1.4.4. Производство лигноугля

Технология получения лигнинного угля из брикетированного гидролизного лигнина, разработанная ИИНХ, включает суш­ку, брикетирование ТГЛ и пиролиз лигнобрикетов (рис. 1-18). Лигноуглебрикеты заменяют, как показали работы ИИНХ, остродефицитный древесный уголь, могут быть использованы в черной и цветной металлургии при выплавке спецсталей и кристаллического кремния, в производстве сероуглерода и в качестве угля-сырца для изготовления углеродных сорбентов [1; 34—37].

Производство лигноугля из брикетов позволит расширить сырьевую базу для получения древесного угля, привязав его к гидролизным заводам с круглогодичной поставкой сырья. Кроме того, предлагаемый передел позволит осуществить более глубокую переработку древесного, сырья, получив дополнительно при пиролизе брикетов такие ценные химические продукты,, как пирокатехин, высококалорийный газ и др.

Рис. 1-18. Схема производства угля из лигнобрикетов:

1– топка; 2 – сушка; 3 – пресс брикетировочный; 4 – кольцевая печь пиролиза; 5 – бун­кер угля.

Производство углелигнобрикетов несложно. С целью изу­чения перспективы применения печей пиролиза различной кон­струкции термолиз брикетов проводили в различных условиях: при высокой до 900°С температуре – в кольцевой печи конст­рукции МХТИ и в камерной печи опытного завода Кузнецкого филиала ВУХИН; при средней температуре 450 – 550 °С – в промышленных горизонтальных камерных печах конструкции ПО «Свердловлеспром» и в вертикальной опытной реторте ЦНИЛХИ (Центрального научно-исследовательского лесохими­ческого института).

Во всех опытно-промышленных экспериментах было уста­новлено, что лигнобрикеты с успехом заменяют традиционное исходное топливо – древесину. Причем во всех случаях техно­логический режим отличался стабильностью и повышенной производительностью. По качеству лигнобрикеты были близки к древесному углю из березовой древесины.

В камерных печах и в вертикальной реторте производи­тельность возросла в 2,0 – 2,5 раза. Это объясняется тем, что из цикла пиролиза практически исключается стадия сушки, так как влажность брикетов составляет 12 – 15% по сравнению с 60 – 65% для древесного сырья. К тому же лигнобрикеты имеют большую насыпную массу.

При себестоимости лигноуглебрикетов в 120 руб., экономи­ческий эффект составит 60 – 70 руб/т готового продукта. Толь­ко по одному гидролизному заводу, имеющему выход лигнина 65% в количестве 120 тыс. т, можно изготовить 40 тыс. т угля и получить при этом в зависимости от выпускаемого сорта угля от 2,8 до 4,0 млн. руб. экономического эффекта в год.

При соблюдении мягкого режима пиролиза, что возможно во всех указанных печах, из сбрикетированного лигнина можно получить кусковой лигнинный уголь, который обладает высо­кой прочностью (сопротивление сжатию до 10,0 –13,0 МПа)г пористостью (до 45 – 55%), термостойкостью (20 – 30 МПа при 800 °С) и высоким электрическим сопротивлением. Выход угля при пиролизе лигнобрикетов составляет 40 – 45%, содержание твердого углерода 85 – 90%, выход смолы в среднем 14%, со­держание фенолов в смоле 50 – 55% (пирокатехина – 14 – 16%), выход газа в среднем 15% при теплоте сгорания 20950 – 25140 кДж/м3. Все это свидетельствует о технологической эф­фективности процесса – выход углеродистого материала доста­точно высок, смола может служить сырьем для производства антиокислителя, а газ и жидкие продукты пиролиза – теплоно­сителем для нагрева брикетов.

В табл. 1.8 приведены сравнительные физико-химические свойства пиролизованных лигнобрикетов, древесного угля и каменноугольного коксового орешка.

Таблица 1.8. Свойства пиролизованных лигнобрикетов и других восстановителей

Показатели	Гидролизный лигнин исходный (сырье брикеты)	Твердые продукты пиролиза лигнина			Древесный уголь	коксовый орешек ЛМК
		Полукокс (550 0С)	Среднетем-пературный кокс(6500С)	Кокс (8800С)
Технический анализ, %:
W/	3,13	3,38	2,36	1,34	3,52	0,32
Аd	3,97	3,16	3,41	4,37	1,45	10,81
raf Vd	62,66	31,81	15,51	3,88	14,5	1,2
Элементный состав, %:
Сd	67,73	82,28	89,13	95,54	86,43	96,99
Нd	5,82	3,80	2,69	1,55	2,92	0,56
Nd	0,13	0,51	0,59	0,56	0,75	1,24
Оd	26,10	13,26	7,42	2,24	9,58	0,65
Sd	0,15	0,15	0,17	0,12	0,04	0,57
Реакционная способность по С02 (ГОСТ 10089 – 62), мл/(г-с):
при 850°С	–	0,72	0,77	1,33	–	–
при 1050°С	–	10,40	10,62	10,92	10,10	0,56
Удельное электрическое сопротивление* для класса 76—3 мм, Ом* см	Более 3,3	1,9*106	2,0*103	3,6*102	2,1*106	2,86
Плотность, г/см3
истинная	–	1,476	1,513	1,642	1,478	1,943
кажущаяся	–	0,797	0,807	0,802	0,325	1,073
Пористость, %	–	46,1	46,6	51,1	78,1	44,7
Общий объем пор, см3/г	–	0,577	0,578	0,638	2,402	0,417
Структурная прочность по методике ВУХИНа, %	2,3	19,9	45,5	41,0	0,0	83,0
Химический состав** золы:
SiО2		–	–
А12О3		–	–
CaO + MgO		–	–
Fn2О3		–	–

* При Р = 196 кПа.

** В числителе — содержание оксидов, %. В знаменателе – то же, отнесенное к 100 кг углерода, кг

Сравнение характерис­тик полукокса и кокса, по­лученных из лигнина, с дре­весным углем указывает на близость их физико-химиче­ских свойств. Наиболее близкими характеристиками являются среднетемпературный выход летучих ве­ществ, зольность и элемент­ный состав (кроме серы), реакционная способность и удельное сопротивление.

Преимуществом коксолигнина является его по­вышенная структурная прочность (41—45%), в то время как низкая механическая прочность является одним из главных недостатков древесного угля как углеродистого восстановителя.

Рис. 1-19. Схема производства кокса из гидролизного лигнина:

1, 6, 11 – бункеры; 2 – питатель; 3 – конвейер; 4 – вихревая камера; 5 – циклон; 7 – вальцовый пресс; 8 – гро­хот; 9 – печь полукоксования; 10 – кольцевая печь; 12 – конвейер-охлади­тель; 13 – вагон.

В результате проведенных исследований разработана прин­ципиальная схема получения кокса из гидролизного лигнина (рис. 1-19). Влажный лигнин (60–70%) из бункера 1 питате­лем 2 и конвейером 3 с магнитным сепаратором подается в шахтно-мельничную сушилку или вихревую камеру 4, где его сушат до влажности 10–20%, а затем он оседает в циклоне 5. Из бункера 6 сухой лигнин при 40–60 °С направляют для брикетирования на вальцевый пресс 7 высокого давления с подпрессовщиком. Готовые брикеты поступают на грохот 8. Про­сыпь, крошку и бой брикетов с помощью транспортера возвра­щают в бункер 6.

Сырые брикеты направляют в непрерывно действующую печь (вертикальную реторту, печь полукоксования 9 или кольцевую печь 10), где их нагревают в заданном режиме. После этого брикеты подвергают сухому тушению в бункере 11, отку­да по конвейеру- охладителю 12 в вагоне 13 направляют по­требителю.

Металлургическая пригодность лигноуглебрикетов оценива­лась в процессе выплавки ферросилиция из кусковой шихты, и которой вместо металлургического кокса применяли уголь из лигнина. Отмечено заметное улучшение работы колошника печи. Увеличился (на 50 – 70 мм) диаметр работающей поверхности колошника и значительно повысилась его газопроницае­мость. Шихта осаживалась легко, токовая нагрузка была бо­лее равномерной.

Сравнительный анализ опытных плавок ферросплавов с при­менением сырых и прококсованных лигнобрикетов и кокса-орешка, проведенных на заводе ферросплавов в печи мощ­ностью 230 кВ*А, показал, что лучшие технологические и тех­нико-экономические результаты получены при использовании коксолигнина. Применение лигнобрикетов, в сравнении с кок­совым орешком, позволило повысить напряжение низкой сто­роны печи на 12%. В лучшей серии опытов удельный расход электроэнергии при использовании коксобрикетов и сырых брикетов снизился соответственно на 13,1 и 6,3% по сравне­нию с коксовым орешком [33].