Способ получения топливных брикетов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 С 10 1 5/44, 5/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ6

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4863363/04 (22) 09.07.90 (46) 30.11.92. Бюл. й. 44 (71) Кировский политехнический институт (72) С.И.Багаев, А.В.Галкин и С.В.Хитрин (56) Патент США

О 4236897, кл. С 10 L 5/02, 1980.

Патент США

М 3947255, кл. С 10 1 5/00, 1976. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ

БРИКЕТОВ

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: предварительное приготовление частиц целлюлозного материала с содержанием сухого вещества от 8 до 12 мас., 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 до» Ы 1778161 А1 (57) 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 да 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 водастайкасти брикетов. 1 табл. бавкой для формирования гидрафабнай капсулы термопластичного материала с размерами частиц менее 1,6 мм.

Недостатками дан нога технического решения являются, .1. Введение в состав топливных брикетов веществ, дающих при сгорании вредные продукты (сополимеры, акрилонитрила, бутадиена, стирала, жом, неорганические добавки).

2. Малое повышение теплотворной способности брикетов по сравнению с теплотварной способностью целлюлазнага материала, поскольку добавка высококалорийного термопластичного материала ограничена 10%.

3. Ненадежная защита брикетов ат влагапаглащения, поскольку не исключается включение в поверхнастну.а гидрифабную пленку целлюлазнаг0 материала и при температуре 66-122 С не достигается полного расплавления термопластичного материала.

4. Не исключается неполное сгорание термопластичного мате риала и ри п рессавании брикетов из крупных частиц (да 4 мм) 3

1778161 из-за возможности .вытекания его из эоны горения а этих условиях.

Наиболее близким к описываемому техническим решением является способ получения топливных брикетов, включающий s себя смешение сухих измельченных отходов древесины (кора — менее 25 мм) с 540 мас. измельченного(до менее 6 мм) полиэтилена (ПЭ) (в виде отходов пленки), нагрев смеси до 93-204 С и последуюшее формирование брикетов при давлении 5 — 15 Mila.

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 j ПЭ, поскольку при предлагаемом измельчении ПЭ при сгорании происходит его вытекание. Это ведет к неполному сгоранию, увеличению количества вредных примесей, снижению теплотаорной способности, т;к. иэ зоны горения удаляется наиболее высококалорийная часть топлива.

Целью изобретения является повыше.ние теплотаорной способности и аодостойкости 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, нагреаание смеси и последующее брикетирование, в качестве связующего используют порошки отходов ПЭ с размерами частиц не более 350 мкм в количестве 10+607; массы, смешивают с сухим порошком отходов древесины с размерами частиц не более 350 мкм, смесь нагревают горячим воздухом при 140 — 160 С 2 — 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 теплотаорные отходы древесины путем удаления из них влаги, что достигается методом высушивания отходов древесины. Кроме того,, измельченный,до 350 мкм ПЭ при нагревании до 140-160 С расплавляется, при прессовании пропитывает всю массу брикета, а после охлаждения образует гидрофобную пленку, препятствующую проникновению влаги к частицам доевесных отходов. Таким образом в предложенном техническом решении одновременно повышается теплотворная способность топлива, как за счет использования сухих древесных отходов, так и за счет высокотеплотворного ПЗ, а

5 также одновременно повышается водостойкость топливных брикетоа, Одновременно. решается одна из важнейших технических.задач, касающихся способов огневого обезвреживания отходов термопластов, органи10 зация йолного,сгорания ПЗ, поскольку обычные способы сжигания отходоа ЙЭ, например, на мусороперерабатывающих заводах требуют не только специальной организации равномерного термического раз15 ложения ПЭ, но и равномерной подачи продуктов разложения (низкомолекуля рных углеводородов) в зону окисления. И во многих странах для обеспечения полноты сгорания продуктов разложения ПЭ используют

20 специальное кислородное дутье, поскольку только при смешении чистого кислорода с продуктами разложения ПЗ создается зона высокотемпературного пламени, а которой удается полностью; окислить (до беэаред25 ных воды и углекислого газа) интенсивный поток углеводородов, получаемых при разложении ПЭ. Следовательно для эффективного и экологически чистого сгорания брикета, содержащего отходы ПЭ необхо30 димо обеспечивать и саморегулирование подачи углеводородов .- разложения в зону горения, например, путем организации капиллярной подпитки, как это осуществлено в известном способе сжигания парафинов в

35 парафиновой свече, где жидкие продукты подаются в зоне газификации и последующего сжигания, через капилляры фитиля, В предложенном техническом решении роль капиллярного фитильного устройства

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

45 Опытами установлено:

1. Нецелесообразно введение ПЭ менее

10 и более 60, так как при меньшем 10 содержании ПЗ, брикеты имеют повышенную крошимость и водопоглощение, а их

50 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 а зону

55 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

1778161 использование ПЗ 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 беэзазорным взаимодействием рабочих элементов, в потоке сухого года — носителя (после чего порошки имели влажность не более 8%) смешивали с порошкам 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 ПЗ 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 втечение 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 топливнь|х брикетов при содержании ПЗ 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-мадавлении ниже 5 МПа формирует брикет с пониженной плотностью и повышенной крошимостью, а прессование при давлении выше 15 МПа не существенно улучшает качества топливных брикетов в отношении их экологически чистого сжигания.

В таблице приведены свойства топливных брикетов, полученных прессаванием смесей из порошков ПЭ с размерами частиц

150 — 350 мкм и порошков древесины с раз20 мерами частиц менее 350 мкм.

Как видно из приведенных в таблице данных, наиболее эффективны с точки зрения теплотворнай способности и вадопогло25 щения составы, содержащие 40,50 и 60 мас.% ПЭ, У этих составов и плотность брикетов приближается к аддитивнай рассчитанной на плотность воздушно сухого древесного пористого материала, что под30 тверждает эффективность выбранных условий прессования брикетов, Брикеты указанного состава эффективна сгорают в обычных топочных условиях без вытекания расплавленного ПЭ и после сгорания выделяют минимальное количество золы, образуемой талька за счет зольности использованных отходов древесины. . В специальных опытах было показано, чта для í" ãðåâàíèÿ да кипения 2,5 л воды на

"печке-малютке" требуется па массе в 2,2 раза меньше предложенных топливных брикетов, чем общеизвестного топлива для туристких целей — "сухого спирта" в виде стандартных таблеток. В продуктах сгорания "сухого спирта" обнаружены концентрации аммиака (МНз) и окислов азота (NQ„), в 2 — 3 раза превыша ащие фоновые канцен40

45 трации, а также в продуктах сгорания пригодного газа обнаружены концентрация (S02) и (ИОх), в 1,5 — 3 раза превышающие

50 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 соглас.но указаниям литературного источника

"Методы анализа объектов окружающей среды". — Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1988 — 144c. лютке" (Рыболов, 1988, М 1), Крашимасть определяли па ГОСТ 23513-79, При изготовлении брикетов время нагревания горячим воздухам смеси перед

5 прессованием не должно быть больше, чем время. необходимое для расплавления частиц ПЗ, т.е. при температуре 140 — 160" С оно . находится в пределах 2 — 5 мин, а давление прессования может варьироваться в интер10 вале от5до15 МПа, так как прессавание при

1778161

Свойства топливных брикетов из отходов древесины и ПЭ при давлении прессования 10 МПа

Плотность, кгlм

Содержание ПЭ, мас.

Водопоглощение, 7 (24 ч дист. вода 23 С) Крошимость, Теплотворная способность ккал/кг кДж/кг опытная аддитивная

40-60

12-13

6-9

4-6

3,0

2,0-2,8

1,0-1,5

0,5-1,0

870

905

22-28

4-6

3,0-4,5

2,5-3,5

1,0-1,5

0,5-1,0

0,5-1,0

0,1-0,3

19

37380

8900

Составитель С. Хитрин

Техред М.Моргентал . Корректор С, Лисина

Редактор Н. Егорова

Заказ 4164 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

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 использоватьоя 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

5 отходами полиэтилена, нагревание смеси до плавления полиэтилена и последующее . прессование брикетов под давлением 515 МПа, отличающийся тем. что, с целью повышения теплотворной способ10 ности и водостойкости брикетов, отходы древесины и полиэтилена используют в видо порошков не более 350 мкм, смесь порошков отходов древесины с 40-60 мас;® полиэтилена нагревают до плавления поли15 этилена в течение 2-5 мин и прессование осуществляют в течение 0,3-0,5 мин/мм толщины брикета.