CS276877B6 - Sposob briketovania hnědého uhlia - Google Patents

Description

Vynález sa týká spósobu briketovania hnědého uhlia aj s vyšším obsahom popola, připadne tiež spolu s netavítelnými organickými makromolekulovými látkami, za použitia spojiva zlepšujúčeho hořlavost a znižujúceho čadivost tak briketovaného hnědého uhlia. ;

Sub - bituminózne typy uhlia, lignity alebo rašelinu je možné briketovat vo velkotonážnom meradle. Tak briketovanie hnědého uhlia bez spojiv sa robilo v Nemecku i Austrálii. Na týchto miestach boli v prevádzke mnoho rokov závody zhodnocujúce hnědouhelné ložiská. Avšak, na výrobu dobrých brikiet z lignitu je potřebné dodržat viac pravidiel. Je potřebné sušením zaručit dostatečné nízký obsah vlhkosti (12 až 15 % hmot.' vody) a zabezpečit dostatočne vysoký tlak na deformovanie a spojenie častíc do kompaktného celku. Takýto potřebný tlak je 100 až 200 MPa. Přitom briketárske požiadavky vyžadujú, aby obsah popola v takomto uhlí bol do 15 % hmot.

Bituminózne uhlie, ale aj vyššie uhlíkaté uhlice a antracity nemóžu byt spracované na brikety bez spojiva. Z týchto dóvodov sa používajú na briketovanie anorganické spojivá, ako silikát sodný, sulfitový lúh, vápenec, cement alebo oxychlorid horečnatý. Z organických spojiv sa používajú škroby alebo rozmělněné obilniny, kukuřičná múka a pod. Ďalej sa na briketovanie využívá uholná dechtová smola alebo bitumény. Nevýhodou anorganických spojiv je zvýšenie obsahu popola v briketách.

Postup výroby s použitím uholných dechtových smol je taký, že uhlie s obsahom do 2 % hmot, vody sa dávkuje do zmiešovača a tu sa zmiešava s rozemletou smolou o velkosti okolo 10 mm. Smola s uhlím sa potom privádza do dezintegrátora,, kde sa rozmělní, dalej do ohrievača a briketovacieho zariadenia. Tu sa ohřeje parou a tvarujú sa pri tlaku 15 N.m“². Takéto brikety je možné spájat karbonizovaním pri teplote 850 až 900 °C. lnou možnostou je spájanie bitumenózneho uhlia rozemletého na 1,5 mm o vlhkosti do 3 % hmot. Po preosiatí (na zbavenie jemných častí) sa uholné časti vedú do fluidného reaktora, kde sa pri teplote 410 °C uhlie čiastočne páli za vzniku dechtu, s ktorým sa vytvoria brikety vhodné pre domácnost (W. Franci, M. C. Peters: Fuels and Fuel Technology, II. vydanie, str. 131 až 136).

Mechanická pevnost hnědouhelných brikiet je možné zvýšit 6 až lOkrát, ked sa uhlie rozmělní vo vodě za varu pri 100 °C, mechanicky sa odvodní na obsah vody 45 %, rozomelie sa na čiastočky 0 až 4 mm, vysuší sa na 8 až 15% obsah vlhkosti a briketuje sa pri teplote 70 až 80 °C pri tlaku 140 MPa počas 10 s (Sborník VŠCHT - Praha, Technologie paliv 1985, s. 103). Spojivo pre palivové a rudné prášky na báze sirupov (85 hmot, častí), vody (100 hmot, častí), polyvinylalkoholu (2,5 hmot, častí) a alkylarylsulfátu sodného (1 část) bolo tiež popísané. Na 100 hmot, častí uholného prachu sa použilo 7 hmot, častí spojiva a tvarovanie sa robilo lisováním (Nipon Braun K. K., Nissei Co. Ltd. Japonský patent 61 271 022). ,

Palivové brikety je tiež možné připravit zmiešaním 1 dielu uhelného dechtu a 2 dielov dřevného odpadu (Japonský patent 62 115 084). Koks s dostatočnou pevnosťou bol připravený zmieša->ním hnědouhelného prachu o velkosti zrnenia do 1 mm s obsahom vlhkosti do 11,5 % hmot, zmiešaním viac ako 7,8 % sulfitového lúhu o sušině 42,3 % hmot. Přitom lisovanie sa robí pri teplote 70 °C a tlaku 140 MPa (Naundorf W., Freiberg, Forschungš A 1987, A 733, 4 až 93). Palivové brikety sa dajú vyrobit aj zmiešaním 1:1 až 6 hmot, dielov dřevného prachu a uhlíkatého materiálu a granulováním zmesi (s výhodou obsahujúcej 3 až 25 % vody) pri teplote 120 až 320 °C a tlaku 150 až 650 MPa. Ako příklad sa uvádza zmes jedného dielu dřevného prachu s obsahom vlhkosti 13,1 % hmot, a 2 dielov uholného prachu s obsahom vody 12,3 %. Táto sa granuluje pri teplote 200 °C a tlaku 386 MPa. Zatiaí čo hnědé uhlie je možné briketovat bez spojiva, kamenné uhlie vyžaduje na briketovanie spojivo. K tomu sa využívájú dechtové smoly, ropné bitumény, sulfitové výluhy, glej, syntetické spojivá, napr. polyvinylacetát, polyvinylalkohol, oxid vápenatý a anorganické spojivá (Erdól Kohle, Erdgas Petrochem. 1987, 40 (12) 521).

Ďalej je známe (J. Formánek: Uhlí 1956, str. 24 až 28), že menej hodnotné uhlie před briketováním třeba sušit na obsah vody max. 30 % alebo odstrániť popol tak, aby zvyšok tvořilo max. 20 % popola, čo je pochopitelné technicky a najma energeticky náročné .

Podlá iných postupov /A. Kotina: Strojírenství 4, 282 (1954)/ sa briketuje hnedouholný prach, připadne tiež prach čierneho uhlia, rašelina, piliny ap., pri vysokom tlaku a predbežnom vysušení pod 10 % vlhkosti. Zasa inak zaujímavým postupem podlá čs. patentu 221 937 sa zrejme pre nevhodný poměr H/C získavajú brikety s vysokou čadivosťou.

Aj ked sa už mnohokrát publikovalo, že hnědé uhlie sa všeobecné granuluje, resp. briketuje bez spojiv pri skúškach briketovania, tzv. hnědé energetické uhlie s vyšším obsahom popolovín okolo 45 % hmot., ukázalo sa, že briketovanie takéhoto uhlia pri tlaku 200 MPa nie je možné. Vzhladom k uvedenému bolo nutné uhlie zakoncentrovať praním. Praním sa podařilo znížiť obsah popola na 21 %. Takto upravené uhlie po lisovaní tlakom 200 MPa (vysokotlaké rotačně lisy) už bolo možné briketovat. Brikety sú však velmi náchylné k deštrukcii pri akejkolvek manipulácii, resp. pri ovlhčení. Z uvedených dóvodov sa hladalo vhodné pojivo, ktoré by bolo technicky a surovinové dostupné, a ktoré by splňalo kvalitativně požiadavky na brikety. Tie musia byť dostatočne stabilně pri manipulácii a navýše, ktoré by sa pri zavlhčení vodou, resp. doždom nerozpadli. Po odskúšaní celého radu organických materiálov sa našlo vhodné spojivo, ktoré splňa dané požiadavky a navýše zvyšuje spalné teplo uholných brikiet.

Tak podlá tohto vynálezu sa spósob briketovania hnědého uhlia s vyšším obsahom popola nad 15 % hmot, pri normálnom alebo zvýšenom tlaku pri teplote 250 až 500 K za spolupósobenia hořlavého organického pojivá uskutečňuje tak, že k rozemletému hnědému uhliu alebo k rozemletému hnědému uhliu spolu s dalšími uhlíkatými tuhými komponentmi s obsahom vodíka 3 až 15 % hmot, a uhlíka až 60 % hmot, sa ako spojivo přidá 2 až 26 % hmot, destilačného zvyšku - guďrónu z vákuovej destilácie nízkosírnej a/alebo strednosírnej ropy alebo zmes destilačného zvyšku ropy - gudrónu'' so zvyškom destilácie dechtu, s teplotou máknutia 30 až 90 °C a hmotnostným pomerom vodík/uhlík 0,09 až 0,13, v ktorom sa rozpustí a/anebo roztaví 1 až 30 % hmot, hořlavého homopolyméru a/alebo kopolyméru polyolefínu, pričom sa táto zmes briketuje.

Výhodou uvedeného postupu je fakt, že destilačné zvyšky - gudróny z nízkosírnej a/alebo strednosírnej ropy, či asfalty sú široko dostupné produkty s malou prchavostou a svojím vyšším obsahom vodíka i uhlíka podporujú horenie vzniknutých brikiet tak, že tieto prehoria v celom svojom objeme i pri obsahu popola až 45 % hmot, v póvodnom uhlí. Z uvedených dóvodov nie je nevyhnutné znižovat obsah popola v póvodnom energetickom hnedom uhlí pod 15 % hmot., čo vedie k zníženým nákladom úpravárenským. Okrem toho asfalty majú vysokú teplotu vzplanutia nad 200 až 300 °C, takže je zaručená bezpečnost pri spracovaní.

V dósledku vyššieho hmotnostného poměru H/C v spojive, výhodou je aj nízká čadivost. Navýše spósob umožňuje technicky zhodnotit inak tažko využitelné odpady, či už na báze netavítelných prírodných makromolekulových materiálov, jednak hořlavých plastov, hlavně na báze homopolymérov a kopolymérov olefínov, ako fólií, upotřebených sáčkov, prestrekov, odrezkov plastov, odpadného ataktického polypropylénu a vóbec druhotných polyolefinických surovin. V neposlednom radě, výhodou je nízký obsah zlúčenín síry v dýme zo spalovania takých brikiet.

Uhlie před granulováním je potřebné rozdrvit na prach o velkosti častí pod 3 mm, najvhodnejšie pod 1 mm, aby bolo zaručené rovnoměrné zmiešanie so spojivom - asfaltom. Aby bola homogenizácia so spojivom zaručená, je vhodné uhlie před briketováním vyhriat nad teplotu máknutia použitého asfaltu. Po zhomogenizovaní zmesi je možné zmes briketovat. Briketovanie je možné robit sice i za studená v lisoch, ale výhodnéjšie je pri kontinuálnom zariadení pracovat nad teplotu máknutia asfaltu. Přitom v případe, že teplota máknutia asfaltu je napr. 38 °C až 44 °C, množstvo gudrónu dávkované s uhlím je možné použit v rozpátí 8 až 12 % hmot., nakolko pri vyššom obsahu asfaltu dochádza pri vypadávaní brikiet z lisu k ich deformácii (brikety tečú). V takomto případe je nutné buď znížit obsah gudrónov v zmesi, čo sa ale zasa odzrkadlí v znížení výhřevnosti brikiet, alebo ich ochladit núteným chladením, resp. použit gudróny, či asfalty s vyššou teplotou máknutia.

Zvlášt vhodné sa tu dajú využit, zhodnotit právě odpadné, či nízkozhodnocované polyolefíny, rožne neštandartné granuly nízkohustotného, strednohustotného i vysokohustotného polyestylenu, polystyrénu, ataktický polypropylén, kopolyméry olefínov a pochopitelné druhotné suroviny na báze polyolefínov. K takým patria odpady odrezkov, prestrekov, opotřebovaných obalov, neštandartných - pre vláknarske účely nepoužitelných polypropylénových vlákien a pod.

Pri tomto spósobe sa dajú technicky využit aj ďalšie uhlíkaCS 276877 B6 té tuhé a netavitelné komponenty s obsahom vodíka 3 až 15 % hmot, a uhlíka 20 až 60 % hmot. Takými sú hlavně netavitelné fyzikálně >dezintegrované organické makromolekulové látky, najma prirodné makromolekulové materiály, ako dřevná múčka a piliny, hemicelulózové nízkozúžitkovávané vlákna prakticky odpadajúce pri výrobě buničiny, tzv. nulové vlákna, rozdrobený papier, mletá korá stromov, rozdrvené kukuřičné klasy a police, mletá slama, plevy a pod.

Pri použití asfaltov, resp. destilačných zvyškov - gudrónov z vákuových destilácií je možné použil: rožnu kvalitu týchto, a to bud neupravované, vznikajúce po oddestilovaní prchavých podielov, alebo po ich následnom spracovaní prefukováním, tzv. asfalty polofúkané, kde sa oxidáciou vzduchom upravujú teploty máknutia, resp. aj asfalty kábelárske. Z ekonomického hladiska však úprava primárných asfaltov - gudrónov nie je nutná a získané brikety vyhovujú požadovaným požiadavkám aj běžnými asfaltami, resp. destilačnými zvyškami vákuovej destilácie nízko- alebo strednosírnej ropy, resp. zmesi so zvyškami z destilácie dechtov.

Dóležitým kritériom spojiva podlá tohto vynálezu je hmotnostný poměr vodíka k uhlíku. Čím je tento vyšší, hořlavost sa zlepšuje a čadovosť znižuje. Uvedený hmotnostný poměr H/C sa zvyšuje přísadami, ako netavitelných makromolekulových materiálov, tak aj inak už technicky tažko zhodnotítelných polyolefínov. Ich přísady okrem zvyšovania vodíkového indexu zvyšujú aj viskozitu spojiva pri zvýšenej teplote, zvyšuje pevnost brikiet, ich hydrofóbnosť a zlepšujú skladovatelnosť brikiet.

Ďalšie údaje o uskutečnění spósobu a dalšie výhody sú zřejmé z príkladov. .

Příklad 1 (porovnávací)

Hnědé uhlie s obsahom popola 47,15 % hmot, sa predsušilo na obsah vody 10 až 16 % hmot, v elektricky vyhrievanej sušiarni s nútenou cirkuláciou vzduchu pri teplote 102 až 105 °C. Potom sa mlelo na zrnitost pod 2 a pod 1 mm. Lisovanie bolo urobené v hydraulickom lise pri teplotách uhlia 20 až 80 °C a tlaku 100 a 200 MPa. Velkost laboratornych brikiet bola 70 + 35 mm, priemerná hmotnost 50 g.

V dalšom sa praním znížil obsah popola na cca 21 % hmot, a znovu sa takéto obohatené uhlie spracovalo podlá horeuvedeného postupu.

Mechanické vlastnosti uhlia boli (tab. 1) takéto:

Tabulka 1

Mechanické vlastnosti laboratorných brikiet.

druh	obsah vody /5» / / '©Z	lisovacia teplota /°c/	lisovací tlak 100 MPa, pevnost v tahu /MPa/	200 MPa pevnost v tlaku /MPa/	nasiakavost vodou /% hmot./
ne-	10,5	20	4,6	8,2	rozpad počas
prané	13,2	20	5,6	9,2	1 minúty
zrnitost	15,5	20	6,2	9/8
pod	10,1	80	•	7,8
1 mm	12,6	80	6,2	9,1
	14,6	80	6,8	9,2
prané	10,2	20	briketa sa	briketa
uhlie	12,9	20	rozpadne	drží pri
pod	15,0	20	pri vytlá-	manipulácii
1 mm			čaní z formy	sa rozpadá
	10,1	80
	12,6	80
	14,6	80

Podobné výsledky boli zaznamenané s uhlím zrnenia do 2 mm.

Příklad 2

Hnědé uhlie štyroch lokalit, energetické Baňa Handlová, Baňa Nováky, Baňa Cígel a Baňa Dolina Velký Křtíš boli odskúšavané vo forme prachu.

Silová analýza uholného prachu na sitách velkosti pod 1,2 mm /% hmot./ z násady je v tabulke 2.

Tabulka 2

podiel zrn nad mm	Baňa Cígel	Baňa Han- dlová	Baňa Nováky	Baňa Dolina
I. sloj	II. slo
1,2 ·	1,95	13,3	17,7	30,5	13,2
1,0	0,5	7,1	3,7	9,5	7,5
0,5	13,6	31,0	25,3	26,7	27,5
0,31	29,4	15,0	35,6	14,5	28,8
0,25	14,2	5,0	2,5	6,3	8,6
přepad	40,4	28,6	9,6	13,2	15,4

Prvé testy s robili na uhlí Nováky. ,

Odskúšané přídavky:

5, 10 a 15 % hmot, močovinoformaldehydového polykondenzátu (MF - lepidla) do uhlia 200 g po homogenizácii 10 minút miešaním pri teplote 25 °C boli lisované na hydraulickom laboratórnom lise. Po 80 hodinách stánia sa briketka namočila v Petriho miske do vody:

- s 5 % MF polykondenzátu bez tužidla - po 24 hod. sa uhlie rozpadlo

- s 10 % MF polykondenzátu nasiaklo vodou - slabou silou v prstoch sa rozpadlo

- s 15 % MF polykondenzátu nabobtnalo - nerozpadlo sa

- to isté sa zopakovalo po aplikácii tužidla chloridu amonného do . MF lepidla, aplikácia 5 a 10 % MF lepidla - briketka nabobtnala vodou, po vysušení briketa popukala

- aplikácia 5 % hmot, oxidu vápenatého - pri styku s vodou sa briketka rozsypala

- sulfitové výluhy aplikácia 5 až 10 % hmot, na uhlie - pri styku s vodou sa briketka rozsypala

- alkoholická frakcia C₅ až Cg alkoholov prídavok 5 a 10 % - pri styku s vodou sa briketky rozsypali

- mazací olej - prídavok 5 % hmot. - po namočení do vody sa briketka rozsypala

- prídavok 5, 10 a 15 % hmot, destilačného zvyšku - gudrónu z vákuovej destilácie strednosírnej ropy, s teplotou máknutia 38 až 44 °C; obsah popola 0,5 % hmot.; teplota vzplanutia viac ako 220 °C, hustota pri 20 °C, - 1,0 g.cm“³; obsah uhlíka 86,3 % hmot.; obsah vodíka 8,8 % hmot.; dusíka 1,0 % hmot, a síry 3,5 % hmot. Hmotnostný poměr H/C (vodíkový index) = 0,102. Brikety boli pevné, na povrchu lesklé. Po namočení do vody nepatrné nafučali a nerozpadali sa.

Po troch dňoch u brikiet s obsahom 5 % gudrónu (asfaltu) část namočená do vody bola mierne napučaná. Pri obsahu 10 a 15 % hmot, asfaltu na uhlie briketky ostali neporušené.

S asfaltom boli urobené skúšky so všetkými vzorkami uhlia, pričom v závislosti od zrnenia a obsahu asfaltov vo vodě popraskali briketky s obsahom asfaltov do 7 %. Pri 10 % hmot, přídavku, briketky boli stabilně aj po 10 cykloch vlhčenia (24 hod. voda), a sušenia (24 hodin vzduch).

Na uhlí Baňa Cígel boli odskúšané přídavky 15, 20 a 30 % asfaltov. Zatial, čo s 15 a 20 % hmot, asfaltov na uholný prach bolo možné zmes lisovat s 30 % asfaltu sa pri lisovaní hmota lepila, nebolo možné vytlačit briketku.

Tabletky Baňa Dolina I. sloj boli stabilně len s 15 % asfaltu, zatial čo II. sloj vyžadoval 20 % asfaltu na přípravu vzhladných tabliet.

Příklad 3

Prachové uhlie podlá příkladu 2 bolo analyzované na obsah vody (W^. ), obsah popola v sušině (A^d) . /% hmot./; ďalej spalné teplo (Qdat ), výhřevnost (Q^r^) v MJ.kg“¹ a obsah síry (S^a) % hmot., po

briketovaní bez spojivá a s pojivom - asfaltom specifikovaným v příklade 2.
Analýza brikiet: SUB Baňa Dolina	Wr t Ad	ndat Q S	2ri	Sd
I. sloj bez pojivá	12,1 31,0	26,6	15,1	2,8
I. sloj + 10 % asfalt	10,4 27,3	29,9	18,4	3,0
I. sloj + 15 % asfalt	9,8 27,0	29,3	18,3	2,6
II. sloj bez pojivá	13,6 53,7	27,0	10,0	2,5
II. sloj + 10 % asfalt	11,9 46,6	30,0	13,3	2,7
SUB Baňa Nováky bez pojidla	9,2 47,7	24,5	10,9	2,7
+ 10 % asfalt	9,6 42,1	28,2	13,9	3,1
SUB Baňa Handlová bez pojidla	10,4 47,3	12,8	12,0	1,8
+ 10 % asfalt	7,9 41,1	16,3	15,1	1,9
SUB Baňa Cígeí bez pojidla	• 10,7 62,5	8,1	7,5	1,2
+ 10 % asfalt	9,6 53,5	12,6	11,8	1,6
Následné boli odskúšané asfalty s teplotou	máknutia 53, 64 a 81
až 93 °C typ asfalty	polofúkané,	čestné ropné, oxidované a kábe-
lárske. V případe,	že sa pracovalo pri	teplote	homogenizácie
vzorky o 20 až 30 °C	nad teplotou	máknutia	(uhlie i	asfalt ohrie-
váné na teplotu 80 až 120 °C) s	prídavkom	10 % hmot, asfaltov,

všetky výlisky briketiek boli vodostále, pevné a lesklé.

Příklad 4

Postupuje sa podobné ako v příklade 3, len ďo aplikovaného destilačného zvyšku gudrónu s obsahom 86,5 % hmot, uhlíka, 9,2 % hmot, vodíka (vodíkový index = 0,106); 0,9 % hmot, dusíka a 3,4 % hmot, síry po jeho vyhriatí na teplotu 230 °C sa přidá 10 % hmot, odpadných polypropylénových vlákien (rožne sfarbených tak, že vodíkový index stúpne na 0,112. Obsah vody v briketách z uhlia SUB Baňa Cígeí poklesne na 9,2 % hmot., popola v sušině na 53,3 % hmot., síry na 1,25 % hmot, a výhřevnost stúpne na 12,0 MJ.kg^-1.

Příklad 5

Postupuje sa podobné ako v příklade 4, len navýše sa k práškovému hnědému uhliu přidá 12 % hmot, bukových pilin s obsahom uhlíka 41,1 % hmot, a vodíka 5,2 % hmot. Tým poklesne obsah popola v sušině na 45,5 % hmot, a síry na 1,08 % hmot. Stúpne vodíkový index a výhřevnost stúpne na 12,2 MJ.kg^- .

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Sposob briketovania hnědého uhlia s vyšším obsahom popola nad 15 % hmot, pri normálnom alebo zvýšenom tlaku pri teplote 250 až 500 K za spolupósobenia hořlavého organického spojiva, vyznačujúci sa tým, že k rozemletému hnědému uhliu alebo k rozemletému hnědému uhliu spolu s dalšími uhlíkatými tuhými komponentmi s obsahom vodíka 3 až 15 % hmot, a uhlíka 20 až 60 % hmot, sa ako spojivo přidá 2 až 26 % hmot, destilačného zvyšku - gudrónu z vákuovej destilácie nízkosírnej a/alebo strednosírnej ropy alebo zmes destilačného zvyšku ropy - gudrónu so zvyškom destilácie dechtu, s teplotou máknutia 30 až 90 °C a hmotnostným pomerom vodík/uhlík 0,09 až 0,13, v ktorom sa rozpustí a/alebo roztaví 1 až 30 % hmot, hořlavého homopolyméru a/alebo kopolyméru polyolefínu, pričom sa táto zmes briketuje.
2. 2. Spósob podlá bodu 1, vyznačujúci sa tým, že uhlíkatými tuhými komponentmi sú netavitelné fyzikálně dezintegrované organické makromolekulové látky, s výhodou prírodné makromolekulové látky.

   Konec dokumentu