CS276877B6 - Sposob briketovania hnědého uhlia - Google Patents

Abstract

Pri briketovaní hnědého uhlia alebo jeho zmesi s dalšími uhlíkatými komponentmi, s výhodou zahriateho nad teplotu máknutia spojiva, sa přidá ako spojivo 2 až 26 % hmot. destilačného zvyšku - gudrónu z vákuovej destilácie nízkosírnej a/alebo strednosírnej ropy, resp. dechtu, s teplotou máknutia 30 až 90° c a hmotnostným pomerom H/C 0,09 až 0,13, v ktorom sa rozpustí a/alebo roztaví 1 až 30 % hmot.hořlavého homopolyméru a/alebo kopolyméru polyolefínu a uvedená zmes sa briketuje známými postupmi.

Description

1 CS 276877 B6

Vynález sa týká spósobu briketovania hnědého uhlia aj s vyš-ším obsahom popola, připadne tiež spolu s netavítelnými orga-nickými makromolekulovými látkami, za použitia spojiva zlepšujú-Ačeho horíavost a znižujúceho čadivost tak briketovaného hnědéhouhlia.

Sub - bituminózne typy uhlia, lignity alebo rašelinu je mož-né briketovat vo velkotonážnom meradle. Tak briketovanie hnědéhouhlia bez spojiv sa robilo v Nemecku i Austrálii. Na týchto mie-stach boli v prevádzke mnoho rokov závody zhodnocujúce hnedouhol-né ložiská. Avšak, na výrobu dobrých brikiet z lignitu je potřeb-né dodržat viac pravidiel. Je potřebné sušením zaručit dostatočnenízký obsah vlhkosti (12 až 15 % hmot.' vody) a zabezpečit dosta- točne vysoký tlak na deformovanie a spojenie častíc do kompaktné-ho celku. Takýto potřebný tlak je 100 až 200 MPa. Přitom brike-társke požiadavky vyžadujú, aby obsah popola v takomto uhlí boldo 15 % hmot.

Bituminózne uhlie, ale aj vyššie uhlíkaté uhlice a antracitynemóžu byt spracované na brikety bez spojiva. Z týchto dóvodov sapoužívájú na briketovanie anorganické spojivá, ako silikát sod-ný, sulfitový lúh, vápenec, cement alebo oxychlorid horečnatý. Z organických spojiv sa používájú škroby alebo rozmělněné obilni-ny, kukuřičná múka a pod. Ďalej sa na briketovanie využívá uholnádechtová smola alebo bitumény. Nevýhodou anorganických spojiv jezvýšenie obsahu popola v briketách.

Postup výroby s použitím uholných dechtových smol je taký,že uhlie s obšahom do 2 % hmot. vody sa dávkuje do zmiešovačaa tu sa zmiešava s rozomletou smolou o velkosti okolo 10 mm. Smo-la s uhlím sa potom privádza do dezintegrátora,, kde sa rozmělní,dalej do ohrievača a briketovacieho zariadenia. Tu sa ohřeje pa-rou a tvarujú sa pri tlaku 15 N.m“2. Takéto brikety je možné spá-jat karbonizovaním pri teplote 850 až 900 °C. lnou možnostou jespájanie bitumenózneho uhlia rozomletého na 1,5 mm o vlhkosti do3 % hmot. Po preosiatí (na zbavenie jemných častí) sa uholné čas-ti vedú do fluidného reaktora, kde sa pri teplote 410 °C uhliečiastočne páli za vzniku dechtu, s ktorým sa vytvoria briketyvhodné pre domácnost (W. Franci, M. C. Peters: Fuels and FuelTechnology, II. vydanie, str. 131 až 136).

Mechanická pevnost hnedouholných brikiet je možné zvýšit6 až lOkrát, ked sa uhlie rozmělní vo vodě za varu pri 100 °C,mechanicky sa odvodní na obsah vody 45 %, rozomelie sa na čia-stočky 0 až 4 mm, vysuší sa na 8 až 15% obsah vlhkosti a briketu-je sa pri teplote 70 až 80 °C pri tlaku 140 MPa počas 10 s (Sbor-ník VŠCHT - Praha, Technologie paliv 1985, s. 103). Spojivo prepalivové a rudné prášky na báze sirupov (85 hmot. častí), vody(100 hmot. častí), polyvinylalkoholu (2,5 hmot. častí) a alkyl-arylsulfátu sodného (1 část) bolo tiež popísané. Na 100 hmot.častí uhoíného prachu sa použilo 7 hmot. častí spojiva a tvarova-nie sa robilo lisováním (Nipon Braun K. K., Nissei Co. Ltd. Ja-ponský patent 61 271 022).

Palivové brikety je tiež možné připravit zmiešaním 1 dielu CS 276877 B6 uholného dechtu a 2 dielov dřevného odpadu (Japonský patent62 115 084). Koks s dostatočnou pevnostou bol připravený zmieša- ->ním hnedouholného prachu o velkosti zrnenia do 1 mm s obsahomvlhkosti do 11,5 % hmot. zmiešaním viac ako 7,8 % sulfitového lú-hu o sušině 42,3 % hmot. Přitom lisovanie sa robí pri teplote70 °C a tlaku 140 MPa (Naundorf W., Freiberg, Forschungš A 1987,A 733, 4 až 93). Palivové brikety sa dajú vyrobit aj zmiešaním1:1 až 6 hmot. dielov dřevného prachu a uhlíkatého materiálua granulováním zmesi (s výhodou obsahujúcej 3 až 25 % vody) pri teplote 120 až 320 °C a tlaku 150 až 650 MPa. Ako příklad sauvádza zmes jedného dielu dřevného prachu s obsahom vlhkosti13,1 % hmot. a 2 dielov uholného prachu s obsahom vody 12,3 %.Táto sa granuluje pri teplote 200 °C a tlaku 386 MPa. Zatial čohnědé uhlie je možné briketovat bez spojiva, kamenné uhlie vyža-duje na briketovanie spojivo. K tomu sa využívájú dechtové smoly,ropné bitumény, sulfitové výluhy, glej, syntetické spojivá, napr.polyvinylacetát, polyvinylalkohol, oxid vápenatý a anorganickéspojivá (Erdól Kohle, Erdgas Petrochem. 1987, 40 (12) 521). Ďalej je známe (J. Formánek: Uhlí 1956, str. 24 až 28), žemenej hodnotné uhlie před briketováním třeba sušit na obsah vodymax. 30 % alebo odstránit popol tak, aby zvyšok tvořilo max. 20 % popola, čo je pochopitelné technicky a najma energeticky ná-ročné .

Podlá iných postupov /A. Kotina: Strojírenství 4, 282 (1954)/ sa briketuje hnedouholný prach, připadne tiež prach čier-neho uhlia, rašelina, piliny ap., pri vysokom tlaku a predbežnomvysušení pod 10 % vlhkosti. Zasa inak zaujímavým postupom podláčs. patentu 221 937 sa zrejme pre nevhodný poměr H/C získavajúbrikety s vysokou čadivostou.

Aj ked sa už mnohokrát publikovalo, že hnědé uhlie sa vše-obecné granuluje, resp. briketuje bez spojiv pri skúškach brike-tovania, tzv. hnědé energetické uhlie s vyšším obsahom popolovínokolo 45 % hmot., ukázalo sa, že briketovanie takéhoto uhlia pritlaku 200 MPa nie je možné. Vzhladom k uvedenému bolo nutné uhliezakoncentrovat praním. Praním sa podařilo znížit obsah popola na 21 %. Takto upravené uhlie po lisovaní tlakom 200 MPa (vysokotla-ké rotačně lisy) už bolo možné briketovat. Brikety sú však velmináchylné k deštrukcii pri akejkolvek manipulácii, resp. pri o-vlhčení. Z uvedených dóvodov sa hladalo vhodné pojivo, ktoré bybolo technicky a surovinové dostupné, a ktoré by splňalo kvalita-tivně požiadavky na brikety. Tie musia byt dostatočne stabilněpri manipulácii a navýše, ktoré by sa pri zavlhčení vodou, resp.dožčfom nerozpadli. Po odskúšaní celého radu organických materiá-lov sa našlo vhodné spojivo, ktoré splňa dané požiadavky a navýšezvyšuje spalné teplo uholných brikiet.

Tak podlá tohto vynálezu sa spósob briketovania hnědého u-hlia s vyšším obsahom popola nad 15 % hmot. pri normálnom alebozvýšenom tlaku pri teplote 250 až 500 K za spolupósobenia hořla-vého organického pojivá uskutočňuje tak, že k rozomletému hnědémuuhliu alebo k rozomletému hnědému uhliu spolu s dalšími uhlíkatý-mi tuhými komponentmi s obsahom vodíka 3 až 15 % hmot. a uhlíka 3 CS 276877 B6 20 až 60 % hmot. sa ako spojivo přidá 2 až 26 % hmot. destilačné-ho zvyšku - gudrónu z vákuovej destilácie nízkosírnej a/alebostrednosírnej ropy alebo zmes destilačného zvyšku ropy - gudrónu'so zvyškom destilácie dechtu, s teplotou máknutia 30 až 90 °Ca hmotnostným pomerom vodík/uhlík 0,09 až 0,13, v ktorom sa roz-pustí a/anebo roztaví 1 až 30 % hmot. hořlavého homopolymérua/alebo kopolyméru polyolefínu, pričom sa táto zmes briketuje. Výhodou uvedeného postupu je fakt, že destilačné zvyšky- gudróny z nízkosírnej a/alebo strednosírnej ropy, či asfalty súširoko dostupné produkty s malou prchavostou a svojím vyšším ob-sahom vodíka i uhlíka podporujú horenie vzniknutých brikiet tak,že tieto prehoria v celom svojom objeme i pri obsahu popola až45 % hmot. v póvodnom uhlí. Z uvedených dóvodov nie je nevyhnutnéznižovat obsah popola v póvodnom energetickom hnedom uhlí pod15 % hmot., čo vedie k zníženým nákladom úpravárenským. Okrem to-ho asfalty majú vysokú teplotu vzplanutia nad 200 až 300 °C, tak-že je zaručená bezpečnost pri spracovaní. V dósledku vyššieho hmotnostného poměru H/C v spojive, výho-dou je aj nízká čadivost. Navýše spósob umožňuje technicky zhod-notit inak tažko využitelné odpady, či už na báze netavítelnýchprírodných makromolekulových materiálov, jednak hořlavých pla-stov, hlavně na báze homopolymérov a kopolymérov olefínov, akofólií, upotřebených sáčkov, prestrekov, odrezkov plastov, odpad-ného ataktického polypropylénu a vóbec druhotných polyolefi-nických surovin. V neposlednom radě, výhodou je nízký obsah zlú-čenín síry v dýme zo spalovania takých brikiet.

Uhlie před granulováním je potřebné rozdrvit na prach o vel-kosti častí pod 3 mm, najvhodnejšie pod 1 mm, aby bolo zaručenérovnoměrné zmiešanie so spojivom - asfaltom. Aby bola homogenizá-cia so spojivom zaručená, je vhodné uhlie před briketováním vy-hriat nad teplotu máknutia použitého asfaltu. Po zhomogenizovanízmesi je možné zmes briketovat. Briketovanie je možné robit sicei za studená v lisoch, ale výhodnéjšie je pri kontinuálnom zaria-dení pracovat nad teplotu máknutia asfaltu. Přitom v případe, žeteplota máknutia asfaltu je napr. 38 °C až 44 °C, množstvo gudró-nu dávkované s uhlím je možné použit v rozpátí 8 až 12 % hmot.,nakolko pri vyššom obsahu asfaltu dochádza pri vypadávaní brikietz lisu k ich deformácii (brikety tečú). V takomto případe je nut-né bud znížit obsah gudrónov v zmesi, čo sa ale zasa odzrkadlív znížení výhřevnosti brikiet, alebo ich ochladit núteným chlade-ním, resp. použit gudróny, či asfalty s vyššou teplotou máknutia.

Zvlášt vhodné sa tu dajú využit, zhodnotit právě odpadné, činízkozhodnocované polyolefíny, rožne neštandartné granuly nízko-hustotného, strednohustotného i vysokohustotného polyestylenu,polystyrénu, ataktický polypropylén, kopolyméry olefínov a pocho-pitelné druhotné suroviny na báze polyolefínov. K takým patriaodpady odrezkov, prestrekov, opotřebovaných obalov, neštandart-ných - pre vláknarske účely nepoužitelných polypropylénových vlá-kien a pod.

Pri tomto spósobe sa dajú technicky využit aj dalšie uhlíka- CS 276877 B6 té tuhé a netavitelné komponenty s obsahom vodíka 3 až 15 % hmot.a uhlíka 20 až 60 % hmot. Takými sú hlavně netavitelné fyzikálně>dezintegrované organické makromolekulové látky, najma prírodnémakromolekulové materiály, ako dřevná múčka a piliny, hemiceluló-zové nízkozúžitkovávané vlákna prakticky odpadajúce pri výroběbuničiny, tzv. nulové vlákna, rozdrobený papier, mletá kóra stro-mov, rozdrvené kukuřičné klasy a police, mletá slama, plevya pod.

Pri použití asfaltov, resp. destilačných zvyškov - gudrónovz vákuových destilácií je možné použil: rožnu kvalitu týchto, a tobud neupravované, vznikajúce po oddestilovaní prchavých podielov,alebo po ich následnom spracovaní prefukováním, tzv. asfalty po-lofúkané, kde sa oxidáciou vzduchom upravujú teploty máknutia,resp. aj asfalty kábelárske. Z ekonomického hladiska však úpravaprimárných asfaltov - gudrónov nie je nutná a získané brikety vy-hovujú požadovaným požiadavkám aj běžnými asfaltami, resp. desti-lačnými zvyškami vákuovej destilácie nízko- alebo strednosírnejropy, resp. zmesí so zvyškami z destilácie dechtov. Dóležitým kritériom spojiva podlá tohto vynálezu je hmot-nostný poměr vodíka k uhlíku. Čím je tento vyšší, hořlavost sazlepšuje a čadovost znižuje. Uvedený hmotnostný poměr H/C sa zvy-šuje přísadami, ako netavitelných makromolekulových materiálov,tak aj inak už technicky tažko zhodnotítelných polyolefínov. Ichpřísady okrem zvyšovania "vodíkového indexu" zvyšujú aj viskozituspojiva pri zvýšenej teplote, zvyšuje pevnost brikiet, ich hydro-fóbnost a zlepšujú skladovatelnost brikiet. Ďalšie údaje o uskutočnení spósobu a dfalšie výhody sú zřejméz príkladov. Příklad 1 (porovnávací)

Hnědé uhlie s obsahom popola 47,15 % hmot. sa predsušilo na obsahvody 10 až 16 % hmot. v elektricky vyhrievanej sušiarni s nútenoucirkuláciou vzduchu pri teplote 102 až 105 °C. Potom sa mlelo nazrnitost pod 2 a pod 1 mm. Lisovanie bolo urobené v hydraulickomlise pri teplotách uhlia 20 až 80 °C a tlaku 100 a 200 MPa. Vel-kost laboratórnych brikiet bola 70 + 35 mm, priemerná hmotnost 50 g. V dfalšom sa praním znížil obsah popola na cca 21 % hmot.a znovu sa takéto obohatené uhlie spracovalo podlá horeuvedenéhopostupu.

Mechanické vlastnosti uhlia boli (tab. 1) takéto: 5 CS 276877 B6

Tabulka 1

Mechanické vlastnosti laboratorných brikiet. druh obsah vody/%/ lisovacia teplota /°c/ lisovací tlak100 MPa, pev-nost v tahu/MPa/ 200 MPapevnostv tlaku/MPa/ nasiakavostvodou/% hmot./ ne- 10,5 20 4,6 8,2 rozpad počas prané 13,2 20 5,6 9,2 1 minúty zrni- tost 15,5 20 6,2 9,8 pod 10,1 80 - co [·" 1 mm 12,6 80 6,2 9/1 14,6 80 6,8 9,2 prané 10,2 20 briketa sa briketa uhlie 12,9 20 rozpadne drží pri pod 15,0 20 pri vytlá- manipulácii 1 mm čaní z formy sa rozpadá 10,1 80 12,6 80 14,6 80

Podobné výsledky boli zaznamenané s uhlím zrnenia do 2 mm. Příklad 2

Hnědé uhlie štyroch lokalit, energetické Baňa Handlová, Baňa No-váky, Baňa Cígel a Baňa Dolina Velký Křtíš boli odskúšavané voformě prachu.

Silová analýza uholného prachu na sitách velkosti pod 1,2 mm/% hmot./ z násady je v tabulke 2.

Tabulka 2 podiel zrn Baňa Baňa Han- Baňa Baňa Dolina nad mm Cígel dlová Nováky I. sloj II. slo 1,2 · 1,95 13,3 17,7 30,5 13,2 1,0 0,5 7,1 3,7 9,5 7,5 0,5 13,6 31,0 25,3 26,7 27,5 0,31 29,4 15,0 35,6 14,5 28,8 0,25 14,2 5,0 2,5 6,3 8,6 přepad 40,4 28,6 9,6 13,2 15,4 CS 276877 B6

Prvé testy s robili na uhlí Nováky.

Odskúšané přídavky:

5, 10 a 15 % hmot. močovinoformaldehydového polykondenzátu (MF - lepidla) do uhlia 200 g po homogenizácii 10 minut miešaním priteplote 25 °C boli lisované na hydraulickom laboratórnom lise. Po80 hodinách stánia sa briketka namočila v Petriho miske do vody: - s 5 % MF polykondenzátu bez tužidla - po 24 hod. sa uhlie roz-padlo - s 10 % MF polykondenzátu nasiaklo vodou - slabou silou v prstoch sa rozpadlo - s 15 % MF polykondenzátu nabobtnalo - nerozpadlo sa - to isté sa zopakovalo po aplikácii tužidla chloridu amonného do. MF lepidla, aplikácia 5 a 10 % MF lepidla - briketka nabobtnala vodou, po vysušení briketa popukala - aplikácia 5 % hmot. oxidu vápenatého - pri styku s vodou sa briketka rozsypala - sulfitové výluhy aplikácia 5 až 10 % hmot. na uhlie - pri stykus vodou sa briketka rozsypala - alkoholická frakcia C5 až Cg alkoholov prídavok 5 a 10 % - pristyku s vodou sa briketky rozsypali - mazací olej - prídavok 5 % hmot. - po namočení do vody sa bri-ketka rozsypala - prídavok 5, 10 a 15 % hmot. destilačného zvyšku - gudrónu z vá- kuovej destilácie strednosírnej ropy, s teplotou máknutia 38 až44 °C; obsah popola 0,5 % hmot.; teplota vzplanutia viac ako 220 °C, hustota pri 20 °C, - 1,0 g.cm“3; obsah uhlíka 86,3 %hmot.; obsah vodíka 8,8 % hmot.; dusíka 1,0 % hmot. a síry3,5 % hmot. Hmotnostný poměr H/C (vodíkový index) = 0,102. Bri-kety boli pevné, na povrchu lesklé. Po namočení do vody nepatr-né nafučali a nerozpadali sa.

Po troch dňoch u brikiet s obsahom 5 % gudrónu (asfaltu)část namočená do vody bola mierne napučaná. Pri obsahu 10 a 15 %hmot. asfaltu na uhlie briketky ostali neporušené. S asfaltom boli urobené skúšky so všetkými vzorkami uhlia,pričom v závislosti od zrnenia a obsahu asfaltov vo vodě popra-skali briketky s obsahom asfaltov do 7 %. Pri 10 % hmot. přídav-ku, briketky boli stabilně aj po 10 cykloch vlhčenia (24 hod. vo-da), a sušenia (24 hodin vzduch).

Na uhlí Baňa Cígel boli odskúšané přídavky 15, 20 a 30 % asfaltov. Zatiaí, čo s 15 a 20 % hmot. asfaltov na uholný prachbolo možné zmes lisovat s 30 % asfaltu sa pri lisovaní hmota le- pila, nebolo možné vytlačit briketku.

Tabletky Baňa Dolina I. sloj boli stabilně len s 15 % asfal-tu, zatial čo II. sloj vyžadoval 20 % asfaltu na přípravu vzhlad-ných tabliet. Příklad 3

Prachové uhlie podía příkladu 2 bolo analyzované na obsah vody(W^), obsah popola v sušině (Ad) . /% hmot./; dalei spalné teplo(Qd® g), výhřevnost (Qr^) v MJ.kg“1 a obsah síry (Sa) % hmot., po / 7 CS 276877 B6 briketovaní bez spojiva a s pojivom - asfaltom specifikovanýmv příklade 2.

Analýza brikiet: SUB Baňa Dolina wrt Ad ndat Q S Qri Sd I. sloj bez pojivá I. sloj + 10 % 12,1 31,0 26,6 15,1 2,8 asfalt 10,4 27,3 29,9 18,4 3,0 I. sloj + 15 % asfalt 9,8 27,0 29,3 18,3 2,6 II. sloj bez pojiváII. sloj + 10 % 13,6 53,7 27,0 10,0 2,5 asfalt 11,9 46,6 30,0 13,3 2,7 SUB Baňa Nováky bez pojidla 9,2 47,7 24,5 10,9 2,7 + 10 % asfalt 9,6 42,1 28,2 13,9 3,1 SUB Baňa Handlová bez pojidla 10,4 47,3 12,8 12,0 1,8 + 10 % asfalt 7,9 41,1 16,3 15,1 1,9 SUB Baňa Cígeí • bez pojidla 10,7 62,5 8,1 7,5 1,2 + 10 % asfalt 9,6 53,5 12,6 11,8 1,6 Následné boli odskúšané asfalty s teplotou máknutia 53, až 93 °C typ asfalty polofúkané, čestné ropné, oxidované a kábe-lárske. V případe, že sa pracovalo pri teplote homogenizácievzorky o 20 až 30 °C nad teplotou máknutia (uhlie i asfalt ohrie-vané na teplotu 80 až 120 °C) s prídavkom 10 % hmot. asfaltov, všetky výlisky briketiek boli vodostále, pevné a lesklé. Příklad 4

Postupuje sa podobné ako v příklade 3, len do aplikovaného desti-lačného zvyšku gudrónu s obsahom 86,5 % hmot. uhlíka, 9,2 % hmot.vodíka (vodíkový index = 0,106); 0,9 % hmot. dusíka a 3,4 % hmot.síry po jeho vyhriatí na teplotu 230 °C sa přidá 10 % hmot. od-padných polypropylénových vlákien (rožne sfarbených tak, že vodí-kový index stúpne na 0,112. Obsah vody v briketách z uhlia SUBBaňa Cígeí poklesne na 9,2 % hmot., popola v sušině na 53,3 % hmot., síry na 1,25 % hmot. a výhřevnost stúpne na 12,0 MJ.kg-1.Příklad 5

Postupuje sa podobné ako v příklade 4, len navýše sa k práškovémuhnědému uhliu přidá 12 % hmot. bukových pilin s obsahom uhlíka41,1 % hmot. a vodíka 5,2 % hmot. Tým poklesne obsah popola v su-šině na 45,5 % hmot. a síry na 1,08 % hmot. Stúpne vodíkový indexa výhřevnost stúpne na 12,2 MJ.kg-1.

Claims (2)

1. CS 276877 B6 8 PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spósob briketovania hnědého uhlia s vyšším obsahom popola nad 15 % hmot. pri normálnom alebo zvýšenom tlaku pri teplote 250až 500 K za spolupósobenia hořlavého organického spojiva, vy-značuj úci sa tým, že k rozomletému hnědému uhliu alebo k ro-zomletému hnědému uhliu spolu s dalšími uhlíkatými tuhými kom-ponentmi s obsahom vodíka 3 až 15 % hmot. a uhlíka 20 až 60 % hmot. sa ako spojivo přidá 2 až 26 % hmot. destilačného zvyšku- gudrónu z vákuovej destilácie nízkosírnej a/alebo stredno-sírnej ropy alebo zmes destilačného zvyšku ropy - gudrónu sozvyškom destilácie dechtu, s teplotou máknutia 30 až 90 °Ca hmotnostným pomerom vodík/uhlík 0,09 až 0,13, v ktorom sarozpustí a/alebo roztaví 1 až 30 % hmot. hořlavého homopolymé-ru a/alebo kopolyméru polyolefínu, pričom sa táto zmes brike-tuje.
2. 2. Spósob podlá bodu 1, vyznačujúci sa tým, že uhlíkatými tuhýmikomponentmi sú netavitelné fyzikálně dezintegrované organickémakromolekulové látky, s výhodou prírodné makromolekulovélátky. Konec dokumentu