| Реферат |
Изобретение относится к области технологии подготовки и производства брикетов из углеродистого материала, применяемых в качестве бездымного топлива для бытовых и промышленных печей. Изобретение касается способа получения бездымного бытового топлива, осуществляют приготовление брикетной смеси путем смешивания углеродсодержащего материала со связующим, где в качестве углеродсодержащего материала используют углеродистый остаток крупностью 0,2-1 мм, полученный посредством среднетемпературной карбонизации скорлупы кедрового ореха при температуре, равной 600°C, а в качестве связующего используют раствор из картофельного крахмала и воды, доведенный с помощью нагрева до состояния клейстера, с последующим прессованием брикетной смеси в брикеты и сушкой. Технический результат заключается в получении бездымных топливных брикетов с пониженной зольностью, высокой теплотой сгорания и уменьшенным количеством связующего по сравнению с аналогом. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 4 пр.Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне)
Область техники
Изобретение относится к термической переработке органического сырья с получением продуктов с высокой добавленной стоимостью для энергетической, металлургической и сельскохозяйственной отраслей, а именно к технологии производства брикетов из углеродистого материала, применяемых в качестве бездымного топлива для бытовых и промышленных печей, а также котлов для индивидуального отопления жилых зданий.
Уровень техники
Известен способ получения брикета, применяемого в качестве бездымного бытового топлива, включающий смешение исходных компонентов - углеродсодержащего материала, в качестве которого используют мелочь коксовую марки МК-1, получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, органического связующего, выбранного из муки злаковых культур, крахмала или патоки свекловичной, минеральной добавки, в качестве которой используют глину - алевролит или бентонит, и воды, с последующим прессованием брикетной смеси в брикеты и сушкой, характеризующийся тем, что исходные компоненты смешивают в следующем количестве, масс. %: углеродсодержащий материал не менее 50,0; органическое связующее 5,0-30,0; минеральная добавка не более 0,5; вода - остальное. Полученную брикетную смесь подают в валковый пресс с максимальным усилием сведения валков 150 тс. Сформированный брикет подвергают термической сушке в сушильном шкафу при температуре 160°С до влаги общей не более 12%. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха (источник [1]: патент RU 2747049).
Недостатком известного способа является высокое содержание связующего, что ведет к дополнительным расходам на производство брикета, а также добавление минеральных компонентов, и, как следствие, увеличение зольности и снижение теплоты сгорания готового брикета.
Известен способ получения топливных брикетов, включающий смешение измельченного твердого топлива со связующим, брикетирование смеси под давлением, в качестве измельченного твердого топлива используют коксовую пыль с размерами частиц менее 1 мм, в качестве связующего используют фусы коксования в количестве 8,0-10,0 % к массе коксовой пыли, смесь коксовой пыли и связующего нагревают до 100°C, прессуют ступенчато: сначала устанавливают нагрузку 5-6 атм. с выдержкой 3-5 мин и далее увеличивают до 15 атм. с выдержкой при максимальной нагрузке 3-5 мин, готовый топливный брикет прокаливают при температуре 250-300°C без доступа воздуха в течение 10-12 мин (источник [2]: патент RU 2529204).
К недостаткам известного способа следует отнести неэкологичный тип связующего в составе брикета и повышенную зольность продукта, а также высокие затраты на прокаливание брикета.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения топливного брикета, содержащий 35-91 масс. % измельчённого древесного угля, 3-45 масс. % связующего, в качестве которого используют крахмал, или муку пшеничную, или декстрин, и воду - остальное. Брикет также дополнительно содержит 4-15% древесных опилок (источник [3]: патент RU 2187542).
Недостатком известного способа является большое количество связующего в получаемом по способу топливном брикете, что приведет к дополнительным расходам на производство брикета, и добавлении исходных опилок, увеличивающих выход летучих веществ и риск к самовоспламенению при хранении готовых брикетов. Также недостатком указанного топливного брикета является использование в качестве углеродосодержащего материала угля, полученного из наиболее популярного вида биомассы - древесины, что ограничивает разнообразие сырьевой базы для производства брикетов.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является необходимость понижения зольности и увеличения теплоты сгорания брикетов бездымного бытового топлива, а также уменьшение количества связующего необходимого для их производства.
Большое количество связующего приводит к дополнительным расходам на производство брикета, и добавлению исходных опилок, увеличивающих выход летучих веществ и риск к самовоспламенению при хранении готовых брикетов. Использование в качестве углеродосодержащего материала угля, полученного из наиболее популярного вида биомассы - древесины, ограничивает разнообразие сырьевой базы для производства брикетов.
Сущность изобретения
Технической задачей заявленного изобретения является разработка способа получения брикетов бездымного бытового топлива с пониженной зольностью и высокой теплотой сгорания, а также уменьшенным по сравнению с ближайшим аналогом количеством связующего.
Технический результат заявляемого технического решения заключается в получении бездымных топливных брикетов с пониженной зольностью и высокой теплотой сгорания, а также уменьшенным по сравнению с ближайшим аналогом количеством связующего.
Технический результат достигается тем, что в способе получения бездымного бытового топлива готовят брикетную смесь путем смешивания углеродсодержащего материала со связующим, где в качестве углеродсодержащего материала используют углеродистый остаток крупностью 0,2-1 мм, полученный посредством среднетемпературной карбонизации скорлупы кедрового ореха при температуре, равной 600°C, а в качестве связующего используют раствор из картофельного крахмала и воды, доведенный с помощью нагрева до состояния клейстера, с последующим прессованием брикетной смеси в брикеты и сушкой, при этом исходные компоненты для брикетной смеси берут в следующем количестве, масс. %:
углеродсодержащий материал - 72,0-73,0;
связующее - 4,0-5,0;
вода - остальное.
При этом обеспечивается:
- уменьшение расходов на изготовление брикетов за счет низкой доли связующего (<5%) в составе и использования в качестве основы доступного вида отходов;
- уменьшение расхода топлива за счет высокой теплоты сгорания получаемых брикетов (>7400 ккал/кг);
- низкая зольность (<1,2%), обеспечивающая высокую эффективность сгорания и снижающая затраты на эксплуатацию топливосжигающего оборудования;
- низкий выход летучих веществ (<13,8%), снижающий риск самовоспламенения и обеспечивающий бездымный класс бытового топлива;
- высокие прочностные характеристики получаемых брикетов (на сбрасывание >99,5%, на истирание >91,3%), удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к брикетированному топливу, и обеспечивающие высокую надежность при транспортировке и хранении.
Изобретением может быть использовано предприятиями, имеющими объемы накопления скорлупы кедровых орехов для ее переработки в продукт (топливные брикеты), предприятиями по производству топливных брикетов, востребованных объектами малой энергетики и индивидуальными потребителями, заинтересованными в использовании бездымного бытового топлива. Использование обеспечивает эффективную утилизации отходов и сокращение выбросов парниковых газов.
Изобретение поясняется иллюстративными материалами.
Фиг. 1. - Внешний вид исходных брикетов, а также брикетов после испытаний на сбрасывание и истирание, изготовленных в соответствии с примером 1.
Фиг. 2. - Внешний вид исходных брикетов, а также брикетов после испытаний на сбрасывание и истирание, изготовленных в соответствии с примером 2.
Фиг. 3. - Внешний вид исходных брикетов, а также брикетов после испытаний на сбрасывание и истирание, изготовленных в соответствии с примером 3.
Фиг. 4. - Внешний вид исходных брикетов, а также брикетов после испытаний на сбрасывание и истирание, изготовленных в соответствии с примером 4.
Осуществление изобретения
Брикетная смесь для получения бездымного бытового топлива, из углеродсодержащего материала со связующим, качестве углеродсодержащего материала содержит углеродистый остаток, полученный из скорлупы кедрового ореха. В качестве связующего используют раствор из картофельного крахмала и воды, где исходные компоненты в следующем количестве, масс. %:
углеродсодержащий материал от 72,0 до 73,0;
связующее от 4,0 до 5,0;
вода - остальное.
Углеродистый остаток, получаемый посредством среднетемпературной карбонизации скорлупы кедрового ореха, загружают в смеситель, затем последовательно добавляют раствор связующего.
Для получения бездымного бытового топлива готовят брикетную смесь путем смешивания углеродсодержащего материала со связующим, где в качестве углеродсодержащего материала используют углеродистый остаток крупностью 0,2-1 мм, полученный посредством среднетемпературной карбонизации скорлупы кедрового ореха при температуре, равной 600°C. Раствор связующего получают из органического связующего - крахмала и воды, доводят с помощью нагрева при 80-90°С до состояния клейстера. Далее в смеситель последовательно добавляют углеродистый остаток и раствор связующего. При добавлении каждого из перечисленных компонентов, смесь доводят до гомогенного состояния. Полученную брикетную смесь подают в пресс-форму и помещают под шток гидравлического пресса T61220F (AE&T, Китай), где создается усилие до 5 тонн, соответствующее давлению прессования, равному 156 МПа, после чего брикет извлекают и высушивают в сушильном шкафу при температуре 80°C в течение 90 минут. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха. Исходные компоненты для брикетной смеси берут в следующем количестве, масс. %:
углеродсодержащий материал - 72,0-73,0;
связующее - 4,0-5,0;
вода - остальное.
Технический результат заключается в получении брикетов бездымного бытового топлива с пониженной зольностью, высокой теплотой сгорания, а также с высокими прочностными характеристиками, удовлетворяющими требованиям, предъявляемым к брикетированному топливу (ГОСТ Р 57016-2016).
Примеры осуществления изобретения
Пример 1.
Готовят брикетную смесь путем смешивания углеродсодержащего материала со связующим. Раствор связующего получают из органического связующего - крахмала и воды, доводят с помощью нагрева при 80-90°С до состояния клейстера. Далее в смеситель последовательно добавляют углеродистый остаток и раствор связующего. При добавлении каждого из перечисленных компонентов смесь доводят до гомогенного состояния. Полученную брикетную смесь подают в пресс-форму и помещают под шток гидравлического пресса T61220F (AE&T, Китай), где создается усилие до 5 тонн, соответствующее давлению прессования, равному 156 МПа, после чего брикет извлекают и высушивают в сушильном шкафу при температуре 80°C в течение 90 минут. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха. Для изготовления брикета используют следующие компоненты: углеродистый остаток крупностью 0,2-0,5 мм в качестве углеродсодержащего материала - 73,0 масс. %, крахмал картофельный в качестве связующего - 4,0 масс. %, вода техническая - 23,0 масс. %. Полученный брикет имеет характерные размеры: диаметр, равный 20 мм, и высота, равная 20 мм, и технические характеристики: прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 не менее 99,58 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 34090.1-2017 не менее 96,19 %, влагу общую по ГОСТ Р 52911-2013 не более 2,16 %, зольность на сухую массу по ГОСТ Р 56881-2016 - 1,19 %, выход летучих на сухую беззольную массу по ГОСТ Р 55660-2013 - 11,94 %, теплоту сгорания низшую на рабочее состояние - 7578 ккал/кг.
Пример 2.
Готовят брикетную смесь путем смешивания углеродсодержащего материала со связующим. Раствор связующего получают из органического связующего - крахмала и воды, доводят с помощью нагрева при 80-90°С до состояния клейстера. Далее в смеситель последовательно добавляют углеродистый остаток и раствор связующего. При добавлении каждого из перечисленных компонентов смесь доводят до гомогенного состояния. Полученную брикетную смесь подают в пресс-форму и помещают под шток гидравлического пресса T61220F (AE&T, Китай), где создается усилие до 5 тонн, соответствующее давлению прессования, равному 156 МПа, после чего брикет извлекают и высушивают в сушильном шкафу при температуре 80°C в течение 90 минут. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха. Для изготовления брикета используют следующие компоненты: углеродистый остаток крупностью 0,2-0,5 мм в качестве углеродсодержащего материала - 73,0 масс. %, крахмал картофельный в качестве связующего - 5,0 масс. %, вода техническая - 23,0 масс. %. Полученный брикет имеет характерные размеры: диаметр, равный 20 мм, и высота, равная 20 мм, и технические характеристики: прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 не менее 99,62 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 34090.1-2017 не менее 96,96 %, влагу общую по ГОСТ Р 52911-2013 не более 2,38 %, зольность на сухую массу по ГОСТ Р 56881-2016 - 1,03 %, выход летучих на сухую беззольную массу по ГОСТ Р 55660-2013 - 13,56 %, теплоту сгорания низшую на рабочее состояние - 7476 ккал/кг.
Пример 3.
Готовят брикетную смесь путем смешивания углеродсодержащего материала со связующим. Раствор связующего получают из органического связующего - крахмала и воды, доводят с помощью нагрева при 80-90°С до состояния клейстера. Далее в смеситель последовательно добавляют углеродистый остаток и раствор связующего. При добавлении каждого из перечисленных компонентов смесь доводят до гомогенного состояния. Полученную брикетную смесь подают в пресс-форму и помещают под шток гидравлического пресса T61220F (AE&T, Китай), где создается усилие до 5 тонн, соответствующее давлению прессования, равному 156 МПа, после чего брикет извлекают и высушивают в сушильном шкафу при температуре 80°C в течение 90 минут. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха. Для изготовления брикета используют следующие компоненты: углеродистый остаток крупностью 0,5-1,0 мм в качестве углеродсодержащего материала - 72,0 масс. %, крахмал картофельный в качестве связующего - 4,0 масс. %, вода техническая - 23,0 масс. %. Полученный брикет имеет характерные размеры: диаметр, равный 20 мм, и высота, равная 20 мм, и технические характеристики: прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 не менее 99,51 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 34090.1-2017 не менее 91,26 %, влагу общую по ГОСТ Р 52911-2013 не более 1,76 %, зольность на сухую массу по ГОСТ Р 56881-2016 - 1,24 %, выход летучих на сухую беззольную массу по ГОСТ Р 55660-2013 - 12,31 %, теплоту сгорания низшую на рабочее состояние - 7597 ккал/кг.
Пример 4.
Готовят брикетную смесь путем смешивания углеродсодержащего материала со связующим. Раствор связующего получают из органического связующего - крахмала и воды, доводят с помощью нагрева при 80-90°С до состояния клейстера. Далее в смеситель последовательно добавляют углеродистый остаток и раствор связующего. При добавлении каждого из перечисленных компонентов смесь доводят до гомогенного состояния. Полученную брикетную смесь подают в пресс-форму и помещают под шток гидравлического пресса T61220F (AE&T, Китай), где создается усилие до 5 тонн, соответствующее давлению прессования, равному 156 МПа, после чего брикет извлекают и высушивают в сушильном шкафу при температуре 80°C в течение 90 минут. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха. Для изготовления брикета используют следующие компоненты: углеродистый остаток крупностью 0,5-1,0 мм в качестве углеродсодержащего материала - 73,0 масс. %, крахмал картофельный в качестве связующего - 5,0 масс. %, вода техническая - 23,0 масс. %. Полученный брикет имеет характерные размеры: диаметр, равный 20 мм, и высота, равная 20 мм, и технические характеристики: прочность на сбрасывание по ГОСТ 21289 не менее 99,60 %, прочность на истирание в барабане по ГОСТ 34090.1-2017 не менее 94,30 %, влагу общую по ГОСТ Р 52911-2013 не более 1,91 %, зольность на сухую массу по ГОСТ Р 56881-2016 - 1,04 %, выход летучих на сухую беззольную массу по ГОСТ Р 55660-2013 - 13,77 %, теплоту сгорания низшую на рабочее состояние - 7512 ккал/кг.
В результате приведенных примеров получают бездымные топливные брикеты, теплотехнические и прочностные характеристики которых представлены в таблице 1.
Таблица 1. Теплотехнические и прочностные характеристики получаемых бездымных топливных брикетов
Состав брикетной смеси Характеристики готовых брикетов
Теплотехнические Прочностные
Крупность углеродистого остатка, мм Доля связующего, % Влажность Wa, % Зольность
Ad, % Выход летучих Vdaf, % Теплота сгорания Qir, ккал/кг На сбрасывание SM, % На истирание DUr, %
0,2-0,5 4 2,16 1,19 11,94 7578 99,58 96,19
0,2-0,5 5 2,38 1,03 13,56 7476 99,62 96,96
0,5-1,0 4 1,76 1,24 12,31 7597 99,51 91,26
0,5-1,0 5 1,91 1,04 13,77 7512 99,60 94,30
Таким образом, заявляемый способ позволяет получить брикеты бездымного бытового топлива с пониженной зольностью и высокой теплотой сгорания, а также уменьшенным по сравнению с ближайшим аналогом количеством связующего, что позволяет снизить расходы на производство топливного брикета.
Заявленное изобретение обеспечивает расширение ассортимента топливных брикетов, а также повышение эффективности и экологичности переработки скорлупы кедровых орехов за счет утилизации отходов и получения дополнительной товарной продукции.
Формула изобретения
1. Способ получения бездымного бытового топлива, характеризующийся тем, что готовят брикетную смесь путем смешивания углеродсодержащего материала со связующим, где в качестве углеродсодержащего материала используют углеродистый остаток крупностью 0,2-1 мм, полученный посредством среднетемпературной карбонизации скорлупы кедрового ореха при температуре, равной 600°C, а в качестве связующего используют раствор из картофельного крахмала и воды, доведенный с помощью нагрева до состояния клейстера, с последующим прессованием брикетной смеси в брикеты и сушкой, при этом исходные компоненты для брикетной смеси берут в следующем количестве, масс. %:
углеродсодержащий материал - 72,0-73,0;
связующее - 4,0-5,0;
вода - остальное.
2. Брикетная смесь для получения бездымного бытового топлива, содержащая углеродсодержащий материал со связующим, в качестве углеродсодержащего материала используют углеродистый остаток крупностью 0,2-1 мм, полученный посредством среднетемпературной карбонизации скорлупы кедрового ореха при температуре, равной 600°C, в качестве связующего используют раствор из картофельного крахмала и воды, где исходные компоненты берут в следующем количестве, масс. %:
углеродсодержащий материал - 72,0-73,0;
связующее - 4,0-5,0;
вода - остальное.
|
