CC BY
37
ШЕСТОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УКЛАД: МЕХАНИЗМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
13-14 ноября 2015 г.
УДК 662.63: 662.712
ВЛИЯНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ НА КАЧЕСТВО ПРОМЕЖУТОЧНОГО ПРОДУКТА ПРИ ГАЗИФИКАЦИИ
Л. М. Исмагилова, А. Р. Садртдинов, Т. О. Степанова
В настоящее время в России заготавливается около 500 млн. м древесины. При этом на всех стадиях процесса от заготовки до переработки древесного сырья образуется значительное количество отходов, от 30 до 45 % заготавливаемого объема [1].
Утилизация древесных отходов одна из основных проблем лесопромышленного комплекса. Одним из перспективных решений этой проблемы является получение горючего (генераторного) газа заданного состава, применяемого при выработке тепловой или электрической энергии, а также с возможностью использования в химической промышленности в процессах синтеза различных углеводородов, таких как диметиловый эфир, метанол и др. Но в данной отрасли для синтеза используется синтез-газ, отличающийся от генераторного содержанием только монооксида углерода (СО) и водорода (Н2) [2].
Известно, что наиболее чистым и близким по составу к синтез-газу является генераторный газ, получаемый паровой конверсией каменного или древесного угля [3]. Генераторный газ из древесных отходов получают путем газификации, который является сложным многостадийным процессом, включающим стадии сушки-пиролиза, окисления и восстановления. Стадию сушки-пиролиза, в отличие от других, условно можно назвать подготовительной, так как в процессе газификации именно там происходит значительное изменение характеристик древесного сырья перед окислением, что существенно оказывает влияние на процесс образования генераторного газа в зоне восстановления [4, 5].
Основной целью исследования является изучение стадии сушки-пиролиза как процесса высокотемпературной предварительной обработки древесного сырья и предания ей свойств наиболее близких к древесному углю, из которого в процессе газификации можно получить синтез-газ (генераторный газ) пригодный для химического синтеза.
В ходе исследования был определен массовый выход сырья после высокотемпературной обработки и содержание в нем нелетучего углерода в зависимости от размеров частиц. Зависимость выхода обработанного сырья от размера древесных частиц представлена на рис. 1.
Л. М. Исмагилова, А. Р. Садртдинов, Т. О. Степанова
Рисунок 1. Зависимость выхода обработанного сырья от температуры при различных размерах древесных частиц: 1 - щепа, 2 - дробленка, 3 - опил.
Согласно полученным данным влияние размеров частиц на выход сырья после обработки существенен и как можно видеть с ростом температуры начиная с 350°С и более масса сырья на выходе снижается и не превышает для крупномера (щепа) - 33 %, а для мелкофракционного сырья (опил) - 21 %. Таким образом при равных условиях эксперимента выход обработанного сырья из крупнофракционного сырья намного больше чем из мелкофракционного, но при этом его качество, выражающееся содержанием углерода будет отличаться.
На содержание нелетучего углерода во всех образцах, как установлено, основное влияние оказывает температура процесса [6]. Влияние температуры процесса на содержание нелетучего углерода в материале постоянно ослабевает с повышением жесткости проведения процесса, связанное с увеличением термоустойчивости образующегося углеродного слоя. При равной конечной температуре процесса наибольшее значение данного показателя имеет щепа, а наименьшее опил (рис. 2).
90
«
о а
ч
и
^
о и
¡т ч
Щ
X <а X X
й
*
а о
и
80
70
60
50
40
30
г 1 \ 2 3
200
250
300 350 400
Темпреатура процесса, °С
450
500
Рисунок 2. Содержание нелетучего углерода в обработанном сырье: 1 - щепа, 2 - дробленка, 3 - опил.
Проанализировав полученные результаты можно сделать вывод, что для получения обработанного сырья (промежуточного продукта) с высоким содержанием нелетучего углерода необходимо использовать в качестве сырья древесные отходы с размерами частиц, близких к щепе 2^6 см и вести процесс в интервале температур 350^450 °С.
Представленные результаты получены в рамках реализации гранта Президента РФ по государственной поддержке молодых российских ученых по теме МК-3434.2015.8.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Сафин, Р. Г. Новые исследования и разработки в области получения древесно-композиционных материалов на основе древесных отходов / Р. Г. Сафин, В. В. Степанов, Т. Д. Исхаков, А. А. Гайнуллина, Т. О. Степанова // Вестник Казанского технологического университета. - 2015. - Т. 18. № 6. - С. 139-142.
Сафин, Р. Г. Разработка технологии переработки высоковлажных древесных отходов в высокооктановые компоненты моторного топлива / Р. Г. Сафин, Н. Ф. Тимербаев,
Влияние фракционного состава древесного сырья на качество промежуточного продукта при
газификации
A. Р. Садртдинов, Д. Б. Просвирников// Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - Т. 16. - № 7. - С. 250-254.
3. Хузеев, М. В. Паровая конверсия древесного угля / М. В. Хузеев, З. Г. Саттарова,
B. И. Петров // Вестник Казанского технологического университета. -2014. - Т. 17. -№ 1. - С.94-96.
4. Тимербаев, Н. Ф. Моделирование процесса сушки древесных частиц при кондуктив-ном подводе тепла / Н. Ф. Тимербаев, Р. Г. Сафин, А. Р. Хисамеева // Вестник Казанского технологического университета. - 2011.- № 4. - С. 84-88.
5. Исмагилова, Л. М. Математическое описание стадии пиролиза с кондуктивным подводом тепла при газификации древесного сырья / Л. М. Исмагилова, А. Р. Садртдинов // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. -Воронеж, 2014. -№ 5-4. -С. 115-119.
6. Tuntsev D. V., Filippova F. M., Khismatov R. G., Timerbaev N. F. Pyrolyzates: Products of plant biomass fast pyrolysis // Russian Journal of Applied Chemistry. - 2014. - V.87. -№ 9. - P. 1367-1370.
