Технология производства угля древесного – Древесный уголь: технологии производства и оборудование

Технология производства древесного угля

Производство древесного угля

Технология производства древесного угля относительно проста, но все-таки требует определенной культуры производства и владения особенностями технологических процессов. Несоблюдение технологических процессов приводит к снижению выхода угля, уголь получается с трещинами, мелкий, пахнущий смолами, недожженный. 

Для получения угля из древесины, она должна пройти процесс пиролиза, разложения без доступа кислорода. Древесина разлагается, под воздействием нагрева, в реторте – стальной емкости с плотно закрывающимися загрузочными отверстиями, нагрев происходит путем помещения реторты в специальную печь.

Газы, которые выделяются в процессе пиролиза, отводятся через специальную трубу от реторты в топочную камеру и там сжигаются. За счет постоянного поступления выделяемого газа в топку, происходит минимальный расход дров для поддержания горения. 

Пиролиз можно разделить на три основных этапа, которые отличаются между собой по контрольным замерам и видимым признакам.

Сушка древесины – это первый этап. Она происходит при температуре менее 150°С , из сырья выходит влага. Технический процесс как раз начинается с того, что измельченные до нужного размера березовые дрова кладут в реторту, закрывают загрузочное отверстие и ставят в сушильную камеру.Сырье должно соответствовать ГОСТ 24260-80.

Для измельчения заготовок до оптимального размера, длина не более 0,5 м и диаметр не более 0,1-0,15 м используют специальный станок — электрической дровокол колун. После того как древесина прошла сушку, реторту, с помощью грузоподъемного механизма (например кран-балки) , перемещают в пиролизную камеру. Там происходит второй этап — собственно пиролиз, сухая  перегонка.

Из-за того что древесина состоит из целого комплекса органических соединений, процесс распада древесины получается весьма сложным. Органические соединения имеют разный  молекулярный вес, поэтому происходящие между ними химические реакции тоже различны. В рамках данного сайта имеет смысл описать лишь в общих чертах эти реакции, так как рассчитывать или детально описывать все эти реакции будет трудно .

		В общем, в процессе пиролиза проходят последовательные и параллельные химические реакции, которые приводят к появлению новых и разрыву старых, существовавших до термической обработки, связей. Получившиеся в результате новые вещества начинают взаимные реакции. Первым начинает распадаться ксилан, при температуре 150°С, процесс продолжается и при 250°С и более. Этот процесс ведет к обр азованию таких веществ, как уксусная кислота, фурфулол и газы.
Кроме этого, на поверхности древесины при температуре 170-200°С начинают расщепляться гемицеллюлозы.
Следующим начинает распадаться лагнин, при температуре 200°С , что ведет к высвобождению летучих низкомолекулярных соединений. А при 300°С разлагается целлюлоза. На этом этапе можно выделить период называемый экзотермическим, он очень важен для всего процесса углевыжигания в целом. В этом периоде пиролиз проходит энергично, выделяется реакционное тепло, это происходит при температуре около 280°С. Температура древесины начнет увеличиваться самопроизвольно, пока все тепло экзотермы не выделиться. Для следующего этапа, прокалки угля, снова потребуется подвод внешнего тепла.

Третий этап – прокалка угля. Если на предшествующем этапе происходило образование угля, то на этом смолы в небольшом количестве и много неконденсируемых газов отделяются от образовавшегося угля. Это происходит при температурах от 350 °С  и до 550°С . Прокалка проходит все в той же пиролизной камере.

Завершаюий этап — охлаждение, упаковка, хранение. После того как процесс пиролиза закончился реторты с готовым углем с помощью кран-балки вынимают из пиролизной камеры поочередно или попарно, и устанавливаются в кассету для остывания. Время охлаждения изменяется в зависимости от внешних факторов (время года, наличия или отсутствия ветра, осадков).

Остывшие реторты опять поднимают и вывешивают над фасовочной установкой, после открытия нижних разгрузочных отверстий — опорожняются. Далее уголь проходит отсев от мелких фракций и пыли, фасуется, взвешивается и пакеты с углем зашиваются.

Упакованная продукция хранится на складе до дальнейшей отгрузки потребителям.

Освобожденные от угля реторты снова заполняются дровами и помещаются в сушильную камеру.

 

Смотрите также:

www.maderum.ru

Производство древесного угля. Часть 1

Получение продуктов из древесины путем воздействия на нее высокой температуры относится к числу древнейших технологий в истории человечества. Археологические раскопки свидетельствуют о том, что еще пещерные люди знали древесный уголь.

Его собирали на пожарищах или делали специально, засыпая золой тлеющие головни, и, укрываясь в пеще­рах от непогоды, использовали затем как топливо, не вызывающее угара. Наверное, первый металл был выплав­лен случайно, когда камни, которыми обложили очаг с горящими углями, оказались рудой. С начала бронзового века древесный уголь стал одной из основ развивающейся цивилизации. Кузнецы умели получать уголь для своих нужд уже в XV-XVI веках. До середины XIX века металлургия раз­вивалась в значительной степени на основе древесного угля.

Фактически европейские страны, прежде всего Англия и Франция, лишились своих лесов, изведя их ради углежжения. На древесном угле подня­лась и металлургия нашего «каменного пояса» — Урала.

Сегодня Бразилия первенствует в производстве высококачественного чугуна, используя древесный уголь в качестве восстановителя. Он при­меняется в десятках технологий и в разных областях жизни. Уникаль­ная особенность древесного угля — отсутствие угарного газа в продуктах сгорания — сделала его предпочтитель­ным во многих случаях видом быто­вого топлива. В своей предыдущей публикации автор уже указывал на тот факт, что в развитых странах в последние годы интенсивно растет использование древесного угля в сель­ском хозяйстве. С его применением специалисты связывают новую «зеленую революцию» — очередной прорыв в интенсификации производства сель­скохозяйственной продукции.

КАК ДЕЛАЮТ ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ?

Выбор технологии производства древесного угля должен основы­ваться на прогнозировании конъюн­ктуры рынка и учете сырьевых фак­торов. Аппаратурное оформление раз­рабатывается на основе знания сущ­ности протекающих процессов и эко­номического сравнения вариантов обо­рудования. В разных экономических условиях востребованы разные тех­нологические решения. Здесь кроется ответ на вопрос: «Почему при таком обилии конструкций углевыжигательного оборудования надо создавать новые?» Важный момент — требования.

Предъявляемые потребителями к про­дукту. Прежде единственным крите­рием качества угля в нашей стране был ГОСТ 7657-84, который опреде­лял требования к различным сортам угля. Этот ГОСТ составлен во вре­мена, когда главными и почти един­ственными потребителями древесного угля были металлургия и производство активных углей. Сегодня более поло­вины этого продукта используется в быту (например, для жарки шашлы­ков на природе).

Высокое содержание нелету­чего углерода и низкая зольность древесного угля были необходимы потребляющей его промышленности. Основных потребителей устраивало высокое содержание мелкой фракции. Сейчас структура спроса и технологии изменились. Для бытовых целей нужен уголь более крупный и содержащий доста­точное количество летучих — он лучше разгорается.

Последним словом техники в углежжении на протяжении второй половины XX века была вертикаль­ная реторта. Это действительно один из наиболее совершенных аппаратов для углежжения. Но вертикальные реторты создавались под промыш­ленное потребление угля, и качество выпускаемой ими продукции не вполне соответствует бытовым требованиям. Можно привести и другие примеры, объясняющие необходимость разраба­тывать новые конструктивные реше­ния в меняющихся условиях. Предлагаем вниманию читателей разработанную автором схему (рис. 1), которая уже завоевала популярность в СМИ и Интернете. Задача этой схемы — показать, что накопленный поко­лениями углежогов опыт позволяет выбрать вариант технического реше­ния осознанно. Выбор перестает быть результатом озарения. Сегодня накоплено достаточно информации, чтобы иметь возможность грамотно рассчитать гидравлику и теплопере­дачу, массообменные процессы и разработать оборудование.

Отдельно следует рассмотреть про­блему экологичности аппаратов углеж­жения. В журналах и газетах иногда утверждается, что процесс углежже­ния вообще не может быть экологиче­ски чистым. Не владеющие вопросом журналисты получают такую инфор­мацию от малокомпетентных произ­водителей угля и распространяют через прессу. Владельцы и изгото­вители всевозможных «экологически грязных» аппаратов иногда приводят следующий довод: мол, испокон веку уголь делали в кучах, ямах, и ничего. Известно, однако, что мужики, обслу­живавшие те кучи во времена Деми­довых, умирали рано. Просто никто не выяснял, отчего умер тот или иной крепостной. Населенность террито­рий, где производился уголь, была в те времена несравнимо ниже нынеш­ней. И вред, наносимый природе, был менее заметен. К тому же еще не была осознана связь между работой угле­жогов и гибелью окружающих лесов.

ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ УГЛЯ

Образование древесного угля — это отщепление от веществ, составляющих древесину, более низкомолекулярных соединений. В твердом остатке уве­личивается концентрация углерода. С летучими компонентами удаляются кислород и водород, содержащиеся в веществах древесины. Но и углерод тоже. В составе летучей части содер­жание углерода ниже, чем в исхо­дной древесине. В итоге твердый оста­ток пиролиза составляет около трети массы исходных дров, но содержит около половины углерода дров. При­мер распределения элементов в исхо­дной древесине и продуктах распада приведен в табл. 1. Данные приведены в пересчете на абсолютно сухую дре­весину. Такой в природе не бывает, но для расчетов удобно пользоваться этим понятием. Для расчета по фак­тической влажности достаточно доба­вить известную долю воды.

Пример из табл. 1 относится к глубине прокалки, в результате кото­рой содержание нелетучего угле­рода в угле составляет 84% (27,2 х 100/32,4). Выход угля при этом — 32,4%. Уголь может содержать и 76, и 96% нелетучего углерода — это зави­сит от того, как долго и при какой тем­пературе его прокаливают.

В табл. 2 приведен выход и состав угля и парогазов при прокалке, кото­рая довела содержание нелетучего углерода в угле до 94%. Выход угля составляет при этом 24,7%.

При сопоставлении данных табл. 1 и 2 видно, как существенно (примерно на четверть) уменьшается выход угля при увеличении содержания нелету­чего углерода. Из этого можно сделать вывод, что прокаливать уголь нужно только до степени, требующейся заказ­чику. Прокалка, приводящая к получе­нию угля с более высоким содержа­нием нелетучего углерода, убыточна и из-за большей продолжительности процесса, и из-за снижения выхода угля. Выход угля немного повышается, если процесс протекает медленно. Однако встречающиеся иногда данные о выходе на уровне 60% — явное недо­разумение. Продолжительность про­цесса разложения древесины с отще­плением летучих соединений и обра­зованием углеродного остатка состав­ляет обычно от нескольких секунд до нескольких минут. Длительность тех­нологического процесса, исчисляюща­яся часами, зависит исключительно от условий передачи тепла. Образование угля под воздей­ствием тепла — сложный процесс. Его стадии схематически показаны на рис. 2

Автор данной статьи: Юрий Юдкевич, канд. техн. наук. Данный материал опубликован с разрешения дочери автора.

synergy-dream.com

Переработка древесного угля

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Из многочисленных способов переработки древесного угля приведены только некоторые, представляющие наибольший ин­терес для лесохимической промышленности.

Брикетирование древесного угля. Древесный уголь, особенно древесно-угольная мелочь,— малотранспортабельный материал; при транспортировке и перевалках уголь сильно измельчается и распыляется. Эти недостатки древесного угля устраняются при его брикетировании с применением связующих веществ. В качестве связующих могут быть применены растворимые в воде продукты (растворимая смола, технические лигносуль — фонаты и др.) и нерастворимые (отстойная смола, древесно — смоляной пек в смеси со смолой, битум и др.)-

Брикетированный уголь в Украине и производство древесно-угольных брикетов состоит в приго­товлении брикетной смеси, прессовании сырых брикетов и сушки или прокаливания их. Например, древесно-угольную ме­лочь растирают 30 мин на бегунах с техническими лигносульфо — натами (полученными при производстве целлюлозы с варочной кислотой на аммониевом основании) и получают брикетную смесь, содержащую 77—78 % угля, 11 —12% лигносульфонатов (в расчете на сухое вещество) и 10—11 % воды. Смесь прес­суют на вальцово-ручейном прессе под давлением 15—20 МПа. Сырые брикеты высушивают при 100—120 °С в течение 2 ч или прокаливают при 500 °С. Плотность готовых брикетов до 0,75 г/см3, прочность на сжатие около 6 МПа. Теплота сгора­ния 1 кг брикетов примерно такая же, как у исходного угля, однако ввиду большей плотности брикетов теплота сгорания единицы объема их гораздо выше.

Брикеты используются в кузнечном и литейном производ­ствах, в сфере общественного питания, туризма и др.

Существуют также способы окусковывания (склеивания) древесно-угольной мелочи без прессования под давлением.

Производство карбюризатора. Карбюризатор — это березо­вый древесный уголь, покрытый пленкой углекислого бария. Он применяется для цементации стальных изделий, т. е. для обо­гащения их поверхностного слоя углеродом с целью придания особой твердости.

Технологический процесс производства карбюризатора со­стоит из следующих основных операций: дробления и сорти­ровки угля-сырца, обмазки угля углекислым барием, сушки и охлаждения сырого карбюризатора. Уголь-сырец измельчают на дробильных валках в три ступени, с промежуточным рассе­вом, сначала на куски размером 25—35 мм, затем до 15 мм и окончательно на куски 3,5—10 мм.

После отсева от мелочи, пыли и охлаждения уголь посту­пает в обмазочный аппарат типа бетономешалки. Для обмазки готовят суспензию углекислого бария в водном растворе крах­мала. Затем карбюризатор сушат в горизонтальных вращаю­щихся барабанах с помощью дымовых газов, температуру ко­торых на входе в барабаны поддерживают в пределах 600— 700 °С. Готовый карбюризатор аналогично древесному углю охлаждают воздухом в тонком слое на конвейере, что стабили­зирует продукт и предотвращает его самовозгорание.

Расход крахмала на 1 т карбюризатора равен 10 кг, угле­кислого бария — 215 кг. Углекислый барий — вещество 1-го класса опасности, ПДК его аэрозоля в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м3.

Согласно ГОСТ 2407—83 карбюризатор должен содержать, %: 20±2 углекислого бария, не более 2 углекислого кальция, до 0,04 общей серы, до 0,2 двуокиси кремния, не более 8 лету­чих веществ и 4 влаги. Не менее 92 % карбюризатора должно при рассеве оставаться между ситами с полотном № 35 и № 100, масса крупных частиц не должна превышать 2 %, а ме­лочи на поддоне 6 %.

Производство активного угля. Активным или активирован­ным древесным углем называется продукт, получаемый путем специальной обработки древесного угля-сырца, в результате, которой во много раз увеличивается его пористость за счет удаления остатков летучих веществ и выгорания смолистых пле­нок. Активация угля производится в активационных печах пу­тем воздействия на него перегретого водяного пара или топоч­ных газов при температуре 750—1000 °С. Степень обгара, т. е. потеря массы древесного угля при его активации, в зависимо­сти от требуемых свойств готового продукта равна 40—80 %.

В древесном угле-сырце имеются в основном макропоры, размер которых превышает 100 нм (1 нм=10-9 м). В активном древесном угле поры гораздо мельче: микропоры размером 1— .. 2 нм и переходные, или мезопоры, размером до 50 нм, т. е. они соизмеримы с величиной молекул различных веществ. Удель­ная поверхность пор достигает огромной величины, исчисляемой сотнями квадратных метров на 1 г активного древесного угля, вследствие чего поглотительная способность его во много раз больше, чем у исходного угля-сырца.

Поэтому активный уголь широко применяется для обесцве­чивания жидкостей в сахарорафинадном и других производ­ствах, для поглощения паров органических растворителей из воздуха производственных помещений, является обязательной составной частью противогазов и др.

В лесохимической промышленности вырабатывается актив­ный уголь марки ДАК — Сырьем для его производства служит угольная мелочь (отход карбюризаторного производства), при необходимости добавляется кусковой уголь. Печь активации представляет собой стальной цилиндр, футерованный жаро­упорным кирпичом. Уголь прокаливают 45—60 мин под воздей­ствием парогазовой смеси, состоящей из продуктов сгорания дизельного топлива и перегретого водяного пара; температура смеси 800—950 °С. Активирующим началом является химиче­ски связанный кислород, в результате взаимодействия с кото­рым смолистые вещества угля образуют твердый углерод и га­зообразные соединения. Охлаждение готового активного угля ведется в стальном охлаждающем барабане, орошаемом сна­ружи водой. Выход — 50 % от исходного угля.

Активный уголь марки ДАК имеет активность по йоду не менее 30, пористость по воде не менее 1,4 см3/г, содержание золы до 6% и влаги до 10%. Применяется для обезмаслива — ния парового конденсата на теплоэлектростанциях.

Активный осветляющий уголь высокого качества можно по­лучать из отработанной щепы канифольно-экстракционных за — i водов. Если для выработки активного угля использовать дре­

Весный уголь, полученный при пиролизе древесины с катализа­торами, то выход активного угля в расчете на исходную древесину повышается примерно в 1,5 раза.

Производство окисленного древесного угля. Древесный уголь дробят, сортируют и окисляют при повышенной темпера­туре кислородом воздуха. В некоторых случаях окисленный уголь подвергают термообработке и повторному окислению.

В результате на поверхности угля образуются различные функциональные группы — карбоксильные, фенольные, спирто­вые и др. Меняя условия окисления, можно добиться преобла­дания тех или иных групп и придания продукту окисления раз­личных свойств — ионообменных, комплексообразующих, ката­литических и др.

Древесный окисленный уголь марки ДОУ-1—полифункци­ональный катионит, способный заменить более дорогие и ток­сичные катиониты на основе синтетических смол. ДОУ-2 имеет высокую избирательность к ионам тяжелых металлов и приме­няется для глубокой очистки химических реактивов от приме­сей железа, меди, никеля и др. ДОУ-Зс предназначен для глу­бокой очистки неорганических реактивов от примесей щелочно­земельных металлов и используется, в частности, при получении фторидов калия и натрия особой чистоты. Уголь ДОУ-4с обладает высокой каталитической активностью, например, в процессах этерификации и переэтерификации смесей низкомо­лекулярных жирных кислот и их эфиров.

Древесные окисленные угли отличаются высокой термостой­костью (до 300 °С), химической и радиационной устойчивостью, легко регенерируются, могут выпускаться в виде гранул.

Пожаро- и взрывобезопасность производства. Большинство технологических процессов пиролизного производства пожаро­опасны, а некоторые из них пожаро — и взрывоопасны. В сушил­ках не исключено самовозгорание древесины, поэтому горизон­тальные сушилки должны иметь подвод острого пара; в случае загорания останавливают дымосос и подают в сушильную ка­меру пар. В вертикальных непрерывнодействующих сушилках опасность загорания повышается при резком увеличении по­дачи воздуха в топку или на разбавление теплоносителя. По­этому сушилки должны быть оснащены устройствами, подаю­щими сигнал при чрезмерном повышении температуры отрабо­танного теплоносителя. Тушение загораний производится острым паром при остановленном дымососе и закрытых затво­рах загрузочных люков.

В тушильниках уголь выделяет горючие газы; при неполной загрузке горизонтальных тушильников вагонетками с углем концентрация газов в них достигает взрывоопасного уровня. Необходимо загружать тушильники полностью или же подавать в них инертный газ.

Вертикальная непрерывнодействующая реторта должна иметь подвод острого пара в верхнюю, среднюю и нижнюю ча­сти. Содержание кислорода в теплоносителе необходимо систе­матически контролировать. Во избежание подсоса воздуха и за­горания угля в реторте нужно поддерживать небольшое поло­жительное давление.

Отходящие газы от различных аппаратов лесохимических производств содержат значительное количество паров летучих веществ и подлежат очистке с целью предотвращения попада­ния их в атмосферу и регенерации некоторых из них. Газовые выбросы …

Количество промышленных стоков и степень их загрязнен­ности зависят от принятой схемы технологических процессов и на различных заводах колеблются в весьма широких пределах. В частности, при экстракции уксусной кислоты из жижки …

В процессах производства лесохимических продуктов обра­зуются различные сточные воды — отбросные воды ректифика­ционных аппаратов, промывные, подсмольные и подскипидар — ные воды и др. Все они объединяются общим названием про­мышленных стоков …

msd.com.ua