RU2420548C2

RU2420548C2 - Связующая композиция для брикетирования бурых углей

Info

Publication number: RU2420548C2
Application number: RU2009128312/04A
Authority: RU
Inventors: Лира Александровна Николаева (RU); Лира Александровна Николаева; Ольга Николаевна Буренина (RU); Ольга Николаевна Буренина; Савва Николаевич Попов (RU); Савва Николаевич Попов
Original assignee: Институт проблем нефти и газа СО РАН
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2011-06-10
Also published as: RU2009128312A

Abstract

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к получению связующего для брикетирования бурых углей. Предлагаемое связующее состоит из гудрона, модифицированного с целью улучшения адгезионной способности системы «уголь-связующее», механоактивированным цеолитом, который позволяет использовать неокисленный нефтяной остаток и получать конечный продукт - брикет с высокими значениями технических характеристик. Техническим результатом является получение топливных брикетов с повышенными значениями прочности при сжатии. 5 табл.

Description

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для брикетирования мелкодисперсных фракций бурого угля с использованием в качестве связующего гудрона, модифицированного активированным цеолитом.

Известен способ получения топливных брикетов, включающий приготовление смеси измельченного угля с нефтяным асфальтитом (8-10 мас.%), механическую обработку в роторном дезинтеграторе при скорости вращения рабочих органов (16-18)·10^-3 мин^-1 в течение 3-6 секунд и последующее брикетирование смеси при нагреве. (Патент РФ №2064006 «Способ получения топливных брикетов», Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский) [1].

Недостатком известного способа являются сложность технологии подготовки исходного сырья - обезвоживание угля по методу Флейснера, использование высоких температур при прессовании, низкие значения прочности при сжатии получаемых брикетов.

Наиболее близким к предлагаемому по технологической сущности является способ брикетирования угля, включающий измельчение угля, смешение со связующим, в качестве которого используют модифицированный высушенным озерным сапропелем гудрон, прессование и термообработку (Патент РФ №2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля», Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.Н.Попов, Л.Я.Морова) [2].

Недостатком этого способа является незначительная прочность получаемых брикетов.

Целью изобретения является получение топливных брикетов с повышенными значениями прочности при сжатии.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве связующего предлагается использовать гудрон, модифицированный добавкой механоактивированного цеолита.

Гудрон - тяжелый нефтяной остаток после отгона бензинодизельмасляных дистиллятов, представляющий собой черную смолистую массу. Основные составные части гудрона - масла, не отогнавшиеся при перегонке нефти, нефтяные смолы, твердые асфальтообразные вещества (асфальтены, карбены, карбоиды), смолистые вещества кислотного характера.

Гудрон получен путем отгонки 40% масел от мазута при Т=350-370°С, давлении Р=0,6-0,8 атм, в течение 4-5 часов и имеет следующие свойства и состав (табл.1).

Таблица 1
Физико-химические свойства гудрона
Параметры	Значение
Плотность при 20°С, кг/м	941,1
Вязкость условная при 80°, усл. градус	23,3
Массовая доля смол силикагелевых, %	18,4
Массовая доля асфальтенов, %	6,2
Масла, %	75,44
Массовая доля парафина, %	0,88
Коксуемость, % мас.	10,82
Температура вспышки в открытом тигле, °С	227,5
Температура застывания, °С	2
Зольность, %	0,15
Элементный состав, массовая доля
- С	85,0
- Н	13,6
- N	0,5
- S_общ	0,74
- О	0,16

Избыточное содержание в гудроне остаточных масел (до 75,44%) отрицательно сказывается на его адгезионных свойствах и снижает значения прочности при сжатии топливных брикетов.

С целью ускорения процессов окисления и улучшения адгезионной способности системы «уголь-связующее» предлагается введение в гудрон в качестве структурно-активной добавки активированного цеолита.

Для исследования использован цеолит месторождения Хонгуруу Республики Саха (Якутия).

Цеолиты - это группа минералов, представляющая собой водные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов с общей формулой Me_2/nO·Al₂O₃·xSiO₂·yH₂O, где Me - катион щелочного и щелочноземельного металла, а n - его валентность. Они представляют собой пепловые туфы, образованные в результате уплотнения пеплов древних вулканов.

Способность цеолитов после дегидратации сорбировать молекулы различных газов, размеры которых не превышают размеры «входных окон» во внутрикристаллические полости, служит основой применения цеолитов в качестве адсорбентов. Цеолиты называют также молекулярными ситами, поскольку в их кристаллах имеется развитая система пор и каналов молекулярного размера, что обусловливает их уникальные адсорбционные свойства.

В табл.2, 3 представлены химический состав, свойства и элементный анализ цеолитов месторождения Хонгуруу PC (Я) [3].

Таблица 2
Химический состав и свойства цеолитов
Химический состав, %	Плотность, г/см³	Общая пористость, %	Влажность, %	Величина адсорбции, мг/г
SiO₂ - 63-68
Al₂O₃ - 11-13
Na₂O - 2-5
CaO - 0,67-1,77	0,62-0,72	31	8	12-10^-3
TiO₂, Fe₂O₃, FeO, Na₂O, K₂O - остальное

Таблица 3
Элементный состав цеолитов
Показатель	Цеолит
Элементный состав, г/т В	9,25
Sn	2,08
Pb	19,78
Sr	3379,38
Cr	10,08
Cu	35,17
Co	3,45
Zn	4,55
Ba	544,75

Цеолиты представлены Na-формой и содержат в своем составе переходные металлы, что согласно литературным данным [4] способствует их активному участию в процессах каталитического окисления. Предполагается, что катионы переходных металлов за счет α-орбиталей координируются с молекулами органического связующего (гудрона) и активируют их в реакциях окисления [4].

Изучение текстурных характеристик цеолитов показывает, что активированный цеолит характеризуется меньшим размером частиц, повышенной удельной геометрической поверхностью, а также увеличенным количеством пор, о чем можно судить по увеличению удельного объема пор, по сравнению с неактивированным цеолитом (табл.4).

Таблица 4
Текстурные характеристики сапропелей
Показатели	Неактивированный цеолит	Активированный цеолит
Удельный объем пор, см³/г	0,033	0,044
Удельная геометрическая поверхность, м²/г	11,0	16,9
Средний размер пор, нм	4,1	3,5

Связующее для брикетирования бурого угля готовят следующим образом.

Цеолит перед смешением с гудроном высушивался при 110°С для удаления части остаточной воды и подвергался механической активации на планетарной мельнице АГО-2 с частотой вращения водила 630 об/мин и барабана 1290 об/мин в течение двух минут для диспергирования и повышения адсорбционной способности. Механоактивированный цеолит смешивался с предварительно разогретым до 80°С гудроном в заявляемых отношениях. Брикетирование смеси осуществлялось по известным технологиям.

Исследуемые образцы - таблетки диаметром 25,0 мм и высотой 10,0 мм испытывают на прочность при сжатии, зольность, выход летучих веществ, общее содержание серы на сухое состояние топлива, общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, водопоглощение, высшую теплоту сгорания на сухое беззольное состояние топлива, низшую теплоту сгорания на рабочее состояние топлива.

В табл.5 представлены технические характеристики буроугольных брикетов известных составов №№1, 2 [5], предлагаемого состава №4 и прототипа №3.

Как следует из сопоставительного анализа технических характеристик брикетированного топлива, прочность при сжатии брикетов предложенного состава выше в 1,9 раза, содержание серы ниже в 1,3 раза по сравнению с брикетами известных составов и прототипа. Остальные показатели находятся на уровне показателей известных составов и прототипа.

Таблица 5
№	Состав	σ_сж, МПа	A^d, %	V^daf, %	S^d _t, %	H^a, %	Дым-ть, %	W, %	W^a, %	Q^daf _s, ккал/кг	Q^r _i, ккал/кг
1	Уголь + битум	11,83	15,60	46,60	0,39	3,91	113	1,86	5,20	6964	5339
2	Уголь + гудрон	6,12	16,00	45,80	0,33	3,81	108	2,10	5,67	6673	4761
3	Уголь + гудрон + сапропель (прототип)	12,13	18,40	49,00	0,53	3,56	110	2,15	5,93	6840	5030
4	Уголь + гудрон + активированный цеолит	22,84	22,5	50,8	0,42	3,63	107	2,18	4,3	6453	4574
σ_сж - предел прочности при сжатии, МПа; A^d - зольность на сухое состояние топлива, %; V_daf - выход летучих веществ, %; S^d _t - общее содержание серы на сухое состояние топлива, %; Н^а - общее содержание водорода на воздушно-сухое состояние топлива, %; W - водопоглощение, %; W^a - массовая доля влаги на воздушно-сухое состояние топлива, %; Q^daf _s - высшая теплота сгорания на сухое беззольное состояние топлива, ккал/кг; Q^r _i - низшая теплота сгорания на рабочее состояние топлива, ккал/кг

Источники информации

1. Патент РФ №2064006 «Способ получения топливных брикетов», Авт. В.В.Пушканов, Г.С.Головин, Е.Г.Горлов, Я.М.Каган, А.Р.Молявко, А.А.Чижевский.

2. Патент РФ №2326159 «Сапропелесодержащее связующее для брикетирования бурого угля» Авт. Л.А.Петрова, О.Н.Буренина, В.Г.Латышев, С.И.Попов, Л.Я.Морова (прототип).

3. Колодезников К.Е. Типы цеолитового сырья месторождения Хонгуруу / Перспективы применения цеолитовых пород месторождения Хонгуруу. - Якутск, Якутский научный центр СО РАН, 1993.

4. Петрова Л.А., Буренина О.Н. Исследование и разработка связующих материалов для брикетирования бурых углей. Сб. трудов 1 международного форума молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки». - Самара, 2005.

5. Николаева Л.А., Буренина О.Н., Латышев В.Г. Рациональное использование отходов угледобычи Кангаласского угольного разреза PC (Я). - Вестник Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, Т.13, №3, СПб - Чита, 2008, С.14-16.

Claims

Композиция на основе гудрона, используемая для брикетирования мелких фракций бурого угля на основе гудрона, отличающаяся тем, что она содержит механоактивированный цеолит.