ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Переработка древесного угля

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.