ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ

Название	ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ
Разработчик (Авторы)	Ильин Александр Петрович, Мостовщиков Андрей Владимирович, Толбанова Людмила Олеговна
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2447135
Дата регистрации	11.01.2011
Правообладатель	Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Область применения (класс МПК)	C10L 5/14 (2006.01) C10L 5/44 (2006.01) C10L 5/48 (2006.01) C10L 9/12 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к технологии получения твердого органического топлива, в частности топливных брикетов, и может использоваться для обогрева помещения, для бытовых целей, на транспорте и в промышленных условиях для получения тепло- и электроэнергии.

Известен состав топливного брикета (Патент РФ №2132360. «Состав для брикетированного топлива», опубл. 27.06.1999 г.), который содержит в своем составе следующие компоненты: углеводород, шламы (осадки мазута), отработанные масла и их осадки, осадки нефти и дисперсные углеводородные отходы - торфяную и угольную крошку, древесную муку, опилки. Кроме того, состав содержит известь, дисперсный алюмосиликат и воду при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

углеводородный шлам 40,5-50,0;

дисперсный углерод - угольная пыль и угольная крошка 1,0-5,0;

органический наполнитель 10,0-30,0;

известь 1,0-10,0;

дисперсный алюмосиликат 5,0-15,0;

вода - остальное.

Кроме того, состав содержит окислитель, например пироксид натрия, в количестве 0,5-1,0 мас.%. Цель изобретения - удешевление состава и предотвращение миграции продуктов горения из атмосферы в окружающую среду.

Недостатком состава является использование дисперсного алюмосиликата извести и воды, которые являются балластом при горении, их содержания в сумме составляет не менее 25 мас.%. Это снижает теплотворную способность брикетированного топлива на ~25% и увеличивает массу зольного остатка. Кроме того, состав содержит пироксид Na, который при контакте с органическими веществами быстро разлагается и через определенный срок превращается в NaOH, повышает содержание воды.

Наиболее близким по техническому эффекту является топливный брикет (Патент РФ №2119532. «Топливный брикет», опубл. 27.09.1998 г.), который содержит 2,5 мас.% окислителя, подвергнутую термообработке при 350-500°С сформованную смесь, содержащую торф (10-15%) и древесные опилки (5-10%). Органическое связующее -отход целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности 8,5-10 мас.% и каменной уголь - остальное. В брикете выполнены продольные разрезы различного диаметра. Цель изобретения - получение брикета с уменьшенным дымообразованием при сжигании и горении брикета.

Недостатком способа является дополнительная термообработка при 350-500°С сформованной смеси, что требует специального оборудования и энергозатрат и ведет к удорожанию продукции.

Основной технической задачей изобретения является перевод процесса горения в беспламенный режим и повышение удельного тепловыделения.

Основная техническая задача достигается тем, что в заявленном составе топливного брикета, согласно которому, так же, как и в прототипе, в состав брикета с продольными отверстиями входят торф, древесные опилки, каменный уголь и/или их смеси, органическое связующее и окислитель; в качестве органического связующего используются отходы производства полипропилена или отходы нефтеперерабатывающей промышленности, дополнительно содержит катализатор при следующем соотношении компонентов, мас.%: органическое связующее - 2,0-10,0; окислитель - 2,0-5,0; катализатор MnO₂+Fe₂О₃ - 0,1-1,5, причем массовые соотношения между MnO₂+Fe₂О₃ равны от 4:1 до 1:6; торф, древесные опилки, каменный уголь - остальное.

Задачей настоящего изобретения является увеличение теплотворной способности топливного брикета и снижение дымообразования за счет перевода процесса пламенного горения в беспламенный режим при использовании катализатора, снижающего, одновременно, температуру горения. При горении в таком режиме увеличивается теплотворная способность брикета за счет повышения полноты сгорания, уменьшается количество дымовых выбросов и вредных газов (СО, NO_x).

Поставленная задача достигается путем экспериментального подбора компонентов состава топливного брикета и их соотношения, что позволяет режим горения осуществлять в низкотемпературном режиме беспламенного горения.

Горение заявленного топливного брикета происходит самопроизвольно после инициирования горения с помощью нихромовой спирали, нагретой проходящим электрическим током, или горящей спичкой. Процесс горения происходит при температуре 400-500°С. Расчетный тепловой эффект для прототипа составляет 6,4 кДж/г, а для заявляемого 9,1-9,2 кДж/г. Заявленный состав топливного брикета дает существенно более высокий тепловой эффект, превышающий прототип на 31%.

Пример

Для приготовления топливного брикета использовали отходы обработки карельской березы в количестве 10 г. В качестве органического связующего применяли атактический полипропилен производства ОАО «ТНХК» в количестве 2 мас.% (200 мг), а в качестве окислителя использовали нитрат калия в количестве 3 мас.% (300 мг). Приготовление катализатора осуществляют путем смешения реактивного МnО₂ (ч.д.а.) и нанопорошка Fe₂О₃ в массовых соотношениях от 6:1 до 1:8 (таблица 1). К полученной смеси добавляли катализатор в количестве 0,05 мас.% (таблица 2). Согласно полученным результатам оптимальными соотношениями между компонентами катализатора являются соотношения от 4:1 до 1:6.

Смесь подвергали перемешиванию в лабораторной шаровой мельнице в течение 10 мин. Из полученной смеси формовали топливный брикет путем прессования, усилие прессования 50 кгс/см², затем топливный брикет извлекали из пресс-формы и инициировали горение с помощью нихромовой спирали. Процесс горения протекал при температуре 470°С (термопарное измерение - хромель-алюмелевая термопара).

Время горения топливного брикета составляло 24 мин, измерение величины теплового эффекта с помощью дифференциального термического анализа (ДТА) показало, что топливный брикет с использованием катализатора сгорает в режиме беспламенного горения и выделяется теплоты больше в 1,25 раз (9,2 кДж/г), чем при горении топливного брикета без использования катализатора (7,6 кДж/г). Топливный брикет без катализатора сгорал в пламенном режиме за такое же время.

Результаты экспериментов приведены в таблице 2. При содержании катализатора менее 0,5 мас.% увеличение теплового эффекта не происходит. При 0,1 мас.% содержании катализатора происходит увеличение теплоты сгорания топливного брикета с 7,7 до 9,0 кДж/г. Дальнейшее увеличение содержания катализатора не приводит к увеличению теплового эффекта, поэтому дальнейшее увеличение содержания катализатора (более 1,5 мас.%) удорожает топливо, что нецелесообразно. Таким образом, оптимальным является содержание катализатора 0,1-1,5 мас.%, при котором горение протекает в беспламенном режиме и тепловой эффект повышается на 31% за счет беспламенного режима горения и полноты сгорания топливного брикета.

Формула изобретения

Топливный брикет на основе древесных опилок, органического связующего и окислителя, с продольными отверстиями, отличающийся тем, что органическое связующее представляет собой отходы производства полипропилена, окислитель представляет собой нитрат калия, и брикет дополнительно содержит катализатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Изобретение "ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ" (Ильин Александр Петрович, Мостовщиков Андрей Владимирович, Толбанова Людмила Олеговна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога