6.6. Термическая переработка отходов растительного сырья

6.6.1. Пиролиз

Пиролиз (сухая перегонка, тер­молиз, пирогенетическая переработ­ка) - процесс разложения отходов древесины и другого растительного сырья при их нагревании без досту­па воздуха до 450-550 "С, приводя­щий к образованию ряда газообраз­ных и жидких продуктов, а также твердого углеродного остатка (дре­весного угля при переработке дре­весного сырья).

Процесс пиролиза, схематично представленный на рис. 6.15, осуще­ствляют в печах периодического и не­прерывного действия различных кон­струкций (камерных, ретортных, тун­нельных, шахтных, многополочных, вращающихся, с движущимися слоя­ми и др.) с наружным и внутренним обогревом. При подъеме температуры в печи вначале осуществляются эндо­термические процессы. Примерно до 150 °С происходит удаление влаги (сушка) перерабатываемого древесно­го сырья. При дальнейшем повыше­нии температуры в интервале около 170-270 °С начинается образование газов (СО, СО,) и небольших коли-

честв метилового спирта и уксусной кислоты. Область температур около 270-280 °С инициирует начало экзо­термических превращений, прогрес­сирующих с дальнейшим увеличени­ем температуры. При этом падает вы­ход таких неконденсирующихся газов, как СО и С0₂, с одновременным уси-

лением образования других газообраз­ных (СН₄, С₂Н₄, Н₂) и парообразных веществ, в том числе метилового спирта и уксусной кислоты. Размер кусков, влажность перерабатываемо­го материала, температура и скорость процесса существенно влияют на вы­ход продуктов пиролиза.

Выходящие из печи газы охлаж­дают с целью рекуперации содержа­щихся в них ценных компонентов. Заключительным этапом пиролиза является охлаждение получаемого древесного угля обычно до темпера­туры <40 "С, обеспечивающей исклю­чение возможности его самовозгора­ния на воздухе. Оно может быть есте­ственным или искусственным. В пер­вом случае уголь обычно выдержива­ют в специальных камерах (емкостях) в бескислородной атмосфере. Во вто­ром случае раскаленней уголь обра­батывают лишенными кислорода хо­лодными газами.

При охлаждении парогазовой смеси, выводимой из печи пироли­за, происходит конденсация целого

ряда находящихся в ней органичес­ких соединений и влаги. Образую­щийся дистиллят, в котором может содержаться до 180 различных орга­нических веществ, отстаивают. При этом дистиллят пиролиза древесины лиственных пород образует два слоя: осаждающуюся на дно отстойную смолу и водный раствор органичес­ких соединений (жижку). Дистиллят, полученный при пиролизе древеси­ны хвойных пород, разделяется на три слоя: нижний - нерастворимые в воде органические соединения в виде отстойной смолы; средний - жижку - и верхний, образуемый скипидаром с растворенными в нем смолистыми веществами. Продукты отстаивания разделяют.

При разгонке древесной смолы, содержащей фенолы и их метиловые эфиры, получают ряд фракций, ис­пользуемых в качестве флотационных масел в процессах обогащения руд, ингибиторов (антиокислителей) для стабилизации крекинг-бензинов и масел, сырья для производства пласт­масс, растворителей некоторых фар­мацевтических препаратов. Кроме того, древесная смола используется для пропитки различных изделий из древесины с целью предупреждения их гниения.

Переработка жижки, содержащей уксусную, муравьиную, пропионо-вую и другие кислоты наряду с ме­тиловым спиртом, ацетоном, аце-тальдегидом, фурфуролом, метил-этилкетоном и другими органически­ми соединениями, обеспечивает по­лучение (экстракцией серным эфи­ром) уксусной кислоты, широко ис­пользуемой, в частности, в производ­ствах ацетатного шелка и киноплен­ки, а также (отгонкой) метилового спирта, идущего на производство раз­личных политур и медикаментов, и ряда других продуктов.

Древесный уголь в больших коли­чествах находит применение в меди­цине, в производствах активных уг­лей, сероуглерода, кремния, высоко­качественных чугунов, черных поро-хов и ряде других процессов.

Основные закономерности пиро­лиза древесного сырья заключаются в том, что повышение температуры процесса приводит к увеличению выхода смолы и газов, снижению выхода уксусной кислоты и метило­вого спирта, получению угля с более высоким содержанием углерода. Уве­личение скорости пиролиза вызыва­ет возрастание выхода смолы с од-

новременным уменьшением выхода уксусной кислоты и угля.

Современная промышленность тяжелого органического синтеза име­ет в своем арсенале более дешевые и производительные способы получе­ния таких являвшихся ранее тради­ционными продуктами лесохимичес­кой промышленности веществ, как метиловый спирт и уксусная кислота. Однако и в настоящее время масш­табы пиролиза древесного сырья ос­таются значительными: в 70-х - 80-х годах в СССР сухой перегонке под­вергали ежегодно около 3 млн. плот­ных м³ древесины.