EA030791B1 - Solid composite fuel based on hydrolyzed lignin and method for producing the same - Google Patents
Solid composite fuel based on hydrolyzed lignin and method for producing the same Download PDFInfo
- Publication number
- EA030791B1 EA030791B1 EA201700066A EA201700066A EA030791B1 EA 030791 B1 EA030791 B1 EA 030791B1 EA 201700066 A EA201700066 A EA 201700066A EA 201700066 A EA201700066 A EA 201700066A EA 030791 B1 EA030791 B1 EA 030791B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- lignin
- water
- petroleum products
- fuel
- solid composite
- Prior art date
Links
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 title claims abstract description 80
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 claims abstract description 28
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 9
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 6
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000005325 percolation Methods 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 9
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 abstract 1
- 101150076749 C10L gene Proteins 0.000 description 20
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 6
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 3
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 3
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 2
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 241000273930 Brevoortia tyrannus Species 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- -1 paraffins Substances 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 102220240464 rs553587755 Human genes 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сырьевой и нефтеперерабатывающей отраслям химической промышленности и может быть использовано в любых теплоэнергетических областях народного хозяйства. Задачей предлагаемого изобретения является получение сыпучего порошкового и легко гранулируемого и прессуемого без выделения жидкой фазы твёрдого композиционного топлива на основе гидролизного лигнина и нефтепродуктов и разработка способа его получения. Поставленная задача решается тем, что твердое композиционное топливо содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.ч.: лигнин - 80-100, нефтепродукты - 10-50, вода - 20-40, в качестве гидролизного лигнина используют сернокислый лигнин с содержанием серы 0,1-0,8 мас.% и воды 5-28 мас.%, в качестве нефтепродуктов используют нефтепродукты с вязкостью не более 55 мм2/с, а предлагаемый способ получения твердого композиционного топлива заключается в одновременном смешении сернокислого лигнина с жидкими нефтепродуктами и водой.
030791
Изобретение относится к сырьевой и нефтеперерабатывающей отраслям химической промышленности и может быть использовано в любых теплоэнергетических областях народного хозяйства.
При гидролизе древесины и другого растительного сырья образуются многотоннажные отходы технического лигнина. Сегодня в мире в отвалах находятся сотни миллионов тонн этого продукта. Так как основными компонентами гидролизного лигнина являются углерод, водород и кислород, то он относится к горючим материалам и может быть использован в качестве энергетического топлива [1, 2].
Известны способы изготовления из лигнина топливных изделий в виде порошка, гранул, брикетов и пеллет [3-6]. Основным недостатком известных способов получения топливных изделий из технического лигнина является необходимость обязательного проведения стадии удаления из него воды. Это связано с тем, что теплотворная способность лигнина существенно зависит от его влажности. Так, абсолютно сухие лигнины в зависимости от происхождения и способа выделения имеют теплотворную способность 20,0-24,0 МДж/кг, лигнины с влажностью 18-25% - 16,0-18,0 МДж/кг, а лигнины с влажностью 65-70% 6,0-7,0 МДж/кг. Поэтому, чтобы получить из технического лигнина высококалорийное топливо, его сначала надо обезводить путем использования тепловой или иной энергии, т.е. понести энергетические затраты. Так как влажность лигнина, находящегося в отвалах под открытым небом, может достигать 80%, то его использование в реальном секторе экономики в качестве альтернативного другим видам твердого топлива становится проблематичным.
Известны способы, позволяющие частично компенсировать энергетические потери, происходящие при сушке лигнина [7-13]. Эти способы заключаются в смешении предварительно высушенного лигнина с различными органическими и неорганическими соединениями, имеющими более высокую теплотворную способность, чем лигнин, а именно: с углем, парафинами, водородом и др.
Недостатками этих способов модификации являются необходимость использования сухого и поэтому взрывоопасного порошка лигнина, введение дополнительных стадий в процесс изготовления топливных изделий и усложнение аппаратурного оформления технологического процесса.
Известен способ получения композиционного топлива на основе лигнина без его предварительной сушки [14]. Способ основан на смешении технического лигнина, содержащего 50-70 мас.% воды, с нефтяным остатком, и/или мазутом топочным, и/или жидкими либо пастообразными продуктами коксования и полукоксования угля, и/или кубовыми остатками и отходами органических производств и последующем выдерживании полученных смесей на открытом воздухе при температуре окружающей среды в течение 3-4 суток. За это время органические вещества проникают в поры лигнина, вытесняют влагу наружу и тем самым снижают влагопоглощение лигнина до 2-45 мас.%.
Основным недостатком данного способа получения композиционного топлива является его нетехнологичность. Во-первых, процесс смешения и хранения лигнина с нефтепродуктами проводят на открытом воздухе в течение длительного времени. При этом происходит не только вытеснение воды из лигнина и ее частичное испарение, а в значительно большей степени происходит испарение органических соединений, входящих в состав нефтепродуктов как более летучих. Особенно интенсифицируется этот процесс при повышенных температурах, которые, например, является обязательным использование для удаления воды из лигнина "тяжелых" нефтяных фракций. Для снижения вязкости и появления текучести эти фракции разогревают до 80-150°C. При этом резко увеличивается их летучесть. Осуществление этих операций на производстве приведет к созданию чрезвычайно вредных, взрыво- и пожароопасных условий труда.
Во-вторых, характеристики получаемых таким образом топливных изделий не могут быть стандартизированы, так как они будут зависеть от целого ряда неуправляемых человеком факторов, а именно: от времени года, температуры и влажности окружающей среды, скорости ветра, активности солнца и т.п.
В-третьих, удаление воды из технического лигнина по предлагаемому способу может произойти только при явном избытке нефтепродуктов, например при соотношении нефтепродукт:лигнин 3:1 (мас.%) и выше. В противном случае вода остается в порах лигнина. С другой стороны, предлагаемый способ увеличения теплотворной способности мокрого лигнина путем добавления к нему избыточного количества нефтепродуктов приводит к образованию нетекучей лигниновой массы, прилипающей к стенкам оборудования и транспортерным лентам. Она комкуется, зависает и слеживается в бункерах, дозаторах и других передаточных устройствах. Такая нефтелигниновая масса непригодна для гранулирования и прессования, так как при попытке осуществить эти процессы происходит разделение массы на две фракции: твердую и жидкую. Все это указывает на нетехнологичность предлагаемого способа обезвоживания лигнина.
Задачей предлагаемого изобретения является получение сыпучего порошкового и легко гранулируемого и прессуемого без выделения жидкой фазы твердого композиционного топлива на основе гидролизного лигнина и нефтепродуктов и разработка способа его получения.
Поставленная задача решается тем, что твердое композиционное топливо содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.ч.: лигнин - 80-100; нефтепродукты - 10-50; вода - 20-40, в качестве гидролизного лигнина используют сернокислый лигнин с содержанием серы 0,1-0,8 мас.% и воды 5-28 мас.%, в качестве нефтепродуктов используют нефтепродукты с вязкостью не более 55 мм2/с, а предлагаемый способ получения твердого композиционного топлива заключается в одновременном смешении
- 1 030791
сернокислого лигнина с жидкими нефтепродуктами и водой.
Только при таком соотношении компонентов и таком способе получения образуется легкосыпучая масса, в которой нет несвязанных с лигнином молекул воды и молекул нефтепродуктов. Такая масса является термопластичной и способной к переработке под давлением.
Первое отличие предлагаемого изобретения от известных - это то, что для приготовления такой массы надо использовать только лигнин, полученный из лигноцеллюлозного комплекса перколяционным гидролизом с использованием разбавленной серной кислоты. Выделенный таким способом лигнин сохраняет пространственно-сшитую структуру, имеет высокую молекулярную массу и не растворяется в воде и органических жидкостях, включая нефтепродукты.
Во-вторых, в составе лигнина должны быть сохранены остатки серной кислоты. Именно они дают возможность прочно удерживать в микропорах полимера молекулы воды как за счет сильных межмолекулярных связей, так и за счет объемных сил, действующих в таких порах. Прочно связанная вода придает лигнину термопластичность и делает его переработку с нефтепродуктами взрывобезопасной. Это особенно важно при проведении процессов гранулирования (высушивания в "кипящем слое" или продавливания лигнонефтяной массы через сетку с определенным размером ячеек) или при прессовании при повышенных температурах и давлениях 50 кГс/см2 и выше. В этом заключается главное отличие сернокислого лигнина от других технических лигнинов, выделяемых из лигноцеллюлозных комплексов, например, с помощью щелочи (черный щелок), или с помощью органических растворителей (органозольвлигнины), или с помощью диоксида серы и солей сернистой кислоты (лигносульфонаты). Растворимые технические лигнины, как и лигнины, содержащие более 28 мас.% воды непригодны для получения твердого композиционного сыпучего топлива.
Также непригодны для получения гранулированных и формуемых видов композиционного топлива сырая нефть и нефтепродукты с высокой вязкостью. Только нефтепродукты, имеющие вязкость не выше 55 мм2/с, могут в течение нескольких десятков секунд полностью пропитать порошок сернокислого лигнина, заполнить его мезопоры своими молекулами и сразу же превратиться из жидкости в легкосыпучую твердую нефтелигниновую массу. Это является третьим отличием предлагаемого изобретения от известных.
Заявляемый способ осуществления предлагаемого изобретения - это обязательное использование воды в процессе смешения гидролизного лигнина и нефтепродуктов. В отличие от описанных выше известных способов изготовления композиционных топлив на основе технических лигнинов вода в предлагаемой нами композиции и в предлагаемом нами способе получения этой композиции не является мешающим компонентом. Напротив, при использовании воды в заявленном нами диапазоне соотношений существенно уменьшается степень взрывоопасности процесса получения композиционного топлива, снижается температура плавления композиционного топлива и соответственно уменьшается температура прессования формуемых изделий. При этом практически не изменяется высшая теплотворная способность (ВТС) композиционного топлива. Это связано как с методикой его определения (ВТС включает в себя тепло, выделяющееся при горении органической массы топлива, и тепло, выделяющееся при конденсации водяных паров), так и с позитивным с точки зрения процесса горения воздействием воды на остальную часть топлива.
Вода в заявляемых соотношениях компонентов улучшает процесс горения композиционного топлива. Как известно, механизм горения растительной биомассы, а лигнин является ее обязательным компонентом, состоит из двух основных стадий: горение летучих продуктов (стадия "пламенного горения") и горение угольного остатка (стадия "тления"), которые в реальных процессах горения накладываются друг на друга.
Положительная роль воды, содержащейся в композиционном топливе, проявляется на обеих стадиях процесса горения. На первой стадии вода при повышенных температурах резко ускоряет процессы каталитического гидролиза полисахаридов до моносахаридов и их последующего деструктивного превращения в низкомолекулярные летучие соединения, что приводит к увеличению выхода последних и интенсификации стадии "пламенного горения". На второй стадии - стадии "тления" - вода обеспечивает более полное сгорание карбонизата топлива. При малом количестве воды взаимодействие водяного пара с углеродом угольного остатка приводит в основном к образованию оксида углерода:
а при повышенном содержании воды происходит полное окисление углерода до СО2:
Кроме того, меняя количество воды в композиционном топливе в заявленном диапазоне соотношений, можно регулировать процесс теплоотвода отходящих газов и исключить превышение установленных для котлов сгорания норм.
Композиционное топливо заявленного состава может быть использовано для получения тепловой энергии при сжигании в пиролизных котлах, в котлах с топкой "кипящий слой" и в котлах с двумя горелками, где происходит смешение с другими видами топлива: газом, мазутом, мелкоразмолотым углем и т.п.
- 2 030791
Ниже приведены примеры различных составов твердых композиционных топлив и способ их получения.
Пример 1. 80 кг гидролизного лигнина с содержанием серы 0,5% и влажностью 5% смешивают при температуре 20°C при интенсивном перемешивании с 50 кг нефти, имеющей вязкость 25 мм2/с, и с 36 кг воды. В результате получают 166 кг твердого композиционного топлива в виде легко сыпучего порошка, состоящего из, кг: лигнин - 76; нефть - 50 и вода - 40, в процентном отношении, мас.% лигнин - 45,8, нефть - 30,1; вода - 24,1. Высшая теплота сгорания (ВТС) этого твердого топлива составила 28,8 МДж/кг.
Пример 2. 100 кг сернокислого лигнина с содержанием серы 0,8% и влажностью 28% смешивают при 70°C в течение 3 мин с 10 кг мазута, имеющего вязкость 55 мм2/с, и с 2 кг воды. В результате получают 112 кг легко сыпучего порошка, состоящего, кг: лигнин - 72, мазут - 10 и вода - 30. При пересчете на мас.% в состав этого композиционного топлива входят, мас.%: лигнин - 64,3; мазут - 8,9 и вода - 26,8. Изготовление из полученного порошка при давлении 100 кгс/см2 прочные пеллеты были подвергнуты сжиганию в калориметрической бомбе. Определенная для них ВТС составила 24,6 МДж/кг.
Пример 3. 90 кг гидролизного лигнин ас содержанием серы 0,1% и влажностью 10% смешивали при 20°C в течение 4 мин с 80 кг отработанного индустриального масла, имеющего вязкость 11 мм2/с, и с 11 кг воды. После смешения получили 181 кг легкосыпучего порошка, из которого изготовили гранулят с размером частиц 300-400 мкм. В состав полученного гранулята вошли, кг: лигнин - 81, масло - 80 и вода - 20, или в мас.%: лигнин - 44,75, масло - 44,2, вода - 11,05. Гранулят не пылил и легко рассыпался. ВТС составила 33,5 МДж/кг.
Пример 4. 95 кг гидролизного лигнина с содержанием серы 0,7% и влажностью 6% смешивают при 20°C в течение 3 мин с 60 кг отработанного индустриального масла, имеющего вязкость 15 мм2/с и содержащего 10% воды, и с 5 кг воды. После смешения получили 160 кг сыпучего порошка, в состав которого вошло, кг: лигнин - 89,3; масло - 54 и вода - 16,7, или в мас.%: лигнин - 55,8, масло - 33,75 и вода 10,45. ВТС порошка составила 27,9 МДж/кг.
Пример 5. 100 кг гидролизного лигнина с содержанием серы 0,4% и влажностью 15% смешивали при 15°C в течение 5 мин с 80 кг дизельного топлива, имеющего вязкость 0,8 мм2/с, и с 5 л воды. В результате получили 185 кг твердого легкосыпучего топлива в виде порошка, который легко превращался в гранулят с размерами частиц от 200 до 800 мкм. Состав гранулята, кг: лигнин - 85, дизельное топливо 80, вода - 20; в мас.%: лигнин - 45,9, дизельное топливо - 43,25, вода - 10,85. ВТС этого топлива составила 32,9 МДж/кг.
Таким образом, конкретные примеры предлагаемого изобретения показывают реальность изготовления различных видов твердых композиционных топлив и реализации способа их получения. Такое топливо является высококалорийным, сыпучим, пригодным для грануляции и прессования (в виде пеллет, брикетов и т.п.).
Источники информации.
1. Технология гидролизных производств/Холькин Ю.И. - М, Лесная промышленность, 1989. - С. 438-444.
2. Безотходное производство в гидролизной промышленности/ Евилевич А.З., Ахмина Е.И., Раскин М.Н и др. - М., Лесная промышленность, 1982. - С. 27-32.
3. Патент RU № 2124521, МПК C07G 1/00, C10L 5/44, 10.01.1999.
4. Патент RU № 2126816, МПК C10L 5/44, 27.02.1999.
5. Патент RU № 2132361, МПК G0L 5/44, 27.06.1999.
6. Патент RU № 2153524, МПК C10L 5/44, C08J 11/06, 27.07.2000.
7. Заявка RU № 94023672, МПК C10L 5/44, 10.06.1996.
8. Заявка RU № 94024381, МПК G0L 5/14, G0L 5/44, 20.04.1996.
9. Заявка RU № 2001112979, МПК C10L 5/44, 10.07.2003.
10. Заявка RU № 2001112978, МПК C10L 5/44, 20.06.2003.
11. Патент RU № 2246530, МПК C10L 5/02, C10L 5/06, C10L 5/12, C10L 5/42, C10L 5/44, C10F 7/06, 20.02.2005.
12. Патент RU № 2460762, C10L 5/44, C10L 5/48, C10L 9/10, 10.09.2012.
13. Патент RU № 2507241, C10L 5/00, C10L 5/14, C10L 5/36, C10L 5/44, 20.02.2014.
14. Патент RU № 2129142, C10L 9/10, C10L 5/14, С10Ь 5/44, 20.04.1999.
The invention relates to raw materials and oil refining industries of the chemical industry and can be used in any heat and power fields of the national economy. The task of the invention is to obtain a granular powder and easily granular and compressible without isolating the liquid phase solid composite fuel based on hydrolyzed lignin and petroleum products and the development of a method for its production. The problem is solved in that the solid composite fuel contains components in the following ratios, parts by weight: lignin - 80-100, petroleum products - 10-50, water - 20-40, lignin sulfate with a sulfur content of 0-40 is used as hydrolytic lignin, 1-0.8 wt.% And water 5-28 wt.%, As petroleum products, petroleum products with a viscosity of not more than 55 mm 2 / s are used, and the proposed method for producing solid composite fuel consists of simultaneously mixing lignin sulfate with liquid petroleum products and water .
030791
The invention relates to raw materials and oil refining industries of the chemical industry and can be used in any heat and power fields of the national economy.
During the hydrolysis of wood and other plant materials, large-tonnage wastes of technical lignin are formed. Today there are hundreds of millions of tons of this product in the world in dumps. Since the main components of hydrolytic lignin are carbon, hydrogen and oxygen, it belongs to combustible materials and can be used as an energy fuel [1, 2].
Known methods for the manufacture of lignin fuel products in the form of powder, granules, briquettes and pellets [3-6]. The main disadvantage of the known methods for producing fuel products from technical lignin is the necessity of carrying out the stage of removing water from it. This is due to the fact that the calorific value of lignin essentially depends on its humidity. So, absolutely dry lignins, depending on the origin and method of release, have a calorific value of 20.0-24.0 MJ / kg, lignins with a humidity of 18-25% - 16.0-18.0 MJ / kg, and lignins with a humidity of 65 -70% 6.0-7.0 MJ / kg. Therefore, in order to obtain high-calorific fuel from technical lignin, it must first be dehydrated by using thermal or other energy, i.e. incur energy costs. Since the moisture content of lignin in open-air dumps can reach 80%, its use in the real economy as an alternative to other solid fuels becomes problematic.
Methods are known that make it possible to partially compensate the energy losses occurring during the drying of lignin [7–13]. These methods consist in mixing pre-dried lignin with various organic and inorganic compounds that have a higher calorific value than lignin, namely, with coal, paraffins, hydrogen, etc.
The disadvantages of these methods of modification are the need to use dry and therefore explosive lignin powder, the introduction of additional stages in the process of manufacturing fuel products and the complexity of instrumentation design process.
A known method for producing composite fuel based on lignin without pre-drying [14]. The method is based on mixing technical lignin containing 50-70% by weight of water with oil residue and / or fuel oil and / or liquid or pasty products of coking and semi-coking of coal, and / or bottoms and wastes of organic production and subsequent aging the obtained mixtures in the open air at ambient temperature for 3-4 days. During this time, organic matter penetrates the pores of the lignin, displaces moisture to the outside and thereby reduces the moisture absorption of lignin to 2-45 wt.%.
The main disadvantage of this method of obtaining composite fuel is its low-tech. First, the process of mixing and storing lignin with petroleum products is carried out in the open air for a long time. When this occurs, not only the displacement of water from the lignin and its partial evaporation, but to a much greater extent, the evaporation of organic compounds that make up oil as more volatile. This process is especially intensified at elevated temperatures, which, for example, are mandatory use of “heavy” oil fractions for removing water from lignin. To reduce the viscosity and the appearance of fluidity, these fractions are heated to 80-150 ° C. This dramatically increases their volatility. The implementation of these operations in production will lead to the creation of extremely harmful, explosive and flammable working conditions.
Secondly, the characteristics of the fuel products thus obtained cannot be standardized, since they will depend on a number of uncontrollable factors, such as time of year, ambient temperature and humidity, wind speed, sun activity, etc.
Thirdly, the removal of water from technical lignin by the proposed method can occur only with a clear excess of petroleum products, for example, when the ratio of petroleum product: lignin is 3: 1 (wt.%) And higher. Otherwise, the water remains in the pores of the lignin. On the other hand, the proposed method of increasing the calorific value of wet lignin by adding to it an excess amount of petroleum products leads to the formation of a non-flowing lignin mass adhering to the walls of the equipment and conveyor belts. It crumples, hangs and slezhivatsya in bunkers, dispensers and other transfer devices. This oil-lignite mass is unsuitable for granulation and pressing, because when trying to carry out these processes, the mass is divided into two fractions: solid and liquid. All this indicates the low technology of the proposed method of lignin dehydration.
The task of the invention is to obtain a granular powder and easily granulated and compressible without isolating the liquid phase of solid composite fuel based on hydrolyzed lignin and petroleum products and the development of a method for its production.
The problem is solved in that the solid composite fuel contains components in the following ratios, parts by weight: lignin - 80-100; petroleum products - 10-50; water - 20-40, lignin sulphate with a sulfur content of 0.1-0.8 wt.% and water 5-28 wt.% is used as hydrolytic lignin, oil products with a viscosity of not more than 55 mm 2 / s are used as petroleum products, And the proposed method for producing solid composite fuel consists in the simultaneous mixing
- 1 030791
lignin sulfate with liquid petroleum products and water.
Only with such a ratio of components and such a method of obtaining a free-flowing mass is formed, in which there are no water molecules or molecules of oil products that are not associated with lignin. This mass is thermoplastic and capable of processing under pressure.
The first difference of the invention from the known ones is that to prepare such a mass, it is necessary to use only lignin obtained from the lignocellulosic complex by percolation hydrolysis using dilute sulfuric acid. The lignin recovered in this way retains a spatially cross-linked structure, has a high molecular weight and is not soluble in water and organic liquids, including petroleum products.
Secondly, in the composition of the lignin must be preserved residues of sulfuric acid. It is they that make it possible to firmly hold water molecules in the micropores of a polymer, both through strong intermolecular bonds and due to the bulk forces acting in such pores. Strongly bound water gives lignin thermoplasticity and makes its processing with petroleum products explosion-proof. This is especially important when carrying out granulation processes (drying in a "fluidized bed" or forcing the lignoil mass through a grid with a certain cell size) or during pressing at elevated temperatures and pressures of 50 kgf / cm 2 and higher. This is the main difference between lignin sulfate and other technical lignins released from lignocellulosic complexes, for example, using alkali (black liquor), or using organic solvents (organic lignins), or using sulfur dioxide and salts of sulfurous acid (lignosulfonates). Soluble technical lignins, like lignins, containing more than 28 wt.% Water are unsuitable for producing solid composite bulk fuel.
Also unsuitable for the production of granular and moldable types of composite fuels are crude oil and petroleum products with high viscosity. Only petroleum products having a viscosity of no higher than 55 mm 2 / s can completely soak the lignin sulphate powder within a few tens of seconds, fill the mesopores with their own molecules and immediately turn from a liquid into a free flowing, solid petroleum lignin mass. This is the third difference of the invention from the known.
The inventive method of carrying out the invention is the mandatory use of water in the process of mixing hydrolytic lignin and petroleum products. In contrast to the previously described known methods for the manufacture of composite fuels based on technical lignins, water in the composition we offer and in the method for producing this composition that we propose is not an interfering component. On the contrary, when using water in the range of ratios declared by us, the degree of explosion hazard of the process of obtaining composite fuel is significantly reduced, the melting point of composite fuel is reduced, and the pressing temperature of the molded products decreases accordingly. At the same time, the highest calorific value (VTS) of composite fuel remains practically unchanged. This is connected both with the method of its determination (BTC includes the heat generated during combustion of the organic mass of the fuel and heat released during the condensation of water vapor) and with the positive effect of water on the rest of the fuel from the point of view of the burning process.
Water in the claimed ratios of components improves the process of burning composite fuel. As is known, the combustion mechanism of plant biomass, and lignin is its essential component, consists of two main stages: burning of volatile products (the stage of "fiery burning") and burning of coal residue (the stage of "smoldering"), which in real combustion processes overlap each other. friend
The positive role of water contained in the composite fuel is manifested in both stages of the combustion process. At the first stage, water at elevated temperatures sharply accelerates the processes of catalytic hydrolysis of polysaccharides to monosaccharides and their subsequent destructive transformation into low molecular weight volatile compounds, which leads to an increase in the yield of the latter and to an intensification of the “flame burning” stage. In the second stage, the “smoldering” stage, water provides for a more complete combustion of the carbonized fuel. With a small amount of water, the interaction of water vapor with carbon of the carbon residue leads mainly to the formation of carbon monoxide:
and with an increased water content, complete oxidation of carbon to CO 2 occurs:
In addition, by varying the amount of water in the composite fuel in the stated range of ratios, it is possible to regulate the process of heat removal of exhaust gases and to eliminate the excess of the norms established for the combustion boilers.
Composite fuel of the claimed composition can be used to produce thermal energy when burning in pyrolysis boilers, in boilers with a “fluidized bed” furnace and in boilers with two burners, where they mix with other types of fuel: gas, fuel oil, finely ground coal, etc. .
- 2 030791
Below are examples of the different formulations of solid composite fuels and the method of their production.
Example 1. 80 kg of hydrolytic lignin with a sulfur content of 0.5% and a moisture content of 5% are mixed at a temperature of 20 ° C with vigorous stirring with 50 kg of oil having a viscosity of 25 mm 2 / s and 36 kg of water. The result is 166 kg of solid composite fuel in the form of a free-flowing powder consisting of, kg: lignin - 76; oil - 50 and water - 40, in percentage terms, wt.% lignin - 45.8, oil - 30.1; water - 24.1. The heat of combustion of this solid fuel was 28.8 MJ / kg.
Example 2. 100 kg of lignin sulfate with a sulfur content of 0.8% and a moisture content of 28% are mixed at 70 ° C for 3 min with 10 kg of fuel oil having a viscosity of 55 mm 2 / s and 2 kg of water. The result is 112 kg of an easily flowing powder, consisting, kg: lignin - 72, fuel oil - 10 and water - 30. When calculated in wt.%, The composition of this composite fuel includes, wt.%: Lignin - 64.3; fuel oil - 8.9 and water - 26.8. Production of the obtained powder at a pressure of 100 kgf / cm 2 durable pellets were subjected to combustion in a calorimetric bomb. The BTS determined for them was 24.6 MJ / kg.
Example 3. 90 kg of hydrolyzed lignin ac with a sulfur content of 0.1% and a moisture content of 10% were mixed at 20 ° C for 4 min with 80 kg of waste industrial oil having a viscosity of 11 mm 2 / s and 11 kg of water. After mixing, 181 kg of free-flowing powder was obtained, from which the granulate was manufactured with a particle size of 300-400 μm. The composition of the obtained granulate included, kg: lignin - 81, oil - 80 and water - 20, or in wt.%: Lignin - 44.75, oil - 44.2, water - 11.05. The granulate was not dusty and crumbled easily. The PTS was 33.5 MJ / kg.
Example 4. 95 kg of hydrolytic lignin with a sulfur content of 0.7% and a moisture content of 6% are mixed at 20 ° C for 3 minutes with 60 kg of waste industrial oil having a viscosity of 15 mm 2 / s and containing 10% water, and 5 kg of water. After mixing, 160 kg of a free-flowing powder was obtained, which included, kg: lignin — 89.3; oil - 54 and water - 16.7, or in wt.%: lignin - 55.8, oil - 33.75 and water 10.45. VTS powder was 27.9 MJ / kg.
Example 5. 100 kg of hydrolyzed lignin with a sulfur content of 0.4% and a moisture content of 15% were mixed at 15 ° C for 5 minutes with 80 kg of diesel fuel having a viscosity of 0.8 mm 2 / s and 5 liters of water. As a result, 185 kg of solid, free-flowing fuel were obtained in the form of a powder, which easily turned into granules with particle sizes from 200 to 800 microns. The composition of the granules, kg: lignin - 85, diesel fuel 80, water - 20; in wt.%: lignin - 45.9, diesel fuel - 43.25, water - 10.85. The VTS of this fuel was 32.9 MJ / kg.
Thus, specific examples of the invention show the reality of manufacturing various types of solid composite fuels and the implementation of the method for their preparation. Such fuel is high-calorific, bulk, suitable for granulation and pressing (in the form of pellets, briquettes, etc.).
Information sources.
1. Technology of hydrolysis production / Kholkin Yu.I. - M, Forest industry, 1989. - p. 438-444.
2. Waste-free production in the hydrolysis industry / Evilevich, A.Z., Akhmina, E.I., Raskin, M.N., et al. - M., Forestry, 1982. - P. 27-32.
3. Patent RU No. 2124521, IPC C07G 1/00, C10L 5/44, 01/10/1999.
4. Patent RU No. 2126816, IPC C10L 5/44, 02.27.1999.
5. Patent RU No. 2132361, IPC G0L 5/44, 06.26.1999.
6. Patent RU No. 2153524, IPC C10L 5/44, C08J 11/06, 07.27.2000.
7. Application RU No. 94023672, IPC C10L 5/44, 10.06.1996.
8. Application RU No. 94024381, IPC G0L 5/14, G0L 5/44, 04/20/1996.
9. Application RU No. 2001112979, IPC C10L 5/44, 10.07.2003.
10. Application RU No. 2001112978, IPC C10L 5/44, 20.06.2003.
11. Patent RU No. 2246530, IPC C10L 5/02, C10L 5/06, C10L 5/12, C10L 5/42, C10L 5/44, C10F 7/06, 02.20.2005.
12. Patent RU No. 2460762, C10L 5/44, C10L 5/48, C10L 9/10, 10.09.2012.
13. Patent RU No. 2507241, C10L 5/00, C10L 5/14, C10L 5/36, C10L 5/44, 02.20.2014.
14. Patent RU No. 2129142, C10L 9/10, C10L 5/14, C105/44, 04/20/1999.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201700066A EA030791B1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Solid composite fuel based on hydrolyzed lignin and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201700066A EA030791B1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Solid composite fuel based on hydrolyzed lignin and method for producing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201700066A1 EA201700066A1 (en) | 2018-06-29 |
| EA030791B1 true EA030791B1 (en) | 2018-09-28 |
Family
ID=62684518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201700066A EA030791B1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Solid composite fuel based on hydrolyzed lignin and method for producing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA030791B1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU93030984A (en) * | 1993-06-01 | 1995-12-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Фриволите" | METHOD FOR MAKING SOLID FUEL |
-
2016
- 2016-12-29 EA EA201700066A patent/EA030791B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU93030984A (en) * | 1993-06-01 | 1995-12-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Фриволите" | METHOD FOR MAKING SOLID FUEL |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201700066A1 (en) | 2018-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Song et al. | Investigation on the properties of the bio-briquette fuel prepared from hydrothermal pretreated cotton stalk and wood sawdust | |
| Setter et al. | The effects of kraft lignin on the physicomechanical quality of briquettes produced with sugarcane bagasse and on the characteristics of the bio-oil obtained via slow pyrolysis | |
| Pérez et al. | Kinetic analysis of pyrolysis and combustion of the olive tree pruning by chemical fractionation | |
| CN103666628B (en) | A kind of complex biological matter fuel pellet and preparation method thereof | |
| CN101250453A (en) | Composite solid fuel | |
| Samaksaman et al. | Co-combustion Characteristics and Kinetics Behavior of Torrefied Sugarcane Bagasse and Lignite. | |
| BR112020011698B1 (en) | TOASTED BIOMASS BRIQUETS AND RELATED METHODS | |
| Zanjani et al. | PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF COAL BRIQUETTES FROM BIOMASS-BITUMINOUS BLENDS. | |
| CN104004561B (en) | A kind of brown coal upgrading binding agent and preparation method thereof and its application | |
| KR101142398B1 (en) | Manufacturing method of molding coal using coal dust | |
| RU2129142C1 (en) | Method of producing fuel from lignin | |
| CN104962334B (en) | A kind of agglomeration for iron mine biomass char hybrid fuel | |
| EA030791B1 (en) | Solid composite fuel based on hydrolyzed lignin and method for producing the same | |
| CN105349203A (en) | Coal briquette using anthracite and carbonized biomass fuel as substrate | |
| CN102746912A (en) | Coal-water slurry fuel and preparation method thereof | |
| CN108865311A (en) | A kind of method that biomass/low-order coal prepares solid fuel | |
| Mikhailov | Coal-peat compositions for co-combustion in local boilers | |
| CN104673418B (en) | A kind of biomass coal and preparation method for tobacco flue-curing | |
| Slyusarsky et al. | Study on oxidation and ignition of mixtures of pyrolysis liquids with low-reactivity coal | |
| CN105349209A (en) | Biomass fuel-containing recycling coal | |
| Kivumbi | Canarium schweinfurthii resin as an organic binder for carbonized briquettes | |
| Wu et al. | Advancing green sustainability: A comprehensive review of biomass briquette integration for coal-based energy frameworks | |
| CN100415857C (en) | A kind of biomass briquette for Huangling bituminous coal | |
| DUBE | BENEFICIATION OF PYROLYSIS-DERIVED WASTE TYRE CHAR BY BLENDING WITH TORREFIED WOOD AND MICROALGAE TO PRODUCE SOLID FUEL | |
| CN105296040A (en) | Resource recycling briquette containing filter mud and biomass fuel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ KG TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |