WO2016068828A1

WO2016068828A1 - Способ получения котельного топлива "биомазут"

Info

Publication number: WO2016068828A1
Application number: PCT/UA2015/000007
Authority: WO
Inventors: Игорь Борисович ТРОЦКО; Владимир Александрович МИКУЛЕНКО
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2016-05-06
Anticipated expiration: 2017-04-27

Abstract

Способ относится к технологиям получения экологически чистых композитных топлив, может быть использован для производства водо- мазутних эмульсий и включает подготовку сырья, дозирования компонентов с последующей обработкой и получения топлива, как сырье используют органическое сырье (биоил), а также тяжелые виды топлив или отходы химического производства, непригодные к использованию в качестве топлива. Оганическое сырье смешивают с тяжелыми видами топлива, а дальше смесь подают в эмульгатор- диспергатор, где измельчают и структурируют вещество в текучую высокодисперсную эмульсию с помощью явления кавитации с размером частиц диаметром не более 1-5 мкм и содержанием влаги от 1 до 58 %. В способе достигается задача упрощения реализации и снижения энергоемкости способа, а также задача расширения области применения.

Description

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОТЕЛЬНОГО ТОПЛИВА «БИОМАЗУТ»

Изобретение относится к технологиям получения экологически чистых композитных топлив и может быть использован для производства водо- мазутних эмульсий (ВМЭ) и водо-угольно-мазутных суспензий (ВУМС), водо-торфяных, водо-биоиловых смесей.

Многие теплоэлектростанции и теплоэлектроцентрали в Украине ориентированы на использование жидких топлив. Поэтому актуальной проблемой современной энергетики является поиск новых альтернативных жидких источников энергии, которые могли бы частично ослабить энергетический дефицит.

Данную проблему частично разрешает известный способ получения топливной композиции (Патент Украине на полезную модель N° 36738, опубл. 10.1 1.2008, Бюл. N° 21, в 2008 г.), который включает кавитационную обработку смеси измельченного твердого топлива, водовместительной жидкости и тяжелых углеводородов. В этом способе предварительно смешивают измельченное твердое топливо с водовместительной жидкостью, а полученную суспензию вместе с тяжелыми углеводородами подвергают диспергированию в роторно-пульсационном аппарате при частоте вращения ротора ^J ^ . ^ί 1 О^υ3— 1¹ - 1 О⁴ мин - I .

Однако данный способ имеет ряд недостатков в виду ограниченности области применения.

Наиболее близким к изобретению, которое заявляется, по технической сущности, назначению и результату, который достигается, является способ получения жидкого биотоплива (Патент РФ JST22385900, опубл. 10.04.2010), который включает подготовку сырья, дозирования компонентов с последующей обработкой и получения топлива. Нагревание подготовленного сырья ведут при температуре 55-60°С с последующим отделением влаги и примеси, а обработку подготовленного сырья проводят в реакционном котле путем одновременной реакции этерификации и трансетерификации при смешивании сырья со спиртом в соотношении 5: 1-7: 1 соответственно и добавлением гетерогенного кислотного катализатора в количестве 5-10% к массе, при этом процесс ведут при температуре 120-150°С в течение 60- 120 мин. при турбулентном перемешивании при 1200-1500 оборотов в минуту и атмосферному давлению.

Недостатком этого известного способа является сложность и энергоемкость способа в виду необходимости наличия сложного энергоемкого оборудования для нагревания подготовленного сырья и последующего отделения влаги и примеси, а также для обработки подготовленного сырья в реакционном котле. Кроме того, для реализации способа необходимо выполнение дополнительных операций по отделению влаги, отстою и разделению компонентов, отгона спирта и так далее.

Еще одним недостатком способа является ограниченность использования в виду применения дорогих компонентов, таких как спирт, глицерин, катализатор, а также растительное сырье масличных культур.

В основу изобретения поставлена задача упрощения реализации и снижения энергоемкости способа, а также задача расширения области применения способа.

Поставленная задача решается тем, что способ получения биомазута включает подготовку сырья, дозирования компонентов с последующей обработкой и получения топлива. В соответствии с полезной моделью, как сырье используют органическое сырье (биоил), а также тяжелые виды топлив или отходами химического производства, непригодные к использованию в качестве топлива.

В одном из вариантов реализации способа органическое сырье смешивают с тяжелыми видами топлива, а далее смесь подают в эмульгатор- диспергатор, где измельчают и структурируют вещество в текучую высокодисперсную эмульсию с помощью явления кавитации с размером частиц диаметром не более 1-5 мкм и содержанием влаги от 1 до 58 %.

В еще одном варианте изобретения, вход и выход эмульгатора- диспергатора регулируют замковой аппаратурой (управляемые вентили) с возможностью регуляции обводнения сырья и ее агрегатного состояния, после чего топливную суспензию подают в расходную емкость.

В изобретении решается задача упрощения способа и снижения его энергоемкости благодаря использованию органического сырья (биоила), которое смешивают с тяжелыми видами топлива или отходами химического производства, непригодными к использованию в качестве топлива, а дальше смесь подают в эмульгатор-диспергатор, где измельчают и структурируют вещество в текучую высокодисперсную эмульсию с помощью явления кавитации с размером частиц диаметром не более 1-5 мкм и содержанием влаги от 1 до 58 %.

При приготовлении суспензий или эмульсий в устройстве возникают мощные волновые поля (ударные волны, кавитация и так далее), которые влияют на сорбционные процессы, коагуляцию, химические реакции и механическое взаимодействие веществ.

Заданные свойства топливо приобретает при сверхкритических скоростях, которые обеспечивают необходимые условия для протекания химических реакций, которые возможны исключительно при проявлениях фазовых сдвигов и преодолеваемые энергии связей.

Задача расширения области применения достигается в способе благодаря использованию местного сырья органического происхождения (отходы биоила очистительных сооружений) или отходами химического производства, непригодными к использованию в качестве топлива

Способ реализуют таким образом.

Сначала органическое сырье засыпают (заливают) в бункер смесителя- дозатора, после чего проводят предыдущее дозированное смешивание биоила. Далее смесь подают в эмульгатор для измельчения и структуризации вещества в текучую эмульсию с помощью явления кавитации.

Вход и выход эмульгатора регулируют замковой аппаратурой

(управляемые вентили) с возможностью регуляции обводнения сырья и его агрегатного состояния, а контроль и управление осуществляют системой управления приготовлением топлива. Приготовленную топливную суспензию подают в расходную емкость.

Проведены работы по производству топлива на основе водо-биоиловой эмульсии. На композитный продукт получен анализ качественного состава органических соединений, аналогичных компонентам нефтепродуктов. В основу процессов активации гидродинамического потока жидкости в способе, который заявляется, положены явления кавитации.

На основе результатов численного и физического моделирования разработана методика расчета проточной части форсунки кавитации в зависимости от свойств жидкости и термодинамических параметров на входе в распыляющий устройство.

С помощью специальной обработки на аппарате кавитации получают стойкую эмульсию, которая длительное время является стойкой к расслаиванию и выдерживает до 20 циклов замораживание к температуре - 18 °С и последующего нагрева к +30 °С При этом, несмотря на то, что в топливе находится значительное количество, 57 %, воды ее наличие невозможно определить лабораторным путем по методу ГОСТ-2477, поскольку в процессе приготовления топлива состоялись механо-химические превращения веществ, которые входят в состав топлива.

При сжигании такое топливо проявляет ряд новых свойств, а именно: - увеличивается его калорийность до 5-8%, даже несмотря на наличие значительного количества воды. Кроме этого, в результате протекающих химических реакций во время приготовления топлива и в процессе горения, которые возможны исключительно благодаря наличию в топливе мелкодисперсных частиц воды, а также в следствие особенных условий приготовления и обработки веществ, которые входят в состав такого топлива, в значительной степени до 40-70 % уменьшаются вредные выбросы в атмосферу и увеличивается на 5-7% теплотворную способность такого топлива. Кроме этого, есть прямая зависимость в повышении калорийности и уменьшения количества вредных выбросов от размера частиц топлива и в частности воды. Чем меньше частицы, тем выше калорийность и экологичность топлива.

Приготовленное топливо может служить для сжигания в котельных, заменив мазут марки М- 100, а также быть сырьем ("искусственная нефть") для получения проворных топлив.

Эффект применения этого топлива в том, что вода (до 30 %) в таких топливных композициях является не балластом, а своеобразным катализатором, который улучшает и убыстряет процесс горения углеводородной основы. Наличие связанной воды в таких топливах способствует высшей полноте сгорания углеводородов при меньшей затрате воздуха. В продуктах сгорания значительно снижается количество сажи (меньше дыма), окислов азота и серы, бензопирена но др. Экологическая обстановка значительно улучшается.

Использование биомазута, в соответствии с изобретением, позволяет повысить экономичность энергоустановок, прежде всего за счет снижения химического и механического недожога, а также уменьшения загрязнений рабочих поверхностей нагрева в котлоагрегатах.

В топливных эмульсиях мелкодисперсные капли воды (до 5 мкн) равномерно распределенные в углеводородной фазе. При горении обратных эмульсий вода в каплях подвергается микровзрыву. В результате этого происходит сверхтонкая распиловка углеводородного топлива. При этом факел увеличивается в объеме и плотнее заполняет топочную камеру. Значительное увеличение площади контакта топлива с воздухом приводит к увеличению поверхности излучения и роста интенсивности излучения факела на 1 1 - 12 %, при этом частица тепла, воспринятого топкой, увеличивается на 7- 10 %, а КПД казана повышается на 3-4 %.

Степень выгорания углеводородов может достичь 99,5 %. При этом экономия углеводородного топлива за счет введения воды и улучшения процессов выгорания топлив может составлять от 5 до 25 %.

В предлагаемом топливе "капли" воды не будут агрегатировать в процессе хранения, что позволяет длительное хранение топлива. Для успешного внедрения топливных эмульсий необходимо иметь эффективные способы их получения.

То есть, именно применение биоила, как компонента биомазута, позволяет достичь эффекта висококалорийности полученного топлива благодаря своим биохимическим свойствам.

Предлагаемый способ получения топливных эмульсий практически не требует переоборудования существующих энергоблоков, рассчитанных на сжигание жидких энергоносителей. Особенно следует отметить, что топливные эмульсии характеризуются высокой экологической чистотой, которая является крайне важной для общей экологической ситуации в нашей стране и в мире.

Ожидаемый эффект от применения топлива:

- возможность приобретать для сжигания низкокачественного лежалого и обводняющего топлива по низшей цене;

- уменьшить на 25-40% его количество за счет более полного сгорания;

- снизить эксплуатационные расходы на 3-5% за счет отказа от дренирования и утилизации воды;

- исключить аварийные простои из-за срыва факела и заливки казанов водными «пробками»;

- снизить частоту и время регламентных работ из-за снижения отложений сажи на конвективных поверхностях котлоагрегатов;

- уменьшить плату за экологическое загрязнение окружающей среды за счет значительного уменьшения выбросов в атмосферу SOx, NOx и СО₂;

- получить значительную экономию расходов на приобретение топлива;

- как водная составляющая использовать отложение ила полей аэрации и отстойников очистительных сооружений, а также жидкие стоки животноводческих ферм;

- утилизация избыточного ила полей аэрации очистительных сооружений;

- возможность замещения части газового топлива на топливо проведенное по данному способу в результате его меньшей стоимости и экономической привлекательности.

Процентный состав начального сырья, порядок его обработки и добавки, а также температурный режим и давление может изменяться в зависимости от состава начального сырья.

Таким образом, в изобретении, которое заявляется, достигается задача упрощения реализации и снижения энергоемкости способа, а также задача расширения области применения способа.

6

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения котельного топлива «БИОМАЗУТ», который включает подготовку сырья, дозирования компонентов с последующей обработкой и получения топлива, который отличается тем, что как сырье используют органическое сырье (биоил), а также тяжелые виды топлив или отходами химического производства, непригодные к использованию в качестве топлива.

2. Способ по п.2, отличающийся тем, что органическое сырье смешивают с тяжелыми видами топлива, а далее смесь подают в эмульгатор- диспергатор, где измельчают и структурируют вещество в текучую высокодисперсную эмульсию с помощью явления кавитации с размером частиц диаметром не более 1 -5 мкм и содержанием влаги от 1 до 58 %.

3. Способ по п. 1 -2, который отличается тем, что вход и выход эмульгатора-диспергатора регулируют замковой аппаратурой (управляемые вентили) с возможностью регуляции обводнения сырья и ее агрегатного состояния, после чего топливную суспензию подают в расходную емкость.

7

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)