Введение к работе
Актуальность проблемы. Процессы термоокислителыюй переработки твердого органического сырья в присутствии водяного пара, кислорода или смесей, содержащих эти газы, лежат в основе таких крупномасштабных промышленных технологий, как получение газообразных и облагороженных твердых то-плив, синтез-газа и углеродных сорбентов.
Одним из путей интенсификации указанных процессов термической переработки является предварительное измельчение твердого органического сырья, умеш.шающее влияние диффузионных ограничений на скорость процесса. Дальнейшее увеличите интенсивности технологий термической переработки ископаемых углей и растительной биомассы связано с проведением процессов в условиях интенсивного массо- и тегагопереноса. В настоящее время известны технологии пиролиза бурых углей, основанные на термической обработке измельченного топлива в реакторах с движущимся (ЭТХ) и псевдоожиженным (ТККУ) слоем, в вихревых камерах ("Термоуголъ") и реакторе циклоіпюго типа (технология Саратовского политехнического института).
В ИХХТ СО РАН разработаны научные основы процесса окислительного пиролиза твердых топлив в реакторе с кипящим слоем каталитически активного материала, которьш по своей удельной производительности и экологической безопасности превосходит известные аналоги. Суть метода заключается в термообработке пылевидного твердого топлива, проходящего в восходящем воздушном потоке сквозь псевдоожиженный слой частиц каталитически активного материала. Принципы, заложенные в основу этого метода, могут быть использованы и для создания эффективных процессов газификации и активации различных видов углеродсодержащих материалов.
Важным направлением исследований в этой области является поиск технических решений, снижающих затраты на осуществление процессов активации и газификации твердого углеродсодержащего сырья.
С учетом этого, поставленная в работе задача исследования закономерностей процессов активации и газификации углеродных материалов различного происхождения в условиях псевдоожиженного слоя, с использованием газифицирующих агентов нетрадициоіпюго состава, а также с участием катализаторов, является актуальной.
Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ИХХТ СО РАН по программам фундаментальных исследований СО РАН "Новые процессы углубленной комплексной переработки минерального и вторичного сырья, нефти, угля, древесины" и "Разработка теоретических основ катализа и новых поколений катализаторов и каталитических процессов", а также в соответствии с заданиями Федеральной целевой научно-технической про-
4.
граммы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения", подпрограмма "Комплексное использование древесного сырья".
Цель работы.
Установить закономерности протекания процессов активации и газификации углеродсодержащих материалов различной природы (бурый уголь, полукокс, древесное сырье) в условиях псевдоожиженного слоя с использованием водяного пара и его смесей с дымовыми газами в качестве газифицирующих агентов.
Определить режимные параметры указашгых процессов, обеспечивающие получение из твердого органического сырья пористых углеродных материалов с заданными свойствами и газообразных продуктов требуемого состава.
Научная новизна. Впервые получены сведения о закономерностях протекания процессов активации буроугольных полукоксов, древесного угля-сырца (осины и березы), осуществляемых в псевдоожиженном слое, исследованы совмещенные в одном реакциотшом объеме процессы карбонизации и частичной газификации (активации) измельченного бурого угля, скорлупы кедровых орехов.
Для указашгых видов сырья установлен наиболее приемлемый состав активирующего агента и другие режимные параметры, обеспечивающие получение активных углей с высокой сорбционной способностью. На пилотной установке впервые реализован процесс бескислородной газификации бурого угля водяным паром в синтез-газ, основанный на интеграции стадий окислительного каталитического пиролиза угля и іазификации буроугольного полукокса водяным паром в псевдоожиженном слое. Осуществлен подбор согласованных режимных параметров для реакторов пиролиза и газификации, обеспечивающих стабильное протекание стадий пиролиза и газификации.
Практическая ценность. Получены экспериментальные данные, необходимые для создания более совершенных, чем существующие, технологических процессов активации и газификации различных видов твердого углеродсодер-жащего сырья. На установках лабораторного и пилотного масштаба отработаны технологические режимы получения углеродных сорбентов из дешевого бурого угля, буроугольных полукоксов и растительных отходов. Наработаны партии дешевых углеродных сорбентов, опытные испытания которых показали, что они не уступают по своим сорбционным характеристикам промышленным сорбентам.
5.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на VII конференции по химии и технологии твердого топлива (XTTT-VII, Звенигород, 1996.), сессии Научного совета РАН по химии и технологии твердого топлива (Звенигород, 1998), Третьем международном симпозиуме "Катализ в превращениях угля" (Новосибирск, 1997), Европейской конференции по углю (Измир, Турция, 1997), конференции "Еврокарбон" (Страсбург, Франция, 1998), Международной научной конференции "Химия угля на рубеже тысячелетий" (Клязьма, 2000), Второй Всероссийской научно-практической конференции "Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов (инновационный и инвестиционный потенциалы)" (Красноярск, 2000), Четвертом международном симпозиуме "Каталитические и термохимические превращения природных органических полимеров" (Красноярск, 2000).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 16 научных публикациях.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы (110 наименований). Работа содержит 113 страниц текста, 14 таблиц и 25 рисунков.
Похожие диссертации на Получение в аппаратах с псевдоожиженным слоем из бурого угля и растительного сырья пористых углеродных материалов и синтез-газа
