использования шлама химводоочистки ТЭС на стадии центрифугирования смеси активного ила и шлама, который интенсифицирует сгущение активного ила путем разрыва гидратных оболочек и прочных структурных связей при обезвоживании. Значительное содержание в шламе химводоочистки ТЭС катионов кальция формирует жесткую механическую структуру смеси активного ила и шлама, способствует электростатическому взаимодействию с илом, который в интервале рН от 4 до 9 рассматривается как отрицательно заряженный.

Кроме того, предлагаемый способ расширяет возможности использования отходов производства в качестве альтернативного твердого топлива. При этом снижена стоимость топливных гранул, так как они получены из отходов производств энергетической, химической и деревообрабатывающей промышленности.

Изобретение раскрывает способ получения топливных гранул, включающий дозирование и смешивание активного ила, образующегося на станциях биологической очистки сточных вод, с обезвоживающей добавкой, обезвоживание полученной смеси и последующее формование смеси, при этом используют активный ил с содержанием воды 97-99% масс., в качестве обезвоживающей добавки используют шлам химводоочистки тепловой электрической станции (ТЭС) влажностью не более 3%, дозирование и смешение активного ила с шламом химводоочистки ТЭС осуществляют в соотношении (7-10):(1-2)% масс., полученную смесь обезвоживают в две стадии, при этом на первой стадии осуществляют центрифугирование в течение 1-3 минут до получения смеси влажностью 69-74%, а на второй стадии - осуществляют сушку на ленточной сушилке при температуре 105-115°С в течение 20-40 минут до получения смеси влажностью 40-45%, далее обезвоженную смесь формуют путем гранулирования и затем гранулы покрывают органической добавкой, при этом топливные гранулы содержат, % масс.: активный ил - 65-75, шлам химводоочистки ТЭС - 6-10, органическая добавка - остальное. Техническим результатом является снижение энергетических затрат при производстве топливных гранул за счет использования шлама химводоочистки тепловой электрической станции (ТЭС) на стадии обезвоживания, который интенсифицирует сгущение активного ила путем разрыва гидратных оболочек и прочных структурных связей при обезвоживании, за счет чего происходит отделение коллоидно-связанной влаги в активном иле и увеличивается содержание свободной воды в суспензии. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

1. Способ получения топливных гранул, включающий дозирование и смешивание активного ила, образующегося на станциях биологической очистки сточных вод, с обезвоживающей добавкой, обезвоживание полученной смеси и последующее формование смеси, отличающийся тем, что используют активный ил с содержанием воды 97-99% масс., в качестве обезвоживающей добавки используют шлам химводоочистки тепловой электрической станции (ТЭС) влажностью не более 3%, дозирование и смешение активного ила с шламом химводоочистки ТЭС осуществляют в соотношении (7-10):(1-2)% масс., полученную смесь обезвоживают в две стадии, при этом на первой стадии осуществляют центрифугирование в течение 1-3 минут до получения смеси влажностью 69-74%, а на второй стадии - осуществляют сушку на ленточной сушилке при температуре 105-115°C в течение 20-40 минут до получения смеси влажностью 40-45%, далее обезвоженную смесь формуют путем гранулирования и затем гранулы покрывают органической добавкой, при этом топливные гранулы содержат, % масс.:

активный ил 65-75 шлам химводоочистки ТЭС 6-10 органическая добавка остальное

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органической добавки используют лигносульфонат технический.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что топливные гранулы имеют следующие характеристики: влажность не более 3,1%, насыпная плотность не менее 788 кг/м³, зольность не более 27,9%, прочность на истирание не менее 0,1%.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органической добавки используют крахмал.

5. Способ по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что топливные гранулы имеют следующие характеристики: влажность не более 4,7%, насыпная плотность не менее 828 кг/м³, зольность не более 29,2%, прочность на истирание не менее 0,5%.