Спосіб одержання деревного вугілля

Спосіб одержання деревного вугілля шляхом піролізу деревної сировини, який відрізняється тим, що піроліз здійснюють під впливом НВЧ електромагнітного випромінювання частотою 2450 ± 50 МГц протягом 1 0 - 1 5 хвилин у присутності добавки графіту, що складає 3 - 5% від маси деревної сировини. Корисна модель відноситься до галузі піролізу деревної сировини, зокрема, до способу одержання деревного вугілля, що може бути використаний у якості вуглецевих відновників у хімічній і металургійній промисловості. Відомий спосіб одержання деревного вугілля шляхом попереднього підсушування деревних відходів при температурі 230-250 °С до кінцевої вологості 13-16% і наступного їх піролітичного розкладання в камері "киплячого шару" при температурі 800°С протягом 15 хв. Вихід деревного вугілля - 30-32% (1). Недоліками способу є необхідність попереднього підсушування сировини, що піддається переробки, до регламентованої вологості 13-16%, висока температура процесу піролізу (800°С). Відомий спосіб одержання деревного вугілля, що полягає в піролізі дисперсного целюлозувмістного матеріалу шляхом нагрівання газоподібним теплоносієм, що містить водяну пару. Процес здійснюють при температурі 600°С протягом 3-30 хв. при масовому співвідношенні водяна пара: абсолютно суха деревина 0,6-1,бкг/кг. У результаті одержують продукт із виходом 22-28%, що має адсорбційну активність по йоду в межах 15-23% (2). Недоліками способу є низька адсорбційна активність по йоду одержуваного вугілля, необхідність підтримування в ході процесу співвідношення водяна пара : абсолютно суха деревина 0,61,6кг/кг при температурі 600°С. Даний спосіб обраний як прототип, тому що по сутності технічного рішення (високотемпературний піроліз), виходу і фізико-хімічним властивостям одержуваних продуктів (адсорбційна активність по йоду) є найбільш близьким до способу, що заявляється. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення адсорбційної активності деревного вугілля по йоду (до 46-64%) при зниженні до 350400°С температури піролізу деревної сировини. Поставлена задача досягається шляхом піролізу деревної сировини під впливом надвисокочастотного (НВЧ) електромагнітного випромінювання частотою 2450±50МГц протягом 10-15 хв. у присутності графіту, узятого в кількості 3-5% від маси сировини. Процес здійснюють при 350-400°С в герметичній реакційній камері, постаченої пристроями для введення НВЧ-енергії, відводу газоподібних і рідких продуктів реакції, у якій розміщають суміш деревної тирси і графіту. При піролізі використовувався лускатий графіт ГЛ-1 за ДСТ СРСР 4596-75 виробництва Завал'євського графітового комбінату (Україна). Використання частоти 2450±50МГц обумовлено високим коефіцієнтом корисної дії і простотою конструкції НВЧ-генератора електромагнітного випромінювання даної частоти. Крім того, ця частота входить у діапазон частот, дозволених до використання в промисловості. Коливання частоти в межах ±50МГц, що складають 2% від середнього значення (2450МГц) визначаються технічними характеристиками викори ю со (О О) 6351 стовуваного НВЧ-генератора електромагнітного випромінювання У результаті піролізу одержують деревне вугілля з виходом 19-32%, що має адсорбційну активність по йоду 46-64% (за ДСТ СРСР 6217-74) і сумарну пористість по вологоємності 2,123,17см7г(за ДСТСРСР 17219-71) Істотними ВІДМІННОСТЯМИ пропонованого способу є застосування НВЧ-електромагнітного випромінювання для проведення піролізу, використання графіту як діелектричної добавки, що сприяє перетворенню електромагнітної енергії в теплову та збільшує швидкість процесу утворення деревного вугілля Як відомо, при впливі НВЧ-електромагнітного поля на деревну сировину відбувається поглинання електромагнітної енергії за рахунок діелектричних утрат, зв'язаних з дипольною і структурною поляризацією макромолекул матеріалу, що переробляється Це викликає нагрівання й інтенсифікує процес термодеструкции деревини Найважливішим наслідком дії НВЧвипромінювання при синтезі деревного вугілля є створення умов сприятливих для формування упорядкованих полісупряжених вуглецевих систем, що мають пористу високорозвинену структуРУ Експериментальне встановлено, що процентний вміст графіту в суміші в межах 3-5 мас % і час проведення піролізу протягом 10-15 хв є оптимальними і приводять до утворення деревного вугілля з високими якісними показниками (адсорбційна активність по йоду, сумарна пористість по вологоємності) Зниження КІЛЬКОСТІ графіту в суміші, так само як і зменшення часу проведення процесу, приводить до зниження адсорбційної активності по йоду і сумарній пористості одержуваного деревного вугілля Збільшення вмісту графіту в суміші і часу НВЧ-обробки реакційної маси недоцільно, тому що не поліпшує ЯКІСНІ показники одержуваного продукту (див таблицю) Приклад 1 У реактор, постачений пристроями для введення НВЧ-електромагнітного випромінювання і відводу газоподібних і рідких продуктів реакції, завантажують суміш 150г деревної тирси та 4,5г графіту і піддають впливу електромагнітного випромінювання з частотою 2450±50МГц при температурі 350°С протягом 10 хв Вихід деревного вугілля 19%, адсорбційна активність по йоду 46,3%, сумарна пористість по вологоємності 2,12см3/г Приклади 2-5 здійснюють аналогічно прикладу 1, використовуючи різний процентний вміст графіту в суміші Виходи і фізико-хімічні властивості отриманого вугілля наведені в таблиці Приклад 6 У реактор, постачений пристроями для введення НВЧ-електромагнітного випромінювання і відводу газоподібних і рідких продуктів реакції, завантажують суміш 150г деревної тирси та Зг графіту і піддають впливу електромагнітного випромінювання з частотою 2450±50МГц протягом 15 хв Вихід деревного вугілля 16%, адсорбційна активність по йоду 33,4%, сумарна пористість по вологоємності 2,00см /г Приклад 7 У реактор, постачений пристроями для введення НВЧ-електромагнітного випромінювання і вщводугазоподібних І рідких продуктів реакції, завантажують суміш 150г деревної тирси та 6г графіту і піддають впливу електромагнітного випромінювання з частотою 2450±50 МГц при температурі 350°С протягом 5 хв Вихід деревного вугілля 18%, адсорбційна активність по йоду 37,6%, сумарна пористість по вологоємності 2,08см3/г Приклади 8-9 здійснюють аналогічно прикладу 7, збільшуючи час обробки до 15 хв Вихід деревного вугілля за прикладом 8-32%, активність по йоду - 64,7%, сумарна пористість по вологоємності - 3,17см /г, для приклада 9 ВІДПОВІДНО - 3 1 % , 64,5%, 3,1 Зсм3/г Приклад 10 У реактор, постачений пристроями для введення НВЧ-електромагнітного випромінювання і відводу газоподібних і рідких продуктів реакції, завантажують суміш 150г деревної тирси та 6г графіту і піддають впливу електромагнітного випромінювання з частотою 2450±50 МГц при температурі 380°С протягом 20 хв Вихід деревного вугілля 32%, адсорбційна активність по йоду 64,6%, сумарна пористість по вологоємності 3,16см3/г Приклад 11 У реактор, постачений пристроями для введення НВЧ-електромагнітного випромінювання і відводу газоподібних і рідких продуктів реакції, завантажують суміш 150г деревної тирси та 7,5г графіту і піддають впливу електромагнітного випромінювання з частотою 2450±50МГц при температурі 400°С протягом 15 хв Вихід деревного вугілля 30%, адсорбційна активність по йоду 63,6%, сумарна пористість по вологоємності 3,09см3/г Приклад 12 У реактор, постачений пристроями для введення НВЧ-електромагнітного випромінювання і відводу газоподібних і рідких продуктів реакції, завантажують суміш 150г деревної тирси та 7,5г графіту і піддають впливу електромагнітного випромінювання з частотою 2450±50МГц при температурі 350°С протягом 5 хв Вихід деревного вугілля 20%, адсорбційна активність по йоду 38,0%, сумарна пористість по вологоємності 2,11см3/г Приклад 13 У реактор, постачений пристроями для введення НВЧ-електромагнітного випромінювання і відводу газоподібних і рідких продуктів реакції, завантажують суміш 150г деревної тирси та 4,5г графіту і піддають впливу електромагнітного випромінювання з частотою 2450±50МГц при температурі 350°С протягом 15 хв Вихід деревного вугілля 24%, адсорбційна активність по йоду 60,2%, сумарна пористість по вологоємності 2,88см3/г Приклад 14 У реактор, постачений пристроями для введення НВЧ-електромагнітного випромінювання і відводу газоподібних і рідких продуктів реакції, завантажують суміш 150г деревної тирси та 10,5г графіту і піддають впливу електромагнітного випромінювання з частотою 2450±50МГц при температурі 400°С протягом 15 хв Вихід деревного вугілля 27%, адсорбційна активність по йоду 63,5%, сумарна пористість по вологоємності 3,10см3/г 6351 Таблиця 1 Властивості де ревного вугілля сумарна пористість ВИХІД,% адсорбційна активПО ВОЛОГОЄМНОСТІ, ність по йоду, % см3/г 1 46,3 2,12 19 2 49,3 2,42 22 3 50,8 2,44 27 4 52,4 2,51 29 5 31,8 2,02 14 33,4 6 2,00 16 7 37,6 2,08 18 64,7 3,17 8 32 64,5 3,13 9 31 64,6 3,16 10 32 63,6 11 3,09 ЗО 12 38,0 20 2,11 602 13 2,88 24 14 63,5 3,10 27 15-23 15* 22-28 Джерела інформації * - Відомий спосіб - прототип 1. Пат РФ 2036949, МКИ С 10 В 53/02, «СпоДо переваг запропонованого способу варто соб получения древесного угля», заявл. 24.06.92, віднести. опубл. 09.06.95. Бюл. № 16. - збільшення адсорбційної активності одержу2. Пат СССР 1808003, МПК С 10 В 53/02, ваного деревного вугілля по йоду до 46-64%; «Способ получения древесного угля», заявл - зниження температури реакції піролізу до 09.07.90, опубл. 07.04.93 Бюл. № 13. 350-400°С. № прикл. Умови проведення піролізу вміст графіту час обробки, в суміші, хв. мас.% 3 10 4 10 5 10 7 10 2 10 2 15 4 5 4 15 4 13 4 20 5 15 5 5 3 15 7 15 3-30 Комп'ютерна верстка Г Паяльніков Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601