Угольные брикетные карандаши. Забытый способ получения тепла без дыма и пламени

конкурс
Конкурс статей

Конкурс авторских статей любых форматов. Обратите внимание, что победители будут определяться каждые три месяца в течение года!

Угольные брикетные карандаши. Забытый способ получения тепла без дыма и пламени

Язев А.С., инженер

г. Луганск, yazev1234@yandex.ua

«Давний случай на охоте», изложенный автором  «pensioner65» на сайте «Сибирский охотник», напомнил мне об одном, не совсем заслуженно забытом, способе обогрева и приготовления пищи. Может быть, способность угольных брикетов сгорать без дыма и пламени с управляемой скоростью за счет комплексного применения катализаторов и ингибиторов пригодится и в наше время.

Технология предложена Равичем М.Б. в 1942 г. и применялась в Красной армии в виде коробок из листового металла с отверстиями для обогрева бойцов и разогрева пищи в условиях, когда нельзя было использовать открытый огонь и требовалось исключить появление дыма на боевых позициях.

Угольные брикетные карандаши изготавливают из рабочей смеси, состоящей из древесного угля с добавлением жидкого стекла (связующее) и порошка окиси магния (ингибитор). Готовые карандаши укладываются с коробку в ряд, один над другим, до полного заполнения объема с некоторым смещением, для возможности воспламенения карандашей по очереди от предыдущего.

Изготовление

80 ч. (частей) порошка древесного угля, просеянного через сито № 70 (0-0,80 мм) смешать с 45 ч. связующей смеси, тщательно перемешать и брикетировать (спрессовать).

Связующая смесь

К 40 ч. горячей воды добавить 1 ч. порошка окиси магния. Полученную массу перемешать и кипятить 30 минут. Затем прибавить 4 ч. (при пересчете на сухой остаток) чистого жидкого стекла, перемешать.

После смешения с древесным углем, рабочая смесь готова к брикетированию.

Давление брикетирования  не более 50 кг/см2, причем, влага не должна отжиматься. Затем брикеты (карандаши) сушат на воздухе или горячим воздухом. Интенсивность сушки определить экспериментально.

Теплотворная способность низшая карандашей Qн=7000 ккал/кг при зольности рабочей Ар=10 %.

Для получения совершенно бездымных и влагоустойчивых карандашей необходима их  термообработка без доступа воздуха при температуре t=600 °С.

Диаметр карандаша D =14 мм, длина L= 80 мм.

Для желающих познакомиться с описанной технологией глубже - предлагаю две справки.

Справка 1. Жидкое стекло или силикатный клей

Впервые жидкое стекло получил в 1818 немецкий химик и минералог Ян Непомук фон Фукс.

В настоящее время изготовляется путем обработки в автоклаве кремнезёмсодержащего сырья концентрированными растворами гидроксида натрия или сплавлением кварцевого песка с содой. Известны также способы получения жидкого стекла, основанные на прямом растворении кремнистого сырья (Опоки, трепелы, диатомиты и др.) в растворах щелочей при атмосферном давлении и относительно невысокой температуре (температура кипения раствора щелочи).

Характеристикой химического состава жидкого стекла является силикатный модуль. Модуль показывает отношение содержащегося в жидком стекле оксида кремния к оксиду натрия или калия и характеризует выход кремнезема в раствор, но по величине силикатного модуля о качестве жидкого стекла не судят.

Одно из торговых названий — «силикатный клей».

Справка 2. Активация процесса горения твердого топлива

Известно, что активация процесса горения твердого топлива может быть осуществлена  двумя методами:

посредством каталитической активации топлива;

посредством воздействия накаленных поверхностей для дожигания горючих газов, выделяющихся при сжигании твердого топлива.

Стимулирующее воздействие золы топлива может быть значительно усилено добавлением к топливу каталитически активных присадок, а влияние огнеупорных стенок топки может быть увеличено введением дожигательных насадок и применением каталитически активных поверхностей.

Вопросы, связанные с конструктивными особенностями топок в настоящем ТЭО не рассматриваются, поэтому ниже будут освещены проблемы, связанные с производством катализированных угольных брикетов.

 

Катализаторы процесса окисления углерода

Исторически, вопрос о каталитической активации твердого топлива привлекал внимание многих исследователей. Было установлено значительное ускорение реакций взаимодействия углерода с паром и углекислым газом при 490…570 ?С при активации полученного обжигом скорлупы кокосовых орехов древесного угля углекислым натрием и в особенности углекислым калием, взятым в количестве 10 и 20 % от веса угля и высказано предположение, что применение углекислых щелочей способствует разложению первичного комплекса, образующегося при окислении углерода, и благодаря этому стимулирует процесс окисления.

            Известно, что обработка кокса известковым молоком повышает его реакционную способность по отношению к углекислому газу в интервале температур 900…1100 ?С. Исследованы, также, воздействие окислов различных металлов на процесс газификации графита, древесного угля и каменноугольного швелькокса водяным паром. По возрастающей каталитической активности окислов металлы располагаются в следующем порядке: алюминий, кобальт, марганец, ванадий, железо, никель, хром, медь. Окислы свинца и ртути оказались каталитически инертными.

Активность карбонатов щелочных металлов возрастает в следующей последовательности: литий, цезий, рубидий, натрий, калий.

Существует мнение, что каталитический эффект воздействия углекислых щелочей обусловливается циклом следующих реакций:

Na2CO3 + 2C = 2Na + 3CO

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

2NaOH + 2CO = 2HCOONa = Na2H2C2O4 = Na2CO3 + H2 + CO

Известны данные о влиянии различных добавок (в количестве 5 % масс.) на температуру воспламенения углерода (см. таблицу 1).

            Разработка методов приготовления беспламенных бездымных брикетов была начата в 1941 году в Энергетическом институте Академии Наук СССР, а уже в 1942 был разработан и осуществлен метод производства беспламенных катализированных брикетов на основе использования промышленных отходов без применения ценных или дефицитных материалов.

            Хлористые соли железа, алюминия, кальция, магния, марганца, калия и кремневой кислоты оказывают на реактивность обеззоленного промышленного кокса существенное влияние. Первое место занимает хлорид железа, второе – кальция, третье – калия.

            Реактивность кокса увеличивается с увеличением отношения (Fe+Ca)/(Al+Si) в золе. В таблице 2 приведены составы некоторых запатентованных (несколько сотен патентов) активирующих добавок (% масс), и масштабы их промышленного использования.

Сопоставление каталитического воздействия натрия и калия в виде различных солей позволяет установить влияние анионов на каталитические свойства щелочных металлов. В этой связи рассматривалось каталитическое воздействие: гидратов, карбонатов, хлоридов и сульфатов калия и натрия. Установлено, что карбонаты щелочных металлов по своему каталитическому воздействию мало уступают гидратам. Хлориды также обладают явно выраженным каталитическим эффектом, но менее активны, чем гидраты и карбонаты. Сульфаты являются каталитически инертными.

Применением 4 % NaCl или КCl удается обеспечить легкое зажигание и безотказное горение брикетов и получить от присадки 4 % хлоридов каталитический эффект, равный введению 3 % гидратов или карбонатов щелочных металлов.

Брикеты с добавками окиси кальция и окиси магния гаснут, в то время как брикеты, активированные добавками углекислого или хлористого натрия, горят безотказно. Брикеты, активированные углекислым или хлористым натрием, сгорают до полного озоления даже в условиях, когда на воздухе горит одиночный брикет, т.е., горение протекает не в слое топлива и без применения какого-либо очага для организации горения. Кроме того, подбор химического состава шихты позволяет управлять скоростью окисления углерода, то есть, продолжительностью сгорания брикетов. Зольность брикетов может достигать 30…40 %. Нижний предел теплоты сгорания, при котором их можно сжигать без дополнительного топлива, составляет от Qн.min = 3,35 МДж/кг. Шведский ученый Таннер установил, что без дополнительного топлива углеродсодержащие вещества могут гореть при содержании углерода (С) не менее 25%.

На Рис.1 приведен, так называемый треугольник Таннера, иллюстрирующий область горения углеродсодержащего вещества без дополнительного топлива. По Таннеру, нижний предел теплоты сгорания высокозольного и влажного органического вещества, при котором возможно его сжигание без применения дополнительного топлива, соответствует условию: W = 50%, А = 25%, С = 25% или W = 25%, А = 50%, С = 25%, т.е., главное, чтобы содержание углерода превышало двадцать пять процентов. Основываясь на этой зависимости можно сделать вывод, что большинство отходов углеобогащения можно преобразовать в альтернативное топливо, значительно сократить площади для складирования отходов угледобычи и улучшить экологическую обстановку в угледобывающих регионах.

 

Рис. 1

Треугольник Таннера

 Выше приведенные данные говорят о целесообразности введения катализаторов в состав угольной шихты при изготовлении брикетов.

 Связующие вещества

В качестве связующих веществ при производстве используют жидкое стекло, лигносульфонат, малассу, известь, карбидную известь и их смеси. В качестве добавок, поглощающих и связывающих серу и ее соединения, применяют мел, известь, дефикат (отход сахарного производства, содержащий до 74 % мела). Известны технологические процессы, основанные на использовании различных глин.

Жидкое стекло применяют в качестве связующего при изготовлении ферросплавных брикетов. Жидкое стекло получают из силикат-глыбы путем растворения в автоклавах острым паром под давлением 6-8 ати. Процесс растворения низкомодульных силикатов длится пять часов. Плотность раствора равна 1,4 – 1,45 г/см?. Для перекачки применяют мембранные насосы. В целях сокращения расходов целесообразно приобретать и транспортировать силикат-глыбу, а не готовое жидкое стекло.

Лигносульфонат - побочный продукт, образующийся в целлюлозно-бумажном производстве при получении целлюлозы из древесины. по химическому составу – это соли лигносульфоновой кислоты, по агрегатному состоянию – водорастворимые коллоиды, широко применяющиеся в литейном и огнеупорном производствах.

Меласса – побочный продукт сахарной промышленности, выпускаемый заводами по ОСТ 18-395-82 «Меласса свекловичная» с показателями:

-  Доля сухих веществ, % масс. не менее – 75,0;

-  Доля сахарозы, % масс. – 43,0;

-  Доля сбраживаемых сахаров, % масс – 44,0;

-  рН среды – 6,5-8,5.

Для получения доменных брикетов в качестве связующего широко применяются известь-пушонка и меласса в соотношении 60/40 %.

В последние годы, в связи с появлением жестких законов по защите окружающей среды за рубежом, для бытовых целей изготавливают только бездымные, низкозольные (10-12 %) с малым содержанием серы до 1 % брикеты.  В качестве связующих материалов чаще всего используют лигносульфонат, мелассу и крахмал. Французская фирма “Roguette” обладает патентами на две системы брикетирования с применением крахмала и различных добавок. В Англии аналогичные технологии использует фирма “Cerestar”.

Чаще всего на практике используют не один вид связующего, а их композиции.

Из продуктов химической промышленности в качестве связующих веществ могут применяться фенольные и фенолформальдегидный смолы с отвердителями, ПВА. В брикетных производствах Англии и Франции широко применяется ортофосфорная кислота как добавка (1 %) для увеличения водостойкости.

К неорганическим связующим относятся производные карбонатов кальция и магния, сульфаты кальция, силикальциты, цементы и глины. В последнее время стали использоваться фосфатные связующие. Установлено, что при взаимодействии глинистых веществ с ортофосфорной кислотой образуются два типа связующих – твердеющие в холодном состоянии и при нагревании. Лучшие результаты получены при использовании алюмофосфатных связующих. Удовлетворительные результаты получены в Польше при применении жирных глин в сочетании с известью (20,0 %) и цементом (15,0 %). 

 Работы, выполненные в свое время в УХИНе (г. Харьков), подтверждают вышеизложенное и дают основание для принятия в настоящем ТЭО новой технологии брикетирования, которая позволяет получать брикеты с заданными потребительскими свойствами путем применения водорастворимых связующих с низкой температурой полимеризации и катализаторов при брикетировании на прессах с асинхронным перемещением валков. Такой способ прессования позволяет увеличить адгезию брикетируемых частиц за счет тангенциально приложенной силы смещения.

Использование в качестве связующего экологически чистых веществ, например мелассы (отход сахарного производства) существенно облегчает экологическую нагрузку в районе производства этого альтернативного топлива.

 Особый интерес вызывает возможность использования в качестве катализаторов низкокачественной продукции или отходов производства предприятий, расположенных в Луганской и Донецкой областях, например, комовой соли, добываемой в ГП Объединении «Артемсоль» и хлористого кальция, являющегося отходом производства соды ООО «Лиссода».

голосов: 3
просмотров: 925
yazev, 11 сентября 2016
395, Луганск

Комментарии (12)

5499
Ростовская область
12 сентября 2016, 10:32
#
+0 0
Интересная информация, но, наверное, это уже история при современных прибамбасах...*
395
Луганск
12 сентября 2016, 12:37
#
+1 0
КАМыч, дело в том, что мы разучились считать деньги. Зачем зимний завоз, если можно обходиться местными дешевыми видами топлива. В западной Европе любят использовать камины для которых очень востребованы бездымные и беспламенные брикеты... Словом, зачем тащить в тайгу бензин и керосин, если древесины там хватает...
3596
Пермь
14 сентября 2016, 19:22
#
+1 0
Прочитал статью, мозги понимают что полезный и нужный способ, а вот понять знаний не хватает.
Оказывается калий и кальций это два разных вещества!!!)
Спасибо за статью, громадные знания и опыт заложены в каждом абзаце.
395
Луганск
16 сентября 2016, 13:56
#
+0 0
khonim, Вообще-то, в этом нет ничего сложного. Просто снижается температура воспламенения топлива. Если Вам это интересно, я могу выслать спецлитературу по каталитическому сжиганию топлива
3596
Пермь
17 сентября 2016, 21:28
#
+1 0
yazev, научно-техническая подготовка и опыт у вас не отнять и не спрятать, мне стыдно признаться, но мне не потянуть с вами беседу. Уровень знаний "ниже плинтуса". Хотя торфо разработки где то проходили в моей жизни рядом.
395
Луганск
17 сентября 2016, 22:21
#
+1 0
khonim, В чем-то Вы более опытный, ведь познания в одной сфере не значит владения другими. Если будет необходимость - рад помочь, не стесняйтесь.
3596
Пермь
18 сентября 2016, 15:07
#
+1 0
yazev, "Стеснение, это единственный мой недостаток". Так говорит про меня уважаемая соседка Капитолина Клавдиевна )))
395
Луганск
18 сентября 2016, 15:33
#
+0 0
khonim, не стесняйтесь, если нужно - помогу, чем смогу
556
новосибирск
19 сентября 2016, 18:22
#
+0 0
+ Вот если бы понятным языком описали всю технологию кустарного производства брикетов (с указанием где примерно брать компоненты, например: жидкое стекло, оно же - клей конторский в канцтоварах, оксид магния в ..?) и схему печи (с показателями не в Дж, а за сколько вскипятит литр воды в котелке), кто то бы и воспользовался на практике. А за информацию "для общей эрудиции" конечно же плюс. :-))
395
Луганск
19 сентября 2016, 18:55
#
+0 0
nva61, Схему печи, вернее коробки, виноват, найду в архиве - выложу. Вообще-то написал об этом, как дополнение к статье о бензиновых горелках. Оксид магния, или магнезия, применяется штангистами и др. спортсменами в качестве противоскользящего средства.
63
горный алтай
13 октября 2016, 8:57
#
+0 0
полностью согласен с khonim и nva61!!! очень уважаю yazev но в связи с обсалютной технически своей безграмотностью не смею задавать глупых вопросов! понимаю что все эти вещи очень нужные и забывать про них нельзя и хорошо что есть люди которые о них нам упоминают и детально описывают! вот если бы понятным нам простым языком -было бы очень супер!!!
395
Луганск
13 октября 2016, 13:04
#
+1 0
охотовед36, Из многовекового опыта известно, что кусковое твердое топливо может сгорать только в слое определенной толщины (высоты). Отдельно взятый кусок угля или древесины, практически, не дадут значительного теплового эффекта при сгорании, а зачастую, он просто не будет гореть. Предлагаемые брикеты воспламеняются и сгорают полностью без организации слоя топлива, причем, можно подобрать состав брикетов таким, что будет возможность изменять скорость сгорания топлива без образования дыма и пламени. К сожалению, труды Равича М.Б. не преподают в средних и высших учебных заведениях, даже не все выпускники теплотехнических факультетов имеют четкое представление о процессах пиролиза и газификации топлива. В результате, мы все привыкли, что котлоагрегаты и двигатели внутреннего сгорания могут работать только на традиционных видах топлива. По этой причине, местные возобновляемые энергоносители в расчет не берутся, а каждый год организовываются караваны "Зимнего завоза", расходуются огромные средства...Для того, чтобы перейти от общих рассуждений к практическому использованию предлагаю следующее: 1. посмотрите все, что предлагается мною в текстовых материалах и видеоотчетах о работе пиролизных установок и газогенераторов, размещенных на Яндексдиске (вход по ссылке: https://yadi.sk/d/qwM5GqUNqx5gk ); 2. Выберите то, что Вам хотелось бы использовать; 3. Сообщите мне и я помогу Вам чертежами и советом по изготовлению и эксплуатации. С уважением, А. Язев.

Добавить комментарий

Войдите на сайт, чтобы оставлять комментарии.
Наверх