Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГОЛЬНЫХ БРИКЕТОВ

Изобретение относится к технологии переработки тонкодисперсного угольного сырья в облагороженное топливо коммунально-бытового и технологического назначения.

Описывается способ получения топливных угольных брикетов, включающий в себя стадии: отсев, смешение угольного шлама и угольной мелочи со связующим - водным раствором полиэлектролита - флокулянта на основе полиакриламида (ПАА) с добавкой ПАВ, прессование, сушку и затаривание готовых брикетов в полимерные мешки.

Описание изобретения

Изобретение относится к способу получения угольных брикетов из угольного шлама и угольной мелочи со связующим - водным раствором полиэлектролита - флокулянта на основе полиакриламида (ПАА), который в настоящее время широко используется в процессах осаждения шламов из шламовых вод и обогащения угля, т.е. является доступным материалом [7]. В качестве интенсифицирующей добавки для повышения адгезии при сдавливании шихты во время прессования в исходный раствор ПАА добавляются водорастворимые поверхностно-активные вещества (ПАВ) из класса простых полиэфиров на основе пропиленгликоля.

Изобретение позволяет по стандартной технологической схеме: отсев исходного сырья - смешение со связующим - прессование - сушка - упаковка получить из углеродного материала - отходов угледобывающего предприятия топливный брикет с высокими потребительскими свойствами, повысить экономическую эффективность работы предприятий топливно-энергетического комплекса при рациональном использовании его угольных ресурсов, в том числе вторичных. Предложенный способ предлагает на стадии брикетирования использовать связующее, в состав которого входит 3 компонента:

- синтетический полиэлектролит на основе ПАА с высокой молекулярной массой (до 10 млн а.е.м), хорошо растворимый в воде, который при малом его расходе за счет высокой адгезии макромолекул к частицам угля позволяет формовать прочные угольные брикеты из угольных шламов, кеков, отсевов;

- неионогенное водорастворимое ПАВ - смесь полиэфиров на основе полипропиленгликолей переменного состава, содержащей ди-, три- и полипропиленгликоли, являющиеся отходом - кубовыми остатками ректификации в производстве пропиленгликоля, добавка которого позволяет при значительном снижении давления прессования получать прочные топливные брикеты;

- вода, которая является универсальным и безопасным растворителем ПАА и ПАВ, способствует повышению смачивания поверхности угольных частиц.

После получения влажных брикетов методом прессования они подвергаются сушке в токе теплого воздуха, время которой зависит от типа угля, размеров и геометрической формы брикетов.

Отличительными признаками изобретения являются:

- получение топливных брикетов, технология которого состоит из подготовки исходной угольной шихты необходимого состава, подготовки связующего, состоящего из водного раствора полиэлектролита на основе ПАА с примесью ПАВ, представляющих собой смесь простых полиэфиров на основе пропиленгликоля переменного состава, содержащей ди-, три- и полипропиленгликоли, брикетирования преимущественно на прессах валкового типа с последующей сушкой в токе теплого воздуха с температурой 40-50 градусов и затаривание в упаковку;

- необходимое количество ПАА составляет 0,2% от массы угольной шихты,

- необходимое количество ПАВ составляет 0,5% от массы угольной шихты.

Технический результат - нетрадиционное использование известного вспомогательного технического материала - флокулянта в качестве связующего для получения качественных топливных брикетов, связующее свойство которого повышается за счет отхода химического производства - кубовых остатков производства пропиленгликоля, представляющего собой смесь простых полиэфиров на основе пропиленгликоля переменного состава, содержащей ди-, три- и полипропиленгликоли.

Основными причинами, тормозящими в настоящее время развитие брикетирования каменных и старых бурых углей, является отсутствие доступных, экологически безопасных, технологичных и экономных связующих. По этой причине многие годы повсеместно и постоянно ведутся поиски различных вариантов индивидуальных или комбинированных связующих для получения топливных брикетов, в результате которых расширяется их ассортимент [5].

Известно, что разработка нового способа получения угольных топливных брикетов со связующим предполагает и подбор новых видов связующих, в идеальном случае одновременно удовлетворяющих всем необходимым требованиям - доступность, низкая стоимость, способность повышать теплоту сгорания полученного окускованного топлива, способность придавать брикету высокую механическую прочность и др., является сложной технической задачей [1-3, 6].

Среди способов получения брикетов из измельченного угольного материала с использованием водорастворимых связующих известен способ на основе комбинированного связующего, содержащего воду, крахмал или пшеничную муку, или декстрин [1]. Недостатком этого способа является использование для получения топливных брикетов пищевых продуктов и сложность приготовления рабочих растворов связующих.

Известен способ производства угольных брикетов углей на основе смеси измельченного твердого топлива с комбинированным связующим, состоящим из воды, цемента, глины, мелассы. Данные брикеты при повышенной механической прочности обладают низкой зажигательной способностью, высокой зольностью [1].

Известен способ производства угольных брикетов углей с использованием связующего, содержащего торф, известь, алюмосиликат (глина), портландцемент и воду. Данные брикеты также при повышенной механической прочности обладают низкой зажигательной способностью и высокой зольностью [2].

Наиболее близким к изобретению является способ производства угольных топливных брикетов из угольной мелочи с использованием водных растворов связующих на основе суспензии, содержащей мякину или полову - хлебные остатки пищи и кормов, в состав которых входят природные полимеры - растительные белки и полисахариды [3]. Основным недостатком данного изобретения является использование малотоннажных нетрадиционных связующих, практически недоступных для многотоннажного производства брикетов, которые при неправильном хранении подвергаются брожению и гниению.

Предложенный в заявленном изобретении полимер на основе полиакриламида по своим химическим свойствам согласно официальным научным данным является в настоящее время химическим аналогом белка [6]. Поэтому в качестве связующего предлагается синтетический белковоподобный компонент, выпускаемый промышленностью в больших количествах, который не подвергается биологическому разрушению при хранении, растворим в воде, экологически чистый, способный при малых концентрациях в воде давать высоковязкие растворы, обладающие повышенными вяжущими свойствами по отношению к частицам угля и минеральных примесей.

Цель изобретения - создание эффективной энерго- и ресурсосберегающей технологии получения угольных топливных брикетов. Поставленная цель изобретения достигается путем нетрадиционного использования известного в угледобывающей промышленности вспомогательного технического материала - флокулянта в качестве связующего для получения качественных топливных брикетов. Его вяжущее свойство повышается за счет отхода крупнотоннажного производства - кубовых остатков производства пропиленгликоля, что способствует расширению существующего ассортимента связующих веществ, позволяющего создать топливный угольный брикет с необходимыми потребительскими свойствами.

Кубовые остатки производства пропиленгликоля (ПГ) имеют (согласно ТУ) следующую характеристику [6]:

1. Внешний вид - жидкость коричневого цвета;

2. Состав %: дипропиленгликоль - (35-40); трипропиленгликоль (55-60);

полигликоли - остальное.

3. Обладают свойствами ПАВ, используются для снижения поверхностного натяжения воды.

В данном способе получения топливных брикетов с заявленным связующим использовалась смесь угольного шлама и угольной мелочи (при соотношении 1:1) из месторождения угля, добытого на территории Кузнецкого угольного бассейна, со следующим характеристиками:

- гранулометрический состав (содержание частиц разного размера): (0-1 мм) - 80%; (1-4 мм) - 20%.

- средняя зольность - 20%;

- теплота сгорания средней пробы - 5000 ккал/кг;

- влажность средней пробы - 10%.

Пример 1 (прототип [3]). Для изготовления брикетов из смеси угольного шлама и угольного отсева (1:1) угольная шихта смешивалась с водной суспензией мякины (остатки кормов с концентрацией 10%) в количественном соотношении угольная мелочь: суспензия как 7:3, брикетировалась на лабораторном штемпельном прессе под давлением 20 кг/см² и высушивалась в токе теплого воздуха. Данные экспериментов и характеристики брикетов представлены в табл.1, где в качестве определяющих показателей брикетов выбраны прочность и теплота сгорания.

Примеры 2-7. Для изготовления брикетов шихта, приготовленная из угольного шлама и угольного отсева (1:1) по примеру 1, смешивалась с водным раствором ПАА (концентрация раствора 0,1-0,2%), содержащего различное количество ПАА и кубовых остатков производства ПГ, прессовалась на лабораторном штемпельном прессе под давлением 20 кг/см² и просушивались в токе теплого воздуха. Данные экспериментов и характеристики брикетов представлены в табл.1, где в качестве определяющих показателей брикетов выбраны прочность и теплота сгорания.

Из табл.1 следует, что при разных связующих, используемых для эксперимента (пример 1 - отходы кормов - суспензия мякины, примеры 2-7-водный раствор ПАА с примесью ПАВ), более прочные и более калорийные брикеты получены по предлагаемому способу при расходе связующего 0,2-0,3% с примесью ПАВ в количестве 0,4-0,6%. Для длительного хранения необходима упаковка полученных брикетов. В качестве дополнительного достоинства заявленного способа производства следует считать малый расход ПАА и ПАВ, биологическую стойкость растворов по отношению к процессам закисания и брожения, их доступность.

Источники информации

1. Патент РФ №2187542, МКЛ³ C10L 5/10; C10L 5/12; C10L 5/44. Топливный брикет (варианты) / В.В.Тумаркин, опубл. 20.08.2002.

2. Патент РФ №2157401, МКЛ³ C10L 5/02, C10L 5/12, C10F 7/06, C10L 5/48. Состав для брикетированного топлива / В.М.Кнатько, М.В.Кнатько, Г.С.Казаров, опубл. 10.10.2000.

3. А.с. №1765171, МКЛ³ C10L 5/00; Состав для получения брикетированного топлива / Э.А.Гогинян, Р.С.Фармазян, А.А.Налбандян. Г.М.Геворкян, опубл. 30.09.1992, Бюл. №36.

4. Елишевич А.Т. Брикетирование полезных ископаемых / А.Т.Елишевич // М.: Недра. - 1989. - 300 с.

5. Дымент О.Н. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена / О.Н.Дымент. К.С.Казанский, A.M.Мирошников // М.: Химия. - 1976. - 376 с.

6. Запольский А.К. Коагулянты и флокулянты в процессе очистки воды / А.К.Запольский, А.А.Баран // Л.: Химия. - 1987. - 180 с.

7. Абзаева К.А. Биологически активные производные полиакриловой кислоты / К.А.Абзаева, М.Г.Воронков, В.А.Лопырев // Высокомолекулярные соединения. - 1997. - Т.39. - №11. - С.1883-1904.