содержание   ..   90  91  92  93  94  95  96  97  98  99   .. 

Влияние химических реагентов на выход и свойства древесного угля

 Использование химических реагентов представляет большой интерес для решения важнейшей задачи пиролизного производства — увеличения выхода древесного угля. О значении этой задачи говорит тот факт, что в древесный уголь переходит менее половины имеющегося в древесине углерода.

При исследовании влияния добавок химических реагентов (3 % г-моля реагента на 100 г древесины) на выход древесного угля методом термического анализа найдено, что большая группа веществ обеспечивает увеличение его выхода более чем на 25 % по сравнению с выходом в контрольном опыте (24,5 % от массы а. с. д.). К их числу относятся: диаммонийфосфат — выход угля без золы 30,8%, сульфаниловая кислота — 31, борная кислота — 32,4, моноаммонийфосфат — 32,5, фосфорная кислота — 33 и кислотно-перекисный катализатор ЦНИЛХИ — 33,3 %. Увеличение выхода угля объясняется уменьшением потерь массы при термораспаде ксилана и целлюлозы. Химические реагенты способствуют образованию на начальной стадии процесса вследствие реакций дегидратации промежуточной структуры с двойными связями и карбонильными группами, при дальнейшем распаде которой развиваются конденсационные процессы образования угольного нелетучего остатка.

При пиролизе березовой щепы, содержащей около 2,8 % от массы а. с. д. диаммонийфосфата или диаммонийфосфата и хлористого аммония в соотношении 1:1, в вертикальной непрерывнодействующей реторте опытного завода ЦНИЛХИ выход угля увеличивается в среднем на 34 %. Хорошие результаты по увеличению выхода древесного угля достигнуты при использовании кислотно-перекисного катализатора (ЦНИЛХИ,

А. Н. Завьялов). Он представляет собой раствор смеси серной кислоты и перекиси водорода в соотношении 20: 1. При термическом анализе древесины в присутствии кислотно-перекисного катализатора выход угольного остатка увеличивается в 1,5 раза. Отмечено повышение примерно в 1,3 раза теплового эффекта экзотермического распада древесины, что весьма интересно с позиций расхода тепловой энергии. При пиролизе древесины в присутствии кислотно-перекисного катализатора (2,5 % от массы а. с. д.) в вертикальной непрерывнодействующей реторте опытного завода ЦНИЛХИ выход древесного угля (в пересчете на нелетучий углерод) увеличивается по сравнению с контрольными опытами не менее чем на 30%. Весьма важно, что удельная производительность 1 м3 реакционного пространства реторты составила 500 кг/ч, что примерно в 3 раза выше достигнутой производительности этой же реторты при пиролизе березовой щепы. Выход растворимой и отстойной смол при пиролизе с катализатором падает соответственно в 5 и 2 раза, а летучих кислот в пересчете на уксусную — в 1,8 раза. Однако снижение выхода жидких продуктов не имеет большого значения, так как по предлагаемому способу парогазы без охлаждения подлежат сжиганию, а газы от сжигания предназначены для использования в качестве теплоносителя в основном процессе. Уголь-сырец пригоден для производства активного осветляющего угля.

Химические реагенты при пиролизе древесины влияют не; только на количественный выход жидких продуктов и древесного угля, в их присутствии изменяется и физико-химическая структура последнего. Влияние реагентов на физико-химическую структуру и свойства угля может быть, использовано для получения угля-сырца с определенными свойствами, как полупродукта для дальнейшей химической переработки. Исследований в этом направлении пока немного.

Более подробно изучено влияние трех реагентов, повышающих выход древесного угля — хлорида металла переменной валентности (К-1). диам- монийфосфата (К-2) и кислотно-перекисного катализатора (К-3) — на формирование его физико-химической структуры и свойств. Специфика их действия проявляется уже в неодинаковом изменении элементного состава при повышении температуры пиролиза. Так, в присутствии К-1 в интервале 400—600 ° С происходит интенсивная потеря кислорода, а выше 600° — дегидрогенизация. В присутствии К-2 интенсивное удаление кислорода на­блюдается лишь после 500 °С. Особенности их действия отражаются на из­менении степени ароматичности: в присутствии К-1 степень ароматичности выше, а с К-2 ниже степени ароматичности угля, полученного без реагента. По-разному идет формирование не только химической, но и тонкой физи­ческой структуры. К-1 способствует образованию более упорядоченной структуры: при 700 °С образуются не очень большие кристаллиты, но с до­статочно совершенной внутренней структурой типа турбостратной (d₀₀₂= =0,342 мм). В присутствии К-2 при 700 °С размеры кристаллитов совсем малы и слабо упакованы (doo2>0,46 нм). Особенности тонкой структуры своеобразно отражаются на плотности тела угля: с К-1 получаются угли с меньшей пикнометрической плотностью (при 700 °С—-1,470 г/см^а),

а с К-2— более плотные (1,677 г/см³), чем угли, полученные без реагентов (плотность 1,594 г/см³), хотя, казалось бы, угли с большей упорядоченно­стью структуры должны иметь большую плотность. Объясняется это тем, что уголь, полученный с К-1 при 700 °С, содержит 33,7 % от объема тела замкнутых пор, недоступных для растворителя, расположенных, по-види­мому, между кострообразно лежащими кристаллитами, а уголь, полученный с К-2, совсем не содержит замкнутых пор. Древесный уголь, полученный без реагентов, содержит 12,8 % замкнутых пор. Эти особенности макроструктуры имеют важное практическое значение, так как известно, что замкнутые поры играют большую роль в развитии пористой структуры активных углей. По-разному влияют реагенты и на электрические свойства углей: удельное сопротивление угля, полученного с К-1, меньше, чем угля, полученного с К-2; К-3 по своему влиянию на структуру и свойства угля по большин­ству показателей занимает промежуточное положение.

Структурные особенности древесных углей, полученных с химическими реагентами, предопределяют и свойства их как полупродуктов, например, для получения сорбентов различной пористой структуры. Показана прин­ципиальная возможность получения из них при активации водяным паром активных углей с мезопористой (адсорбционная активность по мелассе 80 %). микромезопористой (адсорбционная активность по йоду 80 %, по мелассе 80 %) и микропористой (адсорбционная активность по йоду 90—100 %) струк­турой с выходом около 20 % от массы а. с. д.

Из изложенного следует, что химические реагенты могут служить эффективным средством направленного пиролиза древесины с целью увеличения выхода продуктов пиролиза и получения древесного угля с определенной физико-химической структурой и свойствами.