ТЕХНОЛОГИЯ ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ

Заводы сухой перегонки древесины в СССР используют в ка­честве сырья специально заготовляемые дрова лиственных пород чаще всего метровой длины. На бирже сырья завода дрова подвергаются естественной сушке, после чего их разделывают на швырок или тюльки (отрезки длиной 200—300 мм) и загру­жают в сушила и реторты. Дрова на биржу завода доставляют по железной дороге или молевым сплавом.

Укладывают дрова на бирже обычно в виде поленниц шири­ной 2 м, высотой 2,2 м и длиной не более 30 м. Три поленницы, уложенные с интервалом 0,5 м, образуют штабеля, расстояние между которыми должно быть 5 м. Проходы между поленница­ми и штабелями желательно делать в направлении господствую­щих ветров для лучшей просушки дров. Между штабелями прокладывают железные дороги узкой колеи, по которым дрова в вагонетках доставляются на разделку.

Перегрузка и перевозка дров требует большой затраты рабо­чей силы. Наибольшее число рабочих на заводах сухой пере­гонки древесины падает на биржу. Поэтому в настоящее время важно механизировать все эти тяжелые и трудоемкие операции. В последнее время рекомендуется применять на биржах кучевое хранение дров, что дает возможность наиболее просто механи­зировать погрузочно-разгрузочные работы по сравнению с хра­нением в штабелях.

Поскольку в кучах дрова будут сохнуть медленнее, рекомен­дуется устраивать кучи небольших размеров (высотой не более 89 м и шириной 25 м) и для лучшего проветривания внутри делать проходы.

Огромной сырьевой базой для заводов пирогенетической переработки древесины являются отходы лесной и деревообраба­тывающей промышленности. В связи с новой прогрессивной технологией лесозаготовок, с вывозкой из леса деревьев с кро­ной на нижних складах леспромхозов скапливаются большие количества древесных отходов в результате разделки древесины на товарные сортименты, а также при ее первичной механической переработке. И на деревообрабатывающих предприятиях также скапливается много древесных отходов в виде опилок, реек и др.

Заводы сухой перегонки требуют высоких капиталовложений. В связи с тем, что в деревообрабатывающей и лесозаготовитель­ной промышленности имеются тысячи точек, где нужно пере­рабатывать отходы, потребуется очень много таких заводов. Что­бы решить задачу массового строительства заводов сухой перегонки различной мощности, нужно резко снизить высокую стоимость их строительства и повысить экономическую эффек­тивность производства. Стоимость строительства заводов можно снизить благодаря максимальной унификации оборудования и зданий, что представляется как серийный выпуск заводов, подобно изготовлению паровых котлов, комбайнов и другого оборудования.

Если монтаж оборудования вести одновременно с его изго­товлением при серийном изготовлении в хорошо организованном потоке, то и монтажные работы будут стоить значительно дешев­ле. Но для этого размеры оборудования в собранном виде, а так­же отдельные блоки его не должны превышать допустимый габарит железнодорожных перевозок и в смонтированном виде должны отличаться достаточной транспортабельностью, чтобы удобно было доставлять их к месту работы.

Для того чтобы оборудование было малогабаритным, но высокопроизводительным, технологический процесс должен осно­вываться на самых интенсивных методах производства.

При наличии малогабаритной аппаратуры можно отказаться от дорогостоящих зданий производственных корпусов, заменив их разборными крышами и стенами, входящими в состав кар­касной конструкции, в которой располагается оборудование. При этом можно отказаться от обычно принятого расположения аппа­ратуры, когда вокруг каждого аппарата оставляются обширные проходы. Аппараты можно расположить вплотную друг другу, но так, чтобы каждый из них можно было извлечь для ремонта и с достаточными удобствами обслужить технологический про­цесс от центрального пульта управления, снабженного контроль­но-измерительными приборами дистанционного действия.

Из общезаводского оборудования наиболее громоздким и до­рогим является паровое хозяйство, поэтому в технологии необхо­димо предусматривать максимальное сокращение расхода пара.

Наконец, можно достичь большой экономии в капиталовло­жениях, если ориентироваться на древесные отходы, а не на специально заготовляемые технологические дрова. В этом случае Древесный уголь необходимо брикетировать, но зато значительно сокращаются расходы на изыскание, проектирование и освоение : сырьевой базы и устройство биржи. Значительно сокращаются, а во многих случаях совсем отпадают расходы на культурное и жилищное строительство, так как отходы поступают от пред­приятия, уже обеспеченного благоустроенным поселком, а если, и потребуется некоторое его расширение, то это стоит дешевле, чем создание нового поселка.

Для сухой перегонки наиболее подходящими являются лист — , венные породы, дающие большие выходы уксусной кислоты. и спиртовых растворителей. Поэтому часто на заводских биржах . укладывают отдельно древесину технологическую, т. е. идущую в пирогенетическую переработку, и топливную, т. е. используе­мую только как топливо в топках реторт, паровых котлов и др.

В некоторых случаях целесообразно топливную древесину. использовать энергохимически, т. е. газифицировать ее, улавли­вая конденсаты, и перерабатывать их на заводе в товарные ‘ продукты. ‘

Путем устройства центральной газогенераторной станции можно централизовать распределение топливного газа и сокра­тить расход рабочей силы на обслуживание отдельных дровяных ‘ топок.

Во многих случаях целесообразно вместо древесного топлива для отопления реторт, печей и котельной использовать привозное минеральное топливо, а топливную древесину можно использо­вать на изготовление древесно-стружечных плит и других из­делий.

Сушка дров

Высокая влажность древесины, подвергающейся пирогенети — ческому разложению, значительно понижает эффективность про­цесса. На заводах при переработке сырых дров в периодических аппаратах первые погоны дистиллята, содержащие небольшое. количество кислот (до 2—3%), собирают отдельно и в перера­ботку не пускают или выпускают в воздух в виде паров. Полно­стью отделить гигроскопическую влагу в процессе сухой пере- , гонки дров в газовой среде очень трудно из-за неравномерности нагрева. Даже в малых кусках (щепа) при переугливании на­ружных слоев внутри их продолжается процесс сушки и влага неизбежно попадает в дистиллят.

В связи с этим сырые дрова целесообразно предварительно подсушивать до относительной влажности (14—20%). Искусст­венной сушке должна предшествовать естественная, которую желательно доводить до равновесной влажности.

Искусственная сушка технологической древесины до более низкой влажности или до абсолютно сухого состояния связана с большими трудностями, так как для удаления в газовой среде, последних остатков влаги из древесины требуется большая дли — ‘ тельность процесса, удельная производительность сушила в это время резко падает и во многих случаях оказывается более эко­номичным оставить эту влагу в древесине.

Общая продолжительность процесса пиролиза в основном определяется периодом сушки древесины и ее нагрева до начала экзотермической реакции разложения, когда скорость пиролиза становится очень большой. Поэтому искусственная сушка техно­логической древесины является обязательной стадией современ­ных аппаратов для сухой перегонки дерева.

На сушку и нагрев древесины уходит большая доля времени всего оборота. Таким образом, повышение производительности аппаратов пиролиза древесины во многом зависит от увеличения скорости сушильного процесса.

На заводах сухой перегонки применяется искусственная суш­ка дров обычно теплом отходящих дымовых газов от котельной или от ретортных топок. Иногда для сушильной камеры сжигают топливо в специальных топочных устройствах.

Конструкция сушила определяется размером кусков техноло­гической древесины и принятым способом транспортирования сырья в процессе его обработки. Так, в вагонных ретортах дрова перемещаются в решетчатых вагонетках, которые и определяют туннельный (коридорный) тип сушила. Измельченную древесину (как сыпучий материал) целесообразнее сушить в барабанных, шнековых, вертикальных столбиковых и других сушилках с пере­мешиванием материала. Крупные куски древесины однородных размеров тоже можно рассматривать, как сыпучий материал. Например, круглые дрова, распиленные на отрезки длиной около 200—300 мм, можно с успехом сушить в. вертикальных сушилах с перемещением материала под влиянием собственного веса. Таким образом, для сушки крупных кусковых материалов (дров и тюлек) и равномерно измельченных сыпучих материалов (щепа, опилки, стружка) можно применять общеизвестные сушила.

В туннельных сушилках теплоноситель (нагретый воздух или горячие дымовые газы) перемещается вдоль туннеля и на­гревает и высушивает его, соприкасаясь с высушиваемым мате­риалом в основном по наружной поверхности решетчатых стенок вагонетки. Внутри дров в вагонетке вследствие испарения влаги создается несколько повышенное давление, и дымовые газы, в небольшой степени проникая в толщу дров, омывают вагонетку главным образом снаружи, двигаясь по свободным промежуткам между вагонеткой и стенами сушила по направлению наимень­шего сопротивления. В сушилах системы Грум-Гржимайло теп­лоноситель проходит через дрова сверху вниз благодаря гидро­статическому давлению горячих газов над вагонеткой и специ­альной вертикальной укладке дров с значительным свободным пространством между отдельными поленьями для движения газов.

При перегонке сланцев в туннельных сушилках применяются вагонетки со сплошными стенками и днищем, в котором оставле­но отверстие для продувания вентилятором теплоносителя через загруженные куски сланца.

Аналогично устроены вагонетки на некоторых заводах сухой перегонки древесины в Югославии. Там вагонетка имеет сплош­ные боковые стенки и решетчатое дно, через которое проходят дымовые газы и омывают всю поверхность дров.

При медленном движении теплоносителя вдоль туннеля в обычных сушилках происходит некоторое расслаивание газов, на что указывают замеры температур. Вследствие этого в верх­них слоях вагонетки дрова высушиваются быстрее, соприкасаясь с более горячими и легкими газами, и, наоборот, внизу вагонетки они сохнут медленнее, поскольку там протекает более холодная и тяжелая часть теплоносителя.

Для дров, распиленных на тюльки, применяются вертикаль­ные шахтные сушила, через которые равномерно протягивается теплоноситель, омывающий всю поверхность тюлек, перемещаю­щихся по сушилу сверху вниз под влиянием собственного веса. В этих сушилах сушка идет значительно скорее, чем в туннель­ных, так как в теплообмене между газами и древесиной участ­вует значительно большая поверхность дров, чем в вагонетках.

Для равномерно измельченной древесины (опилки, щепа и другие отходы) применяются сушилки, в которых материал хорошо перемешивается и его отдельные частички соприкасают­ся с теплоносителем. К таким сушилкам относятся барабанные, шнековые, шахтные и др. Часто применяются пневматические сушилки.

В барабанных сушилках материал пересыпается внутри бара­бана, образуя значительную поверхность. Свободное сечение для прохода газов при этом остается большим, а скорость газов и соответственно сопротивление движению газов, а также расход электроэнергии на вентилятор относительно невелики. Газы и материал могут двигаться относительно друг друга как прямо­током, так и противотоком.

В шнековых сушилках материал пересыпается по неподвиж­ному барабану при помощи вращающегося лопаточного шнека, а в то же время внутри барабана проходит теплоноситель парал­лельно движению материала или противотоком. Вследствие узкого сечения для прохода газов скорость их может быть зна­чительной, что приводит к большим сопротивлениям и уносу мелкого материала из сушилки.

В шахтных столбиковых сушилах для опилок и щепы устраи­вается перекрестное движение материала и теплоносителя. Щепа опускается сверху слоем небольшой толщины по наклонным решетчатым стенкам, через которые продувается теплоноситель перпендикулярно потоку щепы. При этом можно создавать боль­шую разность температур и так же, как при прямотоке, дости­гать интенсивной сушки. Для более полного использования теплоноситель можно несколько раз продувать через щепу, за­ставляя его менять направление и обрабатывать вышележащие слои. В этом случае соотношение потока щепы и теплоносителя получается противоточным с той только разницей, что путь теп­лоносителя при этом становится зигзагообразным. Аналогичным образом можно сушить щепу, неподвижно лежащую тонким слоем на горизонтальной решетчатой поверхности.

Пневматические сушилки отличаются высоким удельным рас­ходом энергии, так как в их трубопроводах необходимо созда­вать большие скорости транспортирования щепы. Поэтому пневматическую сушку применяют только в тех случаях, когда невозможно применить другие, менее энергоемкие транспортеры и когда совмещают сушку с транспортированием: например, при сжигании подсушенного гидролизного лигнина или при исполь­зовании пневматического принципа в технологии производства (сушка стружек в производстве плит).

Интенсификация сушильных процессов в значительной мере определяется конструктивными особенностями сушила, но все же в качестве общих методов интенсификации для всех типов сушил можно указать на следующие:

1. Повышение температуры теплоносителя — наиболее мощ­ное средство интенсификации сушильного процесса. Но при этом в качестве теплоносителя необходимо применять бескислородные дымовые газы, так как при наличии кислорода повышение тем­пературы выше 150° приведет к воспламенению древесного мате­риала.

Сушить при высоких температурах можно очейь влажные материалы при сравнительно коротком времени взаимодействия их с теплоносителем. Древесина не успевает нагреться до высо­ких температур, когда начинается ее термическое разложение.

Процесс сушки при высокой температуре ускоряется благо­даря увеличению разности температур между древесиной и теп­лоносителем, что увеличивает количество переданного тепла. Этому способствует также увеличение коэффициента теплопере­дачи от газов к древесине ввиду роста лучеиспускающей спо­собности газов. Сушка ускоряется также вследствие уменьше­ния вязкости влаги при повышении температуры, что способ­ствует ускорению диффузии влаги через поры древесины.

2. Важным фактором интенсификации сушки является увели­чение Поверхности контакта между теплоносителем и материалом. Этого можно достичь путем измельчения мате­риала, что увеличивает внешнюю поверхность и укорачивает пути, по которым диффундирует влага в процессе сушки. Уве­личить поверхность контакта можно еще путем лучшего пере­мешивания материала, так как под поверхностью контакта понимается не вообще внешняя поверхность материала, а имен­но та часть поверхности, которая соприкасается с омывающим теплоносителем. Например, у опилок большая поверхность, но если их не перемешивать, то при очень малой теплопроводности опилок высушить их будет трудно даже при очень высокой температуре теплоносителя, так как опилки со стороны теплоно­сителя могут обуглиться, оставаясь сырыми в толще слоя. Поэто­му конструкция сушилки будет тем лучше, чем больше тепло­носитель соприкасается с поверхностью материала.

3. При выборе метода сушки следует выбрать и теплоноси­тель, так как, кроме обычного газообразного (воздух, дымовые газы), может быть использован и жидкий теплоноситель. В де­ревообрабатывающей промышленности СССР получил некоторое распространение способ сушки деталей в петролатуме. Это отходы масел из нефти с температурой плавления 55°. Деревян­ные детали в петролатуме, нагретом до температуры 105—130°, сохнут быстрее в 5 раз, чем при обычной камерной сушке, а в не­которых случаях даже в 15 раз.

Петролатум проникает в поры деревянных деталей на очень небольшую глубину. Ускорение сушки объясняется главным образом увеличением коэффициента теплопередачи к древесине от жидкой среды по сравнению с теплопередачей от газообраз­ного теплоносителя, которая, как известно, очень мала.

В США проф. Андерсен предлагает сушить древесину в £реде ацетона с большой скоростью при его минимальных потерях, одновременно экстрагируя смолистые вещества.

Если жидкий теплоноситель пропитывает кусочки древесины и, таким образом, в теплообмен включается огромная внутрен­няя поверхность внутриклеточных полостей, то скорость сушки возрастает в очень большой степени.

Сушка в жидком теплоносителе особенно целесообразна, ко­гда в этой же среде проводится предварительный пиролиз древе­сины (стр. 36).

Для сравнения эффективности различных типов сушил на заводах сухой перегонки дерева приведем примеры удельной производительности (количество испаряемой влаги в килограм­мах на кубометр объема сушильной камеры за 1 час).

При сушке дров в туннельных сушилах и вагонных ретортах эта цифра редко превышает 1 кг! мъ час. В туннельных сушилках печи проф. В. Н. Козлова при сушке сырых тюлек удельная производительность может несколько повыситься благодаря рециркуляции газов (более высокая скорость газов) и увеличе­нию торцовой поверхности дров.

В печи Грум-Гржимайло при сушке поленьев с естественной циркуляцией газов при более высокой температуре производи­тельность увеличивается до 2 кг/ж3 час и более.

При сушке дров в калориферных ретортах благодаря высокой температуре интенсивность сушки увеличивается до 11 кг! мъ час.

В шахтных сушилках при сушке тюлек дымовыми газами с температурой 150—200° влага удаляется со скоростью до 12—14 кг в час на 1 м3, а влажность дров понижается от 45 до 14%. При сушке более сухих дров интенсивность умень­шается.

Интенсивность сушки измельченной древесины при хорошем перемешивании и соприкосновении ее с теплоносителем сильно изменяется в зависимости от конечной влажности щепы. При высушивании сырой щепы до относительной влажности 25—30% интенсивность сушки дымовыми газами с температурой 200—300° может достичь 100 кг/м3 час. При высушивании щепы до абсо­лютно сухого состояния интенсивность падает до 5—10 кг[м3час. При сушке щепы до абсолютно сухого состояния жидким тепло­носителем в лабораторных условиях удается довести интенсив­ность сушки до 500 кг/м3 час. В производственных условиях интенсивность обусловлена возможностью подвода тепла. В пер­вых опытных аппаратах интенсивность достигает 200— 250 кг/м3 час.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить отзыв