close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13204

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.06.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13204
(13) C1
(19)
C 10G 1/00
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ КОМПОЗИЦИИ
(21) Номер заявки: a 20070265
(22) 2007.03.13
(43) 2008.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси " (BY)
(72) Авторы: Гринчик Николай Николаевич; Мартыненко Олег Григорьевич;
Болотов Виктор Викторович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) SU 922134, 1982.
BY 6896 C1, 2005.
JP 6-145676 A, 1994.
GB 1496373, 1977.
US 2001/0049901 A1.
BY 13204 C1 2010.06.30
(57)
1. Способ получения топливной композиции, при котором смешивают тонкоизмельченное твердое углеродсодержащее топливо в виде щепы или опилок с жидким высококипящим углеводородным топливом, подогретым до 250-290 °С, полученную смесь
подвергают скоростному пиролизу, пиролизные газы конденсируют путем орошения холодным жидким высококипящим углеводородным топливом, полученный продукт конденсации обрабатывают в диспергаторе до получения микроэмульсии, образовавшийся
при пиролизе термоуголь в смеси с жидким высококипящим углеводородным топливом
подвергают грубому измельчению на вальцах, обрабатывают в диспергаторе до размера
частиц термоугля менее 100 мкм и смешивают в диспергаторе с микроэмульсией.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пиролиз осуществляют без доступа кислорода.
BY 13204 C1 2010.06.30
Изобретение относится к созданию синтетических топливных композиций для сжигания в топочных устройствах, в частности к топливным композициям на основе углеродсодержащих веществ, и может найти применение при утилизации бытовых отходов, в том
числе отработанных автомобильных шин, пластмасс и т.д., для решения экологических
проблем.
Известен способ получения топлива [1] путем термического разложения углеродсодержащих материалов. В качестве углеродсодержащего материала используют мицелиальные отходы антибиотика. Процесс термического разложения мицелиальных отходов
осуществляют в реторте с наружным обогревом. Разовая загрузка составляет 5-6 кг. Загруженный материал нагревают до 450-500 °С и выдерживают в реторте до прекращения
газовыделения (5-5,5 ч). В указанных условиях получают в среднем 50 % смолы, 35 %
твердого остатка, 12 % газа, 3 % подсмольной воды. Недостатками данного способа являются длительность процесса, потери тепла при внешнем обогреве реторты, отсутствие
технологии переработки подсмольной воды.
Известен способ получения топлива, в частности торфяного угля, в печах Циглера за
счет рециркуляции парогазовой смеси внутри печи [2].
Указанный способ более эффективен по сравнению с указанным выше с точки зрения
к.п.д. и скорости нагрева материала, но и в этом случае не решена проблема утилизации
подсмольной воды. В указанном способе из 1200 пудов торфа получают: торфяной уголь
(бурый) - 552 пуда (из них 67-110 пудов торфяной мелочи), смола - 51,87 пуда, подсмольная вода - 348 пудов, остальное - неконденсируемые горючие газы для отопления печей.
Из подсмольной воды, согласно [2], получали 1,44 пуда метилового спирта, 2,73 пуда уксусной кислоты безводной, 3,36 пуда сернокислого аммиака. Однако в полном объеме
проблема утилизации подсмольной воды решена не была. Именно экологические проблемы утилизации подсмольной воды затрудняют широкое использование пиролиза.
Известен способ пиролиза древесины [3], согласно которому скоростной пиролиз древесины проводят в среде высококипящего керосина или дизельного топлива, при этом сохраняют от крекинга практически все низкокипящие продукты, получают удвоенный
выход отстойной смолы, что открывает новые пути комплексного использования древесины. Сдерживающий фактор остается прежним - экологическая проблема утилизации подсмольной воды, которая постоянно накапливается в процессе пиролиза.
Известен также способ получения топливной эмульсии [4] с использованием жидкого
углеводородного топлива, воды, эмульгатора, аммиака, гидразин-гидрата и ультразвукового диспергатора. Недостатками указанного способа являются токсичность входящих
компонент, ограниченная сырьевая база (бензин, дизтопливо).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения топливной композиции [5], включающий предварительное смешивание жидкого топлива с водой
(предварительное эмульгирование) при их массовом соотношении 1:(4-12) до получения
эмульсии с дисперсностью капель воды 1-6 мкм с последующим добавлением тонкоизмельченного твердого топлива в количестве 25-30 мас. %, подогретого до температуры 6090 °С (прототип). Для этого смесь мазута и воды подвергают кавитационному воздействию в диспергаторе для получения тонкодисперсной водомазутной эмульсии, которую
смешивают с подогретым термоуглем или полукоксом и диспергируют до получения стабильной топливной композиции, например, в дисковых диспергаторах. Недостатком
указанного способа является ограниченная сырьевая база, т.к. в широких масштабах
древесный уголь или торфяной уголь не производят из-за экологических проблем, возникающих при утилизации подсмольной воды. Сложность технологии раздельного приготовления компонент, их перевозки и подготовки к смешению, большая скорость выпадения
угля в осадок (5-10 мм в сутки) затрудняют хранение топливной композиции на срок
более месяца.
Задачей изобретения является расширение ассортимента топливных композиций и
сырьевой базы, а также утилизация жидких отходов продуктов пиролиза и повышение качества целевого продукта.
2
BY 13204 C1 2010.06.30
Задача решается следующим образом. Известный способ получения топливной композиции включает смешивание жидкого топлива, тонкоизмельченного твердого топлива и
воды с предварительным эмульгированием воды в жидком топливе. Согласно предлагаемому изобретению, при котором смешивают тонкоизмельченное твердое углеродсодержащее топливо в виде щепы или опилок с жидким высококипящим углеводородным
топливом, подогретым до 250-290 °С, полученную смесь подвергают скоростному пиролизу, пиролизные газы конденсируют путем орошения холодным жидким высококипящим углеводородным топливом, полученный продукт конденсации обрабатывают в
диспергаторе до получения микроэмульсии, образовавшийся при пиролизе термоуголь в
смеси с жидким высококипящим углеводородным топливом подвергают грубому измельчению на вальцах, обрабатывают в диспергаторе до размера частиц термоугля менее 100 мкм
и смешивают в диспергаторе с микроэмульсией. Кроме этого, пиролиз осуществляют без
доступа кислорода.
На фигуре изображена принципиальная схема установки для реализации способа получения топливной композиции.
Схема установки включает емкость 1 для жидкого топлива, связанную с печью 2 для
его нагрева. В емкости 3 с углеродсодержащим материалом, например, в виде щепы, опилок и жидким теплоносителем происходит процесс скоростного пиролиза с образованием
пиролизных газов и термоуголя. Газы пиролиза поступают в конденсатор 4, орошаемый
жидким топливом, подаваемым насосом 5. Другой насос 5 служит для подачи жидкого
топлива в емкость 1. Диспергаторы-гомогенизаторы 6 предназначены: Dт - для угля, Dж для смеси жидкого топлива и продуктов конденсации пиролизных газов, Dс - для смешения угля и топливной микроэмульсии. Флорентина 7 предназначена для удаления неконденсируемых газов. Краны 8 служат для подачи топливной микроэмульсии и мазута с
углем в диспергатор-гомогенизатор 6. Для охлаждения суспензии мазута угля используют
холодильник 9.
Установка работает следующим образом. Из емкости 1 жидкое топливо после нагрева
в печи 2 до температуры 250-290 °С поступает в емкость 3, заполненную углеродсодержащим материалом (щепа, торф, опилки и т.д.). В результате скоростного пиролиза, проходящего в емкости 3 в среде жидкого теплоносителя, образуются пиролизные газы и
термоуголь [3]. Пиролизные газы поступают в конденсатор 4, орошаемый холодными каплями жидкого топлива, в жидкое топливо при этом добавляют эмульгатор. Полученная
смесь проходит через дисковый диспергатор (Dж) и образует устойчивую топливную микроэмульсию. В флорентине 7 удаляют неконденсированные газы путем дожигания в печи 2
(на схеме не показано), микроэмульсия насосом 5 постоянно подается в конденсатор 4.
При конденсации продуктов пиролиза на каплях жидкого топлива высока интенсивность массообмена между жидкой и газообразной фазами вследствие большой поверхности соприкосновения.
Пропорция между жидкими продуктами пиролиза и жидким топливом 1:(2-20) выбрана нами на основе опытов.
Если жидкого топлива меньше чем в 2 раза по сравнению с жидкими продуктами пиролиза (жижкой), то трудно получить стабильную топливную микроэмульсию. Если жидкого топлива в 20 раз больше, чем жижки, то слишком большая энергия затрачивается в
дисковом диспергаторе на получение топливной микроэмульсии.
После прекращения газовыделения и образования термоугля (бурого угля без выделения тепла экзотермической реакции) - прокалка при 250-300 °С, или угля (полукокс [2]) прокалка за счет тепла экзотермической реакции 500-550 °С, последний измельчают грубо
(на вальцах), а затем подают в диспергатор Dт для тонкого измельчения до фракции
100 мкм и менее.
После прекращения газовыделения открывают краны 8, полученные компоненты проходят через дисковый диспергатор Dс с образованием стабильной суспензии, которая сгорает без сажеобразования вследствие наличия в ее составе тонкодисперсной водомазутной
эмульсии за счет явления микровзрыва мазута [5], а также мелких фракций термоугля.
3
BY 13204 C1 2010.06.30
При смешении жидкого топлива непосредственно с углеродсодержащим материалом
устойчивая суспензия не образуется, а на измельчение затрачивается слишком большая
энергия.
Пример лабораторной реализации способа на пилотной установке по упрощенной схеме.
Сосновая щепа весом 2 кг, влажностью 45 % помещалась в реторту объемом 7 л из нержавеющей стали, заполнялась 3 кг мазута М-400 и нагревалась до 270 °С электрическим
нагревателем. Время нагрева - 1,7 часа. При 270 °С щепа выдерживалась в течение 30 минут до полного прекращения газовыделения. Продукты пиролиза поступали в орошаемый
жидким топливом конденсатор (скруббер).
Вес мазута в скруббере после пиролиза составил 2,4 кг, 600 г мазута "вошли" в продукты пиролиза и бурую древесину.
По нашим данным, с пиролизными газами испарилось не более 15-20 г мазута.
После охлаждения до t = 100-120 °С бурый уголь вместе с мазутом измельчали на
вальцах (фракция 1-3 мм). Полученную смесь мазута и термоугля подавали в дисковый
диспергатор марки ДК-1-10 (фракция до 100 мкм) и затем в накопительную емкость. В то
же время получали топливную микроэмульсию за счет диспергирования жидкого топлива
и жижки, сконденсированной в конденсаторе. Вес мазута в конденсаторе - 2 кг, для лучшей текучести его подогревали до 40-50 °С.
Конденсат (жидкие продукты пиролиза) и мазут в течение всего процесса пиролиза
смешивали в диспергаторе Dж и подавали в накопительную емкость 7. Для получения устойчивой топливной эмульсии добавляли небольшое количество эмульгатора (~1 %) натурального калиевого мыла (на основе кокосового масла). Отметим, что накопительная
емкость 7 является одновременно флорентиной [3] для удаления неконденсируемых газов.
Вес неконденсируемых газов не превысил 4 % от веса сухой щепы, суммарный вес топливной композиции поэтому составил 6560 г.
В перспективе неконденсируемые газы предполагается сжигать в печи 2, которая в
данной пилотной установке отсутствует.
Тонкоизмельченную пасту (мазут + термоуголь) затем смешивали с продуктом конденсации - жидкими продуктами пиролиза (топливная микроэмульсия) и опять пропускали через дисковый диспергатор. В результате опыта была получена стабильная эмульсия,
которая не расслаивалась в течение 2,5 месяцев.
Конечно, топливную композицию можно получать и путем одновременного перемешивания всех компонент в одном реакторе, но, согласно [5], качество суспензии будет
хуже из-за отсутствия структурированной дисперсной фазы (эмульсии) в жидком топливе.
Использование в топливной композиции термоугля и продуктов пиролиза способствует уменьшению расхода дефицитного жидкого топлива, исключает предварительное измельчение твердого топлива, уменьшает загрязнение окружающей среды продуктами
пиролиза и подсмольной водой.
Источники информации:
1. А.с. СССР 1105497, МПК C 01L 1/04, 1984.
2. Карышев И. Торфяной кокс как лучшее и самое дешевое современное топливо. С.-Петербург: Типография А.С.Суворина, 1901. - С. 95.
3. Славянский А.К. Новые методы пиролиза древесины. - М.: Лесная промышленность, 1965. - С. 253.
4. А.с. 810761, МПК C 01L 1/32, 1981.
5. А.с. СССР 922134, МПК C 01L 1/32, 1982 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
174 Кб
Теги
by13204, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа