RU2847039C2 - Способ получения угольных брикетов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу получения угольных брикетов, которые могут найти свое применение в качестве топлива для сжигания в быту, котельных коммунально-бытового назначения, на теплоэлектростанциях, в топках железнодорожных вагонов, а также для коксования в коксохимической и металлургической промышленности. Способ получения угольных брикетов заключается в смешивании измельченного угля с предварительно измельченным до размера менее 2 мм полимерным связующим веществом, нагреве смеси и получении брикетов при давлении брикетирования 78 МПа, при этом в качестве полимерного связующего вещества используют этиленвинилацетат в количестве 1,7-3,0% к углю, крупностью менее 3 мм, нагревают до температуры 100-120°С без изотермической выдержки и проводят брикетирование разогретой смеси, не допуская ее остывания ниже 90°С. Технический результат изобретения заключается в получении водоустойчивых брикетов достаточной механической прочности, уменьшении потерь углей, а также снижении потерь брикетов при хранении и транспортировке. 1 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к углеперерабатывающей промышленности, а именно к области производства топливных брикетов из угля, в том числе ценных марок, с целью получения окускованного твердого топлива. Полученные брикеты могут найти применение в качестве топлива для сжигания в быту, котельных коммунально-бытового назначения, на теплоэлектростанциях, в топках железнодорожных вагонов, а также для коксования в коксохимической и металлургической промышленности. Область применения топливных брикетов будет зависеть от технологической марки угольного сырья, идущего на изготовление брикетов.

Известен способ изготовления топливных брикетов [1], представляющий собой способ изготовления топливных брикетов и устройство для его осуществления, включающий смешивание компонентов при следующем соотношении, мас. %: угольной мелочи, в том числе антрацитового штыба - 80-70, древесных опилок, дробленой коры, соломы и других органических отходов - 2-2,5, воды и связующего, в качестве которого применяют натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ-Н) - 0,5-2,0 и глину - 5,5-10.

Недостатками полученных по такой технологии брикетов являются:

- низкая прочность на сжатие (0,3-1,1 МПа);

- наличие в брикетах глины (5,5-10%), что увеличивает зольность брикета и, следовательно, снижает теплоту сгорания брикетов;

- применение хорошо растворяющейся в воде связующей добавки, в качестве которой используется такой полимер, как натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ-Н), не позволяет получать водоустойчивые брикеты, которые при контакте с водой теряют свои прочностные свойства и рассыпаются.

Известен способ подготовки угля для формирования брикетов [2], заключающийся в том, что после сушки угольную шихту (95-97 мас. %) и порошкообразный полипропилен (3-5 мас. %) смешивают и нагревают одновременно в двухшнековом смесителе при температуре 190°С. Прессование изделий производят под давлением 250-400 кг/см² и температуре 170-220°С, далее охлаждение происходит на конвейере при температуре окружающей среды и атмосферном давлении.

Недостатком данного способа является высокая температура смешивания и прессования, при которых происходит разложение такого полимера, как полипропилен с выделением токсичных веществ.

Известен способ получения топливных брикетов из бурого угля [3], в котором в качестве связующего применяются бытовые отходы полиэтилена, измельченного до размеров частиц менее 7 мм в количестве 6-7% на сухую массу угля; брикетируемая смесь нагревается до температуры 90-130°С, прессование брикетов производится при давлении 98-99 МПа, механическая прочность брикетов на сжатие составляет не менее 5,5 МПа.

Недостатком этого способа является высокое давление брикетирования (98-99 МПа) и низкая прочность (5,5 МПа.) получаемых брикетов на сжатие при применении в качестве связующей добавки такого полимера, как полиэтилен. Согласно требованиям потребителей, механическая прочность при сжатии брикетов должна быть не менее 7-9 МПа. Снижение механической прочности приводит к разрушению брикетов при транспортировке, повышению содержания мелких фракций и, как следствие, к потерям топлива.

Наиболее близким к изобретению (прототипом) является способ получения топливных брикетов из бурого угля [4], сущность которого заключается в смешивании бурого угля крупностью менее 6,0 мм с предварительно измельченным до частиц размером менее 2 мм полиэтиленом (бытовыми отходами) в количестве 4,4-5,0% (на сухую массу угля), нагреве смеси до температуры 120-140°С с изотермической выдержкой в течение 30 мин, получении брикетов при давлении брикетирования 78 МПа. Механическая прочность на сжатие получаемых брикетов составляет не менее 7,8 МПа.

Недостатком этого способа, в котором в качестве связующей добавки, применяется такой полимер, как полиэтилен, является высокая энергозатратность вследствие нагрева брикетируемой смеси до температуры 120-140°С и изотермической выдержки в течение 30 мин, что обусловлено температурой плавления полиэтилена. Кроме того, прототип в качестве сырья рассматривает бурые угли, тогда как при обогащении ценных марок каменного угля образуется большое количество угольной мелочи, которую можно было бы вовлечь в промышленное использование в качестве брикетов, что позволит уменьшить потери мелких классов ценных марок углей. А также прототип не содержит сведений об водоустойчивости брикетов, что также можно рассматривать как недостаток. Получение водоустойчивых брикетов позволит в итоге снизить потери при хранении и транспортировке брикетов.

Сущность заявляемого способа получения угольных брикетов заключается в смешивании угля крупностью менее 3 мм со связующим полимерным веществом (этиленвинилацетат) крупностью менее 2 мм в количестве 1,7-3,0%, нагреве смеси до температуры 100-120°С без изотермической выдержки и последующем брикетировании при давлении 78 Мпа, не допуская остывания смеси ниже 90°С. Механическая прочность на сжатие получаемых брикетов (в том числе после пребывания в воде) составляет не менее 7-9 МПа.

Целью предлагаемого изобретения является создание эффективной и экономически выгодной технологии получения угольных брикетов, а также расширение ассортимента связующих добавок для производства прочных и водоустойчивых топливных брикетов из углей.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поиск эффективного связующего вещества для брикетирования углей, обеспечивающего снижение затрат времени и энергии при изготовлении брикетов и их достаточную механическую прочность, в том числе после пребывания брикетов в воде.

Техническим результатом предлагаемого способа является получение водоустойчивых брикетов достаточной механической прочности, уменьшение потерь углей, а также снижение потерь брикетов при хранении и транспортировке.

Технический результат в способе получения угольных брикетов достигается тем, что применяется связующее полимерное вещество (этиленвинилацетат), позволяющее при небольших добавках к углю получать водоустойчивые брикеты достаточной механической прочности.

Признаки, используемые для характеристики способа:

- уголь крупностью менее 3 мм;

- связующее полимерное вещество (этиленвинилацетат);

- крупность этиленвинилацетата менее 2 мм;

- содержание этиленвинилацетата в смеси от 1,7-3,0%;

- температура нагрева смеси до 100-120°С;

- отсутствие изотермической выдержки;

- брикетирование разогретой смеси, не допуская ее остывания ниже 90°С.

Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен график изменения механической прочности брикетов на сжатие в зависимости от добавки связующего вещества:

1 - показаны изменения механической прочности на сжатие брикетов при добавке в качестве связующего полимерного вещества (этиленвинилацетата);

2 - приведена кривая изменения механической прочности на сжатие брикетов после их пребывания в воде при добавке в качестве связующего полимерного вещества (этиленвинилацетата);

3, 4 - приведены зависимости механической прочности на сжатие в зависимости от добавки связующего вещества (полиэтилена) для прототипа (3 - при нагреве смеси до 120°С; 4 - при нагреве смеси до 140°С);

5, 6 - обозначен диапазон для достаточной механической прочности на сжатие от 7 до 9 МПа в соответствии с требованиями, предъявляемыми к готовым угольным брикетам.

Способ получения угольных брикетов осуществляется следующим образом. Уголь дробят до крупности менее 3 мм. Этиленвинилацетат измельчают и просеивают через сито с ячейкой 2 мм, что позволяет более равномерно распределить связующее в смеси. Приготовление брикетируемых смесей осуществляют механическим перемешиванием компонентов в смесителе. После этого смесь нагревают. Нагрев производят до тех пор, пока температура смеси не достигнет 100-120°С, что выше температуры плавления этиленвинилацетата, которая для различных его сортов составляет 70-90°С. При брикетировании в штемпельном прессе нагрев может осуществляться непосредственно в матрицах. При брикетировании в валковом прессе нельзя допускать остывания смеси ниже 90°С. Удельное давление брикетирования 78 МПа.

Испытания брикетов на сжатие проводятся по ГОСТ 21289-2018 через сутки после изготовления, когда процесс структурообразования и упрочнения завершился. Согласно требованиям потребителей, брикеты должны обладать механической прочностью на сжатие от 7 до 9 МПа в соответствии с требованиями, предъявляемыми к готовым угольным брикетам по этому показателю.

Испытания брикетов на водоустойчивость проводятся по ГОСТ 21290-2018. Брикеты считаются водоустойчивыми, если они после пребывания в воде сохраняют остаточную прочность не менее 40% от первоначальной.

Результаты представлены в виде графика на фиг. 1. Показаны изменения механической прочности на сжатие для брикетов при добавке в качестве связующего полимерного вещества (этиленвинилацетата). В обозначенном диапазоне значений допустимой механической прочности на сжатие не менее 7-9 МПа достаточно добавки этиленвинилацетата от 1,7 до 2,7%. После пребывания в воде брикеты с добавкой в качестве связующего полимерного вещества (этиленвинилацетата) характеризуются незначительной потерей прочности. На фиг. 1 показаны изменения механической прочности брикетов на сжатие после их пребывания в воде: в обозначенном диапазоне значений допустимой механической прочности на сжатие не менее 7-9 МПа достаточно добавки связующего полимерного вещества (этиленвинилацетата) от 2,1 до 3,0%. Представленные данные также показывают, что брикеты обладают высокой остаточной прочностью на сжатие после пребывания в воде, которая составляет 85-95% от первоначальной.

Таким образом, при добавке связующего полимерного вещества (этиленвинилацетата) от 1,7 до 3,0% угольные брикеты обладают водоустойчивостью и достаточной механической прочностью (не менее 7-9 МПа).

Пример. Для приготовления брикетов использовался каменный уголь, марка К4, класс менее 3 мм (влага рабочая W^r=1,0%, зольность A^d=26,2%, выход летучих веществ V^daf=25,5%).

Уголь предварительно дробили и рассеивали на вибросите с диаметром ячейки 3 мм. Надрешетный продукт возвращается в дробилку и додрабливается до класса крупности менее 3 мм. Связующее полимерное вещество (этиленвинилацетат) измельчали и просеивали через сито с ячейкой 2 мм.

Приготовление брикетируемых смесей осуществляли механическим перемешиванием компонентов в смесителе. В смеситель загружали уголь крупностью менее 3 мм, затем добавляли связующее полимерное вещество (этиленвинилацетат) класса крупности менее 2 мм в количестве от 1,7 до 3,0%. После перемешивания угля со связующим смесь загружали в матрицы с внутренним диаметром 40 мм, высотой 60 мм и нагревают до температуры 100-120°С.

Прессование проводили непосредственно в матрицах на штемпельном прессе, обеспечивающем давление брикетирования 78 МПа. При брикетировании нельзя допускать остывания смеси ниже 90°С. Не дожидаясь охлаждения матриц, их заполняли новой партией брикетируемой смеси. Механическая прочность на сжатие получаемых брикетов составляет не менее 7-9 МПа, в том числе после пребывания в воде.

Преимуществами предлагаемого способа получения угольных брикетов являются:

- увеличенные и стабильные в процессе эксплуатации физико-механические характеристики угольных брикетов, в том числе после пребывания в воде;

- снижение времени нагрева брикетируемой смеси;

- снижение энергозатрат на нагрев брикетируемой смеси;

- вовлечение в промышленное использование углей мелких классов, в том числе ценных марок.

Источники информации, отобранные в процессе патентного поиска:

1. А.с. 2157952 СССР, МКИ⁷ F23K 1/00. Способ изготовления топливных брикетов и устройство для его осуществления, опубл.20.10.2000 г., БИ №29.

2. Пат. 93032471 Российская Федерация, МПК⁶ C10L 5/14, 5/10 Способ подготовки угля для формирования брикетов, опубл. 1996.02.27, Бюл. №23.

3. Патент 2296794 Российская Федерация, МПК C10L5/14. Способ получения топливных брикетов из бурого угля, опубл. 10.04.07, Бюл. №10.

4. Патент 2373261 Российская Федерация, МПК C10L 5/14. Способ получения брикетов из бурого угля, опубл. 20.11.2009, Бюл. №32 (прототип).

Claims (1)

1. Способ получения угольных брикетов, заключающийся в смешивании измельченного угля с предварительно измельченным до размера менее 2 мм полимерным связующим веществом, нагреве смеси и получении брикетов при давлении брикетирования 78 МПа, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего вещества используют этиленвинилацетат в количестве 1,7-3,0% к углю, крупностью менее 3 мм, нагревают до температуры 100-120°С без изотермической выдержки и проводят брикетирование разогретой смеси, не допуская ее остывания ниже 90°С.