Пути интенсификации
Под интенсификацией процесса пиролиза древесины понимается увеличение удельной производительности аппарата, увеличение выходов ценных продуктов или улучшение их улавливания при сохранении нормального износа оборудования и качества продукции.
Интенсифицировать процесс пиролиза при газовом нагреве без учета влияния влажности древесины можно путем измельчения древесины (увеличение поверхности контакта), увеличения скорости греющих газов с сокращением времени пребывания продуктов пиролиза в реакционной зоне, а также путем применения новых теплоносителей, отличающихся более высокой теплопередачей к древесине — жидкого или твердого.
При измельчении древесины увеличивается ее поверхность, воспринимающая тепло от газов при внутреннем нагреве или тепло от стенок реторт и парогазов — продуктов пиролиза при внешнем нагреве. Дрова целесообразно распиливать на короткие отрезки (плашки, тюльки), что резко увеличивает торцовую. поверхность, через которую у древесины лиственных пород выходят наружу продукты пиролиза, сокращает пути выхода, ускоряет время выхода, предохраняя продукты пиролиза от повторного разложения. Дрова, распиленные на короткие куски, являются сыпучим материалом, а все операции при его переработке легче механизировать.
При более мелком дроблении древесины в щепу необходимо обеспечить требуемый контакт с греющими газами всей поверхности щепы. Это достигается или продуванием газов через щепу (при внутреннем нагреве), или перемешиванием щепы при внешнем нагреве. Чем мельче частицы древесины, тем больше поверхность ее весовой единицы, тем скорее и равномернее такую древесину можно прогреть.
Таким образом, идеальным примером пиролиза древесины в газовой среде является пиролиз древесной муки в кипящем слое, в котором каждая частица омывается со всех сторон теплоносителем. Но при этом трудно бороться с уносом угольных пылинок и улавливать пары ценных продуктов при очень большом разбавлении их неконденсируемыми газами. Величина потерь ценных продуктов при этом может превысить дополнительные их выходы.
Измельчение дровяной древесины в щепу вообще позволило бы резко увеличить производительность пиролизных аппаратов и выход ценных продуктов. Нет необходимости переугливать целые бревна только из-за того, чтобы получить крупнокусковой древесный уголь. Эффективнее было бы переугливать щепу, а уголь выпускать в виде брикетов с механической прочностью, превышающей кусковой уголь.
Переключение сухой перегонки на измельченную древесину позволило бы использовать огромное количество неиспользуемых опилок, стружку и дробленые отходы деревообрабатывающей промышленности и явилось бы эффективной мерой интенсификации сухой перегонки. Простейшими аппаратами для этих целей должны явиться шахтные печи, в которых можно создать такие же мягкие условия пиролиза, как в генераторе прямого процесса, но вместо трудно используемого низкокалорийного генераторного газа будет получаться измельченный древесный уголь для брикетирования.
Интенсификация путем увеличения скорости циркулирующих газов при внутреннем нагреве позволяет увеличить конвективную теплопередачу и ускорить вынос продуктов пиролиза из зоны реакции. Но возможности такой интенсификации очень невелики, так как сопротивление возрастает пропорционально квадрату скорости газов и резкое увеличение расхода электроэнергии не позволяет вести процесс при больших скоростях.
Бессмысленно также увеличивать скорость пропускания древесины, потому что внутри куска может остаться сырой материал, в то время как снаружи произойдет переугливание.
Увеличение скорости движения газов внутри реторт с внешним нагревом может, наоборот, уменьшить выход ценных продуктов вследствие усиления контакта парогазов с раскаленными стенками реторт. Например, чтобы интенсифицировать работу вагонной реторты путем циркуляции парогазов внутри реторты при помощи вентилятора, необходимо продувание газов через древесный материал в вагонетках для увеличения поверхности омываемой ими древесины. В противном случае газы будут омывать вагонетку только снаружи и увеличение скорости газов только улучшит соприкосновение их с нагреваемыми стенками реторт и соответственно увеличит вторичный термический распад ценных продуктов.
Хорошим способом интенсификации пиролиза является ускоренное повышение температуры нагрева, но при газовом нагреве это увеличивает жесткость нагрева и соответственно снижает выход ценных продуктов. В ретортах с внешним нагревом такая интенсификация может привести к быстрому износу реторт. Чтобы ускорить передачу тепла от газов к древесине, нужно увеличивать поверхность их соприкосновения и скорость газов. Разность температур между газом и древесиной нужно увеличивать очень осторожно, так как это ведет к жесткому нагреву.
Большие возможности интенсификации процесса пиролиза создают жидкие теплоносители благодаря высокой теплопередаче от жидкости к древесине. Задача в этом случае сводится к максимальной передаче тепла из топки самому теплоносителю, а в этом отношении накоплен богатый опыт в котлостроении, нефтеперегонной промышленности и др., где жидкости нагреваются топочными газами.