Технологічна схема та основи теорії піролізу деревини

Хімікати з деревини

На рис. 33 показана принципова схема піролізного виробництва і наведено приблизний матеріальний баланс виходу основних продуктів піролізу з 1 скл. м3 деревини.

ционную колону 4, де розділяється на кислу воду і спиртову фракцію. Потім кисла вода у випарник 6 відділяється від розчинної (кубової) смоли і надходить на витяг з неї оцтової кислоти в екстрактор 5. Склад і кількість продуктів термічного розкладання залежать від температури, тривалості процесу, методу нагріву деревини і породи деревини. Хімізм і механізм процесу-піролізу деревини до сих пір повністю не з'ясований.

Процес піролізу деревини поділяють на чотири стадії:

сушка деревини до температури 120-150 "С за рахунок підведення тепла ззовні; супроводжується видаленням з деревини води і зміною ряду компонентів деревини, що істотно позначається иа подальшому процесі піролізу;

початок розкладання деревини відбувається при температурі 150-275 ° С і супроводжується розпадом менш стійких її складових частин; на цій стадії, що йде з підведенням тепла, утворюються вуглекислий газ, окис вуглецю, оцтова кислота і ряд інших речовин;

Насправді зазначені стадії різко не розмежовує. Так, в стадії прожарювання вугілля і при більш високих температурах процес розкладання триває.

Продукти розкладання деревини видаляються з реторти у вигляді складної парогазової суміші. При охолодженні парогазової суміші в конденсаторах вона поділяється на рідкий конденсат і Неконденсовані гази. Таким чином, в результаті піролізу деревини отримують вугілля, рідкий конденсат (Жижку) і гази. Жижка при відстоюванні розділяється на два шари: верхній водний шар-відстояна Жижка і нижній - отстойная смола.

Вихід продуктів піролізу значно коливається в залежності від величини шматків деревини, її вологості, темпер а- тури процесу, його тривалості. В середньому для звичайних порід деревини вихід становить,%: вугілля 30-35, Жижки 45- 50, газів 15-20. При цьому вихід оцтової кислоти для хвойних порід дорівнює 2,5-3%, для листяних від 4 до 7%, вихід метанолу відповідно 0,7-0,9 і 1-2% маси а. с. д. [10, 12].

Характеристика сировини і його підготовка до піролізу

Сировиною для піролізу найчастіше є спеціально заготовляється технологічна деревина, або дрова, а також деревні відходи [12]. Заготовлену в лісі деревину доставляють на лісовій склад підприємства, де здійснюють її оброблення на поле довжиною 1 м і підготовку до піролізу. При природній сушці дров на складі слід було б мати 12-місячний їх запас, тоді як при штучному сушінню, здійснюваної зараз на всіх підприємствах, досить 3-4-місячного запасу.

Оброблення деревини ведеться потоковим методом па основі комплексної механізації все, х операцій. При такій організації виробництва продуктивність праці збільшується не менш ніж в 2 рази. В останні роки майже всі заводи перейшли на зберігання дров в купах, що дозволило зменшити площу, займану складками, і механізувати вантажно-розвантажувальні роботи. При зберіганні дров в купах максимальний їх обсяг дорівнює 50 тис. М3 щільної маси деревини при висоті до 14 м. Ширина прямокутних куп або діаметр круглих куп не більше 50 м.

Дрова для піролізу поділяють по породам на дві групи: твердолистяні (береза, бук, ясен, граб, ільм, в'яз, ялением, дуб) і м'яколистяні (осика, вільха, тополя, верба). Найбільш придатні для піролізу дрова першої групи. Досвід показав, що дрова листяних порід краще зберігати в окоренной і розколотому вигляді, влаштовуючи під купи відповідні підстави і пристосування для провітрювання.

Крім дров, для термічного розкладання можна застосовувати відходи деревообробної промисловості та лісозаготівель, які за хімічним складом мало відрізняються від стовбурної деревини і по суті представляють повноцінне технологічну сировину. Найбільший вихід оцтової кислоти дають твердолистяні породи (дуб, бук, клен, береза), менше м'яколистяні (осика, липа та ін.) І ще менше хвойні. В ук-суснокіслотном виробництві використовуються головним чином береза, бук, частково допускається осика і деякі інші листяні породи.

Техніка піролізу деревини

Піроліз деревини здійснюють в ретортах. Застосовувані для піролізу апарати поділяють за принципом дії-періодичного, безперервного, полунепреривного дії і за принципом обігріву-а ппарати з зовнішнім і внутрішнім обігрівом.

Найбільш поширені в промисловості апарати полунепреривного дії, в які деревину завантажують періодично, невеликими порціями через певні проміжки часу. Відбір парогазової суміші здійснюють безперервно, а вивантаження вугілля - періодично, порціями. У промисловій практиці такі апарати називають безперервно діючими.

Апарати із зовнішнім обігрівом. Підведення тепла до деревини здійснюється через залізні стінки реторт, що обігріваються гарячими димовими газами. Тепло до деревини від стінок усередині апарату передається променистим тепловим потоком.

Апарати з внутрішнім обігрівом. У цих апаратах, які отримали найбільше поширення, тепло передається до деревини від теплоносія при безпосередньому контакті. Теплоносій (гарячі топкові гази) примусово подається всередину апарату. При такому методі обігріву піроліз протікає в більш м'яких умовах, продукти розкладання швидше несуться потоком теплоносія з апарату і краще зберігаються від подальшого руйнування, однак концентрація продуктів розкладання в парогазової суміші в 6-10 разів менше ніж в апаратах - з зовнішнім обігрівом. Ця обставина є одним з основних недоліків в їх роботі. В апаратах безперервної дії всі чотири стадії процесу піролізу протікають в один і той же час: у верхній зоні апарату - сушка, нижче - прогрів деревини до температури розкладання, в середній - розкладання деревини, в нижній - прожарювання і охолодження вугілля.

Піроліз деревини в вертикальних непреривнодействующіх ретортах. Вертикальними ретортами в даний час оснащують як старі, так і новоспоруджувані заводи піролізу деревини. В реторті процес піролізу йде безперервно при напівбезперервна завантаженні деревини невеликими порціями в верхню частину, напівбезперервна вивантаженні охолодженого деревного вугілля невеликими порціями знизу реторти і безперервною циркуляцією теплоносія, зазвичай топкових газів, одержуваних при спалюванні в газовій топці нафтового палива і газів, реторти.

Реторта є суцільнозварний сталевий -ц іліндр з внутрішнім діаметром 2,6-2,9 м і товщиною стінок 14 мм; має вгорі завантажувальний пристрій для деревини та внизу конусну частину і розвантажувальної пристрій для вугілля. Загальна висота реторти 24 м. Реторта оснащена чотирма патрубками: перший, верхній, для виведення парогазової суміші, другий для введення теплоносіїв, третій для відводу нагрітих газів із зони охолодження вугілля, четвертий, нижній, для введення холодних газів, охолоджувальних вугілля. Для забезпечення рівномірного розподілу теплоносія по перетину реторти, а також для рівномірного охолодження вугілля в реторті встановлені два виготовлених з листової сталі усічених конуса: один-в зоні підведення теплоносія, інший - в зоні відводу нагрітих газів, які пройшли шар вугілля.

Для забезпечення рівномірної усадки шару деревини і вугілля в нижній частині реторти встановлений по її центру підвісний або нерухомий конус. Цей конус затримує рух стовпа деревини, вугілля і, крім того, зменшує тиск на розвантажувальної пристрій. Зовні реторта добре теплоізольована. Технологічний процес ретортного цеху, оснащеного вертикальними ретортами, об'єднує процеси сушіння і піролізу деревини, охолодження і конденсації рідких продуктів, охолодження газу і вугілля, отримання теплоносія.

Дрова з біржі сировини вагонетками подаються по вузькоколійного залізничній колії в обробну відділення. На вагонетках дрова укладені пачками, що дозволяє механізувати їх подачу в бункер-живильник слешерной установки. З бункера-живильника поліна подаються на слешерів, причому поліна попередньо розколюються на ланцюговому колуна. Після слешерів чурка довжиною 290 мм подається стрічковими транспортерами і скіповими підйомниками в шахтні прямоточні сушарки об'ємом від 80 до 200 м3. Чурка завантажується в сушилку через верхній Возовий гідравлічний затвор, що відкривається при русі скіпа. Рівень чурки контролюється механічними рівнемірами.

Теплоносій (димові гази котельні) подається при температурі 180-240 "З в верхню частину сушарки, а відпрацьований теплоносій відводиться знизу при температурі до 100 ° С (у разі малого вмісту кисню в димових газах їх температуру можна підвищити до 300 ° С). Суха чурка (вологістю 20-25%) вивантажується періодично через розвантажувальної пристрій і подається стрічковим транспортером в ківш скіпового підйомника реторти. в реторті деревина остаточно висушується, піроліз, що утворився вугілля прожарюється і охолоджується. теплоносій ь нагрівається за рахунок тепла від спалювання в топці газів, що дизельного палива або генераторного газу. Якщо (при уповільненому процесі в реторті) газів, недостатньо, додають генераторний газ. Температура теплоносія при вході в середню зону реторти становить 500-600 ° С.

Парогазова суміш разом з котрі вступили в реторту теплоносієм виходить з реторти через верхній патрубок і підводиться спочатку в форконденсатори, а потім послідовно проходить трубчасті конденсатори. Виділяється Жижка надходить до збірки. Неконденсірующаяся гази після трубчастих конденсаторів нагнітаються газодувками в пінний апарат, де обробляються водою для вилучення низькокиплячих речовин. Після чого гази направляються в зону охолодження вугілля.

У вертикальній реторти щоб уникнути підсосів повітря підтримується невеликий надлишковий тиск: вгорі 0,4-0,6 кПа, в середині 2-3; внизу 1,8-3, в нагрівальному патрубку газодувок 5,5-19 кПа. Перед газодувкон знаходиться зона розрідження, 4-5 кПа. Температурний режим реторти, ° С. наступний: знизу 20-50, під другим конусом 120-130, в зоні прожарювання вугілля 500-550, в зоні переуглнванія 280-450, в зоні підсушування дров 200-280. Парогазова суміш по виході з реторти має температуру 110-170 "С. Добова продуктивність реторти 150-165 м3 дров. Середній вихід деревного (вугілля (Безугольна дрібниці) з 1 м3 пнролнзованних дров (по виробничим даними) дорівнює 137 кг, кислот в Жижки ( по загальній кислотності в перерахунку на оцтову кислоту) - 37, кислот в Жижки (по летючим кислот) - 33, - товарної оцтової кислоти - 26 ,, смоли - 63 кг. При підвищенні температури продуктивність реторти за кількістю переугленной деревини підвищується, а вихід кислот нз 1 м3 деревини знижується. Кіс ставитесь жіжкн 10-13%.

Всі основні операції технологічного процесу вертикальної реторти, починаючи з завантаження деревини; в сушарки і закінчуючи вивантаженням вугілля, механізовані, при цьому механізми оснащені електроприводами, що створює можливість автоматизації цих операцій. Вивантаження вугілля з реторти проводиться. трьома спеціальними механізмами, що утворюють шлюзовий затвор і спрацьовують по черзі знизу вгору. Спочатку відкривається нижній розвантажувальний затвор, і порція вугілля пересипається з межзатворной ємності реторти в ківш скіпового підйомника; затвор закривається. Потім відкривається другий розвантажувальний затвор, н порція вугілля пересипається з проміжної ємності, наявної над цим затвором, в межзатворную ємність; затвор закривається. Нарешті, відкривається голчастий затвор, і порція холодного вугілля пересипається з реторти в проміжну ємність під вивантажувальним затвором. Голчастий затвор закривається і відсікає порцію вугілля від реторти; на цьому цикл вивантаження вугілля закінчується.