PL229999B1 - Sposób otrzymywania peletowanego paliwa węglowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania peletowanego paliwa węglowego.

Problematyka zanieczyszczania środowiska naturalnego nabiera coraz większego znaczenia. Dla potrzeb licznych rozproszonych palenisk poszukuje się paliw cechujących się obniżoną emisją substancji szkodliwych dla środowiska. Część prac nad tym problemem ukierunkowana jest na preparację materiałów węglowych, m.in. brykietowanie lub peletowanie odpowiedniej mieszanki z dodatkiem akceptorów związków siarki.

Znanych jest szereg sposobów peletowania i brykietowania materiałów węglowych z dodatkiem lepiszcza oraz dodatkami uszlachetniającymi. Dotychczas najczęściej stosowanymi lepiszczami były lepiszcza pakowe i asfaltowe. Znane są również takie lepiszcza jak melasa, skrobia, żywice fenolowo formaldehydowe z różnymi dodatkami utwardzającymi. Do najczęściej używanych dodatków utwardzających zaliczyć można roztwory kwasu poliakrylowego, akrylany wapnia i magnezu. Tak lepiszcza jak i wszelkie dodatki uszlachetniające dodawane są do materiału węglowego w różnych fazach i warunkach procesu przygotowania mieszanki przed jej brykietowaniem. Wytwarzane brykiety lub pelety paliwowe, których proces przygotowania mieszanki przebiega znanymi sposobami, charakteryzują się stosunkowo wysoką emisyjnością szkodliwych substancji, zwłaszcza substancji smołowych oraz tlenków siarki i azotu zanieczyszczających środowisko naturalne. Większość znanych brykietów wykazuje również niską wodoodporność.

Znany jest z opisu zgłoszenia wynalazku nr 303476 sposób wytwarzania brykietów z miału węglowego polegający na zmieszaniu i zespoleniu miału węglowego z odpadami drzewnymi z dodatkiem cementu. Brykiety formuje się w kształcie półkuli i suszy się.

Znane sposoby brykietowania miału węglowego wymagają stosowania lepiszcza. Znany jest sposób otrzymywania brykietów z miału opałowego poprzez zastosowanie jako lepiszcza smoły, lepiszczy organicznych takich jak węgle spiekające, pochodne celulozy, dekstryny, skrobie, melasy, woski i parafiny, ługi posulfitowe, żywice syntetyczne, bitumy z ropy naftowej oraz miękkich tkanek roślin traktowanych uprzednio alkaliami lub poddawanych fermentacji lub lepiszczy nieorganicznych takich jak bentonit, gliny, wapno hydratyzowane, szkło wodne, żel krzemionkowy, lepiszcza z tłustej gliny.

Znany jest z opisu patentowego PL178672 sposób wytwarzania brykietów z mieszanki węglowej, polegający na zmieszaniu drobnoziarnistego materiału węglowego o uziarnieniu poniżej 6 mm z lepiszczem w ilości 4-10% składającym się z mieszaniny skrobi i melasy w stosunku 3:1 z dodatkiem kwasu fosforowego i siarczanu glinowo-potasowego. Wadą lepiszczy typu skrobia, melasa, ługi posulfitowe, hydrolizaty bukowe jest to, że uzyskane z nich brykiety charakteryzują się niską wytrzymałością mechaniczną i brakiem wodoodporności. Żywice syntetyczne takie jak fenolowo-formaldehydowe lub mocznikowo-formaldehydowe jako używane jako lepiszcza powodują, że w czasie spalania brykiety emitują znaczne ilości substancji toksycznych.

W patencie polskim PL 174678 przedmiotem wynalazku jest sposób przygotowania mieszanki węglowej do brykietowania materiałów węglowych z lepiszczem. Do materiału węglowego dodaje się komponent w postaci skrobi zbożowej poprawiający wytrzymałość surowych brykietów. Komponent dodaje się w ilości 1-5%, korzystnie 3-5%, a mieszankę tę poddaje się hydrolizie w temperaturze 100°C przez co najmniej 6 minut. Z kolei mieszankę tę miesza się z lepiszczem typu żywicy mocznikowoformaldehydowej w ilości 5-20%, korzystnie 8-12% w temperaturze 10-80°C, korzystnie 20-50°C i brykietuje znanym sposobem. Odmiana sposobu przygotowania mieszanki węglowej do brykietowania charakteryzuje się tym, że do lepiszcza typu żywicy mocznikowo-formaldehydowej przed zmieszaniem z materiałem węglowym zroszonym roztworem lub wodną zawiesiną dodatku utwardzającego w ilości 0,05-5%, korzystnie 0,3-1% w przeliczeniu na substancję bezwodną, dodaje się komponent poprawiający wytrzymałość surowych brykietów w postaci karboksymetylocelulozy w ilości 0,1-5%, korzystnie 0,2-0,8%, bądź lignocelulozę pohydrolityczną drzew liściastych w ilości 3-5% w stosunku do mieszanki węglowej. Następnie mieszankę węglową miesza się z lepiszczem typu żywicy mocznikowo-formaldehydowej w ilości 5-20%, korzystnie 8-12% w temperaturze 10-80°C, korzystnie 20-50°C. Jako dodatek utwardzający stosuje się kwas fosforowy lub wodorofosforan wapnia lub ich mieszaninę bądź też ich mieszaniny z obojętnym fosforanem wapnia lub fosforytami. Zroszenie materiału węglowego dodatkiem utwardzającym powoduje przyśpieszenie procesu polimeryzacji żywicy. Wprowadzenie do materiału węglowego lub lepiszcza komponentu poprawiającego wytrzymałość surowych brykietów ma na celu zapobiegnięcie rozpadania się brykietów bezpośrednio po wyjściu z prasy przed ich końcową obróbką termiczną.

PL 229 999 B1

Z opisu patentowego PL188766 znany jest sposób przygotowania mieszanki do produkcji paliwa brykietowanego, flotokoncentrat miesza się ze skrobią zmodyfikowaną oraz kwasem fosforowym, po czym tak uzyskaną mieszaninę miesza się z mieszaniną pyłu koksu i żywicy, a następnie brykietuje.

Z opisu patentowego US5009671 znany jest sposób wytwarzania brykietów węglowych polegający na zmieszaniu rozdrobnionego węgla z lepiszczem zawierającym skrobię oraz z melasą i wodą. Tak otrzymaną mieszaninę poddano peletowaniu, po czym otrzymane pelety suszono najpierw w temperaturze od 80 do 150°C, a następnie w temperaturze od 200 do 300°C.

Sposób otrzymywania peletowanego paliwa węglowego z flotokoncentratu według wynalazku charakteryzuje się tym, że flotokoncentrat o zawartości wilgoci od 20 do 34% miesza się z materiałem zawierającym polisacharyd roślinny zawierający głównie amylopektyny w stosunku masowym od 25:1 do 50:1, a następnie tak uzyskaną mieszaninę miesza się z roztworem wodnym sacharozy, po czym otrzymany materiał poddaje się peletyzacji i suszy.

Korzystnie zastosowanym polisacharydem jest skrobia.

Korzystnie źródłem zastosowanego polisacharydu jest mąka ziemniaczana.

Korzystnie stosunek masowy roztworu wodnego sacharozy do flotokoncentratu wynosi od 0,04 do 0,1.

Korzystnie stężenie roztworu sacharozy wynosi od 30 do 60%.

Korzystnie suszenie prowadzi się w temperaturze od 80 do 150°C.

Korzystnie czas suszenia wynosi od 10 do 70 minut.

Flotokoncentrat jest paliwem odzyskiwanym z błota i wody stanowiących produkt uboczny produkcji węgla. Błoto składa się bowiem z czystego chemicznie węgla oraz k amienia. W procesie flotacji odzyskuje się z niego drobne ziarna węgla i oddziela ziarna kamienia. Dzięki temu flot posiada wysoką kaloryczność i niską zawartość popiołu. Ziarna węgla mają rozmiary poniżej 1 mm.

Flotokoncentrat cechuje się jednak wysoką zawartością wilgoci (ok. 30%), co niekorzystnie wpływa na wartość opałową i uniemożliwia peletyzację bądź brykietowanie tego materiału. Zbyt wilgotny materiał nie pozwala na utworzenie peletów o regularnych formach geometrycznych (walców). Wstępne suszenie flotokoncentratu znacznie podnosi koszty tego paliwa.

Zastosowanie skrobi w celu związania nadmiaru wilgoci i umożliwienia przeprowadzenia procesu peletyzacji znacznie uwodnionego materiału węglowego. Ziarna skrobiowe adsorbują wodę, co prowadzi do ich pęcznienia i utworzenia układu koloidalnego. W ten sposób następuje związanie nadmiaru wilgoci zawartej we flotokoncentracie, co umożliwia przeprowadzenie procesu peletyzacji i otrzymanie peletów o dobrze wykształconej formie geometrycznej (walce).

Natomiast zastosowanie roztworu sacharozy jako lepiszcza wpływa na mechanizm zagęszczania ziaren węgla oraz utworzenie zwartej struktury produktu końcowego. Roztwór sacharozy pokrywa ziarna węgla, co zmniejsza opory tarcia pomiędzy ziarnami w procesie zagęszczania oraz prowadzi do wypełnienia porów i pustych przestrzeni pomiędzy ziarnami. W wyniku suszenia tak otrzymanego materiału następuje proces krystalizacji lepiszcza i silne związanie ziaren zgranulowanego materiału. Otrzymany pelet węglowy w porównaniu do paliw peletowanych czy brykietowanych znanych ze stanu techniki charakteryzuje się wyższą trwałością, a przy tym jest przyjazny dla środowiska.

Przedmiot wynalazku ilustrują następujące przykłady:

P r z y k ł a d 1

Do 1 kg flotokoncentratu o wilgotności 26-28% dodano 25 g polisacharydu roślinnego zawierającego głównie amylopektyny i 50 g 50% roztworu wodnego lepiszcza zawierającego jako główny składnik sacharozę i wymieszano. Pelet wytworzono w peleciarce, którą wyposażono w matrycę o średnicy otworów 12 mm. Otrzymany pelet poddano suszeniu w 100°C przez 15 minut. Otrzymano pelet o średniej długości 25 mm i średnicy 12 mm, zawartości wilgoci 2,35% i wytrzymałości mechanicznej 99,41%.

P r z y k ł a d 2

Do 1 kg flotokoncentratu o wilgotności 26-28% dodano 40 g polisacharydu roślinnego zawierającego głównie amylopektyny i 100 g 50% roztworu wodnego lepiszcza zawierającego jako główny składnik sacharozę i wymieszano. Pelet wytworzono w ekstraderze laboratoryjnym, którą wyposażono w matrycę o średnicy otworów 12 mm. Otrzymany pelet poddano suszeniu w 100°C przez 20 minut. Otrzymano pelet o średniej długości 25 mm i średnicy 12 mm, zawartości wilgoci 2,30% i wytrzymałości mechanicznej 95,95%.

PL 229 999 B1

P r z y k ł a d 3

Do 1 kg flotokoncentratu o wilgotności 26-28% dodano 30 g polisacharydu roślinnego zawierającego głównie amylopektyny i 60 g 50% roztworu wodnego lepiszcza zawierającego jako główny składnik sacharozę i wymieszano. Pelet wytworzono w peleciarce, którą wyposażono w matrycę o średnicy otworów 12 mm. Otrzymany pelet poddano suszeniu w 90°C przez 15 minut. Otrzymano pelet o średniej długości 26 mm i średnicy 12 mm, zawartości wilgoci 3,54% i wytrzymałości mechanicznej 98,78%. Wytrzymałość mechaniczna była określana w teście w przesiewaczu bębnowym wg PN-EN 15210-1 Biopaliwa stałe - Oznaczanie wytrzymałości mechanicznej brykietów i peletów - Część 1: Pelety.

Claims (7)

1. Sposób otrzymywania peletowanego paliwa węglowego z flotokoncentratu, znamienny tym, że flotokoncentrat o zawartości wilgoci od 20 do 34% miesza się z materiałem zawierającym polisacharyd roślinny zawierający głównie amylopektyny w stosunku masowym od 25:1 do 50:1, a następnie tak uzyskaną mieszaninę miesza się z roztworem wodnym sacharo zy, po czym otrzymany materiał poddaje się peletyzacji i suszy.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zastosowanym polisacharydem jest skrobia.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że źródłem zastosowanego polisacharydu jest mąka ziemniaczana.

4. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że stosunek masowy roztworu wodnego sacharozy do flotokoncentratu wynosi od 0,04 do 0,1.

5. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że stężenie roztworu sacharozy wynosi od 30 do 60%.

6. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że suszenie prowadzi się w temperaturze od 80 do 150°C.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że czas suszenia wynosi od 10 do 70 minut.