Термическая переработка отходов деревообрабатывающих предприятий

• Автор: Валеев, Ильнар Анварович
• Шифр специальности: 05.17.08, 05.21.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕОРИИ

ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

1.1. Современное состояние техники пирогенетического разложения древесины

1.1.1. Анализ способов пирогенетического разложения древесины

1.2. Современные представления о теоретических основах процесса пирогенетической переработки

1.2.1. Влияние различных факторов на процесс пиролиза

1.2.2. Математические модели для расчта процесса пиролиза

1.2.3. Теплофизические характеристики древесины и древесного

Выводы
Постановка задачи исследования
Глава II. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА
ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ
2.1 .Физическая картина процесса пиролиза древесины
2.2. Формализация процесса
2.3. Методика расчта установки для пиролиза древесины
2.3.1. Математическое описание стадии прогрева пиролизуемого сырья
2.3.2. Математическое описание сушки пиролизуемого сырья
2.3.3. Математическое описание стадии термического разложения и конденсации продуктов
2.3.4. Математическое описание процесса охлаждения древесного угля
2.5. Алгоритм расчета процесса пиролиза древесины
Выводы
Глава III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ
3.1. Описание экспериментальной установки для исследования процесса пиролиза древесины
3.2. Методика проведения экспериментов и обработка экспериментальных данных
3.3. Анализ результатов математического моделирования и эксперементальных данных
Выводы
Глава IV. ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ
4.1. Анализ гранулометрического состава отходов деревообрабатывающих предприятий и лесозаготовок
4.2. Разработка промышленного оборудования для пиролиза древесины
4.2.1. Передвижная установка для пиролиза древесных отходов
4.2.2. Промышленная установка для пиролиза древесины
4.2.3. Сравнительный анализ ожидаемых показателей технико экономической эффективности установки для переработки древесных отходов
4.3. Реализация результатов исследований в учебном процессе Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ЛИТЕРАТУРА


К методам скоростного пирогенетического разложения относят термохимическую переработку древесных отходов методами ультропиролиза, окислительного пиролиза, высокочастотного пиролиза, электротермического пиролиза и пиролиза в низкотемпературной плазме. К методам низкотемпературного пиролиза относится пиролиз древесных отходов по традиционной технологии. Рис 1. Классификация аппаратов пиролиза. Технические и экономические характеристики методов переработки древесной биомассы с учётом характеристик процессов, оборудования, выхода и качества получаемых продуктов различны. Метод ультропиролиза осуществляется при скорости нагрева около °С/с для древесины твёрдых и твердолиственных пород в виде опилок размером 0,-2, мм и повышении температуры от 0 до °С, что приводит к увеличению степени газификации до -%. Максимальную теплотворную способность (,0 мДж/м3) имеет газ, полученный при температуре 0-0 °С. С увеличением влажности до 0% при температуре °С, степень газификации возрастает с до %, а теплотворная способность газа с до мДж/кг. До температуры 0-0 °С реакция экзотермична, а выше 0 °С - эндотермична. Исследованиями пиролиза древесных отходов в интервале температур 0- °С и скорости нагрева 0-0 °С/с установлено, что при 0-0 °С получается в основном топливный газ, обогащённый углеводородами, а при 0- °С преимущественно синтез-газ [8]. Также доказана возможность регулирования состава газа с высоким содержанием углеводородов [2]. При этом следует осуществлять пиролиз сухой древесины в присутствии оксида алюминия и алюмосиликатов. Для получения синтез-газа необходимо использовать биомассу с большим содержанием воды и металлический катализатор на носителе, например, никель на мордените. В университете Западного Онтарио [8] разработан процесс и установка ультропиролиза биомассы, где обеспечивается быстрый (менее 0 мс) прогрев сырья в псевдосжижённом слое до температуры 0- °С при минимальной продолжительности контакта (менее 0 мс). В Канаде испытана промышленная установка получения синтез - газа из древесных отходов. При этом отходы подвергали пиролизу при 0 °С с получением пиролизного газа в количестве ,5% от сухой древесины. В реакторе углеводороды газа превращались в Н2 и СО, а остаток СО2 и воды удалялись очисткой. Отношение Н2 и СО в очищенном газе составляет 1,8:1,0, то есть он наиболее пригоден для синтеза метанола. По данной технологии на 1 т метанола расходуется 2,2 т древесных отходов[6]. Недостатками данного метода являются сложность проведения процесса ввиду необходимости использования металлических катализаторов и химических веществ в производстве синтез-газа и мощного энергетического оборудования для быстрого прогрева сырья, что приводит к высоким капитальным затратам и удорожанию конечной продукции. Методы окислительного пиролиза основаны на подводе тепла для пиролиза за счёт сжигания собственных пирогазов и разложения древесины непосредственно в слое, так как реакции окисления в газовой среде протекают значительно быстрее, чем гетерогенный процесс окисления угля. Фирма “Оеог§ю Теей” разработала установку окислительного пиролиза древесных отходов с получением жидкого топлива (пирогенной смолы), выход которой в 1,5-2,0 раза выше относительно традиционных методов. В этом же направлении проведены работы по скоростному пиролизу в формованном слое []. Следует подчеркнуть, что внутренний нагрев при интенсификации пиролиза является основным, но существующие методы термической переработки не позволяют полностью использовать всю его реакционную поверхность. Даже пылевидный и псевдосжиженный способы, несмотря на их поточность и большую общую производительность, обладают сравнительно низкой удельной интенсивностью. Термическая переработка формованных топлив с развитой внутренней реакционной поверхностью является наиболее прогрессивной. Промышленная проверка данного метода на отработанной щепе канифольно - экстрактного производства в установке производительностью 0,3 т/ч, подтвердила возможность интенсификации процесса пиролиза до 5,9 т/ч по сырью [].