Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИОННОЕ ТОПЛИВО

Изобретение относится к технологии формования горючих компонентов, например угольных шламов, мелких классов угля, коксовой пыли, твердого остатка пиролиза автошин и т.д. Полученное формованное топливо может быть использовано в качестве топлива для сжигания в бытовых и промышленных топках.

Объемы образования и накопления отработанных автошин в мире достигают огромных размеров. Одним из наиболее экологически безопасных способов переработки изношенных автошин является пиролиз, в процессе которого получаются полупродукты: газ, жидкотопливная фракция, углеродсодержащий остаток и металлокорд. Получаемый твердый углеродсодержащий остаток - низкокачественный углерод, практически не может найти своего применения напрямую и складируется на промплощадке предприятия. Выход этого остатка после пиролиза составляет 50-65% от исходной массы автошин. Твердый остаток чаще всего имеет неприемлемую для прямого использования зольность (V^daf=12-15 мас. %) из-за присадок в резине, может быть весьма токсичен из-за нарушений технологического режима. Проблема утилизации твердого остатка пиролиза автошин является весьма актуальной.

Изобретение способствует решению экологических проблем, связанных с образованием и утилизацией отходов (твердого остатка пиролиза автошин).

Известен способ окускования шламов и мелких классов каменных углей, включающий перемешивание угля, шлама со связующим веществом, которым служит гумат натрия, прессование смеси в брикеты при влажности смеси до 25%, последующую сушку и отверждение брикетов (Лурий В.Г., Михеев О.В., Никишичев Б.Г. Новый способ окускования шламов и мелких классов каменных углей. ИАЦ горных наук. Москва, 1993).

Однако данный способ недостаточно эффективен и характеризуется сравнительно невысокой прочностью и низкой влагостойкостью брикетов, значительными капитальными, энергетическими, материальными и трудовыми затратами и не обеспечивает экологической безопасности производства и санитарного уровня гигиены труда.

Известны способы брикетирования каменных углей и антрацитов, включающие обезвоживание и сушку исходного угля до влажности 2-3%, смешивание его с жидкими или твердыми связующими (нефтебитумы, каменноугольный пек, сульфат-спиртовая барда, твердые глины, цемент), прессование смеси давлением 20-50 МПа и последующее охлаждение (см. Елишевич А.Т. «Технология брикетирования полезных ископаемых», М.: Недра, 1989, с. 86, 92, 98, 101, 106).

Упомянутым способам присущи следующие недостатки:

Во-первых, необходимость использования предлагаемых связующих значительно усложняет и удорожает процесс брикетирования каменных углей, т.к. предусматривает операции по глубокому обезвоживанию и термической сушке исходного угля до минимальных значений по влажности, т.е. до 2-3%.

Во-вторых, существующие технологии брикетирования каменных углей и антрацитов не предназначены для использования в качестве исходного сырья твердого остатка пиролиза автошин (класс крупности 0-10,0 мм) и тонкодисперсных угольных шламов (класс крупности 0-1,0 мм), образующихся при добыче и переработке каменных углей.

Известен состав твердотопливной гранулированной композиции, где в качестве углеродсодержащего компонента используют дисперсный, активированный продукт низкотемпературного пиролиза отходов резинотехнических изделий - пирокарбон, при следующем соотношении компонентов, % мас.:

(Патент РФ №2484124, МПК C10L 5/00 C10L 5/40, опубл. 10.06.2013 г.).

Основные недостатки данной композиции - трудность смешения компонентов, сложный состав.

Известен способ получения топливных брикетов, включающий смешивание коксовой пыли, предварительно обогащенной методом масляной агломерации до зольности 5,0-5,5% мас. и сернистости 0,05% мас. со связующим, в качестве которого используют карбамид в количестве 4,0-6,0% к массе исходного концентрата, дальнейшее брикетирование смеси (Патент РФ №2468071, МПК C10L 5/04 C10L 5/12, опубл. 27.11.2012 г.).

В составе указанного топливного брикета в качестве углеродсодержащего компонента используется коксовая пыль, являющаяся отходом коксохимического производства, которое не имеет широкого распространения.

Предлагаемое изобретение предполагает окусковывание твердого углеродного остатка, получаемого при пиролизе отработанных автошин, являющихся отходом, распространенным повсеместно.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является состав формованного топлива и способ переработки твердого остатка пиролиза автошин, включающий обогащение твердого углеродного остатка пиролиза автошин методом масляной агломерации, при этом в качестве реагента для обогащения используется жидкая фракция пиролиза в количестве 4,0-6,0% к массе воды, используемой для обогащения, полученный концентрат гранулируют (Патент РФ №2557652, МПК C10L 5/04, опубл. 27.07.2015 г.).

Недостатки данного изобретения - токсичность используемой при обогащении жидкой фракции пиролиза, низкая прочность гранул.

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение формованного композиционного топлива повышенной прочности, с низкой зольностью и сернистостью, приготовленного из концентрата твердого углеродного остатка пиролиза автошин и полиэтилена в качестве связующего вещества, что позволит более полно утилизировать отработанные автошины и вторполимеры и улучшить экологическую обстановку в регионах.

Технический результат достигается тем, что композиционное топливо на основе твердого углеродного остатка пиролиза автошин, включающее твердый остаток пиролиза автошин, предварительно обогащенный методом масляной агломерации, согласно изобретению в качестве реагента обогащения содержит топочный мазут М-100 в количестве 4,0-6,0% к массе твердого остатка пиролиза автошин, в качестве связующего - вторичный полимер (полиэтилен) в количестве 7,0-10% к массе обогащенного концентрата при следующем соотношении компонентов, % мас.:

Для приготовления топливного брикета твердый остаток пиролиза автошин с исходной зольностью 11,0-12,5%, сернистостью 3,2% мас. измельчают до крупности частиц 0,1 мм, обогащают на установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.

Твердый остаток пиролиза автошин тонкодисперсный, крупностью менее 1 мм. По количеству зольности твердый углеродный остаток пиролиза автошин относится к среднезольным отходам, что препятствует его использованию.

Так как твердый остаток пиролиза автошин тонкодисперсный (<1 мм), то оптимальный метод его обогащения - масляная агломерация. К основным достоинствам метода масляной агломерации относят высокую селективность при разделении частиц менее 100 мкм, возможность вести процесс при плотности пульпы до 600 г/л, дополнительное обезвоживание концентрата вытеснением воды маслом при образовании углеродомасляных гранул. В качестве реагента-собирателя для обогащения твердого остатка пиролиза автошин использован топочный мазут М-100 как широко распространенный и легкодоступный ингредиент.

В емкость наливают техническую или питьевую воду, загружают измельченный твердый остаток пиролиза автошин. До визуального перемешивания в течение 1-2 мин проводят интенсивное смешивание твердого остатка пиролиза автошин и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Перемешивание более 3 мин нецелесообразно. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют топочный мазут М-100 в количестве 4,0-6,0% к массе твердого остатка пиролиза автошин и перемешивают еще в течение 5-8 мин. Перемешивание менее 5 мин не приводит к образованию масляных агломератов, так как углеводородный реагент не успевает полностью смочить поверхность пылевых частиц. Увеличение времени перемешивания свыше 8 мин нецелесообразно, так как расходуется дополнительная энергия.

В результате турбулизации пульпы (смеси воды, твердого остатка пиролиза автошин и реагента) происходит селективное образование масляных агрегатов, которые уплотняются, структурно преобразуясь в прочные гранулы сферической формы, при этом топливо избавляется от балласта - минеральных примесей. Зольность полученных концентратов не превышает 6,5-5,5% мас., сернистость - 0,25% мас., что говорит о приемлемости полученных концентратов для применения в энергетике; высокий выход продукта (до 84% мас.) и более низкая зольность и сернистость концентратов обусловлены полнотой разделения органической и минеральной частей твердого остатка пиролиза автошин в процессе обогащения методом масляной агломерации.

На выходе с установки получают обогащенный концентрат со следующими характеристиками (таблица 1).

Полученный концентрат смешивают с измельченным вторичным полимером (полиэтилен), 7-10% к массе обогащенного концентрата, перемешивают вручную или с помощью смесительной машины до тех пор, пока связующий компонент не распределится равномерно по всему объему концентрата, затем производят загрузку полученной смеси в пресс-форму, пресс-форму помещают в муфельную печь и выдерживают в течение 30 мин под воздействием температуры 170-180°С для полного расплавления связующего полимера, нагретую пресс-форму помещают под пресс и плавно доводят нагрузку до 100 кгс/см², на выходе получают прочный брикет композиционного топлива.

Выбор в качестве связующего полиэтилена обусловлен тем, что при его сжигании выделяется наименьшее количество летучих соединений, сопоставимое с их количеством при сжигании природного газа. Расход связующего определяют потребностью для формирования прочного топливного брикета.

На выходе получают твердое композиционное топливо со следующими техническими характеристиками (таблица 2).

Пример 1

Для получения топливного брикета в емкость наливают техническую или питьевую воду объемом 850 мл, загружают твердый остаток пиролиза автошин массой 200 г. Полученную смесь обогащают на установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов. В качестве углеводородного реагента при обогащении используют топочный мазут М-100 в количестве 34 мл.

Берут 93 г полученного концентрата и 7 г предварительно измельченного полиэтилена, смешивают до визуального перемешивания.

Затем производят загрузку полученной смеси в пресс-форму, пресс-форму помещают в муфельную печь и выдерживают в течение 30 мин под воздействием температуры 170-180°С для полного расплавления связующего полимера, нагретую пресс-форму помещают под пресс и плавно доводят нагрузку до 100 кгс/см², на выходе получают прочный брикет композиционного топлива, приемлемого для прямого сжигания, технические характеристики которого представлены в таблице 3.

Пример 2

Для получения топливного брикета в емкость наливают техническую или питьевую воду объемом 850 мл, загружают твердый остаток пиролиза автошин массой 200 г. Полученную смесь обогащают на установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов. В качестве углеводородного реагента при обогащении используют топочный мазут М-100 в количестве 34 мл.

Берут 85 г полученного концентрата и 15 г предварительно измельченного полиэтилена, смешивают до визуального перемешивания.

Затем производят загрузку полученной смеси в пресс-форму, пресс-форму помещают в муфельную печь и выдерживают в течение 30 мин под воздействием температуры 170-180°С для полного расплавления связующего полимера, нагретую пресс-форму помещают под пресс и плавно доводят нагрузку до 100 кгс/см².

На выходе получают формованное композиционное топливо, однако увеличение количества связующего - полиэтилена приводит к понижению термической стойкости формы брикета, повышает выход газовой фазы и температуру горения при сжигании в печи, что может привести к нестабильности горения и других технологических показателей, необходимости модернизация печи.

Кроме того, согласно математической зависимости, рассчитанной доктором А.Т. Елишевичем, вовлечение более 10% связующего реагента в систему является экономически и технологически неоправданным.

Пример 3

Для получения топливного брикета в емкость наливают техническую или питьевую воду объемом 850 мл, загружают твердый остаток пиролиза автошин массой 200 г. Полученную смесь обогащают на установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов. В качестве углеводородного реагента при обогащении используют топочный мазут М-100 в количестве 8,5 мл.

На выходе с установки не получают концентрат, количество углеводородного реагента (топочный мазут М-100) недостаточно для получения концентрата.

Рекомендуемый состав позволяет получать прочные топливные брикеты с низкой себестоимостью, низкой зольностью и сернистостью из мелкодисперсного отхода (твердого остатка пиролиза автошин). Утилизация твердого остатка пиролиза автошин и вторполимеров позволит улучшить экологическую обстановку, расширить сырьевую базу для энергетики за счет использования альтернативных видов топлив.