УГОЛЬНЫЕ БРИКЕТЫ СО СВЯЗУЮЩИМ - АЦЕТИЛЕНОВОЙ САЖЕЙ

АННОТАЦИЯ

В статье изучено влияние ацетиленовой сажи (связующего вещества) на некоторые характеристики угольных брикетов. Определено оптимальное содержание связующего вещества для разработки угольных брикетов. Показано, что увеличение содержания ацетиленовой сажи от 5 до 15 масс.ч. придела прочности при сжатии увеличивается до 18 МПа. Выявлено образование пленки на поверхности угольного брикета. Определено, что показатели калорийности и механической прочности высокие, а зольность низкая. Установлен полиномиальный характер зависимости прочности брикета на сжатие от времени механоактивации наполнителя угольного брикета. Определено время механоактивации наполнителя угольного брикета, которая составляет 6 минут.

ABSTRACT

The article examines the effect of acetylene soot (binder) on some characteristics of coal briquettes. The optimal binder content for the development of coal briquettes has been determined. It is shown that the increase in the content of acetylene soot from 5 to 15 wt.h. the compressive strength increases to 18 MPa. The formation of a film on the surface of a coal briquette was revealed. It is determined that the caloric content and mechanical strength are high, and the ash content is low. The polynomial nature of the dependence of the compressive strength of the briquette on the time of mechanical activation of the filler of the coal briquette is established. The time of mechanical activation of the coal briquette filler has been determined, which is 6 minutes.

Ключевые слова: угольные брикеты, ацетиленовая сажа.

Keywords: coal briquettes, acetylene black.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время на химических предприятиях проблема создания безотходной экологически чистой технологии с переработкой промышленных отходов является весьма актуальной задачей.  В АО «NAVOIYAZOT» при выпуске ацетилена ежегодно образуются газообразные, жидкие и твердые отходы. Одним из таких отходов является сажа (углерод), которая образуется при производстве ацетилена и кротонового альдегида, образующегося в свою очередь при производстве уксусного альдегида. Данные отходы помещаются в мусоросжигательные бассейны, а также высушиваются естественным образом, находясь в бассейнах [4].

В связи с этим, разработка безотходной экологически чистой технологии, обеспечивающей эффективное использование вторичных материалов и сырья, представляет собой весьма актуальную задачу в решении проблемы экологии и охраны окружающей среды.

Обычно угольные брикеты получают со связующим веществом или без него. Между тем по своим качественным характеристикам они не уступают добываемым видам угля и вполне могут использоваться для получения высококачественного топлива. В связи с этим в последнее время проявляется огромный интерес к переработке и утилизации углеродсодержащих материалов техногенного происхождения при производстве топливных брикетов. Эффективное решение этой задачи позволяет учитывать вопросы, затрагивающие использование альтернативных видов топлива населением и бюджетными организациями [2; 3].

Для получения угольных брикетов в качестве объекта исследования использовались бурые угли Ангреского месторождения, в качестве связующего материала ацетиленовая сажа, получаемая при технологии производства ацетилена АО «Навоиазот» согласно стандарта предприятия СТП Уз  6.1–48-95 [1].

АО «NAVOIYAZOT» является флагманом химической индустрии независимой республики Узбекистан, и в этом объединении при производстве ацетилена и продукте его переработки образуются ежегодно многотоннажные газообразные, жидкие и твердые отходы. Одним из таких отходов является сажа (углерод),  которая образуется при производстве ацетилена, а также кротоновый альдегид, образующийся при производстве уксусного альдегида [4].

Сажа до последнего времени не перерабатывалась. В связи с этим, разработка безотходной экологически чистой технологии, обеспечивающей эффективное использование вторичных материалов и сырья, какими является сажа, представляет собой весьма актуальный аспект в решении проблемы экологии и охраны окружающей среды.

В настоящее время различают следующие типы сажи: газовая канальная; газовая печная, форсуночная, газовая термическая, ламповая и ацетиленовая.

Среди всех перечисленных типов сажи самым ценным по своим физико-механическим и эксплуатационным свойствам является ацетиленовая сажа. Ацетиленовую сажу получают из ацетилена путем термического расщепления без доступа воздуха или сжиганием смеси ацетилена с недостаточным количеством воздуха [6].

Из-за трудности переработки ацетиленовая сажа практически не использовалась потому, что во время сушки основная часть сажи горит при температуре 70–100°С.

Причина самовозгорания заключается в наличии в ее составе углеводородов. Данные углеводороды окисляются даже при комнатной температуре. В промышленности ацетиленовую сажу получают специально разложением ацетилена.  

 В таблице 1 показан состав сажесодержащей пасты.

Таблица 1.

Состав сажесодержащей пасты

На рисунке 1 показана зависимость предела прочности угольного брикета от содержания ацетиленовой сажи.

Рисунок 1. Зависимость предела прочности угольного брикета от содержания ацетиленовой сажи

Из рисунка 1 видно, что при увеличении содержания ацетиленовой сажи от 5 до 15 масс.ч. придел прочности при сжатии увеличивается до 18 МПа.   Дальнейшее увеличение содержания связующего придела прочности при сжатии снижается. По-видимому, связующее вещество окисляется и на поверхности угольного брикета образуется пленка [5]. При брикетировании углей связующее должно быть вязким и достаточно жидкотекучим. Показано, что показатели калорийности и механической прочности высокие, а зольности низкие.

Таким образом, можно сказать, что в угольных брикетах связующее вещество составляет до 15 % от объёма сырья. При взаимодействии угольной мелочи со связующим материалом образуется композиция, обладающая хорошей адгезией.

Для повышения физико-механических свойств угольных брикетов необходимо измельчать угольную мелочь и твердые ингредиенты.

На рисунке 2 показана зависимость прочности брикета на сжатие от времени механоактивации угольной мелочи.

В результате исследования нами были определены прочность брикетов с 15 % –ным содержанием ацетиленовой сажи, давление прессования 160 МПа. Для определения механической прочности при сжатии, истирание в барабане и испытания сбрасыванием угольных брикетов проводили по ГОСТ 21289-75. Установлен полиномиальный характер зависимости прочности брикета на сжатие от времени механоактивации наполнителя угольного брикета (рисунок 2).  Показано, что время механоактивации составило 6 минут

1 – прочность брикета без механоактивации угольной мелочи; 2 – прочность брикета с механоактивацией угольной мелочи

Рисунок 2. Зависимость прочности брикета на сжатие от времени механоактивации угольной мелочи

Поисковые эксперименты по варьированию времени механоактивации позволили сузить интервал изменения её временного интервала.

В таблице 2 показан оптимальный состав разработанного угольного брикета.

  Таблица 2.

Оптимальный состав угольного брикета

Таким образом, путем механоактивации увеличили число свободных радикалов на поверхности частиц. Поверхность измельченных твердых материалов покрывается оболочкой из примесей, на которой в дальнейшем и сосредоточиваются электрические заряды, определяющие химические свойства измельченного материала. Этим, очевидно, можно объяснить стабильность химических свойств веществ после механоактивации. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 1. Разработана безотходная, ресурсосберегающая и экологически чистая технология по переработке промышленных отходов АО «Навоиазот» – сажи, отхода производства ацетилена.

2. Изучением свойств бурых углей установлено, что бурые углы Ангренского разреза представляют собой взаимно ассоциированную тонкодисперсную механическую смесь органических и неорганических веществ, неподдающихся разделению известными способами обогащения.

3. Показано, что с помощью механоактивации твердых ингредиентов увеличивается число свободных радикалов, которые вступают в реакцию с другими ингредиентами.

Список литературы: 

1. Бакаев Х.Ю., Салимов Х.В. Инновационный подход к получению альтернативных источников энергии из промышленных отходов // тезисы докл. Междунар. науч.-практ. конф., посвященная 60-летию НГМК «Перспективы инновационного развития горно-металлургического комплекса», Навои,  22–23 ноября 2018 года. – С.488–495.
2. Рассказова А.В., Александрова Т.Н. Использование углеродсодержащих отходов для повышения качества угольных брикетов // IX Конгресс обогатителей стран СНГ : сб. ст. – Том II. − М.: МИСиС, 2013.– С. 731–733.
3. Шпирт М.Я., Рубан В.А., Иткин Ю.В. Рациональное использование отходов добычи и обогащения углей. – М.: Недра, 1990. – 224 с.
4. Юсупов Э.Д. Технология переработки ацетиленовой сажи и кротонового альдегида-промышленных отходов по "Навоиазот" : автореф. дисс. … канд. техн. наук. – Ташкент 1997. – 20 с.
5. Якубов С.И., Муратова Ш.М., Бакоев Х.Ю.,  Бабаханова М.Г. Экономико-экологические аспекты углебрикетирования // Материалы респ. науч.-техн. конф. «Современные технологии получения и переработки композиционных и нанокомпозиционных материалов». – г.Ташкент, 2017г. 25-26 мая. – С.187–188.
6. Kittiphop Promdee, Jirawat Chanvidhwatanakit, Somruedee Satitkune,  Chakkrich Boonmee, Thitipong Kawichai,  Sittipong Jarernprasert, Tharapong Vitidsant. Characterization of carbon materials and differences from activated carbon particle (ACP) and coal briquettes product (CBP) derived from coconut shell via rotary kiln // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – Vol. 75, August 2017.  –P. 1175–1186.