RU2765867C1 - Способ получения пеносиликата - Google Patents
Способ получения пеносиликата Download PDFInfo
- Publication number
- RU2765867C1 RU2765867C1 RU2020134275A RU2020134275A RU2765867C1 RU 2765867 C1 RU2765867 C1 RU 2765867C1 RU 2020134275 A RU2020134275 A RU 2020134275A RU 2020134275 A RU2020134275 A RU 2020134275A RU 2765867 C1 RU2765867 C1 RU 2765867C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- zone
- air
- charge
- oxygen blast
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000006260 foam Substances 0.000 title claims abstract description 15
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 29
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 10
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000003238 silicate melt Substances 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 abstract 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 24
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 16
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 15
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 14
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 10
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 8
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- ZWWCURLKEXEFQT-UHFFFAOYSA-N dinitrogen pentaoxide Chemical compound [O-][N+](=O)O[N+]([O-])=O ZWWCURLKEXEFQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- RAVHMNAJSFOUCU-UHFFFAOYSA-N O=[O+][O-].[C] Chemical compound O=[O+][O-].[C] RAVHMNAJSFOUCU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UXZIRSMFCCFAFR-UHFFFAOYSA-N O=[O+][O-].[Ca] Chemical compound O=[O+][O-].[Ca] UXZIRSMFCCFAFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QWOKWEGKCOQJCF-UHFFFAOYSA-N O=[O+][O-].[Si] Chemical compound O=[O+][O-].[Si] QWOKWEGKCOQJCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005263 ab initio calculation Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- -1 carbon disulfide, nitrogen oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- OZVKTAMHEGXLBG-UHFFFAOYSA-N iron ozone Chemical compound O=[O+][O-].[Fe] OZVKTAMHEGXLBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005511 kinetic theory Methods 0.000 description 1
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
- 239000010878 waste rock Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B5/00—Treatment of metallurgical slag ; Artificial stone from molten metallurgical slag
- C04B5/06—Ingredients, other than water, added to the molten slag or to the granulating medium or before remelting; Treatment with gases or gas generating compounds, e.g. to obtain porous slag
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам переработки золошлаковых отходов с получением пеносиликатов, используемых в строительной отрасли в качестве негорючего звуко- и теплоизоляционного заполнителя, фильтрующего материала. Способ получения пеносиликатов включает загрузку угля с шихтой в печь, плавление шихты в восстановительной среде с предварительным доведением содержания SiO2/CaO в исходной шихте до массового отношения, равного интервалу 1-2, в барботируемом шлаковом расплаве в печи Ванюкова, имеющей двухзонную конструкцию, с разделением процесса на зону получения расплава и зону глубокого восстановительного плавления золошлаковых отходов, которая создается за счет дополнительного обогащения углем и подачей воздушно-кислородного дутья в нижние слои расплава с последующим охлаждением силикатного расплава в режиме термоудара сливом в воду, при этом в воздушно-кислородное дутье, подающееся в расплав и в надрасплавную зону добавляют вещество озон 0,1-0,4 г/м3 от объема дутья, причем в расплав озон подают в канал, образованный струей воздушно-кислородного дутья в расплаве, а дополнительное обогащение выполняют сажистыми углями. Изобретение развито в зависимом пункте формулы изобретения. Технический результат – создание комплексной экологически безопасной и энергоэффективной технологии получения пеносиликатов, утилизация отходов. 1 з.п. ф-лы.
Description
Предлагаемое изобретение относится к переработке промышленных отходов, золошлаковых отходов (ЗШО) от сжигания бурых углей с получением пеносиликата, используемом в строительной отрасли в качестве негорючего звуко- и теплоизоляционного заполнителя; фильтрующего материала с сорбционной способностью по отношению к вредным выбросам (соединениям фтора, мышьяка, сероводорода, сероуглерода, окислам азота); аморфного исходного сырья, стабильного состава, перспективного для получения конструкционной и теплоизоляционной керамики, практически не содержащей вредных примесей.
Известен способ сжигания топлива в расплаве (аналог) с получением шлака заданного состава (RU 2359169 С1, F23B 90/00 (2006.01), опубл. 20.06.2009, Бюл. №17) путем барботирования кислородсодержащего газа через ванну силикатного расплава и подачу топлива сверху на расплав, при этом барботирование шлакового расплава осуществляется с интенсивностью 1000-2700 нм3/ч на 1 м3 расплава надфурменной и подфурменной зоны, вместе с твердым топливом подают золошлаковые отходы, глину и известняк с получением гомогенного шлакового расплава, при этом окислитель в расплав подают в объеме 85-95% от стехиометрического необходимого количества кислорода на сжигание углерода золошлаковых отходов и топлива в расплаве.
Недостатком данного способа является то, что в качестве окислителя используется кислород воздуха для проведения окислительно-восстановительных реакций, при этом необходим значительный его объем для интенсификации процессов, что приводит к значительному объему отходящих газов, которые также необходимо обезвреживать дожиганием путем подачи воздушно кислородного дутья в над фурменное пространство, а использование рядовых (энергетических) углей удорожает процесс.
Известен способ (прототип) получения пеносиликата (RU 2524585 C1, С04В 38/00 (2006.01), С04В 5/06 (2006.01), опубл. 27.07.2014, Бюл. №21), включающий плавление шихты в восстановительной среде с предварительным доведением содержания оксида кремния и кальция в исходной шихте до массового отношения SiO2/CaO, равного интервалу 1-2, последующим охлаждением силикатного расплава в режиме термоудара путем слива в воду, при этом шихту на основе золошлаковых отходов подвергают плавке в барботируемом шлаковом расплаве в печи Ванюкова, имеющей двухзонную конструкцию, с разделением процесса на зону получения расплава и зону глубокого восстановительного плавления золошлаковых отходов, которая создается за счет дополнительного обогащения углем и подачей воздушно-кислородного дутья в нижние слои расплава, при этом слив металлической и силикатной составляющих расплава осуществляют раздельно.
Недостатком данного способа является то, что в качестве окислителя используется воздушно-кислородное дутье с содержанием кислорода в первой зоне печи 40-96% для интенсификации окислительно-восстановительных реакций, при этом необходим значительный его объем и оборудование для получения кислорода, также выделение значительно количества оксида углерода в виде газа из расплава и необходимость его дожигания до диоксида углерода, приводит к значительному расходу угольного сырья для создания зоны глубокого восстановительного плавления и воздушно кислородного дутья необходимого для сжигания дополнительного угольного сырья, для этого также используется рядовой (энергетический) уголь, что в совокупности повышает стоимость конечного продукта.
Задачей изобретения является создание комплексной экологически безопасной и энергоэффективной технологии получения пеносиликатов за счет интенсификации процессов окисления материалов шихты и углерода, сжигания оксидов углерода и снижение затрат на энергоносители.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения пеносиликата, включающий загрузку угля с шихтой в печь, плавление шихты в восстановительной среде с предварительным доведением содержания SiO2/CaO в исходной шихте до массового отношения, равного интервалу 1-2, в барботируемом шлаковом расплаве, в печи Ванюкова, имеющей двухзонную конструкцию, с разделением процесса на зону получения расплава и зону глубокого восстановительного плавления золошлаковых отходов, которая создается за счет дополнительного обогащения углем и подачей воздушно-кислородного дутья в нижние слои расплава с последующим охлаждением силикатного расплава в режиме термоудара сливом в воду, согласно изобретения в воздушно-кислородное дутье подающееся в расплав и в надрасплавную зону добавляют вещество озон 0,2-0,4 г/м3 от объема дутья, причем в расплав озон подают в канал, образованный струей воздушно-кислородного дутья в расплаве, а дополнительное обогащение выполняют сажистыми углями. Также в уголь, загружаемый с шихтой в печь и в сажистые угли, для дополнительного обогащения вносят углеродный наноматериал Таунит в объеме 0,001-0,02% от объема загружаемого угля, который добавляют и в воздушно-кислородное дутье, подающееся в надрасплавную зону и распыляют в непосредственной близости к поверхности расплава, в объеме 0,001-0,02% от объема дутья в надрасплавную зону.
Технический результат, создание комплексной экологически безопасной и энергоэффективной технологии получения пеносиликатов может быть получен за счет снижение потенциального барьера химических реакции взаимодействия исходных веществ, путем использования активированного окислителя - молекулярного кислорода воздуха и интенсификации окислительно-восстановительных процессов как в расплаве шихты, так и в процессах сжигания углерода, его оксидов в расплаве и надрасплавной зоне, а также снижение затрат на энергоносители путем снижения объемов дутья за счет добавок озона в воздушно-кислородное дутье, добавок углеродного наноматериала Таунит в уголь, загружаемый с шихтой в печь и в сажистые угли, а также в воздушно - кислородное дутье, при этом сажистые угли используют для дополнительного обогащения.
Способ осуществляется следующим образом.
Рядовой уголь и шихту на основе золошлаковых отходов загружают в печь. Интенсификацию тепловых и технологических процессов осуществляют с помощью воздушно - кислородного дутья, добавлением озона и добавок углеродного наноматериала Таунит.
Интенсивность дутья - 1000 и более нм3/час на м2 горизонтального сечения печи в фурменной зоне, коэффициент избытка кислорода α=0,5; содержание кислорода в дутье от 21% до 40%; концентрация озона в воздушно - кислородном дутье 0,2-0,4 г/м3.
Воздушно-кислородное дутье содержащее озон подают как в расплав, так и надрасплавную зону, причем в расплав озон подается в канал образованный воздушно кислородным дутьем, также выполняют внесение углеродного наноматериала Таунит в объеме 0,001-0,02% от объема загружаемого угля с шихтой в печь и в сажистые угли для дополнительного обогащения, при этом наноматериал Таунит добавляют и воздушно-кислородное дутье, подающееся в надрасплавную зону и распыляют его в непосредственной близости к поверхности расплава в объеме 0,001-0,02% от объема дутья в надрасплавную зону, а дополнительное обогащение выполняют сажистыми углями.
Снижение потенциального барьера химической реакции исходных веществ путем использования активированного окислителя - молекулярного кислорода воздуха способно изменить ход химического акта в целом - интенсифицировать процессы окисления.
В качестве активированного окислителя - молекулярного кислорода воздуха для осуществления способа предложено использовать озон путем добавки в воздушно-кислородное дутье, а также внесение углеродного наноматериала Таунит в загружаемый уголь с шихтой в печь, в сажистые угли и добавление углеродного наноматериала Таунит, в воздушно-кислородное дутье подающееся в надрасплавную зону.
Скорость процесса, в основе которого лежит химическое взаимодействие веществ, зависит от энергетической подготовки молекул к вступление в реакцию и вероятности случайного контакта и активного их взаимодействия. Из кинетической теории газов известно, что число активных столкновений молекул определяется выражением: Z=Z0exp(-Еа/KT), где Z - число активных столкновений; Zo - число сталкивающихся молекул; Еа - энергия активации молекул; Т - температура газовой смеси; К - постоянная Больцмана. Из приведенного уравнения следует, что число активных столкновений можно повышать за счет снижения их энергии активации и/или увеличения температуры. Снижение энергии активации более выгодный процесс, так как вызывает одновременно уменьшение потенциального барьера и увеличение теплового эффекта реакции (3).
Исследования отечественных и зарубежных специалистов по сжиганию углеводородов в предварительно озонированном воздухе установлено, что озон интенсифицирует горение на 4-39%. Эффект, вероятно, достигается за счет катализирующей роли озона и инициировании цепных реакций, например, энергия активации окисления бутана в обычном состоянии равна 43 ккал/моль, а в присутствии 2,5% озона снижается до 31 ккал/моль (3).
Экспериментально установлено, что устойчивый положительный эффект интенсификации горения угля (углеродного топлива) достигается при концентрации озона в дутье 0,09-0,2 г/м3 (1).
При осуществлении заявляемого способа нижняя граница концентрации озона в воздушно - кислородном дутье 0,2 г/м3, что позволяет интенсифицировать процессы
Увеличение концентрации озона свыше 0,4 г/м3 не приводит к дальнейшему росту интенсификации процессов. При этом процессы окисления и горения увеличиваются лавинообразно с увеличением температуры, доказано повышение производительности топки (скорость и полнота сгорания углеродного топлива, угля) на 15 - 20%, экономия топлива на 5 - 8% (1, 2, 3).
Глубокое окисление углерода озоном происходит уже при 150 K, при этом доля озона, затрачиваемого на образование оксидов, достигает 5%; в качестве первичных продуктов обнаружены СО и СО2. При повышении температуры интенсивность этого процесса возрастает: так при 270 K на образование газообразных оксидов углерода расходуется до 30% прореагировавшего озона, а с повышением температуры до 350 K для карбоновых и графитовых волокон это значение достигает 95%. При этом резко увеличивается количество образующегося СО2 за счет каталитического доокисления СО на угле (6).
Озон окисляет почти все металлы (за исключением золота и платины) до их высшей степени окисления:
2Fe+О3=Fe2O3,
реакции окисления и восстановления железа при осуществлении способа:
3Fe2O3+СО=2Fe3O4+CO2
Fe3O4+4СО=3Fe+4СО
Fe3O4+CO=3FeO+CO
FeO+CO=Fe+CO2
Процессы окисления и восстановления в реакциях: углерод - озон, железо - озон, кремний - озон, кальций - озон, позволяют проводить все процессы по производству пеносиликата, описанные в патентах аналога и прототипа.
Озон повышает также степень окисления оксидов:
NO+O3 → NO2+O2
NO2+О3 → NO3+O2
с образованием азотного ангидрида N2O5:
NO2+NO3 → N2O5, что способствует снижению выбросов NOx.
Подача озона в канал образованный воздушно кислородным дутьем способствует интенсификации окислительных процессов на стенках канала, температуры в канале резко возрастают, относительно температур в расплаве, разложение озона 68 ккал (285 кДж) с выделением тепла, также способствует росту температур в канале, при этом канал увеличивается в объеме и по длине, т.е. увеличивается площадь контакта контактирующих веществ, увеличивается время существования канала до распада на отдельные фрагменты - пузыри. Увеличение объема, длины, времени и температуры в канале интенсифицирует процессы в расплаве, сокращает время проведения процессов.
Дополнительное обогащение сажистыми углями позволяет значительно снизить стоимость закупки углей, так как в настоящее время сажистые угли при добыче вместе с пустой породой направляются в отвал. Использование сажистых углей в технологических процессах производства пеносиликатов позволит уменьшить объем отвалов, освободить часть земель занятых отвалами, исключить выделения в окружающую среду вредных газовых выбросов при неконтролируемом горении сажистых углей.
Техническая характеристика сажистых/рядовых Березовских углей:
| Степень окисленности, % | 88/30 |
| Влажность % | 17,5/6,68 |
| Теплота сгорания кДж/кг | 22918/26330 |
При внесении сажистого угля в расплав (температура расплава более 1200°С), уголь проходит интенсивную термообработку и полученный из сажистого угля термоуголь, при времени обработки более 1,2 с и температуре обработки более 600°С надежно воспламеняется и устойчиво горит, теплота сгорания находиться на уровне рядовых углей, при этом выделяются летучие состоящие преимущественно из оксида и двуокиси углерода (7).
Применение сажистых углей используемых для дополнительного обогащения углем зоны восстановления способствует:
1) Увеличению концентрации оксида углерода в восстановительной зоне расплава, при сохранении объемов дополнительного обогащения углем;
2) Снижению потребления сажистых углей, так как их теплота сгорания находится на уровне рядовых, энергетических углей, а летучие (до 51%) состоят из оксида и диоксида углерода (7).
В результате появляется реальная возможность использовать сажистые угли в заявляемом способе получения пеносиликатов.
Предложенный способ внесения углеродного наноматериала в уголь и в воздушное - кислородное дутье, способного в условиях производства пеносиликата в расплаве и в надрасплавной зоне генерировать более активный окислитель - синглетный кислород (СК) с энергией на 94,2 кДж/моль (0,98 эВ на молекулу), позволит снизить потенциальный барьер химических реакции исходных веществ изменить ход химического акта в целом - интенсифицировать процессы окисления.
Молекулярный кислород отличается от большинства молекул наличием триплетного основного состояния, O2 (X3Σg-). Теория молекулярных орбиталей предсказывает три низколежащих возбужденных синглетных состояния O2 (a1Δg), O2 (a'1Δ'g) и O2 (b1Σg+) (8,9). Эти электронные состояния отличаются только спином и занятостью вырожденных разрыхляющих πg-орбиталей. Состояния O2 (a1Δg) и O2 (a'lΔ'g) - вырождены. Состояние O2 (b1Σg+) - очень короткоживущее и быстро релаксирующее в более низколежащее возбужденное состояние O2 (a1Δg). Поэтому обычно именно O2 (a1Δg) называют синглетным кислородом.
Наноструктуры нового гомологического ряда - фуллерены и фуллероиды, которые способствуют фотофизическому образованию активной формы СК могут служить своего рода катализаторами реакции горения углерода и окисления шихты. В ходе анализа существующих углеродных наноматериалов (УНМ), установлено, что в фотосенсибилизатором СК может выступать УНМ серии «Таунит». «Таунит» производится в России (г. Тамбов), доступен на внутреннем рынке, имеет относительно невысокую стоимость, в топочных условиях способен обеспечивать наработку СК в размере 3,2×1019 молекул/см2 с.
Анализа процессов горения топлива АШ с размерами частиц 5×10-5 м с долей добавки УНМ «Таунит» по массе топлива 0,006% в топке с температурой газов Т=1400 K и начальных парциальных давлениях газовых компонентов (кислорода и углекислоты) 10 кПа установлено, что за время прогрева 0,25 секунды частиц УНМ до температуры их плавления Т=973 K, произойдет наработка порядка 12% молекул СК от общего числа молекул углерода, содержащихся в топливе. Далее добавка УНМ оплавляется и выгорает, прекращая соответственно наработку СК. Сгенерированные молекулы СК мгновенно вступают в реакцию с молекулами углерода топлива, обеспечивая смещение процесса горения к диффузионной области и увеличению скорости химической реакций на стадиях воспламенения и горения. Согласно расчету установлено, что в данных условиях, время выгорания образца топлива с УНМ уменьшилось на 0,7 секунд или 12%. При повышении температуры газов до 1673 K, выгорание частицы АШ идет в кинетической области за 1,1 секунды. Выгорание такой же частицы топлива с нанодобавкой «Таунит» составит 0,98 секунд, что меньше на 0,12 секунд или 11%. В низкотемпературной области время выгорание частицы топлива с нанодобавкой «Таунит» меньше на 20% (10).
Реакции реагирование углерода топлива с синглетным 
и молекулярным кислородом до CO2 и СО, описываются следующими уравнениями:
2C+O2=2CO+Q;
C+O2=CO2+Qск;
Реакция восстановление двуокиси углерода:
С+CO2=2СО-Q.
Реакция соединение синглетного и молекулярного кислорода с окисью углерода:
2СО+O2=CO2+Q;
Как видно, реакции горения СК с углеродом имеют такую же реакцию и энергетическую эффективность, что и с молекулярным кислородом (10, 11, 12).
При добавке УНМ «Таунит» в высокореакционные бурые угли 0,001-0,02% позволит значительно снизить время выгорания угольных частиц и коксового остатка не менее чем на 10%, что позволит сократить время выхода печи на рабочий режим, а также активизировать процессы окисления шихты. Добавка до 0,02% УНМ «Таунит» в сажистые угли позволит активизировать процессы в расплаве шихты и исключить недожог углерода. Более высокие температуры горения позволят сократить потребность в топливе (угле) и уменьшить время выхода процесса на конечную стадию - получение пеносиликата
Добавка УНМ «Таунит» в воздушно-кислородное дутье, подающееся в надрасплавную зону 0,001-0,02% от объема дутья в надрасплавной зоне, позволяет активировать выработку СК и за время подъема струй, активизировать дожигание оксида углерода до диоксида, при этом повышается температура в надрасплавной зоне, что также ускоряет процессы дожигания. Менее 0,001% добавки УНМ «Таунит» не влияет на активизацию процесса, более 0,02% не успевают прореагировать, сгорая в объеме надрасплавной зоны.
При подаче воздушно - кислородного дутья содержащего УНМ в надрасплавную зону, в непосредственной близости от поверхности расплава на выбрасываемые из расплава капли осаждаются частицы УНМ «Таунит», что приводит к увеличению окислительных процессов на поверхности и внутри капель, дожиганию углерода и серы, повышению температуры капли. Известно, что за время пребывания капель в зоне дожигания, где температуры доходят до 1800°С, они нагреваются приблизительно на 500°С и выше. На этом основан механизм возврата тепла в шлаковую ванну. В зависимости от развития брызгообразования, условий дожигания и других факторов, в шлаковую ванну возвращается до 70% от тепла, выделяющегося в зоне дожигания, при попадании частиц УНМ «Таунит» в расплав также выделяется СК и активизируют процессы в расплаве, а углеродный остаток УНМ «ТАУНИТ» сгорает с выделением дополнительного тепла.
Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что представляется возможность реализовать комплексную экологически безопасную и энергоэффективную технологию получения пеносиликатов за счет интенсификации процессов в реакционной зоне: в расплаве шихты, надрасплавной зоне, сжигания углерода, его оксидов, и, снизить затраты на энергоносители.
Список использованных источников информации
1. С.А. Андреев, Е.А. Петров Оценка энергозатрат на озонирование топочного пространства водогрейных котлов. Вестник №2; 2015 г.
Электрификация и автоматизация сельского хозяйства. УДК 621.1.
2. Нормов Д.А. Разработка и исследование электроозонатора для повышения эффективности использования природного газа в котельных АПК:
Дисс. на соискание уч. степени канд. техн. наук, Краснодар: КГАУ, 1997, 148 с.
3. Драгин В.А. Электроозонатор для повышения эффективности сжигания печного топлива в малых котельных АПК: Дис. канд. техн. наук / В.А. Драгин. Краснодар: КГАУ, 2001. 178 с.
4. Шмидт, Ю.В. Окись углерода. Ее значение и применение в технической химии [Текст] / Ю.В. Шмидт. - М.: ОНТИ, ГХИ, 1936. - 256 с.
5. Пат. №119860 Российская Федерация. Отопительный котел / Андреев С.А., Судник Ю.А., Петрова Е.А., Нормов Д.А. - №2012110351/06; Заявл. 20.03.2012, опубл. 27.08.2012, Бюл. №24.
6. Горленко Л.Е., Емельянова Г.А. Модифицирование структуры и физико-химических свойств поверхности углеродных материалов методом озонирования.
7. Дубровский В. А. Методы и средства повышения эффективности энергетического использования углей Канско-Ачинского бассейна:
Дис. док. техн. наук /В.А. Дубровский. Красноярск, СФУ 2008. 325 с./ стр. 166-170.
8. Grenishin, A.S. Singlet oxygen generator of gas flowing type on base of porous fullerene-containing structures / A.S. Grenishin, I.V. Bagrov, I.M. Belousova, V.M. Kiselev, E.N. Sosnov // 14th Int. Conf. Laser Optics "LO-2010": Book of abstracts. June 2010, St. Petersburg, RF. P. 28.149.
9. Разумовский С.Д. Кислород - элементарные формы и свойства / С.Д. Разумовский / - М.: Химия, 1979. 301 с.
10. Ощепков А.С. Методы интенсификации горения и газификации низкореакционного угля в котлах тепловых электростанций: Дис.кан. техн. наук/ А.С.Ощепков, Новочеркаск, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова 2017 г. 179 с. /стр. 43-67.
11. Ефимов Н.Н., Ощепков А.С., Рыжков А.В. Повышение эффективности сжигания твердого топлива в энергетических установках за счет использования фуллероидных наноактиваторов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2010. №3. С. 35-41.
12. Ефимов Н.Н., Ощепков А.С., Рыжков А.В., Шафорост Д.А. Способ повышения активности окислителя в процессах воспламенения и горения твердых топлив // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2011. №6. С. 53-55.
Claims (2)
1. Способ получения пеносиликатов, включающий загрузку угля с шихтой в печь, плавление шихты в восстановительной среде с предварительным доведением содержания SiO2/CaO в исходной шихте до массового отношения, равного интервалу 1-2, в барботируемом шлаковом расплаве в печи Ванюкова, имеющей двухзонную конструкцию, с разделением процесса на зону получения расплава и зону глубокого восстановительного плавления золошлаковых отходов, которая создается за счет дополнительного обогащения углем и подачей воздушно-кислородного дутья в нижние слои расплава с последующим охлаждением силикатного расплава в режиме термоудара сливом в воду, отличающийся тем, что в воздушно-кислородное дутье, подающееся в расплав и в надрасплавную зону, добавляют вещество озон 0,1-0,4 г/м3 от объема дутья, причем в расплав озон подают в канал, образованный струей воздушно-кислородного дутья в расплаве, а дополнительное обогащение выполняют сажистыми углями.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в уголь, загружаемый с шихтой в печь и в сажистые угли, для дополнительного обогащения вносят углеродный наноматериал Таунит в объеме 0,001-0,02% от объема загружаемого угля, который добавляют и в воздушно-кислородное дутье, подающееся в надрасплавную зону, и распыляют в непосредственной близости к поверхности расплава в объеме 0,001-0,02% от объема дутья в надрасплавную зону.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134275A RU2765867C1 (ru) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | Способ получения пеносиликата |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134275A RU2765867C1 (ru) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | Способ получения пеносиликата |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2765867C1 true RU2765867C1 (ru) | 2022-02-04 |
Family
ID=80214802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020134275A RU2765867C1 (ru) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | Способ получения пеносиликата |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2765867C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU514807B2 (en) * | 1977-01-04 | 1981-02-26 | Kristian Kobs Renyer Karl | Method of producing cement clinkers |
| RU2104976C1 (ru) * | 1995-07-11 | 1998-02-20 | Александр Георгиевич Аншиц | Способ получения пористых стекломатериалов из золошлаковых отходов |
| RU2203252C1 (ru) * | 2001-08-29 | 2003-04-27 | Павлов Вячеслав Фролович | Способ получения пенокерамики из металлургических шлаков |
| RU2359169C1 (ru) * | 2008-04-02 | 2009-06-20 | Игорь Владимирович Иванов | Способ сжигания топлива в расплаве с получением шлака заданного состава |
| RU2437028C1 (ru) * | 2010-08-12 | 2011-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Способ интенсификации процесса сжигания твердого низкореакционного топлива тэс |
| RU2524585C2 (ru) * | 2012-06-01 | 2014-07-27 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение Электрохимический завод" (ОАО "ПО ЭХЗ") | Способ получения пеносиликата |
-
2020
- 2020-10-19 RU RU2020134275A patent/RU2765867C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU514807B2 (en) * | 1977-01-04 | 1981-02-26 | Kristian Kobs Renyer Karl | Method of producing cement clinkers |
| RU2104976C1 (ru) * | 1995-07-11 | 1998-02-20 | Александр Георгиевич Аншиц | Способ получения пористых стекломатериалов из золошлаковых отходов |
| RU2203252C1 (ru) * | 2001-08-29 | 2003-04-27 | Павлов Вячеслав Фролович | Способ получения пенокерамики из металлургических шлаков |
| RU2359169C1 (ru) * | 2008-04-02 | 2009-06-20 | Игорь Владимирович Иванов | Способ сжигания топлива в расплаве с получением шлака заданного состава |
| RU2437028C1 (ru) * | 2010-08-12 | 2011-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Способ интенсификации процесса сжигания твердого низкореакционного топлива тэс |
| RU2524585C2 (ru) * | 2012-06-01 | 2014-07-27 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение Электрохимический завод" (ОАО "ПО ЭХЗ") | Способ получения пеносиликата |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS60500674A (ja) | 炭素質燃料を脱硫、脱窒および酸化する方法 | |
| CN101658757B (zh) | 一种高效环保节煤固硫消烟剂及其生产工艺 | |
| CN101113670A (zh) | 一种煤炭地下气化工艺 | |
| US20160236977A1 (en) | Use of spent shale or ash obtained from oil shale dismantling methods with or without additives as solid fuel | |
| Toledo et al. | Hydrogen and syngas production by hybrid filtration combustion: Progress and challenges | |
| JPH02500443A (ja) | 炭化水素化合物を含んだ燃焼のプロセスにおける改良された燃焼を提供するための方法 | |
| RU2765867C1 (ru) | Способ получения пеносиликата | |
| KR100485193B1 (ko) | 스케일과 클링커 제거 및 생성방지, 대기오염물질 저감에효과적인 연소촉진제 | |
| CN101428775A (zh) | 一种用立式明焰窑炉生产磷酸的方法及设备 | |
| Zhu et al. | Experimental and kinetic studies of NO reduction by ammonia injection into high-temperature reducing atmosphere | |
| CN103725347A (zh) | 一种燃煤脱硫脱硝除焦增效添加剂及其制造方法 | |
| EP0972161B1 (en) | Method for treating waste material containing hydrocarbons | |
| CN103450965B (zh) | 一种煤炭燃烧催化剂 | |
| RU96119443A (ru) | Способ переработки отходов, содержащих углеводороды | |
| CN101560426A (zh) | 型煤添加剂 | |
| KR100664974B1 (ko) | 스케일 및 클링커 제거 및 생성방지, 대기오염물질 저감에효과적인 연소촉진제 | |
| US984605A (en) | Method of producing nitrogen and carbon dioxid from gaseous products of combustion. | |
| JP2811593B2 (ja) | 燃焼性気体生成物の製造方法 | |
| RU2722937C1 (ru) | Способ термической переработки твердых отходов | |
| CN104862028A (zh) | 锅炉铬基除焦清灰节煤剂组合物及其制备方法 | |
| KR100814274B1 (ko) | 고체연료제조방법 | |
| Kasimov et al. | Optimising Pulse Combustion Systems for Enhanced Efficiency and Sustainability in Thermal Power Engineering | |
| RU2656487C1 (ru) | Способ газификации различных видов топлива в политопливном газогенераторе | |
| RU2821504C1 (ru) | Способ газификации углеродсодержащего твердого топлива | |
| RU2471858C2 (ru) | Способ увеличения скорости и полноты окисления топлива в системах сжигания |