Материал: Химия и технология термохимической переработки биомассы дерева методические указания
Пилотная установка пиролиза
1 – муфельная печь; 2 – реторта; 3, 4, 5 – термопара ХА (хромель-алюмель);
6 – V-образный манометр; 7 – электронный потенциомер замера температур ЭПВ-2; 8 – ЛАТР; 9 – конденсационная система; 10 – емкость для сбора пиротоплива;
11 – фильтр; 12 – газовые часы ГСБ-400; 13 – горелка сжигания неконденсируемых газов
3. Ход пиролиза
Включается заданный режим нагрева и в процессе пиролиза по времени (через каждые 10 мин) регистрируются: температуры муфеля, реторты, парогазов, объем конденсата и отстойной смолы, неконденсирующихся газов и давление. Отмечается температура и время первой капли конденсата
иначало самостоятельного горения неконденсирующихся газов. В процессе пиролиза производится три отбора неконденсирующихся газов в газовые пипетки: начало процесса, экзотермическое разложение и прокалка угля для последующего хроматографического анализа.
Впроцессе пиролиза значения показателей заносятся в табл. 1 и фиксируются стадии процесса в табл. 2.
Взависимости от времени (температуры) на основании полученных данных строятся графики (в редакторе Excel) выхода конденсата и н/газов, определяются продолжительность и температурные интервалы основных стадий процесса: сушки сырья, экзотермического разложения
ипрокалки угля.
6
Т а б л и ц а 1
Фиксация показателей пиролиза
Время |
T1, |
T2, |
T3, |
T4, |
T5, |
T6, |
р, |
Vконд , |
Vн/г, |
|
пиролиза, |
||||||||||
°C |
°C |
°C |
°C |
°C |
°C |
Па |
мл |
дм3 |
||
мин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вкл. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нагрева |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*** |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Первая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
капля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
конденсата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*** |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Горение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н/газов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*** |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Конец |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выделения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
конденсата. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*** |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Конец |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выделения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н/газов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*** |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выкл. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нагрева |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После прекращения выделения конденсата и неконденсирующихся газов и установления постоянной заданной температуры в реторте, производят отключение нагрева, охлаждение реторты с муфелем и последующую разборку системы.
Полученные продукты, уголь и конденсат собирают и взвешивают. Собранный конденсат подвергают последующему отстаиванию в делительной воронке в течение не менее 10–12 ч для разделения на осадочную смолу (отстойную), отстоявшуюся жижку и всплывные масла.
Полученные жидкие продукты пиролиза взвешивают в тарированных колбах и определяют массу каждой фракции отдельно.
Полученные данные процесса пиролиза сводят в табл. 3.
7
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2 |
|
|
|
Фиксация стадий процесса |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжитель |
|
Интервал |
|
|
Выход летучих |
|
||
|
Стадии |
|
|
Давление p, |
продуктов |
|
||||
|
ность стадии, |
|
температур, |
|
|
|||||
|
процесса |
|
|
Па |
конденсат, |
н/газы, |
|
|||
|
мин |
|
°C |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
мл |
|
дм3 |
|
||
1. Сушка сырья |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Начало |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разложения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Экзотермическое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разложение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Прокалка угля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИТОГО: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВСЕГО: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
3 |
|
|
|
Полученные данные процесса |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Показатели процесса пиролиза |
|
|
Значение |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
1. |
Влажность древесины (относительная), % |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
2. |
Масса пиролизованной древесины, г |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
3. |
Масса пиролизованной абс.сух. древесины, г |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4. |
Масса полученного угля, г |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5. |
Масса суммарного конденсата, г |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
6. |
Масса осадочной смолы, г |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
7. |
Масса отстоявшейся жижки, г |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
8. |
Масса всплывных масел, г |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
9. |
Выход неконденсирующихся газов, л |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
10. Плотность отстоявшейся жижки, кг/м3 |
|
|
|
|
|
|||||
11. Плотность осадочной смолы, кг/м3 |
|
|
|
|
|
|||||
12. Плотность всплывных масел, кг/м3 |
|
|
|
|
|
|||||
4. Материальный баланс пиролиза
По результатам пиролиза составляют сводную таблицу материального баланса пиролиза (табл. 4) и определяют тепловой баланс процесса. Данные являются определяющими для сопоставления продуктов со стандартами, представленными в приложении (табл. П2 и П3).
Для составления теплового баланса пиролиза необходимо знать выход и термодинамические характеристики получаемых продуктов, см. табл. П1.
8
Т а б л и ц а 4
Материальный баланс пиролиза
Приход |
Масса, г |
% |
|
Расход |
Масса, г |
%, от |
%, от |
|
сырья |
а.с.д. |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
Древесина, |
|
|
1. |
Уголь |
|
|
|
в т. ч: |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
а.с.д. |
|
|
2. |
Суммарный |
|
|
|
|
|
конденсат, в. т.ч: |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
осадочная смола |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отстоявшаяся жижка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вода |
|
|
всплывные масла |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Неконденсирующиеся |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
газы |
|
|
|
|
|
|
|
4. |
Потери (по разности) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИТОГО: |
|
100,0 |
ИТОГО: |
|
100,0 |
100,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р а б о т а II
АНАЛИЗ ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ
1.Необходимые приборы, посуда и реактивы
1.Муфельная печь с электрическим обогревом и устойчивой температурой нагрева 800±25°С типа СНОЛ-3,5.3,5.3,5/3-43У42.
2.Терморегулятор для регулирования заданной температуры муфельной печи типа Щ4538 для работы в комплекте с преобразованием сигнала ХА, предназначен для автоматического импульсного регулирования температуры в муфеле по пропорционально-дифференциальному закону.
3.Термопары ХА (хромель-алюмель) по ГОСТ 3044–61 терморегулятора Щ4538 и потенциометра ЭПВ-2 для замера температуры до 900°С. Термопару терморегулятора Щ4538 устанавливают в специальное отверстие в стенке муфельной печи.
4.Тигли фарфоровые глазурованные низкие по ГОСТ 9147–59.
5.Весы аналитические, (с точностью измерений 0,0001 г.)
6.Эксикатор по ГОСТ 6371–64 с гранулированным хлористым кальцием по ГОСТ 44161–48.
7.Щипцы тигельные, ложечка или шпатель.
8.Типовой сушильный шкаф №3 с электрическим обогревом, способный поддерживать температуру 105±5°С.
9.Стаканчики для взвешивания (бюксы) по ГОСТ 7148–54, типоразмеров СН1, СН2, СНП1 или СНП2.
9
10.Термометр ртутный стеклянный лабораторный по ГОСТ 215–57 с ценой деления шкалы 1,0°С и пределом измерения от 0 до150°С.
11.Тигель (высокой формы № 3) с крышкой.
12.Ступка, пестик, сито (d 20, 40 мм), сетки № 05, 20, 35.
13.Часы песочные на 1 и 10 мин.
14.Цилиндр измерительный на 1000 см3.
15.Грохот.
16.Прибор для определения кажущейся плотности.
2. Метод отбора проб
Методы отбора проб – по ГОСТ 5445–79. Масса объединенной пробы должна быть не менее 0,5 кг.
П.1. Объединенную пробу высыпают на разделочную площадку, осторожно перемешивают, затем рассыпают ровным слоем в форме квадрата и делят на четыре равные части. Из одной части методом квадратирования отбирают среднюю пробу массой 0,3 кг.
П.2. Остальные три части используют для определения массовой доли зерен угля размером менее 12 или 25 мм и головней.
П.3. Среднюю пробу измельчают до зерен размером не более 4,0 мм и делят на две равные части.
П.4. Одну часть из средней пробы просеивают через сита с отверстиями диаметром 2,0 и 4,0 мм и используют для определения кажущейся плотности. Масса просеянной пробы должна быть не менее 0,1 кг.
П.5. Другую часть средней пробы делят на две равные части, одну из которых методом квартования доводят до 10 г, тщательно растирают пестиком в ступке, просеивают на сетке № 05 и используют для определения массовой доли золы, нелетучего углерода и воды. Вторую часть пробы также измельчают пестиком в ступке, просеивают через сита с полотнами № 20 и 35 и используют для определения массы 1 дм3 угля.
П.6. Пробы помещают в сухую, чистую стеклянную банку или пакет из водонепроницаемого полимерного материала типа полиэтилена.
3. Определение кажущейся плотности
Около 100 г угля, приготовленного по П.4, помещают в цилиндр-сетку прибора и закрывают крышку на замок. Металлические цилиндры заполняют водопроводной водой с температурой 25–10°С. В цилиндр с закрытым нижним сливным патрубком помещают цилиндр-сетку с углем на 10 мин. Затем цилиндр-сетку вынимают, подвешивают на штативе и выдерживают около 1 мин до прекращения стекания воды. После этого уголь высыпают на предварительно смоченную и отжатую хлопчатобумажную ткань, сложенную в
10