CC BY
8
УДК 661.183.2
Наинг Линн Сое, Зин Мое, Со Вин Мьинт, Нистратов А.В., Клушин В.Н.
ПОКАЗАТЕЛИ ВЫХОДА И СОСТАВА ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ ПУИНКАДО
Наинг Линн Сое, аспирант факультета биотехнологии и промышленной экологии; Зин Мое, аспирант факультета биотехнологии и промышленной экологии; Со Вин Мьинт, аспирант факультета биотехнологии и промышленной экологии;
Нистратов Алексей Викторович, к.т.н., доцент факультета биотехнологии и промышленной экологии; Клушин Виталий Николаевич*, д.т.н., профессор факультета биотехнологии и промышленной экологии. Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9 Россия, e-mail: klouch@muctr. ru*
Изыскание рациональных направлений утилизации производственных отходов представляет актуальную задачу для экономики Республики Союз Мьянма. В работе, ориентированной на разработку основ технологии активных углей на базе отходов разделки железного дерева, представлены материальные балансы операций их пиролиза и активации водяным паром полученного карбонизата. Охарактеризованы побочные продукты обеих операций.
Ключевые слова: железное дерево, отходы, пиролиз, активация паром, побочные продукты
PARAMETERS OF YIELD AND COMPOSITION OF BY-PRODUCTS OF PRODUCTION OF ACTIVATED CARBON FROM WOOD PYINKADO
Naing Linn Soe, Zin Moe, Saw Win Myint, Nistratov A.V, Klushin V.N. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The research for rational directions for the utilization of industrial wastes represents an urgent task for the economy of the Republic of the Union of Myanmar. In work, focusing on the development of the fundamentals technology of activated carbon on the basis of iron-wood pieces, the material balances of the operations of their pyrolysis and the activation of the carbonized materials obtained by water vapor are presented. The by-products of both operations are characterized.
Keywords: iron wood, waste, pyrolysis, steam-activation, by-products
Выполненными ранее исследованиями установлены рациональные условия переработки отходов механической разделки древесины пуинкадо, образующихся на предприятиях Республики Союз Мьянма, на активные угли путем пиролиза и активации водяным паром его целевого продукта [1-4]. Обе стадии термического воздействия на перерабатываемые материалы, реализуемые в найденных рациональных условиях, сопровождает образование побочных продуктов в виде конденсатов и неконденсирующихся при комнатной температуре газов. Установление характеристик этих продуктов имеет важное значение для практической реализации производства активных углей на основе названных отходов [5, 6].
Сведения, отражающие материальную связь сырьевых затрат процесса пиролиза воздушно-сухих отходов с его продуктами, характеризуют данные таблицы 1.
В конденсат превращается большая часть используемого сырья. По внешнему виду он представляет собой буро-черную, несколько вязкую по сравнению с водой, имеющую неприятный запах непрозрачную и не расслаивающуюся даже при длительном хранении жидкость с плотностью около 1,08 г/см3. Имеющиеся литературные данные свидетельствуют о весьма высоком потенциале
подобных конденсатов, как источников получения разнообразных продуктов [7-9].
Таблица 1. Материальный баланс (% масс.) стадии
При нагревании конденсата на песчаной бане имеет место имитирующее кипение в области температур от ~40 до ~60 оС выделение газов, не образующих при охлаждении до комнатной температуры каких-либо конденсирующихся веществ. В температурном интервале ~97-105 оС дальнейшая перегонка приводит к образованию (в количестве ~57,9 % от объема взятого конденсата) не имеющего запаха и окрашенного в желтый цвет мутного водного раствора с плотностью ~1,01 г/см3 и показателем рН, примерно равным 4. Завершающий процесс нагревания конденсата не перегоняемый остаток, составляющий ~41,4 % его
Приход Расход
Сырье: Фрагменты железного дерева 100 Итого: 100 Продукты: Карбонизат железного дерева 29,6 Ко нденсат 51,3 Неконденсирующиеся газы 19,1 Итого: 97,8*
* Расхождения статей прихода и расхода обусловлены допущениями о составе неконденсирующихся газов пиролиза и равенстве объемов их компонентов, принятыми по данным [7, 8] с целью оценки их массы.
объема, в горячем состоянии является горючей и обладающей высокой адгезией к металлам жидкостью темно-коричневого цвета плотностью 1,04 г/см3. Ее подвижность (вязкость) существенно зависит от температуры. При остывании она трансформируется в аналогичного цвета упругую массу, подобную гудрону.
Неконденсирующиеся газы представляют наименее массовый продукт пиролиза. Они горючи и это их свойство практически позволяет компенсировать энергетические затраты на осуществление этого процесса [5, 6] [8, 9]. Исследованиями их состава с привлечением газового хроматографа «Цвет-500М» (газ-носитель азот) установлено наличие в них водорода, метана и оксидов углерода, содержание которых изменяется с увеличением температуры во время пиролиза, что иллюстрирует информация, представленная на рисунке 1.
Рис. 1. Хроматограммы неконденсируемых газов пиролиза железного дерева
Результаты интерпретации хроматограмм рисунка 1 характеризуют данные таблицы 2.
Таблица 2. Характеристика принадлежности пиков хроматограмм рис. 1 и объемной доли компонентов газов пиролиза
Температура, № Компонент Интенсивность Доля компонента Массовая доля
оС пика пика, мВ в пробе, % об. компонента в газах, г
250 1 и2 24 1 0,003
1 и2 13 0,05 0,0015
350 2 СО 16 2 0,008
3 СО2 57 32 2,31
450 1 и2 143 6 0,02
2 СИ4 213 9 0,22
550 1 И2 1734 50 0,14
2 СИ4 263 14 0,3
30* 1 И2 2009 70 0,20
2 СИ4 291 18 0,51
* длительность выдержки при 550 оС, мин.
Сведения, касающиеся процесса активации карбонизата железного дерева водяным паром, реализованного в рациональных условиях его осуществления, и аналогичные таковым,
охарактеризованным в таблице 1, представляют данные таблицы 3. Как и в расчетах, использованных при переводе объемов компонентов неконденсируемых газов пиролиза в соответствующие массы, при аналогичных расчетах, проведенных при составлении таблице 3, приняты допущения согласно сведений, приведенных в работе [6].
Таблица 3. Материальный баланс (% масс.) стадии активации
в отличие от таковых процесса пиролиза, как видно из сопоставления данных таблиц 1 и 3, представляют меньший по массе компонент лишь среди побочных
продуктов этого процесса. Кроме того, они не горючи и несколько больше по объему таковых процесса пиролиза в расчете на единицу массы сырья.
Анализ состава неконденсирующихся газов процесса активации с использованием названного газового хроматографа позволил обнаружить в них водород и метан, как об этом свидетельствуют данные рисунка 2 и таблицы 4.
13 Ц 51 33
Рис. 2. Хроматограммы неконденсируемых газов активации карбонизата железного дерева
Приход Расход
Сырье: Карбонизат железного дерева 28,6 Водяной пар 71,4 Итого: 100 Продукты: Активный уголь 11,5 Конденсат 67,1 Неконденсирующиеся газы 20,6 Итого: 99,2
Неконденсирующиеся газы процесса активации,
Таблица 4. Характеристика принадлежности пиков хроматограмм рис. 2
Температура, оС № пика Компонент Интенсивность пика, мВ Доля компонента в пробе, % об. Массовая доля компонента в газах , г
300 1 H2 27 2 0,05
450 1 H2 29 2,1 0,06
600 1 H2 3096 50 1,1
2 CH4 166 11 1,7
750 1 H2 4466 85 1,7
2 CH4 144 9 1,1
850 1 H2 4197 77 1,5
2 CH4 142 9 1,1
30 * 1 H2 4244 79 1,8
* время экспозиции (мин.) при 850 оС
Конденсат операции активации представляет собой прозрачную жидкость с величиной рН 10 и плотностью 1,08 г/см3, не обладающую запахом и не расслаивающуюся даже при длительном хранении. Его перегонка при ~97-105 оС дает неокрашенную и не имеющую запаха жидкость, представляющую собой в основном воду с показателем рН, примерно равным 10, и плотностью 1,07 г/см3. После перегонки на дне колбы заметны единичные пылевидные частицы черного цвета.
Список литературы
1. Зин Мое, Наинг Линн Сое, Со Вин Мьинт, Клушин В.Н. Термографическая оценка характера и рационального уровня термического воздействия на растительные отходы и их карбонизаты // Успехи в химии и химической технологии, 2017, том ХХХ1, № 9 (190), с. 39-41.
2. Наинг Линн Сое, Зин Мое, Со Вин Мьинт, Клушин В.Н. Термографическое исследование отходов производства мебели // Успехи в химии и химической технологии, 2016, том ХХХ, № 9 (178), с. 67-69.
3. Наинг Линн Сое, Зин Мое, Со Вин Мьинт, Нистратов А.В., Клушин В.Н. Оценка древесных отходов Республики Союз Мьянма как сырья для производства активных углей парогазовой
активацией // Сб. статей н/п конференции «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2017», Севастополь, 2017, с. 948-953.
4. Наинг Линн Сое, Зин Мое, Со Вин Мьинт, Клушин В.Н. Поглотительные свойства наноструктурированных адсорбентов на основе отходов разделки древесины пуинкадо // Сб. материалов международной конференции «Химическая технология функциональных наноматериалов» М.: РХТУ, 30.11-01.12.2017, с. 187188.
5. Кинле Х., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение - Л.: Химия, 1984. - 216 с.
6. Мухин В.М., Клушин В.Н. Производство и применение углеродных адсорбентов - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2012. - 308 с.
7. Козлов В.Н. Пиролиз древесины. - М.: Изд-во АН СССР. 1952. - 282 с.
8. Сухая перегонка древесины [Электронный ресурс] Режим доступа: Ьйр://а1с.асаает1с.т/а1с.п8^е/137287/%В0%А1%В 1%85% Б0%В0%Б 1%8Б (дата обращения: 13.06.2016).
9. Сухая перегонка древесины [Электронный ресурс] Режим доступа: Ьйр:/Мегеуо-8.гц/та1ег1а1^а8Ы1а/р1го^^геуе8ту (дата обращения: 18.04.2018).
