RU2042704C1

RU2042704C1 - Method for joint-process production of wood coal from newly cut trees

Info

Publication number: RU2042704C1
Application number: SU925061189A
Authority: RU
Inventors: Евгений Андреевич Лебедев; Леонид Кириллович Сенников; Владимир Иванович Лисов
Original assignee: Евгений Андреевич Лебедев; Леонид Кириллович Сенников; Владимир Иванович Лисов
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1992-09-01
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: production of wood coal. SUBSTANCE: method involves drying and pyrolysis of newly cut wood by heating gaseous heat-carrier and discharging waste heat-carrier upon termination of heating stage; cooling obtained wood coal; providing recirculation of waste heat-carrier for drying stage, with waste and fresh gaseous heat-carrier being used in the ratio of (3-4):1; introducing heat-carrier into the zone, where relative humidity of wood is 10-25% EFFECT: increased efficiency and high quality of wood coal.

Description

Изобретение относится к пиролизу древесины и может быть использовано при по- лучении древесного угля. The invention relates to pyrolysis of wood and can be used to produce charcoal.

Известен способ получения угля из измельченной, например кусковой, древесины в непрерывнодействующей установке, основными аппаратами которой являются сушилка и вертикальная реторта [1] Предусмотрено выделение жидких продуктов термолиза древесины (уксусная кислота, смолы, спирты). В реторте все стадии процесса (сушка, пиролиз, охлаждение угля) протекают одновременно, но разобщены в пространстве. Подсушенную в сушилке технологическую древесину (относительная влажность 14-24%) подают через загрузочное устройство в реторту. Древесина в реторте медленно движется сверху вниз под собственным весом, проходя зоны: окончательная сушка древесины 150-270^оС, пиролиз древесины 300-500^оС, прокаливание угля 450-600^оС, охлаждение угля 600^о-(25-70)^оС. Обогрев реторты осуществляют теплоносителем, получающимся за счет сжигания в специальной выносной топке неконденсирующихся газов из реторты и дизельного или печного топлива. Теплоноситель подают противотоком к материалу. Из реторты он выходит вместе с парогазовой смесью продуктов пиролиза древесины (температура 110-130^оС) через верхний патрубок и поступает в конденсационную систему для конденсации жидких продуктов (смола, уксусная кислота и т.д.). Несконденсировавшиеся газы (температура 30-50^оС) подают в нижнюю часть реторты для охлаждения угля, а избыток в топку сушилки для получения теплоносителя. Прошедшие через слой угля газы (температура до 150-250^оС) выводят из реторты и направляют частично в топку реторты на сжигание, частично на разбавление горячих дымовых газов для формирования теплоносителя для реторты (температура 500-600^оС, объемная доля кислорода не более 1%).A known method of producing coal from crushed, such as lump, wood in a continuous installation, the main apparatus of which is a dryer and a vertical retort [1] Is the selection of liquid products of wood thermolysis (acetic acid, resins, alcohols). In a retort, all stages of the process (drying, pyrolysis, cooling of coal) occur simultaneously, but are separated in space. The process wood dried in the dryer (relative humidity 14-24%) is fed through a loading device to a retort. The wood in the retort slowly moves from top to bottom under its own weight, passing zones: final drying of wood 150-270 ^о С, wood pyrolysis 300-500 ^о С, calcination of coal 450-600 ^о С, cooling of coal 600 ^о - (25-70) ^о C. Heating of the retort is carried out with the coolant obtained by burning non-condensable gases from the retort and diesel or heating oil in a special portable firebox. The coolant is supplied countercurrent to the material. It leaves the retort along with the gas-vapor mixture of wood pyrolysis products (temperature 110-130 ^о С) through the upper pipe and enters the condensation system for condensation of liquid products (resin, acetic acid, etc.). Uncondensed gases (temperature 30-50 ° ^C) is fed into the bottom of the retort, coal cooling and excess drying furnace to obtain a coolant. Gases passing through a layer of coal (temperature up to 150-250 ^о С) are removed from the retort and sent partially to the furnace of the retort for combustion, partly to dilute hot flue gases to form a coolant for the retort (temperature 500-600 ^о С, volume fraction of oxygen no more 1%).

Таким образом, в реторте можно выделить два контура движения газов. Такая технология позволяет получить древесный уголь с массовой долей нелетучего углерода 88-92% зольностью не более 2,5% влажностью не выше 6% при расходе древесины 7,7 пл.м³ на 1 т угля.Thus, in the retort, two circuits of gas movement can be distinguished. This technology allows you to get charcoal with a mass fraction of non-volatile carbon 88-92% ash content of not more than 2.5% humidity not higher than 6% at a wood consumption of 7.7 square meters ³ per 1 ton of coal.

Способ имеет следующие недостатки. The method has the following disadvantages.

Потребность в жидком топливе (250 кг на 1 т угля). The need for liquid fuel (250 kg per 1 ton of coal).

Пиролизу подвергают древесину только после предварительной сушки. Последующая переработка жидких продуктов пиролиза обязательно требует эту стадию. Переработка этих продуктов требует создания крупных (мощность более 70 тыс. пл. м³ в год) установок, в противном случае это экономически не выгодно, так как высоки капиталовложения.Wood is pyrolyzed only after preliminary drying. Subsequent processing of liquid pyrolysis products necessarily requires this stage. The processing of these products requires the creation of large (capacity of more than 70 thousand square meters m ³ per year) plants, otherwise it is not economically profitable, since capital investments are high.

Установка может эксплуатироваться только в стационарном варианте, в расчете на обширную сырьевую базу, для эксплуатации даже в крупном лесозаготовительном предприятии не рекомендуется. The installation can only be operated in a stationary version, counting on an extensive raw material base, it is not recommended for operation even in a large logging enterprise.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения древесного угля на базе непрерывнодействующей реторты в режиме безотходного производства без получения жидких продуктов [2] Исходным сырьем является измельченная древесина (древесные отходы) или чурки размером 300х100 мм влажностью до 25% (относительная). Древесина поступает в реторту через загрузочный люк. Уголь выгружают снизу аппарата через систему затворов. Двигаясь в реторте сверху вниз, древесина, а затем уголь проходят следующие зоны: сушка древесины 800-(150-120)^оС, пиролиз древесины и прокалки угля 450-550^оС, охлаждение угля 550-50^оС. В промежутке между верхней зоной и зоной пиролиза располагается топочная зона, куда подают образующиеся парогазы пиролиза древесины из нижней части зоны прокалки угля и воздух. Часть парогазов пиролиза сгорает и температура газового потока повышается до 800^оС. Смесь парогазов и продуктов их сгорания частично поступает в нижележащую зону пиролиза, а частично уходит вверх реторты сушилку. Поступление воздуха в топочную зону, а также количество горячей смеси, поступающей в зону пиролиза, регулируют автоматически. В сушильной части древесину подсушивают газами из топочной зоны, которые далее сжигаются на выходе из трубы в виде факела. Этим обеспечивается защита окружающей среды от попадания в атмосферу вредных для окружающей среды продуктов пиролиза.The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of producing charcoal based on a continuous retort in a non-waste production without producing liquid products [2] The feedstock is crushed wood (wood waste) or chocks with a size of 300x100 mm humidity up to 25% (relative ) The wood enters the retort through the loading hatch. Coal is discharged from the bottom of the apparatus through a lock system. Moving from top to bottom in the retort, wood and then coal pass through the following zones: wood drying 800- (150-120) ^о С, pyrolysis of wood and calcining of coal 450-550 ^о С, cooling of coal 550-50 ^о С. In the interval between the upper The pyrolysis zone and the pyrolysis zone are the combustion zone, where the generated steam pyrolysis steam gas from the lower part of the coal calcination zone and air are supplied. Part of the steam and gas of pyrolysis is combusted gas stream and the temperature rises to 800 ° ^C. The mixture of steam and gas and products of combustion enters partially into the underlying pyrolysis zone and partly goes up retort dryer. The flow of air into the combustion zone, as well as the amount of hot mixture entering the pyrolysis zone, is automatically controlled. In the drying part, the wood is dried with gases from the combustion zone, which are then burned at the exit of the pipe in the form of a torch. This protects the environment from the ingestion of environmentally harmful pyrolysis products.

Охлаждение угля осуществляют за счет циркуляции инертных газов, для чего нагретые до высокой температуры газы из зоны охлаждения угля выводят из аппарата и направляют в циклон, а далее в скруббер, орошаемый водой. Охлажденный газ возвращают в нижнюю часть реторты. Вода на охлаждение газов поступает из замкнутого цикла оборотной воды. Coal cooling is carried out due to the inert gas circulation, for which the gases heated to a high temperature from the coal cooling zone are removed from the apparatus and sent to a cyclone, and then to a scrubber irrigated with water. The cooled gas is returned to the bottom of the retort. Water for cooling gases comes from a closed cycle of circulating water.

Качество древесного угля (содержание нелетучего углерода) 85-90% влажность угля не более 4% расход древесины на 1 т угля 6,3 пл.м³ (25%-ной влажности).The quality of charcoal (non-volatile carbon content) 85-90% coal moisture not more than 4% wood consumption per 1 ton of coal 6.3 square meters ³ (25% humidity).

Основной недостаток данного способа состоит в том, что влажность перерабатываемого сырья не должна превышать 25% В противном случае парогазы и продукты их сгорания, используемые для сушки древесины, насыщаются влагой, что приводит к снижению их калорийности. Такая смесь не горит. Следовательно, процесс не является экологически чистым. Это усугубляется тем, что при данной схеме газовых потоков в зоне сушки теплоноситель из зоны горения с высокой температурой контактирует с подсушенной древесиной. В этом случае имеет место термическое разложение с образованием вредных органических продуктов, которые могут поступать в атмосферу. The main disadvantage of this method is that the humidity of the processed raw materials should not exceed 25%. Otherwise, the combined cycle gases and their combustion products used for drying wood are saturated with moisture, which leads to a decrease in their calorific value. This mixture does not burn. Therefore, the process is not environmentally friendly. This is aggravated by the fact that in this scheme of gas flows in the drying zone, the coolant from the combustion zone with high temperature is in contact with the dried wood. In this case, thermal decomposition takes place with the formation of harmful organic products that can enter the atmosphere.

В условиях леспромхоза эксплуатация реторты без сушилки не гарантирует экологической чистоты данного способа получения древесного угля. Включение в состав установки сушилки приводит к дополнительным капзатратам, затратам топлива, усложнению эксплуатации. In the conditions of timber industry, the operation of a retort without a dryer does not guarantee the ecological purity of this method of producing charcoal. The inclusion of the dryer into the installation leads to additional capex, fuel consumption, and complication of operation.

Наличие вредных выбросов подтверждается результатами исследований ЦНИЛХИ. При пиролизе древесины более 25% -ной влажности в атмосферу без сжигания выбрасывают парогазы состава, CO₂ 15,2; O₂ 5,1; CO 5,9; H₂ 2,1; N₂ 69,3; фенолы 530 мг/л; уксусная кислота 10500 мг/л; смолистые вещества.The presence of harmful emissions is confirmed by the results of TsNILHI studies. When wood pyrolysis of more than 25% moisture is released into the atmosphere without burning, gas-vapor composition, CO ₂ 15,2; O ₂ 5.1; CO 5.9; H ₂ 2.1; N ₂ 69.3; phenols 530 mg / l; acetic acid 10500 mg / l; resinous substances.

Цель изобретения состоит в разработке экологически чистого способа пиролиза древесины, позволяющего в условиях леспромхоза (свежесрубленная древесина влажностью 45-50%) провести процесс в одном аппарате без использования жидкого или газообразного топлива. The purpose of the invention is to develop an environmentally friendly method of pyrolysis of wood, allowing in the conditions of timber industry (freshly cut wood with a moisture content of 45-50%) to carry out the process in one apparatus without the use of liquid or gaseous fuels.

Цель достигается за счет организации в вертикальной реторте дополнительного циркуляционного контура в зоне сушки. Отработанный теплоноситель после зоны сушки возвращают в нижележащие слои древесины, где смешивают с продуктами горения. Этим приемом достигают снижения температуры газов в зоне сушки, исключая условия термического разложения древесины и попадание вредных органических веществ в отходящие из аппарата газы. The goal is achieved by organizing an additional circulation loop in the vertical retort in the drying zone. The spent heat carrier after the drying zone is returned to the underlying layers of wood, where it is mixed with combustion products. This technique achieves a reduction in the temperature of the gases in the drying zone, excluding the conditions of thermal decomposition of wood and the ingress of harmful organic substances into the gases leaving the apparatus.

При сушке анизотропного материала с низкой теплопроводностью суммарная скорость процесса определяется прежде всего скоростью теплового фронта (подводом тепла). Увеличение массы газов в сушильной части приводит к повышению скорости теплоносителя, т.е. интенсифицирует массообмен (основной прием ускорения процессов, лимитируемых диффузионными стадиями). Отработанный теплоноситель вводят в сушильную зону, где влажность древесины 10-25% Массовое соотношение газовых потоков (отработанный теплоноситель): продукты сгорания (свежий теплоноситель) должно выдерживаться в пределах 3-4:1. В этом случае температура теплоносителя на входе в зону сушки 220-230^оС (в прототипе 800^оС). Этот способ позволяет перерабатывать свежесрубленную древесину в одном аппарате в совмещенном процессе без загрязнения окружающей среды и необходимости сжигания отходящих газов.When drying an anisotropic material with low thermal conductivity, the total speed of the process is determined primarily by the speed of the heat front (heat input). An increase in the mass of gases in the drying part leads to an increase in the velocity of the coolant, i.e. intensifies mass transfer (the main method of accelerating processes limited by diffusion stages). The spent heat carrier is introduced into the drying zone, where the moisture content of the wood is 10-25%. The mass ratio of gas flows (waste heat carrier): combustion products (fresh heat carrier) must be kept within 3-4: 1. In this case, the heat medium inlet temperature in the drying zone of ^about 220-230 C (in the prototype 800 ° ^C). This method allows you to process freshly chopped wood in a single apparatus in a combined process without environmental pollution and the need to burn off-gas.

П р и м е р. Измельченные древесные отходы или чурка с размерами 150х240 или 20х(30-200) мм влажностью 45±5% через загрузочное устройство периодически (с постоянной частотой) загружают в реторту (диаметр 3 м, высота основного цилиндра 7,2 м). Загруженная в реторту древесина, а затем уголь, проходят следующие зоны: сушка древесины 230-(150-120)^оС, топочная зона 800^оС, пиролиз древесины 550-550^оС, прокалка угля 500^оС, охлаждение угля 500-50^оС. Образующиеся при пиролизе древесины парогазы из нижней части зоны прокалки угля турбогазодувкой подают в верхнюю часть топочной зоны, сюда же воздуходувкой подают необходимое (минимальное) для горения количество воздуха. При этом большую часть парогазов сжигают. Часть смеси парогазов и продуктов их сжигания (температура до 800^оС) поступает в нижележащую зону пиролиза древесины и часть на сушку древесины. Эту часть газов смешивают с отходящим теплоносителем после зоны сушки в соотношении отработанный теплоноситель продукты сгорания 3:1, обеспечивая температуру в зоне сушки 230^оС в точке, где влажность древесины 15% Сформированный таким образом теплоноситель, проходит через слой древесины противотоком и направляют через трубу в атмосферу.PRI me R. Shredded wood waste or chock with dimensions of 150x240 or 20x (30-200) mm, humidity 45 ± 5%, are periodically (with a constant frequency) loaded into the retort through a loading device (diameter 3 m, height of the main cylinder 7.2 m). The wood loaded into the retort, and then the coal, passes through the following zones: wood drying 230- (150-120) ^о С, combustion zone 800 ^о С, pyrolysis of wood 550-550 ^о С, calcination of coal 500 ^о С, cooling of coal 500-50 ^about C. Steam gas generated during the pyrolysis of wood from the lower part of the coal calcining zone is fed by turbo-gas blowing to the upper part of the furnace zone, and the necessary (minimum) amount of air is supplied to the burner here. In this case, most of the combined cycle gases are burned. Part of the mixture of steam and gas and by-products of burning (temperature up to 800 ° ^C) enters into the underlying timber and part of the pyrolysis zone for drying timber. This part of the gas is mixed with the exhaust coolant after drying zone in the ratio of the spent coolant combustion products 3: 1, allowing the temperature in the drying zone of 230 ^{° C} at the point where wood humidity 15% The thus formed coolant passes through the layer of wood counterflow and directed through pipe in atmosphere.

Древесный уголь после прокалки проходит зону охлаждения. Газы, забираемые с верхней границы зоны охлаждения угля, после очистки в циклоне и охлаждения в воздушном холодильнике подают в нижнюю часть реторты. Уголь из реторты выгружают через систему затворов. По своим качественным показателям товарный уголь отвечает требованиям: массовая доля нелетучего углерода 91% зольность 2,4% влажность 4,0% массовая доля мелочи 3,5% Эти показатели соответствуют требованиям ГОСТ 7657-84. Charcoal passes through the cooling zone after calcination. Gases taken from the upper boundary of the coal cooling zone, after purification in a cyclone and cooling in an air cooler, are fed to the lower part of the retort. The coal from the retort is discharged through a shutter system. In terms of quality indicators, commercial coal meets the requirements: mass fraction of non-volatile carbon 91% ash content 2.4% moisture 4.0% mass fraction of fines 3.5% These indicators comply with the requirements of GOST 7657-84.

Таким образом, при сохранении качества готового продукта применение предлагаемого способа позволяет обеспечить получение древесного угля экологически чистым способом. Принцип экологической безопасности заложен в сути способа и гарантируется нормами технологического режима. Исключается необходимость сжигания отходящих газов. Способ также позволяет перерабатывать влажную древесину без установки специальных сушилок, что сокращает капзатраты, расширяет диапазон применения непрерывнодействующей реторты. Такие аппараты можно устанавливать в леспромхозах, широко варьируя их производительность. Кроме того, для технологии не требуется топлива (жидкого). Технические преимущества предлагаемого способа обеспечивают экономические преимущества перед ныне существующими и рекомендуемыми фирмами ретортами. Thus, while maintaining the quality of the finished product, the application of the proposed method allows to obtain charcoal in an environmentally friendly way. The principle of environmental safety is laid down in the essence of the method and is guaranteed by the norms of the technological regime. Eliminates the need for combustion of exhaust gases. The method also allows you to process wet wood without installing special dryers, which reduces capex, expands the range of applications of continuous retort. Such devices can be installed in timber industry enterprises, widely varying their productivity. In addition, the technology does not require fuel (liquid). The technical advantages of the proposed method provide economic advantages over the existing and recommended retorts by firms.

Claims

METHOD FOR PRODUCING WOOD CHARCOAL FROM FRESH CUTTED WOOD IN A COMBINED PROCESS, including drying and pyrolysis of wood by heating with a gaseous heat carrier, removal of waste heat carrier from the drying stage, cooling of the obtained coal, characterized in that the spent heat carrier is heated to the heat carrier gaseous heat carrier 3 4 1 and enter into the zone in which the relative humidity of the wood is 10 25%