Способ получения водоугольного топлива - RU2167189C1

Описание

Изобретение относится к области топливной энергетики, в частности к способам получения топлива на основе угля и воды, пригодного для длительного хранения, трубопроводной транспортировки и прямого сжигания в различных установках, включая дизельные и газотурбинные.

Известен способ приготовления водоугольного топлива с дозированной подачей предварительно дробленного угля, воды и реагента - пластификатора на мокрое измельчение в шаровой мельнице (1).

Известен способ приготовления водоугольного топлива, включающий мокрое измельчение и классификацию угля, подачу воды и диспергаторов в мельницу, причем процесс ведут с предварительной электрохимической обработкой воды (2).

Известен способ получения жидкого топлива, включающий измельчение твердого углеродсодержащего вещества (угля, кокса, полукокса, лигнита и др.) до 0,15-2,0 мм в присутствии воды и/или органической (углеводородной) жидкости с помощью дробящего материала (шаров и др.), который затем отделяется. Измельчение и смешивание осуществляют с помощью механической мельницы, а полученное топливо используют в качестве дизельного или добавки к нему (3).

Недостатками описанных выше известных способов являются высокая энергоемкость процесса приготовления топлива вследствие того, что мокрой классификации подвергается весь объем приготавливаемой суспензии, а также значительный расход реагентов и мелящих тел и технологическая сложность аппаратурного оборудования.

Известен способ получения жидкого топлива из угля, включающий окисление угля водным раствором азотной кислоты, отделение жидкой фазы и растворения твердой (4).

Известен способ, в котором угольную пыль с размером частиц не более 20 мкм смешивают с водой и полученное топливо используют для двигателей внутреннего сгорания (5).

Однако эти способы достаточно трудоемки и низко производительны вследствие сложности технологических процессов химической обработки угля и получения пыли с вышеуказанным размером частиц на оборудовании известных способов.

Известен способ приготовления водоугольного топлива путем мокрого измельчения угля с водой при нагреве гидросмеси до 200 - 300^oC токами высокой частоты под давлением 1,5 - 10 МПа и введением в гидросмесь поверхностно-активных добавок (6).

Известен способ приготовления водоугольного топлива из бурых углей, включающий сухое измельчение, дегазацию и смешивание с водой и добавками в гомогенизаторе, причем сухое измельчение угля ведут одновременно с его гидрофобизацией в струйной мельнице в инертной среде при 600 - 1000^oC (7).

Недостатками этих известных способов является повышенные энергетические затраты, сложность аппаратурного оборудования, большие расходы поверхностно-активных и диспергирующих добавок.

Наиболее близким к предложенному является способ получения топлива, создаваемого на основе углеводородного сырья, воды и других химических ингредиентов (8). Топливо по этому способу представляет собой систему коллоидного типа со средним поверхностным размером частиц дисперсной фазы не более 3 мкм и определенным элементным балансом химических элементов топлива.

Основные недостатки способа получения такого топлива следующие: топливо на основе угля имеет низкий энергетический потенциал; производство требует сравнительно больших затрат на интерактивные аппараты для механохимической обработки угля и эксплуатационных затрат на химические ингредиенты.

Главными недостатками всех вышеприведенных известных способов являются:
низкий энергетический потенциал водоугольного топлива вследствие его высокой зольности, сопоставимой с зольностью исходного угля, и недостаточной концентрацией твердой фазы;
относительно высокая стоимость водоугольного топлива вследствие значительных затрат на его приготовление.

Целью настоящего изобретения является получение водоугольного топлива, обладающего высоким энергетическим потенциалом, экологической чистотой, низкой себестоимостью и широкой сферой применения.

Поставленная цель достигается тем, что предварительно дробленный до менее 3 мм уголь измельчается до менее 20 мкм в роторно-вихревой мельнице с одновременной сепарацией измельченного угля от минеральных компонентов и его гидрофобизацией в процессе измельчения. Далее измельченный уголь подается вместе с водой в гидравлический диспергатор для получения коллоидной гидросмеси с содержанием 70-80 и более мас.% твердой фазы с частицами менее 5 мкм.

Таким образом, новым в способе является:
максимальная очистка водоугольного топлива от минеральных компонентов, позволяющая значительно повысить энергетический потенциал топлива и его экологическую чистоту;
относительно низкая себестоимость получения водоугольного топлива вследствие наличия лишь двух высокопроизводительных основных технологических аппаратов (роторно-вихревая мельница и гидравлический диспергатор), а также отсутствия в топливе различных поверхностно-активных и диспергирующих добавок.

Сущность способа заключается в следующем.

Рядовые угли составляют смесь мацералов и минералов в различных соотношениях. Минеральная часть угля представлена различными соединениями неорганических компонентов. Во всех углях содержится определенное количество минеральных веществ, которые тесно связаны с органической массой и не могут быть отделены механическим способом от нее. Доля таких компонентов составляет 1,5 - 7%. Большая часть минералов не связана с угольным веществом, представляет собой агрегаты из нескольких минералов, либо минералов, сросшихся с углем. При высокоскоростном ударном разрушении частиц в помольной камере роторно-вихревой мельнице происходит селективное раскрытие сросшихся частиц минералов и углей. Минеральные частицы, имеющие более высокую плотность и твердость по отношению к органической составляющей угля, имеют на выходе из помольной камеры и большие, чем у переизмельченных частиц угля размеры и под действием гравитационных сил подвергаются отделению от основного потока измельченных частиц. В результате этого процесса остаточная зольность водоугольного топлива не превышает 2 - 8 мас.%.

Для получения высококонцентрированного водоугольного топлива, особенно из влажных бурых углей, необходима гидрофобизация поверхности частиц. Кроме того, необходимо не только удаление воздуха из пор, но и удаление гигроскопической влажности. При ультратонком (менее 20 мкм) высокоскоростном ударном измельчении частицы угля, проходя через помольную камеру роторно-вихревой мельницы, раскрывают свои поры и подвергаются высушиванию до влажности менее 0,5%, что и обеспечивает необходимую гидрофобность поверхности частиц. В результате этого существенно уменьшается способность частиц к связыванию воды и образующееся водоугольное топливо имеет высокую концентрацию твердой фазы.

Дальнейшая обработка гидравлической смеси в диспергаторе позволяет создать коллоидную систему с твердыми частицами размером менее 5 мкм, в результате чего получается водоугольное топливо с улучшенными физико-механическими, структурно-реологическими, теплофизическими и экологическими свойствами для его длительного хранения, транспортирования и сжигания в различных энергетических установках, включая дизельные и газотурбинные.

Источники информации
1. Патент RU N 2027744, кл. C 10 L 1/32, 1995 г.

2. Патент RU N 2080354, кл. C 10 L 1/32, 1997 г.

3. Патент Великобритании N 2047267, кл. C 01 L 1/02, 1979 г.

4. Европатент EP N 0021555, кл. C 01 L 1/02, 1980 г.

5. Патент Великобритании N 1600865, кл. C 01 L 1/00, 1978 г.

6. Патент RU N 2054455, кл. C 10 L 1/32, 1996 г.

7. Патент RU N 2036955, кл. C 10 L 1/32, 1995 г.

8. Патент RU N 2144059, кл. C 10 L 1/32, 2000 г.

Реферат

Изобретение относится к топливной энергетике, в частности к способу получения водоугольного топлива, пригодного для хранения и транспортировки. Сущность изобретения: водоугольное топливо получают сухим измельчением предварительно дробленного до менее 3 мм исходного угля в роторно-вихревой мельнице до частиц размером менее 20 мкм. В процессе измельчения одновременно производится сепарация угля от минеральных компонентов и гидрофобизация частиц угля. Последующее смешивание частиц угля с водой производится в гидравлическом диспергаторе с получением коллоидной гидросмеси, содержащей 70-80 мас. % и более твердой фазы с частицами менее 5 мкм. В результате получается водоугольное топливо с улучшенными физико-механическими, структурно-реологическими, теплофизическими и экологическими свойствами для его длительного хранения, транспортирования и сжигания в различных энергетических установках, включая дизельные и газотурбинные.

Формула