СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ
METHOD OF CHARCOAL PRODUCTION

Изобретение относится к лесной промышленности и может быть использовано при переработке отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки для производства древесного угля.
8
Известен способ непрерывной термической переработки измельченной древесины, включающий загрузку измельченной древесины в горизонтальный реактор, пиролиз при противоточной подаче газа-теплоносителя, отвод пирогазов (см. патент РФ №2370520, МПК C10B 53/02, 2009).
Недостатком данного способа является высокая энергоемкость вследствие неэффективного использования теплотворной способности несконденсировавшихся газов.
8
Известен способ термической переработки древесины, включающий предварительную сушку древесины и последующую термическую обработку с прохождением последовательно зон досушивания, пиролиза с образованием древесного угля, охлаждения при противоточной подаче охлаждающего агента (см. патент РФ №2083633, МПК C10B 53/02, 1997).
Недостатками данного способа являются высокая энергоемкость вследствие дополнительного использования в качестве теплоносителя и горючего газа жидкого топлива, большие потери тепловой энергии, происходящие при перегрузке технологического сырья из камеры сушки в камеру пиролиза.
8
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является способ производства древесного угля, включающий сушку, пиролиз древесины, отвод образующихся пирогазов из зоны пиролиза, направление пирогазов в топочную камеру одновременно с поступающим воздухом, необходимым для сжигания пирогазов, использование топочных газов, образовавшихся при горении пирогазов, для пиролиза древесины и для смешения и формирования теплоносителя сушки, охлаждение угля (см. патент РФ №2166527, МПК C10B 53/02, 2001).
Недостатками данного способа являются низкая производительность процесса из-за периодичности выгрузки древесного угля, низкая пожаробезопасность вследствие охлаждения и стабилизации угля на площадках, а также отсутствие очистки дымовых газов, выбрасывающихся в атмосферу, высокая энергоемкость из-за потерь тепловой энергии при охлаждении угля.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности процесса пиролиза.
Технический результат достигается тем, что в способе производства древесного угля, включающем сушку, пиролиз древесины, отвод образующихся пирогазов из зоны пиролиза, направление пирогазов в топку одновременно с поступающим воздухом, необходимым для сжигания пирогазов, использование топочных газов, образовавшихся при горении пирогазов, для пиролиза древесины и для смешения и формирования теплоносителя сушки, охлаждение угля, древесину перед сушкой кондуктивно прогревают при температуре стенки 95÷105°C за счет конденсации водяных паров, поступающих с зоны охлаждения по тепловой трубе; высушивают конвекцией топочными газами температурой 240÷250°C с прогревом древесины до 180°C; часть влажных топочных газов температурой 150°C из зоны сушки выбрасывают через абсорбер в атмосферу, другую часть смешивают с топочными газами температурой 600°C с зоны пиролиза и направляют обратно в зону сушки; высушенную древесину пиролизуют за счет кондуктивного подвода теплоты от поступающих из топки топочных газов температурой 600÷700°C в режиме противотока и самопрогрева за счет теплоты химических реакций; образующиеся в зоне пиролиза пирогазы эжектируют сконденсированными в конденсаторе пирогазами; несконденсированные пирогазы отводят в топку; хладагент пирогазов в топке переводят в пар; угольный остаток кондуктивно охлаждают до 120°C конденсатом воды, поступающим с зоны прогрева по тепловой трубе; далее уголь дополнительно кондуктивно охлаждают в режиме противотока до 50°C рециркулирующим абсорбентом, поступающим из абсорбера.
Отличительной особенностью приведенного способа является то, что древесину перед сушкой кондуктивно прогревают при температуре стенки 95÷105°C за счет конденсации водяных паров, поступающих с зоны охлаждения по тепловой трубе; высушивают конвекцией топочными газами температурой 240÷250°C с прогревом древесины до 180°C; часть влажных топочных газов температурой 150°C из зоны сушки выбрасывают через абсорбер в атмосферу, другую часть смешивают с топочными газами температурой 600°C с зоны пиролиза и направляют обратно в зону сушки; высушенную древесину пиролизуют за счет кондуктивного подвода теплоты от поступающих из топки топочных газов температурой 600÷700°C в режиме противотока и самопрогрева за счет теплоты химических реакций; образующиеся в зоне пиролиза пирогазы эжектируют сконденсированными в конденсаторе пирогазами; несконденсированные пирогазы отводят в топку; хладагент пирогазов в топке переводят в пар; угольный остаток кондуктивно охлаждают до 120°C конденсатом воды, поступающим с зоны прогрева по тепловой трубе; далее уголь дополнительно кондуктивно охлаждают в режиме противотока до 50°C рециркулирующим абсорбентом, поступающим из абсорбера.
На фиг.1 показана схема осуществления способа производства древесного угля.
Способ осуществляют следующим образом.
Измельченные древесные отходы непрерывно загружают в зону прогрева 1, выполненную в виде шнекового транспортера с обогреваемой рубашкой. Прогрев осуществляют кондуктивно при температуре стенки 95÷105°C за счет конденсации водяных паров, поступающих с зоны охлаждения 8 по тепловой трубе 2. Из зоны прогрева 1 древесная масса с температурой порядка 60°C поступает в зону сушки 3, где древесину высушивают конвекцией топочными газами при температуре 240÷250°C с прогревом материала до 180°C. Часть влажных топочных газов температурой примерно 150°C из зоны сушки 3 отводят через абсорбер 4 в окружающую среду, другую часть смешивают до температуры 240÷250°C с топочными газами температурой 600°C с зоны пиролиза 5 и направляют обратно в зону сушки 3. В абсорбере 4 выбрасываемые в атмосферу топочные газы очищают от примесей рециркулирующим абсорбентом. Из зоны сушки 3 высушенная древесина поступает в зону пиролиза 5, где древесную массу пиролизуют в шнековом транспортере с рубашкой за счет кондуктивного подвода теплоты от поступающих из топки 7 топочных газов температурой 600÷700°C в режиме противотока и самопрогрева пиролизуемой массы за счет теплоты химических реакций. Угольный остаток на выходе из зоны пиролиза 5 имеет температуру порядка 500°C. Образующиеся в зоне пиролиза 5 пирогазы эжектируют сконденсированными в конденсаторе 6 пирогазами, при этом несконденсированные пирогазы отводят в топку 7, а сконденсированные в жижку пирогазы отводят в резервуар. Хладагент пирогазов направляют в топку 7 и переводят в пар. Угольный остаток, поступающий из зоны пиролиза 5, кондуктивно охлаждают в зоне охлаждения 8, выполненной в виде шнекового транспортера с рубашкой, до 120°C испарением конденсата воды, поступающего с зоны прогрева 1 по тепловой трубе 2. Далее уголь дополнительно кондуктивно охлаждают в режиме противотока до 50°C рециркулирующим абсорбентом с температурой 35°C, поступающим из абсорбера 4 и предварительно прошедшим через нейтрализатор 9 и фильтр 10. Абсорбент с температурой ориентировочно 65°C, отводящийся с зоны дополнительного охлаждения 11, охлаждают в теплообменнике 12 до температуры 25°C. Хладагент, использующийся для охлаждения абсорбента в теплообменнике 12, направляют в конденсатор 6 для конденсирования пирогазов, а затем в топку 7 для превращения в пар.
Охлажденный древесный уголь транспортируют на склад, образованный пар, отводящийся из топки 7, используют в технологических или бытовых целях.
Для первоначального запуска процесса и выхода на режимные параметры в топку 7 в качестве топлива подают природный газ. Также в топку 7 подают воздух для поддержания процесса горения несконденсировавшихся газов. Потери рециркулирующего абсорбента с выбрасываемыми топочными газами возмещают подачей свежего абсорбента.
Температуру воды в тепловой трубе 2 поддерживают в пределе 95÷105°C, т.к. при меньшей температуре уменьшается движущая сила для прогрева древесины, а при более высокой температуре повышается парциальное давление пара и усложняется аппаратурное оформление способа.
В зону сушки 3 топочные газы подают с температурой в пределе 240÷250°C с прогревом древесины до 180°C, т.к. при температуре топочных газов меньше 240°C увеличивается продолжительность сушки древесной массы, а при температуре топочных газов больше 250°C наблюдается местный прогрев древесины более 180°C и разложение древесины.
Температуру топочных газов, подаваемых к зоне пиролиза 5, поддерживают в пределе 600÷700°C, т.к. при температуре топочных газов меньше 600°C увеличивается длительность процесса пиролиза и увеличиваются габаритные размеры зоны пиролиза 5, а при температуре топочных газов больше 700°C усложняется аппаратурное оформление способа, требующее для изготовления специальные жаропрочные стали.
В зоне охлаждения 8 угольный остаток охлаждают до 120°C, т.к. при меньшей температуре увеличиваются габаритные размеры зоны охлаждения 8, а при более высокой температуре повышается парциальное давление пара в тепловой трубе 2 и усложняется аппаратурное оформление способа.
В зоне дополнительного охлаждения 11 древесный уголь охлаждают до температуры 50°C для предотвращения самовозгорания угля.
Преимуществом предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса за счет использования несконденсировавшихся пирогазов в качестве топлива для сжигания в топке, многократного использования топочных газов в рециркуляционном режиме для сушки, рекуперации тепла угольного остатка для предварительного прогрева древесины перед сушкой, непрерывности процесса, обеспечения экологической безопасности за счет отсутствия токсичных выбросов в окружающую среду.