Пиролиз древесины при высокой температуре

Если высушенную древесину поместить в закрытом стальном сосуде в печь с температурой 700—800°, то начнется бурное разложение древесины с выделением большого количества газа, отличающегося высокой теплотворной способностью (около 4000—4500 ккал/куб.м). По калорийности такой газ удовлетворяет требованиям газа для бытовых целей. В XIX веке, когда не было электричества, такой газ из древесины и из каменного угля применяли для освещения. Отсюда до нашего времени сохранилось название газа — светильный.

В настоящее время этот газ чаще называется искусственным бытовым в отличие от естественного природного газа. В РФ не существует высокотемпературного пиролиза, но организация его при использовании пирогенетическим путем древесных отходов была бы целесообразна при наличии потребности в бытовом газе в местностях, богатых древесиной, но далеких от мест добычи ископаемых видов топлива, природного и жидкого газа. Такой газ ценится так же как силовой газ для двигателей внутреннего сгорания. Пиролиз при высокой температуре легко сочетать с производством активного угля, который должен найти широкое применение в сельском хозяйстве.

Высокотемпературный пиролиз может дать смолы, которые отличаются большим выходом фенолов, содержащих значительное количество одноатомных фенолов, пригодных для изготовления связующих в производстве древесно-стружечных плит.

При пиролизе древесины при высоких температурах выход газа может достигать 30—35% от веса сухой древесины вместо 20—25% при обычной сухой перегонке при 400°. Соответственно выход древесного угля уменьшается до 20% вместо 25—30% по весу.

При высокой температуре уменьшается выход кислот и других ценных низкокипящих продуктов ввиду их термического распада при соприкосновении с раскаленными стенками и углем. Поэтому целесообразно для получения полного выхода кислот, спиртов и смол подвергнуть древесину пиролизу в две стадии. Сначала при низких температурах (до 275°) провести так называемый предпиролиз, а затем пиролиз полученной бурой древесины при высоких температурах.

Для высокотемпературного пиролиза требуется хорошо высушенная древесина. Предпиролиз явится более целесообразным процессом, заменяющим сушку и позволяющим получить более высокие выходы ценных продуктов (кислоты, спирты, смолы).

Пиролиз при высокой температуре еще очень мало исследован, но по аналогии с коксохимическим производством высокотемпературная смола должна быть ценным сырьем для выделения не только фенолов, но и ряда других ценных химикатов.

Газ, получающийся при высокотемпературном пиролизе, после охлаждения и промывки в конденсаторной системе еще нельзя применять в качестве бытового газа. Для последнего существуют нормы более высокой степени очистки, так как в нем примеси смолы, воды, нафталина и других веществ должны быть ничтожны. Поэтому после грубой очистки газ необходимо подвергнуть тонкой очистке. Проведенные опыты показывают, что газ нужно пропускать через раскаленный до 800° уголь. При этом все примеси крекируются, т. е. подвергаются термическому распаду. Состав газа при этом также значительно изменяется, но в целом его теплотворность сохраняется, а общее теплосодержание даже несколько увеличивается.

Высокотемпературный пиролиз можно провести при температуре от 600 до 800°. Максимальный выход смолы получается при 600°, максимальный выход газа при 800°. Нагревать древесину при этих температурах необходимо в шамотовых ретортах или применять твердый теплоноситель, так как обычная сталь при этих температурах недопустима, а жароупорная—дорога и дефицитна.

Технология пиролиза древесины

Пиролизные заводы используют в ка­честве сырья специально заготовляемые дрова лиственных пород чаще всего метровой длины. На бирже сырья завода дрова подвергаются естественной сушке, после чего их разделывают на швырок или тюльки (отрезки длиной 200—300мм) и загру­жают в сушила и реторты. Дрова на биржу завода доставляют по железной дороге или молевым сплавом.

 Укладывают дрова на бирже обычно в виде поленниц шири­ной 2м, высотой 2,2м и длиной не более 30 л. Три поленницы, уложенные с интервалом 0,5м, образуют штабеля, расстояние между которыми должно быть 5м. Проходы между поленница­ми и штабелями желательно делать в направлении господствую­щих ветров для лучшей просушки дров. Между штабелями прокладывают железные дороги узкой колеи, по которым дрова в вагонетках доставляются на разделку;

Перегрузка и перевозка дров требует большой затраты рабо­чей силы. Наибольшее число рабочих на заводах сухой пере­гонки древесины попадает на биржу. Поэтому в настоящее время важно механизировать все эти тяжелые и трудоемкие операции. В последнее время рекомендуется применять на биржах кучевое хранение дров, что дает возможность наиболее просто механи­зировать погрузочно-разгрузочные работы по сравнению с хра­нением в штабелях.

Поскольку в кучах дрова будут сохнуть медленнее, рекомен­дуется устраивать кучи небольших размеров (высотой не более 8—9м и шириной 25м) и для лучшего проветривания внутри делать рроходы.

Огромной сырьевой базой для заводов пирогенетической переработки древесины являются отходы лесной и деревообраба­тывающей промышленности. В связи с новой прогрессивной технологией лесозаготовок, с вывозкой из леса деревьев с кро­ной на нижних складах леспромхозов скапливаются большие количества древесных отходов в результате разделки древесины на товарные сортименты, а также при ее первичной механической переработке. И на деревообрабатывающих предприятиях также скапливается много древесных отходов в виде опилок, реек и др. Пиролизные заводы требуют высоких капиталовложений. В связи с тем, что в деревообрабатывающей и лесозаготовитель­ной промышленности имеются тысячи точек, где нужно пере­рабатывать отходы, потребуется очень много таких заводов. Что­бы решить задачу массового строительства заводов сухой перегонки различной мощности, нужно резко снизить высокую стоимость их строительства и повысить экономическую эффек­тивность производства. Стоимость строительства заводов можно снизить благодаря максимальной унификации оборудования и зданий, что представляется как серийный выпуск заводов, подобно изготовлению паровых котлов, комбайнов и другого оборудования.

Если монтаж оборудования вести одновременно с его изго­товлением при серийном изготовлении в хорошо организованном потоке, то и монтажные работы будут стоить значительно дешев­ле. Но для этого размеры оборудования в собранном виде, а так­же отдельные блоки его не должны превышать допустимый габарит железнодорожных перевозок и в смонтированном виде должны отличаться достаточной транспортабельностью, чтобы удобно было доставлять их к месту работы.

Для того чтобы оборудование было малогабаритным, но высокопроизводительным, технологический процесс должен осно­вываться на самых интенсивных методах производства.

При наличии малогабаритной аппаратуры можно отказаться от дорогостоящих зданий производственных корпусов, заменив их разборными крышами и стенами, входящими в состав кар­касной конструкции, в которой располагается оборудование. При этом можно отказаться от обычно принятого расположения аппа­ратуры, когда вокруг каждого аппарата оставляются обширные проходы. Аппараты можно расположить вплотную друг к другу.

Для сухой перегонки наиболее подходящими являются лист­венные породы, дающие большие выходы уксусной кислоты и спиртовых растворителей. Поэтому часто назаводских биржах укладывают отдельно древесину технологическую, т. е. идущую в пирогенетическую переработку, и топливную, т. е. используе­муютолько как топливо в топках реторт, паровых котлов и др.

В некоторых случаях целесообразно топливную древесину использовать энергохимически, т. е. газифицировать ее, улавли­вая конденсаты, и перерабатывать их на заводе в товарные продукты.

Устройства центральной газогенераторной станции можно централизовать распределение топливного газа и сократить расход рабочей силы на обслуживание отдельных дровяных топок.

Во многих случаях целесообразно вместо древесного топлива для отопления реторт, печей и котельной использовать привозное минеральное-топливо, а топливную древесину можно использо­вать на изготовление древесно-стр'ужечных плит и других из­делий.

Сырьевые факторы производства древесного угля

Влажность.

 В производственных условиях для ретортного процесса существует определенный оптимальный уровень влаж­ности (15—20%). Повышенная влажность приводит к следую­щим нежелательным последствиям:

1)                разбавляется пиролизат (жижка), что осложняет и удорожает его дальнейшую переработку;

2)                перегружается конденсационно-охладительная система ре­тортного цеха;

3)                ухудшается качество угля (трещиноватость), особенно, если процесс ведется с повышенной скоростью или технологиче­ская древесина находится в крупном куске;

 

4)                расходуется больше топлива и увеличивается время обо­рота реторты.

При очень сухой древесине, с влажностью ниже оптималь­ной, в ретортах с внешним нагревом может произойти схваты­вание реторты, когда экзотермическая реакция быстро распро­странится на всю переугливаемую древесину. В результате в реакционном пространстве может быстро подняться темпера­тура и давление парогазов, что резко ухудшает условия про­цесса.

Для аппаратов с внутренним обогревом (циркуляционные печи и реторты, газогенераторы и топки-генераторы) нижнего предела влажности не существует, если не считать затруднений при передаче очень сухой древесины в шахту из сушилок, нахо­дящихся на линии топливоподачи. Повышенная же влажность также крайне нежелательна, так как весьма осложняет техно­логию переработки парогазовых смесей и в большинстве слу­чаев прйводит к образованию вредных сточных вод.

Порода древесины.

Наши заводы работают преимущественно на березовой и буковой древесине, значительно реже на оси­новой.

Если принять выход летучих кислот и спиртовых продуктов для березы и других твердолиственных за 100%, то эти выходы для мягколиственных составят приблизительно 75%, а для хвой­ных 50%. Выход суммарной смолы для всех пород (в весовом выражении) примерно одинаков с тенденцией к повышению у хвойных (соона, ель) за счет имеющихся в них естественных смолистых веществ. Весовой выход угля в зависимости от поро­ды древсины также колеблется в сравнительно небольших пре­делах (33—38%) и значительно больше зависит от режима пиролиза.

Гниль древесины.

Выход основных продуктов пиролиза из древесины, поврежденной гнилью, падает, причем особенно резко снижается удельный выход, отнесенный к единице объема исход­ного сырья, а весовой выход изменяется значительно меньше. Изменения в химическом составе жижки зависят от типа гнили. При деструктивном типе (поражение целлюлозного комплекса) в жижке падает содержание кислот и веществ углеводного ха­рактера. При коррозионном типе (поражение лигнина) снижает­ся в основном выход фенолов и их производных.

Особо неблагоприятно отражается гниль технологической древесины на качестве угля; снижается его механическая проч­ность и он приобретает повышенную способность к самовозго­ранию.

Наличие коры.

Древесная кора довольно резко отличается по составу от стволовой древесины, особенно у лиственных по­род. В, настоящее время этот фактор приобретает особо важное значение в связи с развитием энергохимических методов исполь­зования древесных отходов. Обычно содержание коры в щепе,, полученной из неокоренных дров, составляет для ели 10—12%, для сосны 12—14%, для березы и осины 12—19%- В связи с усо­вершенствованием технологии предварительной подготовки дре­весного сырья на деревообрабатывающих и химических пред­приятиях (в частности, улучшение работы корообдирок) доля коры в составе древесных отходов, на которых основывается энергохимия, увеличивается до 40—60% и более.

Для заводов сухой перегонки наличие коры, особенно березо­вой, нежелательно, так как затрудняет процесс сушки, ухуд­шает санитарное состояние биржи, замедляет процесс разложе­ния и снижает качество угля. Однако окорка дров на заводах обычно не применяется.

Величина куска.

 Теоретически, чем мельче и равномернее измельчена древесина, тем мягче протекает процесс ее терми­ческого распада и тем выше выход жидких продуктов.

Это положение относится в той или иной мере ко всем видам нагрева, однако особое значение имеет для пиролиза в газовой среде. При больших кусках и особенно при наличии кусков раз­ных размеров неизбежно развитие вторичных реакций в пери­ферийной части куска и в реакционном пространстве. Первые могут доходить до крекинга органических веществ, идущих из глубины куска, на нагретой обуглившейся части его поверхности, вторые определяются разницей между температурой образова­ния продуктов пиролиза и температурой реакционного прост­ранства.

Большие куски древесины используются в производстве для первичных аппаратов всех типов. Для реторт и печей применяют не метровку и швырок, а тюльку (30—25см), т. е. увеличивают торцовую поверхность. Дальше древесину не измельчают, так Как это приводит к дополнительным затратам электроэнергии н рабочей силы, к потерям древесины в виде опилок, а также дает уголь, не отвечающий по размерам требованиям ГОСТ. Но измельчение древесины ведет к увеличению производительности  пиролизных аппаратов.

Для генераторов и топок-генераторов применяется древесная Щепа, однако и здесь степень измельчения имеет некоторый предел. Этим пределом является измельчение, которое приводит уносу древесины из шахт и затрудняет движение газовых отоков в результате слеживания мелкой древесины. Так, досих пор считается, что присадка опилок к щепе для аппаратов упомянутого типа не должна превышать 40—50%.


 © 2015. .