Энергонезависимая установка непрерывной переработки древесных отходов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Р. Г. Сафин, А. Р. Садртдинов, И. И. Хуснуллин ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМАЯ УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ

Ключевые слова: установка, термическое разложение, пиролиз, древесный уголь, пирогазы, тепловая труба.

Описано устройство и работа установки для непрерывного получения древесного угля из отходов деревообработки.

Keywords: installation, thermal decomposition, pyrolysis, charcoal, пирогазы, heat pipe.

Describes the structure and operation of installations for continuous producing charcoal from wood waste.

Аппаратов для получения древесного угля создано множество. Некоторые из них работают в настоящее время. Другие использовались в промышленности, но теперь потеряли свое значение.

При термическом разложении древесины помимо древесного угля, образуются жидкие и газообразные продукты. Жидкие продукты выходят из установки частично в капельной фазе, частично в виде паров, образуя вместе с неконденсирующимися газами парогазовую смесь. До 20 века эти продукты были не менее востребованы, чем уголь. Но они были вытеснены более дешевыми,

изготавливаемыми на основе синтеза из

нефтепродуктов и природного газа продуктами. Основным недостатком установок для получения угля являются вредные выбросы пирогазов в окружающую среду [1, 2].

Для решения данной проблемы на кафедре «Переработки древесных материалов» была спроектирована и изготовлена установка для

производства древесного угля, имеющая ряд

важных достоинств.

Главное отличие аппарата от аналогов в том, что получение угля происходит непрерывно, и при этом отсутствуют вредные выбросы в окружающую среду. Данное преимущество достигается за счет использования парогазовой фазы, получаемой во время процесса разложения древесины, в качестве горючего для поддержания температуры в зоне пиролиза аппарата.

На рис. 1 представлена схема основных узлов установки.

Рис. 1 - Схема установки

Работа установки осуществляется следующим образом:

Измельченные древесные отходы

непрерывно загружают в зону прогрева 1,

выполненную в виде шнекового транспортера с обогреваемой рубашкой. Прогрев осуществляют

кондуктивно при температуре стенки 95^105°С за счет конденсации водяных паров, поступающих со стадии охлаждения по тепловой трубе. Из зоны прогрева древесная масса с температурой порядка 60°С поступает в зону сушки 2, где древесину высушивают конвекцией топочными газами при температуре 240^250°С с прогревом материала до 180°С. Из зоны сушки 2 высушенная древесина поступает в зону пиролиза 3, где древесную массу пиролизуют в шнековом транспортере с рубашкой за счет кондуктивного подвода теплоты от ленточных электронагревателей и самопрогрева пиролизуемой массы за счет теплоты химических реакций. Угольный остаток на выходе из зоны пиролиза 3 имеет температуру порядка 500°С. Образовавшаяся в зоне пиролиза 3 парогазовая смесь поступает в зону отвода пирогазов 4, откуда ее эжектируют эжектором (см. рис. 2). При этом несконденсированные пирогазы отводят в топку (см. рис. 3). Угольный остаток, поступающий из зоны пиролиза 3, кондуктивно охлаждают в зоне охлаждения 5, выполненной в виде шнекового транспортера с рубашкой, до 120°С испарением конденсата воды, поступающим из зоны прогрева 1 по тепловой трубе. Далее уголь дополнительно кондуктивно охлаждают водой в режиме противотока до 50°С.

! к 251

пі

■I**

Рис. 2 - Эжектор

Для первоначального запуска процесса и выхода на режимные параметры в топку 7 в качестве топлива подают природный газ. Также в

топку 7 подают воздух для поддержания процесса горения несконденсировавшихся газов.

Температуру воды в тепловой трубе 2 поддерживают в пределе 95^105°С, т.к. при меньшей температуре уменьшается движущая сила для прогрева древесины, а при более высокой температуре повышается парциальное давление пара и усложняется аппаратурное оформление способа.

В зону сушки 2 топочные газы подают с температурой в пределе 240^250°С с прогревом древесины до 180°С, т.к. при температуре топочных газов меньше 240°С увеличивается продолжительность сушки древесной массы, а при температуре топочных газов больше 250°С наблюдается местный прогрев древесины более 180°С и разложение древесины.

Температуру в зоне пиролиза 3 поддерживают в пределе 450^500°С, т.к. при температуре меньше 450°С увеличивается длительность процесса пиролиза и увеличиваются габаритные размеры зоны пиролиза 5, а при температуре больше 500°С усложняется аппаратурное оформление способа, требующее для изготовления специальные жаропрочные стали.

В зоне охлаждения 5 угольный остаток охлаждают до 120°С, т.к. при меньшей температуре увеличиваются габаритные размеры зоны охлаждения 5, а при более высокой температуре повышается парциальное давление пара в тепловой трубе и усложняется аппаратное оформление способа.

В зоне охлаждения древесный уголь дополнительно кондуктивно охлаждают водой до температуры 50°С для предотвращения самовозгорания угля.

Загрузка сырья и выгрузка угля происходит непрерывно. Технологический процесс

регулируется автоматически без участия человека.

Состав продуктов горения парогазовой смеси и природного газа схож и не содержит

вредных веществ. Следовательно, отпадает

потребность в очистке дымовых газов [3].

Рис. 3 - Зона сушки и топка

Универсальность - еще одно преимущество установки - заключается в возможности работать в двух режимах:

— с использованием в качестве топлива образующейся парогазовой смеси (без значительных затрат природного газа) для получения только древесного угля;

-- на природном газе с получением, как угля, так и жидких продуктов пиролиза - жижки, включающей смолу, эфирные масла, кислоты, спирты.

Литература

1. Гордон, Л.В. Технология и оборудование лесохимических производств: учебное пособие. - 5-е изд., перераб. / Л.В. Гордон, С.О. Скворцов, В.И. Лисов. - М.: Лесная промышленность, 1988. - 360 с.

2. Тимербаев, Н.Ф. Современное состояние процесса пирогенетической переработки органических веществ / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, И.И. Хуснуллин // Вестник казан. технол. ун-та. - 2011. - №3. - С. 169-173.

3. Тимербаев, Н.Ф. Непрерывно действующая мобильная установка для производства древесного угля / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, А.Р.Садртдинов, В.В. Степанов // Вестник казан. технол. ун-та. - 2011. - №18. - С. 201205.

© Р. Г. Сафин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. переработки древесных материалов КНИТУ, [email protected]; А. Р. Садртдинов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, [email protected]; И. И. Хуснуллин - асп. той же кафедры, [email protected].