Топливный брикет

Авторы патента:

Мостовщиков Андрей Владимирович (RU)

C10L9/12 - окислительные средства, например соединения, выделяющие кислород

C10L5/48 - промышленных остатков или отходов (C10L 5/42,C10L 5/44 имеют преимущество)

C10L5/44 - растительного происхождения

Владельцы патента RU 2447135:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к технологии получения твердого органического топлива, в частности топливных брикетов, и может использоваться для обогрева бытовых помещений, в полевых условиях, на транспорте и в промышленности. Топливный брикет выполнен с продольными отверстиями и содержит в качестве органического связующего отходы производства полипропилена в количестве 2,0-10,0 мас.%, окислитель - нитрат калия 2,0-5,0 мас.%, катализатор - смесь МnО₂+Fе₂О₃ при их массовом соотношении от 4:1 до 1:6 в количестве 0,1-1,5 мас.% и древесные опилки - остальное. Технический результат - увеличение теплотворной способности брикета, снижение дымообразования. 1 пр., 2 табл.

Изобретение относится к технологии получения твердого органического топлива, в частности топливных брикетов, и может использоваться для обогрева помещения, для бытовых целей, на транспорте и в промышленных условиях для получения тепло- и электроэнергии.

Известен состав топливного брикета (Патент РФ №2132360. «Состав для брикетированного топлива», опубл. 27.06.1999 г.), который содержит в своем составе следующие компоненты: углеводород, шламы (осадки мазута), отработанные масла и их осадки, осадки нефти и дисперсные углеводородные отходы - торфяную и угольную крошку, древесную муку, опилки. Кроме того, состав содержит известь, дисперсный алюмосиликат и воду при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

углеводородный шлам 40,5-50,0;

дисперсный углерод - угольная пыль и угольная крошка 1,0-5,0;

органический наполнитель 10,0-30,0;

известь 1,0-10,0;

дисперсный алюмосиликат 5,0-15,0;

вода - остальное.

Кроме того, состав содержит окислитель, например пироксид натрия, в количестве 0,5-1,0 мас.%. Цель изобретения - удешевление состава и предотвращение миграции продуктов горения из атмосферы в окружающую среду.

Недостатком состава является использование дисперсного алюмосиликата извести и воды, которые являются балластом при горении, их содержания в сумме составляет не менее 25 мас.%. Это снижает теплотворную способность брикетированного топлива на ~25% и увеличивает массу зольного остатка. Кроме того, состав содержит пироксид Na, который при контакте с органическими веществами быстро разлагается и через определенный срок превращается в NaOH, повышает содержание воды.

Наиболее близким по техническому эффекту является топливный брикет (Патент РФ №2119532. «Топливный брикет», опубл. 27.09.1998 г.), который содержит 2,5 мас.% окислителя, подвергнутую термообработке при 350-500°С сформованную смесь, содержащую торф (10-15%) и древесные опилки (5-10%). Органическое связующее -отход целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности 8,5-10 мас.% и каменной уголь - остальное. В брикете выполнены продольные разрезы различного диаметра. Цель изобретения - получение брикета с уменьшенным дымообразованием при сжигании и горении брикета.

Недостатком способа является дополнительная термообработка при 350-500°С сформованной смеси, что требует специального оборудования и энергозатрат и ведет к удорожанию продукции.

Основной технической задачей изобретения является перевод процесса горения в беспламенный режим и повышение удельного тепловыделения.

Основная техническая задача достигается тем, что в заявленном составе топливного брикета, согласно которому, так же, как и в прототипе, в состав брикета с продольными отверстиями входят торф, древесные опилки, каменный уголь и/или их смеси, органическое связующее и окислитель; в качестве органического связующего используются отходы производства полипропилена или отходы нефтеперерабатывающей промышленности, дополнительно содержит катализатор при следующем соотношении компонентов, мас.%: органическое связующее - 2,0-10,0; окислитель - 2,0-5,0; катализатор MnO₂+Fe₂О₃ - 0,1-1,5, причем массовые соотношения между MnO₂+Fe₂О₃ равны от 4:1 до 1:6; торф, древесные опилки, каменный уголь - остальное.

Задачей настоящего изобретения является увеличение теплотворной способности топливного брикета и снижение дымообразования за счет перевода процесса пламенного горения в беспламенный режим при использовании катализатора, снижающего, одновременно, температуру горения. При горении в таком режиме увеличивается теплотворная способность брикета за счет повышения полноты сгорания, уменьшается количество дымовых выбросов и вредных газов (СО, NO_x).

Поставленная задача достигается путем экспериментального подбора компонентов состава топливного брикета и их соотношения, что позволяет режим горения осуществлять в низкотемпературном режиме беспламенного горения.

Горение заявленного топливного брикета происходит самопроизвольно после инициирования горения с помощью нихромовой спирали, нагретой проходящим электрическим током, или горящей спичкой. Процесс горения происходит при температуре 400-500°С. Расчетный тепловой эффект для прототипа составляет 6,4 кДж/г, а для заявляемого 9,1-9,2 кДж/г. Заявленный состав топливного брикета дает существенно более высокий тепловой эффект, превышающий прототип на 31%.

Пример

Для приготовления топливного брикета использовали отходы обработки карельской березы в количестве 10 г. В качестве органического связующего применяли атактический полипропилен производства ОАО «ТНХК» в количестве 2 мас.% (200 мг), а в качестве окислителя использовали нитрат калия в количестве 3 мас.% (300 мг). Приготовление катализатора осуществляют путем смешения реактивного МnО₂ (ч.д.а.) и нанопорошка Fe₂О₃ в массовых соотношениях от 6:1 до 1:8 (таблица 1). К полученной смеси добавляли катализатор в количестве 0,05 мас.% (таблица 2). Согласно полученным результатам оптимальными соотношениями между компонентами катализатора являются соотношения от 4:1 до 1:6.

Смесь подвергали перемешиванию в лабораторной шаровой мельнице в течение 10 мин. Из полученной смеси формовали топливный брикет путем прессования, усилие прессования 50 кгс/см², затем топливный брикет извлекали из пресс-формы и инициировали горение с помощью нихромовой спирали. Процесс горения протекал при температуре 470°С (термопарное измерение - хромель-алюмелевая термопара).

Время горения топливного брикета составляло 24 мин, измерение величины теплового эффекта с помощью дифференциального термического анализа (ДТА) показало, что топливный брикет с использованием катализатора сгорает в режиме беспламенного горения и выделяется теплоты больше в 1,25 раз (9,2 кДж/г), чем при горении топливного брикета без использования катализатора (7,6 кДж/г). Топливный брикет без катализатора сгорал в пламенном режиме за такое же время.

Результаты экспериментов приведены в таблице 2. При содержании катализатора менее 0,5 мас.% увеличение теплового эффекта не происходит. При 0,1 мас.% содержании катализатора происходит увеличение теплоты сгорания топливного брикета с 7,7 до 9,0 кДж/г. Дальнейшее увеличение содержания катализатора не приводит к увеличению теплового эффекта, поэтому дальнейшее увеличение содержания катализатора (более 1,5 мас.%) удорожает топливо, что нецелесообразно. Таким образом, оптимальным является содержание катализатора 0,1-1,5 мас.%, при котором горение протекает в беспламенном режиме и тепловой эффект повышается на 31% за счет беспламенного режима горения и полноты сгорания топливного брикета.

Таблица 1
ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ
№ п/п	Состав смеси	Сотношение MnO₂:FeO₃, мас.%	Тепловой эффект реакции, кДж/кг	Примечание
1	Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃)	1:7	7,7
2	Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃)	1:6	9,0	Заявляемый способ
3	Древесные опилки + атактический полипропилен + КNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃)	1:4	9,0
4	Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃)	1:2	9,1
5	Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃)	1:1	9,1
6	Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃)	2:1	9,2
7	Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃)	4:1	9,0
8	Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО₃ + катализатор (MnO₂+НП Fe₂O₃)	5:1	7,7

Таблица 2
ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ
№, п/п	Состав смеси	Содержание катализатора, мас.%	Тепловой эффект, кДж/г	Примечание
1	Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО₃ + катализатор (МnO₂+НП Fе₂O₃)	0	7,6
2	Древесные опилки + атактический полипропилен + КNО₃ + катализатор (МnO₂+НП Fе₂O₃)	0,05	7,6
3	Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО₃ + катализатор (МnO₂+НП Fе₂O₃)	0,1	8,9	Заявляемый состав
4	Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО₃ + катализатор (МnO₂+НП Fе₂O₃)	0,5	9,0	Заявляемый состав
5	Древесные опилки + атактический полипропилен + KNО₃ + катализатор (МnO₂+НП Fе₂O₃)	1,5	9,2
6	Древесные опилки + атактический полипропилен + KNO₃ + катализатор (МnO₂+НП Fe₂O₃)	2,0	9,2
Примечание. Состав катализатора: смесь МnO₂+НП Fе₂O₃ при массовом соотношении 1:1.

Топливный брикет на основе древесных опилок, органического связующего и окислителя, с продольными отверстиями, отличающийся тем, что органическое связующее представляет собой отходы производства полипропилена, окислитель представляет собой нитрат калия, и брикет дополнительно содержит катализатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Органическое связующее	2,0-10,0
Окислитель	2,0-5,0
Катализатор МnО₂+Fе₂О₃, причем
массовое соотношение между МnO₂+Fе₂O₃
равно от 4:1 до 1:6	0,1-1,5
Древесные опилки	Остальное

Способ производства твердого топлива, изготовленного из промышленных и бытовых отходов // 2405027

Изобретение относится к области производства твердого топлива, изготовленного из промышленных и бытовых отходов. .

Способ термической переработки твердых органических отходов и установка для его осуществления // 2393200

Изобретение относится к способам и устройствам для термической переработки твердых органических отходов, преимущественно резинотехнических изделий в жидкие, газообразные и твердые топливные компоненты.

Способ брикетирования угольных шламов и установка для его осуществления // 2349635

Изобретение относится к области производства твердого углеродсодержащего топлива, в частности для изготовления бытовых топливных брикетов из угольной мелочи, в смеси с другими горючими отходами различного происхождения и к установке для их производства.

Способ и установка для производства твердого топлива из отходов // 2334786

Способ термохимической переработки органического сырья в топливные компоненты и установка для его осуществления // 2275416

Изобретение относится к области термохимической переработки твердого органического сырья и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, в топливной промышленности, в лесном хозяйстве и лесоперерабатывающей промышленности для утилизации и переработки органической части твердых бытовых и производственных отходов.

Топливный брикет и способ его получения // 2205205

Изобретение относится к производству твердого топлива в виде брикетов и может быть использовано в качестве заменителя природного твердого топлива для коммунально-бытовых нужд и в промышленности.

Способ получения твердого топлива // 2160304

Изобретение относится к производству твердых топлив и может быть использовано в качестве заменителя природного твердого топлива. .

Состав для брикетированного топлива // 2157401

Изобретение относится к составам для брикетированного топлива и может быть использовано при утилизации углеводородных шламов и дисперсных углеродных отходов при производстве топлива, используемого в промышленности и для промышленно-бытовых нужд, в особенности в малых котельных.

Способ получения твердого топлива // 2134288

Изобретение относится к способу или технологическому процессу обогащения и приданию инертности твердым горючим органических и неорганических материалов с разделением и предварительной классификацией (сепарацией) инертных компонентов, присутствующих в исходном материале топлива.

Формованное топливо и способ его получения // 2131449

Изобретение относится к технологии производства формованного (брикетированного, экструдированного или гранулированного) твердого топлива, которое может быть использовано для коммунально-бытовых нужд, а также в промышленности, частично решая при этом проблему снижения загрязнения окружающей среды отходами.

Способ получения наноструктурированного топлива // 2444561

Изобретение относится к области создания экологически чистого топлива на базе возобновляемых ресурсов органического растительного происхождения. .

Состав для получения твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива // 2440406

Изобретение относится к технологии брикетирования коксовой пыли, угольной и коксовой мелочи, в частности к составу для получения твердого композиционного высокоуглеродсодержащего топлива.

Переработка биомассы // 2432400

Изобретение относится к области биотехнологии. .

Состав для получения формованного топлива // 2424280

Изобретение относится к технологии получения твердого углеродсодержащего топлива, в частности к составу для получения твердого формованного топлива, которое может быть использовано как бытовое топливо и в промышленности.

Способ получения топливных элементов // 2421504

Изобретение относится к технологии изготовления топливных элементов из собственных возобновляемых ресурсов, в частности из древесных опилок. .

Способ получения биотоплива из галеги восточной // 2418039

Изобретение относится к области сельского хозяйства и биоэнергетике. .

Способ получения твердого биотоплива из древесного сыпучего сырья // 2402598

Изобретение относится к области утилизации древесных отходов и может быть использовано при производстве экологически чистых биотоплив для промышленных и коммунально-бытовых нужд.

Формованное топливо и способ его получения // 2402597

Изобретение относится к производству твердого формованного топлива из биологических отходов, пищевых и деревообрабатывающих производств. .

Способ изготовления топливного брикета (варианты) // 2396306

Изобретение относится к способу изготовления на основе мелкофракционных углеродсодержащих материалов брикетного твердого топлива, используемого для сжигания в топках малых котельных жилищно-коммунального хозяйства и промышленных предприятий, железнодорожных вагонов, бытовых печах населения и других энергетических установках малой мощности, а также в качестве каминного топлива.

Способ получения топливных гранул // 2373262

Изобретение относится к способам получения твердого топлива растительного происхождения и может быть использовано для промышленных и коммунально-бытовых нужд и в топливной промышленности.