Источник: Патент Российской Федерации
Изобретение относится к составам брикетированного топлива и может быть использовано в топливной промышленности и для коммунально-бытовых нужд. Состав содержит 72-78% угля и 22-28% асфальтосмолопарафиновых отложений /АСПО/. Использование топливных брикетов этого состава расширяет возможности использования отходов местной промышленности и способствует защите окружающей среды.
Изобретение относится к технологии получения твердого углеродсодержащего топлива, в частности к составам брикетированного топлива, и может быть использовано в топливной промышленности и для коммунально-бытовых нужд.
Известен состав для брикетированного топлива (патент РФ №2010842 МПК С 10 L 5/44, 5/48, 1991), содержащий нефтешлам, технический углерод, древесные отходы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нефтешлам 15-20
Технический углерод 10-20
Древесные отходы До 100
Недостатком известного состава является низкая теплотворная способность топлива от 4760 до 6286 ккал/кг, обусловленная низкой теплотворной способностью древесных отходов.
Наиболее близким к заявляемому решению составом того же назначения по совокупности признаков является состав для брикетированного топлива (угля, кокса, сажи и т.д.), включающий измельченный углеродистый материал и в качестве органического связующего отходы производства нефтяных масел с содержанием воды 7-30% при массовом соотношении углеродистого материала к отходам от 10:1 до 1:2 (US, патент №3592779, кл. С 01 В 31/08, 1971).
Пересчет отношений углеродистого материала к отходам производства нефтяных масел дает следующий состав, мас.%:
Углеродистый материал 33,3-91
Отходы производства нефтяных масел 9-66,7
Данный состав принят в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - уголь, органическое связующее.
Для оценки качества брикетированного топлива, полученного согласно составу, авторами патента РФ №2109797 (МПК С 10 L 5/48, 5/16, 1996) был осуществлен следующий опыт. 100 г антрацитового штыба Аш ГОФ “Красная звезда” крупностью 0-6 мм и влажностью 5% смешали с 22 г отходов производства нефтяных масел следующего состава, мас.%: органическая масса 77,20; серная кислота 1,90; вода 7,20; механические примеси 13,70 и водой в количестве 9,5 г. Указанные ингредиенты перемешивали при 95ºС. Получили шихту следующего состава, мас.%:
Антрацитовый штыб 82,0
Отходы производства нефтяных масел 18,0
Затем полученную шихту прессовали при температуре 65ºС и давлении 175 кг/см2. В результате было получено твердое топливо, обладающее механической прочностью - прочностью на сжатие 73,5 кг/см2; прочностью на сбрасывание 70,9% термоустойчивостью 1,7 кгс; при достижении теплотворной способности, Qвыс - 8180 ккал/кг.
Как следует из представленных характеристик брикетированного топлива, основным недостатком брикетов, изготовленных из этого состава, является их низкое качество, что выражается в низких значениях механической прочности (на сжатие и сбрасывание). Это приводит к большим потерям при транспортировке брикетов и их использовании, а также к загрязнению окружающей среды. Кроме того, брикеты, полученные из данного состава, имеют недостаточно высокую теплотворную способность, что приводит к необходимости сжигать большее количество топливных брикетов и увеличению массы выбросов в атмосферный воздух.
Задача заявляемого изобретения - повышение качества брикетированного топлива за счет увеличения механической прочности и теплотворной способности.
Поставленная задача решается за счет того, что известный состав для брикетированного топлива, включающий уголь и органическое связующее, в качестве органического связующего содержит отход нефтедобычи -асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Уголь 72-78
АСПО 22-28
Отличительными признаками заявляемого состава от состава по прототипу является использование в качестве органического связующего отхода нефтедобычи - АСПО, а также количественное соотношение используемых ингредиентов, мас.%: уголь – 72-78, АСПО – 22-28.
АСПО - нефтяной отход предприятий нефтедобывающего комплекса, образующийся при зачистках технологического оборудования резервуаров хранения нефти, буллитов, канализационных колодцев, пропарке насосно-компрессорных труб с использованием специальных установок для депарафинизации. АСПО в настоящее время скапливаются в местах добычи нефти в больших количествах, не находя применения. В отличие от других твердых отходов добычи нефти АСПО представляют собой чистый органический продукт, не смешанный с землей и содержащий, мас.%:
Углеводородов 85-95
Механических примесей 1-5
Воды 1-5
Серы 1-3
В химическом отношении АСПО представляют собой гетероорганические высокомолекулярные соединения. Они имеют сложный состав и структуру, образованную из углеводородов. Групповой химический состав АСПО определяют углеводородные комплексы - масла, смолы, асфальтены, содержание которых составляет, мас.%: 3-8 асфальтенов; 11-16 смол; 71-81 масел.
АСПО играют роль связующего при получении брикетов, а также повышают теплотехнические характеристики брикетированного топлива за счет высокой теплотворной способности - 9650 ккал/кг.
Установлено, что при смешении угля с органическим связующим - отходами нефтедобычи АСПО в нагретом состоянии с последующим механическим воздействием – прессованием под давлением - происходит физико-химическое взаимодействие компонентов связующего с твердыми частицами угля, что приводит к резкому увеличению сил сцепления во всем объеме массы и, как следствие, к значительному повышению механической прочности и теплотворной способности брикетов.
Состав для брикетированного топлива готовят следующим образом.
Берут угольный концентрат с влажностью 6% и отходы нефтедобычи - АСПО в заявляемых соотношениях. Компоненты смешивают при температуре плавления АСПО 60-65ºС. Затем полученную смесь прессуют в пресс-форме при давлении 18 МПа и температуре 60ºС. Изготовленные брикеты подвергают естественному охлаждению.
В качестве органического связующего были использованы АСПО.
В качестве твердого углеродистого материала использован угольный концентрат марки “Г” Кизеловского месторождения крупностью 0,14-2,0 мм.
Опытную партию брикетов испытывали на механическую прочность (ГОСТ 21289-75) - прочность на сжатие и прочность на сбрасывание (остаток +25 мм); водопоглощение (ГОСТ 21290-75); зольность (ГОСТ 11022-75); содержание серы (ГОСТ 8606-72) и теплотворную способность (ГОСТ 147-95).
Установлено, что количественный и качественный состав для брикетированного топлива выбран из условий, обеспечивающих повышенное качество твердого топлива, характеризующееся высокими показателями теплотворной способности и механической прочности (табл. 3, примеры 1-5). Оптимальными с точки зрения достижения технического результата является содержание в составе для брикетированного топлива АСПО в диапазоне 22-28% и угля в диапазоне 72-78%.
Содержание в составе брикетированного топлива АСПО ниже заявляемого предела при запредельном увеличении содержания угля не обеспечивает топливу высокой механической прочности: прочность на сжатие достигает всего лишь 81 кг/см2, прочность на сбрасывание - 75,7%, теплота сгорания - 8371 ккал/кг (табл. 3, пример 6).
При запредельном повышении содержания АСПО, возможном при запредельном снижении содержания угля в заявленном составе, не происходит дальнейшего увеличения механической прочности брикетов на сжатие и на сбрасывание, однако при этом брикеты имеют высокую теплоту сгорания, наименьшие зольность и содержание серы, но повышенное водопоглащение (табл. 3, пример 7). Водопоглощение таких брикетов превышает 6%, величину характеризующую брикеты высокого качества.
Преимущества предложенного состава для брикетированного топлива по сравнению с известным, взятым за прототип, подтверждаются данными, представленными в табл. 3.
Как следует из сопоставительного анализа характеристик брикетированного топлива, предложенный состав превосходит известный состав для брикетированного топлива, что выражается повышенным качеством брикетов из предложенного состава путем увеличения механической прочности на сжатие с 73,5 до 97,1-116,4 кг/см2, т.е. в 1,3-1,6 раза; механической прочности на сбрасывание с 70,9 до 89,9-91,7%, т.е. в 1,3 раза; повышение теплотворной способности с 8180 ккал/кг до 8401 - 8500 ккал/кг, т.е. в 1,04 раза, при этом водопоглощение находится на уровне известного состава, а зольность выше, чем у известного состава в 1,5 раза.
Использование топливных брикетов из предложенного состава расширяет возможности использования отходов местной промышленности и вносит вклад в решение задачи защиты окружающей среды.
Состав для брикетированного топлива, включающий уголь и органическое связующее, отличающийся тем, что в качестве органического связующего он содержит отход нефтедобычи - асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Уголь 72-78
АСПО 22-28