3.1. Производство топливных брикетов

Широкое распространение получило изготовление торфобрикетов с применением нефтешламов. Технический результат - снижение энергоемкости процесса.

Брикетирование предложено в России в 30-х гг. 19 в. русским изобретателем А. П. Вешняковым, который разработал метод получения прочных брикетов из отходов древесного и каменного угля, назвав этот вид топлива карболеином. В 1858 году в Германии пущена первая буроугольная брикетная фабрика, а в 1860 году — каменноугольная с вальцевыми прессами.

Брикетирование - процесс переработки материала в куски геометрически правильной и однообразной в каждом случае формы, практически одинаковой массы — брикеты. При брикетировании создаются дополнительные сырьевые ресурсы из мелких материалов (преимущественно ископаемых топлив и руд), использование которых малоэффективно или затруднительно, а также утилизируются отходы (пыль, шлаки, металлическая стружка и т.п.).

В зависимости от исходного материала брикетирование производится со связующими (цементирующими, клеящими) веществами при средних давлениях (10—50 Мн/м²) и без связующих веществ при высоких давлениях (100—200 Мн/м²).

Известно, что связующее вещество для брикетирования должно удовлетворять ряду существенных требований: обладать хорошей связующей способностью и придавать брикетам достаточную прочность при их небольшом расходе, иметь хорошие спекающие свойства и придавать брикетам необходимую термическую устойчивость при горении, быть устойчивым к влаге, быстро затвердевать и придавать брикетам устойчивость в летнее время года, быть безвредным как при производстве брикетов, так и при их употреблении, быть недорогим и не усложнять процесс брикетирования, не увеличивать содержание балласта в топливе и не понижать его теплоту сгорания, быть недефицитным и применяться при малом расходе. Подобрать связующее, полностью отвечающее перечисленным требованиям, - трудная задача. Наибольшее применение для брикетирования мелочи каменных углей нашли каменноугольный пек и нефтебитумы.

Известно связующее для угольных брикетов, содержащее каменноугольный пек и углеводородную фракцию с точкой кипения 220 – 450 ⁰C, которое в качестве каменноугольного пека содержит пек с точкой размягчения 120 – 200 ⁰C при следующем содержании компонентов, вес.%:

каменноугольный пек с точкой размягчения 120 – 200 ⁰C - 35 – 77 вес.%; углеводородная фракция с точкой кипения 220 – 450 ⁰C - 23 – 65 вес.%

Брикеты, изготовленные с использованием описанного выше связующего, обладают высокой прочностью на сжатие и разрыв, однако использование такого связующего потребует значительных энергетических затрат для размягчения связующего, кроме того, при сжигании брикетов, содержащих каменноугольный пек, выделяются и канцерогенные вещества, что ограничивает использование таких брикетов в бытовых котельных.

Механизм основной стадии брикетирования — прессования в общем виде — представляется следующим образом. При небольшом давлении происходит внешнее уплотнение материала за счёт пустот между частицами. Затем уплотняются и деформируются сами частицы, между ними возникает молекулярное сцепление. Высокое давление в конце прессования приводит к переходу упругих деформаций частиц в пластические, вследствие чего структура брикета упрочняется и сохраняется заданная форма. На характер деформаций сильно влияют физико-химические свойства исходного материала.

Брикетирование ископаемого топлива (отсевы каменных и близких к ним старых бурых углей с относительно прочной механической структурой; рядовые слабоструктурные молодые бурые угли и торф) производится в основном для энергетики и коммунально-бытового хозяйства на брикетных фабриках. Зольность получаемых брикетов до 20%. Они хорошо противостоят перегрузкам, выдерживают длительное хранение на открытом воздухе, не разрушаются до конца горения. Брикетирование применяется в качестве составной части новых методов коксования для получения металлургического кокса из газовых и слабоспекающихся углей. Тощие угли, антрацит, старые бурые угли, полукокс брикетируются со связующими (каменноугольный пек в твёрдом или жидкорасплавленном виде, нефтяной битум и др.).