Глава 12 – Възстановяване на странични продукти от карбонизация на твърда дървесина
12.1. Пролигнева киселина
12.2. Малкомащабно възстановяване на катрани
Възстановяването на химикали от изпаренията, отделени при превръщането на твърдата дървесина в дървени въглища, някога е било процъфтяваща индустрия. Въпреки това, веднага щом нефтохимикалите се появиха на сцената, дървото като източник на метанол, оцетна киселина, специални катрани и консерванти стана нерентабилно. Навсякъде, където се произвеждат дървени въглища, се обсъжда възможността за възстановяване на странични продукти. Като аргумент се сочат сегашните високи цени на петрола. За съжаление цената на дървесината се повишава съответно, премахвайки по-голямата част от ценовото предимство. Въпреки че перспективите за възстановяване на странични химикали от дестилацията на дървесина не изглеждат обещаващи, има възможности за възстановяване на катрани и използване на дървесния газ като гориво, което да подпомогне процеса на карбонизация по-ефективен. Икономиката обаче изглежда доста маргинална, но тъй като възстановяването на страничните продукти наистина намалява атмосферното замърсяване от карбонизацията на дървесината, комбинираната полза прави полезно да разгледаме внимателно възможностите в тази посока.
Когато дървото се нагрее над 270°C, то започва процес на разлагане, наречен карбонизация. Ако липсва въздух, крайният продукт, тъй като няма кислород, който да реагира с дървото, е въглен. Ако има въздух, който съдържа кислород, дървесината ще се запали и ще изгори, когато достигне температура от около 400-500°C, а горивният продукт е дървесна пепел.
Ако дървесината се нагрява далече от въздуха, първо се отстранява влагата и докато това приключи, температурата на дървесината остава около 100-110°C. Когато дървото е сухо, температурата му се повишава и при около 270°C то започва спонтанно да се разлага и в същото време се отделя топлина. Това е добре известната енотермична реакция, която протича при изгаряне на дървени въглища. На този етап започва еволюцията на страничните продукти от карбонизацията на дървесината. Тези вещества се отделят постепенно с повишаване на температурата и при около 450°C еволюцията е завършена. Твърдият остатък, въглен, е главно въглерод (около 70%) и малки количества катранени вещества, които могат да бъдат отделени или напълно разложени само чрез повишаване на температурата до над около 600°C.
При обичайната практика на изгаряне на дървени въглища с използване на вътрешно нагряване на заредената дървесина чрез изгаряне на част от нея, всички изпарения от странични продукти и газове излизат в атмосферата като дим. Страничните продукти могат да бъдат възстановени чрез преминаване на отделящите се газове през поредица от вода, за да се получи така наречената пиролигнева киселина, а некондензиращият дървесен газ преминава през кондензатора и може да бъде изгорен, за да осигури топлина. Дървесният газ може да се използва само като гориво и обикновено се състои от 17% метан; 2% водород; 23% въглероден окис; 38% въглероден диоксид; 2% кислород и 18% азот. Той има калоричност на газ от около 10,8 MJoules на m³ (290 BTU/cu.ft.), т.е. около една трета от стойността на природния газ.
12.1. Пролигнова киселина
12.1.1. Добивът на пиролигновата киселина
12.1.2. Рафиниране на пиролиновата киселина
Пролигневата киселина е името на суровия кондензат и се състои главно от вода. Това е силно замърсяваща, вредна корозивна течност, която трябва или да се обработи правилно, за да се получат вторични продукти за продажба, или да се изгори с помощта на друго гориво, като дървесина или дървесен газ, за да се изхвърли.
Неводният компонент се състои от дървесни катрани, както водоразтворими, така и неразтворими, оцетна киселина, метанол, ацетон и други сложни химикали в малки количества. Ако се остави да престои, пролигневата киселина се разделя на два слоя, включващи водонеразтворимия катран и воден слой, съдържащ останалите химикали. Възстановяването на неразтворимия във вода катран, често наричан дървесен или стокхолмски катран, е просто – той просто се декантира от водната фаза. Този дървесен катран се използва като ветеринарен антисептик, консервант за дърво, уплътнител и като заместител на пътния катран. Като цяло наличното количество и неговата цена и физически свойства го правят лош заместител на катрана, получен от нефтената и въглищната промишленост за използване в пътното строителство. Той обаче има ограничени пазари като специален индустриален химикал. Ако не може да се продаде, може да се изгори като течно гориво. От един тон суха дървесина обаче се получават само около 40 кг катран, т.е. около 4% добив.
Водният слой съдържа водоразтворими катрани, които са сложни катранени химикали, оцетна киселина, метанол, ацетон и метил ацетон и малки количества от по-сложни киселини и други вещества.
12.1.1. Добивът на пиролигнева киселина
Икономиката на възстановяването на страничните продукти зависи от добива на по-ценните компоненти, особено на оцетната киселина, но също и на сместа от метанол и ацетон. Добивът варира значително в зависимост от вида на дестилираното дърво. Дървесината с високо съдържание на пентозан като европейския бук (Fagus spp.) дава висок добив на киселина, евкалиптовото дърво дава ниски до междинни добиви. Добивите от дестилацията на дървесина, цитирани от различни автори, варират в широки граници. Не само видът на дървесината, но и типът на растението, неговата кондензационна ефективност, ефективността на рафинерията за странични продукти и т.н. всички ефектни добиви. Ето защо е от изключителна важност, преди да инвестирате в оползотворяване на странични продукти, да сте напълно сигурни какви добиви могат да се очакват. Например, завод в Европа, работещ с бук и близо до добри пазари за чиста оцетна киселина, може да бъде икономически изгоден. Но завод, работещ с евкалипт или смесена тропическа твърда дървесина, далеч от пазарите за продуктите си и получаващ само около половината от добива на киселина, може да бъде доста нерентабилен. Следователно са необходими подходящи пълномащабни тестове, за да се установи какви са вероятните добиви от действителната дървесина, която ще бъде карбонизирана. Внимателните пазарни и проектни проучвания са от съществено значение. За насоки следните добиви могат да се приемат като типични за широколистни твърди дървета в северното полукълбо:
Добив на тон (1 000 kg) въздушно суха дървесина
| Оцетна киселина | 50 кг |
| Метанол | 16 кг |
| Ацетон и метил ацетон | 8 кг |
| Разтворими катрани | 190 кг |
| Неразтворими катрани | 50 кг |
12.1.2. Рафиниране на пиролиновата киселина
За възстановяване на годни за продажба странични продукти от пиролиновата киселина е необходима рафинерия, донякъде подобна на малка петролна рафинерия, но изградена от неръждаема стомана или мед. В днешно време цената би била от порядъка на 5-10 милиона щатски долара, но е доста трудно да се даде точна цифра, тъй като такава рафинерия трябва да бъде специално проектирана и построена. Не са налични на склад.
Целият процес наподобява доста по завод и технология на петролна рафинерия, но в много малък мащаб. За разлика от рафинирането на нефт обаче, което използва суровина, която теоретично е 100% продаваема, рафинирането на пиролигновата киселина включва изхвърляне на около 90-95% от суровината като замърсена, непродаваема вода. Цялата пиролигнева киселина, без неразтворимия катран, трябва да се изпари, за да се отделят метанолът и оцетната киселина от разтворимите катрани. Изпаряването на вода е скъпо, тъй като изисква голямо количество гориво. Освен това, киселинните продукти са много корозивни и инсталацията трябва да бъде изградена от мед или за предпочитане от неръждаема стомана, което увеличава значително цената й. Продуктите се продават в конкуренция с продуктите на нефтохимическата промишленост и следователно конкуренцията е трудна. От кредитна страна, качеството на оцетната киселина е високо и обикновено може да се продава лесно. Но разстоянието от основните пазари намалява доходността. Въпреки че продължаването на работата на тези съществуващи инсталации за оползотворяване на вторични продукти от дестилация на дървесина може да бъде незначително рентабилно, изграждането на нови инсталации за оползотворяване на странични продукти изглежда малко вероятно. В бъдеще вероятно ще се наблюдава повишено възстановяване на катран за продажба и използване на отделените газове и пари от инсталациите за карбонизация за отопление на реторти и котли. Как да се направи това ефективно без инвестиция в скъпи инсталации обаче все още остава до голяма степен нерешен проблем.
Суровата кондензирана течност се декантира, за да се отдели неразтворим катран, който обикновено се продава без допълнителна обработка. Сега водната фаза трябва да бъде обработена, за да се възстановят три продаваеми продукта: метанол ацетон, оцетна киселина и разтворим катран. Най-ценна е оцетната киселина. Ликьорът се дестилира в първична пара, загрята дестилатор, за да се отделят метанол ацетон и оцетна киселина от разтворимите катрани. Разтворимите катрани остават на дъното на дестилатора и парите, състоящи се главно от метанол ацетон, оцетна киселина и отпадъци, преминават към дестилационна колона, която отделя суровия 85% метанол, съдържащ ацетон, от сместа на оцетна киселина и вода. Суровият метанол може да се продава като разтворител.
Понастоящем оцетната киселина е разтворител, извлечен от течната фаза с помощта на разтворител, обикновено етил ацетат или етер. Тези разтворители не се смесват с вода и разтварят или отделят оцетната киселина от водната фаза, оставяйки само следи от оцетна киселина във водната фаза. След възстановяването на всякакъв етилацетат или етер, разтворен във водната фаза, той се изхвърля на отпадъци. Все още може да съдържа около 0,1% оцетна киселина. Етилацетатният или етерен разтвор на оцетна киселина (около 3%) сега трябва да се обработи, за да се възстанови разтворителят за рециклиране и оцетната киселина за продажба. Разтворителят се дестилира във фракционираща колона, суровата оцетна киселина (70%), освободена от своя разтворител, се извежда от основата на колоната и се пречиства чрез фракционна дестилация до 90% или повече концентрация, в зависимост от изискванията на пазара. Разтворителят се рециклира, за да се извлече повече оцетна киселина от прясна суровина. Има малка загуба на разтворител, която се допълва при необходимост.
12.2. Малкомащабно възстановяване на катрани
12.2.1. Събиране на катрана
Възстановяването за продажба на някои от катраните, произведени при карбонизиране, е възможно в малък мащаб и сега се извършва от някои производители на дървени въглища.
Неразтворимите катрани се наричат така, защото се отделят като отделна черна катранена фаза, когато изпаренията, отделени от ретортата или пещта, се кондензират. Другата фаза в кондензата е основно отпадък, съдържащ оцетна киселина, метанол, ацетон и така наречените разтворими катрани, които са сложни подобни на катран съединения, които се смесват с вода и не се отделят като отделна фаза. Неразтворимият катран е продуктът, известен в търговската мрежа като стокхолм или дървесен катран. Тези катрани са химически сложни, но съдържат определени фенолни съединения, особено гвиакол, които са полезни антисептици и консерванти. Стокхолмският катран се използва във ветеринарната медицина, като уплътняващ агент в строителството на лодки и като консервираща дърво боя или мастика. Днес в развития свят стокхолмският катран се замества с различни други вещества. Независимо от това, в развиващия се свят може да има пазари за дървесен катран като консервираща дърво боя и уплътняващо съединение. Възможна е и известна употреба като антисептик. Въпреки че този катран може да се използва като свързващо вещество за пътища, малките и спорадични налични количества и ниската цена и големите количества пътен катран, произвеждан от промишлеността на шахтите, правят този изход непривлекателен. Цената на дървесния катран на мястото на производство на дървени въглища трябва да бъде малко по-висока от тази на пътния катран. Катранът може да се изгаря като гориво, но като цяло е по-разумно да се използва дървесина, когато е възможно, а събирането на катран само за изгарянето му едва ли си струва необходимите усилия. Дървесният катран е по-ценен за други цели.
12.2.1. Събиране на катрана
Катранът може да се кондензира обикновено навсякъде, където изпаренията от пещта преминават през метален димоотвод. Топлината се губи във въздуха през металната стена на димоотвода и катранът кондензира върху вътрешната повърхност. Димоотводът трябва да бъде наклонен или за предпочитане вертикален, за да позволи на катрана да се оттича в приемник, в противен случай натрупването на катран по стените на димоотвода действа като изолатор и кондензацията практически спира. В същото време може да се кондензира малко кисела вода, но тя лесно се отделя от събрания катран.
Не е възможно да се кондензира катран от тухлени димоотводи, тъй като тяхната проводимост е твърде ниска, за да позволи на катрана да кондензира в значително количество.
Необходими са метални (стоманени) димоотводи и това изисква умения за обработка на метал и наличие на подходяща стомана. Двата вида пещи, които са най-подходящи за събиране на катран, са преносимият метален тип и пещта Casamance или всеки друг тип, оборудван със стоманен комин. Във всички случаи комините трябва да бъдат модифицирани, за да позволят на кондензирания катран да се оттича в някакъв приемник. Други видове карбонизатори обикновено не се модифицират за събиране на катран или защото димът не излиза през димоотвод, например системата от шахти, или защото цената и проблемите на модификацията са твърде големи, за да си струва възстановяването на катрана.
Количеството катран, което може да се събере на практика не е голямо. На практика от всеки тон въздушно суха дървесина могат да се съберат около 25-35 кг катран. Трудно е да се определи стойност, но около 0,50 щатски долара за кг е разумно предположение.
Възстановяване на странични продукти от карбонизация на твърда дървесина
карбонизация на твърда дървесина
| Ivan Stoyanov |
|
| Smith |
|
| GALLIL |
|
|
РЕЗЮМЕ
Възстановяване на странични продукти от карбонизация на твърда дървесина |
5.0
|
**************************************************
Можете да закупите дървени въглища - Mr. PER на:
- Пишете в WhatsApp като натиснете ТУК!
- Пишете ни във Вайбър като натиснете ТУК!
- ел. поща: [email protected]
- +359 886 66 79 79
- Интернет сайт: www.darvenivaglishta.bg
