Выход продуктов при газификации щепы из лесосечных отходов и стволовой древесины
Лесосечные отходы (ветки и вершины) отличаются от древесины ствола тем, что в этом сырье содержатся повышенное количество коры, а в летнее время и листья. Поэтому химический состав различных лесосечных отходов отличается от стволовой древесины. Состав и выходы жидких продуктов газификации из различных частей дерева также будут отличаться между собой.
Для исследования, результаты которых изложены ниже, использовались лесосечные отходы и стволовая древесина березы, осины и ели, рассортированные на четыре группы: мелкие лесосечные отходы — ветки диаметром до 30 мм; крупные лесосечные отходы — ветки диаметром от 30 до 100 мм; стволовая древесина — дрова диаметром 100 мм и выше: пни и корневая система.
При заготовке образцов было срублено 50 деревьев каждой породы и от них отобраны соответствующие средние пробы по 6 — 7 пл. м³.
Весовое содержание коры в мелких ветках значительно больше, чем в крупных ветках, стволе и корнях. В отличие от древесины лиственных пород в корнях ели коры содержалось больше, чем в древесине ствола (табл. 13).
Таблица 13
| Части дерева | Мелкие ветки диаметром до 30 мм | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| берёза | осина | ель | ||||
| без листьев | с листьями | без листьев | с листьями | без хвои | с хвоей | |
| Кора | 24,5 | 26,8 | 34 | 37,2 | 34,3 | 32,8 |
| Листья (хвоя) | — | 17,8 | — | 16,4 | — | 20,7 |
| Гниль | — | — | — | — | — | — |
| Древесина | 75,5 | 55,4 | 66 | 46,4 | 65,7 | 46,5 |
| Части дерева | Крупные ветки диаметром 30 — 100 мм | Ствол диаметром 100 мм и выше | Пни и корни | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| берёза | осина | ель | берёза | осина | ель | берёза | осина | ель | |
| Кора | 16,7 | 23 | 13,5 | 9,2 | 9 | 9,6 | 4,1 | 3,8 | 15,5 |
| Листья (хвоя) | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Гниль | — | — | — | — | 8 | — | — | — | — |
| Древесина | 83,3 | 77 | 86,5 | 90,8 | 83 | 90,4 | 95,9 | 96,2 | 84,5 |
Для определения химической характеристики исходного сырья большое значение имеет правильный отбор средней пробы исследуемого образца. Особенно это относится к весьма неоднородной по величине и форме щепе из мелких веток, корней, коры и др.
Для указанных целей применяли специальную измельчительную машину, при помощи которой несколько килограммов щепы отбираемой средней пробы превращали в крупные опилки (рис. 13). Из полученных опилок после перемешивания отбирали среднюю лабораторную пробу для анализа.
Рисунок 13
Химический состав использованных для опытов древесины и древесных отходов приведен в табл. 14, из которой видно, что в стволовой щепе целлюлозы содержалось больше, чем в лесосечных отходах и корнях. Лигнина в корнях и лесосечных отходах обнаружено несколько больше, чем в древесине ствола, что объясняется наличием в этих отходах значительного количества коры и условиями произрастания корневой системы дерева. Пентозанов в стволовой щепе лиственных пород находилось больше, чем в ветках. Древесина лиственных пород содержала пентозанов больше, чем еловая, что соответствует многочисленным данным других исследований
Очень мало пентозанов содержалось в корневой системе лиственных пород при повышенном количестве в ней лигнина.
Видимо, по этой причине биологическая стойкость корневой древесины выше, чем древесины ствола. Веществ, растворимых в горячей воде, эфире и
Наблюдались общие закономерности для образцов щепы из лиственных пород и ели. Так, лигнина в лесосечных отходах было больше, чем в стволе, а целлюлозы, наоборот, меньше. В ветках содержалось больше экстрагируемых веществ и золы. В отходах
Колебания в химическом составе различных видов древесного сырья и особенно лесосечных отходов зависят от количественного соотношения и химического состава отдельных частей дерева, входящих в его состав. Химический состав исследованных в газогенераторе образцов древесины различных пород, изложенный в табл. 15, 16, 17 и 18, можно использовать для оценки различного древесного сырья в промышленной газификации и пиролизе его в различных ретортах.
Заметное различие в химическом составе мелких веток с листьями и без листьев (табл. 14) объясняется тем, что в листьях содержалось большое количество экстрагируемых веществ (табл. 15). Так, веществ, растворимых в горячей воде, содержа лось 29 — 32,5% (в хвое 32,7%), в эфире 7,96 — 8,42% (в хвое 12,2%), в
Таблица 15
| Составные части | Берёзовые листья | Осиновые листья | Еловая хвоя |
|---|---|---|---|
| Целлюлоза, определяемая по азотно-спиртовому методу | 25,2 | 25,0 | 22,5 |
| Лигнин, определяемый по сернокислотному методу | 34,2 | 29,5 | 30,5 |
| Пентозаны | 17,9 | 11,2 | 6,39 |
| Полиуроновые кислоты | 12,2 | 11,55 | 7,8 |
| Вещества, растворимые в горячей воде | 32,5 | 29,0 | 32,7 |
| Вещества, растворимые в серном эфире | 8,42 | 7,96 | 12,2 |
| Вещества, растворимые в спиртобензольной смеси (1:1) | 14,7 | 17,5 | 36,8 |
| Метоксильные группы (–OCH3) | 2,3 | 2,55 | 3,21 |
| Зольность | 4,22 | 5,65 | 3,3 |
| Легкогидролизуемые вещества (РВ) | 17,6 | 14,9 | 14,0 |
| Метоксильные группы (–OCH3) в легнине | 2,77 | 4,02 | 3,9 |
Повышенная зольность лесосечных отходов с листьями объясняется большой зольностью листьев 4,22 — 5,65% (хвои 3,3%).
По составу листья и хвоя отличались от веток пониженным содержанием целлюлозы и пентозанов и повышенным содержанием лигнина и особенно полиуроновых кислот.
Указанное различие в химическом составе веток и листьев отразилось на выходе растворимой смолы, количество которой из веток с листьями (хвоей) было примерно на 40% меньше, чем из веток без листьев (хвои). Но не только листья являются характерной частью лесосечных отходов. В них содержится в значительных количествах кора, особенно в мелких ветках.
Из табл. 16 видно, что еловая кора веток и ствола по химическому составу мало различалась между собой, хотя в коре веток наблюдалось уменьшение целлюлозы, веществ, растворимых в воде, метоксильных групп, а содержание лигнина, пентозанов, полиуроновых кислот и веществ, растворимых в эфире, несколько больше.
Таблица 16
| Составные части | Мелкие ветки диаметром до 30 мм | Крупные ветки диаметром 30 — 100 мм | Ствол диаметром 100мм и выше |
|---|---|---|---|
| Целлюлоза, определяемая по азотно-спиртовому методу | 24,0 | 26,9 | 27,1 |
| Лигнин, определяемый по сернокислотному методу | 33,4 | 29,5 | 30,4 |
| Пентозаны | 9,96 | 9,21 | 8,4 |
| Полиуроновые кислоты | 8,9 | 8,81 | 8,8 |
| Вещества, растворимые в горячей воде | 18,5 | 20,3 | 21,4 |
| Вещества, растворимые в серном эфире | 10,5 | 9,32 | 8,23 |
| Вещества, растворимые в спиртобензольной смеси (1:1) | 23,1 | 23,5 | 24,0 |
| Метоксильные группы (–OCH3) | 2,9 | 2,95 | 3,1 |
| Зольность | 2,86 | 1,86 | 2,41 |
| Легкогидролизуемые вещества (РВ) | 13,1 | 16,0 | 13,0 |
| Метоксильные группы (–OCH3) в легнине | 5,8 | 4,5 | 4,9 |
По химическому составу еловая древесина веток и ствола (без коры) заметно различалась между собой. Так, в мелких ветках полисахаридов содержалось примерно на 20% меньше, чем и древесине ствола, а лигнина, веществ, растворимых в различных растворителях, содержалось больше (табл. 17).
Таблица 17
| Составные части | Мелкие ветки диаметром до 30 мм | Крупные ветки диаметром 30 — 100 мм | Ствол диаметром 100мм и выше |
|---|---|---|---|
| Целлюлоза, определяемая по азотно-спиртовому методу | 40,1 | 50,9 | 51,1 |
| Лигнин, определяемый по сернокислотному методу | 31,6 | 28,5 | 27,2 |
| Пентозаны | 10,3 | 10,0 | 8,23 |
| Полиуроновые кислоты | 4,71 | 3,71 | 3,55 |
| Вещества, растворимые в горячей воде | 5,20 | 2,65 | 2,23 |
| Вещества, растворимые в серном эфире | 2,67 | 1,96 | 1,88 |
| Вещества, растворимые в спиртобензольной смеси (1:1) | 6,49 | 4,04 | 2,65 |
| Метоксильные группы (–OCH3) | 5,65 | 5,36 | 5,52 |
| Зольность | 0,49 | 0,38 | 0,13 |
| Легкогидролизуемые вещества (РВ) | 12,5 | 11,1 | 7,43 |
| Метоксильные группы (–OCH3) в легнине | 13,6 | 14,75 | 15,6 |
Как видно из приведенных аналитических данных, содержание метоксильных групп в лигнинах различно. В лигнине березовой и осиновой стволовой древесины (без коры) метоксильных групп содержится 20,5 — 20,4% (табл. 18). а в лигнине обескоренной еловой стволовой древесины — 15,6%, что не противоречит данным литературных источников.
Таблица 18
| Составные части | Берёзовая древесина | Осиновая древесина |
|---|---|---|
| Целлюлоза, определяемая по азотно-спиртовому методу | 47,1 | 53,4 |
| Лигнин, определяемый по сернокислотному методу | 20,5 | 19,4 |
| Пентозаны | 24,7 | 22,0 |
| Полиуроновые кислоты | 5,49 | 7,32 |
| Вещества, растворимые в горячей воде | 3,0 | 3,44 |
| Вещества, растворимые в серном эфире | 1,19 | 1,25 |
| Вещества, растворимые в спиртобензольной смеси (1:1) | 2,30 | 3,12 |
| Метоксильные группы (–OCH3) | 6,25 | 5,14 |
| Зольность | 0,24 | 0,36 |
| Легкогидролизуемые вещества (РВ) | 16,8 | 15,1 |
| Метоксильные группы (–OCH3) в легнине | 20,5 | 20,4 |
Количество метоксильных групп в лигнине еловой коры колебалось от 4,5 до 5,8%. В лигнине окоренной древесины мелких и крупных веток (-ОСН3) содержалось 13,6 и 14,75%,
Весьма низко содержание метоксильных групп в лигнине хвои и листьев.
