энергосберегающие технологии

Выход продуктов при газификации щепы из лесосечных отходов и стволовой древесины

При проведении исследований в области газификации древесных отходов обычно определяют степень измельчения древесины. Но щепа из отходов имеет весьма неоднородный состав и неопределенную форму. Поэтому средний размер её определяли весовым методом. Для того чтобы примерно создать некоторое представление о линейных размерах газифицируемой щепы древесных отходов, в табл. 19 приведены условные размеры щепы при соотношении толщины, ширины и длины, равном 1:3:9. Газификация щепы производилась и основном по 1-й схеме (газогенератор→ конденсатор-холодильник→ смолоотделитель).

Таблица 19

В среднем влажность щепы составляла 15%, а производительность газогенератора по абс. сух. щепе около 30 кг/ч. Эти показатели процесса колебались в допустимых пределах.

Температурные режимы работы газогенераторной установки во всех опытах были примерно одинаковы. Так, температура газа, выходящего из газогенератора, составляла 81 — 85°, перед конденсатором-холодильником 62 — 69°, после смолоотделителя 24 — 29°. Температура дутья в среднем равнялась 16°.

Гидравлический режим характеризовался следующими данными (в мм вод. ст.): давление дутья 10 — 16, разрежение в горловине на выходе из газогенератора 4 — 7, перед конденсатором-холодильником 16 — 19, после регулирующей задвижки на всасывающем патрубке смолоотделителя 160 — 200.

В газопроводах и конденсаторе-холодильнике выделилось из газа около 60% конденсата, а в смолоотделителе около 40%. Смолоотделитель, как правило, работал в условиях, близких к изотермическим.

Конденсаты из конденсатора-холодильника, но всех опытах были расслаивающимися и разделялись в приемниках на жижку (водный раствор продуктов) и отстойную смолу. Количество отстойной смолы колебалось в пределах 3 — 13%. В жижке из лиственных мелких лесосечных отходов концентрация растворимых смол была небольшая (3 — 4%), а в жижке из стволовой щепы больше (8 — 9%)- Разница в концентрации объясняется различными выходами растворимой смолы, считая от веса абс. сух. щепы. В жижках из конденсатора-холодильника при газификации еловой щепы растворимой смолы содержалось примерно в 1,5 — 2 раза больше, чем в соответствующих конденсатах из древесины лиственных пород. Отстойная смола в большинстве случаев хорошо отделялась от жижки. Влажность этой смолы невысокая, не более 23%. Количество летучих кислот в отстойной смоле почти не зависело от породы и образца щепы и равнялось 5 — 6%. Как правило, кислотность смолы была ниже, чем в соответствующей жижке, в 1,5 — 2 раза. Из смолоотделителя стекали нерасслаивающиеся конденсаты, содержащие в образцах лиственных пород большое количество летучих кислот (8 — 12%), а в образцах еловых примерно в 1,5 — 2 раза меньше. Влажность этих конденсатов колебалась в пределах 18 — 44% (для щепы лиственных пород) и 28 — 35% (для еловой щепы). При долгом отстое (10 — 15 суток) иногда происходило расслаивание конденсатов из смолоотделителя при содержании в них более 30% воды.

При газификации щепы из мелких березовых и осиновых веток с листьями отстойная смола получалась твердой и напоминала собой парафин (при температуре 24 — 29°). Отделение жижки от смолы производилось не в отстойнике, а путем декантации. При 80 — 90° отстойная смола становилась жидкой и при охлаждении вновь затвердевала. Работа газогенераторной установки на березовых и осиновых отходах с листьями по 1-й схеме была невозможной, так как трубки кондесатора-холодильника забивались твердой смолой. Поэтому установка работала по 2-й схеме, по которой обессмоливанию подвергался горячий газ (56 — 60°), после чего он охлаждался в конденсаторе-холодильнике.

Во всех других опытах после отстоя и разделения суммарных конденсатов в смолоотстойнике содержание летучих кислот в суммарной жижке лиственных пород достигало почти 12%, а в еловых 7%. Содержание растворимой смолы в суммарной жижке из лесосечных отходов достигало 23% и для щепы из стволовой части дерева 27%. Эти данные указывают на то, что основное количество летучих кислот и растворимой смолы находилось в конденсате смолоотделителя, а не в жижке, полученной в конденсаторе-холодильнике. Так, в жижке конденсатора-холодильника, полученной при газификации крупных лиственных отходов, растворимой смолы содержалось 5%, а в суммарной жижке, полученной после разогрева (80°) и смешивания конденсатов из конденсатора-холодильника и смолоотделителя с последующим отстоем, содержание растворимой смолы в суммарной жижке достигало 23%.

Такой переход основной массы растворимой смолы из нерасслаивающегося конденсата смолоотделителя в жижку конденсатора-холодильника наблюдалось во всех опытах, в том числе и при газификации еловой щепы.

При отстаивании суммарных конденсатов из древесины лиственных пород появлялась всплывная смола. Так, при газификации мелких веток (без листьев) в суммарном конденсате содержание всплывной смолы доходило до 19%, крупных веток до 12%, стволовой древесины до 7% и корней до 5%. В суммарных конденсатах из еловой щепы всплывная смола не обнаружена ни в одном опыте.

Содержание в суммарной жижке летучих нейтральных веществ почти не зависит от вида перерабатываемого сырья. Так, в березовой и осиновой суммарной жижке копией грация метилового спирта колебалась от 1 до 1,3%. а в еловой 0,5 — 0,6%. Содержание эфиров для образцов лиственных пород составляло 0,9 — 1%, а для еловых 0,6 — 0,8%.

Отстойные и всплывные смолы заметно отличались между собой по удельному весу и содержанию летучих кислот, которых в всплывных смолах было па 25 — 30% меньше. От всех отстойных и всплывных смол лиственных пород, а также еловых отстойных смол растворимая смола хорошо отделилась при промывке горячей водой. При этом влажность промытой смолы по сравнению с исходной уменьшалась с 15 — 40 до 5 — 10%, а содержание летучих кислот с 6 — 10 до 1,5 — 2,5%. Удельный вес смолы после промывки в большинстве случаев уменьшался.

В отстойной смоле содержится примерно 15 — 20% растворимой смолы, а в всплывной 2 — 10% (в пересчете на сухую).

Из табл. 20 видно, что выход жидких продуктов из корней и лесосечных отходов значительно ниже выхода при газификации щепы из древесины ствола; по выходу газа наблюдается обратная закономерность. Особенно большой выход газа (1,93 нм³/кг) получен при газификации еловых лесосечных отходов, содержащих хвою. Смолы из этой же щепы получилось очень мало (13,8%).

Суммарные выходы смолы из отдельных частей дерена лиственных пород (березы и осины) близки между собой. Выход растворимой смолы почти не зависит от породы древесины; исключение составляет щепа из мелких веток с листьями и хвоей. В целом наибольший выход водорастворимой смолы наблюдается из стволовой щепы. Наибольший выход отстойной смолы получен из лесосечных отходов. Например, из мелких осиновых веток с листьями выход отстойной смолы достигает 10,8%.

Выход летучих кислот из веток, особенно с листьями, получается меньше, чем из древесины ствола. Проведенные опыты подтвердили общеизвестные данные о том, что из щепы лиственных пород летучих кислот получается больше, чем из еловой древесины. Отстойные промытые смолы, полученные в каждом опыте, были подвергнуты лабораторной разгонке при атмосферном давлении до конечной температуры 280 — 310°, при этом выход масел изменялся в пределах 45 — 60%, а пека 35 — 50%.

Растворимые соли жижки лиственных пород в значительной степени растворяются в серном эфире, чего нельзя сказать о растворимой смоле из еловой щепы (табл. 21).

Таблица 21

Наблюдается снижение смолистых веществ, экстрагируемых эфиром из жижки, полученной при газификации мелких отходов с листьями и особенно из еловых мелких веток с хвоей (11,4%). Результаты анализов эфирорастворимой смолы жижки приведены в табл. 22, из которой видно, что растворяющаяся в эфире смола жижки содержит 15,2 — 38,2% суммарных фенолов, 1,48 — 7,2% нейтральных веществ и 22,2 — 57,6% карбоновых кислот.

Таблица 22

Отметим, что значительное количество веществ, содержащихся в эфирной вытяжке, остается пока неизвестным. Особенно их много в экстрагируемой смоле, полученной из корней и отходов с листьями лиственных пород (примерно 45 — 50%).

В табл. 23 приведены данные о выходах продуктов, содержащихся в маслах отстойной смолы и растворимой в эфире смоле из жижки. Полученные результаты несколько условно отражают выход указанных продуктов, так как количество фенолов, карбоновых кислот и нейтральных веществ в отстойной смоле определялось в маслах, полученных при её разгонке, что обычно приводит к заниженным результатам. Но, несмотря на это, общая картина распределения указанных продуктов между отстойной смолой и смолой из жижки достаточно убедительна.

Таблица 23