Суспензионное топливо и способ его получения

(51) 10 1/32 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Достигаемый технический результат расширение арсенала суспензионного топлива и упрощение способа его получения. Суспензионное топливо на основе бурого угля Шубаркольского месторождения получают следующим образом предварительно измельченный до крупности 3 мм измельчают в роторно-вихревой мельнице до частиц размером 0,2-50 мкм одновременно с его сепарацией от минеральных компонентов и гидрофобизацией с последующим смешиванием с водными растворами стабилизатора и гомогенизацией. Преимущество предлагаемого суспензионного топлива в упрощении технологической организации производства топливного продукта в использовании одного технологического аппарата(роторно-вихревой мельницы), а также применении в качестве стабилизаторов безвредных отходов производства и недорогих широкодоступных водорастворимых полимеров, поверхностно-активных веществ и комплексов водораствормый полимер/поверхностно-активное вещество. Водные растворы стабилизатора позволяют создать суспензионное топливо с улучшенными теплофизическими,структурно-реологическими и экологическими свойствами для его длительного хранения транспортирования и сжигания в различных энергетических установках.(72) Бектурганова Нэйла Есенкельдиевна Мусабеков Куанышбек Битуович Керимкулова Молдир Жадраевна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Научно-исследовательский институт новых химических технологий и материалов Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет им. аль-Фараби Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Изобретение относится к углехимии, в частности, к водоугольным топливам на основе бурых углей,предназначенных для гидротранспортировки и прямого сжигания в котлах и других установках объектов теплоэнергетики при замене им мазута и газа. Изобретение относится к углехимии, в частности, к водоугольным топливам на основе бурых углей,предназначенных для гидротранспортировки и прямого сжигания в котлах, печах и других установках объектов теплоэнергетики при замене им мазута и газа. Известно высокодеминерализованное водоугольное топливо из ископаемого угля и способ его получения, включающий дробление угля, его мокрое измельчение,ступенчатую деминерализацию для снижения зольности, причем деминерализации подвергают твердую фазу водоугольного топлива эковут, измельченную до коллоидного размера (не более 3 мкм). Деминерализацию в известном способе производят методом флотации, причем число флотомашин-1,далее деминерализованный уголь обезвоживают до необходимой влажности,а затем вводят необходимые химические добавки (Патент РФ 2178455, МПК 10 1/32, опуб. 20.01.2002). Недостатками изобретения являются большие энергозатраты на измельчение твердой составляющей до 3 мкм, сложность проведения многоступенчатой деминерализации в аппаратах пенной флотации, необходимость обезвоживания тонкоизмельченного продукта. Известно водоугольное топливо и способ приготовления с использованием кавитационного воздействия, включающий приготовление щелочной воды, измельчение сухого угля (или отсева) в молотковой дробилке до фракций 0-10 мм, подачу щелочной воды и измельченного сухого угля (или отсева или щелочной воды) и продуктов гидродобычи угля и углеобогащения в смеситель,смешивание их в смесителе,при этом приготовление щелочной воды проводят кавитационной обработкой водопроводной воды или воды из природных источников до рН 8,5-9,0,которую дозировано направляют в смеситель, и в котором при перемешивании турбиной смесителя образуется водоугольная смесь, затем направляемая в кавитационный диспергатор крупного помола, а затем полученная суспензия последовательно проходит через три кавитационных диспергатора тонкого помола, в которых она измельчается,гомогенизируется и приобретает стабильные реологические свойства благодаря выделенным из угля гуминовым кислотам и образованным гуматам(Патент РФ 2380399, МПК С 10 1/32,опуб.27.01.2010). Хотя полученное кавитационное водоугольное топливо обладает достаточной стабильностью (в течение нескольких месяцев), пластичностью и тиксотропностью у предложенного способа низкая плотность кавитации,требующая большого количества прогонов воды через кавитатор, а сам процесс получения сложен и многостадиен, что требует значительных энергозатрат. Известен способ получения водоугольного топлива (Патент РФ 2074885, МПК 10 1/32,опуб. 10.03.1997). В данной работе водоугольное топливо получают предварительным сухим размолом двух типов углей бурого или каменного и антрацита и их смешением, далее мокрый тонкий помол в присутствии пластификатора (С-3, ТУ 6-360204229-625-90) до получения суспензии с размером частиц 20 мкм при массовом соотношении твердые частицы вода при 35 С 65 - при 60 С 40. Полученную суспензию разделяют на два потока,один из которых подают на совместное измельчение с предварительно размолотым бурым (или каменным) углем и антрацитом до получения грубой фракции с размером частиц 60-300 мкм,другой в гомогенизатор для получения готового продукта. После получения готового продукта отделяют воду вместе с пластификатором и направляют в измельчительное устройство. Основными недостатками известного способа являются необходимость проведения обезвоживания продукта, необходимость предварительного нагрева жидкой фазы, необходимость выдерживания смеси при высоких температурах в течение длительного времени и неудовлетворительные теплофизические характеристики. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является водоугольное топливо и способ его получения (Патент РФ 2183658, МПК 10 1/32, опуб.20.06.2002). Технология способа включает измельчение твердого топлива до размера частиц не более 3 мм,смешивание с водосодержащей жидкой средой,измельчение до среднего размера частиц 10-50 мкм,добавление стабилизатора и гомогенизацию с доведением состава до значений твердое топливо 40-65, стабилизатор 1-20 и остальное до 100 жидкую среду. В качестве стабилизатора используют компоненты с влажностью 50-85,такие как активный ил или осадок, получаемый при биологической очистке сточных вод, сапропели,птичий помет, навоз свиной или крупного рогатого скота, продукты ассенизационных выгребных ям,гидролизный лингин. Недостатками являются- применение в качестве стабилизаторов топлива илов и навозов, обычно находящихся на удалении от углеперерабатывающих предприятий- применение в качестве стабилизаторов навозов и птичьего помета без обеззараживания чревато заражением инфекционными заболеваниями участников их переработки и транспортировки кроме того,приведенные примеры стабилизаторов не являются исчерпывающими,могут быть использованы и другие органические соединения как индивидуально, так и в композиции с другими высокомолекулярными веществами- отсутствие гидрофобизации. Задача - разработать состав суспензионного топлива и способ его получения, обладающего высоким энергетическим потенциалом,экологической чистотой, низкой себестоимостью и широкой сферой применения. Технический результат - расширение арсенала суспензионного топлива и упрощение способа его получения. Технический результат достигается предлагаемым суспензионным топливом,включающим мелкодисперсное твердое топливо,стабилизатор, воду, но в отличие от известного в качестве мелкодисперсного топлива содержит бурый уголь Шубаркольского месторождения, в качестве стабилизатора водорастворимые полимеры или поверхностно-активные вещества или комплексы водорастворимый полимер/поверхностно-активное вещество. Способ его получения включает измельчение мелкодисперсного топлива,добавление стабилизатора и гомогенизацию, в отличие от известного в качестве мелкодисперсного твердого топлива используют бурый уголь Шубаркольского месторождения, который измельчают до частиц размером 0,2-50 мкм, одновременно сепарируют,гидрофобизируют, а в качестве стабилизатора применяют водорастворимые полимеры или поверхностно-активные вещества или комплексы водорастворимый полимер/поверхностно-активное вещество. В качестве водорастворимого полимера стабилизатор содержит полиэтиленимин (ПЭИ), при соотношении компонентов в суспензионном топливе в масс.бурый уголь Шубаркольского месторождения 30-50 полиэтиленимин - 0,1-20 вода - 69-30 или в качестве водорастворимого полимера стабилизатор содержит натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы(КМЦа) при соотношении компонентов в суспензионном топливе в масс.бурый уголь Шубаркольского месторождения 30-50 натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы - 0,120 вода - 69-30 или в качестве поверхностно-активного вещества стабилизатор содержит долецилсульфат натрия(ДДСа) при соотношении компонентов в суспензионном топливе в масс.бурый уголь Шубаркольского месторождения 30-50 додецилсульфат натрия - 0,8-10 вода - 62-40 или в качестве поверхностно-активного вещества стабилизатор содержит оксиэтилированный алкилфенол (ОП-10) при соотношении компонентов в суспензионном топливе в масс.бурый уголь Шубаркольского месторождения 30-50 оксиэтилированный алкилфенол - 0,8-10 вода - 62-40 или в качестве комплекса водорастворимый полимер/поверхностно-активное вещество стабилизатор содержит комплекс 1,0 ПЭИ/1,0 ДДСа при соотношении компонентов в суспензионном топливе в масс.бурый уголь Шубаркольского месторождения 30-50 1,0 ПЭИ/1,0 ДДСа в соотношении 11-2,0-20 вода - 68-30 активное вещество стабилизатор содержит комплекс 0,8 КМЦа/1,0 ОП-10 при соотношении компонентов в суспензионном топливе в масс.бурый уголь Шубаркольского месторождения 30-50 0,8 Ц/,0 П-10 в соотношении 11-4,040 вода-66-10. Минеральная часть угля Шубаркольского месторождения представлена различными соединениями неорганических компонентов. Во всех углях содержится определенное количество минеральных веществ, тесно связанных с органической массой и которые не могут быть отделены механическим способом от нее. Доля таких компонентов составляет 1,0-8,0. Большая часть минералов представляет собой агрегаты из нескольких минералов или минералов, сросшихся с углем. При высокоскоростном ударном разрушении частиц в помольной камере роторно-вихревой мельницы происходит селективное раскрытие сросшихся частиц минералов и углей. Поскольку частицы минералов имеют более высокую плотность и твердость по отношению к органической составляющей угля,чем переизмельченные частицы угля, то под действием гравитационных сил подвергаются отделению от основного потока измельченных частиц. В результате этого процесса остаточная зольность суспензионного топлива не превышает 14 мас. . Кроме того, при раскрытии пор, одновременно частицы угля подвергаются высушиванию до влажности менее 1, т.е. гидрофобизируются. Это приводит к уменьшению способности частиц к связыванию воды. Авторам неизвестно использование в качестве стабилизатора для суспензионного топлива следующих веществ а) водорастворимые полимеры полиэтиленимин,натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы б) поверхностно-активные вещества оксиэтилированный алкилфенол, додецилсульфат натрия в) комплекс полимер/поверхностно-активное вещество оксиэтилированный алкилфенол/ натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы,додецилсульфат натрия/ полиэтиленимин. Перечисленные водорастворимые полимеры и поверхностно-активные вещества недорогие,доступны, широко применяются при очистке сточных вод в качестве флокулянтов, при структурировании дисперсных систем, а также при модификации различных поверхностей. Водные растворы стабилизатора (полимеры,поверхностно-активные вещества,комплексы полимер/ПАВ в определенных концентрациях и соотношениях) позволяют создать суспензионное топливо с улучшенными физико-химическими,структурно-реологическими, теплофизическими и 3 экологическими свойствами для его длительного хранения, транспортирования и сжигания в различных энергетических установках, включая дизельные и газотурбинные. Преимущество предлагаемого способа заключается в упрощении технологической организации производства топливного продукта, в использовании одного технологического аппарата(роторно-вихревой мельницы), а также применении в качестве стабилизаторов безвредных отходов производства и недорогих широкодоступных полимеров и поверхностно-активных веществ. Суспензионное топливо на основе бурого угля Шубаркольского месторождения с влажностью 7,7 зольностью, Аа-13,67 содержанием летучих веществ -43,3 содержанием углерода в сухом виде -73,89 получают следующим образом предварительно измельченный мелкодисперсный уголь до крупности 3 мм измельчают в роторновихревой мельнице до частиц размером 0,2-50 мкм одновременно с его сепарацией от минеральных компонентов и гидрофобизацией с последующим смешиванием с водными растворами стабилизатора и гомогенизацией. Пример 1. Бурый уголь Шубаркольского месторождения с влажностью -7,7 зольностью,Аа-13,67 содержанием летучих веществ -43,3 содержанием углерода в сухом виде -73,89,предварительно измельченный мелкодисперсный уголь до крупности 3 мм измельчают в роторновихревой мельнице до частиц размером 0,2-50 мкм одновременно сепарируют от минеральных компонентов и гидрофобизируют, далее смешивают со стабилизатором водорастворимыми полимерами ПЭИ или Ц и гомогенизируют с доведением состава до значений твердое топливо 30-50 масс., стабилизатор 0,1-20 масс., вода 6930 масс Пример 2. Бурый уголь Шубаркольского месторождения с влажностью -7,7 зольностью,Аа-13,67 содержанием летучих веществ -43,3 содержанием углерода в сухом виде -73,89,предварительно измельченный мелкодисперсный уголь до крупности 3 мм измельчают в роторно вихревой мельнице до частиц размером 0,2-5 Омкм одновременно сепарируют от минеральных компонентов и гидрофобизируют, далее смешивают со стабилизатором - поверхностно-активными веществами ДДСа или ОП-10 и гомогенизируют с доведением состава до значений твердое топливо 30-50 масс., стабилизатор 0,8-10 масс., вода 6240 масс Пример 3. Бурый уголь Шубаркольского месторождения с влажностью -7,7 зольностью,Аа-13,67 содержанием летучих веществ -43,3 содержанием углерода в сухом виде -73,89,предварительно измельченный мелкодисперсный уголь до крупности 3 мм измельчают в роторновихревой мельнице до частиц размером 0,2- 50 мкм одновременно сепарируют от минеральных компонентов и гидрофобизируют, далее смешивают со стабилизатором - комплексом водорастворимый полимер/поверхностно-активное вещество 1,0 ДДС/1,0 ПЭИ в соотношении 11 и гомогенизируют с доведением состава до значений твердое топливо 30-50 масс., стабилизатор 2,0-20 масс., вода 68-30 масс Пример 4. Бурый уголь Шубаркольского месторождения с влажностью -7,7 зольностью,Аа-13,67 содержанием летучих веществ -43,3 содержанием углерода в сухом виде С-73,89,предварительно измельченный мелкодисперсный уголь до крупности 3 мм измельчают в роторновихревой мельнице до частиц размером 0,2- 50 мкм одновременно сепарируют от минеральных компонентов и гидрофобизируют, далее смешивают со стабилизатором - комплексом водорастворимый полимер/поверхностно-активное вещество ,0 П 10/0,8 Ц в соотношении 11 и гомогенизируют с доведением состава до значений твердое топливо 30-50 масс., стабилизатор 4,0-40 масс., вода 66-10 масс Результаты калориметрического определения теплот сгорания Шубаркольского угля и его гидросуспензий представлены в таблице 1. Таблица 1 Результаты калориметрического определения теплот сгорания Шубаркольского угля и его гидросуспензий Масса горючих компонентов в образце, г 4,0 Среднее значение орт 9,22 Масса горючих компонентов в образце, г 1,24 Среднее значение орт 2,71 По данным, представленным в таблице 1, видно, что топливные теплоты сгорания(топливная характеристика) водоугольных суспензий Шубаркольского угля ничуть не хуже по сравнению с чистым углем. Это интерпретируется диссоциацией молекул воды при 900 С на ионы Н и ОН-, которые, участвуя в реакции горения угля, снижают температуру (до 300-400 С) возгорания топлива. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Суспензионное топливо,включающее мелкодисперсное твердое топливо, стабилизатор,воду, отличающееся тем, что в качестве мелкодисперсного топлива содержит бурый уголь Шубаркольского месторождения, в качестве стабилизатора водорастворимые полимеры или поверхностно-активные вещества или комплексы водорастворимый полимер/поверхностно-активное вещество. 2. Способ получения суспензионного топлива,включающий измельчение мелкодисперсного твердого топлива, добавление стабилизатора и гомогенизацию, отличающийся тем, что в качестве мелкодисперсного твердого топлива используют бурый уголь Шубаркольского месторождения,который измельчают до частиц размером 0,250 мкм,одновременно сепарируют,гидрофобизируют, а в качестве стабилизатора применяют водорастворимые полимеры или поверхностно-активные вещества, или комплексы водорастворимый полимер/поверхностно-активное вещество. 3. Суспензионное топливо по п. 1, 2,отличающееся тем, что в качестве стабилизатора содержит водорастворимый полимер полиэтиленимин или натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы при соотношении компонентов в масс. бурый уголь Шубаркольского месторождения 30-50 полиэтиленимин или натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы - 0,1-20 вода - 69-30. 4. Суспензионное топливо по п. 1, 2,отличающееся тем, что в качестве стабилизатора содержит поверхностно-активное вещество додецилсульфат натрия или оксиэтилированный алкилфенол при следующем соотношении компонентов в масс. бурый уголь Шубаркольского месторождения 30-50 додецилсульфат натрия или оксиэтилированный алкилфенол - 0,8-10 вода - 62-40. 5. Суспензионное топливо по п. 1, 2,отличающееся тем, что в качестве стабилизатора содержит комплекс водорастворимый полимер/поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов в масс. бурый уголь Шубаркольского месторождения 30-50 1,0 ДДСа/1,0 ПЭИ в соотношении 11 - 2,020 вода - 68-30. 6. Суспензионное топливо по п. 1, 2,отличающееся тем, что в качестве стабилизатора содержит комплекс водорастворимый полимер/поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов в масс. бурый уголь Шубаркольского месторождения 30-50 1,0 ОП - 0/0,8 КМЦа в соотношении 11 4,0-40 вода - 66-10.