Способ изготовления топливного брикета и топливный брикет

Изобретение относится к производству топливных брикетов из растительного сырья. Предложен способ изготовления топливного брикета, содержащий пиролиз сырья, остывание и стабилизацию углеродного наполнителя, смешивание со связующим и водой, формование, сушку, характеризующийся тем, что в процессе получения углеродного наполнителя происходит непрерывное перемещение и перемешивание материала, в качестве сырья используется лузга подсолнечника. Также предложен топливный брикет. Технический результат - получение топливных брикетов, обеспечивающих бездымное горение, легкую возгораемость и равномерное автономное горение индивидуального брикета, снижение трудо- и материалоемкости процесса изготовления. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к производству топливных брикетов из растительного сырья, предназначенных для использования в бытовых условиях, в частности, в мангалах, грилях и шашлычницах, преимущественно, для курения кальяна.

«Известно, что уголь для кальяна должен быть высокой плотности, легко воспламеняться и гореть достаточно долго с постоянной температурой… не должен перебивать запах табака.» [Equipnet.ru - «Оборудование для бизнеса» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.equipnet.ru]. По мнению специалистов наиболее качественный уголь для курения кальяна изготавливается из скорлупы кокоса с добавлением воды и крахмала из корня маниоки. Также в качестве сырья для производства кальянных углей может использоваться скорлупа грецкого ореха, лесного ореха, виноградная лоза, бамбук, древесина фруктовых деревьев (яблоня, олива, вишня, лимон и др.) [Производство угля для кальяна / Антон Неизвестных - Мой бизнес [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://moybiznes.org]. Выбор сырья обусловлен местоположением предприятия-производителя угля, а также используемыми технологиями и оборудованием. По сути, сырьем для производства кальянного угля может быть практически любое не смолистое органическое сырье растительного происхождения, в том числе и отходы сельскохозяйственного производства, например, лузга. В Российской Федерации возделываются такие культуры, как подсолнечник, гречиха и другие, при этом глубокая переработка урожая недостаточно распространена. Лузга (оболочка семян) является ценным возобновляемым органическим сырьем для производства широкого спектра продукции.

«Плодовая оболочка (перикарпий, лузга) состоит из эпидермиса, гиподермы (пробковая ткань), фитомеланового слоя, склеренхимы и паренхимы. Панцирный слой состоит из углеродистого вещества фитомелана. … Клеточная стенка оболочки подсолнечника в основном состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. … Лузга подсолнечника характеризуется относительно высоким содержанием углерода и низкой зольностью.» [Ковехова А.В. Особенности химического состава плодовых оболочек подсолнечника и продуктов их переработки: дис.…канд. хим. наук / Ковехова Анна Васильевна. - Владивосток: Дальневост. фед. ун-т, 2015]. Указанные особенности строения лузги подсолнечника свидетельствуют о возможности ее глубокой переработки с получением углеродсодержащего продукта, являющегося сырьем для производства широкого ассортимента материалов, в том числе и угольных брикетов.

Традиционная технология производства кальянного угля, являющегося топливным брикетом, реализуется следующим образом. Сырье тщательно сортируют, очищая скорлупу от остатков мякоти и посторонних примесей [Производство угля для кальяна / Антон Неизвестных - Мой бизнес [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://moybiznes.org]. Затем его измельчают до фракции 5 мм и транспортируют в пиролизный реактор, где при температуре 450-550°С и без доступа воздуха происходит реакция превращения сырья в чистый углерод. Образующиеся вследствие химической реакции пиролизные газы сгорают в реакторе, выделяющееся при этом тепло поддерживает протекание процесса. В результате получают чистый углерод температурой 70-80°С, расфасовывают его по железным бочкам для остывания и стабилизации. Бочки герметически закрывают во избежание доступа кислорода и самовозгорания. Через несколько суток в остывший углерод, который может быть подвергнут предварительному дроблению, добавляют крахмал и воду, смесь тщательно перемешивают в течение примерно 20 минут. Полученную смесь под температурой для активации связующего загружают в пресс, на выходе их которого получают уголь в виде кубиков или другой формы (в зависимости от применяемого оборудования и оснастки). Затем полученный продукт подвергают сушке в течение 5-6 часов потоками воздуха, инфракрасным излучением или другим доступным способом. К числу недостатков приведенной технологии относятся зависимость качества получаемых углей от качества исходного сырья (степени зрелости, влажности, тщательности очистки скорлупы от остатков мякоти, степени и равномерности измельчения и пр.), необходимость измельчения и сортировки (просеивания) углесодержащего продукта после пиролиза, высокая трудоемкость и материалоемкость процесса. При попадании в готовые брикеты большого количества пылевидной фракции углеродного продукта в процессе горения они будут дымить, а продолжительность их горения будет снижаться из-за повышенной их плотности. Указанный способ изготовления топливных брикетов по сути близок к заявленному, поэтому выбран в качестве прототипа.

Технической задачей заявленного изобретения является разработка способа изготовления топливных брикетов, обеспечивающих бездымное горение, легкую возгораемость и равномерное автономное горение индивидуального брикета, снижение трудо- и материалоемкости процесса изготовления.

Технический результат заявленного изобретения достигается за счет использования доступного возобновляемого растительного сырья, изначально отличающегося гомогенностью свойств (геометрические размеры, масса, влажность и т.д.), исключением из технологического процесса операций сортировки и измельчения сырья, снижение плотности брикетов за счет обеспечения микропористости.

Заявленное изобретение реализуется следующим образом.

Лузга подсолнечника в естественном состоянии (без предварительной сортировки, измельчения и пр.) подается винтовым спиральным транспортером в зону пиролиза, при этом происходит интенсивное перемешивание частиц потока и гомогенизация его. Далее поток лузги подвергается непрерывному высокотемпературному пиролизу без доступа кислорода. Образующиеся пиролизные газы сгорают в зоне пиролиза, обеспечивая поддержание процесса пиролиза и выделение необходимого количества теплоты. На выходе из зоны пиролиза образуется горячий (температура 50-80°С) порошкообразный углеродный продукт с высоким содержанием углерода (до 95%) и размером зерен (частиц) 0,5-5,0 мм. Полученный продукт охлаждается и стабилизируется в процессе его перемещения винтовым спиральным транспортером в замкнутом пространстве, омываемом потоками атмосферного воздуха, без доступа кислорода. Отличительной особенностью заявленного способа является постоянное перемещение и перемешивание потока частиц по ходу технологического процесса посредством винтовых спиральных транспортеров. В процессе стабилизации горячие частицы углеродного продукта постоянно взаимодействуют между собой (ударяются) и с витками транспортера, в результате чего происходит разрушение их структуры и гомогенизация потока по геометрическим размерам составляющих его частиц. Поток остывшего углеродного продукта смешивают с натуральным связующим (крахмал, пшеничная мука и т.д.) и водой, интенсивно перемешивают полученную смесь, формуют и подвергают сушке любым доступным способом. Пропорции компонентов смеси угольный наполнитель: натуральное связующее: вода подбирают рационально с учетом области использования получаемых топливных брикетов: уголь кальянный, уголь для мангалов и пр. Формование смеси осуществляется любым из возможных способов и устройств, в результате чего могут получаться топливные брикеты в виде правильных параллелепипедов, цилиндров, таблеток, шарообразными и любых неправильных геометрических тел. В результате постоянного перемешивания потока частиц происходит их равномерная обработка на всех этапах технологического процесса, частичное сохранение их природной структуры (в том числе, пористости). Разница в крупности зерен угольного продукта и связующего обеспечивает образование естественных пор и микропустот в полученных брикетах, что при дальнейшем их сжигании обеспечивает равномерное и автономное горение и отсутствии дыма.

Известен топливный брикет, содержащий измельченный древесный уголь, крахмал или муку пшеничную, воду [Пат. №2187542. Российская Федерация. Топливный брикет (варианты) / Тумаркин В.В.; патентообладатель: Тумаркин В.В. Опубл. 20.08.2002. - Режим доступа: http://wwwl.fips.ru]. Изобретение расширяет ассортимент твердого топлива и способствует созданию экологически чистого брикетированного топлива с высокими энергетическими и прочностными характеристиками, применимого как для обогрева помещений, в том числе жилых, так и для приготовления пищи в мангалах, грилях и шашлычницах без ухудшения ее органолептических свойств. Недостатком указанного топливного брикета является использование в качестве наполнителя угля, полученного из древесины. Указанное изобретение по своей сути наиболее близко заявленному, поэтому выбрано в качестве прототипа.

Технической задачей заявленного изобретения является расширение ассортимента топливных брикетов.

Технический результат достигается за счет использования в качестве угольного наполнителя предварительно пиролизованной лузги подсолнечника.

Изобретение реализуется следующим образом.

Луга подсолнечника предварительно подвергается непрерывному высокотемпературному пиролизу без доступа кислорода, остыванию и стабилизации. В результате реализации указанных операций образуется порошкообразный углеродный продукт с высоким содержанием углерода (до 95%) и размером зерен (частиц) 0,5-5,0 мм. В зависимости от области использования топливных брикетов рационально подбираются пропорции смеси угольный наполнитель : связующее : вода. В качестве связующего используются натуральные компоненты растительного происхождения, например, крахмал, мука и подобные. Это обеспечивает экологичность получаемых брикетов, их безопасность и возможность использования в том числе для кальянов, приготовления еды и т.д.

Компоненты смеси в требуемых пропорциях соединяются в какой-либо емкости и интенсивно перемешиваются. После затворения и созревания полученная смесь подвергается формованию - в зависимости от применяемых способов и устройств брикетам придается определенная форма, затем они подвергаются сушке любым доступным способом. Пропорции компонентов смеси угольный наполнитель : натуральное связующее : вода подбирают рационально с учетом области использования получаемых топливных брикетов : уголь кальянный, уголь для мангалов и пр. Формование смеси осуществляется любым из возможных способов и устройств, в результате чего могут получаться топливные брикеты в виде правильных параллелепипедов, цилиндров, таблеток, шарообразными и любых неправильных геометрических тел. Разница в крупности зерен угольного продукта и связующего обеспечивает образование естественных пор и микропустот в полученных брикетах, что при дальнейшем их сжигании обеспечивает равномерное и автономное горение и отсутствии дыма.

Заявленное изобретение обеспечивает расширение ассортимента топливных брикетов, а также обеспечивает повышение эффективности и экологичности переработки подсолнечника за счет утилизации отходов и получения дополнительной товарной продукции.

1. Способ изготовления топливного брикета, содержащий пиролиз сырья, остывание и стабилизацию углеродного наполнителя, смешивание со связующим и водой, формование, сушку, отличающийся тем, что в процессе получения углеродного наполнителя происходит непрерывное перемещение и перемешивание материала, в качестве сырья используется лузга подсолнечника.

2. Топливный брикет, полученный при осуществлении способа по п.1, содержащий углеродный наполнитель, связующее и воду, отличающийся тем, что в качестве углеродного наполнителя используется предварительно пиролизованная и стабилизированная лузга подсолнечника.