СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ
CONTINUOUS THERMAL PROCESSING METHOD FOR DISINTEGRATED WOOD

Изобретение относится к области термической переработки измельченной древесины и может быть использовано в способах непрерывной термической переработки измельченной древесины.
Известны способы термической переработки измельченной древесины в ретортах и газогенераторах шахтного типа. Недостатком известных способов является то, что процесс термической переработки протекает с малой относительной скоростью газового теплоносителя, т.к. при увеличении ее происходит механический унос частиц древесины из реторты вместе с летучими парогазовыми продуктами термолиза, кроме того, на газогенераторных установках не предусмотрено получение угля в качестве товарного продукта.
Известен способ термической переработки древесины (RU N 2083633, С10В 53/02, опуб. 24.11.1995). Способ включает предварительную сушку древесины и последующую термическую обработку в присутствии газообразного теплоносителя в непрерывном процессе с прохождением последовательно зон досушивания, пиролиза с образованием древесного угля, его прокалки и охлаждения при противоточной подаче охлаждающего агента, в качестве которого используют дымовые газы от полного сгорания топлива с содержанием в них кислорода 1,5-7,0%, при этом указанные газы после прохождения ими зоны охлаждения используют в качестве теплоносителя в зонах прокалки, пиролиза и подсушки.
Известный способ является низкопроизводительным и требует дополнительного топлива извне.
Известны способ производства древесного угля и установка для производства древесного угля (RU N 2166527, С10В 53/02, опуб. 02.01.2000 - прототип). Способ включает предварительную сушку сырья и последующую термическую обработку в присутствии газообразного теплоносителя в непрерывном процессе с прохождением последовательно зон сушки, пиролиза с образованием древесного угля и его последующей прокалки.
Известный способ также имеет низкую производительность.
Техническая задача изобретения - повышение производительности способа непрерывной термической переработки измельченной древесины путем интенсификации тепло- и массообмена за счет возможности увеличения скорости подачи газа-теплоносителя в перерабатываемую древесину, повышение уровня утилизации отходов древесины с получением высокопрокаленного древесного угля и пирогенной смолы (бионефти) с высокой энергетической плотностью, а также - обеспечение требований экологической безопасности за счет отсутствия токсичных выбросов в окружающую среду.
Поставленная задача достигается тем, что способ непрерывной термической переработки измельченной древесины, включающий загрузку измельченной древесины в реактор, пиролиз при противоточной подаче в перерабатываемую древесину газа-теплоносителя, отвод парогазов - осуществляют в расположенном горизонтально реакторе, при этом непрерывно создают путем подпрессовки раздельные плотные, но газопроницаемые слои из древесных частиц, пиролиз проводят последовательно в каждом из подпрессованных слоев при одновременном отводе и конденсации парогазов при фильтрации их в подпрессованном слое, причем в качестве теплоносителя используют смесь природного газа, например, пропана и части собственных неконденсирующихся газов пиролиза.
Изобретение имеет следующие отличия от прототипа:
- способ осуществляют в расположенном горизонтально реакторе (т.е. процесс непрерывной термической переработки измельченной древесины ведут в горизонтальном направлении);
- при проведении способа непрерывно создают путем подпрессовки раздельные плотные, но газопроницаемые слои из древесных частиц;
- пиролиз проводят последовательно в каждом из подпрессованных слоев при одновременном отводе и конденсации парогазов при фильтрации их в подпрессованном слое;
- в качестве теплоносителя используют смесь природного газа, например, пропана и части собственных неконденсирующихся газов пиролиза.
Это позволит повысить производительность способа непрерывной термической переработки измельченной древесины путем интенсификации тепло- и массообмена за счет возможности увеличения скорости подачи газа-теплоносителя в перерабатываемую древесину, повысить уровень утилизации отходов древесины с получением высокопрокаленного древесного угля и пирогенной смолы (бионефти) с высокой энергетической плотностью, а также - обеспечить требование экологической безопасности за счет отсутствия токсичных выбросов в окружающую среду.
В просмотренном нами патентно-информационном фонде не обнаружено аналогичных технических решений, а также решений с указанными отличительными признаками.
Изобретение применимо и будет использовано в отрасли в 2008 г.
На чертеже изображена схема установки для проведения непрерывной термической переработки измельченной древесины.
В таблице представлены результаты пиролиза березовой древесины (щепы).
Способ непрерывной переработки измельченной древесины был проверен на крупнолабораторной установке производительностью до 40 кг/час, в результате чего была экспериментально подтверждена принципиальная возможность процесса скоростного пиролиза по заявленному способу.
Установка для непрерывной термической переработки измельченной древесины содержит горизонтальный реактор 1, загрузочное устройство 2, размещенный в начале реактора 1 шнек 3, конденсационную систему в виде кожухотрубного холодильника 4, центробежного смолоотделителя-газодувки 5 и каплеуловителя 6, сборник 7 для сбора смолы, топку 8, воздуходувку 9 для подачи воздуха на сжигание, шнек 10 для вывода из установки древесного угля.
Способ непрерывной термической переработки измельченной древесины выполняют следующим образом.
Измельченную древесину загружают через загрузочное устройство 2 в горизонтально расположенный реактор 1, что обеспечивает проведение процесса в горизонтальном направлении, при этом непрерывно осуществляют противоточную подачу теплоносителя из топки 8. В качестве теплоносителя используют смесь природного газа, например, пропана и части собственных неконденсирующихся газов пиролиза. Шнеком 3, расположенным в начале горизонтального канала реактора 1, непрерывно создают путем подпрессовки раздельные плотные, но газопроницаемые слои из древесных частиц, пиролиз проводят последовательно в каждом из подпрессованных слоев при одновременном отводе и конденсации парогазов при фильтрации их в подпрессованном слое.
В подпрессованном слое коэффициент заполнения реакционной зоны перерабатываемым сырьем значительно выше, чем у насыпного, пиролизуемый материал теряет свойство случайности, т.е. отсутствует возможность свободного перемещения отдельных частиц измельченной древесины друг относительно друга и слой приобретает свойство крупнопористого твердого куска (тела), сквозь поры которого с большой скоростью фильтруются газотеплоноситель и парогазы. Применение подпрессованного слоя позволяет сократить время пиролиза измельченной древесины за счет интенсификации процессов тепло- и массообмена путем возможности увеличения скорости движения газового теплоносителя в слое пиролизуемого материала, а также - минимально сократить время пребывания парогазов в зоне реакционного пространства, что обеспечивает уменьшение вторичных реакций крекинга жидких продуктов в газовой фазе. Следует отметить также, что упрощается технологическая схема улавливания бионефти из парогазов термолиза за счет возможности фильтрации последних в подпрессованном, но газопроницаемом слое из сырья.
Парогазы, образующиеся в процессе разложения древесины, выходят из установки через коллектор, предварительно обеспыленные при фильтрации через подпрессованный слой древесины, и направляются в конденсационную систему. Часть неконденсируемых газов подается газодувкой на рециркуляцию для формирования теплоносителя пиролиза, избыток газовой фазы выводится из установки.
Образующийся в результате термического разложения древесный уголь выводится из установки шнеком 10. Смола, получившаяся при конденсации парогазов и из каплеуловителя 6, собирается в сборнике 7.
3
3
3
В процессе термической переработки измельченной древесины заявленным способом получены следующие результаты: выход конденсата составляет 70% (339 кг из 1 пл.м исходной древесины при влажности последней 20% отн.) и смолы 15,7% (75,5 кг из 1 пл.м исходной древесины), выход угля 29,6% (158 кг из 1 пл.м исходной древесины).
По предварительным подсчетам коэффициент заполнения древесины в реакторе установки достигает 0,65-0,70, т.е. увеличивается по сравнению со свободным заполнением в 1,5 раза. Температура в зоне горения составляла 1000-1500°С, на выходе из реактора 85-100°С, т.е. не отличается от температур в процессе газификации. Однако следует подчеркнуть, что такой перепад температур был получен на слое длиной всего 350-400 мм, что свидетельствует о наличии интенсивного тепло- и массообмена.
Таким образом, заявленное техническое решение позволит повысить производительность способа непрерывной термической переработки измельченной древесины путем интенсификации тепло- и массообмена за счет возможности увеличения скорости подачи газа-теплоносителя в перерабатываемую древесину, повысить уровень утилизации отходов древесины с получением высокопрокаленного древесного угля и пирогенной смолы (бионефти) с высокой энергетической плотностью, а также - обеспечить требование экологической безопасности за счет отсутствия токсичных выбросов в окружающую среду.
Пиролиз березовой древесины /щепа/ в реторте
Режимные показатели
N опытов
1
2
3
4
5
1. Производительность реторты, кг/ч
47,6
51,6
60,6
57,2
48,4
2. Температурный режим реторты, °С:
2.1. Теплоносителя, вход
1100
1100
1100
950
950
2.2. Парогазов из реторты
120
125
120
96
115
3. Гидравлический режим реторты, кПа:
3.1. Теплоносителя, вход
5,28
6,66
9,31
110,7
12,45
3.2. Парогазов из реторты
0,17
0,2
0,63
0,7
0,73
3.3. Сопротивление слоя
5,11
6,46
8,68
10,37
11,72
4. Расход газового теплоносителя, м<sup>3</sup>/ч
37,7
40,8
47,0
55,7
64,8
5. Время пребывания щепы в реторте, с
75
70
60
76
75
,
6. Скорость парогазов по сечению реторты, м/с
2,56
2,79
3,20
4,09
4,26
7. Удельная производительность реторты, т/м<sup>3</sup> ч
15,2
16,4
19,3
15,0
15,3
8. Выход угля от а.с.д., %
20,9
21,3
21,6
29,6
28,4