Способ получения древесного угля из свежесрубленной древесины в совмещенном процессе

 

Использование: в пиролизе свежесрубленной древесины, в частности в способе получения древесного угля. Сущность изобретения: способ предусматривает сушку и пиролиз древесины при нагревании газообразным теплоносителем с отводом отработанного теплоносителя со стадии сушки. Полученный древесный уголь охлаждают, а отработанный теплоноситель рециркулируют на стадию сушки, причем отработанный и свежий газообразный теплоноситель берут в соотношении, равном (3 4) 1, и вводят в зону, в которой относительная влажность древесины составляет 10 25%

Изобретение относится к пиролизу древесины и может быть использовано при по- лучении древесного угля.

Известен способ получения угля из измельченной, например кусковой, древесины в непрерывнодействующей установке, основными аппаратами которой являются сушилка и вертикальная реторта [1] Предусмотрено выделение жидких продуктов термолиза древесины (уксусная кислота, смолы, спирты). В реторте все стадии процесса (сушка, пиролиз, охлаждение угля) протекают одновременно, но разобщены в пространстве. Подсушенную в сушилке технологическую древесину (относительная влажность 14-24%) подают через загрузочное устройство в реторту. Древесина в реторте медленно движется сверху вниз под собственным весом, проходя зоны: окончательная сушка древесины 150-270^оС, пиролиз древесины 300-500^оС, прокаливание угля 450-600^оС, охлаждение угля 600^о-(25-70)^оС. Обогрев реторты осуществляют теплоносителем, получающимся за счет сжигания в специальной выносной топке неконденсирующихся газов из реторты и дизельного или печного топлива. Теплоноситель подают противотоком к материалу. Из реторты он выходит вместе с парогазовой смесью продуктов пиролиза древесины (температура 110-130^оС) через верхний патрубок и поступает в конденсационную систему для конденсации жидких продуктов (смола, уксусная кислота и т.д.). Несконденсировавшиеся газы (температура 30-50^оС) подают в нижнюю часть реторты для охлаждения угля, а избыток в топку сушилки для получения теплоносителя. Прошедшие через слой угля газы (температура до 150-250^оС) выводят из реторты и направляют частично в топку реторты на сжигание, частично на разбавление горячих дымовых газов для формирования теплоносителя для реторты (температура 500-600^оС, объемная доля кислорода не более 1%).

Таким образом, в реторте можно выделить два контура движения газов. Такая технология позволяет получить древесный уголь с массовой долей нелетучего углерода 88-92% зольностью не более 2,5% влажностью не выше 6% при расходе древесины 7,7 пл.м³ на 1 т угля.

Способ имеет следующие недостатки.

Потребность в жидком топливе (250 кг на 1 т угля).

Пиролизу подвергают древесину только после предварительной сушки. Последующая переработка жидких продуктов пиролиза обязательно требует эту стадию. Переработка этих продуктов требует создания крупных (мощность более 70 тыс. пл. м³ в год) установок, в противном случае это экономически не выгодно, так как высоки капиталовложения.

Установка может эксплуатироваться только в стационарном варианте, в расчете на обширную сырьевую базу, для эксплуатации даже в крупном лесозаготовительном предприятии не рекомендуется.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения древесного угля на базе непрерывнодействующей реторты в режиме безотходного производства без получения жидких продуктов [2] Исходным сырьем является измельченная древесина (древесные отходы) или чурки размером 300х100 мм влажностью до 25% (относительная). Древесина поступает в реторту через загрузочный люк. Уголь выгружают снизу аппарата через систему затворов. Двигаясь в реторте сверху вниз, древесина, а затем уголь проходят следующие зоны: сушка древесины 800-(150-120)^оС, пиролиз древесины и прокалки угля 450-550^оС, охлаждение угля 550-50^оС. В промежутке между верхней зоной и зоной пиролиза располагается топочная зона, куда подают образующиеся парогазы пиролиза древесины из нижней части зоны прокалки угля и воздух. Часть парогазов пиролиза сгорает и температура газового потока повышается до 800^оС. Смесь парогазов и продуктов их сгорания частично поступает в нижележащую зону пиролиза, а частично уходит вверх реторты сушилку. Поступление воздуха в топочную зону, а также количество горячей смеси, поступающей в зону пиролиза, регулируют автоматически. В сушильной части древесину подсушивают газами из топочной зоны, которые далее сжигаются на выходе из трубы в виде факела. Этим обеспечивается защита окружающей среды от попадания в атмосферу вредных для окружающей среды продуктов пиролиза.

Охлаждение угля осуществляют за счет циркуляции инертных газов, для чего нагретые до высокой температуры газы из зоны охлаждения угля выводят из аппарата и направляют в циклон, а далее в скруббер, орошаемый водой. Охлажденный газ возвращают в нижнюю часть реторты. Вода на охлаждение газов поступает из замкнутого цикла оборотной воды.

Качество древесного угля (содержание нелетучего углерода) 85-90% влажность угля не более 4% расход древесины на 1 т угля 6,3 пл.м³ (25%-ной влажности).

Основной недостаток данного способа состоит в том, что влажность перерабатываемого сырья не должна превышать 25% В противном случае парогазы и продукты их сгорания, используемые для сушки древесины, насыщаются влагой, что приводит к снижению их калорийности. Такая смесь не горит. Следовательно, процесс не является экологически чистым. Это усугубляется тем, что при данной схеме газовых потоков в зоне сушки теплоноситель из зоны горения с высокой температурой контактирует с подсушенной древесиной. В этом случае имеет место термическое разложение с образованием вредных органических продуктов, которые могут поступать в атмосферу.

В условиях леспромхоза эксплуатация реторты без сушилки не гарантирует экологической чистоты данного способа получения древесного угля. Включение в состав установки сушилки приводит к дополнительным капзатратам, затратам топлива, усложнению эксплуатации.

Наличие вредных выбросов подтверждается результатами исследований ЦНИЛХИ. При пиролизе древесины более 25% -ной влажности в атмосферу без сжигания выбрасывают парогазы состава, CO₂ 15,2; O₂ 5,1; CO 5,9; H₂ 2,1; N₂ 69,3; фенолы 530 мг/л; уксусная кислота 10500 мг/л; смолистые вещества.

Цель изобретения состоит в разработке экологически чистого способа пиролиза древесины, позволяющего в условиях леспромхоза (свежесрубленная древесина влажностью 45-50%) провести процесс в одном аппарате без использования жидкого или газообразного топлива.

Цель достигается за счет организации в вертикальной реторте дополнительного циркуляционного контура в зоне сушки. Отработанный теплоноситель после зоны сушки возвращают в нижележащие слои древесины, где смешивают с продуктами горения. Этим приемом достигают снижения температуры газов в зоне сушки, исключая условия термического разложения древесины и попадание вредных органических веществ в отходящие из аппарата газы.

При сушке анизотропного материала с низкой теплопроводностью суммарная скорость процесса определяется прежде всего скоростью теплового фронта (подводом тепла). Увеличение массы газов в сушильной части приводит к повышению скорости теплоносителя, т.е. интенсифицирует массообмен (основной прием ускорения процессов, лимитируемых диффузионными стадиями). Отработанный теплоноситель вводят в сушильную зону, где влажность древесины 10-25% Массовое соотношение газовых потоков (отработанный теплоноситель): продукты сгорания (свежий теплоноситель) должно выдерживаться в пределах 3-4:1. В этом случае температура теплоносителя на входе в зону сушки 220-230^оС (в прототипе 800^оС). Этот способ позволяет перерабатывать свежесрубленную древесину в одном аппарате в совмещенном процессе без загрязнения окружающей среды и необходимости сжигания отходящих газов.

П р и м е р. Измельченные древесные отходы или чурка с размерами 150х240 или 20х(30-200) мм влажностью 45±5% через загрузочное устройство периодически (с постоянной частотой) загружают в реторту (диаметр 3 м, высота основного цилиндра 7,2 м). Загруженная в реторту древесина, а затем уголь, проходят следующие зоны: сушка древесины 230-(150-120)^оС, топочная зона 800^оС, пиролиз древесины 550-550^оС, прокалка угля 500^оС, охлаждение угля 500-50^оС. Образующиеся при пиролизе древесины парогазы из нижней части зоны прокалки угля турбогазодувкой подают в верхнюю часть топочной зоны, сюда же воздуходувкой подают необходимое (минимальное) для горения количество воздуха. При этом большую часть парогазов сжигают. Часть смеси парогазов и продуктов их сжигания (температура до 800^оС) поступает в нижележащую зону пиролиза древесины и часть на сушку древесины. Эту часть газов смешивают с отходящим теплоносителем после зоны сушки в соотношении отработанный теплоноситель продукты сгорания 3:1, обеспечивая температуру в зоне сушки 230^оС в точке, где влажность древесины 15% Сформированный таким образом теплоноситель, проходит через слой древесины противотоком и направляют через трубу в атмосферу.

Древесный уголь после прокалки проходит зону охлаждения. Газы, забираемые с верхней границы зоны охлаждения угля, после очистки в циклоне и охлаждения в воздушном холодильнике подают в нижнюю часть реторты. Уголь из реторты выгружают через систему затворов. По своим качественным показателям товарный уголь отвечает требованиям: массовая доля нелетучего углерода 91% зольность 2,4% влажность 4,0% массовая доля мелочи 3,5% Эти показатели соответствуют требованиям ГОСТ 7657-84.

Таким образом, при сохранении качества готового продукта применение предлагаемого способа позволяет обеспечить получение древесного угля экологически чистым способом. Принцип экологической безопасности заложен в сути способа и гарантируется нормами технологического режима. Исключается необходимость сжигания отходящих газов. Способ также позволяет перерабатывать влажную древесину без установки специальных сушилок, что сокращает капзатраты, расширяет диапазон применения непрерывнодействующей реторты. Такие аппараты можно устанавливать в леспромхозах, широко варьируя их производительность. Кроме того, для технологии не требуется топлива (жидкого). Технические преимущества предлагаемого способа обеспечивают экономические преимущества перед ныне существующими и рекомендуемыми фирмами ретортами.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ ИЗ СВЕЖЕСРУБЛЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ В СОВМЕЩЕННОМ ПРОЦЕССЕ, включающем сушку и пиролиз древесины путем нагрева газообразным теплоносителем, отвод отработанного теплоносителя со стадии сушки, охлаждение полученного угля, отличающийся тем, что отработанный теплоноситель рециркулируют на стадию сушки, причем отработанный теплоноситель берут в соотношении к газообразному теплоносителю 3 4 1 и вводят в зону, в которой относительная влажность древесины составляет 10 25%