RU2749721C1

RU2749721C1 - Method for producing fuel briquettes

Info

Publication number: RU2749721C1
Application number: RU2020126709A
Authority: RU
Inventors: Любовь Константиновна Алтунина; Владимир Николаевич Манжай; Мария Сергеевна Фуфаева; Сергей Николаевич Кульков; Алесь Сергеевич Буяков
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2021-06-16

Abstract

FIELD: fuel production.SUBSTANCE: method for producing a solid fuel briquette from coal by treating small particles with a binder containing a solution of polyvinyl alcohol includes following steps: small coal particles are impregnated with a 10% aqueous solution of polyvinyl alcohol, briquetting is carried out under a pressure of 100-150 MPa, then the briquette is frozen at a temperature of minus 20ºC for 20 hours, then it is defrosted at room temperature and dried to a constant mass, in which the content of coal particles is 99-99.5% wt., polyvinyl alcohol is 0.5-1% wt.EFFECT: increase in the environmental friendliness of the fuel due to the absence of waste oil products and reduction of the amount of binder while maintaining the mechanical strength and calorific value of the briquettes.1 cl, 1 tbl, 8 ex

Description

Изобретение относится к угледобывающей промышленности, а именно к технологии брикетирования мелкодисперсного угля, с целью получения образцов твердого топлива, которое может быть использовано для коммунально-бытовых нужд, а также в промышленности.The invention relates to the coal mining industry, namely to the technology of briquetting fine coal, in order to obtain samples of solid fuel, which can be used for household needs, as well as in industry.

Известен способ получения топливных брикетов на основе угольного шлама, цемента и извести (патент РФ 2006500, МКИ 5 C10L 5/00, 5/02, опубл. 30.01.1994 г., бюл. 2). Недостатком известного технического решения является использование в качестве связующих веществ неорганических продуктов целевого назначения. Использование таких связующих приводит не только к удорожанию брикета, но также к повышению зольности продукции после ее сгорания. Технология изготовления брикетов достаточно сложна, поскольку для обеспечения необходимых характеристик брикета требуется воздействие на смесь еще и переменного электрического поля.A known method of producing fuel briquettes based on coal sludge, cement and lime (RF patent 2006500, MKI 5 C10L 5/00, 5/02, publ. 30.01.1994, bull. 2). The disadvantage of the known technical solution is the use of inorganic target products as binders. The use of such binders leads not only to an increase in the cost of the briquette, but also to an increase in the ash content of the product after combustion. The technology for making briquettes is rather complicated, since to ensure the necessary characteristics of the briquette, an alternating electric field is also required to influence the mixture.

Известен способ изготовления топливных брикетов (патент РФ 2396306 опубл. 10.08.2010 бюл. №22), где в качестве связующего выбрана меласса - побочный продукт сахарно-свекловичного производства и компонент, содержащий известь. Недостатком этого способа является содержание большого количества солей кальция в золе, а также способность брикетов к влагопоглощению. Недостатком способа изготовления брикета является технологическая сложность, обусловленная необходимостью приготовления двухкомпонентного связующего в определенном соотношении.A known method of manufacturing fuel briquettes (RF patent 2396306 publ. 08/10/2010 bul. No. 22), where as a binder selected molasses - a by-product of sugar beet production and a component containing lime. The disadvantage of this method is the content of a large amount of calcium salts in the ash, as well as the ability of briquettes to absorb moisture. The disadvantage of the briquette manufacturing method is the technological complexity due to the need to prepare a two-component binder in a certain ratio.

Известны способы получения топливных брикетов (патент РФ 2181752, МПК C10L 5/10, 5/14, 5/20, 5,28, опубл. 27.04.2002), (патент РФ 2074236, МПК C10L 5/14, 5/44, опубл. 27.02.1997), где в качестве связующего применяют лигнин или лигносульфонат, который повышает в брикетах содержание сернистых соединений, что недопустимо для большинства промышленных и бытовых потребителей. Брикетирование проводят при высоких температурах, что усложняет технологию изготовления топливных брикетов и увеличивает затраты на их производство, а, в конечном итоге, приводит к удорожанию готовой продукции.Known methods for producing fuel briquettes (RF patent 2181752, IPC C10L 5/10, 5/14, 5/20, 5.28, publ. 04/27/2002), (RF patent 2074236, IPC C10L 5/14, 5/44, publ. 27.02.1997), where lignin or lignosulfonate is used as a binder, which increases the content of sulfur compounds in briquettes, which is unacceptable for most industrial and domestic consumers. Briquetting is carried out at high temperatures, which complicates the technology of manufacturing fuel briquettes and increases the cost of their production, and, ultimately, leads to an increase in the cost of finished products.

В работе (патент РФ 296794, МПК 51 C10L 5/14, опубл. 10.04.2007, бюл. №10), где в качестве связующего применяют отходы полиэтилена, который добавляют в количестве 7% от сухой массы угля. После чего смесь нагревается по температуры 130°С и прессуется при давлении 98 МПа. Недостатком способа является то, что брикетирование проводят при высоких температурах, это ухудшает экономические показатели процесса изготовления брикетов и увеличивает их стоимость.In the work (RF patent 296794, IPC 51 C10L 5/14, publ. 10.04.2007, bul. No. 10), where polyethylene waste is used as a binder, which is added in an amount of 7% of the dry mass of coal. Then the mixture is heated at a temperature of 130 ° C and pressed at a pressure of 98 MPa. The disadvantage of this method is that the briquetting is carried out at high temperatures, this worsens the economic performance of the process of manufacturing briquettes and increases their cost.

Наиболее близким способом получения топливных брикетов является (патент РФ 2467058, МПК C10L 5/10, опубл. 20.11.2012 бюл. №32), содержащий следующие компоненты в (мас. %) поливиниловый спирт (ПВС) 5-10; уголь или кокс 30-70; минеральное масло 3-7; остальное вода. Способ получения заключается в следующем: в водный раствор поливинилового спирта добавляют углеродсодержащие частицы (кокс, угль) предварительно пропитанные отработанными нефтепродуктами, перемешивают и проводят цикл замораживания - размораживания. Далее сушат при комнатной температуре и получают криоструктурированный топливный брикет.The closest way to obtain fuel briquettes is (RF patent 2467058, IPC C10L 5/10, publ. 20.11.2012 bul. No. 32), containing the following components in (wt.%) Polyvinyl alcohol (PVA) 5-10; coal or coke 30-70; mineral oil 3-7; the rest is water. The method of obtaining is as follows: carbon-containing particles (coke, coal) pre-impregnated with waste oil products are added to an aqueous solution of polyvinyl alcohol, mixed and a freeze-thaw cycle is carried out. Then it is dried at room temperature and a cryostructured fuel briquette is obtained.

Недостатком данного способа является высокий процент расхода связующего, что ухудшает экономические показатели процесса изготовления и увеличивает стоимость брикетов.The disadvantage of this method is a high percentage of binder consumption, which worsens the economic performance of the manufacturing process and increases the cost of briquettes.

Задачей изобретения является создание способа получения экологически безопасных и прочных топливных брикетов, имеющих энергетический потенциал, с использованием мелкодисперсных отходов угля при минимальных количествах связующего.The objective of the invention is to provide a method for producing environmentally friendly and durable fuel briquettes with energy potential using fine coal waste with minimal amounts of binder.

Технический результат изобретения достигается повышением экологичности топлива за счет отсутствия отходов нефтепродуктов и уменьшением количества связующего при сохранении механической прочности и теплотворной способности брикетов.The technical result of the invention is achieved by increasing the environmental friendliness of the fuel due to the absence of waste oil products and reducing the amount of binder while maintaining the mechanical strength and calorific value of briquettes.

Состав высушенного брикета содержит ПВС и уголь при следующих соотношениях, мас. %:The composition of the dried briquette contains PVA and coal at the following ratios, wt. %:

Поливиниловый спирт - 0,5-1Polyvinyl alcohol - 0.5-1

Частицы угля - 99-99,5Coal particles - 99-99.5

Формование брикетов проводят при давлении 100-150 МПа.Forming of briquettes is carried out at a pressure of 100-150 MPa.

Способ приготовления: мелкодисперсные частицы угля, размер которых не превышает 5 мм, пропитывают водным раствором поливинилового спирта, тщательно перемешивают и при помощи пресса подвергают давлению не менее 100 МПа (при давлении 50 МПа получаются хрупкие брикеты, при хранении крошатся, а при давлении 2000 МПа в брикетах образуются микротрещины, что приводит к потери прочности). Далее часть брикетов сушат при температуре 50°С до постоянной массы (полного испарения воды). Другую часть сформированных сырых брикетов замораживают при отрицательной температуре (ниже 0°С) и затем размораживают при положительной температуре (выше 0°С). После цикла криогенного воздействия водный раствор ПВС из вязкотякучего состояния переходит в упругое тело (криогель). После криоструктурирования брикеты тоже сушат при положительной температуре.Method of preparation: finely dispersed coal particles, the size of which does not exceed 5 mm, are impregnated with an aqueous solution of polyvinyl alcohol, mixed thoroughly and subjected to a pressure of at least 100 MPa using a press (at a pressure of 50 MPa, brittle briquettes are obtained, crumble during storage, and at a pressure of 2000 MPa microcracks are formed in briquettes, which leads to a loss of strength). Then part of the briquettes is dried at a temperature of 50 ° C to constant weight (complete evaporation of water). Another part of the formed green briquettes is frozen at a negative temperature (below 0 ° C) and then thawed at a positive temperature (above 0 ° C). After a cycle of cryogenic exposure, an aqueous solution of PVA from a viscous state passes into an elastic body (cryogel). After cryostructuring, the briquettes are also dried at a positive temperature.

Испытание брикетов на сжатие проводили по ГОСТ 8462-85. Термический анализ выполнен на термоанализаторе STA 449С Jupiter.Compression testing of briquettes was carried out in accordance with GOST 8462-85. Thermal analysis was performed on an STA 449C Jupiter thermal analyzer.

Пример 1, 2. Берут 10 г угля и пропитывают 0,5 г 10% водного раствора ПВС. Полученную массу переносят в ячейку и подвергают прессованию при комнатной температуре (20±5°С): в первом случае прессование проводят при давлении брикетирования 100±10 МПа, во втором при 150±10 МПа. Далее сформированный брикет сушат при температуре 50°С до постоянной массы (полного испарения воды). Получают топливный брикет и определяют его механические и теплофизические свойства. Результаты приведены в таблице (строка 1).Example 1, 2. Take 10 g of coal and impregnate with 0.5 g of a 10% aqueous solution of PVA. The resulting mass is transferred into a cell and subjected to pressing at room temperature (20 ± 5 ° C): in the first case, pressing is carried out at a briquetting pressure of 100 ± 10 MPa, in the second at 150 ± 10 MPa. Next, the formed briquette is dried at a temperature of 50 ° C to constant weight (complete evaporation of water). A fuel briquette is obtained and its mechanical and thermophysical properties are determined. The results are shown in the table (row 1).

Пример 3, 4. Берут 10 г угля и пропитывают 0,5 г 10% водного раствора ПВС, затем полученную массу переносят в ячейку и подвергают прессованию при комнатной температуре (20±5°С): в одном случае прессование проводят при давлении брикетирования 100±10 МПа, в другом 150±10 МПа. Далее спрессованный брикет замораживают при температуре минус 20°С в течение 20 часов, затем размораживают 4 часа при комнатной температуре плюс 20°С, при этом раствор ПВС превращается в криогель, наполненный частицами угля. Полученный спрессованный брикет сушат при температуре плюс 50°С до постоянной массы (полного испарения воды). Получают топливный брикет и определяют его механические и теплофизические свойства. Результаты приведены в таблице (строка 2).Example 3, 4. Take 10 g of coal and impregnate with 0.5 g of a 10% aqueous solution of PVA, then the resulting mass is transferred into a cell and subjected to pressing at room temperature (20 ± 5 ° C): in one case, pressing is carried out at a briquetting pressure of 100 ± 10 MPa, in the other 150 ± 10 MPa. Next, the compressed briquette is frozen at a temperature of minus 20 ° C for 20 hours, then thawed for 4 hours at room temperature plus 20 ° C, while the PVA solution turns into a cryogel filled with coal particles. The resulting pressed briquette is dried at a temperature of plus 50 ° C to constant weight (complete evaporation of water). A fuel briquette is obtained and its mechanical and thermophysical properties are determined. The results are shown in the table (row 2).

Пример 5, 6. Берут 10 г угля и пропитывают 1 г 10% водного раствора ПВС, затем полученную массу переносят в ячейку и подвергают прессованию при комнатной температуре (20±5°С): в одном случае прессование проводят при давлении брикетирования 100±10 МПа, в другом 150±10 МПа. Далее сформированный брикет сушат при температуре 50°С до постоянной массы (полного испарения воды). Получают топливный брикет и определяют его механические и теплофизические свойства. Результаты приведены в таблице (строка 3).Example 5, 6. Take 10 g of coal and impregnate with 1 g of a 10% aqueous solution of PVA, then the resulting mass is transferred into a cell and subjected to pressing at room temperature (20 ± 5 ° C): in one case, pressing is carried out at a briquetting pressure of 100 ± 10 MPa, in the other 150 ± 10 MPa. Next, the formed briquette is dried at a temperature of 50 ° C to constant weight (complete evaporation of water). A fuel briquette is obtained and its mechanical and thermophysical properties are determined. The results are shown in the table (row 3).

Пример 7, 8. Берут 10 г угля и пропитывают 1 г 10% водного раствора ПВС, затем полученную массу переносят в матрицу и подвергают прессованию при комнатной температуре (20±5°С): в одном случае прессование проводили при давлении брикетирования 100±10 МПа, в другом 150±10 МПа. Далее спрессованный брикет замораживают при температуре минус 20°С в течение 20 часов, затем размораживают 4 часа при комнатной температуре плюс 20°С. Далее спрессованный криогель, наполненный частицами угля, сушат при температуре плюс 50°С до постоянной массы (полного испарения воды). Получают топливный брикет и определяют его механические и теплофизические свойства. Результаты приведены в таблице (строка 4).Example 7, 8. Take 10 g of coal and impregnate with 1 g of 10% aqueous solution of PVA, then the resulting mass is transferred into a matrix and subjected to pressing at room temperature (20 ± 5 ° C): in one case, pressing was carried out at a briquetting pressure of 100 ± 10 MPa, in the other 150 ± 10 MPa. Next, the pressed briquette is frozen at a temperature of minus 20 ° C for 20 hours, then thawed for 4 hours at room temperature plus 20 ° C. Next, the compressed cryogel filled with coal particles is dried at a temperature of plus 50 ° C until constant weight (complete evaporation of water). A fuel briquette is obtained and its mechanical and thermophysical properties are determined. The results are shown in the table (row 4).

Таким образом, предложенный способ позволяет формировать прочные брикеты из мелкодисперсных отходов угля при минимальном количестве связующего. Полученные топливные брикеты хорошо горят, выделяя при этом большое количество тепла, поэтому могут использоваться в качестве горючего вещества для бытовых и производственных целей.Thus, the proposed method allows the formation of strong briquettes from fine coal waste with a minimum amount of binder. The resulting fuel briquettes burn well, while emitting a large amount of heat, therefore they can be used as a combustible substance for domestic and industrial purposes.

Claims

A method of obtaining a solid fuel briquette from coal by treating small particles with a binder containing a solution of polyvinyl alcohol, characterized in that small particles of coal are impregnated with a 10% aqueous solution of polyvinyl alcohol, briquetting is carried out under a pressure of 100-150 MPa, then the briquette is frozen at a temperature of minus 20 ° C for 20 hours, then thawed at room temperature and dried to constant weight, in which the content of coal particles is 99-99.5% by weight, polyvinyl alcohol - 0.5-1% by weight.