Способ деструктивной перегонки березовой древесины

 

Изобретение относится к способам деструктивной перегонки твердых углеродсодержащих материалов с получением древесного угля и газообразных продуктов. Сущность изобретения: измельчают древесное сырье с получением пересыпной шихты. Осуществляют сушку и пиролиз шихты путем прямого нагрева газообразным теплоносителем с получением древесного угля. Активируют древесный уголь путем частичного сжигания угля и подачи наноэлектротока с переменным напряжением 0,1 - 50,0 В с частотой 33 - 56 Гц в среду газообразного активатора с разогревом газообразного активатора до 200 - 400^oС. 1 табл.

Изобретение относится к способам деструктивной перегонки твердых углеродосодержащих материалов путем прямого обогрева сырьевой массы газообразным теплоносителем, в особенности с частичным сгоранием составленной из этой массы шихты в горячей газовой среде, образуемой за счет поддержания организованного сгорания по мере продвижения вещества шихты в обеспечиваемом материалопотоке, в частности с конечным получением продуктивных материало-энергетических сборов, составленных активированным углем и бензинообразным энергоносителем.

Прототипом зобретения является способ деструктивной перегонки древесных сырьевых материалов в активные угольные продукты (см. патент США N 4.230.602).

Принятый за прототип способ включает приемку древесного сырья, составление из принятого сырья пересыпной шихты, расходование составленной шихты на формирование деструктивно-перегонного материалопотока, многостадийную термообработку потоковой массы с сушкой, последующей черновой перегонкой путем прямого обогрева газообразным теплоносителем в технологический передел типа угля-сырца в сопутствии с летучими горючими продуктами и с завершительной финишной перегонкой в условиях организации частичного сгорания вещества технологического передела в среде газообразного активатора, образуемого за счет поддержания организованного сгорания, отвод наработанного угольного продукта в сопутствии с летучими энергоносителевыми продуктами и пораздельное продуктоохлаждение.

Особенностью принятого за прототип способа является то, что завершительную финишную перегонку осуществляют как электронейтральностную, для чего среду газообразного активатора приводят в контакт с веществом угле-сырцевого технологического передела без предусмотрения ее электропотенциирования. Это обуславливает лишение газообразного активатора возможности течения безэлектродного разряда в его объеме, заключенном в межстеночных зазорах микропор технологического передела. Отсутствие условия для течения такого разряда не позволяет перевести молекулы активирующих газов в перевозбужденное состояние, повысить их реакционную способность и увеличить константу скорости реакции газификации вещества угле-сырцового технологического передела. Непредусматриваемость ведения электропотенциального перевозбуждения молекул активирующих газов не позволяет избежать необходимости обеспечения их термического перевозбуждения, а следовательно, не дает избежать повышения непроизводительного нагрева газообразного активатора.

Основным недостатком принятого за прототип способа ввиду указанных особенностей является наличие неустраненности излишних затрат энергии, в частности на ведение завершительной финишной стадии перегонного процесса.

Задачей изобретения является устранение основного недостатка прототипа.

Сущность зобретения состоит в том, что в предлагаемый способ, характеризуемый наличием тех же, что и прототип признаков, начиная от приемки древесного сырья и кончая пораздельным продуктоохлаждением, внесен ряд отличий, которые состоят в том, что завершительную финишную перегонку осуществляют, как электроактивностную. Для этого в ходе указанной перегонки формируемую среду газообразного активатора приводят в контакт с технологическим переделом с обеспечением ее одновременного гипоэлектропотенциирования путем подачи нано-электротока с переменным напряжением 0,1 50,0 В и частотой 33 56 Гц. При этом поддержание продолжения частичного сгорания вещества технологического передела обеспечивают путем гипотермонагружения среды газообразного активатора с его разогревом до 200 -400^oC.

Недостижение напряжения (подаваемого для гипоэлектропотенциирования) нано-электротока величины в 0,1 В приводит к снижению интенсивности течения безэлектродного разярда в объеме газообразного активатора, заключенного в межстеночных зазорах микропор технологического передела, что не позволяет обеспечить энергетическое перевозбуждение молекул, участвующих в реакции поддерживаемого частичного сгорания вещества технологического передела и повысить константу скорости реакции перегонки. Превышение этого же напряжения величины в 50,0 В приводит к переходу течения разряда из безэлектродной формы в форму электродного, когда прохождение электрического тока идет по локализованным разрядным каналам, составляющим незатронутой в реакции значительную часть вещества технологического передела, что переводит деструктивноперегонный процесс из режима частичного сгорания в нежелательный режим избирательного селективного сгорания, когда не происходит развития в угольной продуктовой составляющей полезной пористости.

Недостижение частоты переполюсовки накладываемого для гипоэлектропотенциирования напряжения величины в 33 Гц не позволяет уменьшить временные периоды для вероятного образования локализованных разрядных каналов, способных перевести течение разряда в газовом активаторе из безэлектродной формы в нежелательную электродную форму, что приводит к возможности начала избирательного сгорания и к прекращению развития в угольной продуктовой составляющей полезной пористости. Превышение этой же частоты величины в 56 Гц приводит к гашению инициированного безэлектродного разряда из-за частотно-токового увеличения электросопротивления вещества технологического передела, что ведет к нежелательной утере восприимчивости деструктивно-перегонного процесса к электрокатализу.

Недостижение разогрева среды газообразного активатора для ее гипотермонагружения величины 200^oC приводит к недостижению этой средой степени ионизации, необходимой для запуска процесса безэлектродного разряда. Превышение этого разогрева величины 400^oC приводит к чрезмерной степени ионизации среды газообразного активатора, что ведет к переходу течения разряда из безэлектродной формы в форму электродного, и как следствие, к инициированию перехода частичного горения вещества технологического передела в избирательное горение и к прекращению развития в угольной продуктовой составляющей полезной пористости.

Подтверждением изобретательского уровня предложенного технического решения является отсутствие его следования явным образом из известного уровня техники (см. Джуварлы Ч.М. и др. "Образование заряженного состояния в силикагелях под воздействием электрических полей и разрядов". Журнал "Электронная обработка материалов. Академия наук республики "Молдова", Институт прикладной физики", Кишинев, Штиинца, 1991, N 4, с.46) Пример 1. Для обеспечения нужд запускаемого технологического процесса осуществили приемку необходимого древесного сырья. Сырье соответствовало по кондициям материалам, перерабатываемым в газогенераторных процессах. В качестве необходимого древесного сырья использовали чурбаки, напиленные из березовых хлыстов и подвергнутые окорке. Из принятого окоренного сырья осуществили составление пересыпной шихты. Для этого чурбаки переработали в обычную щепу или в спичечную соломку, нарезанную из наструганного фанерообразующего шпона. После накопления требуемого запаса щепы начали осуществлять расходование составленной шихты на формирование деструктивно-перегонного материалопотока. Формирование требуемого материалопотока обеспечили направлением составленной шихты в печную систему непрерывного действия, включающую печи как циклической, так и непрерывной загрузки. Потоковую массу в организованном непрекращаемом деструктивно-перегонном материалопотоке подвергли многостадийной термообработки. В ходе указанной термообработки осуществили направление потоковой массы на сушку. В ходе сушки потоковую массу подвергли прямой обработке газообразным сушильным агентом, образованным отходящими дымовыми газами, нагретым до 110^oC. В результате получили технологический передел в форме древесно-щеповой сушенки с требуемой 40% влажностью. По мере поступления древесной сушенки осуществили ее направление на последующую черновую перегонку в технологический передел типа древесного угля-сырца в сопутствии с дегтеобразующими летучими горючими продуктами. Наработка дегтеобразующих летучих продуктов происходила в результате прямого прогрева сушенки до 800^oC газообразным теплоносителем. В качестве необходимого теплоносителя использовали дымовые газы, получаемые в результате огневого уничтожения летучих горючих продуктов. Уничтожение горючих летучих продуктов производили как незамедлительное. Это предотвратило засмоление угля сырца дегтем и обеспечило обладание технологическим переделом повышенной кондиционностью. Для обеспечения незамедлительности уничтожения летучих горючих продуктов черновую перегонку потоковой массы осуществляют при наличии разряжения, выдерживаемого на уровне 50 мм водяного столба. По мере поступления угля-сырца осуществили его направление на завершительную финишную перегонку в активированный уголь в сопутствии с летучими энергоносителевыми продуктами. Наработка указанного продуктного сбора происходила в результате продолжения организации частичного сгорания вещества технологического передела в среде газообразного активатора. Организованное частичное сгорание вели до достижении коэффициента обгара потоковой массы величины в 70% (вес). Требуемый для формирования сгорательной среды газообразный активатор образовывали за счет поддержания организованного сгорания. Поддерживаемое сгорание обеспечило выработку тепла, которое расходовали на преобразование воды в водяной пар, перерабатываемый в расходный объем парогазового активатора, например в объем водяного пара или заводненного раскаленного воздуха. Для устранения излишних энергозатрат завершительную финишную перегонку осуществляли, как электроактивностную. Для этого в ходе финишной обработки формируемую среду газообразного активатора приводили в контакт с технологическим переделом с обеспечением ее одновременного гипоэлектропотенциированияпутем подачи наноэлектротока силой 0,1.10^-9 А. Подачу требуемого наноэлектротока в среду газообразного активатора осуществляли с приложением к технологическому переделу переменного электрического напряжения. Потенциал приложимого напряжения и частоту его переполюсовки устанавливали соответствующими минимальным переделам в допустимых интервалах значений. В частности потенциал приложимого напряжения устанавливали 0,1 В. Частоту переполюсовки напряжения устанавливали 33 Гц. При этом поддержание частичного сгорания вещества технологического передела обеспечивали путем гипотермонагружения среды газообразного активатора. Обеспечивающий гипотермонагружение разогрев среди газообразного активатора устанавливали соответствующим нижнему пределу в допустимом интервале значений, в частности 200^oC. Обеспечение одновременного гипоэлектропотенциирования и гипотермонагружения среды газообразного активатора предоставило возможность течению в газовом объеме, заключенном в межстеночных зазорах микропор технологического передела, безэлектродного разряда. Протекающий безэлектродный разряд позволил перевести молекулы активирующих газов в энергетически-перевозбужденное состояние, повысить их реакционную способность, увеличить константу скорости газификации вещества технологического передела. На реакцию частичного сгорания было оказано электро-каталитическое действие. Вслед за произведенной многостадийной термообработкой потоковой массы осуществили отвод из отходящего деструктивно-перегонного материалопотока наработанного продуктного сбора. Сразу же после осуществленного отвода произвели пораздельное продуктоохлаждение сборовых составляющих. В ходе производимого продуктоохлаждения следили за сохранением изоляции сборовых составляющих от внешней воздушной среды.

Сборовую продуктную составляющую, образованную полученным активированным углем, подвергли испытаниям. В ходе произведенных испытаний было установлено, что суммарный объем пор по влагоемкости составил в угле 1,72 см³/г. Объем микропор по бензолу составил 0,05 см³/г. Определялась так же константа к скорости реакции частичного сгорания вещества потоковой массы. Значение указанной константы рассчитывалась по формуле где m_o общий приход входной потоковой массы (кг/с); m_k конечный отвод угольной продукто-сборовой составляющей (кг/с); τ время поддержания организованного частичного сгорания (с).

Значение определенной константы соответствовало 2,7 10⁵ (ед./с). Определялась так же потребная энергия (Е) активации участвующего в реакции вещества потоковой массы. Указанная энергия рассчитывалась по логарифмической форме уравнения Аррениуса где R универсальная газовая постоянная; Т абсолютная температура инициирования реакции.

Значение определенной энергии активации соответствовало 150 кДж/моль.

Выход бензинообразной сборовой продуктной составляющей был равен 9 мас.

Пример 2. Процесс вели при всех условиях, соответствующих примеру 1, за исключением того, что в ходе проведения электроактивностной финишной перегонки обеспечивали установление соответствия верхним пределам в допустимых интервалах значений приложимого к газообразному активатору напряжения, частоты переполюсовки напряжения и температуры разогрева газообразного активатора. В частности указанное напряжение устанавливали равным 50,0 В, частоту равной 56 Гц, температуру равной 400^oC.

В результате была получена сборовая продуктная угольная составляющая, у которой суммарный объем пор по влагоемкости был равен 1,76 см³/г, а объем микропор по бензолу 0,19 см³/г, константа скорости реакции частичного сгорания была определена равной 3,0 ед./с. Энергия активации участвующего в реакции вещества была определена равной 121 кДж/моль. Выход бензинообразной сборовой составляющей был равен 14% вес.

Пример 3. Процесс вели при всех условиях, соответствующих примеру 1, за исключением того, что в ходе проведения электроактивностной финишной перегонки обеспечивали установление соответствия промежуточным величинам в допустимых интервалах значений приложимого к газообразному активатору напряжения, частоты переполюсовки напряжения и температуры разогрева газообразного активатора. В частности указанное напряжение устанавливали равным 1,0 В, частоту 50 Гц, температуру 350^oC.

В результате была получена сборовая продуктная угольная составляющая, у которой суммарный объем пор по влагоемкости был равен 1,80 см³/г, а объем микропор по бензолу 0,20 см³/г. Константа скорости реакции частичного сгорания была определена равной 5,5 ед./с. Энергия активации участвующего в реакции вещества была определена равной 162 мас. Выход бензинообразной сборовой составляющей равен 17 мас.

Результаты, достигнутые в соответствии со всеми примерами реализации предложенного способа, сведены в сопоставительную таблицу, в которой они приведены в сравнении с показателями производственного процесса по изготовлению активированного угля марки "БАУ" (березовый активированный уголь), выпускаемого в соответствии с ГОСТ 6217-74 без предусмотрения осуществления электроактивации (электрокатализма).

Из представленной таблицы видно, что наилучшие результаты были достигнуты в соответствии с примером 3 реализации предложенного способа.

Техническим преимуществом предложенного способа по сравнению с прототипом является его повышенная восприимчивость к управляющим воздействиям.

Формула изобретения

Способ деструктивной перегонки березовой древесины с получением древесного угля и газообразных продуктов, включающий измельчение древесного сырья с получением пересыпной шихты, сушку и последующий пиролиз шихты путем прямого нагрева газообразным теплоносителем с получением древесного угля, активацию древесного угля в среде газообразного активатора с получением активного угля, охлаждение полученных продуктов, отличающийся тем, что активацию угля осуществляют путем частичного сжигания угля и подачи наноэлектротока с переменным напряжением 0,1 50 В с частотой 33 56 Гц в среду газообразного активатора с разогревом газообразного активатора до 200 - 400^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1