Источник: Патент Российской Федерации
Имя изобретателя: Ручкинова О.И. (RU); Вайсман Я.И. (RU); Коротаев В.Н. (RU)
Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" (RU)
Адрес для переписки: 614000, г.Пермь, Комсомольский пр., 29а, Пермский государственный технический университет, патентно- информационный отдел
Дата начала действия патента: 2003.04.29
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. 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. 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.
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