CC BY
15
УДК 665.6:661.183.2
Наинг Линн Сое, Зин Мое, Со Вин Мьинт, В. Н. Клушин*
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., 9 * e-mail: [email protected]
ТЕРМОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА МЕБЕЛИ
Выявлены особенности процессов термической деструкции и термического окисления отходов древесины железного дерева, образующихся в мебельных производствах республики Союз Мьянма. Сформулированы рекомендации относительно рационального уровня термического воздействия на отходы при пиролизе с целью получения сырья для производства активных углей. Оценено влияние на процесс несанкционированного доступа воздуха.
Ключевые слова: отходы древесины; пуинкадо; пиролиз; термическое окисление; термогравиметрия; дифференциальный термический анализ.
Получение активных углей из отходов мебельного производства представляет существенно более перспективную альтернативу их топливному использованию. В этой связи практический интерес для экономики республики Союз Мьянма представляет оценка условий пиролитического воздействия на отходы ее мебельных производств, использующих древесину железного дерева [1]. На рис. 1 представлены термограммы порошка фракции 200-400 мкм, полученного дроблением с последующими измельчением и рассевом щепы этого отхода. Каждая из десяти горизонталей верхней шкалы рис.1 соответствует изменению температуры на 100 оС, а таковая нижней шкалы - изменению массы образца на 50 мг. Испытание выполнено нагревом материала до 900 оС в течение 100 минут в атмосферах азота (1, навеска 354,4 мг) и воздуха (2, навеска 388 мг).
til iiii I | i i i i i
Рис. 1. Термограммы отхода
Термогравиметрическая кривая ТГ1 образца, прокаленного в атмосфере азота, свидетельствует, что в соответствии с температурной кривой Т1 от комнатной температуры до ~30 оС изменения массы отсутствуют. Выше ~30 оС сокращение массы прогрессивно ускоряется до ~65 оС, переходя в равномерное изменение (снижение) в области ~65-125 оС, а затем со схожей (но обратного знака) интенсивностью плавно замедляется и вновь ускоряется при ~190 оС. На участке ~250-330 оС падение массы носит линейный характер, который несколько меняется (ускоряется) при ~320 оС, оставаясь, тем не менее, далее равномерным. В районе ~390 оС потеря массы достаточно резко замедляется, а, начиная с ~400 оС, убыль массы становится менее интенсивной, прогрессивно и сравнительно слабо замедляющейся до завершения нагревания образца. В целом кривую ТГ1 характеризуют область температур от комнатной до ~370 оС, которой свойствен прогрессивно ускоряющийся распад образца, и интервал ~370-900 оС, где имеет место практически равномерное и менее быстрое, но, грубо говоря, вдвое меньшее сокращение его массы.
Зависимость дифференциальной
термогравиметрии ДТГ1 (первая производная по кривой ТГ1) от температуры и времени прокаливания четко подтверждает
фиксируемую кривой ТГ1 трехступенчатую и прогрессивно возрастающую потерю массы в области температур от комнатной до ~390 оС в виде отклонений вниз от основной линии с минимумами, соответствующими ~90 и ~300 оС и перегибом при ~250оС.
Дальнейший (выше ~370 оС) ход кривой ДТГ1 демонстрирует ее следование основной линии вплоть до ~900 оС.
Кривая дифференциального термического анализа ДТА1 испытуемого образца, начиная практически с комнатной температуры, демонстрирует прогрессивно увеличивающееся (особенно при температуре порядка 70 оС) эндотермическое отклонение, перекрываемое в температурной области обезвоживания материала экзотермическим эффектом с образованием
минимума, соответствующего ~120 оС. Возрастающую экзотермику термической деструкции образца характеризует ряд перегибов (при ~180, 215, 330, 590, 660, 760, 800, 840 и 870 оС) и два плавных максимума при ~300 и ~370 оС. Эти тепловые проявления обоих знаков свидетельствуют о сложности реализуемого механизма термической деструкции исследуемого материала. Следует отметить также, что наиболее значимые по величине эндо- и экзотермические эффекты ограничены областью температур от комнатной до ~530-540 оС.
Степень термического разложения образца составляет ~84 %, из которых ~9,2 % связаны с потерей образцом влаги. Зольный остаток в тигле (массой около 22 мг) после его остывания в воздушной атмосфере в печи прибора до комнатной температуры представляет собой крупицы тонкодисперсного порошка белого цвета.
Кривая ТГ2 образца, нагретого в воздушной атмосфере, по форме весьма схожа с кривой ТГ1, однако ее характерные особенности. демонстрируют определенные смещения как по изменениям массы, так и по температуре и времени испытания. Во-первых, падение массы образца в этих условиях связано с самим началом нагревания. Во-вторых, перегиб на участке кривой ТГ2, связанном с потерей образцом влаги, смещен по отношению к таковому кривой ТГ1 на ~20 оС в сторону увеличения температуры, перегиб, относящийся к завершению удаления влаги, - на ~5-7 оС, перегиб, соответствующий началу интенсивного разложения образца, - на ~10 оС и перегиб, обусловливающий завершение стадии наиболее быстрого разложения, -на ~20 оС. В-третьих, на кривой ТГ2 в районе ~770 оС имеется перегиб, связанный с некоторой акселерацией распада образца, окисляемого в области более высоких температур, и отсутствующий на кривой ТГ1. В-четвертых, сокращение массы образца в области высоких температур вплоть до ~900 оС указывает на незавершенность процесса образования зольного остатка в условиях эксперимента. Суммарная потеря образцом массы за весь период его термоокислительной деструкции составляет ~94 %, что существенно превышает таковую образца, нагретого в защитной атмосфере (разница около 8 %). Содержание влаги в образце согласно кривой ТГ2 близко 9,5 %.
Наряду с этим масса раскаленного остатка, фиксируемая кривой ТГ2 термограммы (~9,5 мг или
~2,45 % от навески), существенно выше таковой, определенной взвешиванием остывшего тигля на аналитических весах (~2,3 мг или ~0,59 %), что указывает на продолжающееся в остатке разложение материала за счет процесса окисления при остывании тигля в печи прибора. Сам остаток представлен отдельными пылинками белого цвета, легко высыпающимися из опрокинутого тигля при его постукивании о твердую поверхность. Таким образом, испытуемый материал характеризует весьма низкая зольность.
Кривую ДТГ2 при относительно низких температурах, отвечающих кривой ТГ2 с наиболее интенсивной потерей массы, характеризуют идентичные кривой ДТГ1, но более глубокие и резкие отклонения вниз от основной линии, минимумы и перегиб которых несколько смещены по температуре в сторону ее увеличения по отношению к таковым кривой ДТГ1, приходясь на ~100, ~340 и ~280 оС соответственно. Эти отклонения завершаются при 400 оС. Иных отклонений вплоть до ~900 оС кривая ДТГ2 не фиксирует, следуя основной линии.
Наибольшие различия имеют кривые ДТА2 и ДТА1 сопоставляемых термограмм. Кривая ДТА2 в своем начале фиксирует более глубокое, чем у кривой ДТА1, эндотермического отклонение, начинающееся практически с комнатной температуры и имеющее минимум при —110 оС. Эту эндотермику, соответствующую обезвоживанию образца, перекрывает более обширное, чем в защитной атмосфере, экзотермическое превращение, характеризуемое перегибами при —240, 335, 500, 620, 675, 790, 800, 885 и 895 оС наряду с двумя абсолютными максимумами при —305 и —360 оС. В целом форма нисходящей ветви кривой ДТА2 позволяет утверждать, что тепловая картина термоокислительной деструкции испытуемого материала имеет сложный ступенчатый характер, существенно отличающийся от характера его пиролитического разложения.
Зависимости от температуры потерь массы исследуемым образцом при его нагревании в защитной и окислительной атмосферах иллюстрируют представленные в табл. 1 величины, полученные пересчетом ряда значений рис. 1, фиксированных кривыми ТГ1 и ТГ2.
Таблица 1. Примерные абсолютные величины потери массы испытуемым образцом в зависимости от температуры и атмосферы испытания_
Атмосфера испытания Деструкция образца (% масс.) при температуре (оС):
20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Азот 0 7,90 14,50 25,11 58,69 64,33 72,23 77,31 81,83 83,52
Воздух 0 9,66 13,92 31,96 61,60 71,13 80,93 86,08 94,84 +2,45
Изложенные результаты указывают, что содержание влаги в испытуемом воздушно сухом порошке близко 9,4 %. Они свидетельствуют также о необходимости экспериментального изучения термической переработки характеризуемого отхода в защитной атмосфере, обеспечивающей больший выход целевого продукта. При этом наиболее целесообразно выполнение исследований пиролитической деструкции характеризуемого сырья при температурах не ниже 350 оС, а именно в области выше ~500 оС. Именно здесь очевидна максимальная возможность обеспечения наиболее рационального сочетания величин параметров, влияющих на показатели качества и выход целевого
продукта этой стадии производства активных углей из рассматриваемого отхода методом парогазовой активации.
Наряду с этим преимущественное внимание, как следует из литературных данных [2], следует обратить на область температур, близких 500-600 оС. Кроме того, полученные результаты позволяют констатировать, что случайные непродолжительные поступления воздуха в пиролитический реактор могут сократить ожидаемый выход карбонизата из древесины железного дерева при температурах порядка 600-700 оС на величины, не превышающие ~8,7-8,8 %.
Наинг Линн Сое, аспирант кафедры Промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Зин Мое, аспирант кафедры Промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Со Вин Мьинт, аспирант кафедры Промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Клушин Виталий Николаевич, д.т.н., профессор, профессор кафедры Промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Каталог. Виды древесины. Пуинкадо [Электронный ресурс] Режим доступа: http ://krovteplo.ru/cata-log/jzdeliya-iz-dereva-expreswood/vidi-drevesini.html (дата обращения 18.11.15).
2. Богданович Н.И., Добеле Г.В., Кузнецова Л.Н., Фадеев С.М. Теоретические основы термохимической активации технических лигнинов // Современное состояние и перспективы развития теории адсорбции: тезисы докл. IX Междунар. конф. по теоретическим вопросам адсорбции и адсорбционной хроматографии (Москва: ИФХ РАН, 24-28.04.01) - 2001. - С. 25.
NaingLin Soe, Zin Moe, Saw WinMyint, Khluchin Vitaliy Nikolaevitch* D. Mendekev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. *e-mail: [email protected]
THERMOGRAPHIC STUDYNG OF THE PYROLYSIS OF WASTE FURNITURE
Abstract
The characteristics of the processes of thermal degradation and thermal oxidation of waste wooden materials of ironic wood from the furniture industry of the Republic of the Union of Myanmar. Formulation for the rational level of thermal impact of the waste by pyrolysis in order to obtain the raw material for the production of activated carbons. The effect of this process on the unauthorized access of air.
Key words: Wasted wood; Pyinkado; pyrolysis; thermal oxidation; thermogravimetry; thermal differential analysis.
