Экология/2.Экологические и метеорологические проб­лемы  больших городов и промышленных зон

 

К.т.н. Тунцев Д.В., к.т.н. Хисматов Р.Г., магистрант Хайруллина М.Р., магистрант Хайруллина Э.К.

Казанский национальный исследовательский технологический университет, Россия

Переработка лигноотходов термокондуктивным пиролизом

 

Одним из актуальных задач рационального природопользования является утилизация крупнотоннажных промышленных отходов. Накопленные промышленные отходы занимают значительные территории, выступают источником загрязнения окружающей среды, что приводит ухудшению экологии и условий жизни человека [1]. Лигнин как составная часть древесины наиболее трудноутилизируемый отход деревообрабатывающей промышленности и в народнохозяйственном балансе представляет собой значительную и постоянно растущую отрицательную величину. Ежегодно образуется около 5 млн. т.  лигнина. Из-за нестойкости к химическим или термическим воздействиям при получении, в результате которых необратимо меняются свойства лигнина; а также из-за сложности природы, лигнин трудно подается переработки. По данным International Lignin Institute в мире используется на промышленные, сельскохозяйственные и другие цели не более 5 % технического лигнина. Остальное сжигается в энергетических установках или захораняется в могильниках [2]. В настоящее время по разным оценкам в отвалах в России находится от 100 до 200 млн. тонн лигнина.

Одним из наиболее эффективных направлений использования биомассы лигнина является ее термическое разложение с получением пиролизной жидкости, которую возможно использовать в химической и энергетической отраслях [3].

Для получения жидких продуктов с высоким выходом самым перспективным методом термохимической утилизации отходов лесной отрасли является процесс быстрого пиролиза, который представляет собой процесс термического разложения, при котором сухое (<10% влажности), измельченное сырье быстро нагревается внутри реактора до температуры 450 - 500°С при отсутствии воздуха [4].

Рис. 1 – Схема быстрого термокондуктивного пиролиза

На рис. 1. представлена технологическая схема процесса термокондуктивного пиролиза биомассы лигнина. Предварительно измельченное сырье из приемного бункера 1 подается в загрузочное устройство 2, откуда поступает в реактор термокондуктивного пиролиза 3, где при Т=500-550˚C происходит его полное разложение. Уголь, полученный в результате разложения лигнина, собирается в приемник твердых остатков 4, парогазовая смесь проходит через теплообменник 5, где происходит её конденсация, откуда жидкая часть направляется в приемный резервуар для жидких продуктов 6, а неконденсированные газы сжигаются на факеле.

Существенными условиями процесса термокондуктивного пиролиза являются: высокие потоки тепла (для интенсивной теплопередачи требуется мелко размельченная биомасса и механоактивация процесса); тщательный контроль температуры (500 - 550°С) и времени пребывания паров пиролиза в реакторе (не более 1с); быстрое охлаждение парогазовой смеси.

В основе работы установки лежит процесс передачи энергии от рабочей нагретой металлической поверхности на частицу лигнина при непосредственном их контакте, при этом температура пиролиза определяется температурой металла. Эффективность процесса определяется, температурой поверхности металла и длительностью контакта металла с частицей. Выход жидких продуктов пропорционально зависит от скорости химических превращений и обратно пропорционально – от времени пребывания продуктов в реакционной зоне. Жидкое пиротопливо, полученное при термокондуктивном пиролизе, обладает более высокой, чем исходное сырье, энергетической плотностью, может долго храниться, безопасно транспортироваться и использоваться в качестве топлив в турбинных установках, паровых котлах и печах, а также служит экономически ценным сырьем в химической промышленности [4]. Угольный остаток и неконденсированный газ рассматриваются как побочные продукты процесса.

Технология термокондуктивного пиролиза является перспективным способом утилизации отходов деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности путем превращения их в энергоносители, сырье для стройматериалов и удобрений.

 

Литература

 

1. Тунцев, Д.В. Современные направления переработки древесной биомассы [Текст]/ Д.В. Тунцев, Р.Г. Хисматов, М.Р. Хайруллина, А.С. Савельев, И.С. Романчева // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. – 2015. – Т. 3. – №2-1(13-1). – С. 464-468.

2. Тунцев, Д.В. Использование лигнина при получении современных материалов [Текст]/ Тунцев Д.В., М.Р. Хайруллина, Савельев А.С., Романчева И.С. // Сборник докладов IV Международной научной экологической конференции на тему: «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства». – 2015. – С. 285-287

3. Тунцев, Д.В. Переработка лигнина термическим способом  [Текст]/ Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, А.Р. Арсланова, Р.Г. Хисматов, С.В. Китаев // Вестник Казанского технологического университета. – 2014. – Т. 17. – № 16. – С. 147-150.

4. Тунцев, Д.В. Биопластики на основе лигнина [Текст]/ Д.В. Тунцев, И.Н. Ковернинский, Ф.М. Филиппова, Р.Г. Хисматов, М.Р. Хайруллина, И.Ф. Гараева // Вестник Казанского технологического университета. – 2014. – Т. 17. – № 15. – С. 192-194.