Predavanje 08 Tehnoloski Postupci Briketiranja[1]

PRIPREMA MINERALNIH SIROVINA OSNOVI AGLOMERIRANJA

M. Petrović

1

2.8 TEHNOLOŠKI POSTUPCI BRIKETIRANJA UGLJENA 2.8.1 TEHNOLOŠKI POSTUPCI BRIKETIRANJA KAMENOGA UGLJENA

S VEZIVOM

Proizvodni proces u briketiranju kamenih ugljena nije doživio značajnije promjene u posljednjih 100 godina. Odgovarajući način pripreme ugljena za briketiranje određuje tehničko-ekonomske aspekte cijeloga procesa, a također i kvalitetu briketa koji se proizvodi. U tehnološkom procesu briketiranja kamenih ugljeva uobičajeno su prisutne sljedeće, osnovne, operacije:

• doprema osnovnih sirovina (ugljen i vezivo), • sortiranje, drobljenje-usitnjavanje, prosijavanje ugljena i

eliminiranje nekarbonskih sastojaka, • sušenje i korištenje ugljene prašine iz ispušnih plinova sušare, • doziranje, miješanje i distribuiranje pripravljenog ugljena do

postrojenja za prešanje, • reguliranje tlaka briketiranja, temperature ugljena za briketiranje,

vremena malaksiranja, itd., • hlađenje, utovar i distribuiranje briketa, • odvajanje i usitnjavanje otpada iz procesa briketiranja, • odvajanje para i prašine iz postrojenja za briketiranje,

Na slici 121, prikazana je shema briketiranja kamenog ugljena s tečnim

vezivom. U ovom procesu se koristi tečni hidrokarbonski vezivni materijal kao što su: smola, karbon, asfalt i sl.

Ugljen gornje granične krupnoće – 10 mm, dovozi se do briketarnice pomoću pokretne trake (1) i odlaže u prijemni bunker (2) a zatim odlazi na sito (3), gdje se prosijava na granulaciju – 4 mm. Nadrešetni proizvod -10+4 mm, se upućuje na drobljenje i tako usitnjen (ggk. < 4 mm), miješa s podrešetnim proizvodom sita (3). Nakon toga, usmjerava se na sušenje u sušnicu (6), koja se zagrijava izduvnim, vrelim, plinovima iz peći (5). Dio podrešetnog proizvoda sita (3) koristi se za loženje peći (5), i izravno sa sita tranportira do ložišta peći. Nakon sušenja, plinovi se djelomično pročišćavaju u pneumatskom ciklonu (7), nakon prolaska kroz lepezu (8), vrši se njihovo definitivno pročišćavanje u elektrofilteru (9). Osušeni ugljen, zajedno s prašinom, odvozi se pokretnom trakom (10) do bunkera za suhi ugljen (11). Vezivo se može dovesti ili u tečnom ili u čvrstom stanju. Bez obzira na stanje, ono odlazi u spremište koje u isto vrijeme služi kao topionička peć (12). Ukoliko je vezivo u tečnom stanju (npr. smola), transportira se klipnom pumpom (13), do rezervoara (14), koji je, također, snabdjeven grijačima.


M. Petrović

2

- 10 mm

1 2

3

5

4 6

-10+4 mm

-10+4 mm

- 4 mm

7

8

9

1019

20

11

141315

17

18

12

27

28

21

22

23 24

29

25

16

26

Slika 121. Tehnološka shema briketiranja kamenog ugljena s tečnim vezivom


M. Petrović

3

Pumpa (15), koja ostvaruje tlak od 9 MPa, potiskuje vezivo kroz

sapnicu (16) u mikser, a odavde u bubanj (17), u kojega dolazi osušeni ugljen iz bunkera (11). U dezintegratoru (18) ugljen se dodatno usitnjavanja i miješa s vezivom. Mješavina ugljena i veziva odlazi putem pokretne trake (19) i (20) do vertikalnog miksera (21), u kome se, osim miješanja, smješa zagrijava pregrijanom parom na temperaturu koja u određenim situacijama prelazi 100 °C.

Ovako pripravljena smjesa usmjerava se pokretnom trakom (22) do

preše za briketiranje (23). Dobiveni briket se transportira trakom (24) na sito (25), pri čemu se nadrešetni proizvod (gotovi briketi) utovara u vagone (29). U cilju poboljšanja mehaničkih svojstava dobivenih briketa, isti se moraju ohladiti. Hlađenje se najčešće obavlja na transporteru (24) na taj način da su briketi prije dolaska na sito (25) uslijed duljeg transporta, ohlađeni na potrebitu temperaturu. Podrešetni proizvod (izlomljeni briketi) se trakom (26) transportira do dezintegratora (18), gdje se nakon usitnjavanja i miješanja s vezivom ponovno vraća u proces briketiranja. Prašina koja nastaje u procesu dodavanja veziva u ugljen kao i ona s trake (20) prikuplja se pomoću pneumatskog ciklona (27) i (28). Prikupljena prašina iz pneumatskog ciklona (27) se odvodi do vertikalnog miksera (21).

Slika 122, pokazuje tehnološu shemu briketiranja kamenog ugljena u slučaju korištenja hidrokarbonskog veziva (smola) u čvrstom obliku. Priprema ugljena za briketiranja, drobljenje, prosijavanje, sušenje i uklanjanje prašine se odvija na istovjetan način kao i tijekom briketiranja s tečnim vezivima (slika 151). Smola, koja se koristi kao vezivo, dolazi u obliku blokova i granula. Smola u obliku blokova mora se najprije razbiti na manje komade, a zatim izdrobiti.

Drobljenje se vrši postupno. Usitnjena smola mora sadržati što manje

zrna iznad 1 mm i ispod 0,01 mm. Smola se drobi u «kolergangu» na ggk. 15÷25 mm, a zatim u mlinu čekićaru ili dezintegratoru na granulaciju ispod 1 mm. Usitnjena smola se skladišti u bunker koji se nalazi neposredno ispod mlina. Čvrsto vezivo se odlaže u bunker (12), odakle se odvodi do ulaza u valjkastu drobilicu (13) na primarno drobljenje, pri čemu dobivamo vezivo ggk. 15÷25 mm. Vezivo se dalje transportira trakom (14) do dezintegratora (15), gdje se usitnjava na granulaciju - 1 mm, a onda se odvodi do rezervoara, hranilice (11). Od rezervoara (11) i (16) ugljen i vezivo se prebacuju do trake (17) i dezintegratora (18) (početno miješanje), a onda putem trake (19) do malaksera (20) (završno miješanje), koji se zagrijava pregrijanom parom temperature oko 300 °C. Smola ima temperaturu omekšavanja 50÷100 °C i temperaturu taljenja 100÷200 °C.


M. Petrović

4

- 10 mm

1 2

3

5

4 6

-10+4 mm

-10+4

- 4 mm

7

8

9

10

11

19

27

28

19 2O

21

22

23

2924

14

16

15

1718

12

13

25

26

Slika 122. Tehnološka shema briketiranja kamenog ugljena s čvrstim vezivom


M. Petrović

5

Smjesa se dobro promiješa i zagrije do temperature +80 °C, nakon čega

se preša pod tlakom od 10 ÷ 35 MPa u prešama s valjcima (21). Naredne operacije, transport i utovar briketa (23) i preusmjeravanje proizvedenog otpada (24), slične su onima na slici 121. Drobilice za vezivo (13) i (15) se čiste od prašine zračnom strujom (25) i lepezom (26). Prašina koja se skuplja u posudi (25) se odprema do rezervoara (16). Ostala područja gdje se javlja prašina, kao trake (17) i (19), dezintegrator (18) i mikser (20) se čiste putem zračne struje (27) i lepeze (28).

Prikazane tehnološke sheme briketiranja kamenih ugljeva ne daju sva

moguća rješenja u procesu proizvodnje briketa. Ova rješenja mogu varirati ovisno o vrsti ugljena, tipu i agregatnom stanju veziva, također i o načinu pripreme ugljena u procesu briketiranja. Navedene sheme ukazuju na složenost procesa briketiranja. Čine se pokušaji da se količina skupe smole iz katrana kamenog ugljena smanji, a da se pri tome čvrstoća briketa i njegovo ponašanje na ložištu ne izmijene. Svi postupci, čiji je cilj smanjiti dodatak smole, idu za tim da se što bolje iskoristi sposobnost lijepljenja vezivnog sredstva i da se postigne bolja raspodjela istog, nego što je to moguće sa samljevenom tvrdom smolom. Dobra raspodjela smole osigurava kvašenje većeg broja čestica ili veće površine, pri čemu je sloj vazivnog sredstva tanji.

ELGO –POSTUPAK

Svrha ovog postupka je finija raspodjela smole u obliku pjene. Stvaranje pjene nastaje nakon dodavanja veziva, intimno pomiješanog s vodom, ugljenu koji se briketira. U tu svrhu se najprije emulzija voda – smola pripremi i grubo izmiješa s ugljenom. Zatim se ova smjesa zagrijava u malakseru na temperaturu iznad 100 °C. Tijekom zagrijavanja, otparavaju čestice vode iz emulzije a smola se počinje pjeniti. Na taj se način postiže dobra raspodjela veziva u ugljenu. Za vezivanje vode s hidrofobnom smolom koristi se emulgator, koji smanjuje površinski napon između smole i vode. Kao emulgatori služe naftenske kiseline, smolne kiseline, alkilnaftalinsulfokiseline i njihove alkalne soli, koje se, u obliku razblaženih vodenih rastvora prethodno zagrijanih, dodaju tečnoj smoli. Ovim postupkom dobivaju se briketi zadovoljavajućih mehaničkih svojstava uz dodatak samo 3,5 % smole. EBV – POSTUPAK Kada se voda miješa s tečnom smolom zagrijanom iznad 100 °C, stvaraju se mjehuri pare u unutrašnjosti smole i smola se pjeni. Pjena smole, koja sadrži vodenu paru, sasvim je tečna te se stoga lako miješa s ugljenom. Kod EBV – postupka pjena smole se proizvodi u sapnici za miješanje.


M. Petrović

6

Tečna smola normalne točke omekšavanja dovodi se iz cisterne, gdje je

zagrijana na 150÷250 °C, u rezervoar s temperaturom od najmanje 140 °C. U komoru kružnog presjeka čiji se omotač zagrijava, uvodi se tangencionalno tečna smola i prethodno zagrijana voda, gdje se pomoću mješalice dobro izmiješaju. Osušeni ugljen dolazi iz bunkera preko trake za doziranje, miješa se tijekom padanja s trake s pjenom smole. Miješanje se nastavlja u pužnom prijenosniku a zatim u malakseru koji je zagrijan na 90÷95 °C. Po izlasku iz malaksera, smjesa se hladi zrakom na 70 °C i odlazi u prešu. Ovim postupkom smanjuje se količina smole za 1,5÷2 % u usporedbi s uobičajenim postupcima u kojima se koristi tvrda smola. LAURWEG-WIRBELMISCHER POSTUPAK Kod ovog postupka se tečna smola i vlažna para ubrizgavaju u zagrijani ugljen u lebdećem stanju. Ugljen koji je zagrijan na 80÷90 °C, dozira se u mješalici (Wirbelmischer) u koju se ubrizgava zagrijano tečno vezivo a istodobno se uvodi i vlažna para temperature od oko 110 °C i pod tlakom od 5 MPa. Kao vezivo dodaje se smola katrana kamenoga ugljena zagrijana na 170 °C, točke omekšavanja oko 60 °C. Tečna smola se raspršuje pomoću tzv. «impaktora», koji se sastoji iz filtera, mjerača tečnosti i kompresora. Mješalica se prazni u pužni prijenosnik, koji smjesu odvodi u prešu s valjcima. Ušteda smole u ovom postupku iznosi 2 % od uobičajene potrošnje.

HUMBOLDT-WEBER POSTUPAK Kod ovog postupka se kao vezivo koristi sumporna lužina i male količine gline. Na osnovu izvršenih laboratorijskih i poluindustrijskih pokusa, razrađen je postupak za dobivanje briketa za polukoksiranje. Ovaj postupak obuhvaća sljedeće operacije:

• sušenje sitnog ugljena –10+0 mm, ukoliko ugljen sadrži više od 5% vlage.

• dodavanja veziva koje se sastoji od 6 % sumporne lužine, 1 % smole katrana kamenoga uljena i 1 % osušene, fino samljevene, gline.

• osiguranje pare za malakser u količini od oko 70 kg pod tlakom od 2,5 bara i temperature 300 °C po toni osušenoga briketa. Osim toga, potrebno je oko 1,4 kg pare, istog tlaka i temperature, po toni osušenog briketa za ubrizgavanje sumporne lužine u malakser.

• otvrdnjavanje briketa, koji pri ulazu u postrojenje za otvrdnjavanje imaju temperaturu 20÷50 °C i 8÷9 % vlage, a pri izlazu temperaturu 120÷130 °C i 2 % vlage.


M. Petrović

7

Briketi jajastog oblika dobiveni po ovom postupku, imaju

zadovoljavajuću tlačnu čvrstoću, koja je dovoljna za brikete koji služe za polukoksiranje. Nakon polukoksiranja, čvrstoća na tlak se dodatno povećava.

Svojstveno za Humoldt-Weber postupak je osim potrebnih uređaja za pripremu i pozornog doziranja veziva, osobito dobro miješanje ovoga s osušenim sitnim ugljenom.

Sadržaj površinske vlage ugljena koji se briketira, ne mora se smanjiti na oko 2 % kao kod uobičajenoga briketiranja. Dovoljno je sušenje na 5 % vlage. Ugljen pomiješan s glinom i smolom se najbolje miješa sa sulfatnom lužinom u zagrijanim pužnim mješalicama. Na taj način se smanjuje viskozitet sumporne lužine, koja je u hladnom stanju jako viskozna te se postiže ravnomjerna raspodjela po površini ugljena. Sadržaj vlage mješavine koja se briketira iznosi 8÷9 %, dakle, dva puta viša nego kod uobičajenog briketiranja sa smolom. Razlog tomu je visok sadržaj vode u sulfatnoj lužini koji iznosi oko 50 %. Dodatak gline je potreban da bi briketi nakon polukoksiranja imali dovoljnu tlačnu čvrstoću i otpornost na habanje. Ova se postiže koksiranjem, odnosno, otvrdnjavanjem smjese glina – smola – celulozna smola. Sadržaj pepela briketa se neznatno povećava dodatkom gline. POSTUPAK SA SULFATNOM LUŽINOM Ovim postupkom primjenjuje se smola katrana kamenog ugljena uz dodatak smrčeve ili bukove sumporne lužine. Izvršeni mnogobrojni pokusi proizvodnje jajastih, orašastih, i komadnih briketa pokazali su da briketi imaju potrebitu minimalnu tlačnu čvrstoću, koju zadržavaju i nakon skladištenja na snijegu, mrazu i vlažnom vremenu tijekom prva dva tjedna. Tek nakon duljega skladištenja tlačna čvrstoća opada. Nakon osmotjednog skladištenja na otvorenom, jajasti i kvadratični briketi dobiveni sa smrčevom sulfatnom lužinom, još uvijek su čvrsti, iako se može ustvrditi, izvjesno izluživanje uslijed vlažnoga vremena. Ponašanje ovakvih briketa na ložištu, u usporedbi s briketima koji su dobiveni s običnom smolom, je zadovoljavajuće. Naknadno otvrdnjavanje relativno mekanih briketa dobivenih sa sulfatnom lužinom kao vezivnim materijalom ostvaruje se na temperaturama od 120÷300 °C ili duljim stajanjem na zraku. Naime, tek nakon duljeg, skladištenja na suhom dostižu čvrstoću briketa dobivenih sa smolom. Briketi sa sulfatnom lužinom nisu pokazali nikakve nedostataka u pogledu ponašanja na ložištu. Ovim postupkom se postiže ušteda od 40 ÷50 % smole.


M. Petrović

8

KONVERTOL POSTUPAK

Mekane smole, točke omekšavanja 60 °C, uslijed manjega viskoziteta, bolje se raspodjeljuju u sirovini koja se briketira, nego uobičajene smole točke omekšavanja 68÷73 °C. Pri tome je potrošnja smole manja nego kod tvrde smole. Kako se mekana smola ne može mljeti, primjenjuje se postupak za briketiranje s tečnom smolom, koji zahtijeva specijalne uređaje.Konvertol postupak omogućava da se sitan vlažan ugljen ili mulj, nakon uklanjanja površinske vode, kvasi uljem i da se zatim najveći dio vode (8 ÷10%) odstrani centrifugiranjem. Sitan ugljen ili mulj (impregniran, hidrofobiran, pomiješan s ugljenom, konvertiran) se može koristiti kao dodatak vezivu za briketiranje s normalnom smolom, kako bi se ovoj smanjila točka omekšavanja a na taj način i potrošnja. Tijekom dodavanja konvertiranoga ugljena, mješavini za briketiranje mala količina ulja se pomoću veće količine konvertiranoga ugljena bolje raspodjeljuje u smješi za briketiranje. Da bi se dobio pogodan dodatak vezivu (konvertiran ugljen), može se dio ugljena koji se briketira prevesti u konvertiran ugljen ili koncentrat, ugljen – ulje, dobiti odgovarajućom pripremom mulja iz prališta postrojenja za oplemenjivanje. U prvom se slučaju vlažan ugljen koji se briketira, ili suh, sitan ugljen uz dodatak oko 10 % vode, miješa u mlinu s uljem (oko 10 %). Voda povoljno utječe na raspodjelu i taloženje ulja na površini čestica ugljena i na njihovo impregniranje. Drugi način je zasnovan na spajanju pripravljenog mulja iz prališta kamenoga ugljena i njegovo prevođenje u konvertirani proizvod (ugljen – ulje). U ovom slučaju se zgusnuti mulj, već prema finoći, impregnira s 3÷5 % ulja katrana kamenoga ugljena, a zatim u centrifugi uz istodobno odstranjivanje pepela, odvodnjava na 8÷12 % vlage. Mulj s uljem se u određenoj količini (npr. 10 %) dodaje ugljenu za briketiranje i s ovim, kao i s potrebnom količinom dodane, normalno isitnjene smole, izmiješa. Zagrijavanjem sirovine, koja se briketira u malakseru s parom nastaje iz ulja, prilijepljenoga za čestice ugljena i iz smole, mekana smola s nižom točkom omekšavanja. Miješanje se mora izvoditi jako pozorno i temeljito, kako bi ugljen s uljem i samljevena smola došli u intiman dodir te na taj način osigurali preduvjete da, raspodjelom malih količina ulja pomoću srazmjerno velike količine ugljena kao nositelja ulja, ovakvo miješanje dadne bolje rezultate od onih koje dobijemo neposrednim miješanjem ulja (u količini ispod 1%) s cjelokupnom količinom ugljena koji se briketira.


M. Petrović

9

Mješavina ugljena za briketiranje i konvertiranog ugljena sadrži već

veliki dio čestica ugljena, čija je površina pokrivena uljem na koje se smola lakše nataloži. Tijekom impregniranja mulja, upravo najsitnija zrna bivaju nakvašena uljem. Ova zrna, inače, uzrok su velike potrošnje smole za briketiranje, budući se teško kvase smolom, ukoliko se odsijavanjem ne odstrane iz ugljena za briketiranje. Smola se nataloži neposredno na površine s uljem i u malakseru prelazi u mekanu smolu, čime se postižu poznate prednosti briketiranja s mekom smolom. Fino samljevena smola povoljno utječe na tijek rastvaranja između smole i ulja – omekšivača. Tijekom briketiranja, višak vode iz čestica ugljena presvučenih mekanom smolom se istisne.

Prema laboratorijskim pokusima smanjuje se, pri istoj maksimalnoj

čvrstoći, potrošnja veziva i to meke smole u konvertel postupku za 1,65 % i normalne smole za 2,75 %. Snižavanjem točke omekšavanja može se sniziti i temperatura u malakseru. Konvertol briketi zahtijevaju dulje vrijeme hlađenja, jer dodatkom normalne smole očvršćuju tek na nižim temperaturama. Konvertol postupak ima tu prednost da se mogu primijeniti smole visoke točke omekšavanja (veće od 100 °C), koje se, inače, ne mogu koristiti kod običnog briketiranja jer se dodatkom konvertiranoga ugljena snižava točka omekšavanja.

Značaj konvertol postupka je u tome što se sitan proizvod iz prališta ne samo oslobađa pepela i vode, nego se istodobno koristi i kao pomoćno sredstvo za bolju raspodjelu veziva kod briketiranja. HEPANDUR POSTUPAK Ovaj postupak koristi škrob kao vezivo. Dovoljno je 1÷1,5 % škroba s 0,2÷0, 3 % neke soli. Koristi se škrob iz krumpira, kukuruza, riže i pšenice. Za stvaranje škrobnog ljepila iskorištava se površinska vlaga ugljena koji će se briketirati a koja treba iznositi 8÷15 %. Nasuprot normalnom briketiranju sa smolom, ovdje se koristi vlažan ugljen uobičajene krupnoće, koji se tretira u malakseru s parom na 90÷95 °C, nakon što je u pužastoj mješalici izmiješan s vezivom u obliku praha.

Nabubreli i ponovno otvrdnuti škrob treba briketu tijekom sušenja dati potrebitu mehaničku čvrstoću. Škrob jako nabubri u površinskoj vodi ugljena kao i u kondenzatu vlažne pare u malakseru. Stoga je dovoljna mala količina veziva, i to 1÷1,5 % suhoga škroba, da bi se ispunila zapremina pora ugljena koji se briketira i da se djelići ugljena međusobno vežu.


M. Petrović

10

Briketi proizvedeni s vrućim škrobnim ljepilom, neposredno nakon prosijavanja imaju malu mehaničku otpornost i kao takvi, nisu podesni za transport ili skladištenje u visokim slojevima. Tek nakon izdvajanja viška vode, tijekom sljedećih 3÷4 dana, poprime zadovoljavajuća mehanička svojstva. Na vlažnom zraku i izloženi dulje vrjeme kiši, briketi ponovno primaju vlagu i omekšavaju. Ukoliko se ne opterećuju, ne raspadaju se, već ponovno stajanjem na suhom, dva do tri dana, stječu svoju prvotnu čvrstoću.

Kako škrob tijekom sagorijevanja briketa biva razložen skoro bez ostataka, briketi dobiveni ovim postupkom nemaju dovoljnu termičku postojanost. Ako se na odgovarajućoj temperaturi dodaju lako topive soli, npr. boraks ili soda u količini 15÷16 % od ukupne količine dodanog veziva, onda briketi dobivaju veću termičku postojanost, jer ove soli na temperaturi sagorijevanja stvaraju s pepelom iz briketa čvrst skelet. Razlozi zbog kojih ovaj postupak nije dobio širu primjenu su nedovoljna čvrstoća briketa uslijed promjenjive vezivne moći raznih vrsta škroba, kao i nedovoljna čvrstoća neposredno nakon proizvodnje, što otežava utovar i transport briketa. 2.8.2 TEHNOLOŠKI PROCES BRIKETIRANJA KAMENOGA UGLJENA

BEZ VEZIVA Postoje dva načina briketiranja kamenoga ugljena bez veziva: prešanje fino usitnjenog ugljena pod visokim tlakom i prešanje ugljena uobičajene veličine zrna, pod uobičajenim tlakom na temperaturama na kojima površina ugljena postaje mekana i plastična (briketiranje na toplo). BRIKETIRANJE POD VISOKIM TLAKOM Kameni ugljen nema preduvjete za briketiranje bez veziva. Kod dovoljno bliskog kontakta čestice se privlače molekularnim silama (Van der Waalsovim silama) i valentnim silama. Privlačenje ovisi u prvome redu o vrsti i veličini valentnih sila na dodirnim površinama. Za briketiranje bez veziva je potreban što veći neposredni dodir površina čestica. Stoga je potrebno ugljen dovoljno usitniti kako bi se dobila što veća površina, a s tim u vezi i dovoljan kontakt između čestica. Povećanje tlaka na 120÷150 MPa u prešama s valjcima ili na 180÷230 MPa, što se može postići u polužnim ili Ringwalzen – prešama, pokazalo se nedovoljnim. Stoga se ove preše ne mogu primijeniti kod briketiranja kamenoga ugljena bez veziva, nego se moraju koristiti preše u kojima je moguće ostvariti još veće tlakove. Osim povoljnoga granulometrijskog sastava i finoće zrna, odlučujuću ulogu za čvrstoću briketa ima tvrdoća kamenoga ugljena.


M. Petrović

11

Kod briketiranja kamenoga ugljena bez veziva najbolji rezultati u

pogledu čvrstoće briketa postižu se s ugljenom koji sadrži oko 20 % hlapljivih materija. Kod ugljena bilo kog granulometrijskog sastava, a koji sadrže ispod 8 % i iznad 35 % hlapljivih materija, briketiranje bez veziva nije moguće pod tlakom koji je tehnički ostvariv. Osim povoljnog granulometrijskog sastava, za briketiranje bez veziva, potreban je nizak sadržaj vlage (manji od 1 %). Osim toga, treba što bolje odstraniti zrak prethodnim zgušnjavanjem ugljene prašine pomoću centrifugiranja. Antracit sa 9 % hlapljivih sastojaka, veličine zrna veće od 0,1 mm, daje tek pod tlakom od 450 MPa dovoljno čvrste brikete. BRIKETIRANJE NA TOPLO Kod opreznog zagrijevanja kamenoga ugljena, kao što je plinsko-plameni ili plinski ugljen, ovaj omekšava najprije po površini, tj. postaje plastičan a da pri tome ne dolazi do većeg razlaganja. Ovakav se ugljen, zagrijan do površinskoga omekšavanja, može briketirati bez veziva pod srazmjerno niskim tlakovima. Postupak razrađen na ovoj osnove zove se briketiranje na toplo. Dunkel je izvršio pokuse briketiranja kamenoga ugljena na toplo bez dodatka veziva. Pokusi su pokazali da ugljen postaje plastičan prije početka razlaganja i to već od 200 °C. Tek na 380 °C i iznad ove temperature, izdvajali su se plinovi i katran. Prema tome, nije potrebno da se ugljen zagrijava do temperature razlaganja i da se dobiveni katran, odnosno, njegovi visoko ključajući sastojci, koriste kao vezivo. Ispod 320 °C su potrebni tako visoki tlakovi da se postavlja pitanje ekonomičnosti postupka u industriji. Temperatura na kojoj se iz ugljena različitoga stupnja ugljenisanja pod istim tlakom dobivaju jednako čvrsti briketi, točno je određena. Što ugljen bolje koksira, to lakše i na nižim temperaturama sinterira u preši i daje brikete sjajnog prijeloma. Tijekom zagrijevanja, smanjuje se masa ugljena uslijed otcjepljenja konstitucijske vlage, ugljene kiseline, dušika kao i malih količina metana i njegovih homologa. Gubitak mase na 320 °C iznosi oko 5 %, na 350 °C oko 6 % i na 375 °C oko 9 %.

Zagrijavanjem ugljena na temperature između 320 °C i 350 °C toplinska vrijednost ugljena se, uslijed odstranjivanja internih plinova i vode, povećava za više stupnjeva. Moć vezivanja ugljena je na ovim temperaturama vrlo visoka te je dovoljno dodati 15÷30 % takvog ugljena polukoksu ili koksnoj prašini da bi se dobili čvrsti briketi. Prema Dunkelu, može se bez teškoća polukoksiranjem briketa dobivenih iz ugljena koji ne vezuje, proizvoditi komadni polukoks.


M. Petrović

12

BRIKETIRANJE S KOLOIDNIM UGLJENOM

Kod ovoga postupka se ugljen uobičajene zrnovitosti briketira s izvjesnom količinom istog ugljena samljevenog do skoro koloidne finoće, koji se dodaje kao vezivo u obliku vodene suspenzije. Djelovanje koloidno samljevenih čestica sastoji se u tome što se uslijed njihove velike površine javljaju Van der Vallsove molekularne sile u tolikoj mjeri da se uspostavlja veza s većim česticama, i da se tijekom otvrdnjavanja briketa, nakon otparavanja vode dodane u suspenziji, stvara čvrst proizvod. Dodatak vode je potreban da bi se fino samljevene ugljene čestice, uslijed kapilarnoga napona vode, što čvršće i što tješnje zalijepile za ugljen koji se briketira. Ugljen treba ravnomjerno izmiješati s koloidnim ugljenom i tijekom prešanja prevesti u plastično stanje. Umjesto kamenog ugljena koji se teško melje, može se kao vezivo koristiti fino samljeveni mrki ugljen ili treset.

Delkoskamp je predložio postupak briketiranja s fino samljevenim kamenim ugljenom koji se dodaje u količini 25÷35% ugljena koji se briketira. Ovaj fino samljeveni kameni ugljen, u obliku paste, treba se miješati u malakseru sa sitnim ugljenom uobičajene zrnovitosti a zatim ovu mješavinu prešati pod tlakom 30÷35 MPa. Nedostatak ovoga postupka je u tome što su troškovi koloidnog mljevenja ugljena koji služi kao vezivo, sušenje ugljena i sušenje briketa, vrlo visoki.

2.8.3 TEHNOLOŠKI POSTUPCI BRIKETIRANJA MRKOGA UGLJENA I LIGNITA

Mrki ugljen i lignit, koji su znatno mekši od kamenoga ugljena, mogu se

briketirati pod tlakom od 80÷200 MPa, bez dodatka veziva. Pri tome se dobivaju briketi dovoljne čvrstoće. Zahvaljujući sadržaju preostale vlage u briketu ( 8÷ 18 %) dolazi do kapilarnoga vezivanja čestica. Na površini tako dobivenih briketa, koji imaju potrebnu plastičnost, nastaju sile privlačenja koje utječu na spajanje bliskih čestica a koje su posljedica visokog sadržaja huminskih kiselina.

Briketi koji se koriste u energetske svrhe, proizvode se uglavnom iz

ugljena niskog sadržaja katrana. Proces briketiranja mrkoga ugljena i lignita bez veziva sastoji se u tome što se rovni ugljen drobi na granulaciju 2÷6 mm, suši do sadržaja vlage 8÷18 %, hladi nakon sušenja do temperature +50 °C i preša pod tlakom od 80÷200 MPa u mehanički čvrst briket. Shema briketiranja mrkoga ugljena i lignita u svrhu dobivanja briketa za loženje prikazana je na slici 123.


M. Petrović

13

Slika 123. Shema briketiranja mrkojega ugljena i lignita u svrhu dobivanja briketa za loženje

1

2

-6 mm

+20 mm

-20

-20+6 mm

-6 mm

9

10 11

13

15

16

12 14

3 4

5

7

6

8

17

16


M. Petrović

14

Ugljen dolazi vagonima (1) u bunker (2), odakle dodavačem i

transporterom (3) odlazi na sito (4). Klasa + 20 mm ide u drobilicu (5), gdje se drobi na krupnoću ispod 6 mm, a zatim zajedno s odsjevom – 20 mm odlazi na sito (6), gdje se dijeli na klase –20+6 mm i –6+0 mm. Klasa –20+6 mm, vraća se u drobilicu, a klasa –6+0 mm, odlazi u bunker (7).

Iz bunkera (7), ugljen klase – 6+0 mm ide u bubnjastu sušnicu (8),

odakle osušeni ugljen sadržaja vlage 12÷16 %, transporterom (9) odlazi u hladnjak (10).

Nakon hlađenja do temperature 40÷50 °C, osušeni ugljen se

transporterom (11) transportira u bunker (12), a zatim u prešu (13). Dobiveni briket se hladi na transporteru (14), odakle odlazi na sito (15).

Nadrešetni proizvod, gotovi briketi, odlažu se u vagone (16). Podrešetni

proizvod, izlomljeni briketi, transporterom (17) odlaze u drobilicu (16), gdje se usitnjavaju na granulaciju manju od 6 mm i ponovno vraćaju u proces.

Mrki ugljeni i ligniti, koji sadrže veću količinu katrana (više od 10 %), su sirovina za dobivanje briketa koji se koristi za polukoksiranje i koksiranje. Tehnološki proces briketiranja mrkojega ugljena i lignita bez veziva u svrhu dobivanja briketa za polukoksiranje i koksiranje prikazan je na slici 124.

Samljeveni ugljen, nakon odvajanja na krupnoću – 6 mm, odlazi transporterom u bunker (7) a zatim dodavačem u sušnicu (8), pa zajedno s toplim plinom ide u mlin s ventilatorom (9). Ovdje se ugljen usitnjava na granulaciju - 1 mm i ide u cikon (11). Iz ciklona plin odlazi u elektrofilter (12), a zatim se ispušta u atmosferu.

Osušeni ugljen, koji sadrži 8÷10% vlage, prenosi se transporterom u

hladnjak (10), a zatim ohlađen na temperaturu 60÷70°, transporterom (13) i (14) u bunker (15). Odatle, sušeni ugljen odlazi preko transportera (16) i pužastoga prijenosnika u obručnu prešu (17).

Dobiveni briketi preko transportera (18) odlaze na sito (19) sa kojega

nadrešetni proizvodi odlaze na polukoksiranje. Podrešetni proizvod sita (19) trakastim transporterom (21) odlazi na uitnjavnje u drobilicu (22) odakle biva transporterom (13) vraćen u proces briketiranja.


M. Petrović

15

22

1

2

-6 mm

+20 mm

-20

-20+6 mm

-6 mm

3 4

5

7

6

8

13 14

15

16

-1mm

17

1918

2021

9

10

11

12

Slika 124. Shema briketiranja mrkoga ugljena u svrhu proizvodnje briketa za polukoksiranje


M. Petrović

16

2.8.4 TEHNOLOŠKI POSTUPCI PROIZVODNJE BEZDIMNIH BRIKETA

Bezdimno kruto gorivo sagorijeva s malo dima i čađi, tako da se praktično može smatrati bezdimnim. Kako su dimne materije mješavina vodene pare, čađi, katranskih para i sličnih produkata sagorijevanja, to bi goriva s niskim sadržajem vlage, volatilnih materija i katrana predstavljala prirodne sirovine za izravno spaljivanje bez ikakvog naknadnog tretmana.

U ovakva prirodna bezdimna goriva spadaju ugljevi visokog stupnja

metamorfizma (sve vrste antracita i nešto stariji kameni ugljevi), koji po pravilu imaju visoku toplinsku vrijednost, dok se mlađi kao polazna sirovina za proizvodnju bezdimnog goriva moraju oplemenjivati.

Današnji zahtjevi zaštite čovjekove sredine nalažu da bezdimna goriva

imaju što manju emisiju sumpornih spojeva kao zagađivača. U svijetu, za sada, ne postoje jedinstvene norme u pogledu parametara (volatilne materije, sumpor, fizikalno-mehanička svojstva i sl.). Granice pojedinih parametara ovise o raspoloživosti izvora ugljeva, primijenjenim tehnološkim rješenjima oplemenjivanja, energetskoj politici pojedinih zemalja, aktualnosti zaštite zagađivanja zraka itd. Veliki proizvođači bezdimnog goriva (Engleska, Francuska, Belgija i Njemačka), a koji u isto vrijeme imaju znatne rezerve kamenih ugljeva i antracita, plasiraju na tržište bezdimna goriva s dosta niskom granicom volatilnih materija od 6÷10 %. Kako naša zemlja ne raspolaže ugljevima višeg stupnja metamorfizma, te smo upućeni na korištenje mlađih ugljeva, to je i naš zakon o zaštiti čovjekove sredine tolerantniji. Tako se granice volatilnih materija kreću u širem intervalu, od 10÷17 %, ovisno o mogućnosti opskrbe krutim gorivima ali i ostalim gorivima kao što su zemni plin, plin iz plinara i slično.

Emisija čađi, prašine i katrana uobičajeno se izražava uvjetnim jedinicama, a znatno rijeđe apsolutnim vrijednostima koncentracija čađi, prašine i katrana. Za sumpor nisu postavljene određene granice sadržaja u bezdimnom gorivu. Budući se bezdimno gorivo i njegova kvaliteta u pogledu sumpora žele svesti na istu razinu kao bolje vrste loživog ulja, to se emisija sumpora izražava njegovim ukupnim sadržajem u oslobođenoj toplotnoj energiji 41,86 MJ. Ova komparacija ima uvjetan karakter jer različiti oblici sumpora u ugljenu (organski, piritni i sulfatni sumpor) trpe i specifične promjene koje ovise o kemijskoj prirodi sumpora. Daleko, ispravnija slika dobila bi se komparacijom samogorivog sumpora krutog goriva s ukupnim sadržajem sumpora u loživom ulju.


M. Petrović

17

Na odnos gorivog i negorivog sumpora, osim prirode sumpora u samom

ugljenu, u znatnoj mjeri utječe i temperatura sagorijevanja, jer već na temperaturi od 700÷800 °C dolazi do termičke disocijacije soli sumpora (CaSO4 i sl.). Realna slika zagađenja zraka sumpornim oksidima kod krutog goriva dobiva se kompleksnijom analizom, a ne simplificiranom usporedbom s loživim uljem, kako se obično vrši.

Reduciranje volatilne materije pepelom i osobito vlage bezdimnog

goriva rezultira porast toplinske vrijednosti, koji doprinosi komfornosti primjene goriva (u poređenju s manje kaloričnim ugljenom potrebne su manje količine bezdimnog goriva, niži su troškovi manipuliranja, transporta i skladištenja, manja je količina pepela). Iako ne postoje strogo određene norme za toplotni učinak bezdimnog goriva, zahtijeva se minimalna vrijednost od 21÷23 MJ/kg. U pogledu fizikalno- mehaničkih svojstava, od osobitog značaja su tlačna čvrstoća i upijanje vode. Zbog lakšeg napuštanja kalupa preše, nakon prešanja, briketi su najčešće ovalnog oblika te se čvrstoća na tlak određuje u točki. Na osnovu iskustava u korištenju bezdimnog goriva, čvrstoća od 5 MPa daje zadovoljavajući granulometrijski sastav goriva kod konačnog potrošača, odnosno usitnjavanje briketa svodi se na podnošljivu granicu od 1÷5 % ovisno o načinu manipuliranja. Test upijanja vode ukazuje na stupanj raspadanja briketa u dodiru s vodom, a s ovim je povezana mogućnost skladištenja briketa u rinfuznom stanju. Upijanje vode ne bi trebalo prekoračiti vrijednost od 3÷7 % za 24 sata ovisno o vrsti ugljena, primijenjenoj tehnologiji i prirodi vezivnog sredstva. Najveći dio svjetske proizvodnje bezdimnog krutog goriva otpada na zemlje zapadne Europe. Goriva se prodaju na tržištu pod različitm komercijalnim nazivima (anthracite, syentracite, phurnacite, homefire, roomheat).

Sirovine za proizvodnju nabrojanih goriva čine ugljevi visokog stupnja

metamorfizma, počevši od antracita do niskovolatilnih bituminoznih ugljeva. Ovaj sirovinski osnov i kvaliteta proizvoda čine skoro nemogućim postavljanje oštre granice između postupaka za dobivanje bezdimnog krutog goriva za široku potrošnju i oblikovanog koksa za metalurgiju. Intenzivirana eksploatacija ugljena i masovna primjena mehanizacije, izazvali su povećanu proizvodnju sitnih asortimana, a zadovoljavajuća valorizacija sitnog ugljena se mogla, između osatlog, postići i putem proizvodnje bezdimnog, odnosno metalurškog goriva. Postupak "Anthracine" odnosi se na preradu niskovolativnog kamenog ugljena i antracita. Ugljen odgovarajućeg granulometrijskog sastava se briketira s katranskom smolom kao vezivnim sredstvom (4÷5 %), a dobiveni sirovi briket se termički tretira na temperaturi 320÷350 °C.


M. Petrović

18

Pri termičkom tretiranju u dimnim plinovima s 8÷10 % kisika dolazi do

dekompozicije veziva, odnosno do kondenzacijsko-polimeriziranih reakcija uz istodobno očvršćavanje veziva. Ove reakcije su egzotermne, pa se dimni plinovi nastali sagorijevanjem goriva u samom ložištu mogu reciklirati, što doprinosi ekonomičnosti samog postupka.

Postupak Anthracine se koristi u industrijskim razmjerama i na njemu

počiva gro proizvodnje bezdimnog goriva u Francuskoj. Industrijski postupak za poizvodnju bezdimnog goriva Syntraciet je razvijen u Nizozemskoj i odnosi se na tretiranje ugljeva višeg stupnja karbonizacije.

Postupak je sličan predhodnom, a razlike su u nekim tehničkim

rješenjima. Briketiranje se vrši na dvovaljčanim prešama uz dodatak 7÷8 % smole kao veziva. Sirovi briketi se oksidiraju s dimnim plinovima temperature 300÷350 °C pri sadržaju kisika od 10 %. Od svih europskih zemalja, Engleska je najveći proizvođač vještački proizvedenih bezdimnih goriva. Ovdje se prodor bezdimnog goriva objašnjava ne samo razlozima ekološke prirode "Clean air act" već i nacionalnim osebujnostima stanovnika ove zemlje. U Engleskoj, uslijed navike stanovništva, vrlo je raširena potrošnja goriva u pećima i kaminima.

Koncepcija dobivanja bezdimnog goriva prema, za sada, industrijski

razvijenim postupcima uglavnom se bazira na starijim kamenim ugljevima i antracitima i zaokružuje se jednom fazom obrade, tj. niskotemperaturnom oksidacijom ili pak karbonizacijom sirovih briketa.

Tehnološki osnove proizvodnje bezdimnog goriva iz mrkog ugljena

znatno su složeniji. Ova složenost se ogleda u potrebi uvođenja predhodnih i dodatnih operacija i procesa, da bi se došlo do razine s koje se obično počinje u proizvodnji bezdimnog goriva. Ovo predhodno tretiranje (slika 125 i 126) za mrki ugljen se sastoji od pranja, mljevenja, sušenja i rasplinjavanja.

S izuzetkom mljevenja, navedenim tretmanom se postiže koncentracija

gorive supstance, dok je fino mljevenje samo preduvjet za sušenje u fluidiziranom sloju i u izvjesnoj mjeri za švelovanje. Obzirom na troškove predhodne pripreme mrkih ugljeva do stupnja metamorfizma antracita i kamenog ugljena koji se danas koriste za dobivanje krutog bezdimnog goriva, možemo postaviti opravdano pitanje ekonomske podobnosti mrkog ugljena, imajući u vidu troškove prerade ugljena i sirovina koje se osim ugljena koriste u samom procesu proizvodnje


M. Petrović

19

Slika 125. Tehnološka shema proizvodnje bezdimnog goriva iz mrkog ugljena

JALOVINA

VODA

ROVNI UGLJEN

OPRANIUGLJEN

SAMLJEVENI UGLJEN

POLUKOKS

BEZDIMNO GORIVO

SIROVI BRIKETI

TER

VODA

P L I N

LAKO ULJE

VEZIVO

PRANJE

MLJEVENJE

SUŠENJE

RASPLINJAVANJE

BRIKETIRANJE

NISKO TEMPERATURNA OKSIDACIJA


M. Petrović

20

Slika 126. Sankeyev dijagram proizvodnje bezdimnog goriva na osnovu mrkog ugljena “Banovići”

P R A N J E

Oprani ugljen (62 kg)

Pepeo (10 %) Voda (26 %)

M L J E V E N J E

S U Š E N J E

Suhi ugljen (48,6 kg)

Voda (6 %)

Volatili (41 %)

R A S P L I N J A V A N J E

Polukoks (28,5 kg)

Volatili (16 %)

Dodatna voda 1,1 kg

Dodatna vezivo 2,7 kg

B R I K E T I R A N J E

FRAKCIJSKA KONDENZACIJA

Ter + ulje 4,0 kg

Voda 5,9 kg Plin 3,4 kg

Gubitci 3,4 kg

Jalovina 10 kg

Sraslac 28 kg

Voda - gubici 13,4 kg

Sirovi briketi

(42,2 kg)

Nisko temperaturna oksidacija

Bezdimno gorivo

(37,4 kg) Vlaga (6%)

Volatili (17 %) Pepeo (14 %)

DTV. ''''

Voda 4.8 kg

ROVNI UGLJEN 100 kg


M. Petrović

21

Ovdje se prvenstveno misli na vezivo za briketiranje i izbor ovog veziva

obzirom na podobnost procesa niskotemperaturne oksidacije. Uvođenje veziva sa strane u znatnijim količinama, naprimjer teške frakcije od prerade nafte, katrana ili smole iz katrana visokotemperaturne prerade ugljena, imalo bi za posljedicu pogoršanje ionako napregnutih uvjeta proizvodnje bezdimnih goriva iz mrkog ugljena. Da bi se ovo izbjeglo, trebalo je ostati u okviru proizvoda, to jest katrana koji se dobiva švelovanjem ugljena, a samo deficit veziva pokriti nabavkom sa strane.

Sa stanovišta podobnosti veziva, za dobivanje bezdimnog goriva

najpogodnije je "kemijski labilno vezivo" s određenim stupnjem aromatizacije. Stoga se prednost daje katranu dobivenom srednjetemperaturnom karbonizacijom mrkog ugljena u odnosu na lignit, kod kojega je katran u znatno manjoj mjeri aromatiziran. Ovisnost granulometrijskog rasporeda i gustoće briketa o potrošnji veziva usložnjava se prelaskom na površinski aktivan materijal kao što je ugljen, a u znatno većoj mjeri koks.

U posljednjem slučaju, švelovanje s visokim temperaturnim

gradijentom, odnono rasplinjavanjem u fluidiziranom stanju i s čvrstim prenositeljem toplote, daje izvanredno porozan proizvod s jako razvijenom unutrašnjom površinom (slika 127).

Slika 127. Bezdimno gorivo dobiveno na osnovu mrkog ugljena “Banovići”

Documents

Predavanje 08 Tehnoloski Postupci Briketiranja[1]