Получение активных углей из березовой щепы различного качества

В связи с устойчивой тенденцией к расширению применения активных древесных углей для доочистки питьевой воды, в пищевой промышленности, энергетике и других отраслях народного хозяйства, большое значение приобретает совершенствование технологии производства активных древесных углей.

Как известно, российская технология активных древесных углей имеет ряд особенностей, мешающих ей конкурировать с зарубежными производителями аналогичной продукции. Основная из них — морально устаревшая технология, основанная на переработке кусковой древесины и последующей переработке кускового древесного угля.

В настоящее время производство активных углей (АУ) осуществляется в аппаратах различных конструкций, общим недостатком которых является высокая себестоимость активного угля, связанная в основном с высоким расходом пара (до 30 т на 1 тонну продукта) и угля-сырца (до 5 т на 1 тонну продукта). Кроме того, существующие технологии пиролиза древесины и активации древесного угля оказывают значительное воздействие на окружающую среду. Перспективы развития технологии и активации древесного угля во многом связаны с решением проблем экологической опасности производства, в частности с решением вопроса эффективной утилизации ПГС. Проблема создания экологически безопасной технологии активации древесного угля является актуальной.

Кроме того, использование для производства активных углей только стволовой древесины не позволяет увеличить степень использования биомассы дерева за счет дополнительного вовлечения в переработку мелких кусковых отходов деревообрабатывающей промышленности, а также тонкомерной древесины и древесины сучьев.

Проблема комплексного использования древесины и ее отходов является актуальной. Структура лесопромышленного производства страны несовершенна, значительная часть древесины не находит применения (используется не более 40% биомассы дерева). Заготовленная древесина преимущественно используется в круглом виде и для лесопиления. Из 1 м³ заготовленной древесины в России производится в 3 — 4 раза меньше продукции глубокой переработки, чем в развитых странах. При тех же количествах заготавливаемой древесины выпуск продукции по сравнению с современным уровнем может быть увеличен в 2 раза только за счет полного и комплексного использования древесины и отходов. Стратегическим направлением стабилизации и развития предприятий лесного комплекса является крутой поворот в сторону глубокой механической и химико-механической переработки древесины с максимальным вовлечением в производство мелкотоварной и низкокачественной древесины.

В стране практически не перерабатывается термическим способом некондиционное березовое сырье, хотя ресурсы его позволяют полностью отказаться от переработки стволовой древесины. Такое сырье как тонкомер и сучья практически не используется. Большой научный и практический интерес представляет изучение возможности использования тонкомерной древесины для производства активных древесных углей. Пиролизные заводы стремятся использовать в качестве сырья только березовую древесину диаметром ствола 1530 см и неохотно используют более тонкую древесину. В то же время имеются большие ресурсы тонкомерной древесины, не находящей квалифицированного применения. Для проведения рубок ухода в молодняках, дающих сырье для технологических нужд, в первую очередь удаляется береза, 70% которой представлено тонкомерной древесиной. Сучья и ветви составляют до 12% биомассы дерева и полное их использование, кроме получения ценной продукции, позволит значительно снизить пожарную опасность и ущерб, наносимый народному хозяйству и окружающей природной среде.

В России, как уже упоминалось, практически не перерабатываются термическим методом мелкие кусковые отходы, поэтому техника для получения древесного угля предназначена, прежде всего, для переработки стволовой древесины и ее кусковых отходов с получением крупнокускового древесного угля. По этой причине вопросы использования березовой щепы различного качества для получения активного древесного угля еще недостаточно изучены.

Основным направлением совершенствования технологии получения активных древесных углей, по нашему мнению, является использование технологии, позволяющей существенно снизить себестоимость продукции за счет снижения удельных норм расхода пара и угля-сырца, а также уменьшить экологическую опасность производства.

Цель и задачи исследования

.

Целью работы является разработка научно — обоснованной технологии производства древесных АУ из березовой щепы различного качества.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить ряд конкретных задач:

1. Получить древесные угли (ДУ) на основе березовой щепы различного качества.

2. Исследовать влияние качества сырья и технологических факторов на выход и свойства ДУ из березовой щепы различного качества.

3. Получить образцы березовых АУ путем проведения парогазовой активации.

4. Изучить влияние качества сырья и технологических факторов на выход и качество АУ.

5. Определить оптимальные условия активации ДУ, полученного из березовой щепы различного качества.

6. Провести испытания полученных АУ.

7. Разработать технологию производства АУ из березовой щепы различного качества и дать ее технико-экономическую оценку.

Место проведения исследований и объекты исследования.

Работа проводилась на кафедре химической технологии древесины Уральского государственного лесотехнического университета (УГЛТУ) — на АООТ «Алкона», г. Екатеринбургна Западной фильтровальной станции, г. Екатеринбург. В качестве объектов исследования использовались образцы березовой древесины различного качества, а также полученные из них ДУ и АУ. Достоверность и обоснованность результатов.

Достоверность результатов и выводов обеспечена использованием в работе стандартных методик по исследованию состава и свойств древесного сырья, ДУ и АУ, приведенных в действующей нормативной документации (ГОСТах) и проверенных методов математической обработки результатов экспериментов.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследований свойств ДУ из березовой щепы различного качества.

2. Результаты исследований пористой структуры и адсорбционных свойств АУ из березовой щепы различного качества.

3. Технологическая схема получения АУ из березовой щепы различного качества.

Научная новизна работы:

— впервые показана зависимость выхода и свойств ДУ и АУ от качества исходной березовой щепы;

— получены статистические модели пиролиза и активации, установлено влияние основных технологических факторов на выход и свойства продуктов;

— впервые разработана гибкая технология производства АУ из березовой щепы различного качества.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

По результатам исследования проведены наработки березовых АУ и проведены испытания их свойств на опытных установках по доочистке питьевой воды на Западной фильтровальной станции г. Екатеринбурга и очистке сортировки на ликеро-водочном предприятии АООТ «Алкона» г. Екатеринбурга. По результатам испытаний имеются акты о целесообразности и перспективности применения АУ, полученных по новой технологии.

Технико-экономические расчеты показали эффективность разработанной технологии переработки березовой щепы различного качества на АУ. Предложенная технология позволяет вовлечь в переработку такое практически неиспользуемое сырье как древесина сучьев и тонкомер.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно — технических конференциях и симпозиумах: в Екатеринбурге (1997.2000 г.), Казани (1996 г), Москве (1996 г), Сыктывкаре (1998 г), Красноярске (1998 г), Зволене (Словакия, 1998 г).

Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных трудов:

1. Юрьев Ю. Л., Семенов В. Э., Штеба Т. В. Изменение свойств древесной матрицы в процессе термообработки // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений. (Материалы Восьмой Международной конференции молодых ученых: тезисы докладов). — Казань, 1996.-С. 142−143.

2. Юрьев Ю. Л., Штеба Т. В., Семенов В. Э. Изменение пористой структуры древесной матрицы в процессе термообработки // Строение, свойства и качество древесины. (Материалы второго Международного симпозиума: тезисы докладов). — Москва, 1996. — С. 89−90.

3. Юрьев Ю. Л., Штеба Т. В., Гомзикова Н. М., Демин И. А., Семенов В. Э. Исследование процесса активации древесных углей различного происхождения // Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса. (Материалы Областной, конференции: тезисы докладов). — Екатеринбург, 1997. — С. 144−145.

4. Юрьев Ю. Л., Штеба Т. В., Демин И. А., Семенов В. Э. Испытания процесса доочистки питьевой воды с применением активных древесных углей // Отчет по теме Nr.p.1 970 009 861. Екатеринбург: УГЛТА, 1997. — 84с.

5. Юрьев Ю. Л., Штеба Т. В., Демин И. А. Новая технология получения активных древесных углей // Лесохимия и органический синтез. (Материалы третьего Всероссийского совещания: тезисы докладов). — Сыктывкар, 1998. -234 с.

6. Юрьев Ю. Л., Штеба Т. В., Демин И. А. Применение активных древесных углей для доочистки питьевой воды // Перспективные материалы, технологии, конструкции. (Материалы четвертой Всероссийской конференции: тезисы докладов). — Красноярск, 1998. — С. 547.

7. Y. Yuriev, I. Demin, T. Shteba. Manufacture and application of the plant-based sorbents: Тез.докл. II. International symposium «Chosen processes at the chemical wood processing» — Zvolen, Slovak Republic, 1998 — C. 215.

8. Юрьев Ю. Л., Штеба T.B., Демин И. А., Куприянова Т. А., Полякова К. В., Цеулин А. Б. Исследование процесса пиролиза березовой щепы древесины разного возраста // Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса. (Материалы Международной научно-технической конференции: тезисы докладов). -Екатеринбург, 1999 -С. 177.

9. Юрьев Ю. Л., Демин И. А., Штеба Т. В., Воронков А. В., Ломовцев В. А. Испытания активных древесных углей для доочистки питьевой воды // Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса. (Материалы Международной научно-технической конференции: тезисы докладов) Екатеринбург, 1999. — С. 69.

10. Ткачев К. В., Стахровская Т. Е., Штеба Т. В., Демин И. А., Юрьев Ю. Л. Разработка технологии получения активного угля — сорбента для очистки воды. // Чистая вода России 99. (Материалы международного симпозиума и выставки: тезисы докладов) — Екатеринбург, 1999. С. 130−131.

11. Полякова К. В., Штеба Т. В., Юрьев Ю. Л. Эффективность и варианты сжигания парогазовой смеси пиролиза древесины // Материалы научно-технической конференции студентов и аспирантов: тезисы докладов — Екатеринбург, 2000. — С. 42.

12. Юрьев Ю. Л., Орлов В. П., Панюта С. А., Штеба Т. В. Проблемы аппаратурного оформления процессов переработки измельченной древесины в активные угли.// Изв. ВУЗов. Лесной журнал. — Архангельск. — 2000. — № 5−6. — С. 52−57.

13. Юрьев Ю. Л., Штеба Т. В., Стахровская Т. Е., Панюта С. А. Разработка технологии активации древесных углей. // Экологические проблемы и химические технологии. (Сборник научных трудов УГЛТА). — Екатеринбург. — 2000. -С. 83−89.

Структура и объем диссертации

.

Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической, экспериментальной и технологической частей, заключения, выводов, библиографического списка из 123 наименований, приложений, включающих данные статистической обработки результатов, тепловые балансы, характеристики оборудования, калькуляции себестоимости, результаты испытаний АУ. Материал изложен на 155 страницах машинописного текста, включая 31 таблицу и 38 рисунков.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ.

В результате проведенных исследований разработана научно — обоснованная технология получения конкурентоспособных АУ стабильного качества из щепы на основе березового тонкомера и сучьев.

1. Изучено влияние качества березовой древесины на выход и свойства древесных углей. Показано, что выход ДУ зависит от суммарного содержания лигнина и целлюлозы в древесине. Показано, что наибольшее значение адсорбционной активности по йоду и суммарного объема пор наблюдается у ДУ из тонкомерной древесины. Это объясняется исходным строением древесной матрицы тонкомерной древесины, что в конечном итоге делает ее углеродную матрицу наименее устойчивой к действию температуры.

2. Изучено влияние температуры и продолжительности процесса на выход и свойства ДУ из березовой щепы. Показано, что процесс пиролиза проходит в основном в кинетической области.

3. Определен оптимальный режим получения древесных углей как сырья для активации из березовой щепы различного качества: температура процесса — не ниже 500 °C, продолжительность — 20 мин.

4. Изучено влияние технологических факторов активации на выход и качество активных углей. Выявлено, что наиболее устойчивой к действию температуры и водяного пара является древесина сучьев, наименее устойчиватонкомерная древесина. Показано, что при переходе к более плотной матрице влияние таких факторов как температура и расход пара ослабевает, но начинает оказывать влияние продолжительность активации, что указывает на переход процесса в диффузионную область. Показано, что наиболее легко активируются ДУ из крупномерной древесины. Данный факт можно объяснить наиболее высоким отношением «лигнин — целлюлоза», так как уголь, получаемый из лигнина, имеет аморфную структуру и быстрее реагирует на воздействие водяного пара.

5. Показано, что ДУ, полученный из березовой щепы, активируется эффективнее, чем промышленный березовый уголь, т. е. при равном расходе пара на активацию дает повышенный выход АУ с высокой активностью по йоду.

6. Определены оптимальные режимы активации древесных углей, полученных из березовой щепы различного качества. Для ДУ из крупномерной древесины рекомендуется следующий режим активации: температура 820 °C, удельный расход пара — 1,4 кг/(кг ДУ), продолжительность процесса — 1,75 ч. Для ДУ из тонкомерной древесины: температура 810 °C, удельный расход пара — 1,2 кг/(кг ДУ), продолжительность — 1,75 ч. Для ДУ из древесины сучьев: температура 825 °C, удельный расход пара — 1,5 кг/(кг ДУ), продолжительность -1,75 ч.

7. Разработана новая гибкая технология, позволяющая получать активные угли из березовой щепы различного качества и при необходимости дополнительно выделять смолу без полной конденсации ПГС.

8. С положительными результатами проведены испытания полученных активных углей по доочистке питьевой воды (Западная фильтровальная станция г. Екатеринбурга) и по очистке водно-спиртовой смеси (АООТ «Алкона»).

9. Показано, что организация производства активных углей по предложенной технологии является экономически целесообразной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В соответствии с поставленной целью разработана научно-обоснованная технология производства активных древесных углей из березовой щепы различного качества.

Исследование химического состава древесного сырья показало, что различия в содержании целлюлозы, лигнина и минеральных веществ не могут служить препятствием для получения активных углей высокого качества из древесной щепы разного качества.

Электронная микроскопия древесины и древесного угля показала, что в процессе пиролиза происходит изменение пористой структуры древесной матрицы: заметно увеличивается пористость волокон при незначительном увеличении пористости сосудов. Под действием высокой температуры происходит выгорание межклеточного вещества и клеточных стенок (их толщина снижается примерно в три раза), нарушаются соединения между отдельными элементами сосудов.

Исследовано влияние технологических факторов на выход и качество древесных углей. Для всех образцов наблюдалась сходная картина влияния температуры на выход и свойства древесных углей, причем влияние конечной температуры пиролиза на выход угля ослабевает с ее ростом, что связано с повышением термической устойчивости образующейся углеродной матрицы.

При сравнительно невысоких температурах пиролиза (400 — 500 °С) выход ДУ из древесины тонкомера и сучьев существенно ниже, чем из крупномерной древесины, но с повышением конечной температуры различия между образцами сглаживаются. Полученные зависимости являются, по нашему мнению, следствием различного химического состава исходной древесины. Содержание углеобразующих компонентов (лигнина и целлюлозы) в спелой древесине выше, чем у тонкомера и сучьев. При высоких температурах пиролиза выход ДУ для всех образцов выравнивается.

С ростом температуры содержание нелетучего углерода и зольность ДУ увеличиваются. На содержание нелетучего углерода во всех образцах ДУ основное влияние оказывает температура. Влияние температуры процесса и его продолжительности на содержание нелетучего углерода в ДУ постоянно ослабевает с повышением жесткости проведения процесса, что связано с повышением термоустойчивости образующейся углеродной матрицы. Содержание нелетучего углерода характеризует качество ДУ как восстановителя. При равной конечной температуре пиролиза наибольшее его значение имеет ДУ из крупномерной древесины, наименьшее — ДУ из сучьев. Нами установлена связь между содержанием целлюлозы в исходной древесине и содержанием термически устойчивого углерода в древесном угле. Поскольку большее содержание целлюлозы наблюдается в крупномерной древесине, то и содержание нелетучего углерода у ДУ из крупномерной древесины будет выше по сравнению с другими образцами.

Наибольшую зольность имеют ДУ, полученные из тонкомерной древесины, что и предполагалось ранее, поскольку изначально зольность тонкомерной древесины выше зольности остальных образцов.

Установлено, что при температуре пиролиза около 500 °C наблюдается максимальное развитие пористой структуры древесного угля, при дальнейшем повышении температуры выявлено уменьшение суммарного объема пор, что можно объяснить уплотнением структуры углеродной матрицы.

Наиболее развитой пористостью обладают ДУ, полученные из тонкомерной древесины, так как молодая древесина имеет более рыхлую структуру клеточных стенок, обеспечивающую лучший доступ питательных веществ. По этой причине ДУ из тонкомерной древесины имеют более высокие значения по суммарному объему пор и адсорбционной активности по йоду. Адсорбционная активность по йоду, характеризующая развитие микропористой структуры, с повышением температуры для всех образцов углей возрастает, а в интервале температур 600.700 °С отмечается стабилизация этого показателя и дальнейшее развитие микропор возможно только за счет проведения парогазовой активации.

Из экспериментальных данных следует, что организация процесса пиролиза березовой древесины разного качества при конечной температуре 500 °C и продолжительности 20 минут обеспечивает приемлемый выход ДУ при максимально высоком суммарном объеме пор и хорошо развитой микропористости. Древесные угли, полученные в выбранных условиях, имеют сформированную углеродную матрицу и могут использоваться в качестве сырья для активации.

В выбранном режиме пиролиза наработаны партии древесных углей из березовой щепы различного качества, из которых получены образцы древесных активных углей путем проведения парогазовой активации.

Для определения оптимальных условий активации было изучено влияние действующих факторов активации на выход и качество активных углей. Выход активного угля во всех случаях находится в обратной зависимости от температуры активации и удельного расхода пара, причем расход пара оказывает большее влияние. Это говорит о меньшей устойчивости углеродной матрицы к окислению, чем к действию температуры. Продолжительность процесса активации является значимой для активных углей, полученных из древесины сучьев, что указывает на диффузионный характер процесса.

С увеличением температуры активации и удельного расхода пара увеличивается суммарный объем пор, расход пара при этом оказывает несколько большее влияние, т.к. основной объем пор образуется за счет окисления поверхности угля водяным паром, а не за счет термораспада.

Зольность всех образцов АУ напрямую зависит от температуры активации и удельного расхода пара. Величина зольности получаемых активных углей линейно коррелирует с их выходом.

Активность по йоду для всех трех образцов активных углей в наших условиях напрямую зависит от температуры активации и удельного расхода пара. Учитывая, что при получении углей БАУ микропористая структура обусловлена в основном раскрытием первичной пористости угля-сырца, понятно, что в этом процессе примерно одинаковое значение имеет термическое и окислительное воздействие на смоляные перегородки для раскрытия замкнутых пор. На адсорбционную активность АУ, полученных из крупномерной древесины и сучьев, значимое влияние оказывает продолжительность процесса.

Экспериментально показано, что наименее устойчивым к действию температуры и удельного расхода пара является ДУ из тонкомерной древесины, наиболее устойчив — ДУ из древесины сучьев. По нашему мнению, это объясняется различной устойчивостью исходной древесной матрицы и генетически связанной с ней устойчивостью матрицы древесного угля. При переходе к более плотной углеродной матрице влияние температуры и расхода пара ослабевает, но начинает оказывать существенное влияние продолжительность активации, что указывает на переход процесса в диффузионную область. Это видно из сопоставления уравнений регрессии, полученных для выхода активного угля, суммарного объема пор, зольности и адсорбционной активности по йоду исследуемых образцов. Как и предполагалось, зольность активного угля, полученного на основе тонкомерной древесины, выше, чем у образцов АУ из крупномерной древесины и сучьев, однако в выбранных условиях активации этот показатель не выходит за рамки стандарта.

Нами проведены исследования по изучению влияния удельного расхода пара на выход и адсорбционную активность по йоду АУ, полученных на основе трех образцов древесины: крупномерной, тонкомерной и древесины сучьев. Выявлено, что наиболее устойчивыми к действию водяного пара являются древесные угли, полученные из древесины сучьев. Выход АУ в данном диапазоне изменения фактора линейно падает с увеличением удельного расхода пара, поэтому предпочтительней проводить процесс при небольших расходах пара. Зависимость адсорбционной активности по йоду от удельного расхода пара является корреляционной линейной. Наиболее подвержены активации ДУ, полученные из крупномерной древесины, это, по нашему мнению, объясняется разлиниями в химическом составе исходной древесины, а именно наиболее высоким соотношением лигнин-целлюлоза в крупномерной древесине. Уголь, получаемый из лигнина, имеет аморфную структуру, поэтому он быстрее реагирует на воздействие водяного пара.

Далее мы провели сравнительные исследования о влиянии удельного расхода пара на выход и качество АУ, полученных на кафедре из березовой щепы и промышленных образцов ДУ из стволовой древесины. Выход АУ, полученных активацией древесных углей из щепы крупномерной древесины выше по сравнению с углями промышленных образцов. Более высокий выход объясняется качеством древесного сырья и условиями проведения пиролиза древесины. Древесный уголь получали на кафедре путем пиролиза березовой щепы при конечной температуре 500 °C. В отличие от промышленного ДУ ВСЛХЗ, полученного при более низкой температуре, лабораторный ДУ имеет более сформированную углеродную матрицу, кроме того, промышленный кусковой уголь характеризуется неравномерностью состава и свойств по сечению куска угля. В результате активный уголь, полученный из такого угля-сырца, имеет нестабильное качество и пониженный выход.

На основе экспериментальных данных нами определены оптимальные режимы активации древесных углей, полученных из березовой щепы различного качества. Для ДУ из крупномерной древесины рекомендуется следующий режим активации: температура — 820 °C, удельный расход пара — 1,4 кг/кг ДУ, продолжительность — 1,75 часа. Для ДУ из тонкомерной древесины: температура — 810 °C, удельный расход пара — 1,2 кг/кг ДУ, продолжительность — 1,75 часа. Для ДУ из древесины сучьев: температура 825 °C, удельный расход пара -1,5 кг/кг ДУ, продолжительность — 1,75 часа. В выбранных режимах активации были наработаны партии активных углей, которые успешно прошли испытания на опытной установке по доочистке питьевой воды на Западной фильтровальной станции г. Екатеринбурга, а также по очистке водно-спиртовой смеси на АООТ «Алкона». Акты испытаний приведены в приложении 6.

Результаты проведенных исследований послужили основанием для создания технологии получения активных углей из березовой щепы различного качества.

Данной технологией предусмотрена переработка практически неиспользуемого в настоящее время сырья — тонкомерной древесины и древесины сучьев. Предлагаемая проектная мощность производства активных углей — 1000 т в год, из них 80% марки БАУ (БАУ-А и БАУ-МФ) и 20% - марки ОУ. Таким образом, проектная мощность производства активных углей: марки БАУ (БАУ-А и БАУ-МФ) — 800 т/год и марки ОУ — 200 т/год.

Для проведения процесса пиролиза древесной щепы нами выбрана барабанная вращающаяся реторта, которая обеспечивает выпуск продукции стабильного качества при высокой удельной производительности оборудованиядо 100 кг ДУ/(м рабочего объема*час). При использовании внешнего обогрева она характеризуется низким пылеуносом и высокой теплотворной способностью парогазовой смеси. Эффективность утилизации ПГС заключается в ее сжигании и использовании образующихся дымовых газов в качестве теплоносителя для проведения процессов пиролиза и сушки. ПГС сжигается полностью или частично, при этом часть ПГС конденсируется и отбирается в виде смолы. На основании этого нами разработаны две технологические схемы производства активного угля. Вариант, А — схема с полным сжиганием ПГС, вариант Б — схема с частичным отбором смолы.

Наиболее приемлемым аппаратом для активации ДУ, по нашему мнению, является барабанная печь с зигзагообразной вставкой, обогреваемой кондук-тивным методом. Использование внешнего обогрева позволяет получить неразбавленные теплоносителем высококалорийные газы активации. Они имеют высокую теплотворную способность и сжигаются с целью получения тепла, что решает проблему их утилизации. Кроме того, отсутствие инертного теплоносителя дает возможность иметь в зоне активации, максимальную концентрацию активирующего агента (водяного пара), обеспечить высокий коэффициент утилизации водяного пара и провести процесс в максимально короткий срок. Отсутствие топочных газов в зоне активации дает возможность резко снизить там скорость газового потока и практически исключить унос продукта из аппарата.

Процесс активации ведется в среде водяного пара. Продолжительность активации составляет 1,75 ч. При этом для перемещения материала используют зигзагообразные каналы. Благодаря зигзагообразной конструкции каналов образуется пульсирующее давление, что при коэффициенте заполнения канала до 50% позволяет резко снизить расход пара и иметь его не более чем с 30% -ным избытком над теоретическим. Как уже говорилось, теплоносителем для проведения процесса активации служат дымовые газы, получаемые в топке при горении ГА с воздухом. Отработанный теплоноситель после печи активации направляется в рекуператор-перегреватель на вторую стадию получения водяного пара.

Данная технология предусматривает 2-х ступенчатое охлаждение угля, В качестве холодильников используются шнеки с рубашками. Система охлаждения работает непрерывно. На первой стадии хладоагентом является водяной пар, на второй — вода. Тепло, выделяющееся в процессе охлаждения, используется для получения активирующего агента (перегретого водяного пара). Водяной пар получают неочищенной воды в три стадии:

— стадия нагрева воды во второй ступени охлаждения активного угля;

— стадия испарения в рекуператоре-перегревателе за счет тепла отработанного теплоносителя после печи активации;

— стадия перегрева в первой ступени охлаждения активного угля.

Схема по варианту Б отличается тем, что из ПГС выделяется смола с помощью центробежного смолоотделителя типа ТГ-150−1,12, а обессмоленная ПГС с помощью вентилятора подается в топку печи пиролиза на сжигание. Конденсируется 95% всей смолы, содержащейся в ПГС.

Теплотворная способность обессмоленной ПГС, направляемой на сжигание, снижается примерно в 1,5 раза. Поэтому данная технология требует привлечения дополнительного топлива. Применение схемы с частичным отбором смолы требует затрат дополнительного топлива в количестве около 0,2 т/(т АУ).

По обоим вариантам разработанной технологии составлены калькуляции себестоимости. Показано, что производство АУ из древесной щепы различного качества позволяет снизить их себестоимость по сравнению с традиционной технологией парогазовой активации за счет затрат на сырье и энергоресурсы. Предложенная технология производства активных углей является экономически эффективной (рентабельность составляет 80 — 85%). Срок окупаемости инвестиций составляет 3,7 — 3,8 года. Себестоимость 1 т активного угля, полученного из угля-сырца для трех различных образцов древесины практически одинакова. Применение схемы с частичным отбором смолы является целесообразным только при активации древесных углей, полученных из древесины сучьев. В случае с крупномерной и тонкомерной древесиной (при стоимости смолы 4000 рублей за тонну) затраты на привлечение штатного топлива не окупаются прибылью от продажи смолы. Использование варианта Б (с отбором смолы) древесины сучьев несколько снижает себестоимость активного угля. Затраты на привлечение штатного топлива окупаются прибылью от продажи смолы. Таким образом, при благоприятной конъюнктуре на рынке сбыта технология с отбором смолы является экономически эффективной.