Способ получения топливных брикетов Советский патент 1992 года по МПК C10L5/44 C10L5/14 

Изобретение относится к области топливной промышленности, в частности к способу получения топливных брикетов, например, из отходов деревопереработки.

Известен способ получения топливных брикетов, включающий следующие стадии: Йредварительное приготовление частиц целлюлозного материала с содержанием сухого вещества от 8 до 12% мае., обработка влажного целлюлозного материала (с содержанием сухого вещества 55%) карбонатом кальция (в количестве 2-10% к влажному материалу), что позволяет ввести до 5% кальция на сухой остаток, для соединения частиц целлюлозного материала друг с другом, а также обработка силикатами натрия, стабилизированными щелочами, или маслом семян и сопутствующими маслу продуктами (шелуха, жом) с последующим высушиванием, измельчение целлюлозного материала до 4 мм, а также измельчение термопластичного материала при 20-90°С до 4 мм приготовление смеси, измельченного целлюлозного материала и 1-10% термопластичного материала, прессование брикетов при температуре 66-122°С с добавкой для формирования гидрофобной капсулы термопластичного материала с размерами частиц менее 1,6 мм.

Недостатками данного технического решения являютсл.

1.Введение в состав топливных брикетов веществ, дающих при сгорании вредные продукты (сополимеры, акрилонитрила, бутадиена, стирола, жом, неорганические до-

бавки).

2.Малое повышение теплотворной способности брикетов по сравнению с теплотворной способностью целлюлозного материала, поскольку добавка аысококало- рийного термопластичного материала ограничена 10%.

3.Ненадежная защита брикетов от вла- . гопоглощения| поскольку не исключается

включение в поверхностную гидрофобную пленку целлюлозного материала и при температуре 66-122°С не достигается полного расплавления термопластичного материала.

4.Не исключается неполное сгорание термопластичного материала при прессовании брикетов из крупных частиц (до 4 мм)

сл

с

vj Ч 00

из-за возможности вытекания его из зоны горения в этих условиях.

Наиболее близким к описиваемому техническим решением является способ получения топливных брикетов, включающий в себя смешение сухих измельченных отходов древесины (кора - менее 25 мм) с 5- 40 мае.% измельченного (до менее 6 мм) полиэтилена (ПЭ) (в виде отходов пленки), нагрев смеси до 93-204°С и последующее формирование брикетов при давлении 5-15 МПа.

Указанное решение имеет следующие недостатки.

1.Повышенное выделение вредных продуктов при горении брикетов, поскольку в коре, входящей в состав брикетов, больше чем в древесине серы - и азотсодержащих веществ.

2.Невозможность введения в состав брикетов более 40% ПЭ, поскольку при предлагаемом измельчении ПЭ при сгорании происходит его вытекание. Это ведет к неполному сгоранию, увеличению количества вредных примесей, снижению теплотворной способности, т-.к. из зоны горения удаляется наиболее высококалорийная часть топлива.

Целью изобретения является повышение теплотворной способности и водостойкости брикетов и уменьшение количества вредных продуктов сгорания.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе получения топливных брикетов, включающем смешение измельченных отходов древесины со связующим, нагревание смеси и последующее брикетирование, в качестве связующего используют порошки отходов ПЭ с размерами частиц не более 350 мкм в количестве 10+60% массы, смешивают с сухим порошком отходов древесины с размерами частиц не более 350 мкм, смесь нагревают горячим воздухом при 140-160°С2-5 мин и прессуют при давлении 5,0-15,0 МПа продолжительностью 0,3-0,5 мин на 1 мм толщины брикета. Это позволяет повысить теплотворную способность топливных брикетов, не только за счет повышенной теплотворной способности самого ПЭ (11000 ккал/кг), но также использовать и более теплотворные отходы древесины путем удаления из них влаги, что достигается методом высушивания отходов древесины. Кроме того, из- мельченныйдо 350 мкм ПЭ при нагрезании до 140-160°С расплавляется, при прессовании пропитывает всю массу брикета, а после охлаждения образует гидрофобную пленку, препятствующую проникновению влаги к частицам древесных отходов. Таким образом в предложенном техническом решении одновременно повышается теплотворная способность топлива, как за счет использования сухих древесных отходов, так и за счет высокотеплотворного ПЭ, а

также одновременно повышается водостойкость топливных брикетов. Одновременно, решается одна из важнейших технических задач, касающихся способов огневого обезвреживания отходов термопластов, организация полного.сгорания ПЭ, поскольку обычные споЪобы сжигания отходов ПЭ, например, на мусороперерабатывающих заводах требуют не только специальной организации равномерного термического раз ложения ПЭ, но и равномерной подачи продуктов разложения (низкомолекулярных углеводородов) в зону окисления. И во многих странах для обеспечения полноты сгорания продуктов разложения ПЭ используют

специальное кислородное дутье, поскольку только при смешении чистого кислорода с продуктами разложения ПЭ создается зона высокотемпературного пламени, в которой удается полностью окислить (до безвредных воды и углекислого газа) интенсивный поток углеводородов, получаемых при разложении ПЭ, Следовательно для эффективного и экологически чистого сгорания брикета, содержащего отходы ПЭ необходимо обеспечивать и саморегулирование подачи углеводородов , разложения в зону горения, например, путем организации капиллярной подпитки, как это осуществлено в известном способе сжигания парафинов в

парафиновой свече, где жидкие продукты подаются в зоне газификации и последующего сжигания, через капилляры фитиля.

В предложенном техническом решении роль капиллярного фитильного устройства

выполняют частицы тонкоизмельченной древесины, имеющие более высокую температуру газификации, чем ПЭ. Этим и обеспечивает саморегулирование подачи продуктов разложения ПЭ в зону горения.

Опытами установлено:

1.Нецелесообразно введение ПЭ менее 10 и более 60%, так как при меньшем 10% содержании ПЭ, брикеты имеют повышенную крошимость и водопоглощение, а их

теплотворная способность мало отличается от сухой древесины, а при содержании ПЭ более 60% ПЭ вытекает из брикета при сжигании и не обеспечивает равномерной подачи продуктов разложения ПЭ в зону

5 горения.

2.Нецелесообразно применение ПЭ и древесной муки с размерами частиц менее 150 мкм и более 350 мкм, так как более тонкое измельчение практически не влияет

на характеристики топливных брикетов, а

использование ПЭ и древесной муки с размерами частиц более 350 мкм способствует вытеканию ПЭ из брикета при сжигании и не обеспечивает экологически чистого сжигания.

Предложенный способ получения топливных брикетов реализован следующим образом.

Отходы деревообработки в виде стружек или спила из древесины хвойных или лиственных пород с влажностью не более 18%, измельченные до узких фракций с размерами частиц 150, 250 или 550 мкм в устройстве для получения микропорошков с беззазорным взаимодействием рабочих элементов, в потоке сухого года - носителя (после чего порошки имели влажность не более 8%) смешивали с порошком из отходов ПЭ в виде узких фракций с размерами частиц 100; 150, 250, 350 и 500 мкм в соотношениях 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6 и 3:7 в смесителе с Z-образной мешалкой. Измельчение отходов производства и потребления ПЭ в виде пленок, кусочков, частей игрушек, бытовой техники, посуды, одноразовых шприцев, текстильных шпуль, выпрессовки и дробленки вторичного ПЭ всех марок ВД, НД и СД или первичного ПЭ в виде гранул проводили также в устройстве для получения микропорошков с беззазорным взаимодействием рабочих элементов при температуре от 20 до 92°С. Образцы ПЭ имели молекулярную массу от 18000 до 3000000 у.е., которая после измельчения снижалась в 1,5-2 раза.

Полученные смеси нагревали в воздушном термостате при температуре 150+10°С в течение необходимого времени и загружали в цилиндрическую пресс-форму длиной 140 и диаметром 26 мм с разъемом по образующей, пресс-форму закрывали и помещали между плитами гидравлического пресса, выдерживали под давлением 5-15 МПа в течение 20-30 с с охлаждением, освобождали от давления, раскрывали и вынимали готовый брикет.

Водопоглощение брикетов определяли погружением в дистиллированную воду на 24 ч по приросту массы.

Прочность топливных брикетов при содержании ПЭ 40-60%:

При давлении прессования 15 МПа

при растяжении 16-15 МПа

при изгибе 19-32 МПа

При давлении прессования 5 МПа

при растяжении 7-13 МПа

при изгибе 9-15 МПа

Брикет испытывали также на плотность и крошимость, а также подвергали сжиганию на колосниковой решетке в печке-малютке (Рыболов, 1988, № 1). Крошимость определяли по ГОСТ 23513-79,

При изготовлении брикетов время на- гревамия горячим воздухом смеси перед 5 прессованием не должно быть больше, чем время, необходимое для расплавления частиц ПЭ, т.е. при температуре 140-160° С оно . находится в пределах 2-5 мин, а давление прессования может варьироваться в интер- 0 валеотбдо 15 МПа, так как прессование при давлении ниже 5 МПа формирует брикет с пониженной плотностью и повышенной крошимостью, а прессование при давлении выше 15 МПа не существенно улучшает ка- 5 чество топливных брикетов в отношении их экологически чистого сжигания,

В таблице приведены свойства топливных брикетов,полученных прессованием смесей из порошков ПЭ с размерами частиц 0 150-350 мкм и порошков древесины с размерами частиц менее 350 мкм.

Как видно из приведенных в таблице данных, наиболее эффективны с точки зрения теплотворной способности и водопогло- 5 щения составы, содержащие 40,50 и 60 мас.% ПЭ. У этих составов и плотность брикетов приближается к аддитивной рассчитанной на плотность воздушно сухого древесного пористого материала, что под- 0 тверждает эффективность выбранных усло- . вий прессования брикетов. Брикеты указанного состава эффективно сгорают в обычных топочных условиях без вытекания расплавленного ПЭ и после сгорания 5 выделяют минимальное количество золы, образуемой только за счет зольности использованных отходов древесины.

В специальных опытах было показано, что для нагревания до кипения 2,5 л воды на 0 печке-малютке требуется по массе в 2,2 раза меньше предложенных топливных брикетов, чем общеизвестного топлива для ту- ристких целей - сухого спирта в виде стандартных таблеток. В продуктах сгора- 5 ния сухого спирта обнаружены концентрации аммиака (МНз) и окислов азота (NOX), в 2-3 раза превышающие фоновые концентрации, а также в продуктах сгорания пригодного газа обнаружены концентрация 0 (SOa) и (МОх), в 1,5-3 раза превышающие фоновые, в то время как в продуктах сгорания предложенного топлива концентрации ни окислов азота, ни серы, ни угарного газа - (СО) не отличаются от фоновых.

Оценку загрязнений проводили согласно указаниям Литературного источника Методы анализа объектов окружающей среды. - Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1988- 144с.

Таким образом, использование предлагаемого способа получения топливных брикетов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

Реализует полную переработку заготовленной древесины.

Способствует утилизации и огневому обезвреживанию отходов ПЭ.

Создает новый тип товаров народного потребления, а именно экологически чистое твердое топливо с длительным сроком хранения без увлажнения, в том числе в среде повышенной влажности, которое может использоваться в частности, как туристское аварийное топливо, топливо автономных экспедиций, топливо для отделенных районов.

Формула изобретения Способ получения топливных брикетов, включающий смешение сухих измельченных отходов древесины с измельченными

отходами полиэтилена, нагревание смеси

до плавления полиэтилена и последующее

. прессование брикетов под давлением 515 МПа, отличающийся тем, что, с

целью повышения теплотворной способности и водостойкости брикетов, отходы древесины и полиэтилена используют в виде порошков не более 350 мкм, смесь порошков отходов древесины с 40-60 мас.% полиэтилена нагревают до плавления полиэтилена в течение 2-5 мин и прессование осуществляют в течение 0,3-0,5 мин/мм толщины брикета.

Применение: в топливной промышленности. Сущность изобретения: сухие порошки не более 350 мкм древесных отходов и отходов полиэтилена смешивают, смесь порошков отходов древесины с 40-60 мас.% полиэтилена нагревают до плавления полиэтилена в течение 2-5 мин и затем прессуют под давлением 5-15 МПа в течение 0,3- 0,5 мин/мм толщины брикета, что обеспечивает повышение теплотворной способности и водостойкости брикетов. 1 табл.

Свойства топливных брикетов из отходов древесины и ПЭ при давлении

прессования 10 МПа