RU2733946C1

RU2733946C1 - Fuel briquette

Info

Publication number: RU2733946C1
Application number: RU2019124650A
Authority: RU
Inventors: Раджив Анатольевич Иванов; Сергей Иванович Шабалин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Региональный инженерный центр"; Общество с ограниченной ответственностью "Завод Техно"
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2020-10-08

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention discloses a carbon-containing material for producing a fuel briquette containing a carbonised biomass of plant origin and binder which includes: i) a water-containing pyrolysis liquid fraction obtained by separation of the pyrolysis liquid with settling, wherein the pyrolysis liquid is formed during pyrolysis of plant biomass, and ii) resinous pyrolysis liquid fraction obtained by separation of pyrolysis liquid with settling, wherein pyrolysis liquid is formed during pyrolysis of plant biomass, wherein the resin fraction is immiscible with the water-containing fraction, wherein the amount of the water-containing fraction with respect to the amount of the resinous fraction ranges from 4.16:1 to 6.25:1 by weight. Also disclosed is fuel briquette for use in fuel furnaces, obtained by moulding and annealing of said carbon-containing material.

EFFECT: technical result is obtaining an environmentally friendly fuel briquette from plant biomass having adequate mechanical strength and calorific value, capable of replacing traditional coal-based coke.

15 cl, 5 tbl, 8 ex, 3 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к области топливно-энергетической промышленности, в частности, к углеродсодержащему материалу из возобновляемых источников сырья растительного происхождения и получаемому из него брикету, применяемому в топливных, плавильных печах для плавки и/или восстановления минерального сырья природного и/или техногенного происхождения. The present invention relates to the field of the fuel and energy industry, in particular, to a carbon-containing material from renewable sources of raw materials of plant origin and a briquette obtained from it, used in fuel, smelting furnaces for melting and / or recovery of mineral raw materials of natural and / or technogenic origin.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Для удовлетворения потребностей различных отраслей народного хозяйства в энергоресурсах научным сообществом ведутся поиски по выявлению всё новых энергетических источников сырья. В силу ограниченности запасов невозобновляемых энергетических ресурсов, существует тенденция в проведении исследований по возможности применения возобновляемых источников сырья в качестве энергоресурсов. To meet the needs of various sectors of the national economy in energy resources, the scientific community is conducting searches to identify more and more energy sources of raw materials. Due to the limited reserves of non-renewable energy resources, there is a tendency to conduct research on the possibility of using renewable sources of raw materials as energy resources.

Например, в топливно-энергетическом комплексе ведутся разработки в области использования растительной биомассы в качестве топлива.For example, in the fuel and energy complex, developments are underway in the field of using plant biomass as a fuel.

В частности, ведутся разработки по созданию топливных продуктов из возобновляемых источников сырья для применения в топливных печах различного назначения. In particular, developments are underway to create fuel products from renewable sources of raw materials for use in fuel furnaces for various purposes.

Очевидным преимуществом данного вида разработок в сравнении с переработкой полезных ископаемых является экологичность процесса, поскольку переработка растительного сырья в топливный продукт является процессом с нулевым углеродным балансом, то есть весь потенциально выделяющийся углекислый газ поглощается растениями при фотосинтезе в процессе их роста.An obvious advantage of this type of development in comparison with the processing of minerals is the environmental friendliness of the process, since the processing of plant raw materials into a fuel product is a process with a zero carbon balance, that is, all the potentially emitted carbon dioxide is absorbed by plants during photosynthesis during their growth.

Кроме того, переработка отходов сырья растительного происхождения в полезный источник энергии помимо того, что способствует расширению сырьевой базы для получения энергетических ресурсов, также решает вопросы, связанные с затратами на хранение и утилизацию такого рода отходов.In addition, the processing of waste of raw materials of plant origin into a useful source of energy, in addition to expanding the raw material base for obtaining energy resources, also solves issues related to the costs of storing and disposing of such waste.

Однако, возможность применения твердого топлива из сырья растительного происхождения в топливных печах может быть ограничена в силу недостаточной прочности получаемого продукта, его склонности к истиранию и разламыванию с образованием пыли при транспортировке и хранении, что также может оказывать негативное влияние на теплотворную способность топлива, которая обуславливает способность топлива выделять при полном сгорании то или иное количество тепла. Под теплотворной способностью понимают теплоту полного сгорания единицы массы вещества.However, the possibility of using solid fuels from raw materials of plant origin in fuel furnaces can be limited due to the insufficient strength of the resulting product, its tendency to abrasion and fracture with the formation of dust during transportation and storage, which can also have a negative effect on the calorific value of the fuel, which causes the ability of a fuel to emit a certain amount of heat during complete combustion. Calorific value is understood as the heat of complete combustion of a unit mass of a substance.

Решению обозначенного выше вопроса в уровне техники уделено большое внимание, и как правило, пути преодоления этого недостатка усматриваются в применении дополнительных реагентов, выполняющих роль связующего.Much attention has been paid to the solution of the above issue in the prior art, and, as a rule, ways to overcome this drawback are seen in the use of additional reagents acting as a binder.

Из уровня техники (патент RU 2484125 С1, 10.06.2013) известен способ изготовления топливных брикетов из биомассы, в котором в качестве связующего используется декстрин, растворенный в пиролизном конденсате, получаемом наряду с углеродистым остатком при термической обработке биомассы в виде торфа, древесных опилок при температуре 200-500°С без доступа воздуха. Связующее смешивают с углеродистым остатком с формированием из полученной смеси топливного брикета и его сушку проводят при комнатной температуре в течение 2-5 суток.From the prior art (patent RU 2484125 C1, 10.06.2013) there is known a method for the production of fuel briquettes from biomass, in which dextrin dissolved in pyrolysis condensate is used as a binder, which is obtained along with the carbonaceous residue during thermal processing of biomass in the form of peat, sawdust at temperature 200-500 ° C without air access. The binder is mixed with the carbonaceous residue to form a fuel briquette from the resulting mixture, and it is dried at room temperature for 2-5 days.

Недостатком данного способа является использование дополнительного химического реагента в виде декстрина для формирования связующего, что приводит к удорожанию топливного продукта, а также низкая теплота сгорания брикета, лежащая в интервале 7300 – 20000 кДж/кг.The disadvantage of this method is the use of an additional chemical reagent in the form of dextrin for the formation of a binder, which leads to an increase in the price of the fuel product, as well as a low heat of combustion of the briquette, which lies in the range of 7300 - 20,000 kJ / kg.

Известен также топливный брикет (патент на полезную модель RU 76915, 10.10.2008), содержащий измельченный древесный уголь, связующее – крахмал и воду, в качестве дополнительного связующее может использоваться карбоксиметилцеллюлоза, сапропель.Also known is a fuel briquette (patent for a useful model RU 76915, 10.10.2008), containing crushed charcoal, a binder - starch and water, carboxymethyl cellulose, sapropel can be used as an additional binder.

Недостатком данного топливного брикета является использование дополнительных химических реагентов, что приводит к удорожанию стоимости топливного брикета.The disadvantage of this fuel briquette is the use of additional chemical reagents, which leads to an increase in the cost of the fuel briquette.

Известен способ получения влагоустойчивых брикетов (патент US5244473А, 14.09.1993), в котором такие частицы как уголь, кокс и/или бурый уголь смешиваются с фенолформальдегидной смолой и полиизоцианатом в присутствии катализатора, содержащего органический азот, и смесь подвергается непрерывному брикетированию с образованием из указанных частиц брикетов, скрепленных и покрытых фенол-уретановым полимером.There is a known method of obtaining moisture-resistant briquettes (patent US5244473A, 09/14/1993), in which particles such as coal, coke and / or brown coal are mixed with phenol-formaldehyde resin and polyisocyanate in the presence of a catalyst containing organic nitrogen, and the mixture is subjected to continuous briquetting with the formation of these particles of briquettes, bonded and coated with phenol-urethane polymer.

Недостатком способа является применение дорогостоящих невозобновляемых полезных ископаемых, а также дополнительных реагентов для образования связующего, что приводит к увеличению стоимости получаемого источника энергии.The disadvantage of this method is the use of expensive non-renewable minerals, as well as additional reagents for the formation of a binder, which leads to an increase in the cost of the resulting energy source.

Таким образом, в уровне техники существует проблема получения топливного брикета надлежащего качества из возобновляемых источников сырья растительного происхождения, способного заменить применяющийся в настоящее время в топливных печах каменноугольный кокс, без ухудшения экологической ситуации по выбросам углекислого газа. Thus, in the prior art, there is a problem of obtaining a fuel briquette of appropriate quality from renewable raw materials of plant origin, which can replace the currently used coal coke in fuel furnaces, without deteriorating the environmental situation in terms of carbon dioxide emissions.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Для решения обозначенных выше проблем и преодоления недостатков в существующих изобретениях уровня техники авторами настоящего изобретения был определен ряд задач, требующих внимания, для изменения сложившейся ситуации в данной области техники в лучшую сторону.To solve the above problems and overcome the disadvantages in the existing inventions of the prior art, the authors of the present invention have identified a number of problems requiring attention to change the current situation in the art for the better.

Задачами настоящего изобретения являются:The objectives of the present invention are:

– расширение сырьевой базы для изготовления экологически чистых топливных брикетов,- expansion of the raw material base for the manufacture of environmentally friendly fuel briquettes,

– получение прочных топливных брикетов со значением теплотворной способности/теплоты сгорания сопоставимой с коксом, получаемым из каменного угля.- obtaining durable fuel briquettes with a calorific value / calorific value comparable to coke obtained from coal.

Технический результат при использовании изобретения заключается в получении из биомассы растительного происхождения топливного брикета с характеристиками, позволяющими применять его в топливных, плавильных печах для создания необходимых условий для плавки и/или восстановления минерального сырья природного и/или техногенного происхождения.The technical result when using the invention consists in obtaining a fuel briquette from biomass of plant origin with characteristics that allow it to be used in fuel, smelting furnaces to create the necessary conditions for melting and / or recovery of mineral raw materials of natural and / or technogenic origin.

Также, одним из технических результатов настоящего изобретения является получение экономичного и экологичного топливного брикета, поскольку отсутствует необходимость в применении дополнительных химических реагентов, которые могут повышать стоимость продукта и оказывать неблагоприятное воздействие на окружающую среду и человека.Also, one of the technical results of the present invention is to obtain an economical and environmentally friendly fuel briquette, since there is no need for the use of additional chemicals that can increase the cost of the product and have an adverse effect on the environment and humans.

Еще одним из технических результатов настоящего изобретения является получения из биомассы растительного происхождения топливного брикета, имеющего хорошую прочность и теплотворную способность.Another of the technical results of the present invention is to obtain a fuel briquette from plant biomass having good strength and calorific value.

Еще одним из технических результатов настоящего изобретения является получение из биомассы растительного происхождения топливного брикета, имеющего достаточную для использования в топливной/плавильной печи, например, вагранке, горячую прочность.Another of the technical results of the present invention is the production of a fuel briquette from plant biomass having sufficient hot strength for use in a fuel / melting furnace, for example a cupola furnace.

Достижение заявленных технических результатов обеспечивается компонентами, входящими в углеродсодержащий материал, полученный посредством смешения продуктов пиролиза биомассы растительного происхождения, на базе которого получают топливный брикет по настоящему изобретению. Achievement of the claimed technical results is ensured by the components included in the carbon-containing material obtained by mixing the pyrolysis products of biomass of plant origin, on the basis of which the fuel briquette of the present invention is obtained.

Согласно настоящему изобретению предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, включающий:According to the present invention, there is provided a carbonaceous material for producing a fuel briquette, comprising:

– карбонизованную биомассу растительного происхождения;- carbonized biomass of plant origin;

– связующее, включающее:- binder, including:

i) водосодержащую фракцию пиролизной жидкости, полученную разделением пиролизной жидкости отстаиванием, причем пиролизная жидкость образована при пиролизе биомассы растительного происхождения; иi) a hydrous fraction of the pyrolysis liquid obtained by separating the pyrolysis liquid by settling, the pyrolysis liquid being formed by pyrolysis of biomass of plant origin; and

ii) смолистую фракцию пиролизной жидкости, полученную разделением пиролизной жидкости отстаиванием, причем пиролизная жидкость образована при пиролизе биомассы растительного происхождения,ii) a resinous fraction of a pyrolysis liquid obtained by separating the pyrolysis liquid by settling, the pyrolysis liquid being formed by pyrolysis of biomass of plant origin,

причем смолистая фракция является несмешиваемой с водосодержащей фракцией,wherein the resinous fraction is immiscible with the water-containing fraction,

причем количество водосодержащей фракции по отношению к количеству смолистой фракции составляет от 4:1 до 7:1 по массе.moreover, the amount of the water-containing fraction in relation to the amount of the resinous fraction is from 4: 1 to 7: 1 by weight.

Согласно одному варианту осуществления предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором углеродсодержащий материал получен смешиванием карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией пиролизной жидкости с получением первой смеси с последующим смешиванием полученной первой смеси со смолистой фракцией пиролизной жидкости.According to one embodiment, there is provided a carbonaceous material for producing a fuel briquette, wherein the carbonaceous material is obtained by mixing carbonized biomass with an aqueous fraction of a pyrolysis liquid to form a first mixture, followed by mixing the resulting first mixture with a resinous fraction of a pyrolysis liquid.

Согласно другому варианту осуществления предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором содержание карбонизованной биомассы составляет 38-43 %мас, содержание смолистой фракции пиролизной жидкости составляет 7-12 %мас и содержание водосодержащей фракции пиролизной жидкости составляет 45-55 %мас. According to another embodiment, there is provided a carbon-containing material for producing a fuel briquette, in which the content of carbonized biomass is 38-43 wt%, the content of the resinous fraction of the pyrolysis liquid is 7-12 wt% and the content of the aqueous fraction of the pyrolysis liquid is 45-55 wt%.

Согласно еще одному варианту осуществления предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором смолистая фракция пиролизной жидкости и водосодержащая фракция пиролизной жидкости включают сконденсированные пары парогазовой смеси, полученной в результате пиролиза. Также, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения смолистая фракция пиролизной жидкости и водосодержащая фракция пиролизной жидкости состоят из сконденсированных паров парогазовой смеси, полученной в результате пиролиза.According to another embodiment, there is provided a carbon-containing material for producing a fuel briquette, in which the resinous fraction of the pyrolysis liquid and the aqueous fraction of the pyrolysis liquid include condensed vapors of a vapor-gas mixture obtained as a result of pyrolysis. Also, according to another embodiment of the present invention, the resinous fraction of the pyrolysis liquid and the water-containing fraction of the pyrolysis liquid are composed of condensed vapors of the vapor-gas mixture obtained as a result of pyrolysis.

Согласно другому варианту осуществления предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором смолистая и водосодержащие фракции содержат углеродсодержащие органические соединения, образующихся при пиролизе биомассы растительного происхождения.According to another embodiment, there is provided a carbonaceous material for producing a fuel briquette, in which the resinous and water-containing fractions contain carbon-containing organic compounds formed during the pyrolysis of biomass of plant origin.

Согласно другому варианту осуществления предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором содержание углеродсодержащих органических соединений, образующихся при пиролизе биомассы растительного происхождения, в смолистой фракции больше, чем в водосодержащей фракции.According to another embodiment, there is provided a carbon-containing material for producing a fuel briquette, in which the content of carbon-containing organic compounds formed during pyrolysis of biomass of plant origin is greater in the resinous fraction than in the aqueous fraction.

Согласно еще одному варианту осуществления предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором водосодержащая фракция и смолистая фракция пиролизной жидкости получены разделением пиролизной жидкости посредством отстаивания пиролизной жидкости. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения водосодержащая фракция и смолистая фракция пиролизной жидкости получены разделением пиролизной жидкости посредством отстаивания пиролизной жидкости с одновременным охлаждением.According to another embodiment, there is provided a carbonaceous material for producing a fuel briquette, in which a water-containing fraction and a resinous fraction of a pyrolysis liquid are obtained by separating a pyrolysis liquid by settling a pyrolysis liquid. According to another embodiment of the present invention, the aqueous fraction and the resinous fraction of the pyrolysis liquid are obtained by separating the pyrolysis liquid by settling the pyrolysis liquid with simultaneous cooling.

Согласно еще одному варианту осуществления предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором пиролизная жидкость охлаждена при отстаивании в интервале от 20 до 40°С.According to another embodiment, there is provided a carbonaceous material for producing a fuel briquette, in which the pyrolysis liquid is cooled during settling in the range from 20 to 40 ° C.

Согласно еще одному варианту осуществления предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором отношение количества водосодержащей фракции пиролизной жидкости к количеству карбонизованной биомассы составляет от 1,2:1 до 1,3:1 по массе.According to another embodiment, there is provided a carbonaceous material for producing a fuel briquette, in which the ratio of the amount of the hydrous fraction of the pyrolysis liquid to the amount of carbonized biomass is from 1.2: 1 to 1.3: 1 by weight.

Согласно другому варианту осуществления предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором отношение смолистой фракции пиролизной жидкости к количеству карбонизованной биомассы составляет от 0,16:1 до 0,32:1 по массе.According to another embodiment, there is provided a carbonaceous material for producing a fuel briquette, in which the ratio of the resinous fraction of the pyrolysis liquid to the amount of carbonized biomass is from 0.16: 1 to 0.32: 1 by weight.

Согласно еще одному варианту осуществления предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором материал имеет форму куба с отверстием в его центральной части.According to another embodiment, there is provided a carbonaceous material for producing a fuel briquette, in which the material is in the form of a cube with an opening in its central part.

Согласно еще одному варианту осуществления предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором отношение диаметра отверстия к стороне куба составляет 1:4.According to another embodiment, there is provided a carbonaceous material for producing a fuel briquette in which the ratio of the hole diameter to the side of the cube is 1: 4.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором карбонизованная биомасса включает частицы карбонизованной биомассы, причем водосодержащая фракция пиролизной жидкости выполнена с возможностью однородного смешения c частицами карбонизованной биомассы, и причем смолистая фракция пиролизной жидкости выполнена с возможностью однородного смешения со смесью водосодержащей фракции пиролизной жидкости и частиц карбонизованной биомассы.According to another embodiment of the present invention, there is provided a carbon-containing material for producing a fuel briquette, in which the carbonized biomass includes particles of carbonized biomass, and the aqueous fraction of the pyrolysis liquid is made with the possibility of homogeneous mixing with the particles of the carbonized biomass, and wherein the resinous fraction of the pyrolysis liquid is made with the possibility of homogeneous mixing with a mixture of an aqueous fraction of a pyrolysis liquid and particles of carbonized biomass.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения предложен углеродсодержащий материал для получения топливного брикета, в котором карбонизованная биомасса включает 5-15% мас., предпочтительно 5-10% мас., коксовой крошки из расчета на общую массу карбонизованной биомассы и коксовой крошки.According to another embodiment of the present invention, there is provided a carbonaceous material for producing a fuel briquette, in which the carbonized biomass comprises 5-15 wt.%, Preferably 5-10 wt.% Of coke chips based on the total weight of carbonized biomass and coke chips.

Также согласно настоящему изобретению предложен еще один объект изобретения – топливный брикет для применения в топливных печах, полученный формованием и отжигом углеродсодержащего материала для получения топливного брикета.Also, according to the present invention, another object of the invention is provided - a fuel briquette for use in fuel furnaces, obtained by molding and annealing a carbon-containing material to obtain a fuel briquette.

Согласно одному варианту осуществления предложен топливный брикет, в котором имеющий форму куба с длиной сторон в интервале 90-125 мм.In one embodiment, a fuel briquette is provided in which it is cube-shaped with side lengths in the range of 90-125 mm.

Согласно другому варианту осуществления предложен топливный брикет, в котором брикет в форме куба имеет сквозное отверстие в его центральной части.According to another embodiment, a fuel briquette is provided, wherein the cube-shaped briquette has a through hole in its central portion.

Согласно другому варианту осуществления предложен топливный брикет, в котором отношение диаметра отверстия к длине стороны брикета составляет 1:4.According to another embodiment, a fuel briquette is provided in which the ratio of the hole diameter to the side length of the briquette is 1: 4.

Согласно еще одному варианту осуществления предложен топливный брикет, который дополнительно подвергнут сушке перед отжигом при комнатной температуре от 72 до 170 часов.According to another embodiment, a fuel briquette is provided, which is additionally subjected to drying prior to annealing at room temperature for 72 to 170 hours.

Согласно другому варианту осуществления предложен топливный брикет, который сформован в форму куба посредством прессования.In another embodiment, a fuel briquette is provided that is cube-shaped by compression.

Согласно другому варианту осуществления предложен топливный брикет, в котором брикет отожжен при температуре в интервале 150-700°С.According to another embodiment, a fuel briquette is provided, in which the briquette is annealed at a temperature in the range of 150-700 ° C.

Согласно еще одному варианту осуществления предложен топливный брикет, в котором брикет отожжен при температуре в интервале 150-900°С.According to another embodiment, a fuel briquette is provided, in which the briquette is annealed at a temperature in the range of 150-900 ° C.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

На фиг.1 проиллюстрирована микроструктура поверхности карбонизованной биомассы после отжига.Figure 1 illustrates the surface microstructure of carbonized biomass after annealing.

На фиг.2 проиллюстрирована микроструктура карбонизованной биомассы из лузги. Figure 2 illustrates the microstructure of carbonized husk biomass.

На фиг.3 проиллюстрирована микроструктура карбонизованной биомассы из соломы пшеницы.Figure 3 illustrates the microstructure of carbonized biomass from wheat straw.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что из углеродсодержащего материала, включающего карбонизованную биомассу и связующее, получаемые в результате пиролиза биомассы растительного происхождения, является возможным получать топливный брикет, имеющий необходимую прочность, горячую прочность и теплотворную способность/теплоту сгорания для применения в топливных, плавильных печах. Причем стоит отметить, что указанное связующее в углеродсодержащем материале включает водосодержащую фракцию пиролизной жидкости, полученную разделением пиролизной жидкости отстаиванием, образующейся при пиролизе биомассы растительного происхождения, и смолистую фракцию пиролизной жидкости, полученную разделением пиролизной жидкости отстаиванием, образующейся при пиролизе биомассы растительного происхождения, и несмешивающуюся с водосодержащей фракцией.The inventors of the present invention have surprisingly found that it is possible to obtain a fuel briquette having the necessary strength, hot strength and calorific value / heat value for use in fuel, smelting furnaces from a carbonaceous material including carbonized biomass and a binder obtained by pyrolysis of biomass of plant origin. ... Moreover, it should be noted that the specified binder in the carbon-containing material includes a water-containing fraction of the pyrolysis liquid, obtained by separating the pyrolysis liquid by settling, formed during the pyrolysis of biomass of plant origin, and the resinous fraction of the pyrolysis liquid, obtained by separating the pyrolysis liquid by settling, formed by the pyrolysis liquid by settling, with a water-containing fraction.

Заявленный углеродсодержащий материал для получения топливного брикета согласно настоящему изобретению включает:The claimed carbonaceous material for producing a fuel briquette according to the present invention comprises:

– связующее, включающее:- binder, including:

Согласно настоящему изобретению из заявленного углеродсодержащего материала можно получить топливный брикет для применения в топливных печах, получаемый формованием и отжигом углеродсодержащего материала.According to the present invention, a fuel briquette for use in fuel furnaces obtained by molding and annealing the carbon-based material can be obtained from the claimed carbon-based material.

Поскольку для получения топливного продукта из углеродсодержащего материала используются продукты пиролиза без применения отдельных реагентов для образования связующего, то можно получить выгодный с экономической точки зрения топливный брикет из биомассы растительного происхождения. Кроме того, поскольку при получении топливного брикета применяется и утилизируется пиролизная жидкость, которая традиционно представляет собой отходы процесса пиролиза/карбонизации, то появляется возможность получать топливный брикет из биомассы растительного происхождения с минимальным воздействием на окружающую среду. При этом, также для получения топливного брикета по настоящему изобретению отсутствует необходимость в утилизации пиролизной жидкости, что также является экономически выгодным.Since pyrolysis products are used to obtain a fuel product from a carbon-containing material without the use of separate reagents for the formation of a binder, an economically advantageous fuel briquette can be obtained from biomass of plant origin. In addition, since a pyrolysis liquid, which is traditionally a waste of the pyrolysis / carbonization process, is used and disposed of in the production of a fuel briquette, it becomes possible to obtain a fuel briquette from biomass of plant origin with minimal impact on the environment. At the same time, also to obtain a fuel briquette according to the present invention, there is no need for disposal of the pyrolysis liquid, which is also economically beneficial.

В качестве исходного материала может применяться любая известная биомасса растительного происхождения. Указанные материалы могут поставлять предприятия лесного или сельского хозяйства, либо предприятия любой другой отрасли, где производится или встречается биомасса растительного происхождения. В частности, источником растительной биомассы природного происхождения может служить отход маслобойной промышленности – лузга семян подсолнечника, а также наружные оболочки зерна, которые получаются в результате обрушивания или лущения зерен и семян других растительных культур. В качестве исходного материала могут также применяться древесные опилки, древесная щепа, солома и шелуха пшеницы, рапса, ржи, овса, ячменя, риса, кукурузы и т.д.Any known plant biomass can be used as starting material. These materials can be supplied by enterprises of forestry or agriculture, or enterprises of any other industry where biomass of plant origin is produced or found. In particular, a source of plant biomass of natural origin can be the waste of the oil industry - the husk of sunflower seeds, as well as the outer shells of the grain, which are obtained as a result of the hulling or peeling of grains and seeds of other plant crops. Wood chips, wood chips, straw and husks of wheat, rapeseed, rye, oats, barley, rice, corn, etc. can also be used as a starting material.

Для заявляемого углеродсодержащего материала и получаемого на его основе топливного брикета характерно при образовании углеродсодержащего материала добавление к карбонизованной биомассе компонентов связующего в виде водосодержащей и смолистой фракций пиролизной жидкости в определённой последовательности.For the inventive carbon-containing material and the fuel briquette obtained on its basis, it is characteristic for the formation of a carbon-containing material to add binder components to the carbonized biomass in the form of a water-containing and resinous fractions of a pyrolysis liquid in a certain sequence.

Одним из возможных вариантов получения углеродсодержащего материала и топливного брикета на его основе является способ, согласно которому из низкосортного и низкокалорийного сырья в виде биомассы растительного происхождения получается высококачественный продукт с повышенной теплотворной способностью в сравнении с исходным сырьем.One of the possible options for obtaining a carbon-containing material and a fuel briquette based on it is a method according to which a high-quality product with an increased calorific value in comparison with the initial raw material is obtained from a low-grade and low-calorie raw material in the form of plant biomass.

Такой способ получения углеродсодержащего материала и топливного брикета на его основе из биомассы растительного происхождения можно осуществлять следующим образом:Such a method of obtaining a carbon-containing material and a fuel briquette based on it from biomass of plant origin can be carried out as follows:

i) обеспечивают биомассу растительного происхожденияi) provide biomass of plant origin

ii) проводят пиролиз биомассы растительного происхождения с получением карбонизованной биомассы и пиролизной жидкости;ii) pyrolysis of biomass of plant origin to obtain carbonized biomass and pyrolysis liquid;

iii) разделяют пиролизную жидкость на водосодержащую фракцию и смолистую фракцию, причем смолистая фракция является несмешиваемой с водосодержащей фракцией;iii) separating the pyrolysis liquid into a water-containing fraction and a resinous fraction, the resinous fraction being immiscible with the water-containing fraction;

iv) образуют углеродсодержащий материал смешением карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией и смолистой фракцией пиролизной жидкости;iv) form a carbonaceous material by mixing the carbonized biomass with an aqueous fraction and a resinous fraction of the pyrolysis liquid;

v) формуют углеродсодержащий материал в брикет;v) molding the carbonaceous material into a briquette;

vi) проводят отжиг брикета,vi) annealing the briquette,

причем на этапе iv) образование углеродсодержащего материала включает:wherein in step iv) the formation of the carbonaceous material comprises:

– смешивание карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией пиролизной жидкости с получением первой смеси;- mixing the carbonized biomass with the aqueous fraction of the pyrolysis liquid to obtain the first mixture;

– смешивание первой смеси со смолистой фракцией пиролизной жидкости с получением углеродсодержащего материала.- mixing the first mixture with the resinous fraction of the pyrolysis liquid to obtain a carbon-containing material.

Для осуществления способа на стадии ii) проводится пиролиз биомассы растительного происхождения при температуре 450-500°С. Осуществление термического разложения в условиях недостатка кислорода является известным приемом получения карбонизованного твердого продукта и пиролизной жидкости. Однако именно благодаря проведению пиролиза появляется возможность получить углеродсодержащий материал и впоследствии топливный брикет с надлежащей теплотворной способностью.For the implementation of the method in stage ii) is the pyrolysis of biomass of plant origin at a temperature of 450-500 ° C. Thermal decomposition under oxygen-deficient conditions is a known technique for producing a carbonized solid and a pyrolysis liquid. However, it is precisely due to the pyrolysis that it becomes possible to obtain a carbon-containing material and subsequently a fuel briquette with an appropriate calorific value.

Пиролизную жидкость, компоненты которой входят в состав связующего для связывания карбонизованной биомассы в однородный углеродсодержащий материал, из которого впоследствии при формовании и отжиге образуется топливный брикет с надлежащей прочностью и надлежащей теплотворной способностью, получают путем конденсации паров парогазовой смеси, образующейся в результате термического разложения исходного сырья растительного происхождения, в системе конденсации с образованием жидких продуктов пиролиза (пиролизной жидкости) и неконденсирующихся газов. Авторами настоящего изобретения было выяснено, что для конденсации парогазовой смеси, образующейся при пиролизе, в качестве хладагента может применяться часть предварительно полученной пиролизной жидкости, за счет чего можно дополнительно избежать удорожания процесса и, как следствие, самого брикета ввиду отсутствия необходимости применения дополнительного хладагента, избежать возникновения отходов ввиду повторного использования продуктов пиролиза и дополнительно обогатить углеродсодержащими соединениями пиролизную жидкость, получаемую в скруббере, использующемся для конденсации паров парогазовой смеси. Кроме того, неконденсирующиеся газы могут рециркулироваться к парогазовой смеси для предварительного ее охлаждения перед охлаждением хладагентом, что улучшает экологическую и экономическую ситуацию при получении углеродсодержащего материала и топливного брикета в рамках настоящего изобретения. A pyrolysis liquid, the components of which are part of a binder for binding carbonized biomass into a homogeneous carbon-containing material, from which a fuel briquette with proper strength and proper calorific value is subsequently formed during molding and annealing, is obtained by condensation of vapor of a vapor-gas mixture formed as a result of thermal decomposition of the feedstock of plant origin, in a condensation system with the formation of liquid pyrolysis products (pyrolysis liquid) and non-condensable gases. The authors of the present invention found that for the condensation of the vapor-gas mixture formed during pyrolysis, a part of the previously obtained pyrolysis liquid can be used as a refrigerant, due to which it is possible to further avoid the increase in the cost of the process and, as a consequence, the briquette itself due to the absence of the need to use additional refrigerant, the occurrence of waste due to the reuse of pyrolysis products and additionally enrich the pyrolysis liquid with carbon-containing compounds, obtained in a scrubber used to condense the vapor of the vapor-gas mixture. In addition, non-condensable gases can be recirculated to the steam-gas mixture for preliminary cooling before cooling with a refrigerant, which improves the environmental and economic situation in the production of carbonaceous material and fuel briquette in the framework of the present invention.

Полученную в результате пиролиза пиролизную жидкость применяют для связывания карбонизованной биомассы. Однако при применении всей пиролизной жидкости без предварительного ее разделения на фракции, авторами настоящего изобретения не удалось получить топливные брикеты надлежащего качества, так как не удавалось получить однородный углеродсодержащий материал, а брикеты, полученные в результате формования и отжига полученного углеродсодержащего материала, были подвержены сильному растрескиванию.The pyrolysis liquid obtained as a result of pyrolysis is used to bind the carbonized biomass. However, when using the entire pyrolysis liquid without first separating it into fractions, the authors of the present invention failed to obtain fuel briquettes of proper quality, since it was not possible to obtain a homogeneous carbon-containing material, and the briquettes obtained as a result of molding and annealing of the obtained carbon-containing material were subject to severe cracking. ...

В результате проведения многочисленных исследований, авторы настоящего изобретения обнаружили, что полученную в результате пиролиза пиролизную жидкость целесообразно разделять на фракции – водосодержащую фракцию и смолистую фракцию, несмешивающуюся с водосодержащей фракцией, путем отстаивания с охлаждением до температуры пиролизной жидкости в интервале от 20 до 40°С. Причем выход водосодержащей фракции составляет 27-38 % мас., а смолистой фракции соответственно 10-21 % мас. по отношению к массе исходного растительного сырья (в расчете на сухое вещество). При этом выход карбонизованной биомассы составляет 25-36 % мас. Остальное приходится на газообразные продукты, выход которых может составлять около 20-23 % мас.As a result of numerous studies, the authors of the present invention found that it is expedient to separate the pyrolysis liquid obtained as a result of pyrolysis into fractions - a water-containing fraction and a resinous fraction immiscible with the water-containing fraction, by settling with cooling to the temperature of the pyrolysis liquid in the range from 20 to 40 ° C. ... Moreover, the output of the water-containing fraction is 27-38% wt., And the resinous fraction, respectively, 10-21% wt. in relation to the mass of the original plant material (calculated on dry matter). In this case, the yield of carbonized biomass is 25-36% wt. The rest falls on gaseous products, the yield of which can be about 20-23% wt.

Методом газовой хромато-масс спектрометрии в водосодержащей и смолистой фракциях пиролизных жидкостей определялось содержание идентифицируемых классов химических соединений.The content of the identified classes of chemical compounds was determined by gas chromatography-mass spectrometry in the aqueous and resinous fractions of pyrolysis liquids.

Водосодержащая фракция представляет собой водный раствор, содержащий органические/углеродсодержащие вещества/соединения преимущественно кислого характера: кислоты, фенолы. Также в этой фракции в небольшом количестве содержатся кетоны, спирты, гетероциклические соединения.The water-containing fraction is an aqueous solution containing organic / carbon-containing substances / compounds of a predominantly acidic nature: acids, phenols. Also, this fraction contains a small amount of ketones, alcohols, heterocyclic compounds.

Смолистая фракция пиролизной жидкости представляет собой органическую высокоуглеродистую фазу, преимущественно обогащенную ароматическими, фенольными, сложноэфирными соединениями, а также высшими карбоновыми кислотами.The resinous fraction of the pyrolysis liquid is an organic high-carbon phase, mainly enriched in aromatic, phenolic, ester compounds, as well as higher carboxylic acids.

Полученные данные согласуются с литературными источниками (Кузьмина Р.И. Пирогенетическая переработка некоторых древесных отходов и отходов лущения семян / Р.И. Кузьмина, С.Н. Штыков, К.Е. Панкин, Ю.В. Иванова, Т.Г. Панина // Химия растительного сырья. – 2010. – № 3. – С. 61-65.), где отмечается, что материалы древесного и недревесного происхождения в сходных технологических условиях дают близкий по составу набор продуктов пиролиза.The obtained data are consistent with literature sources (Kuzmina R.I. Pyrogenetic processing of some wood waste and seed peeling waste / R.I. Kuzmina, S.N. Shtykov, K.E. Pankin, Yu.V. Ivanova, T.G. Panina // Chemistry of vegetable raw materials. - 2010. - No. 3. - P. 61-65.), Where it is noted that materials of wood and non-wood origin in similar technological conditions give a set of pyrolysis products that are similar in composition.

Таким образом, водосодержащая и смолистая фракции характеризуются наличием углеродсодержащих соединений, которые дополнительно могут обогатить углеродом получаемый топливный брикет для повышения его теплотворной способности/теплоты сгорания.Thus, the water-containing and resinous fractions are characterized by the presence of carbon-containing compounds, which can additionally enrich the resulting fuel briquette with carbon to increase its calorific value / calorific value.

Для оценки количества образующегося коксового остатка из пиролизной жидкости, образующегося при термическом воздействии на пиролизную жидкость, был проведен термогравиметрический анализ смолистой фракции пиролизной жидкости, ввиду большего в ней содержания углеродсодержащих органических соединений по сравнению с водосодержащей фракцией. To estimate the amount of coke residue formed from the pyrolysis liquid, formed by thermal action on the pyrolysis liquid, a thermogravimetric analysis of the resinous fraction of the pyrolysis liquid was carried out, due to the higher content of carbon-containing organic compounds in it in comparison with the aqueous fraction.

При термическом разложении карбонизованный остаток смолистой фракции пиролизной жидкости составляет 7-10% от исходной массы смолистой фракции. Общая потеря массы смолистой фракции при проведении пиролиза при 600°С составляет 90-93 % мас.During thermal decomposition, the carbonized residue of the resinous fraction of the pyrolysis liquid is 7-10% of the initial mass of the resinous fraction. The total weight loss of the resinous fraction during pyrolysis at 600 ° C is 90-93% wt.

Для оценки возможности применения в углеродсодержащем материале пиролизной жидкости без понижения теплотворной способности/теплоты сгорания топливного продукта была определена теплота сгорания образцов углеродсодержащего материала, полученных смешением смолистой фракции пиролизной жидкости с карбонизованной биомассой без брикетирования и прессования. To assess the possibility of using a pyrolysis liquid in a carbon-containing material without lowering the calorific value / heat of combustion of the fuel product, the heat of combustion of samples of carbon-containing material obtained by mixing the resinous fraction of the pyrolysis liquid with carbonized biomass without briquetting and pressing was determined.

Образцы углеродсодержащего материала были приготовлены с различным содержанием смолистой фракции пиролизной жидкости в 10, 30, 50, 70, 100% мас. с последующим отжигом в керамических тиглях до температуры 900°С.Samples of the carbon-containing material were prepared with different contents of the resinous fraction of the pyrolysis liquid in 10, 30, 50, 70, 100% wt. followed by annealing in ceramic crucibles to a temperature of 900 ° C.

Результаты экспериментов представлены в таблице 1.The experimental results are presented in table 1.

Таблица 1. Физико-химические показатели образцов углеродсодержащего материала со смолистой фракцией пиролизной жидкости лузги семян подсолнечникаTable 1. Physicochemical indicators of samples of carbon-containing material with a resinous fraction of pyrolysis liquid of sunflower husk

Содержание смолистой фракции пиролизной жидкости, %Resinous fraction content of pyrolysis liquid,% Зольность, масс. %.Ash content, mass. %. Теплота сгорания (теплотворная способность), кДж/кг, Calorific value (calorific value), kJ / kg, 10ten 8,9-9,18.9-9.1 28950-2901028950-29010 5050 7,1-7,57.1-7.5 29640-2970529640-29705 7070 6,1-6,76.1-6.7 30000-3007030000-30070 100100 2,0-2,62.0-2.6 29360-2942029360-29420

Как видно из таблицы 1, смолистая фракция пиролизной жидкости не приводит к ухудшению теплотворной способности/теплоты сгорания образца. Кроме того, из таблицы 1 видно, что введение смолистой фракции пиролизной жидкости может привести к понижению зольности образца, что является немаловажным фактором для применения топливного брикета в топливных, плавильных печах.As can be seen from table 1, the resinous fraction of the pyrolysis liquid does not lead to a deterioration in the calorific value / heat of combustion of the sample. In addition, Table 1 shows that the introduction of a resinous fraction of the pyrolysis liquid can lead to a decrease in the ash content of the sample, which is an important factor for the use of a fuel briquette in fuel and smelting furnaces.

Более того, авторы изобретения обнаружили, что за счет того, что смолистая фракция содержит большое количество углеродсодержащих соединений, становится возможным в целом получить надлежащую теплотворную способность/теплоту сгорания карбонизованной биомассы и, как следствие, топливного брикета за счет добавления к биомассе смолистой фракции пиролизной жидкости.Moreover, the inventors have found that due to the fact that the resinous fraction contains a large amount of carbon-containing compounds, it becomes possible in general to obtain the proper calorific value / calorific value of the carbonized biomass and, as a consequence, the fuel briquette by adding a resinous fraction of the pyrolysis liquid to the biomass ...

В таблице 2 представлены результаты испытаний на определение основных параметров, характеризующих свойства карбонизованной биомассы, полученной в результате пиролиза.Table 2 shows the results of tests to determine the main parameters characterizing the properties of carbonized biomass obtained as a result of pyrolysis.

Таблица 2. Физико-химические показатели карбонизованной биомассы Table 2. Physicochemical indicators of carbonized biomass

Наименование показателяIndicator name Значение результата испытанияTest result value Зольность* по результатам термогравиметрии при нагревании до 900°С со скоростью нагрева 10К/минAsh content * based on thermogravimetry results when heated to 900 ° C at a heating rate of 10K / min 10,3-10,9%10.3-10.9% Теплота сгорания (теплотворная способность)**Calorific value (calorific value) ** 29953-31827 кДж/кг29953-31827 kJ / kg Влажность*Humidity* 2,1-2,8%2.1-2.8% Содержание летучих веществVolatile content 9,8-10,5%9.8-10.5%

* значения параметров могут быть определены любым известным способом в данной области техники, например, согласно ГОСТ 33625* parameter values can be determined by any known method in the art, for example, according to GOST 33625

** теплота сгорания определялась в бомбовом калориметре IKA 5000.** calorific value was determined using an IKA 5000 bomb calorimeter.

Указанные данные относятся к карбонизованной биомассе из лузги подсолнечника, полученной ее пиролизом. При этом, следует отметить, что показатели для других источников биомассы будут сопоставимы.The specified data refer to the carbonized biomass from sunflower husk obtained by pyrolysis. At the same time, it should be noted that the indicators for other sources of biomass will be comparable.

Сравнение данных из таблиц 1 и 2 указывает на сопоставимость результатов по теплотворной способности/теплоте сгорания и свидетельствует о возможности использования пиролизной жидкости в образовании углеродсодержащего материала с последующим получением топливного брикета с надлежащей теплотворной способностью.Comparison of the data from Tables 1 and 2 indicates the comparability of the results in terms of calorific value / calorific value and indicates the possibility of using a pyrolysis liquid in the formation of a carbonaceous material with the subsequent production of a fuel briquette with an appropriate calorific value.

При получении топливного брикета посредством брикетирования материала, состоящего из карбонизованной биомассы и только смолистой фракции пиролизной жидкости, авторами настоящего изобретения было выяснено, что добавление к карбонизованной биомассе только смолистой фракции пиролизной жидкости не приводит к равномерному перераспределению этой фракции среди частиц карбонизованной биомассы ввиду ее высокой вязкости. В результате не происходит образование однородно перемешанного материала/смеси, и материал по существу не формуется в брикеты. Однако, если все же получить формованный продукт из подобного неоднородного материала/смеси, то полученный продукт имеет очень низкую и неудовлетворительную прочность ввиду неоднородности исходного материала/смеси.When obtaining a fuel briquette by briquetting a material consisting of carbonized biomass and only a resinous fraction of a pyrolysis liquid, the authors of the present invention found that adding only a resinous fraction of a pyrolysis liquid to the carbonized biomass does not lead to a uniform redistribution of this fraction among the particles of carbonized biomass due to its high viscosity ... As a result, no uniformly mixed material / mixture is formed, and the material is essentially not formed into briquettes. However, if a molded product is nevertheless obtained from such a heterogeneous material / mixture, the resulting product has very low and unsatisfactory strength due to the heterogeneity of the starting material / mixture.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что наряду со смолистой фракцией к карбонизованной биомассе также можно добавлять водосодержащую фракцию пиролизной жидкости. Поскольку водосодержащая фракция пиролизной жидкости как уже выше упоминалась также содержит в своем составе органические углеродсодержащие соединения, которые могут внести дополнительный вклад в повышение выхода топливного брикета за счет карбонизации органических соединений, то авторы настоящего изобретения добавляли водосодержащую фракцию к карбонизованной биомассе, тем самым вводили её в состав углеродсодержащего материала.The present inventors have found that in addition to the resinous fraction, it is also possible to add the aqueous fraction of the pyrolysis liquid to the carbonized biomass. Since the water-containing fraction of the pyrolysis liquid, as already mentioned above, also contains organic carbon-containing compounds in its composition, which can further contribute to increasing the yield of the fuel briquette due to the carbonization of organic compounds, the authors of the present invention added the water-containing fraction to the carbonized biomass, thereby introducing it into composition of carbonaceous material.

Авторами настоящего изобретения было неожиданно обнаружено, что водосодержащая фракция пиролизной жидкость может однородно смешиваться с частицами карбонизованной биомассы растительного происхождения с получением однородной первой смеси. При этом, смолистая фракция пиролизной жидкости может однородно смешиваться со смесью водосодержащей фракции пиролизной жидкости и частиц карбонизованной биомассы (т.е. с первой однородной смесью) с получением второй однородной смеси, т.е. с получением однородной шихты.It has been surprisingly found by the present inventors that the aqueous fraction of the pyrolysis liquid can be homogeneously mixed with the carbonized biomass particles of plant origin to obtain a uniform first mixture. In this case, the resinous fraction of the pyrolysis liquid can be homogeneously mixed with a mixture of the aqueous fraction of the pyrolysis liquid and particles of carbonized biomass (i.e., with the first homogeneous mixture) to obtain a second homogeneous mixture, i.e. with obtaining a homogeneous mixture.

В ходе многочисленных исследований авторами настоящего изобретения было выяснено, что для получения топливного брикета с необходимыми физико-химическими характеристиками, содержащего водосодержащую фракцию и смолистую фракцию пиролизной жидкости, дополнительную роль для формирования топливного брикета с однородной структурой, образующейся после его отжига, играет порядок смешения фракций пиролизной жидкости, и непременное условие в виде наличия обеих фракций при образовании углеродсодержащего материала. Как уже было указано выше, присутствие только смолистой фракции не приводит к формованию продукта надлежащей прочности. Например, при высушивании при комнатной температуре наблюдается крошение ребер брикета, а при отжиге даже обвал его граней. Причину данного явления авторы изобретения усматривают в неравномерном промешивании карбонизованной биомассы со смолистой фракцией из-за налипания смолистой фракции на рабочие элементы смесителя.In the course of numerous studies, the authors of the present invention found that to obtain a fuel briquette with the necessary physicochemical characteristics containing a water-containing fraction and a resinous fraction of a pyrolysis liquid, an additional role for the formation of a fuel briquette with a homogeneous structure formed after its annealing is played by the order of mixing the fractions pyrolysis liquid, and an indispensable condition in the form of the presence of both fractions in the formation of a carbonaceous material. As already mentioned above, the presence of only the resinous fraction does not lead to the formation of a product of adequate strength. For example, when drying at room temperature, crumbling of the briquette edges is observed, and during annealing, even a collapse of its edges. The authors of the invention see the reason for this phenomenon in the uneven mixing of the carbonized biomass with the resinous fraction due to the adhesion of the resinous fraction to the working elements of the mixer.

Смешение карбонизованной биомассы только с водосодержащей фракцией пиролизной жидкости приводит к возможности формования полученного материала в брикеты, но прочность брикетов после отжига не соответствует необходимой прочности. По мнению авторов это может быть вызвано разным коэффициентом теплового расширения органической/углеродсодержащей массы карбонизованной биомассы и воды с растворенными в ней органическими/углеродсодержащими веществами, содержащимися в водосодержащей фракции, что может приводить к зарождению трещин, увеличивающихся в ходе прохождения всего этапа отжига, и как результат получению брикета недостаточной прочности.Mixing the carbonized biomass only with the water-containing fraction of the pyrolysis liquid leads to the possibility of forming the resulting material into briquettes, but the strength of the briquettes after annealing does not correspond to the required strength. According to the authors, this may be caused by a different coefficient of thermal expansion of the organic / carbon-containing mass of carbonized biomass and water with organic / carbon-containing substances dissolved in it contained in the water-containing fraction, which can lead to the initiation of cracks that increase during the passage of the entire annealing stage, and how the result of obtaining a briquette of insufficient strength.

При этом было выяснено, что смешение карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией, и только последующее смешение образовавшейся смеси со смолистой фракцией приводит к меньшему налипанию смолистой фракции к рабочим элементам смесителя, к однородному промешиванию смеси, что подтверждается данными полученными в результате исследования под микроскопами поверхности топливного брикета, полученного после отжига, где наблюдается равномерное распределение смолистой фракции между частицами карбонизованной биомассы, чего невозможно добиться без участия водосодержащей фракции пиролизной жидкости. В результате такое смешение и в таком порядке водосодержащей и смолистой фракций с карбонизованной биомассой приводит к получению топливного брикета с однородной структурой, и с показателями механической прочности и теплотворной способности, пригодными для применения в топливных, плавильных печах.At the same time, it was found that mixing the carbonized biomass with the water-containing fraction, and only the subsequent mixing of the resulting mixture with the resinous fraction leads to less adhesion of the resinous fraction to the working elements of the mixer, to homogeneous mixing of the mixture, which is confirmed by the data obtained as a result of studying the surface of the fuel briquette under microscopes obtained after annealing, where there is a uniform distribution of the resinous fraction between the particles of the carbonized biomass, which cannot be achieved without the participation of the aqueous fraction of the pyrolysis liquid. As a result, such a mixing and in this order of the aqueous and resinous fractions with the carbonized biomass leads to the production of a fuel briquette with a homogeneous structure, and with indicators of mechanical strength and heating value suitable for use in fuel, smelting furnaces.

Кроме того, было обнаружено, что на возможность получения однородной пластичной массы, способной подвергаться формованию в брикеты, влияет определённое количество добавляемой водосодержащей фракции и смолистой фракции пиролизной жидкости к карбонизованной биомассе на стадии формирования углеродсодержащего материала.In addition, it was found that the possibility of obtaining a homogeneous plastic mass capable of being molded into briquettes is influenced by a certain amount of added water-containing fraction and resinous fraction of the pyrolysis liquid to the carbonized biomass at the stage of forming the carbon-containing material.

В ходе экспериментов была выяснена предпочтительная рецептура углеродсодержащего материала, которая позволяет проводить формование углеродсодержащего материала в брикеты с последующим получением брикетов с надлежащей механической прочностью и теплотворной способностью/теплотой сгорания:In the course of experiments, the preferred formulation of the carbonaceous material was found, which allows the formation of carbonaceous material into briquettes, followed by obtaining briquettes with the proper mechanical strength and heating value / calorific value:

– содержание карбонизованной биомассы составляет 38-43 масс. %;- the content of carbonized biomass is 38-43 wt. %;

– содержание смолистой фракции пиролизной жидкости составляет 7-12 масс. %;- the content of the resinous fraction of the pyrolysis liquid is 7-12 wt. %;

– содержание водосодержащей фракции пиролизной жидкости составляет 45-55 масс. %, более предпочтительно 50 масс. %. - the content of the aqueous fraction of the pyrolysis liquid is 45-55 mass. %, more preferably 50 wt. %.

Содержание каждого компонента углеродсодержащего материала приведено в расчете на общую массу углеродсодержащего материала.The content of each component of the carbonaceous material is based on the total weight of the carbonaceous material.

Исходя из данных по массовому содержанию указанных компонентов углеродсодержащего материала следует, что для обеспечения формования углеродсодержащего материала в брикеты с последующим получением брикетов с надлежащей механической прочностью и теплотворной способностью/теплотой сгорания, необходимо соблюдать определённое отношение количества водосодержащей фракции пиролизной жидкости к количеству смолистой фракции пиролизной жидкости, которое составляет от 4:1 до 7:1 по массе.Based on the data on the mass content of these components of the carbon-containing material, it follows that in order to ensure the formation of the carbon-containing material into briquettes with the subsequent production of briquettes with the proper mechanical strength and calorific value / heat of combustion, it is necessary to observe a certain ratio of the amount of the hydrous fraction of the pyrolysis liquid to the amount of the resinous fraction of the pyrolysis liquid , which ranges from 4: 1 to 7: 1 by weight.

Для предпочтительных вариантов осуществления также необходимо соблюдать соотношения карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией и смолистой фракцией, которые являются следующими:For preferred embodiments, it is also necessary to maintain ratios of carbonated biomass with water-containing fraction and resinous fraction, which are as follows:

отношение количества карбонизованной биомассы к количеству водосодержащей фракции пиролизной жидкости составляет от 0,76:1 до 0,86:1 по массе; the ratio of the amount of carbonized biomass to the amount of the hydrous fraction of the pyrolysis liquid is from 0.76: 1 to 0.86: 1 by weight;

отношение количества карбонизованной биомассы к количеству смолистой фракции пиролизной жидкости составляет от 3,2:1 до 6,1:1 по массе.the ratio of the amount of carbonized biomass to the amount of resinous fraction of the pyrolysis liquid is from 3.2: 1 to 6.1: 1 by weight.

Такой состав углеродсодержащего материала способствует не только получению однородной пластичной массы для брикетирования и уменьшению выделение пыли при смешении, но также уменьшает налипание карбонизованной биомассы со связующим к рабочим элементам смесителя, что может быть обусловлено образованием коллоидной системы из компонентов карбонизованной биомассы и связующего, которая ограничивает контакт налипающих частиц с рабочими элементами смесителя.Such a composition of the carbonaceous material contributes not only to obtaining a homogeneous plastic mass for briquetting and reducing the emission of dust during mixing, but also reduces the adhesion of carbonized biomass with a binder to the working elements of the mixer, which may be due to the formation of a colloidal system of components of carbonized biomass and a binder, which limits contact adhering particles with working elements of the mixer.

Авторами настоящего изобретения также было обнаружено, что для получения прочного брикета можно добавлять коксовую крошку к карбонизованной биомассе на стадии формирования шихты в количестве 5-15%мас., предпочтительно 5-10% мас., в расчете на общую массу карбонизованной биомассы и коксовой крошки. Наряду с увеличением прочности брикета коксовая крошка может дополнительно оказывать влияние на его реакционную способность, приводя к ее понижению. Также, авторы настоящего изобретения обнаружили, что добавление коксовой крошки (например, коксовой крошки кокса на основе каменного угля) положительным образом сказывается на горячей прочности брикета, так как кокс на основе каменного угля имеет высокое значение прочности при повышенных температурах. При этом, было обнаружено, что добавление коксовой крошки (например, коксовой крошки кокса на основе каменного угля) выше 15%мас. приводит к снижению однородности шихты после смешения карбонизованной биомассы с фракциями пиролизной жидкости, что в результате ведет к ухудшению при формовании шихты в брикет.The authors of the present invention have also found that to obtain a strong briquette, it is possible to add coke crumbs to the carbonized biomass at the stage of charge formation in an amount of 5-15 wt%, preferably 5-10 wt%, based on the total weight of carbonized biomass and coke crumbs. ... Along with an increase in the strength of the briquette, coke crumbs can additionally affect its reactivity, leading to its decrease. Also, the present inventors have found that the addition of coke chips (eg, coal-based coke coke) has a positive effect on the hot briquette strength, since the coal-based coke has a high strength value at elevated temperatures. At the same time, it was found that the addition of coke chips (for example, coke coke based on coal) is higher than 15% wt. leads to a decrease in the homogeneity of the charge after mixing the carbonized biomass with fractions of the pyrolysis liquid, which as a result leads to deterioration in the formation of the charge into a briquette.

Коксовую крошку добавляют к карбонизованной биомассе до добавления водосодержащей фракции пиролизной жидкости, чтобы при последующем смешивании с водосодержащей фракцией пиролизной жидкости с получением первой смеси и смешиванием первой смеси со смолистой фракцией пиролизной жидкости получать однородную шихту, в которой коксовая крошка равномерно распределена по всей массе. В качестве коксовой крошки может, например, применяться коксовая крошка кокса на основе каменного угля, металлургического кокса.Coke crumbs are added to the carbonized biomass before the addition of the aqueous fraction of the pyrolysis liquid, so that upon subsequent mixing with the aqueous fraction of the pyrolysis liquid to obtain the first mixture and mixing the first mixture with the resinous fraction of the pyrolysis liquid, a homogeneous charge is obtained in which the coke crumb is evenly distributed throughout the mass. As coke crumb, for example, coke crumb of coke based on coal, metallurgical coke can be used.

Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что с точки зрения получения отдельных водосодержащей и смолистой фракции пиролизной жидкости разделение пиролизной жидкости на водосодержащую фракцию и смолистую фракцию предпочтительно осуществлять посредством отстаивания. Разделение можно проводить и другими подходящими способами, однако применение метода отстаивания пиролизной жидкости для ее разделения является экономически целесообразным и позволяет разделять пиролизную жидкость именно на водосодержащую фракцию и смолистую фракцию пиролизной жидкости, несмешивающуюся с водосодержащей фракцией пиролизной жидкости. Дополнительно, авторы настоящего изобретения обнаружили, что для лучшего разделения пиролизной жидкости на указанные фракции можно проводить отстаивание пиролизной жидкости с одновременным ее охлаждением. При этом, еще более предпочтительно с точки зрения разделения фракций является охлаждение пиролизной жидкости до температуры в интервале от 20 до 40°С. Также, является предпочтительным проводить отстаивание пиролизной жидкости в течение 24-48 часов для её более лучшего разделения.The inventors of the present invention have found that from the point of view of obtaining a separate aqueous and resinous fraction of the pyrolysis liquid, the separation of the pyrolysis liquid into a water-containing fraction and a resinous fraction is preferably carried out by settling. The separation can be carried out by other suitable methods, however, the use of the method of settling the pyrolysis liquid for its separation is economically feasible and makes it possible to separate the pyrolysis liquid into the water-containing fraction and the resinous fraction of the pyrolysis liquid, immiscible with the water-containing fraction of the pyrolysis liquid. Additionally, the inventors of the present invention have found that for better separation of the pyrolysis liquid into these fractions, it is possible to settle the pyrolysis liquid with simultaneous cooling. In this case, even more preferable from the point of view of fractionation is cooling the pyrolysis liquid to a temperature in the range from 20 to 40 ° C. Also, it is preferable to settle the pyrolysis liquid for 24-48 hours for better separation.

Пиролизную жидкость получают посредством конденсации паров парогазовой смеси, полученной при пиролизе биомассы растительного происхождения. Данный способ получения пиролизной жидкости является наиболее эффективным с точки зрения временных затрат и затрат ресурсов. Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что наиболее эффективным способом конденсации паров парогазовой смеси с получением пиролизной жидкости надлежащего состава является конденсация с применением скруббера. При этом, орошающая жидкость в скруббере предпочтительно представляет собой пиролизную жидкость, которая была предварительно получена. За счет применения пиролизной жидкости в качестве орошающей жидкости можно избежать удорожания процесса, при этом получая на выходе из скруббера пиролизную жидкость имеющую надлежащий состав для последующего разделения и смешения с карбонизованной массой. При этом, авторы настоящего изобретения также обнаружили, что применение пиролизной жидкости в качестве орошающей жидкости приводит к дополнительному обогащению пиролизной жидкости, получаемой в скруббере, органическими/углеродсодержащими соединениями, т.е. дополнительному обогащению углеродом, что в свою очередь позволяет получать топливный брикет с необходимой теплотворной способностью.The pyrolysis liquid is obtained by condensation of vapors of a steam-gas mixture obtained by pyrolysis of biomass of plant origin. This method of obtaining a pyrolysis liquid is the most efficient in terms of time and resource costs. The authors of the present invention have found that the most effective way to condense the vapor of a steam-gas mixture to obtain a pyrolysis liquid of the proper composition is condensation using a scrubber. Meanwhile, the scrubbing liquid in the scrubber is preferably a pyrolysis liquid that has been previously produced. By using a pyrolysis liquid as a scrubbing liquid, it is possible to avoid an increase in the cost of the process, while obtaining at the outlet of the scrubber a pyrolysis liquid having the proper composition for subsequent separation and mixing with the carbonized mass. At the same time, the inventors of the present invention have also found that the use of the pyrolysis liquid as a scrubbing liquid leads to an additional enrichment of the pyrolysis liquid obtained in the scrubber with organic / carbon-containing compounds, i.e. additional enrichment with carbon, which in turn makes it possible to obtain a fuel briquette with the required heating value.

Пары парогазовой смеси, образующиеся при пиролизе, также подвергают предварительному охлаждению рециркулируемыми газами, причем рециркулируемые газы представляют собой неконденсируемую часть парогазовой смеси, выходящую из скруббера. Благодаря использованию неконденсируемой части парогазовой смеси, выходящей из скруббера, в качестве охлаждающих рециркулируемых газов можно обеспечивать рециркулируемый процесс, что улучшает экологичность процесса в целом и, как следствие, топливного брикета. Также, использование неконденсируемой части парогазовой смеси в качестве охлаждающих рециркулируемых газов позволяет избежать удорожание процесса и, как следствие, топливного брикета, ввиду отсутствия необходимости в использовании других хладагентов. При этом, предварительное охлаждение паров парогазовой смеси позволяет дополнительно улучшать конденсацию паров для получения пиролизной жидкости необходимого состава.Vapors of the steam-gas mixture formed during pyrolysis are also pre-cooled with recycle gases, and the recycle gases are the non-condensable part of the steam-gas mixture leaving the scrubber. Due to the use of the non-condensable part of the steam-gas mixture leaving the scrubber as cooling recirculated gases, it is possible to provide a recirculated process, which improves the environmental friendliness of the process as a whole and, as a consequence, the fuel briquette. Also, the use of the non-condensable part of the steam-gas mixture as cooling recirculated gases makes it possible to avoid an increase in the cost of the process and, as a consequence, the fuel briquette, due to the absence of the need to use other refrigerants. At the same time, the preliminary cooling of the vapor of the vapor-gas mixture makes it possible to further improve the condensation of the vapor to obtain a pyrolysis liquid of the required composition.

Не ограничивая себя теорией, авторы настоящего изобретения считают, что благодаря наличию во фракциях пиролизной жидкости органических/углеродсодержащий соединений/веществ, выделяющихся при пиролизе биомассы растительного происхождения, можно получать углеродсодержащий материал с последующим получением топливного брикета с необходимой механической прочностью и теплотворной способностью/теплотой сгорания. В рамках настоящего изобретения под «водосодержащей фракцией» подразумевается фракция пиролизной жидкости, имеющая повышенное содержание воды и пониженное содержание органических/углеродсодержащих соединений/веществ по сравнению со смолистой фракцией пиролизной жидкости. В рамках настоящего изобретения под «смолистой фракцией» подразумевается фракция пиролизной жидкости, по существу свободная от воды и имеющая повышенное содержание органических/углеродсодержащих соединений/веществ по сравнению с водосодержащей фракцией пиролизной жидкости. Термин «по существу свободная от воды» означает, что содержание воды в смолистой фракции составляет от 1 до 5 масс.%. Указанные фракции пиролизной жидкости не смешиваются друг с другом или по существу не смешиваются друг с другом без приложения механического усилия и при температуре ниже 40ºС. Под термином «теплотворная способность» понимается теплота полного сгорания единицы массы вещества. Под «органическими/углеродсодержащими веществами/соединениями» понимаются органические углеродсодержащие соединения. Под «горячей прочностью» понимается способность брикета выдерживать температуры до 800ºС при приложении к нему нагрузки без разрушения в течение 40-60 мин в условиях работы вагранки.Without limiting themselves by theory, the authors of the present invention believe that due to the presence in the fractions of the pyrolysis liquid of organic / carbon-containing compounds / substances released during the pyrolysis of biomass of plant origin, it is possible to obtain a carbon-containing material with the subsequent production of a fuel briquette with the required mechanical strength and calorific value / heat of combustion ... In the context of the present invention, the term “water-containing fraction” means a fraction of the pyrolysis liquid having an increased water content and a lower content of organic / carbon-containing compounds / substances in comparison with the resinous fraction of the pyrolysis liquid. In the context of the present invention, the term “resinous fraction” means a fraction of the pyrolysis liquid which is substantially free of water and has an increased content of organic / carbonaceous compounds / substances in comparison with the aqueous fraction of the pyrolysis liquid. The term "substantially free of water" means that the water content of the resinous fraction is 1 to 5% by weight. These fractions of the pyrolysis liquid do not mix with each other or essentially do not mix with each other without the application of mechanical force and at temperatures below 40 ° C. The term "calorific value" refers to the heat of complete combustion of a unit mass of a substance. By "organic / carbonaceous substances / compounds" is meant organic carbonaceous compounds. Hot strength is understood as the ability of the briquette to withstand temperatures up to 800 ° C when a load is applied to it without destruction for 40-60 minutes under the conditions of the cupola's operation.

Дополнительно было выявлено, что на получение прочного топливного брикета с заданными теплотворными характеристиками также играет роль форма брикета. Экспериментально было установлено, что брикеты лещадной формы, ширина либо толщина которых меньше длины более чем в два-три раза, как, например, форма кирпича, не приводят к получению продукта с необходимой механической прочностью. Такая форма брикета на этапе отжига приводит к растрескиванию брикета. Экспериментальным путем была установлена наиболее оптимальная форма брикета в виде куба с длиной сторон в интервале 90-125 мм, которая достигается прессованием углеродсодержащего материала с усилием на штоке пресса от 1 до 2 т, в результате чего объем брикета уменьшается на 30%, с последующим отжигом в интервале температур 150-700°С. Также для более равномерного термического воздействия на стадии отжига в центральной части куба предусмотрено отверстие. Роль отверстия в кубе брикета заключается в следующем:In addition, it was revealed that the shape of the briquette also plays a role in obtaining a durable fuel briquette with specified calorific characteristics. It was experimentally found that flaky briquettes, the width or thickness of which is more than two to three times less than the length, such as the shape of a brick, do not lead to a product with the required mechanical strength. This shape of the briquette at the stage of annealing leads to cracking of the briquette. Experimentally, the most optimal shape of a briquette in the form of a cube with a side length in the range of 90-125 mm was established, which is achieved by pressing the carbon-containing material with an effort on the press rod from 1 to 2 tons, as a result of which the volume of the briquette is reduced by 30%, followed by annealing in the temperature range 150-700 ° C. Also, for a more uniform thermal effect at the annealing stage, a hole is provided in the central part of the cube. The role of the hole in the briquette cube is as follows:

– во-первых, наличие отверстия способствует равномерному прогреву брикета, что может понизить напряжение на контактных участках между частицами карбонизованной биомассы вследствие равномерного теплового расширения компонентов углеродсодержащего материала в ходе прогрева брикета. Как результат, ввиду отсутствия перепада теплового расширения внутри брикета, предотвращается его растрескивание, поскольку происходит более равномерная усадка, таким образом, форма также влияет на получение прочного брикета.- firstly, the presence of a hole promotes uniform heating of the briquette, which can reduce the stress at the contact areas between the particles of carbonized biomass due to the uniform thermal expansion of the components of the carbon-containing material during heating of the briquette. As a result, due to the absence of a thermal expansion difference within the briquette, cracking is prevented, since a more uniform shrinkage occurs, thus the shape also affects the production of a strong briquette.

– во-вторых, перфорация брикетов позволит снизить выбросы в атмосферу из-за увеличения полноты сгорания брикетов при их применении, что способствует получению экологически чистого топливного продукта.- secondly, the perforation of briquettes will reduce emissions into the atmosphere due to an increase in the completeness of combustion of briquettes during their use, which contributes to the production of an environmentally friendly fuel product.

При этом, было обнаружено, что выполнение отверстия в топливном брикете таким, что диаметр отверстия к стороне куба составляет 1:4, позволяет получать дополнительно более прочный и экологически чистый топливный продукт, как указано выше.At the same time, it was found that making the hole in the fuel briquette such that the diameter of the hole to the side of the cube is 1: 4 makes it possible to obtain an additionally stronger and more environmentally friendly fuel product, as mentioned above.

Дополнительно было выявлено, что отжиг топливного брикета предпочтительно следует проводить в интервале температур 150-900°С, более предпочтительно 150-700°С для получения брикета необходимого качества, имеющего надлежащую механическую прочность и теплотворную способность.Additionally, it has been found that the annealing of the fuel briquette should preferably be carried out in the temperature range of 150-900 ° C, more preferably 150-700 ° C to obtain a briquette of the required quality having proper mechanical strength and heating value.

Таким образом, смешиванием карбонизованной биомассы со связующим, полученными при пиролизе биомассы растительного происхождения, с учетом определённой последовательности добавления и определенного соотношения компонентов связующего, состоящего из водосодержащей фракции пиролизной жидкости и смолистой фракции пиролизной жидкости, несмешивающейся с водосодержащей фракцией, возможно получать углеродсодержащий материал, который при формовании, предпочтительно в куб, и отжиге при температуре 150-900°С, более предпочтительно при температуре 150-700°С, еще более предпочтительно при температуре 700°С, приводит к получению прочного топливного брикета с необходимой теплотворной способностью/теплотой сгорания топлива. Thus, by mixing the carbonized biomass with a binder obtained during the pyrolysis of biomass of plant origin, taking into account a certain sequence of addition and a certain ratio of the components of the binder, consisting of an aqueous fraction of a pyrolysis liquid and a resinous fraction of a pyrolysis liquid immiscible with a water-containing fraction, it is possible to obtain a carbon-containing material that when molded, preferably in a cube, and annealed at a temperature of 150-900 ° C, more preferably at a temperature of 150-700 ° C, even more preferably at a temperature of 700 ° C, results in a strong fuel briquette with the required heating value / heat of combustion ...

При этом следует отметить, что отжиг брикета в диапазоне 700-900°С приводит к увеличению горячей прочности брикета, что расширяет диапазон применения брикета в вагранках с увеличенным объемом загрузки шихты. Однако данный температурный диапазон отжига приводит к увеличению энергозатрат на формирование брикета, что не всегда является приемлемым.It should be noted that the annealing of the briquette in the range of 700-900 ° C leads to an increase in the hot strength of the briquette, which expands the range of application of the briquette in cupolas with an increased volume of charge loading. However, this temperature range of annealing leads to an increase in energy consumption for briquette formation, which is not always acceptable.

Для получения углеродсодержащего материала с равномерным распределением фракций пиролизной жидкости между частицами карбонизованной биомассы процесс образования углеродсодержащего материала осуществляют следующим образом:To obtain a carbon-containing material with a uniform distribution of the fractions of the pyrolysis liquid between the particles of the carbonized biomass, the process of the formation of the carbon-containing material is carried out as follows:

– смешивание карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией пиролизной жидкости с получением первой смеси, при этом перемешивание можно осуществлять со скоростью вращения смесителя 10-20 об/мин., предпочтительно 15 об/мин.;- mixing the carbonized biomass with the aqueous fraction of the pyrolysis liquid to obtain the first mixture, while the mixing can be carried out at a mixer rotation speed of 10-20 rpm, preferably 15 rpm;

Смешение карбонизованной массы с водосодержащей и смолистой фракцией пиролизной жидкости можно осуществлять в любом подходящем для данных целей смесителе. Однако авторами настоящего изобретения было обнаружено, что с точки зрения получения дополнительно более однородной смеси частиц карбонизованной биомассы с водосодержащей и смолистой фракциями пиролизной смолы и, как следствие, надлежащей прочностью брикета, для смешения можно использовать лопастной смеситель.The mixing of the carbonized mass with the aqueous and resinous fraction of the pyrolysis liquid can be carried out in any mixer suitable for these purposes. However, the present inventors have found that from the point of view of obtaining an additionally more homogeneous mixture of carbonized biomass particles with hydrous and resinous fractions of pyrolysis resin and, as a consequence, proper briquette strength, a paddle mixer can be used for mixing.

Авторами настоящего изобретения было также обнаружено, что дополнительно улучшить прочность брикета можно за счет уплотнения полученного углеродсодержащего материала. Уплотнение можно проводить 10-кратным проминанием для равномерной пропитки, измельчения, удаления воздуха и придания углеродсодержащему материалу пластичной структуры. Для этих целей может использоваться любой смеситель, обеспечивающий гомогенизацию углеродсодержащего материала. Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что вальцовый смеситель с частотой вращения вальцов 90-110 об/мин является наиболее предпочтительным оборудованием, предназначенным для этих целей.The inventors of the present invention have also found that the strength of the briquette can be further improved by compacting the resulting carbonaceous material. Compaction can be carried out by 10-fold puncturing to uniformly impregnate, grind, remove air and give the carbonaceous material a plastic structure. For these purposes, any mixer that homogenizes the carbonaceous material can be used. The present inventors have found that a roll mixer with a roll speed of 90-110 rpm is the most preferred equipment for this purpose.

Полученный пропитанный углеродсодержащий материал можно формовать на прессе с расчетным усилием на штоке от 1 до 2 т, что позволяет получать брикет с надлежащей механической прочностью. Во время прессования объем брикета уменьшается на 20-30%. Экспериментальным путем было установлено, что наиболее предпочтительной формой брикета для улучшения теплообмена, улучшения прочности и облегчения выхода летучих веществ является форма близкая к кубической со сторонами куба 90-125 мм со сквозным отверстием в центральной части куба.The obtained impregnated carbonaceous material can be molded on a press with a design force on the rod from 1 to 2 tons, which makes it possible to obtain a briquette with the proper mechanical strength. During pressing, the volume of the briquette is reduced by 20-30%. It was experimentally found that the most preferred shape of the briquette to improve heat transfer, improve strength and facilitate the release of volatile substances is a shape close to cubic with cube sides 90-125 mm with a through hole in the central part of the cube.

Полученные сырые брикеты подсушивались на воздухе при комнатной температуре в течение периода от 72 до 170 часов, в результате чего удаляются излишки фракций пиролизной жидкости, что в свою очередь позволяет получать дополнительно более однородную и прочную структуру брикета после последующего отжига.The obtained raw briquettes were dried in air at room temperature for a period from 72 to 170 hours, as a result of which excess fractions of the pyrolysis liquid were removed, which, in turn, made it possible to obtain an additional more uniform and durable briquette structure after subsequent annealing.

В дальнейшем сформованный в брикеты углеродсодержащий материал подвергают отжигу с получением топливных брикетов. Процесс отжига проводят при температурах 150-700°С. При использовании данных температур можно получать топливный брикет, имеющий надлежащую механическую прочность и теплотворную способность.Subsequently, the carbon-containing material formed into briquettes is subjected to annealing to obtain fuel briquettes. The annealing process is carried out at temperatures of 150-700 ° C. By using these temperatures, it is possible to obtain a fuel briquette having proper mechanical strength and heating value.

Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что с точки зрения улучшения механической прочности брикета процесс отжига можно проводить следующим образом:The inventors of the present invention have found that, in terms of improving the mechanical strength of the briquette, the annealing process can be carried out as follows:

– сушка: 150°С – 6 часов, 200°С – 6 часов, 250°С – 6 часов, суммарно 24 часа с учетом выхода на заданную температуру;- drying: 150 ° С - 6 hours, 200 ° С - 6 hours, 250 ° С - 6 hours, in total 24 hours, taking into account the exit to the set temperature;

– подъем температуры до 300°С с выдерживанием при заданной температуре в течение 5-6 часов;- temperature rise up to 300 ° С with keeping at a given temperature for 5-6 hours;

– выведение температуры на 500 °С со скоростью 25°С/ч и выдерживание при заданной температуре в течение 2-3 часов;- bringing the temperature to 500 ° C at a rate of 25 ° C / h and keeping it at a given temperature for 2-3 hours;

– пиролиз при 650-700°С в течение 2-5 часов;- pyrolysis at 650-700 ° C for 2-5 hours;

– выгрузка брикетов после отжига в герметично закрывающуюся емкость для стабилизации.- unloading of briquettes after annealing into a hermetically sealed container for stabilization.

Выгрузка брикетов в герметичную емкость способствует меньшему растрескиванию брикетов, поскольку ввиду прекращения тления брикетов они в меньшей степени подвержены окислению.Unloading briquettes into a sealed container contributes to less cracking of briquettes, since, due to the cessation of smoldering briquettes, they are less susceptible to oxidation.

Брикеты по настоящему изобретению обладают физико-химическими характеристиками, представленными в таблице 3.The briquettes of the present invention have physicochemical characteristics shown in Table 3.

Таблица 3. Физико-химические показатели топливного брикета на основе лузги семян подсолнечникаTable 3. Physical and chemical parameters of a fuel briquette based on sunflower seed husk

ПараметрParameter Значение на сухое состояние**Dry value ** Значение на рабочее состояние*Working condition value * Общая влага, %, по ISO 579Total moisture,%, according to ISO 579 -- 4,04.0 Зола, %, по ISO 1171Ash,%, according to ISO 1171 10,710.7 10,210.2 Выход летучих веществ, %, по ISO 562Volatile matter yield,%, according to ISO 562 6,56.5 6,36,3 Высшая теплота сгорания (теплотворная способность)***, ккал/кг, по ISO 1928Gross calorific value (calorific value) ***, kcal / kg, according to ISO 1928 7277 (30447кДж/кг)7277 (30447kJ / kg) 6985 (29225 кДж/кг)6985 (29225 kJ / kg) Низшая теплота сгорания (теплотворная способность)****, ккал/кг, по ISO 1928Net calorific value (calorific value) ****, kcal / kg, according to ISO 1928 6881 (28790 кДж/кг)6881 (28790 kJ / kg) Общая сера, %, по ISO 19579Total sulfur,%, according to ISO 19579 0,130.13 0,120.12 Водород, %, по ISO 29541Hydrogen,%, according to ISO 29541 1,731.73 1,661.66

*- рабочее состояние топлива – состояние топлива с таким содержанием общей влаги и зольностью, с которыми оно отгружается или используется* - operating condition of the fuel - the condition of the fuel with the same total moisture content and ash content with which it is shipped or used

**– сухое состояние топлива – состояние топлива, не содержащего общей влаги** - dry state of fuel - state of fuel that does not contain total moisture

***– количество тепла, выделившееся при полном сгорании единицы массы топливного продукта в среде сжатого кислорода в установленных условиях;*** - the amount of heat released during complete combustion of a unit mass of a fuel product in a compressed oxygen environment under specified conditions;

****– количество тепла, равное высшей теплоте сгорания за вычетом теплоты испарения воды, выделившейся при сгорании топливного продукта**** - amount of heat equal to the highest heat of combustion minus the heat of evaporation of water released during combustion of the fuel product

Также проводили определение механической прочности полученного брикета путем его сбрасывания с высоты не более 3 м. При падении брикет разламывался на не более, чем 3 части, то есть брикет характеризуется высокой прочностью.Also, the mechanical strength of the obtained briquette was determined by dropping it from a height of no more than 3 m. When falling, the briquette broke into no more than 3 parts, that is, the briquette is characterized by high strength.

Усредненные значения физико-химических характеристик топливного брикета по настоящему изобретению из разных видов сырья растительного происхождения, в сравнении с коксом представлены в таблице 4.The average values of the physicochemical characteristics of the fuel briquette according to the present invention from different types of raw materials of plant origin, in comparison with coke, are presented in Table 4.

Таблица 4. Физико-химические характеристики топливного брикета, полученного из биомассы растительного происхождения, в сравнении с коксомTable 4. Physicochemical characteristics of a fuel briquette obtained from biomass of plant origin in comparison with coke

Физико-химический параметрPhysicochemical parameter Топливный брикетFuel briquette Кокс, полученный из каменного угляCoal-derived coke Влажность, масс. %, согласно ГОСТ Р 53357Humidity, mass. %, according to GOST R 53357 0,1-3,70.1-3.7 0,70.7 Зольность, масс. %, согласно ГОСТ Р 53357Ash content, mass. %, according to GOST R 53357 6,0-10,16.0-10.1 9,29.2 Содержание летучих веществ, масс. %, согласно ГОСТ Р 53357Volatile matter content, wt. %, according to GOST R 53357 4,9-9,04.9-9.0 0,40,4 Нелетучий углерод, масс. %, согласно ГОСТ Р 53357.Non-volatile carbon, wt. %, according to GOST R 53357. 82,1-89,082.1-89.0 89,789.7 Теплота сгорания (теплотворная способность), кДж/кг, по ISO 1928 Calorific value (calorific value), kJ / kg, according to ISO 1928 30447-3261530447-32615 2978029780

Из таблицы 4 наглядно видно, что значения физико-химических параметров для топливного брикета, полученного из сырья растительного происхождения, и для кокса сопоставимы, что свидетельствует о том, что согласно настоящему изобретению можно получать топливный брикет с необходимой теплотой сгорания. Также механическая прочность топливного брикета, определённая как разламывание на не более, чем 3 части при падении с высоты 3 м, свидетельствует о прочности топливного брикета, и возможности его применения в том числе в печах с вертикальной загрузкой.Table 4 clearly shows that the values of the physicochemical parameters for a fuel briquette obtained from raw materials of plant origin and for coke are comparable, which indicates that according to the present invention it is possible to obtain a fuel briquette with the required heat of combustion. Also, the mechanical strength of the fuel briquette, defined as breaking into no more than 3 parts when dropped from a height of 3 m, indicates the strength of the fuel briquette, and the possibility of its use, including in furnaces with vertical loading.

Для оценки изменений, произошедших с карбонизованным продуктом после отжига, проводилось изучение микроструктуры поверхности брикетированного топливного продукта после его отжига, а также микроструктуры карбонизованного продукта, полученного после пиролиза растительной биомассы.To assess the changes that occurred with the carbonized product after annealing, the microstructure of the surface of the briquetted fuel product after its annealing, as well as the microstructure of the carbonized product obtained after pyrolysis of plant biomass, were studied.

Из фиг.1-3 наглядно видно, что структура изменилась, что обусловлено тем, что смолистая фракция жидких продуктов пиролиза (более светлые участки на фиг. 1) заполнила пространство между частицами карбонизованной биомассы, что свидетельствует о хорошем перемешивании карбонизованной биомассы с пиролизной жидкостью, которое осуществлялось последовательным смешиванием карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией пиролизной жидкости с получением первой смеси, которая в свою очередь смешивалась со смолистой фракцией пиролизной жидкости с получением углеродсодержащего материала. Figures 1-3 clearly show that the structure has changed, which is due to the fact that the resinous fraction of liquid pyrolysis products (lighter areas in Fig. 1) filled the space between the particles of carbonized biomass, which indicates good mixing of the carbonized biomass with the pyrolysis liquid, which was carried out by sequentially mixing the carbonized biomass with the aqueous fraction of the pyrolysis liquid to obtain the first mixture, which in turn was mixed with the resinous fraction of the pyrolysis liquid to obtain the carbonaceous material.

Таким образом, на получение топливного брикета с необходимыми характеристиками по теплотворной способности, а также получению топливных брикетов необходимой механической прочности дополнительно оказывает влияние последовательность примешивания фракций пиролизной жидкости к карбонизованной биомассе с последующим формованием углеродсодержащего материала.Thus, obtaining a fuel briquette with the necessary characteristics in terms of calorific value, as well as obtaining fuel briquettes of the required mechanical strength, is additionally influenced by the sequence of mixing the fractions of the pyrolysis liquid to the carbonized biomass with subsequent molding of the carbon-containing material.

ПримерыExamples of

Сравнительный пример А со смолистой фракциейComparative example A with resinous fraction

К 760 г карбонизованной биомассы (из расчета на сухое вещество), полученной в результате пиролиза лузги семян подсолнечника, добавлялось 300 г смолистой фракции. Соотношение карбонизованной биомассы со смолистой фракцией составляет 2,5:1. Перемешивание осуществлялось в лопастном смесителе с частотой вращения смесителя 15 об./мин. Равномерного смешения не происходило, смолистая часть налипала на поверхность лопасти смесителя. Были предприняты попытки сформовать полученный материал/смесь на ручном прессе с расчетным усилием на штоке до 2 т в форму куба со сквозным отверстием. Однако формование полученного материала/ смеси в заданную форму не приводило к получению прочно сцепленного брикета. При выдерживании брикетов при комнатной температуре в течении 170 часов приводило к частичному обрушению ребер куба, а при дальнейшем нагревании в ряде случаев и граней куба. Полученные брикетированные формы подвергались отжигу при следующих температурных режимах: 150°С – 6 часов, 200°С – 6 часов, 250°С – 6 часов, суммарно 24 часа с учетом выхода на заданную температуру; подъем температуры до 300°С с выдерживанием при заданной температуре в течение 5 часов, подъем температуры до 500°С со скоростью 25°С/ч и выдерживание при заданной температуре в течение 3 часов; подъем температуры до 650-675°С в течение 3 часов.To 760 g of carbonized biomass (based on dry matter), obtained as a result of pyrolysis of sunflower husk, 300 g of resinous fraction was added. The ratio of carbonized biomass to resinous fraction is 2.5: 1. Mixing was carried out in a paddle mixer with a mixer rotation frequency of 15 rpm. Uniform mixing did not occur, the resinous part adhered to the surface of the mixer blade. Attempts have been made to mold the resulting material / mixture on a hand press with a design force on the rod of up to 2 tons into a cube shape with a through hole. However, molding the resulting material / mixture into a predetermined shape did not result in a tightly adhered briquette. Keeping the briquettes at room temperature for 170 hours led to a partial collapse of the cube edges, and upon further heating, in some cases, the cube edges. The resulting briquetted forms were subjected to annealing at the following temperature conditions: 150 ° C - 6 hours, 200 ° C - 6 hours, 250 ° C - 6 hours, for a total of 24 hours, taking into account reaching the set temperature; raising the temperature to 300 ° C with holding at a given temperature for 5 hours, raising the temperature to 500 ° C at a rate of 25 ° C / h and holding at a given temperature for 3 hours; rise in temperature to 650-675 ° С within 3 hours.

После отжига с целью предотвращения тления полученных форм, их помещали в герметично закрывающуюся емкость.After annealing in order to prevent smoldering of the obtained forms, they were placed in a hermetically sealed container.

Физико-химические характеристики полученного продукта: теплота сгорания 29280 кДж/кг, влажность 1,5 % мас., содержание золы 10,2 % мас., содержание летучих веществ 6,8 % мас., содержание нелетучего углерода 81,5 % мас. Испытание на холодную прочность –сбрасывание топливного брикета с высоты в 3 м – не проводилось, поскольку формования брикета в заданную форму не происходило. Physicochemical characteristics of the obtained product: heat of combustion 29280 kJ / kg, humidity 1.5% wt., Ash content 10.2% wt., Content of volatile substances 6.8% wt., Content of non-volatile carbon 81.5% wt. The cold strength test — dropping the fuel briquette from a height of 3 m — was not carried out, since the briquette was not molded into a given shape.

Сравнительный пример В с водосодержащей фракциейComparative example B with a water-containing fraction

К 500 г карбонизованной биомассы (из расчета на сухое вещество), полученной в результате пиролиза лузги семян подсолнечника, добавляют 500 г водосодержащей фракции пиролизной жидкости, полученной в результате отстаивания после пиролиза лузги семян подсолнечника. Соотношение карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией составляет 1:1. Количество водосодержащей фракции увеличено по сравнению со смолистой фракцией в сравнительном примере А ввиду содержания в водосодержащей фракции меньшего количества органических веществ в сравнении со смолистой частью, которые могли бы при нагревании привести к упрочнению брикета. Перемешивание осуществлялось в лопастном смесителе с частотой вращения смесителя 15 об./мин., налипания не происходило. Полученная смесь перемешивалась и уплотнялась в вальцовом смесителе, в котором происходит перетирание смеси между вальцами, для получения однородной смеси. Полученную пропитанную смесь формовали на ручном прессе с расчетным усилием на штоке до 2 т в форму куба со сквозным отверстием. Брикет с формой куба отжигался при следующих температурных режимах: 150°С – 6 часов, 200°С – 6 часов, 250°С – 6 часов, суммарно 24 часа с учетом выхода на заданную температуру; подъем температуры до 300°С с выдерживанием при заданной температуре в течение 5 часов, подъем температуры до 500 °С со скоростью 25°С/ч и выдерживание при заданной температуре в течение 3 часов; подъем температуры до 650-675°С в течение 3 часов.To 500 g of carbonized biomass (based on dry matter) obtained as a result of pyrolysis of sunflower husk, add 500 g of an aqueous fraction of pyrolysis liquid obtained as a result of settling after pyrolysis of sunflower husk. The ratio of the carbonized biomass to the water-containing fraction is 1: 1. The amount of the water-containing fraction is increased compared to the resinous fraction in Comparative Example A due to the content in the water-containing fraction of less organic matter in comparison with the resinous part, which could lead to strengthening of the briquette when heated. Mixing was carried out in a paddle mixer with a mixer rotation frequency of 15 rpm, no sticking occurred. The resulting mixture was mixed and compacted in a roller mixer, in which the mixture is rubbed between the rollers to obtain a homogeneous mixture. The resulting impregnated mixture was molded on a hand press with a design force on the rod up to 2 tons into a cube shape with a through hole. The briquette with the shape of a cube was annealed at the following temperature conditions: 150 ° C - 6 hours, 200 ° C - 6 hours, 250 ° C - 6 hours, 24 hours in total, taking into account the exit to the set temperature; raising the temperature to 300 ° C with holding at a given temperature for 5 hours, raising the temperature to 500 ° C at a rate of 25 ° C / h and holding at a given temperature for 3 hours; rise in temperature to 650-675 ° С within 3 hours.

Выгрузка брикетов после отжига осуществлялась в герметично закрывающуюся емкость для стабилизации.After annealing, the briquettes were unloaded into a hermetically sealed container for stabilization.

Физико-химические характеристики полученного продукта: теплота сгорания 29200 кДж/кг, влажность 4,0 % мас., содержание золы 10,1 % мас., содержание летучих веществ 5,8 % мас., содержание нелетучего углерода 80,1 % мас. При сбрасывании топливного брикета с высоты в 3 м он разламывается более, чем на 3 части, а именно на 5 крупных частей с отщеплением множества мелких кусочков. Physicochemical characteristics of the obtained product: heat of combustion 29200 kJ / kg, humidity 4.0% wt., Ash content 10.1% wt., Content of volatile substances 5.8% wt., Content of non-volatile carbon 80.1% wt. When dropping a fuel briquette from a height of 3 m, it breaks down into more than 3 parts, namely, into 5 large parts with the splitting off of many small pieces.

Пример 1 без соблюдения рецептуры брикетаExample 1 without following the briquette recipe

К 1000 г карбонизованной биомассы (из расчета на сухое вещество), полученной в результате пиролиза лузги семян подсолнечника, добавлялось 500 г водосодержащей фракции пиролизной жидкости, полученной в результате отстаивания после пиролиза лузги семян подсолнечника. Перемешивание осуществлялось в лопастном смесителе с частотой вращения смесителя 15 об./мин. К полученной первой смеси добавлялось 500 г смолистой фракции пиролизной жидкости, несмешивающейся с водой, полученной в результате отстаивания после пиролиза лузги семян подсолнечника. Соотношение карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией и смолистой фракцией составляло 1:0,5:0,5. Налипание смолистой фракции к поверхности лопасти смесителя проявлялось в меньшей степени, но сохранялось. Полученный углеродсодержащий материал перемешивался и уплотнялся в вальцовом смесителе. Ввиду сохранившегося налипания смолистой фракции к поверхности лопасти смесителя однородного перемешивания не достигалось. Полученный пропитанный углеродсодержащий материал формовали на ручном прессе с расчетным усилием на штоке до 2 т в форму куба со сквозным отверстием. Брикет с формой куба отжигался при следующих температурных режимах: 150°С – 6 часов, 200°С – 6 часов, 250°С – 6 часов, суммарно 24 часа с учетом выхода на заданную температуру; подъем температуры до 300°С с выдерживанием при заданной температуре в течение 5 часов, подъем температуры до 500 °С со скоростью 25°С/ч и выдерживание при заданной температуре в течение 3 часов; подъем температуры до 650-675°С в течение 3 часов.To 1000 g of carbonized biomass (based on dry matter) obtained as a result of pyrolysis of sunflower husks, 500 g of an aqueous fraction of pyrolysis liquid obtained as a result of settling after pyrolysis of sunflower seed husks was added. Mixing was carried out in a paddle mixer with a mixer rotation frequency of 15 rpm. To the resulting first mixture was added 500 g of a resinous fraction of a pyrolysis liquid immiscible with water, obtained as a result of settling after pyrolysis of sunflower husks. The ratio of the carbonized biomass with the water-containing fraction and the resinous fraction was 1: 0.5: 0.5. The adhesion of the resinous fraction to the surface of the mixer blade was less evident, but persisted. The resulting carbonaceous material was mixed and compacted in a roller mixer. In view of the remaining adhesion of the resinous fraction to the surface of the mixer blade, uniform mixing was not achieved. The obtained impregnated carbon-containing material was molded on a hand press with a design force on the rod up to 2 tons into a cube shape with a through hole. The briquette with the shape of a cube was annealed at the following temperature conditions: 150 ° C - 6 hours, 200 ° C - 6 hours, 250 ° C - 6 hours, 24 hours in total, taking into account the exit to the set temperature; raising the temperature to 300 ° C with holding at a given temperature for 5 hours, raising the temperature to 500 ° C at a rate of 25 ° C / h and holding at a given temperature for 3 hours; rise in temperature to 650-675 ° С within 3 hours.

Физико-химические характеристики полученного продукта: теплота сгорания 30080 кДж/кг, влажность 2,6 % мас., содержание золы 9,8 % мас., содержание летучих веществ 6,2 % мас., содержание нелетучего углерода 81,4 % мас. При сбрасывании топливного брикета с высоты в 3 м он разламывается более, чем на 3 части, а именно на 4 части, причем 3 части были более крепкими, а одна часть была с трещиной.Physicochemical characteristics of the resulting product: heat of combustion 30080 kJ / kg, moisture 2.6% wt., Ash content 9.8% wt., Volatile matter content 6.2% wt., Non-volatile carbon content 81.4% wt. When dropping a fuel briquette from a height of 3 m, it breaks into more than 3 parts, namely into 4 parts, and 3 parts were stronger, and one part was cracked.

Пример 2 – по изобретениюExample 2 - according to the invention

К 760 г карбонизованной биомассы (из расчета на сухое вещество), полученной в результате пиролиза лузги семян подсолнечника, добавляют 1000 г водосодержащей фракции пиролизной жидкости, полученной в результате отстаивания после пиролиза лузги семян подсолнечника. Перемешивание осуществлялось в лопастном смесителе с частотой вращения смесителя 15 об./мин. К полученной первой смеси добавлялось 240 г смолистой фракции пиролизной жидкости, несмешивающейся с водой, полученной в результате отстаивания после пиролиза лузги семян подсолнечника. Соотношение карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией и смолистой фракцией составляет 1:1,3:0,3. Происходило равномерное перемешивание углеродсодержащего материала. Полученный углеродсодержащий материал перемешивался и уплотнялся в вальцовом смесителе, в котором происходит перетирание углеродсодержащего материала между вальцами, в результате чего происходило перемешивание, измельчение и гомогенизация углеродсодержащего материала. Полученный пропитанный углеродсодержащий материал формовали на ручном прессе с расчетным усилием на штоке до 2 т в форму куба со сквозным отверстием. Брикет с формой куба подвергался сушке в течение 168 часов при комнатной температуре, затем отжигался при следующих температурных режимах: 150°С – 6 часов, 200°С – 6 часов, 250°С – 6 часов, суммарно 24 часа с учетом выхода на заданную температуру; подъем температуры до 300°С с выдерживанием при заданной температуре в течение 5 часов, подъем температуры до 500 °С со скоростью 25°С/ч и выдерживание при заданной температуре в течение 3 часов; подъем температуры до 650-675°С в течение 3 часов.To 760 g of carbonized biomass (based on dry matter) obtained as a result of pyrolysis of sunflower husk, add 1000 g of an aqueous fraction of pyrolysis liquid obtained as a result of settling after pyrolysis of sunflower seed husk. Mixing was carried out in a paddle mixer with a mixer rotation frequency of 15 rpm. To the resulting first mixture was added 240 g of a resinous fraction of a pyrolysis liquid immiscible with water, obtained as a result of settling after pyrolysis of sunflower husks. The ratio of carbonized biomass with water-containing fraction and resinous fraction is 1: 1.3: 0.3. There was a uniform mixing of the carbonaceous material. The resulting carbonaceous material was mixed and compacted in a roller mixer, in which the carbonaceous material was rubbed between the rollers, as a result of which mixing, crushing and homogenization of the carbonaceous material occurred. The obtained impregnated carbon-containing material was molded on a hand press with a design force on the rod up to 2 tons into a cube shape with a through hole. The briquette with the shape of a cube was dried for 168 hours at room temperature, then annealed at the following temperature conditions: 150 ° С - 6 hours, 200 ° С - 6 hours, 250 ° С - 6 hours, 24 hours in total, taking into account the exit to the set temperature; raising the temperature to 300 ° C with holding at a given temperature for 5 hours, raising the temperature to 500 ° C at a rate of 25 ° C / h and holding at a given temperature for 3 hours; rise in temperature to 650-675 ° С within 3 hours.

Физико-химические характеристики полученного продукта: теплота сгорания 30447 кДж/кг, влажность 1,6 % мас., содержание золы 10,1 % мас., содержание летучих веществ 6,0 % мас., содержание нелетучего углерода 82,3 % мас. При сбрасывании топливного брикета с высоты в 3 м он не разламывается более, чем на 3 части.Physicochemical characteristics of the obtained product: heat of combustion 30447 kJ / kg, moisture 1.6% wt., Ash content 10.1% wt., Volatile matter content 6.0% wt., Content of non-volatile carbon 82.3% wt. When dropping a fuel briquette from a height of 3 m, it does not break into more than 3 parts.

Пример 3 – по изобретениюExample 3 - according to the invention

Аналогичен примеру 1, но для получения карбонизованной биомассы и пиролизной жидкости в виде отстоявшихся водосодержащей фракции и смолистой фракции использовалась солома пшеницы. Карбонизованная биомасса бралась в количестве 800 г (из расчета на сухое вещество), водосодержащая фракция жидких продуктов пиролиза использовалась в количестве 1000 г, смолистая фракция пиролизной жидкости, полученной в результате пиролиза соломы пшеницы, использовалась в количестве 200 г. Соотношение карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией и смолистой фракцией составляло 1:1,25:0,25. Происходило однородное перемешивание углеродсодержащего материала. Брикет с формой куба подвергался сушке в течение 144 часов при комнатной температуре, затем отжигался при следующих температурных режимах: 150°С – 6 часов, 200°С – 6 часов, 250°С – 6 часов, суммарно 24 часа с учетом выхода на заданную температуру; подъем температуры до 300°С с выдерживанием при заданной температуре в течение 6 часов, подъем температуры до 500 °С со скоростью 25°С/ч и выдерживание при заданной температуре в течение 3 часов; подъем температуры до 650-675°С в течение 3,5 часов.Similar to example 1, but to obtain carbonized biomass and pyrolysis liquid in the form of a settled water-containing fraction and resinous fraction, wheat straw was used. Carbonized biomass was taken in an amount of 800 g (based on dry matter), the water-containing fraction of liquid pyrolysis products was used in an amount of 1000 g, the resinous fraction of the pyrolysis liquid obtained as a result of pyrolysis of wheat straw was used in an amount of 200 g. The ratio of carbonized biomass to the water-containing fraction and the gum fraction was 1: 1.25: 0.25. There was a homogeneous mixing of the carbonaceous material. The briquette with the shape of a cube was dried for 144 hours at room temperature, then annealed at the following temperature conditions: 150 ° С - 6 hours, 200 ° С - 6 hours, 250 ° С - 6 hours, 24 hours in total, taking into account the exit to the set temperature; raising the temperature to 300 ° C with holding at a given temperature for 6 hours, raising the temperature to 500 ° C at a rate of 25 ° C / h and holding at a given temperature for 3 hours; temperature rise to 650-675 ° C within 3.5 hours.

Физико-химические характеристики полученного продукта: теплота сгорания 32000 кДж/кг, влажность 1,5 % мас., содержание золы 10,1 % мас., содержание летучих веществ 6,0 % мас., содержание нелетучего углерода 88,4 % мас. При сбрасывании топливного брикета с высоты в 3 м он не разламывается более, чем на 3 части.Physicochemical characteristics of the obtained product: heat of combustion 32000 kJ / kg, humidity 1.5% wt., Ash content 10.1% wt., Content of volatile substances 6.0% wt., Content of non-volatile carbon 88.4% wt. When dropping a fuel briquette from a height of 3 m, it does not break into more than 3 parts.

Пример 4 – по изобретениюExample 4 according to the invention

Аналогичен примеру 1, но для получения карбонизованной биомассы и пиролизной жидкости в виде отстоявшихся водосодержащей фракции и смолистой фракции использовались опилки древесины березы. Карбонизованная биомасса бралась в количестве 840 г (из расчета на сухое вещество), водосодержащая фракция жидких продуктов пиролиза использовалась в количестве 1000 г, смолистая фракция пиролизной жидкости, использовалась в количестве 160 г. Соотношение карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией и смолистой фракцией составляло 1:1,2:0,2. Происходило однородное перемешивание углеродсодержащего материала. Брикет с формой куба подвергался сушке в течение 80 часов при комнатной температуре, затем отжигался при следующих температурных режимах: 150°С – 6 часов, 200°С – 6 часов, 250°С – 6 часов, суммарно 24 часа с учетом выхода на заданную температуру; подъем температуры до 300°С с выдерживанием при заданной температуре в течение 6 часов, подъем температуры до 500 °С со скоростью 25°С/ч и выдерживание при заданной температуре в течение 3 часов; подъем температуры до 650-675°С в течение 5 часов.Similar to example 1, but to obtain carbonized biomass and pyrolysis liquid in the form of settled water-containing fraction and resinous fraction, sawdust of birch wood was used. Carbonized biomass was taken in the amount of 840 g (based on dry matter), the water-containing fraction of liquid pyrolysis products was used in the amount of 1000 g, the resinous fraction of the pyrolysis liquid was used in the amount of 160 g. The ratio of carbonized biomass with the water-containing fraction and the resinous fraction was 1: 1 , 2: 0.2. There was a homogeneous mixing of the carbonaceous material. The briquette with the shape of a cube was dried for 80 hours at room temperature, then annealed at the following temperature conditions: 150 ° C - 6 hours, 200 ° C - 6 hours, 250 ° C - 6 hours, 24 hours in total, taking into account the exit to the set temperature; raising the temperature to 300 ° C with holding at a given temperature for 6 hours, raising the temperature to 500 ° C at a rate of 25 ° C / h and holding at a given temperature for 3 hours; temperature rise to 650-675 ° C within 5 hours.

Физико-химические характеристики полученного продукта: теплота сгорания 32115 кДж/кг, влажность 2,1 % мас., содержание золы 9,9 % мас., содержание летучих веществ 5,9 % мас., содержание нелетучего углерода 88,4 % мас. При сбрасывании топливного брикета с высоты в 3 м он не разламывается более, чем на 3 части.Physicochemical characteristics of the obtained product: heat of combustion 32115 kJ / kg, moisture 2.1% wt., Ash content 9.9% wt., Volatile matter content 5.9% wt., Content of non-volatile carbon 88.4% wt. When dropping a fuel briquette from a height of 3 m, it does not break into more than 3 parts.

Анализ данных, полученных в результате проведенных экспериментов, свидетельствует о том, что использование только смолистой фракции пиролизной жидкости не приводит к формованию смеси в брикеты ввиду невозможности равномерного распределения вязкой смолистой фракции среди частиц карбонизованной биомассы из-за ее налипания на элементы смесителя, что не позволяет получать однородно промешанную смесь. В результате часть карбонизованной биомассы остается вовсе не смешанной со смолистой фракцией, что не позволяет сформовать полученную массу в брикет необходимой формы и с заданными прочностными характеристиками.Analysis of the data obtained as a result of the experiments carried out indicates that the use of only the resinous fraction of the pyrolysis liquid does not lead to the formation of the mixture into briquettes due to the impossibility of uniform distribution of the viscous resinous fraction among the particles of carbonized biomass due to its adhesion to the mixer elements, which does not allow get a homogeneously mixed mixture. As a result, a part of the carbonized biomass remains not at all mixed with the resinous fraction, which does not allow the resulting mass to be formed into a briquette of the required shape and with the specified strength characteristics.

Использование водосодержащей фракции приводит к формованию брикета, но не позволяет получить брикет с заданными прочностыми характеристиками, что может быть обусловлено тем фактом, что вода и органические вещества, содержащиеся в водосодержащей фракции, отличаются от органической массы карбонизованной биомассы коэффициентом теплового расширения, что в результате приводит к получению брикета недостаточной прочности. The use of a water-containing fraction leads to the formation of a briquette, but does not allow obtaining a briquette with the desired strength characteristics, which may be due to the fact that water and organic substances contained in the water-containing fraction differ from the organic mass of carbonized biomass by the coefficient of thermal expansion, which results in to obtain a briquette of insufficient strength.

Наличие у брикета, включающего водосодержащую фракцию и смолистую фракцию, большей прочности может быть обусловлено тем, что смолистая фракция содержит термически устойчивые углеводородные соединения, которые способствуют связыванию частиц карбонизованной биомассы. При этом для получения гомогенизированного углеродсодержащего материала необходимо проводить первоначальное смешение карбонизованной биомассы с водосодержащей фракции с последующим добавление смолистой фракции, что способствует меньшему налипанию смолистой фракции к элементам смесителя. Для достижения наименьшего налипания смолистой фракции на элементы смесителя, и как результат исключения потерь смолистой фракции, необходимо соблюдать соотношение количества добавляемой водосодержащей фракции и смолистой фракции, которое может находиться в интервале от 4:1 до 7:1 по массе, что в результате приводит к равномерному распределению смолистой фракции между частицами карбонизованной биомассы, как это наглядно можно увидеть на фиг.1-3. Вероятно образующаяся при смешении коллоидная система из компонентов карбонизованной биомассы, водосодержащей фракции и смолистой фракции способствует тому, что углеродсодержащий материал можно равномерно перемешивать, минимизируя контакт соприкосновения вязкой смолистой фракции с элементами смесителя, и таким образом способствуя более равномерному распределению смолистой фракции между частицами карбонизованной биомассы, что приводит к получению гомогенизированного углеродсодержащего материала с последующим получением топливного брикета с необходимой теплотворной способностью.The presence of a briquette, including a water-containing fraction and a resinous fraction, of greater strength may be due to the fact that the resinous fraction contains thermally stable hydrocarbon compounds that contribute to the binding of particles of carbonized biomass. In this case, to obtain a homogenized carbon-containing material, it is necessary to carry out the initial mixing of the carbonized biomass with the water-containing fraction, followed by the addition of the resinous fraction, which contributes to less adhesion of the resinous fraction to the mixer elements. To achieve the least adhesion of the resinous fraction on the mixer elements, and as a result of eliminating the loss of the resinous fraction, it is necessary to observe the ratio of the amount of the added water-containing fraction and the resinous fraction, which can be in the range from 4: 1 to 7: 1 by weight, which as a result leads to uniform distribution of the resinous fraction between the particles of carbonized biomass, as can be clearly seen in Figs. 1-3. The colloidal system of the components of the carbonized biomass, the water-containing fraction and the resinous fraction, probably formed during mixing, contributes to the fact that the carbon-containing material can be uniformly mixed, minimizing the contact of the viscous resinous fraction with the mixer elements, and thus contributing to a more uniform distribution of the resinous fraction between the particles of the carbonized biomass which leads to the production of a homogenized carbon-containing material with the subsequent production of a fuel briquette with the required heating value.

Анализ значений теплотворной способности сравнительных примеров и примеров по изобретению свидетельствует о том, что теплотворная способность образующегося продукта приблизительно одинакова. По всей видимости сопоставимая теплотворная способность сравнительного примера А и сравнительного примера В обусловлена тем, что в первом случае вклад в теплотворную способность вносит дополнительное количество углерода, который может образоваться из смолистой фракции при отжиге брикета с подъемом температуры от 150°С до 700°С. Сохранение же значения теплотворной способности в сравнительном примере В сопоставимым со значением теплотворной способности в сравнительном примере А может быть обусловлено выделением водорода, который может вносить свой вклад в общую теплотворную способность брикета, и который может образовываться в результате взаимодействия углерода с водой, сохранившейся в порах топливного брикета, по реакции:Analysis of the calorific value of the comparative examples and the examples according to the invention shows that the calorific value of the resulting product is approximately the same. Apparently, the comparable calorific value of comparative example A and comparative example B is due to the fact that in the first case, the additional amount of carbon contributes to the calorific value, which can be formed from the resinous fraction when the briquette is annealed with a temperature rise from 150 ° C to 700 ° C. The retention of the calorific value in comparative example B comparable to the calorific value in comparative example A can be due to the release of hydrogen, which can contribute to the total calorific value of the briquette, and which can be formed as a result of the interaction of carbon with water retained in the pores of the fuel briquette, according to the reaction:

C+H₂O = H₂+COC + H ₂ O = H ₂ + CO

в условиях недостатка воды ввиду ее испарения при проведении отжига при температуре от 150°С до 700°С.under conditions of water shortage due to its evaporation during annealing at temperatures from 150 ° C to 700 ° C.

При этом сопоставимость значений нелетучего углерода во всех примерах может быть обусловлена тем, что смолистая фракция, входящая в состав брикета в сравнительном примере А и примерах 1-4 при отжиге от 150°С до 700°С дополнительно вносит вклад углерода за счет образующейся из нее коксовой части, а в случае сравнительного примера В, а также примеров 1-4, входящая в состав брикета водосодержащая фракция будет приводить к образованию паров воды, которые наряду с выделяющейся при нагреве смолой и газами разложения будут приводить к созданию облака защитной атмосферы. При этом горение выделяющихся газов и паров будет осуществляться на периферии газового облака. Тем самым, озоление частиц угля кислородом воздуха минимизируется, что обеспечивает необходимый уровень содержания углерода, за счет чего повышается теплотворная способность кокса. Кроме того, образование облака защитной атмосферы препятствует повышению зольности топлива в результате потери топливом части горючей составляющей. In this case, the comparability of the values of non-volatile carbon in all examples may be due to the fact that the resinous fraction that is part of the briquette in comparative example A and examples 1-4 during annealing from 150 ° C to 700 ° C additionally contributes to carbon due to the resulting coke part, and in the case of comparative example B, as well as examples 1-4, the water-containing fraction included in the briquette will lead to the formation of water vapor, which, along with the tar released during heating and decomposition gases, will lead to the creation of a protective atmosphere cloud. In this case, the combustion of the evolved gases and vapors will be carried out at the periphery of the gas cloud. Thus, ashing of coal particles with atmospheric oxygen is minimized, which ensures the required level of carbon content, thereby increasing the calorific value of coke. In addition, the formation of a protective atmosphere cloud prevents an increase in the ash content of the fuel as a result of the loss of a part of the combustible component by the fuel.

Следует отметить, что несколько повышенное значение показателя зольности в сравнительном примере А, может быть обусловлено тем, что не удалость достичь плотного формования брикета, и отжиг произошел в большей степени ввиду рыхлости получившейся формы, что привело к некоторому понижению углеродной составляющей, и как следствие повышению зольности.It should be noted that a slightly increased value of the ash content in comparative example A may be due to the fact that it was not possible to achieve dense molding of the briquette, and the annealing occurred to a greater extent due to the looseness of the resulting shape, which led to a slight decrease in the carbon component, and, as a consequence, an increase in ash content.

Таким образом, смешивание карбонизованной биомассы с водосодержащей фракцией пиролизной жидкости и смолистой фракцией пиролизной жидкости, несмешивающейся с водосодержащей фракцией, при специально определенном соотношении водосодержащей и смолистой фракций пиролизной жидкости, обеспечивающем получение однородно перемешанного углеродсодержащего материала, с последующим формованием и отжигом позволяет получать прочный топливный брикет с необходимой теплотворной способностью, что позволяет применять топливный брикет в топливных, плавильных печах для плавки и/или восстановления минерального сырья. При этом, получение топливного брикета может осуществляться экологичным и экономически выгодным способом ввиду использования побочных продуктов пиролиза и отсутствия необходимости утилизации отходов.Thus, mixing the carbonized biomass with the water-containing fraction of the pyrolysis liquid and the resinous fraction of the pyrolysis liquid immiscible with the water-containing fraction, at a specially determined ratio of the water-containing and resinous fractions of the pyrolysis liquid, which ensures the production of a uniformly mixed carbon-containing material, with subsequent molding and annealing. with the required calorific value, which allows the use of a fuel briquette in fuel, smelting furnaces for melting and / or recovery of mineral raw materials. At the same time, obtaining a fuel briquette can be carried out in an environmentally friendly and cost-effective way due to the use of pyrolysis by-products and the absence of the need for waste disposal.

Оценка горячей прочности топливного брикетаEstimation of the hot strength of a fuel briquette

Из топливного брикета, полученного по Примеру 2, выпиливанием получали прямоугольные образцы размером 100х40х30 мм. Затем измеряли силу разрушения выпиленных образцов при сжатии при температурах 600ºС и 800ºС при выдерживании в течение 60 минут.From the fuel briquette obtained according to Example 2, rectangular samples with dimensions of 100x40x30 mm were cut by sawing. Then, the fracture force of the sawn-off specimens was measured in compression at temperatures of 600 ° C and 800 ° C with holding for 60 minutes.

Получали топливный брикет по Примеру 2 с добавлением крошки каменноугольного кокса к карбонизованной биомассе до смешения с водосодержащей фракцией пиролизной жидкости. Из полученного топливного брикета выпиливанием получали прямоугольные образцы размером 100х40х30 мм. Затем измеряли силу разрушения выпиленных образцов при сжатии при температурах 600ºС и 800ºС при выдерживании в течение 60 минут.Received a fuel briquette according to Example 2 with the addition of crumbs of coal coke to the carbonized biomass before mixing with the aqueous fraction of the pyrolysis liquid. From the obtained fuel briquette, rectangular samples of 100x40x30 mm in size were obtained by sawing out. Then, the fracture force of the sawn-off specimens was measured in compression at temperatures of 600 ° C and 800 ° C with holding for 60 minutes.

Таблица 5Table 5

№No. Тип образцаSample type Сила разрушения при сжатии, кНCompression fracture force, kN 600^оС600 ^o C 800^оС800 ^o C 11 Пример 2 Example 2 15fifteen 13thirteen 22 Пример 2 и 5% масс. крошки каменноугольного коксаExample 2 and 5% of the mass. coal coke crumbs 16sixteen 14fourteen 33 Пример 2 и 10% масс. крошки каменноугольного коксаExample 2 and 10% of the mass. coal coke crumbs 18eighteen 16sixteen 44 Пример 2 и 15% масс. крошки каменноугольного коксаExample 2 and 15% of the mass. coal coke crumbs 2020 18eighteen

Анализ данных, полученных в результате проведенных экспериментов, свидетельствует о том, что топливный брикет по настоящему изобретению обладает достаточной горячей прочностью для его применения в топливных/плавильных печах (например, вагранке). Также, исходя из полученных данных можно сделать вывод относительно того, что добавление к карбонизованной биомассе крошки каменноугольного кокса позволяет улучшить горячую прочность топливного брикета.Analysis of the data obtained as a result of the experiments carried out indicates that the fuel briquette of the present invention has sufficient hot strength for its use in fuel / smelting furnaces (eg cupola). Also, based on the data obtained, it can be concluded that the addition of coal coke crumb to the carbonized biomass improves the hot strength of the fuel briquette.

Сравнительный пример получения минеральной ваты с использованием каменноугольного коксаComparative example of obtaining mineral wool using coal coke

В вагранку загружали 203 кг каменноугольного кокса, 1500 кг минерального сырья (базальт, доломит). В ходе процесса сырье перемещается по высоте печи до зоны горения, в которую через фурмы подается обогащенный кислородом воздух. Под действием тепла образуется расплав каменного материала, который далее используется для получения каменной ваты.The cupola was loaded with 203 kg of coal coke, 1500 kg of mineral raw materials (basalt, dolomite). During the process, the raw material moves along the height of the furnace to the combustion zone, into which oxygen-enriched air is fed through the tuyeres. Under the influence of heat, a melt of stone material is formed, which is then used to obtain stone wool.

Было определено, что температура расплава составляет 1401-1417°С, условная вязкость расплава – 18-21см.It was determined that the temperature of the melt is 1401-1417 ° C, the relative viscosity of the melt is 18-21 cm.

Пример получения минеральной ваты с применением брикета по изобретениюAn example of producing mineral wool using a briquette according to the invention

В вагранку загружали 158 кг каменноугольного кокса, 50 кг топливного брикета из биомассы растительного происхождения 1500 кг минерального сырья (базальт, доломит). Сырье перемещается по высоте печи до зоны горения, в которую через фурмы подается обогащенный кислородом воздух. Под действием тепла образуется расплав каменного материала, который далее используется для получения каменной ваты.The cupola was loaded with 158 kg of coal coke, 50 kg of a fuel briquette from biomass of plant origin, 1500 kg of mineral raw materials (basalt, dolomite). The raw material moves along the height of the furnace to the combustion zone, into which oxygen-enriched air is fed through the tuyeres. Under the influence of heat, a melt of stone material is formed, which is then used to obtain stone wool.

Было определено, что температура расплава составляет 1363-1392°С, условная вязкость расплава – 18см.It was determined that the temperature of the melt is 1363-1392 ° C, the relative viscosity of the melt is 18 cm.

Определение условной вязкости осуществлялось следующим образом: отбиралась проба расплава в вискозиметр, которая заливается в трубку, после застывания измеряли расстояние, на которое растекалась проба. Условная вязкость определялась в сантиметрах.Determination of the relative viscosity was carried out as follows: a sample of the melt was taken into a viscometer, which was poured into the tube, after solidification, the distance over which the sample spread was measured. The relative viscosity was determined in centimeters.

Факт того, что температура расплава, полученного из каменного материала с применением топливного брикета по изобретению, соизмерима с температурой расплава каменного материала, полученного при применении каменноугольного кокса, свидетельствует о том, что горячая прочность топливного брикета является приемлемой для использования в вагранке. The fact that the temperature of the melt obtained from the stone material using the fuel briquette according to the invention is comparable to the melting temperature of the stone material obtained using the coal coke indicates that the hot strength of the fuel briquette is acceptable for use in the cupola.

Такого эффекта можно достичь только в случае поступления топливного брикета в зону горения без разрушения, где топливный брикет сможет отдать свою тепловую энергию каменному материалу в достаточной степени для плавления последнего. This effect can be achieved only if the fuel briquette enters the combustion zone without destruction, where the fuel briquette can give its thermal energy to the stone material sufficiently to melt the latter.

Claims

1. Carbon-containing material for obtaining a fuel briquette, including:

- carbonized biomass of plant origin;

- binder, including:

i) a hydrous fraction of the pyrolysis liquid obtained by separating the pyrolysis liquid by settling, the pyrolysis liquid being formed by pyrolysis of biomass of plant origin; and

ii) a resinous fraction of a pyrolysis liquid obtained by separating the pyrolysis liquid by settling, the pyrolysis liquid being formed by pyrolysis of biomass of plant origin,

wherein the resinous fraction is immiscible with the water-containing fraction,

moreover, the amount of the water-containing fraction in relation to the amount of the resinous fraction is from 4.16: 1 to 6.25: 1 by weight.

2. The material according to claim 1, wherein the carbonaceous material is obtained by mixing the carbonized biomass with an aqueous fraction of the pyrolysis liquid to obtain a first mixture, followed by mixing the resulting first mixture with a resinous fraction of the pyrolysis liquid.

3. The material according to claim 1 or 2, in which the content of the carbonized biomass is 38-42% by weight, the content of the resinous fraction of the pyrolysis liquid is 8-12% of the mass. and the content of the water-containing fraction of the pyrolysis liquid is 50% of the mass.

4. Material according to any one of claims 1 to 3, in which the resinous and water-containing fractions contain carbon-containing organic compounds formed during the pyrolysis of biomass of plant origin.

5. Material according to any one of claims 1 to 4, in which the content of carbon-containing organic compounds formed during the pyrolysis of carbonized biomass in the resinous fraction is greater than in the water-containing fraction.

6. Material according to any one of claims 1 to 5, in which the water-containing fraction and the resinous fraction of the pyrolysis liquid are obtained by separating the pyrolysis liquid by settling the pyrolysis liquid.

7. Material according to claim 1, wherein the ratio of the amount of the hydrous fraction of the pyrolysis liquid to the amount of carbonized biomass is from 1.2: 1 to 1.3: 1 by weight.

8. Material according to claim 1, wherein the ratio of the resinous fraction of the pyrolysis liquid to the amount of carbonized biomass is from 0.19: 1 to 0.31: 1 by weight.

9. The material of claim 1, wherein the material is in the shape of a cube with an opening in its central portion.

10. The material according to claim 1, in which the carbonized biomass comprises particles of carbonized biomass, and the aqueous fraction of the pyrolysis liquid is made with the possibility of homogeneous mixing with particles of the carbonized biomass, and wherein the resinous fraction of the pyrolysis liquid is made with the possibility of homogeneous mixing with the mixture of the aqueous fraction of the pyrolysis liquid, and particles of carbonized biomass.

11. A material according to claim 1, wherein the carbonized biomass comprises 5-15 wt%, preferably 5-10 wt%, of coke chips based on the total weight of carbonized biomass and coke chips.

12. Fuel briquette for use in fuel furnaces obtained by molding and annealing a carbonaceous material according to any one of claims 1-8.

13. A briquette according to claim 12, which is additionally dried before annealing at room temperature for 72 to 170 hours.

14. A briquette according to claim 12, which is formed into a cube by pressing.

15. A briquette according to claim 12, wherein the briquette is annealed at a temperature in the range 150-900 ° C, preferably 150-700 ° C.