Переработка древесных отходов с использованием метода взрывного автогидролиза

В начале 80-х годов возобновился интерес исследователей к процессу автогидролиза древесины при высоких температурах. Данный процесс включает кратковременную обработку древесной щепы или опилок насыщенным водяным паром в интервале температур 180-250°С с последующим резким сбросом давления — "выстрелом" обработанного материала в приёмник. Вследствие этого процесс получил название взрывной автогидролиз или парокрекинг – взрыв.

Преимуществами такого процесса по сравнению с традиционными технологиями целлюлозно-бумажных производств являются быстрота процесса (протекает в течение нескольких секунд или минут), отсутствие химических реагентов в процессе, что обеспечивает экологическую чистоту процесса.

"Взрывной" автогидролиз был впервые осуществлен в 30-х годах в США Мейсоном (процесс Мезонита). Такой способ использовался для производства древесно-волокнистых плит и древесных пластиков. Учитывая то, что возможности метода взрывного автогидролиза не ограничиваются получением древесных пластиков и данный процесс представляет собой один из методов комплексной переработки древесной биомассы с получением разнообразных химических продуктов, этому методу в настоящее время уделяется достаточно пристальное внимание химиков и технологов. Исследованием процесса взрывного автогидролиза или созданием отдельных технологий для его применения кроме научных учреждений США заняты в настоящее время лаборатории и фирмы Канады, Франции, Японии, Австралии, Швеции, Новой Зеландии и др. При автогидролизе древесная биомасса подвергается обработке насыщенным водяным паром без введения катализаторов. Так как полисахариды гемицеллюлоз древесины частично ацетилированы, то при повышенной температуре протекают реакции деацетилирования с образованием уксусной кислоты, а при распаде сахаров (в условиях повышенных температур в присутствии водяного пара) генерируется муравьиная кислота. В этих условиях происходит гидролиз и деполимеризация лигноуглеводного комплекса древесной биомассы, причем по мере увеличения количества кислот, образующихся в ходе процесса, ускоряется общий гидролиз углеводов.

Технически процесс реализуется следующим образом. В предварительно нагретый до заданной температуры реактор загружается щепа или опилки и из генератора подают нагретый водяной пар (момент времени t1). В течение времени (t2-t1) достигаются нужные температура и давление, которые выдерживаются все время в течение автогидролиза (t3-t2). Время подъёма температуры и давления (t2-t1) составляет обычно 5-30 с. Время автогидролиза (t3-t2) — от нескольких секунд до нескольких минут. Чем выше температура и давление, тем короче интервал (t3-t2). На последнем этапе процесса (t4-t3) происходит декомпрессия системы, по сути быстрое адиабатическое расширение ("выстрел"). Продолжительность декомпрессии — доли секунды.

Взрывной автогидролиз может быть реализован двумя способами: как периодический процесс и как непрерывный. При реализации периодического процесса как в лабораторных, так и в производственных условиях технологическая схема одинакова: генератор пара — реактор — циклон с устройством получения конденсата (летучих продуктов).

Такую схему используют фирмы "Masonite" (США) "Iotech" (Канада), "Forintek" (Канада), "Xerox" (Швеция)

Фирмой "Stake" (США) был разработан непрерывный процесс, схема установки которого представлена на рисунке 5. В шнековый реактор непрерывно подаются обрабатываемая масса и пар, создаются пробки из самого материала, а затем осуществляется дискретный "выстрел". Особенностью данного процесса является применение более низких температур и давлений, что позволяет использовать полученную автогидролизованную древесину в качестве корма для сельскохозяйственных животных. (Подробнее о переработке отходов древесины методом автогидролиза см. в соответствующем разделе)

114-4.jpg

Рис. 5. Принципиальная схема установки взрывного автогидролиза древесной биомассы фирмы "Stake": 1 — питание инжектора; 2 — осевой инжектор; 3 — конусное приспособление; 4 — реак-тор; 5 — бойлер; 6 — подача пара; 7 — шнековый выталкиватель; 8 — сборник получаемого продукта

Следует ожидать, что экономические показатели процесса взрывного автогидролиза возрастут при комплексном использовании основных компонентов древесины, включающем получение дорогостоящих химических соединений. [6]

Сейчас же данный метод используют для получения целлюлозосодержащих полуфабрикатов, чистой целлюлозы, низкомолекулярного лигнина, левулиновой кислоты, ароматических ок-сиальдегидов и активных углей, включая комбинацию метода взрывного автогидролиза древесины, кислотного катализа её целлюлозной составляющей, окислительного катализа низкомолекулярного лигнина и пиролиза твёрдого остатка. Данный высокотехнологичный метод требует не только больших затрат как на его реализацию и оборудование, так и высокой квалификации персонала осуществляющего его. Не смотря на то, что извлекаемые компоненты представляют ценность, а их себестоимость при данном методе ниже чем при традиционных способах их получения, он не пользуется особой популярностью на сегодняшний день. Продолжаются разработки в этом направлении, расширяя как список извлекаемых компонентов, так и удешевляя метод, однако установки и технические изобретения применятся в России в единичных случаях, в то время как по всему миру известно не мало производителей сделавших себе состояние в этой отрасли. Это также объясняется и особенностями рынка различных стран.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить отзыв