Комплексная химическая переработка древесины - Ковернинский И.Н.
ISBN 5-261-00054-3
Скачать (прямая ссылка):
К числу сырьевых факторов, оказывающих влияние на ход процесса пиролиза и выход продуктов, относятся: химический состав древесины, за
219
висящий от породы; наличие коры и гнили; размер кусков древесины и ее влажность.
Сравнительный выход продуктов пиролиза из древесины лиственных и хвойных пород обсуждался выше. Следует отметить, что данные о генезисе и выходах основных жидких продуктов, полученные при изучении термораспада основных компонентов древесины (гемицеллюлоза, целлюлоза, лигнин), находят при этом полное подтверждение. Так, чем больше ацетильных и метоксильных групп древесины связано с гемицеллюлозами, тем больше получается при пиролизе уксусной кислоты и метанола соответственно (пропорциональная зависимость). Увеличение содержания лигнина в древесине приводит к увеличению выхода отстойной смолы. В отстойной смоле из древесины хвойных пород преобладают фенолы и производные пирокатехина. В смоле из лиственной древесины содержатся как производные пирокатехина, так и пирогаллола.
В соответствии с изменениями в составе при пиролизе древесины, пораженной бурой гнилью, выход метанола и уксусной кислоты уменьшается в 2 раза, а выход отстойной смолы увеличивается. При поражении древесины белой гнилью выход уксусной кислоты снижается в 1,5 раза.
По мере увеличения размера кусков пиролизуемой древесины снижается выход почти всех жидких продуктов, в особенности растворимой смолы, уксусной кислоты и метанола. При изменении размера мелких частиц древесины с 0,05 до 0,50 мм выход жидких продуктов изменяется незначительно.
Увеличение влажности древесины в пределах 0...26 % приводит к уменьшению (на 9,4 %) выхода смолы в основном за счет увеличения выхода угля. Выход метанола при этом снижается примерно на 28 %, муравьиной и пропионовой кислот - почти в 2 раза. Выход фурфурола и фурило-вого спирта снижается незначительно.
Способ нагрева. В зависимости от способа подвода тепла в реакционную зону процессы пиролиза подразделяются на процессы с внешним нагревом и с внутренним нагревом. В аппаратах с внешним нагревом термическое разложение начинается около стенок аппарата и вследствие слабой циркуляции парогазов и малой теплопроводности древесины идет неравномерно. Для обеспечения полного пиролиза древесины, располо-. женной в центре аппарата, приходится перегревать древесину, находящуюся около стенок. Выходящие из центра аппарата парогазы, соприкасаясь с раскаленным углем и перегретыми стенками, частично разлагаются. В аппаратах с внутренним нагревом тепло от газообразного тешюноси
220
теля передается непосредственно древесине, древесина разлагается равномерно во всем объеме, одновременно обеспечиваются хорошие условия для выноса продуктов пиролиза из аппарата. Поэтому при пиролизе древесины с внутренним нагревом выход смол, особенно высококипящих и термолабильных, выше.
Температура. Продукты пиролиза древесины образуются в широком интервале температур, но выделение жидких продуктов заканчивается в основном при температуре 400 0C Дальнейшее повышение конечной температуры пиролиза приводит лишь к небольшому увеличению выхода высококипящих смол.
Скорость нагрева. Данные табл. 3.1 показывают, что увеличение продолжительности нагрева крупнокусковой древесины до температуры 500 0C с 3 часов до 14 суток мало влияет на выход метанола и уксусной кислоты, но существенно сказывается на выходе угля и смол: выход смолы уменьшается в 10 раз, а выход древесного угля вследствие крекинга смолистых веществ увеличивается примерно в 1,5 раза.
Таблица 3.1
Влияние продолжительности нагрева на выход продуктов_
Продолжительность нагрева до температуры 50O0C ч Выход, % от а. с .д. березы
угля летучих кислот метанола смолы 3 25,5 7,8 1,5 18,0 8 30,8 7,9 1,5 17,0 16 33,2 7,1 1,5 10,1 336 39,1 6,8 1,4 1,8 При скоростном нагреве выход жидких продуктов пиролиза резко изменяется и зависит от конечной температуры. Так, при повышении скорости нагрева до 320°С/мин выход надсмольной воды, смолы, и в особенности фенолов проходит через максимум при температуре 500 0C Как снижение температуры, так и ее повышение на 100 0C от оптимальной (500 0C) приводит более чем к 2-кратному снижению выхода фенолов.
Продолжительность пребывания парогазов в реакционной зоне. При увеличении времени пребывания за счет вторичных реакций крекинга и разрушения образовавшихся жидких продуктов пиролиза выход их снижается. Особенно сильно влияет время пребывания на выход термолабильных компонентов растворимой смолы. В составе жидких продуктов при этом накапливаются наиболее термодинамически устойчивые компоненты, отличающиеся меньшей молекулярной массой и меньшей термореактивной способностью. Изменение давления в реакционной зоне при пиролизе
12*
221
равноценно изменению времени пребывания: повышение давления приводит к пропорциональному увеличению времени пребывания и наоборот. Так, выход угля при давлении 0,27 кПа при 450 0C составляет всего 15 %, зато выход смолы достигает 62 %. Выход реакционной воды при этом значительно ниже обычного.
Выделение из парогазов, состав и использование жидких продуктов. Парогазы, образующиеся при пиролизе древесины, содержат целый ряд компонентов, отличающихся по своим физическим и химическим свойствам. Жидкие продукты пиролиза - это гамма тех компонентов, которые могут быть сконденсированы при атмосферном давлении в случае использования охлаждающего агента с температурой не менее 5 0C
