Модификатор горения твердого топлива Российский патент 2021 года по МПК C10L9/02 C10L9/10 C10L10/00 C10L10/02 B01J23/00 B01J23/10 B01J23/70 

Описание патента на изобретение RU2749373C1

Изобретение относится к области химии, в частности к процессу горения твердого топлива. Модификатор предназначен для повышения реакционной способности топлива и активации процесса его горения в камерах сгорания энергетических котлов.

Известен модификатор горения топлива [RU 2515988 С2, кл C10L 10/00, C10L 1/10, C10L 1/18, C10L 1/222, C10L 9/10, C10L 3/00, C10L 3/00, опубл. 20.05.2014] для энергетических котлов, характеризующийся содержанием от 10 до 30 масс. % воды, от 20 до 80 масс. % по меньшей мере одного алифатического спирта, от 5 до 15 масс. % карбамида или его производных и от 5 до 15 масс. % моноацетилферроцена.

Недостатками данного состава являются:

- большое количество компонентов, что затрудняет технологический процесс топ-ливоподготовки;

- возможность подачи топлива только методом распыляемого потока.

Известен модификатор горения топлива [RU 2674011, кл. C10L 1/00, C10L 1/30, C10L 5/00, C10L 3/00, опубл. 04.12.2018 г.], состоящий из катализатора горения (дицикло-пентадиенилтрикарбонил марганца) и органического растворителя (метилбензол). Состав катализатора горения и органического растворителя составляет 5-20 и 80-95 масс. % соответственно.

Недостатком данного состава является необходимость использования катализатора горения в больших массовых содержаниях.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является модификатор горения -катализатор глубокого окисления [RU 2577253, кл. B01J 23/72, B01J 23/75, B01J 23/26, B01J 21/14. C10K 3/04, опубл. 10.03.2016], выполненный на основе переходных оксидов металлов или их смеси, нанесенных на оксидный носитель. Катализатор предназначен для глубокого окисления СО и органических веществ (твердых топлив). Модификатор готовится путем пропитки солями переходных металлов оксидного носителя с последующей сушкой и прокалкой. В качестве оксидного носителя используют гранулы пропанта, состоящего из кварца и силикатов магния, или его модификаций. Интенсификация процесса окисления достигается за счет высокой активности оксидов переходных металлов.

Недостатком данного способа является обеспечение динамической системы преобразования твердого топлива по типу кипящего слоя для интенсивного взаимодействия топлива с катализатором.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении реакционной способности топлива, выраженной в снижении минимальной температуры зажигания, времени задержки зажигания и повышении скорости реакции процесса горения в зависимости от степени углефикации топлива.

Указанный технический результат достигается тем, что модификатор горения твердого топлива выполнен в виде состава на основе ацетата меди, ацетата железа и оксида церия при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Ацетат меди (Cu(СН3СОО)2) 35-45 Ацетат железа (Fe(CH3COO)2) 50-60 Оксид церия (СеО2) 5

Использование добавок в виде предшественников оксидов железа и меди в виде Fe(СН3СОО)2 и Cu(СН3СОО)2, а также оксида церия СеО2 позволяет интенсифицировать зажигание и последующее горение твердых топлив. Чем выше степень углефикации твердого топлива (каменный уголь марки Т, антрацит или кокс) тем эффективнее добавки воздействует на его реакционную способность.

Предлагаемый модификатор позволяет увеличить полноту выгорания твердого топлива, приводит к уменьшению механического недожога и исключает использование дополнительно подсвечивающего топлива, а также снижает содержание токсичных оксидов азота за счет снижения температуры горения.

Термическая деструкция моногидрата ацетата железа и меди в кислородсодержащей среде сопровождается потерей воды при ~ 130°С с последующим разложением соли в интервале 220-300°С. Первичные газофазные продукты разложения ацетата (пары ацетона, ацетальдегида и уксусной кислоты) при взаимодействии с кислородом воздуха окисляются в углекислый газ и воду.

Реакции окисления газофазных продуктов разложения ацетата железа и меди являются экзотермическими, в результате чего выделяется дополнительная теплота, способствующая более ранней термодеструкции частиц твердого топлива.

Далее образуются оксиды меди и железа, которые активируют процесс окисления на последующих этапах горения твердого топлива. В свою очередь оксид церия выступают усилителем окислительного процесса образующихся оксидов после разложения ацетата.

Пример осуществления изобретения:

Использование модификатора горения в виде ацетата меди и железа, а также оксида церия в количестве 2 масс. % твердых топлив (каменный уголь, антрацит, полукокс) осуществлялось методом механического смешения в керамической ступке. Перед смешением твердое топливо фракционировалось на ситах с размером ячеек менее 80 мкм.

Методом EDX картирования было установлено, что данный метод позволяет обеспечить равномерное распределение добавки в образце. С помощью элементного анализатора (CHNS) было установлено, что введение добавки в количестве 2 масс. % в состав твердых топлив приводит к увеличению соотношения элементов О/С и Н/С в среднем в 2,2 и 1,5 раза соответственно. Также после разложения добавки в процесс сжигания твердого топлива, содержание золы увеличивается на 0,5 мас. %, что связано с образованием дополнительных оксидов металлов.

Исследование реакционной способности используемого модификатора горения проводилось с помощью синхронного термического анализатора STA 449 С Jupiter (Netzsch, Германия). Эксперименты были проведены при атмосферном давлении. Образцы массой ~15 мг подвергались нагреванию в корундовом тигле с перфорированной крышкой в интервале температур 25-1000°С при скорости нагрева 10°С/мин. В качестве окислительной среды использовали смесь воздуха (60 мл/мин) и азота (10 мл/мин). Азот использовался в качестве защитного газа для обеспечения надежной работы анализатора и корректной регистрации полученных данных.

С помощью камеры сгорания и использования высокоскоростной видеосъемки Photron Fastcam SA4 (максимальная скорость съемки 3600 кадров в секунду при полном разрешении 1024×1024 пикселей, размер пикселя 20×10-6 м, глубина цвета 12 бит) было изучено влияние модификатора на процесс горения твердых топлив с различной степенью углефикации. Для исследования использовались образцы массой ~0,1±0,01 г, которые перед подачей в терморегулируемую печь укладывались в цилиндрическую форму. Далее форма удалялась поступательным движением вверх, в результате чего формировалась конусообразная насыпка. Методика исследования процессов зажигания и горения исследуемых образцов углей и полукоксов включала несколько этапов. В терморегулируемой печи устанавливалась требуемая температура греющей среды (в интервале 600-800°С, с промежуточным шагом 50°С), регистрируемая хромель-алюмелевой термопарой. Топливная навеска помещалась на держатель координатного механизма, ход которого калибровался по заданной координате в центр камеры сгорания и приводился в действие с помощью PC. Одновременно с началом движения штока с топливной насыпкой в сторону камеры сгорания проводилась видеофиксация. Уходящие через систему приточной вентиляции газы фиксировались с помощью поточного газоанализатора.

Временем задержки зажигания считалось время от момента входа держателя с топливной насыпкой в фокус камеры до начала образования видимого свечения поверхности топлива, что соответствовало началу процесса горения.

Высокоскоростная видеосъемка показала, что процесс горения твердых топлив с модификатором сопровождается образованием микровзрывов, которые в свою очередь способствуют разрыхлению поверхности плотного слоя топлива, что позволяет снизить диффузионный барьер при взаимодействии окислителя и угольного вещества.

Увеличение активности модификатора горения для топлив с более высокой степенью углефикации обусловлено снижением кислородосодержаших соединений в их молекулярной структуре.

Результаты эксперимента представлены в таблице 1.

Похожие патенты RU2749373C1

название год авторы номер документа
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА И ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА И УГЛЕРОДА (II) 2018
  • Коваленко Евгений Иванович
  • Муллабаев Рафик Фаатович
  • Кузьмина Раиса Ивановна
RU2672870C1
Модификатор горения угля 2022
  • Хорюков Сергей Иванович
  • Шуйский Геннадий Михайлович
  • Пичхидзе Сергей Яковлевич
RU2787879C1
Модификатор горения угля 2022
  • Шуйский Геннадий Михайлович
  • Хорюков Сергей Иванович
  • Пичхидзе Сергей Яковлевич
RU2791105C1
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ 2009
  • Кузьмина Раиса Ивановна
  • Панина Татьяна Григорьевна
RU2394643C1
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ 2018
  • Коваленко Евгений Иванович
  • Романов Павел Витальевич
  • Толмачев Дмитрий Викторович
  • Воронин Дмитрий Игоревич
  • Кузьмина Раиса Ивановна
RU2690849C1
СПОСОБ СЖИГАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВ (ВАРИАНТЫ) И КАТАЛИЗАТОРЫ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2008
  • Исмагилов Зинфер Ришатович
  • Шикина Надежда Васильевна
  • Яшник Светлана Анатольевна
  • Пармон Валентин Николаевич
  • Брайнин Борис Исаевич
  • Захаров Владимир Миронович
  • Хритов Константин Матвеевич
  • Фаворский Олег Николаевич
RU2372556C2
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАНЕСЕННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ 2003
  • Цырульников П.Г.
  • Шитова Н.Б.
  • Пармон В.Н.
  • Слептерев А.А.
  • Лобынцев Е.А.
RU2234979C1
КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ГИДРОДЕОКСИГЕНАЦИИ ЖИРНЫХ КИСЛОТ, ИХ ЭФИРОВ И ТРИГЛИЦЕРИДОВ 2007
  • Яковлев Вадим Анатольевич
  • Лебедев Максим Юрьевич
  • Ермаков Дмитрий Юрьевич
  • Хромова Софья Александровна
  • Новопашина Вера Михайловна
  • Кириллов Валерий Александрович
  • Пармон Валентин Николаевич
  • Систер Владимир Григорьевич
RU2356629C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ПОДЛОЖКЕ 2003
  • Эйгарден Арне Халльвард
  • Перес-Рамирес Хавьер
  • Уоллер Дэвид
  • Шеффель Клаус
  • Брэкенбери Дэвид М.
RU2329100C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСИИ ОКИСИ МЕДИ НА ВОЛОКНАХ НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗЫ 2005
  • Ибрагимов Наиль Гумерович
  • Трахтенберг Софья Иосифовна
  • Владыкин Владимир Иннокентьевич
  • Печенкина Мария Александровна
  • Мальцева Любовь Михайловна
  • Божья-Воля Николай Сергеевич
  • Лопатенко Александра Александровна
  • Сироткин Лев Борисович
RU2287511C1

Реферат патента 2021 года Модификатор горения твердого топлива

Изобретение раскрывает модификатор горения твердого топлива, который выполнен в виде состава на основе ацетата меди, ацетата железа и оксида церия при следующем соотношении компонентов, масс. %: ацетат меди (Cu(СН3СОО)2) - 35-45, ацетат железа (Fe(CH3COO)2) - 50-60, оксид церия (СеО2) - 5. Технический результат заключается в снижении реакционной способности топлива, выраженной в снижении минимальной температуры зажигания, времени задержки зажигания и повышении скорости реакции процесса горения в зависимости от степени углефикации топлива. 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 749 373 C1

Модификатор горения твердого топлива, который выполнен в виде состава на основе ацетата меди, ацетата железа и оксида церия при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Ацетат меди (Cu(СН3СОО)2) 35-45 Ацетат железа (Fe(CH3COO)2) 50-60 Оксид церия (СеО2) 5

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2749373C1

Ларионов К.Б., Болгова Д.Л., Мишаков И.В., Громов А.А
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Фундаментальные исследования
Способ получения цианистых соединений 1924
  • Климов Б.К.
SU2018A1
МОДИФИКАТОР ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА 2018
  • Коваленко Евгений Иванович
  • Муллабаев Рафик Фаатович
  • Кузьмина Раиса Ивановна
RU2674011C1
МОДИФИКАТОР ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО, ЖИДКОГО И ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА 2009
  • Майхер Марек
RU2515988C2
КАТАЛИЗАТОР ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ 2015
  • Федоров Александр Викторович
  • Языков Николай Алексеевич
  • Яковлев Вадим Анатольевич
  • Ермаков Дмитрий Юрьевич
  • Симонов Александр Дмитриевич
  • Пармон Валентин Николаевич
RU2577253C1
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ В СЖИГАНИИ УГЛЯ ИЛИ ОТНОСЯЩЕЕСЯ К НЕМУ 2010
  • Макробби Ян
  • Росс Алан
  • Пеллегрини Виктория
  • Баркер Джеймс
  • Ле Манкуе Катерина
  • Снейп Колин
RU2531619C2
CN 101220313 А, 16.07.2008
CN

RU 2 749 373 C1

Авторы

Ларионов Кирилл Борисович

Слюсарский Константин Витальевич

Наливайко Антон Юрьевич

Ожерелков Дмитрий Юрьевич

Громов Александр Александрович

Даты

2021-06-09Публикация

2020-11-27Подача