СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМОВАННЫХ ТОПЛИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 2019 года по МПК C10L5/44 C08G63/78 C10L5/48 C10L5/40 

Изобретение относится к областям цементной и топливно-энергетической промышленности и может быть использовано в качестве вспомогательного твердого топлива для частичной замены природного газа во вращающихся обжиговых печах путем переработки твердых коммунальных отходов (ТКО), а также различных видов отходов агропромышленного комплекса (АПК). Изобретение представляет состав для производства твердого топлива различных 2D и 3D - конфигураций (плоских, гранулообразных, брикетов и пеллет), который совместно с природным газом подвергают прямого сжиганию во вращающихся обжиговых печах цементных предприятий, работающих по сухому способу.

Европейская заявка на патент ЕР1090095, composition for manufacture of fuel briquettes, Мясоедова В.В. опубл.11.04.2001.

Раскрывает состав для производства топливных брикетов, включая измельченный вторичный углеродсодержащий исходный материал, выбранный из нефтяного пека, угольной смолы, измельченного угля, измельченного торфа, древесной стружки, опилок или их смесей и лигнинсодержащего связующего, отличающийся тем, что содержит лигнинсодержащий связующий продукт, выбранный из группы: лигнин, лигносульфонат, гидролитический лигнин, черный сульфатный раствор или их смеси и дополнительно содержит связующую α-целлюлозу при массовом отношении лигнинсодержащего продукта к α-целлюлозе, равную (1×32): 1 и при массовом отношении вторичного углеродсодержащего исходного сырья к связующему (63.1-97.6):(2.4-336.9), в котором топливные брикеты образуются путем воздействия на смесь под давлением не менее 85 кг/см². Композиция содержит в качестве лигнинсодержащего связующего продукта лигносульфонаты, предварительно окисленные в кислой среде при 120-150°С, связующее содержит дополнительный парафин в количестве 0,5-2,5 мас. %.

В качестве недостатка описанных твердых топлив отмечено, что значения теплоты сгорания находятся на уровне, не превышающем 25 МДж/кг, а использованные связующие не предусматривают возможности включения высокоэнергетических материалов - полимерных отходов пластиков (полипропилена, полиэтилена низкого давления, каучуков как характерных компонентов для морфологического состава (ТКО) и таких распространенных материалов как изношенные автомобильные шины.

Патент RU 2577851 защищает состав для производства твердотопливных изделий, включающий углеродсодержащие отходы, связующее, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащих отходов он содержит лигноцеллюлозные отходы, состоящие из древесных биомасс, опилок, измельченной древесной коры, травяных биомасс, плодовых биомасс, отходов целлюлозно-бумажного производства, отходы гидролизного производства и/или торфа, древесного угля или их смесь, в качестве связующего - наноорганоминеральную или наноорганическую композицию. Наноорганоминеральная композиция представляет собой нанодисперсную полимерно-меловую добавку, минералополимерный нанокомпозит. Минералополимерный нанокомпозит представляет собой порошковую α-целлюлозу-наноуглерод. Причем нанодисперсной полимерно-меловой добавкой является CaCO₃-природный полимер этилцеллюлозы, а минералополимерный нанокомпозит представляет собой СаСО₃-этилцеллюлоза-лигнин-танин или CaCO₃ в композите этилцеллюлоза-бутадиен-нитрильный каучук или монтмориллонит или наноглауконит.

Отходами целлюлозно-бумажного производства являются лигносульфонаты, отходы гидролизной промышленности представляют собой лигнин и его смеси с танином, соотношение углеродсодержащих отходов и связующего составляет 70-97:3-30.

Недостатком составов этого изобретения является невозможность достигнуть значения тепловых эффектов сгорания выше 30 МДж/кг и расширить круг используемых компонентов из числа распространенных в составе ТКО пластиков.

Целью изобретения является возможность переработки сортированных ТКО, АПК, изношенных шин и каучуков в высокоэнергетический композит - твердое топливо с повышенными значениями теплового эффекта сгорания, а также с повышенными плотностью, гидрофобностью и прочностью, а также снижения экологической нагрузки вследствие уменьшения количества ТКО на полигонах.

Поставленная цель достигается тем, что предложенным составом для получения формованных топливных изделий, содержащих высокодисперсные компоненты, и связующее, отличающимся тем, что высокодисперсные компоненты являются смесью сортированных твердых отходов, содержащей многофракционную по размерам частиц смесь измельченной древесины и лигноцеллюлозных отходов АПК до 35-50% масс, и сортированных пластиков, а связующее - компатибилизатор, представляющий собой термоэластопласт полиолефинового типа в виде гранулята, либо порошкообразный термоэластопласт стирольного типа. Поставленная цель достигается также предложенным составом для получения формованных топливных изделий, содержащих высокодисперсные компоненты, и связующее, отличающимся тем, что высокодисперсные компоненты представляют собой смесь гранулятов из сортированных пластиков и нанопорошка резины, связующее - компатибилизатор представляющий собой термоэластопласт полиолефинового типа в виде гранулята, либо порошкообразный термоэластопласт стирольного типа и измельченной целлюлозы.

Поставленная цель достигается предложенным составом для получения формованных топливных изделий, содержащих высокодисперсные компоненты, и связующее, отличающийся тем, что высокодисперсные компоненты представляют собой смесь гранулятов из сортированных пластиков, каучука синтетического и нанопорошка резины, связующее - компатибилизатор представляющий собой термоэластопласт полиолефинового типа в виде гранулята либо порошкообразный термоэластопласт стирольного типа и измельченные целлюлозные материалы.

Смесь сортированных твердых отходов содержит многофракционную по размерам частиц измельченную древесину, лигноцеллюлозные отходы АПК, бумажную, картонную упаковку и полимерные пластики (полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат, кауучук, полистирол из сортированных ТКО.

Состав также содержит древесный уголь и/или нанопорошок девулканизированный резиновый, полученный путем дросселирования изношенных шин

Смесь измельченных лигноцеллюлозных отходов ТКО (мелкие фракции крупногабаритного деревянного мусора, деревянной и бумажной тары и упаковки с исходной влажностью менее 6% мас., с зольностью 0,7% мас. и значением насыпной плотности 270 кг/куб.м.

Грануляты из сортированных пластиков представляют полипропилен - ПП втор., либо полиэтилен низкого давления- ПЭНД втор., либо смесь ПП втор. и ПЭНД втор. при соотношении ПП и ПЭНД 25/75 по массе.

Наноразмерный порошок резины (активный порошок дисперсно-девулканизированной резины шинной) с минимальными размерами частиц от 10 μ и до 600 μ (после просеивания (ВМ1) 1 до 8 μ в количестве от 5% масс., максимальной влажностью 4-5% при соотношении по массе 50-60:40-50.

Связующее - компатибилизатор представляет собой термоэластопласт полиолефинового типа Solumer в виде гранул, либо порошкообразный термоэластопласт стирольного типа ДСТ-30-1Л количестве 5% масс. от общего количества смеси.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами, которые не ограничивают притязания

Пример 1

Смесь 50% масс. измельченных лигноцеллюлозных отходов ТКО (мелкие фракции крупногабаритного деревянного мусора, деревянной и бумажной тары и упаковки с исходной влажностью менее 6% мас., с зольностью 0,7% мас. и значением насыпной плотности 270 кг/куб.м и 45% масс. гранулятов из сортированных пластиков (полипропилена- ПП втор., либо полиэтилена низкого давления - ПЭНД втор., либо 45% масс. смеси ПП втор. и ПЭНД втор. при соотношении ПП и ПЭНД 25/75 по массе) и наноразмерного порошка резины АПДДРш (активный порошок дисперсно-девулканизированной резины шинной) с минимальными размерами частиц от 10 μm и до 600 μm (после просеивания (ВМ1) от 1 до 8 μm в количестве от 5% масс., максимальной влажностью 4-5% при соотношении по массе 50-60:40-50 в 95% масс. смешивали с предварительно подготовленными в смесителе марки 5% масс. связующего - компатибилизатора, представляющего собой термоэластопласт полиолефинового типа Solumer, либо термоэластопласт стирольного типа ДСТ-30-1Л количестве 5% масс. от общего количества смеси. После перемешивания опилок, измельченных бумаги и хлопчатобумажной ткани с нанопорошком резины и введением связующего - компатибилизатора состав экструдировали в виде 2D или 3D изделий. Использование добавок пластиков и АПДДРш в сочетании с применением в качестве связующего - термоэластопластов полиолефинового типа Solumer, либо стирольного типа ДСТ-30-1Л привело к увеличению теплового эффекта сгорания на 75% до 45 Мдж/кг по сравнению с древесными (18 МДж/кг), снижению крошимости, гидрофобизации изделий твердого топлива.

Пример 2

Смесь 80% масс. пластиковых отходов ТКО, а именно гранулятов из сортированных пластиков (полипропилена - ПП втор., либо полиэтилена низкого давления - ПЭНД втор., либо смеси ПП втор. и ПЭНД втор. при соотношении полиолефинов 75/25 по массе) и 11% масс. нанопорошка резины (активный порошок дисперсно-девулканизированной резины шинной АПДДРш) с минимальными размерами частиц от 10 μm и до 600 μm (после просеивания 1 до 8 μm в количестве от 5% до 75% по массе), максимальной влажностью 4 - 5% при соотношении по массе смешивали с предварительно подготовленными в смесителе 5% масс. связующего - компатибилизатора представляющего собой термоэластопласт полиолефинового типа Solumer, либо стирольного типа ДСТ-30-1Л количестве 5% масс. от общего количества смеси и 4% масс. измельченной целлюлозы. После перемешивания опилок, измельченных бумаги и хлопчатобумажной ткани с нанопорошком резины и введением связующего - компатибилизатора состав экструдировали в виде гранул или пленок типа 2D или 3D изделий. Использование добавок пластиков и АПДДРш в сочетании с применением в качестве связующего - термоэластопластов полиолефинового типа Solumer, либо стирольного типа ДСТ-30-1Л привело к увеличению теплового эффекта сгорания на 20% по сравнению с ПП втор., повышению прочности, плотности, гидрофобизации изделий твердого топлива.

Пример 3

Смесь 40% масс. пластиковых отходов ТКО, а именно гранулятов из сортированных пластиков (полипропилена - ПП втор., либо полиэтилена низкого давления - ПЭНД втор., либо смеси ПП втор. и ПЭНД втор. при соотношении полиолефинов 75/25 по массе) и 20% масс. каучука синтетического (СКИ, СКДМ, СКЭПТ, БНКС-28АМН) и 30% масс. нанопорошка резины (активный порошок дисперсно-девулканизированной резины шинной, АПДДРш) с минимальными размерами частиц от 10 μm и до 600 μm (после просеивания 1 до 8 μm), максимальной влажностью 4-5% смешивали с предварительно подготовленными в смесителе 5% масс. связующего - компатибилизатора, представляющего собой термоэластопластполиолефинового типа Solumer, либо стирольного типа ДСТ-30-1Л количестве 5% масс. от общего количества смеси и 5% масс. измельченных целлюлозных материалов (упаковка Тетра Пак, текстиль). После перемешивания отходов пластиков, измельченных бумаги и хлопчатобумажной ткани с нанопорошком резины (АПДДРш) и введением связующего - компатибилизатора состав экструдировали в виде гранул или пленок типа 2D или 3D изделий. Использование добавок пластиков и АПДДРш в сочетании с применением в качестве связующего - термоэластопластов полиолефинового типа Solumer, либо стирольного типа ДСТ-30-1Л и введение каучуков различной химической природы привело к увеличению теплового эффекта сгорания на 20% по сравнению с ПП втор., повышению прочности, плотности, гидрофобизации изделий твердого топлива.

Примеры определения элементного состава компонентов и смесей и значений теплоты сгорания (калориметрическим методом) указаны в таблице 1.

Сравнительные данные по экспериментальным данным - значениям теплоты сгорания указаны в таблице 2.

Основным достигаемым техническим результатом является переработка сортированных ТКО, АПК, изношенных шин и каучуков в высокоэнергетический композит - твердое топливо с повышенными значениями теплового эффекта сгорания (45-50 МДж/кг), а также с повышенными плотностью, гидрофобностью и прочностью, а также снижение экологической нагрузки за счет использования отходов.

Состав для получения формованных топливных изделий, содержащий высокодисперсные компоненты и связующее, отличающийся тем, что высокодисперсные компоненты являются смесью сортированных твердых отходов, содержащей многофракционную по размерам частиц смесь измельченной древесины и лигноцеллюлозных отходов ТКО до 50% масс., и сортированных пластиков - полипропилена вторичного, полиэтилена низкого давления вторичного в количестве 45% масс., а связующее - компатибилизатор, представляющий собой термоэластопласт полиолефинового типа - термоэластопласт Solumer в виде гранулята либо порошкообразный термоэластопласт стирольного типа - ДСТ 30-1-Л в количестве 5% масс. Также раскрывается состав, содержащий смесь пластиковых отходов ТКО - полипропилена вторичного, полиэтилена низкого давления вторичного в количестве 80% масс. и нанопорошка резины - активного порошка дисперсно-девулканизированной резины изношенных шин в количестве 11% масс., связующее - компатибилизатор, представляющий собой термоэластопласт полиолефинового типа - термоэластопласт Solumer в виде гранулята либо порошкообразный термоэластопласт стирольного типа - ДСТ-30-1-Л в количестве 5% масс., и измельченной целлюлозы в количестве 4% масс., и состав для получения формованных топливных изделий, представляющий собой смесь пластиковых отходов ТКО - полипропилена вторичного, полиэтилена низкого давления вторичного в количестве 40% масс., каучука синтетического 20% масс. и нанопорошка резины - активного порошка дисперсно-девулканизированной резины изношенных шин в количестве 30% масс., связующее – компатибилизатор, представляющий собой термоэластопласт полиолефинового типа - термоэластопласт Solumer в виде гранулята либо порошкообразный термоэластопласт стирольного типа - ДСТ-30-1-Л в количестве 5% масс., и измельченной целлюлозы в количестве 5% масс. Технический результат заключается в повышении теплоты сгорания. 3 н.п. ф-лы, 3 пр., 2 табл.

1. Состав для получения формованных топливных изделий, содержащий высокодисперсные компоненты и связующее, отличающийся тем, что высокодисперсные компоненты являются смесью сортированных твердых отходов, содержащей многофракционную по размерам частиц смесь измельченной древесины и лигноцеллюлозных отходов ТКО до 50% масс., и сортированных пластиков - полипропилена вторичного, полиэтилена низкого давления вторичного в количестве 45% масс., а связующее - компатибилизатор, представляющий собой термоэластопласт полиолефинового типа - термоэластопласт Solumer в виде гранулята либо порошкообразный термоэластопласт стирольного типа - ДСТ 30-1-Л в количестве 5% масс.

2. Состав для получения формованных топливных изделий, содержащий высокодисперсные компоненты и связующее, отличающийся тем, что высокодисперсные компоненты представляют собой смесь пластиковых отходов ТКО - полипропилена вторичного, полиэтилена низкого давления вторичного в количестве 80% масс. и нанопорошка резины - активного порошка дисперсно-девулканизированной резины изношенных шин в количестве 11% масс., связующее - компатибилизатор, представляющий собой термоэластопласт полиолефинового типа - термоэластопласт Solumer в виде гранулята либо порошкообразный термоэластопласт стирольного типа - ДСТ-30-1-Л в количестве 5% масс., и измельченной целлюлозы в количестве 4% масс.

3. Состав для получения формованных топливных изделий, содержащий высокодисперсные компоненты и связующее, отличающийся тем, что высокодисперсные компоненты представляют собой смесь пластиковых отходов ТКО - полипропилена вторичного, полиэтилена низкого давления вторичного в количестве 40% масс., каучука синтетического 20% масс. и нанопорошка резины - активного порошка дисперсно- девулканизированной резины изношенных шин в количестве 30% масс., связующее - компатибилизатор, представляющий собой термоэластопласт полиолефинового типа - термоэластопласт Solumer в виде гранулята либо порошкообразный термоэластопласт стирольного типа - ДСТ-30-1-Л в количестве 5% масс., и измельченной целлюлозы в количестве 5% масс.