СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ

Обзор технологий термической переработки древесины

Термическое разложение (пиролиз) происходит при нагреве древесины без доступа воздуха (сухая перегонка) или при ограниченном поступлении воздуха (газификация). При сухой перегонке древесины вначале подведенным извне теплом удаляется вода (при температуре до 120-150°С) и частично разлагается древесина с выделением углекислого газа, окиси углерода и паров уксусной кислоты (при температуре 150-270°С). Затем при температуре 275°C в древесине происходят главные реакции распада веществ, слагающих древесину. Эта фаза процесса протекает с бурным выделением тепла. Последняя стадия - стадия пиролиза - с дополнительным внешним нагревом происходит при температуре 300 - 400°С и состоит в прокаливании угля для удаления остатка - летучих веществ. В результате сухой перегонки образуются твердые (уголь), жидкие и газообразные продукты [5].

Наряду с прямым сжиганием и газификацией эффективным методом термохимической переработки биомассы древесины является пиролиз.

Современные технологии пиролиза биомассы древесины могут быть разделены по следующим признакам: скорость нагрева (быстрый, медленный пиролиз); среда, в которой происходит пиролиз (вакуумный, гидропиролиз, метанопиролиз). Характер влияния режимных параметров на выход продуктов при термической переработке древесины представлен в табл. 1.1 [9].

Быстрый пиролиз представляет собой процесс, при котором сухие (менее 10% влажности) древесные отходы быстро нагреваются до температуры 400-500°С в отсутствие окислителя с образованием продуктов разложения. Продуктами пиролиза являются частицы древесного угля и парогазовая смесь. Пары в составе парогазовой смеси подвергаются конденсации, в результате которой образуются жидкие продукты и неконденсируемый газ [15]. Быстрый пиролиз характеризуется высокими скоростями нагрева исходного сырья и в отличие от других термохимических методов позволяет получить максимальный выход жидких продуктов пиролиза с высокой эффективностью процесса [10].

Таблица 1.1

Влияние режимных параметров на выход продуктов при термической ____________________переработке древесины____________________

Характеристики

Быстрый пиролиз, низкие температуры

Быстрый пиролиз, высокие температуры

Медленный пиролиз

Карбонизация

Время процесса

1 с

1 с

5-30 мин

часы, дни

Размер сырья

до 5 мм

до 5 мм

более

5 мм

более

50 мм

Температура,°C

450-600

650-900

500-700

400-600

Выход, % от массы сухого сырья

газа

до 30

до 70

до 40

до 40

жидкости

до 80

до 20

до 30

до 20

твердого вещества

до 15

до 20

20-30

30-35

Жидкие продукты быстрого пиролиза вызывают большой интерес ввиду их высокой энергетической плотности и потенциальной возможности использования в качестве жидкого топлива и продуктов для дальнейшей химической переработки [8]. Жидкость, образующуюся в процессе пиролиза, часто называют пиротопливом. Она близка по своему элементарному составу к биомассе древесины, имеет чуть большую теплоту сгорания (20-25 МДж/кг) и состоит из сложной смеси высокоокисленных углеводородов с содержанием воды до 30 % (мае.) [29]. Пиролизная жидкость представляет собой густую черную смолянистую жидкость с характерным запахом дыма, выход которой может достигать до 80 % от массы исходного сухого сырья [17].

Твердым продуктом быстрого пиролиза является уголь, выход которого может достигать до 20 % от массы исходного сухого сырья. Уголь представляет собой трехмерное полимерное вещество, состоящее из связанных между собой конденсированных ароматических структур с различным числом колец. Эти структуры алкилированы алифатическими цепями, которые могут содержать различные гетероатомы. Чем выше конечная температура пиролиза древесины, тем больше в полученном угле ароматических соединений и тем глубже идет процесс конденсации этих соединений в полиядерные системы [28].

Уголь может использоваться в качестве топлива (в основном для бытового применения в каминах), а также широко применяется в народном хозяйстве, в частности как металлургическое топливо и химический реагент в производстве ферросплавов и в цветной металлургии, для получения кристаллического кремния, для выработки сероуглерода, для производства активных углей, для производства электродов, как катализатор в контактных процессах, для изготовления карбюризатора и др. [4].

Газообразные продукты быстрого пиролиза представляют собой обычно среднекалорийный газ с теплотой сгорания 15-22 Мдж/кг. Выход газообразного топлива может доходить до 20 % от массы исходного сухого сырья [31]. Состав газообразного продукта быстрого пиролиза представлен в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Состав газообразного продукта быстрого пиролиза________

Состав

Процентное соотношение, %

спнт

19-29

сн4

33-45

н2

12-28

со

11-18

со2

1,5-2,5

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >