СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ Российский патент 1997 года по МПК C10B53/02 

Изобретение относится к термической переработке древесины и может быть использовано при получении древесного угля.

Известен способ пиролиза без выделения жидких продуктов. В этом случае парогазы от пиролиза древесины сжигают в выносной камере или в реторте. Сжигание парогазов осуществляют в две ступени. На первой ступени при температуре устойчивого горения /более 1100^oC/ проводят неполное сжигание газов при недостатке воздуха и получают бескислородные газы, которые охлаждают до 700-750^oC путем впрыска воды и используют затем как теплоносители для пиролиза. Кроме того, часть газов после охлаждения до температуры 30-50^oC можно использовать для охлаждения угля. На второй ступени проводят дожигание избытка ретортных газов. Полученные кислородсодержащие дымовые газы могут использовать для сушки древесины или выбрасывают в атмосферу, частично утилизируя тепло. Измельченная древесина в реторте медленно движется сверху вниз под собственным весом, проходя зоны, ^oC:
Сушка /окончательной/ древесины 100-150
Разложение древесины 150-400
Прокаливание угля 400-550
Охлаждение угля 550-30
Уголь из реторты выгружают через шлюзовый затвор. Древесный уголь охлаждают инертными газами в нижней части реторты, как правило, с рециркуляцией газов. Циркуляцию инертных газов организуют следующим образом. Газы /температура 150-250^oC/ отбирают с границы зон прокалки и охлаждения угля и направляют в конденсатор холодильник смешения /скруббер, орошаемый водой/.

Далее холодные инертные газы /температура 35-50^oC/ вентилятором вдувают в нижнюю часть реторты.

Таким образом, в ретортах с герметичным нижним шлюзовым затвором обеспечивают замкнутый контур циркуляции теплоносителя.

Полученный уголь лишен запаха и может рассматриваться как экологически чистый. Однако физическое тепло от охлаждения угля, составляющее 250 ккал/кг угля в технологическом процессе, не используется. В зависимости от температуры теплоносителя, подаваемого в зону пиролиза, получают уголь с различным содержанием нелетучего углерода. Если горячий теплоноситель подают в зону пиролиза с помощью вентилятора, то температуру теплоносителя поддерживают на уровне 500-530^oC и полученный уголь характеризуется пониженным содержанием нелетучего углерода /приблизительно 80%/.

Недостатками известного способа получения древесного угля являются.

Неэффективное использование тепловой энергии на стадии получения горячего теплоносителя. Это связано с тем, что для обеспечения устойчивого горения низкокалорийных газов в условиях недостатка воздуха необходимо одновременно сжигать небольшое количество жидкого топлива /так называемые в практике "подсветка"/. Полученные при этом бескислородные дымовые газы имеют температуру 1000-1100^oC. Для получения теплоносителя с температурой 700^oC дымовые газы охлаждают путем вспрыска воды. Затраты тепла на проведение пиролиза в результате этого повышается на 50-70%
Не используется физическое тепло от охлаждения древесного угля, хотя это тепло способно покрыть до 60% затрат тепла на проведение пиролиза.

Сложность аппаратурного оформления и регулирования процессов двухступенчатого сжигания парогазов.

Наиболее близким аналогом изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ термической переработки древесины, включающий предварительную сушку древесины до влажности 10-25% и ее последующую термическую обработку в присутствии газообразного теплоносителя в непрерывном процессе с прохождением последовательно зон досушивания, пиролиза с образованием древесного угля, его прокалки и охлаждения при противоточной подаче охлаждающего агента.

При этом в качестве охлаждающего агента в зоне охлаждения угля используют бескислородные неконденсированные газы пиролиза, получаемые после отделения жидких продуктов из парогазовой смеси, отбираемой из верхней части аппарата /реторты/, где осуществляют термическую обработку древесины.

Для предварительной сушки древесины используют дымовые газы, образующиеся в топке при сжигании жидкого топлива и части неконденсирующихся газов из реторты при избытке воздуха. Сушильный агент /температура 180-350^oC/, проходя сверху вниз через слой древесины в сушилке, насыщается влагой и охлаждается, после чего избыток отработанного теплоносителя выбрасывается в атмосферу, а основная масса возвращается для разбавления продуктов горения. Это приводит к снижению их температуры до заданной величины. Теплоноситель, используемый для предварительной сушки древесины, характеризуется следующим составом: об. CO₂ 11,7-15,7; O₂ 1,6-5,1; CO 0,4-2,5; H₂ 0,1-1,1; CH₄ 0,2-1,3; N₂ остальное.

Древесина в реторте медленно движется сверху вниз, проходя зоны, ^oC:
Окончательная сушка древесины /досушивание/ 150-270
Пиролиз древесины 270-450
Прокалка 450-600
Охлаждение угля От 600 до 25-70
Уголь наклонным цепным транспортером непрерывно выгружают из низа реторты и направляют на стабилизацию. Из верхней части реторты отбирают парогазы с температурой 100-130^oC и направляют их в форконденсатор и далее в скруббер-конденсатор, орошаемый холодной жидкостью. Жидкие продукты пиролиза конденсируют и выводят из процесса, а неконденсирующиеся газы, например состав, об. CO₂ 18,3; O₂ 0,6; CO 13,0; H₂ 9,7; CH₄ 4,8; N₂ 53,6) с температурой 30-50^oC, турбогазодувкой подают в основном на охлаждение угля в нижнюю часть реторты, а избыток газов направляют в топку сушилки. Газы, прошедшие через слой угля, например состава, об.CO₂ 18,4; O₂ 0,7; CO 12,6; CH₄ 4,8; N₂ 54,0/ с температурой 150-250^oC, выводят из реторты и направляют частично в топку реторты на сжигание с дозированной подачей воздуха, частично на разбавление горячих дымовых газов для формирования теплоносителя, получаемого в топке реторты, об. CO₂ 21,0; O₂ 0,4 /не более 1,0/; CO 6,7; H₂ 5,7; CH₂ 4,0 N₂ 62,2.

Теплоноситель смешивается с летучими продуктами пиролиза и эту смесь в виде парогазов отбирают из верхней части реторты.

Поскольку при выделении жидких продуктов нельзя достичь исчерпывающего удаления органических веществ в неконденсируемых газах, подаваемых на охлаждение угля, последние присутствуют в виде органических продуктов пиролиза /кислоты, фенолы, альдегиды и др./. Эти вещества являются вредными веществами, имеют неприятный запах и поглощаются углем. Это ограничивает применение такого угля в бытовых целях и делает его продуктом с ограниченными экспортными возможностями. Кроме того, сорбируясь углем, органические вещества придают углю повышенную склонность к самовозгоранию.

Одновременно значительная часть неконденсируемых газов поступает в атмосферу через выгрузочный цепной транспортер, загрязняя атмосферу и обеспечивая до 20% потерь потенциального тепла в виде горючих газов.

Таким образом, имея ряд преимуществ перед аналогом непрерывность выгрузки угля и большая стабильность температурного процесса использование тепла газов от охлаждения угля, способ имеет также следующие недостатки:
наличие резкого характерного запаха у готовой продукции угля;
загрязнения атмосферы вредными выбросами и существенные потери энергии с этими газами;
возможность работать только с выделением жидких продуктов пиролиза древесины.

Новым техническим результатом от использования изобретения является упрощение технологического процесса за счет использования на всех ступенях термической обработки древесины единого теплоносителя при одновременном повышении полноты использования тепла на всех стадиях процесса и повышении качества целевого продукта.

Новый технический результат достигается тем, что в способе термической обработки древесины, включающем предварительную сушку древесины до влажности 10 25% и ее последующую термическую обработку в присутствии газообразного теплоносителя в непрерывном процессе с прохождением последовательно зон досушивания, пиролиза с образованием древесного угля, его прокалки и охлаждения при противоточной подаче охлаждающего агента, согласно изобретению, в качестве охлаждающего агента используют дымовые газы от полного сгорания топлива с содержанием в них кислорода 1,5 7,0, при этом указанные газы после прохождения ими зоны охлаждения используют в качестве теплоносителя в зонах прокалки, пиролиза и подсушки.

Количество газов, подаваемых в зону прокалки угля, пиролиза и подсушки, определяется влажностью древесины, загружаемой в реторту.

Оптимальным использованием в качестве охлаждающего агента является использование дымовых газов с содержанием в них кислорода 1,5 7,0% отобранных после стадии предварительной сушки древесины до влажности 10 25% Дополнительно в качестве теплоносителя можно использовать дымовые газы котельных, работающих на жидком топливе.

Предлагаемый способ поясняется чертежом.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Технологически сырую древесину (чурка) загружают в сушилку 1, которая обогревается теплоносителем по принципу прямотока. Высушенную древесину подают в непрерывнодействующую реторту. Готовый уголь непрерывно отбирают с низу реторты.

Для сушки древесины используют дымовые газы, полученные от полного сгорания топлива, с содержанием в них кислорода 1,5 7,0% (часть) подают через холодильник 6 вентилятором 10 в нижнюю часть реторты в зону охлаждения угля. Содержание кислорода в газе 1,5 7,0% Часть дымовых газов в зоне охлаждения нижней части реторты движется прямотоком с охлаждаемым углем и выделяется через транспортер выгрузки угля в атмосферу. Этим одновременно достигается стабилизация угля против его самовозгорания.

Основное количество газов движется противотоком к углю, охлаждает его и нагревается до 300 350^oC.

Нагретый таким образом газ поступает в зону прокалки угля. Здесь при 400 450^oC на поверхности горячего угля начинается постепенное выгорание кислорода при его контакте с водородом, метаном и другими горючими газами, выделяющимися при прокалке угля. Процесс протекает на поверхности угля, куда диффундируют органические вещества из пор. За счет выделившегося тепла в зависимости от содержания кислорода повышается температура газов до параметров, необходимых для проведения пиролиза (550 700^oC).

Парогазовые продукты после зоны пиролиза В двигаются противотоком к древесине, проходя зону окончательной сушки древесины, и с температурой 120
160^oC выводятся из реторты и поступают в топку, где полностью сгорают при избытке воздуха. В случае технологической необходимости из парогазов перед их сжиганием в циклоне 12 может выделяться смола, которая находится в газах в виде аэрозоля в туманообразном состоянии.

Полученные горячие дымовые газы проходят через котел-утилизатор 13 или разбавляются отработанными газами после сушилки до температуры, при которой возможна их транспортировка дымососом 4. Для этой цели отработанные газы подают в камеру смешения 3. Необходимая температура теплоносителя для процесса сушки обеспечивается в камере за счет подачи отработанного (рециркулирующего) теплоносителя, отбираемого из сушилки 1 дымососом 2.

Подготовленный теплоноситель поступает в верхнюю часть сушилки 1. В предлагаемой схеме избыток тепла может быть утилизирован или установкой котла-утилизатора, или выделением части смолы перед топкой 5.

Пример. Способ термической обработки древесины осуществляют следующим образом. Разделанную на чурки древесину (размер 150 350) влажностью до 50% загрузочным устройством периодически подают в сушилку, которая обогревается теплоносителем по принципу прямотока. Высушенную древесину (влажность 10 - 25% ) загружают в вертикальную, непрерывнодействующую реторту. Теплоноситель для процесса сушки формируют следующим образом. Отработанный теплоноситель из нижней части сушилки 1, содержащей до 7% кислорода, подают дымососом 2 частично в камеру смешения 3. Здесь он смешивается с дымовыми газами от сжигания паров и газов, отбираемых с верхней части реторты 7. Исчерпывающее сжигание парогазов проводят в топке 5 в условиях избытка воздуха (содержание кислорода в теплоносителе 1,5 7%).

Другая часть теплоносителя из нижней части сушилки 1 через холодильник 6 подается вентилятором 10 в нижнюю часть реторты 7 (в зону охлаждения угля А).

Циркуляция газовых потоков в аппарате организована следующим образом. Подготовленный теплоноситель (охлаждающий агент с температурой 50^oC) вентилятором 10 подает вниз реторты, где происходит разделение потока. Часть дымовых газов движется прямотоком с охлажденным углем и через транспортер выгрузки угля поступает в атмосферу, производя при этом насыщение угля кислородом. Таким образом осуществляется стабилизация угля против его самовозгорания.

Основное количество холодных дымовых газов (охлаждающий агент) движется противотоком к углю, охлаждая его и одновременно нагреваясь до 300 350^oC (зона А). В зоне прокалки угля (зона Б) из предварительно нагретых газов начинается постепенное выгорание кислорода (за счет сгорания газов, выделяющихся при прокалке угля). Температура газов повышается до 550 - 700^oC. Такой теплоноситель поступает в зону термического разложения древесины (зона В) и далее в зону поступающей древесины. Здесь газы, отдавая тепло, охлаждаются до 120 160^oC. Парогазы из верхней части реторты поступают в топку 5, где сжигаются при 1100 1300^oC и небольшом избытке воздуха (содержание кислорода с газами 1,5 7%). Полученные горячие дымовые газы или отдают избыток тепла в котле-утилизаторе 13, или разбавляются отработанными дымовыми газами из сушилки до температуры, допускающей возможность их транспортировки дымососом в камеру смешения 3.

Избыток тепла, имеющий место в процессе получения древесного угля, утилизируется в зависимости от конкретных условий эксплуатации одним из способов:
выделение товарной смолы в циклоне 12;
установкой котла-утилизатора 13;
выбросов горячих дымовых газов в атмосферу через свечу 14.

Для запуска реторты и выхода ее на режимные параметры работы предусмотрена топка 8 для сжигания жидкого топлива и вентилятор 9.

Избыток отработанных дымовых газов может быть направлен в атмосферу.

Уголь, получаемый по предлагаемому способу, характеризуется высоким содержанием нелетучего углерода (более 90%) и лишен запаха.

Таким образом, применение способа по изобретению при улучшении ряда показателей (запах, содержание нелетучего углерода) древесного угля позволяет:
обеспечить получение древесного угля экологически чистым способом;
добиться полного отсутствия потерь тепла;
перерабатывать влажную древесину (до 50%) без сжигания дополнительного топлива;
применение кислородсодержащих газов одновременно обеспечивает стабилизацию угля против самовозгорания.

Область использования - производство древесного угля. Сущность изобретения состоит в том, что способ термической переработки древесины включает предварительную сушку древесины до влажности 10-25% и ее последующую термическую обработку в присутствии газообразного теплоносителя в непрерывном процессе с прохождением ею последовательно зон досушивания, пиролиза с образованием древесного угля, его прокалки и охлаждения при противоточной подаче охлаждающего агента. В качестве охлаждающего агента используют дымовые газы от полного сгорания топлива с содержанием в них кислорода 1,5-7,0%, при этом указанные газы после прохождения ими зоны охлаждения используют в качестве теплоносителя в зонах прокалки, пиролиза и подсушки. В качестве дымовых газов от полного сгорания топлива используют газы, отобранные после предварительной сушки древесины. Предлагаемый способ позволяет упростить технологический процесс за счет использования на всех ступенях термической обработки древесины единого теплоносителя при одновременном повышении полноты использования тепла на всех стадиях процесса и повышении качества целевого продукта. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ термической переработки древесины, включающий предварительную сушку древесины до влажности 10 25% и ее последующую термическую обработку в присутствии газообразного теплоносителя в непрерывном процессе с прохождением последовательно зон досушивания, пиролиза с образованием древесного угля, его прокалки и охлаждения при противоточной подаче охлаждающего агента, отличающийся тем, что в качестве охлаждающего агента используют дымовые газы от полного сгорания топлива с содержанием в них кислорода 1,5 7,0% при этом указанные газы после прохождения ими зоны охлаждения используют в качестве теплоносителя в зонах прокалки, пиролиза и подсушки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве дымовых газов от полного сгорания топлива используют газы, отобранные после предварительной сушки древесины.