Химическая технология термической переработки древесины

Санкт-Петербург  Лесотехническая академия имени  Кирова 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

По дисциплине: Химическая технология термической  переработки древесины  
 
 

Выполнил студент

ХТиБ 4 курса 4 группы

Сивцева Александра

Проверил: Пиялкин  ВН 
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург 2010 год 
СОДЕРЖАНИЕ 

1. СОСТАВ И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕКОНДЕНСИРУЕМЫХ  ПРОДУКТОВ ПИРОЛИЗА……………………………………………………………………..... 

2. СЫРЬЕ ДЛЯ  ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ.УЧЁТ И ХРАНЕНИЕ………….. 

3. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ  АУ……………………………………………….

• ХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ ………………………………....

                                  ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ АУ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ZnCl₂ …………………………..

• ПАРОГАЗОВАЯ АКТИВАЦИЯ …………………………………

 

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………….

 

1 СОСТАВ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  НЕКОНДЕНСИРУЕМЫХ ПРОДУКТОВ ПИРОЛИЗА 

Продукты разложения древесины удаляются из реторты в виде сложной парогазовой смеси. При охлаждении парогазовой смеси в конденсаторах она разделяется на жидкий конденсат и неконденсируемые газы. Таким образом, в результате пиролиза древесины получают жидкий конденсат (жижку), уголь и газы. Жижка при отстаивании разделяется на два слоя: верхний водный слой — отстоявшаяся жижка и нижний — отстойная смола.

Выход продуктов  пиролиза древесины значительно  колеблется в зависимости от величины кусков древесины, температуры процесса, его продолжительности, влажности древесины. В среднем для обычных пород древесины выход составляет, %: угля 35-40, жижки 47-50, газов 15-23. При этом выход уксусной кислоты для хвойных пород равен 2,6-3 %, для лиственных от 4 до 8 %, выход метанола соответственно 0,65-0,85 и 1,5-2,5 % массы а. с. д.

Неконденсируемые газы. 
Древесный сухоперегонный газ горюч, хотя содержит в своем сотаве до 50 % СО2. 
Теплотворная способность суммарного газа, выделяющегося при пиролизе, 800-1200 кал/м3. 
Этот показатель резко изменяется по ходу процесса, с повышением температуры сухоперегонный газ постепенно обогащается горючими компонентами

Современные установки  углежжения ориентированы на получение  только древесного угля, при этом экологически чистые аппараты обеспечивают утилизацию древесного (пиролизного) газа и жижки, такая углевыжигательная печь становится энергонезависимой, получаемого тепла хватает на нагрев новой порции сырья, процесс идет непрерывно и наиболее рационально. 

 

2 СЫРЬЕ ДЛЯ  ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ.УЧЁТ И ХРАНЕНИЕ. 

Сырье пиролиза древесины — это специально заготовленая технологическая древесина, или дрова, а также древесные отходы. Заготовленную в лесу древесину доставляют на склад сырья предприятия, на котором осуществляется ее деление на части длиной 1 м и подготовку к пиролизу. Если применяется естественная сушка дров на складе то нужно выжидать 12-месячный срок, тогда как при искусственной сушке, который применяется сейчас на всех предприятиях, достаточно 3-5-месячного запаса.  

Подготовка(разделка) древесины ведется по методу поточного производства на основе комплексной механизации всех операций. При данном способе организации производства производительность труда увеличивается не менее чем в 2 раза. В последнее время почти все предприятия перешли на хранение дров в кучах, что позволило значительно уменьшить площадь, занимаемую складками, и позволило механизировать погрузочно-разгрузочные работы. Если дрова хранятся в кучах то максимальный их объем равен 52 тыс. м3 плотной массы древесины при высоте до 15 м. Диаметр круглых куч и ширина прямоугольных куч не более 52 м.

Древесину предназначеную для пиролиза разделяют по породам  на две группы: мягко-лиственные ( ива, осина, тополь, ольха) и  твердолиственные (бук, береза, ясень, ильм, граб, клен, вяз, дуб). Наиболее пригодны для пиролиза древесина первой группы. Исходя из многолетнего опыта видно, что древесина лиственных пород лучше хранить в расколотом и окоренном виде, при этом приспосабливая под кучи соответствующие основания и приспособления для проветривания.

Кроме древесины, для термического разложения для пиролиза можно применять отходы деревообрабатывающего производства и лесозаготовок, по причине того что они по химическому составу они мало отличаются от стволовой древесины и по существу представляют полноценное технологическое сырье. Больше уксусной кислоты получают из твердолиственных пород (бук, дуб, береза, клен), меньше из мягко-лиственных (липа, осина и др.) и еще меньше из хвойных. В уксусно-кислотном производстве используют главным образом березу, бук, частично допускают осину и некоторые другие лиственные породы.

 

3. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ  АУ  

По виду используемого  сырья и способа активации  методы получения ак тивных углей  можно разделить на следующие  основные группы:

• совмещенный  процесс "пиролиз-активация" древесного сырья;

• обработка угля-сырца;

• применение методов  химической активации;

• применение методов  парогазовой активации;

• сочетание  методов химической и парогазовой  активации.

В качестве основного оборудования обычно используются печи гравитационного типа, где частицы зернистого материала (в процессе активации) имеют постоянный контакт друг с другом. Обычно противотоком осуществляется подача активирующего агента, а для поддержания заданного температурного режима (процесс эндотермическнй) осуществляется внешний нагрев или на входе повышают температуру активирующего агента. В ряде конструкций предусматривается дожиг абгазов по ходу процесса с целью сдвига реакции в сторону образования СО2 и выравнивания температурного градиента.

Технология производства АУ в основном базируется на следующих типах печей:

l. Камерные печи: вертикальные шахтные, горизонтальные  тоннельные.

2. Вращающиеся  барабанные печи 

3. Многоподовые  печи Герресгоффа

4. Печи со  взвешенным слоем 

Камерные печи. Используются вертикальные /шахтные/ и горизонтальные /тоннельные/. Характерными представителями вертикальных печей являются установки фирм Дессау, Лурги, Пак и Среп. В тоннельных печах предусмотрена поперечная продувка движущего слоя материала активирующим агентом с температурой 850-900'С.

Вращающиеся печи. Во вращающихся барабанных печах  типа НИТУСа, АО «Карбохим», Уралхиммаш наличие специального распределителя обеспечивает подачу в нижннюю часть печи пара, а в верхнюю кислорода воздуха, для дожига абгазов. При непрерывном перемешивании обрабатываемого сырья трудно обеснечить постоянный температурный градиент по длине реактора и постоянный фракцнонный состав материала.  

Многоподовые  печи. Гравитационный слой обрабатываемого  материала, при помощи скребков, пересыпается сверху вниз с одной полки на другую. Поток активирующего агента проходит над слоем обрабатываемого материала, а движение сырья «сверху-вниз» по полкам от центра к периферин и наоборот.

Печи со взвешенным слоем обрабатываемого материала  применяются следующих типов:

печи с режимом  осаждения материала. Используются при получении порошкообразных  сорбентов из жидкого и полужидкого  исходного сырья.

• печи с режимом  кипящего (псевдокипящего) слоя. Используются для обработки мелкозернистого  сырья, узкого фракционного состава и высокой механической прочности. Широко применяются при получении гранулированных АУ. Имеются высокоэффективные и экономичные конструкции.

• печи с режимом  уноса материала. Используются при  обработке пылевидного или жидкообразного сырья, обычно при совмещении процессов пиролиза и активации.

ХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ 

Известны методы обработки растительного сырья  и угля химическими реагентами, которые  при высокой температуре выделяют газ-активатор, (например- СО, О2.): карбонатами, сульфатами, нитратами, кислотами-окислителями (азотной, серной, фосфорной и др.) или концентрированными растворами некоторых солей. При пиролизе обработанного сырья выделяется аморфный высокодисперсный углерод, образующий микропористую структуру.

Химическую активацию  проводят в интервале температур 200-650 С. Каждый из реагентов имеет свои недостатки и достоинства. Так, обработку серной кислотой ведут при температуре не выше 200 С. При активации фосфорной кислотой необходимы температуры в пределах 375-500 С, но и в этих условиях возникают проблемы связанные с коррозией аппаратуры. Активацию хлоридом цинка проводят при 550-650 С, недостатком метода является загрязнение угля следами солей цинка.

В качестве активаторов  иногда применяют хлориды магния, железа, аммония, а также тиоционат калия и другие вещества.

Процессы химической активации характеризуются коэффициентом  пропитки - отношение массы безводного активатора к массе сухого исходного  углеродистого материала. Вначале  с увеличением коэффициента пропитки происходит развитие микропористости угля, за счет чего и увеличивается объем пор. При высоких значениях этого коэффициента объем микропор уменьшается и развивается макропористость. При степени пропитки 2: 1, уголь, полученный хлорцинковой активацией, содержит преимущественно крупные поры.

Активные угли, полученные методами химической активации, отличаются значительно большей  однородностью структуры, чем угли парогазовой активации. Более высокая  однородность характерна и для отдельных  гранул таких углей, а их периферийные и внутренние участки практически однотипны.

Медицинские активные угли производят, как правило, пропиткой  угля-сырца растворами сульфида и  сульфата калия. После пропитки уголь  подвергают активации при 900-1000'С. При  этом протекает реакция:

К2SО4 + 4С —  э K2S + 4СО

При производстве активных углей высокой степени  чистоты, продукт активации обрабатывают раствором сульфида калия, промывают  соляной, а затем плавиковой кислотой. После отмывки водой, сепарации  и сушки уголь поступает в  упаковочное отделение.

Наиболее широкое распространение за рубежом получило производство гранулированных активных углей методом хлор-цинковой активации. Раствор хлорида цинка, плотностью 1.8 г/см, и пылевидный исходный материал вводят в аппарат и перемешивают при 90'С в течении 3-х часов. Обычно коэффициент пропитки составляет 1.0-1.4. Учитывая коррозионность среды, реакционный аппарат выполнен из бронзы. Пластичную пасту после охлаждения формуют в экструдере, также футерованном бронзой. В зависимости от назначения гранулированного АУ, размер отверстий фильер экструдера позволяет получать гранулы в интервале 2-8 мм.

Влажные гранулы  сушат при температуре 180'С во вращающейся печи. Длинные гранулы  в процессе сушки обламываются, образуя частицы длиной 3 -12 мм.

Активацию проводят также во вращающейся печи, в противотоке  с бескислородным газом при 600-700'С. Отходящие газы содержат пары воды, органических веществ и аэрозоль хлорида цинка. На данной стадии улетучивается до 30-60% хлорида цинка, использованного при приготовлении пасты.

Для увеличения степени улавливания хлорида  цинка, после конденсационного отделения  установлены абсорбционные колонны, орошаемые разбавленным раствором  хлорида цинка и электрофильтры. Степень улавливания аэрозоля в электрофильтрах достигает 98%.

Уголь после  активации насыщен хлоридом цинка, последний отмывают в вертикальной экстракционной колонне с циркулирующим  разбавленным раствором хлорида  цинка, подкисленным соляной кислотой. В нижней части экстракционной колонны остаток хлорида цинка из угля вымывают горячей соляной кислотой. Экстракция угля продолжается несколько часов, с последующей промывкой водой для снижения кислотности и содержания хлор-ионов в промывных водах до заданного уровня. Уловленный хлорид цинка снова возвращается в процесс.

Гранулы промытого  угля сушат во вращающейся печи и  обычно подвергают дополнительной активации  водяным паром с целью улучшения  пористой структуры угля.