Имя изобретателя: Делягин Г.Н.; Петраков А.П.; Ерохин С.Ф.; Дуняшева В.Л.
Имя патентообладателя: Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Гидротрубопровод"
Дата начала действия патента: 2000.11.09

Изобретение относится к способу получения высокодеминерализованного водоугольного топлива, в частности к энергетическому топливу на основе ископаемых углей, которое может быть использовано для сжигания в котлах, печах и других установках объектов теплоэнергетики при замене им газа и мазута. Способ получения водоугольного топлива из ископаемого угля включает дробление угля, его мокрое измельчение с получением водоугольной суспензии, ступенчатую деминерализацию измельченного угля для снижения его зольности с образованием первичного и вторичного продуктов, последующую их деминерализацию и обезвоживание. Мокрое измельчение угля проводят до коллоидного размера частиц с получением водоугольной суспензии со средним поверхностным размером дисперсной фазы не более 3 мкм. Полученную суспензию разбавляют водой до концентрации угля 1-3%, а деминерализацию первичных и вторичных продуктов осуществляют совместно путем соединения продуктов с близкими по значению зольностями. Способ позволяет получить высокодеминерализованное экологически чистое водоугольное топливо "ЭКОВУТ" на основе ископаемых углей, воды и других химических ингредиентов (в случае необходимости), предназначенное для замены газа и мазута на топливопотребляющих объектах.

Изобретение относится к способу получения высокодеминерализованного водоугольного топлива, в частности к энергетическому топливу на основе ископаемых углей, которое может быть использовано для сжигания в котлах, печах и других установках объектов теплоэнергетики при замене им газа и мазута.

Известен способ производства водоугольного топлива, включающий обогащение измельченного угля методом масляной агломерации /патент СССР N 1838384A3, кл. C 10 L 1/32, 1987/.

Однако этот способ не обеспечивает высокой степени снижения содержания минеральных примесей в топливе в силу того, что обогащению подвергают достаточно крупный уголь (до 400 мкм). При таком размере частиц угля не может быть достигнута максимальная степень разделения органической и минеральной составляющих ископаемого угля и, следовательно, его высокое обогащение.

Кроме того, этот способ получения топлива является технологически сложным, поскольку при обогащении угля используют целый ряд химических реагентов, которые добавляют к углю в малых количествах (доли процента от массы угля).

Из известных способов получения водоугольного топлива наиболее близким к заявленному является способ, включающий деминерализацию угля (многоступенчатая пенная флотация) для снижения в нем золы и серного колчедана /патент США N 4915706, кл. C 10 L 1/32, 1990/ (прототип).

Известный способ включает следующие операции: дробление угля, мокрое измельчение, классификацию (грохочение), ступенчатую деминерализацию (пенная флотация) измельченной твердой фазы для снижения ее зольности с образованием первичного (с зольностью ниже зольности твердой фазы на входе каждой ступени деминерализации) и вторичного (с зольностью выше зольности твердой фазы на входе каждой ступени деминерализации) продуктов и их раздельную деминерализацию, обезвоживание и приготовление водоугольного топлива.

Процесс получения водоугольного топлива состоит из:

- дробления ископаемого угля до размера - 19 мм (3/4 дюйма);
- мокрого измельчения дробленого угля до размера - 0,589 мм (28 меш);
- добавления воды и химических веществ к измельченному углю для проведения, по крайней мере, одной стадии пенной флотации с целью снижения зольности и удаления серного колчедана;
- добавления воды и химических веществ к углю с пониженным содержанием золы и серного колчедана для процесса реверсивной флотации, проводимой с целью удаления мелких вкраплений серного колчедана из угля;
- обезвоживания угля (первичного и вторичного продуктов) после процессов пенной флотации и реверсивной флотации;
- приготовления суспензии из обезвоженного угля (первичного продукта), используемой в качестве водоугольного топлива.

Указанный способ производства имеет следующие недостатки:

1. Для снижения зольности угля, идущего на производство водоугольного топлива, используют общеизвестный прием обогащения угля на основе пенной флотации, не способный обеспечить высокий уровень деминерализации угля в силу того, что флотируют уголь класса - 589 мкм (28 меш) при высоком содержании его в водной пульпе (10-20%).
2. Отсутствует возможность регулирования системы удаления минеральных примесей до заданных уровней зольности топлива и отходов флотации.
3. Высокая степень зависимости схемы технологического процесса от состава и свойств ископаемого угля.

Целью настоящего изобретения является получение высокодеминерализованного экологически чистого водоугольного топлива "ЭКОВУТ" на основе ископаемых углей, воды и других химических ингредиентов (в случае необходимости), предназначенного для замены газа и мазута на топливопотребляющих объектах.

Для достижения поставленной цели в предлагаемом способе, включающем дробление угля, его мокрое измельчение с получением водоугольной суспензии, ступенчатую деминерализацию измельченного угля для снижения его зольности с образованием первичного и вторичного продуктов, последующую их деминерализацию и обезвоживание, в отличие от прототипа мокрое измельчение угля проводят до коллоидного размера частиц с получением водоугольной суспензии со средним поверхностным размером дисперсной фазы не более 3 мкм, полученную суспензию разбавляют водой до концентрации угля 1-3%, деминерализацию первичных и вторичных продуктов осуществляют совместно путем соединения продуктов с близкими по значению зольностями.

Принципиальным отличием от прототипа является то, что деминерализации подвергают твердую фазу водоугольного топлива "ЭКОВУТ", измельченную до коллоидного размера (средний поверхностный размер не более 3 мкм), процесс удаления минеральных примесей идет при пониженных концентрациях твердой фазы (1-3% по массе), а потоки первичных и вторичных продуктов каждой стадии деминерализации объединены в такую схему, которая обеспечивает соответствующие требуемым уровни зольности водоугольного топлива и отходов его производства.

При среднем поверхностном размере частиц дисперсной фазы не более 3 мкм имеет место существенно более высокая, по сравнению с прототипом, степень разделения органической и минеральной составляющих угля, включая неорганические вещества растительного происхождения, что дает возможность получить более высокую степень деминерализации угля в процессе многоступенчатой деминерализации.

Кроме того, при массовом содержании твердой фазы в угольной суспензии 1-3% расстояния между частицами составляют величину порядка 4-5 диаметров частиц, что способствует более эффективному протеканию по сравнению с прототипом, процесса пенной флотации и обеспечивает лучшие условия для получения заданных уровней зольности топлива и отходов.

Помимо указанных отличий в предлагаемом способе получения водоугольного топлива процессы ступенчатой деминерализации угля (первичного продукта) и извлечение угля из вторичных продуктов (также методом ступенчатой деминерализации) объединены в единую замкнутую систему (деминерализацию первичных и вторичных продуктов осуществляют совместно путем соединения продуктов с близким значением зольности), функционирующую как одно целое, на выходе которой получаются только два продукта: высокодеминерализованная водоугольная суспензия и освобожденный от органики вторичный продукт с зольностью порядка 90%.

Принципиальная схема иллюстрирует предлагаемый способ:

Ископаемый уголь освобождают от породы (гравитационная сепарация или породовыборка), дробят в молотковой дробилке до размера частиц - 3 мм и далее измельчают мокрым способом в шаровой мельнице до коллоидного размера частиц со средним поверхностным размером не более 3 мкм. На выходе шаровой мельницы к угольной суспензии добавляют расчетное количество воды с тем, чтобы на вход системы деминерализации подать разбавленную до концентрации 1-3% суспензию. Подготовленную таким образом слабоконцентрированную коллоидную угольную систему направляют в блок деминерализации, представляющий собой две линии аппаратов, например флотомашин, а именно на первую линию группы Ф(1) - Ф(n), где n - количество аппаратов первой линии, которое зависит от свойств исходного угля и требований к топливу. Далее идет традиционный процесс пенной флотации с образованием на каждой флотомашине низкозольного первичного и высокозольного вторичного продуктов. Начиная со второго аппарата организуют возврат вторичных продуктов с флотомашин Ф(i), где i - номер флотомашины, на вход флотомашин Ф(i-1), в которых зольность входящей твердой фазы или первичных продуктов Ay d(i-1)) близка к зольности возвращаемых вторичных продуктов Axb d(i).

Аналогичным образом организован процесс деминерализации вторичного продукта с первого аппарата Ф(1). Вторичный продукт с флотомашины Ф(1) направляют на вход флотомашин второй линии ФФ(1) - ФФ(m), предназначенных для деминерализации вторичных продуктов флотомашины Ф(1), где m - количество аппаратов второй линии, которое зависит от свойств исходного угля и требований к отходам производства топлива "ЭКОВУТ". Далее также идет традиционный процесс, например, пенной флотации, таким образом, что первичный продукт, содержащий деминерализованную твердую фазу с первой флотомашины этой группы ФФ(1) возвращают на вход флотомашины (Ф1) первой линии деминерализации, а начиная со второй флотомашины ФФ(2) - возвращают первичный продукт на вход флотомашин ФФ(i-1), в которых зольность поступающих на деминерализацию вторичных продуктов Ax d(i-1)) близка к зольности возвращаемого вторичного продукта y d(i), а вторичный продукт - на вход следующей флотомашины.

В результате на выходе первой группы флотомашин Ф(1) - Ф(n) получают высокодеминерализованный уголь (первичный продукт), а на выходе второй группы флотомашин ФФ(1) - ФФ(m) получают высокозольные вторичные продукты.

Далее деминерализованный уголь (первичный продукт) обезвоживают до заданной влажности, при необходимости вводят химические добавки, гомогенизируют и выдают потребителю готовое водоугольное топливо "ЭКОВУТ" со свойствами, заданными заказчиком. Высокозольные вторичные продукты процесса деминерализации обезвоживают и утилизируют. Количество ступеней деминерализации (n) и (m) зависит от физико-химических свойств ископаемых углей и требований потребителя топлива "ЭКОВУТ" к его зольности. Технологические параметры указанных процессов определяют расчетными методами на стадии проектирования производящего топливо объекта по данным экспериментальных испытаний образцов углей.

Топливо "ЭКОВУТ" на основе каменного угля марки Д зольностью Ad = 20%

Требования к топливу:

- низшая теплота сгорания - 15 МДж/кг,
- динамическая вязкость - 0,5 Па·с,
- седиментационная стабильность - 10 суток,
- зольность на сухое состояние - 2,5%.

Из угля удаляют породу, дробят до размера - 3 мм и измельчают в шаровой мельнице при влажности 60% до крупности - 160 мкм. На выходе мельницы влажность водоугольной суспензии доводят до 97%, после чего поток суспензии направляют на вход флотомашин блока деминерализации. Для снижения зольности твердой фазы с 20 до 2-2,5% необходимо пройти шесть стадий деминерализации, то есть иметь систему из шести флотомашин (n= 6) первой группы. Для того, чтобы в максимальной степени отобрать органическую часть угля из вторичных продуктов нужно обеспечить две стадии флотации и иметь систему из двух флотомашин (m= 2) второй группы.

В результате на выходе системы получают деминерализованный уголь (первичный продукт) с зольностью 2,3% и вторичные продукты с зольностью 85%. После сгущения деминерализованного угля (первичного продукта) до влажности 43%, вводят стабилизатор КМЦ (карбоксиметилцеллюлозу) в количестве 0,3% от массы твердой фазы и гомогенизируют топливо. На выходе системы получают топливо "ЭКОВУТ" с низшей теплотой сгорания 15 МДж/кг и заданными физико-химическими и структурно-механическими свойствами.

Топливо "ЭКОВУТ" на основе каменного угля марки К зольностью Ad = 12%

Требования к топливу:

- низшая теплота сгорания - 17 МДж/кг,
- динамическая вязкость - 0,7 Па·с,
- седиментационная стабильность - более 5 суток,
- зольность на сухое состояние - 1,5%.

Из угля удаляют породу, дробят до размера - 3 мм и измельчают в шаровой мельнице при влажности 55% до крупности - 200 мкм. На выходе мельницы влажность водоугольной доводят до 97%, после чего поток суспензии направляют на вход флотомашин блока деминерализации.

Для снижения зольности твердой фазы с 12 до 1,3-1,5% необходимо пройти четыре стадии деминерализации, то есть иметь систему из четырех флотомашин (N= 4) первой группы. Чтобы в максимальной степени отобрать органическую часть угля из вторичных продуктов нужно обеспечить три стадии флотации и иметь систему из трех флотомашин (m= 4) второй группы. В результате на выходе системы получают деминерализованный уголь (первичный продукт) с зольностью 1,4% и вторичные продукты с зольностью 91%.

После сгущения деминерализованного угля (первичного продукта) до влажности 40%, вводят пластификатор С-3 в количестве 0,2% от массы твердой фазы, вводят стабилизатор КМЦ в количестве 0,4% от массы твердой фазы и гомогенизируют топливо. На выходе системы получают топливо с низшей теплотой сгорания 17 МДж/кг и заданными физико-химическими и структурно-механическими свойствами.

Таким образом, предлагаемый метод получения водоугольного топлива "ЭКОВУТ" осуществляется по непрерывной саморегулирующейся технологии, прост в реализации и обеспечивает получение высокодеминерализованного топлива с заданными потребителем свойствами. При этом зольность получаемого топлива может быть снижена до 0,5-2%, что значительно превосходит данные, приводимые в прототипе 3,45 и 5,16%.

Предлагаемый метод получения топлива "ЭКОВУТ" предполагается использовать при производстве водоугольного топлива взамен мазута на Литовской ТЭЦ и Воркутинской ТЭЦ.

Способ получения водоугольного топлива из ископаемого угля, включающий дробление угля, его мокрое измельчение с получением водоугольной суспензии, ступенчатую деминерализацию измельченного угля для снижения его зольности с образованием первичного и вторичного продуктов, последующую их деминерализацию и обезвоживание, отличающийся тем, что мокрое измельчение угля проводят до коллоидного размера частиц с получением водоугольной суспензии со средним поверхностным размером дисперсной фазы не более 3 мкм, полученную суспензию разбавляют водой до концентрации угля 1-3%, деминерализацию первичных и вторичных продуктов осуществляют совместно путем соединения продуктов с близкими по значению зольностями.

Дата публикации 01.01.2007 гг.