энергосберегающие технологии

Выход продуктов при газификации промышленных лесосечных отходов

Лесосечные отходы леспромхоза в виде веток и вершим, полученные при разделке главным образом еловых деревьев, измельчались в рубильной машине ДУ-2. Средняя проба этих отходов (щепы) высушивалась в полочной сушилке в течение 2,5 — 3 ч при температуре газового теплоносителя 120 — 130°. Начальная относительная влажность щепы 43 — 45%. В лесосечных отходах, использованных для опыта, содержалось 12% хвои и 25% коры. Химический состав исследуемого абс. сух. сырья следующий (в %): целлюлозы (по азотнокислотному методу) 35,5; лигнина (по сернокислотному методу) 33,8; пентозанов 11,8; полиуроновых кислот 6,94; веществ, растворимых в воде, 7,74; веществ, растворимых в серпом эфире, 4,73; веществ, растворимых в спирто-бензольной смеси (1:1), 7,93; метоксильных групп (–ОСН₃) 4,59; золы 2,18; легкогидролизуемых веществ (РВ) 12,7.

Газификация лесосечных отходов производилась на установке по 1-й схеме. Относительная влажность щепы, используемой для опыта, 23%. Температура газа, выходящего из газогенератора, 82°. В конденсаторе-холодильнике газ охлаждался До 15° и затем в смолоотделителе и каплеулавливателе за счет теплопотерь до 13°. Суммарного конденсата получено 358 кг/пл. м³.

В газопроводе, пыльнике и конденсаторе-холодильнике выделено из газа 70% конденсатов, а в смолоотделителе 30%.

На основании данных табл. 27 вычислено, что в газопроводе и конденсаторе-холодильнике выделено из газа 72% кислот и 85% воды, а в смолоотделителе соответственно 28 и 15%.

Таблица 27

Смолы из охлажденного газа в смолоотделителе получено 80%, а в газопроводах и конденсаторе-холодильнике 20%. После отстоя и разделения из суммарного конденсата получено 84% суммарной жижки и 16% отстойной смолы.

Анализ суммарной жижки (в %): летучих кислот в пересчете на уксусную 5,5; растворимой смолы 10,3; метилового спирта 0,42; эфиров (в пересчете на метилацетат) 0,74; других органических веществ 1,24. Удельный вес при 20° равен 1,042.

Анализ отстойной смолы (в %): летучих кислот 3,55; влажность 15,6. Удельный вес при 20° равен 1,102.

Путем двукратной промывки горячей водой при температуре 80° было установлено, что в отстойной смоле содержится 10% растворимой смолы (в пересчете на абс. сух.). Влажность смолы после промывки почти не изменилась, а содержание летучих кислот уменьшилось с 3,55 до 1,32%; уменьшился и удельный вес промытой смолы с 1,102 до 1,066. Выход основных продуктов, считая от веса абс. сух. лесосечных отходов (в %): летучих кислот в пересчете на уксусную 3,6; метилового спирта 0,3; эфиров 0,53; растворимой смолы 7,1; нерастворимой смолы 8,3; реакционной воды 24.

Выход газа в пересчете на абс. сух. щепу составил 1,78 нм³/кг, а расход воздуха для процесса газификации 1,23 нм³/кг. Средний состав газа (в объемных %): СО₂ — 4,95; СО — 23,6; СН₄ — 1,82; Н₂ — 9,8; О₂ — О,2; N₂ — 54,63. В газе, выходящем из смолоотделителя и поступающем в топку, содержалось 13 г/нм³ паров воды.

Элементарный состав лесосечных отходов (в %): С — 51, H — 6,21; О — 40,61; золы — 2,18; органических продуктов, содержащихся в суммарной жижке (в %): С — 67; Н — 6,15; О — 26,85; в суммарной отстойной смоле (в %): С — 75,2; Н — 8,1: 0 — 16,7.

Из табл. 28 материального баланса видно, что из 100 кг исходной щепы получено жидких органических продуктов (8,3 + 7,4) = 15,7 кг, а газа 159,48 — 122 = 37,48 кг, т.е. в 2,4 раза больше. Следовательно, при газификации лесосечных отходов основное количество их превращается не в жидкие продукты, а в газ. Тепловой к. п. д. газогенератора по газу равен 48%, по жидким продуктам 30%, потери тепла при газификации составляют 22%.

Таблица 28

Таким образом, основное количество полезно используемой потенциальной тепловой энергии лесосечных отходов перешло в газ и меньшая часть — в жидкие органические продукты.

Промытая горячей водой газогенераторная смола удовлетворяла основным требованиям, предъявляемым ТУ к мягчителю (см. табл. 26), о чем указывают следующие анализы: влажность смолы 10,8%, удельный вес 1,13. Содержание от веса абс. сух. смолы (в %): механических примесей 0,36; кислот, растворимых в воде, 0,75; веществ, нерастворимых в бензине, 23,4; смоляных кислот 19,5.

Эта же смола подвергалась разгонке при атмосферном давлении. Конечная температура разгонки равнялась 340°, влажность полученных масел 10,8%, выход абс. сух. масел от веса абс. сух. смолы 78%, а пека 21% (потери 1%).

Результаты анализа в пересчете па абс. сух. масла (в %): фенолов 47,6; нейтральных веществ 33,1 и карбоновых кислот 2,6.

Выход основных продуктов, содержащихся в промытой смоле, в пересчете на абс. сух. лесосечные отходы (в %): фенолов 3,07, нейтральных веществ 2,16, карбоновых кислот 0,17. Выход этих же продуктов, но отстойной смоле (считая от веса абс. сух. еловой щепы) из дров бывает примерно следующий (в %): фенолов 2 — 2,5, нейтральных веществ 1 — 1,2, карбоновых кислот 0,3 — 0,4.

Увеличение выхода нейтральных веществ объясняется наличием терпеновых и других продуктов в хвое и коре, содержащихся в большом количестве в лесосечных отходах. Большой выход карбоновых кислот из стволовой щепы объясняется образованием веществ кислого характера из полисахаридов, содержание которых в стволовой щепе заметно выше, чем в отходах. Фенолов в маслах отстойной смолы лесосечных отходов получалось 3,07%, но в них содержалось 58% высокомолекулярных кислот, в том числе смоляных. Общий выход фенолов оказался не 3,07, а 1,3%.

Фенолы, выделенные из масел, подвергались вакуум-разгонке на три фракции. Из табл. 29 видно, что высокомолекулярные соединения, в том числе смоляные кислоты, отгонялись в последнюю очередь, поэтому содержание фенолов в высококипящих фракциях снижалось.

Таблица 29

Растворимая смола жижки растворялась в эфире на 35%. В пересчете на растворимую смолу в ней содержалось 16,8% условного пирокатехина и 19,3% левоглюкозана.