Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка технологии активных углей из гуза-паи (отхода хлопчатника)

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии активных углей из гуза-паи (отхода хлопчатника)"

РГ6 сд

л ,„„ российский химико-технологический университет I -- Г|||| имени Д. И. Менделеева

На правах рукописи

СЕРБИНА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ ИЗ ГУЗА-ПАИ (ОТХОДА ХЛОПЧАТНИКА)

11.00.11 — Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им. Д. И. Менделеева на кафедре технологии защиты биосферы.

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент В. Н. Клушин.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Н. А. Мешкова-Клименко; кандидат технических наук, старший научный сотрудник В. М. Мухин.

Ведущая организация — Центральное проектцо конструкторское бюро химического машиностроения (г. Санкт-Петербург).

Защита состоится ¿О Д^уЛ»/^ 1993 г. в Ю час. в ау^-'Т^!^ на заседании специализированного совета Д 053.34.11 в Российском химико-технологическом университете им. Д. И. Менделеева по адресу: 125190, Москва, А-190, Миусская пл., 9.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре РХТУ им. Д. И. Менде;-леева.

Автореферат разослан 1993 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность работы. Непрерывный рост пен на ископаемое топливо и продукты его переработки, включая и активные угли, а также обостряющиеся экологические проблемы стимулируют в последние годи проведение многочисленных исследований по изыскании альтернативных источников анергии и вовлечению в материальное производство различных отходов. Одним из таких источников является растительная биомасса, формирующая в ряде случаев весьма крупнотоннажные и мало утилизируемые отходы. Тан, только в полеводстве, количество ежегодно образующихся в рамках СНГ сухих растительных остатков оценивают величиной ЗОа-З?^ млн.т., значительная часть которых полезно не используется, образуя часто обременительные отходы. В отличие от ископаемых топ-лив растительная биомасса представляет собой возобновляемый источник энергии, ресурси которого практически повсеместны. Проблема утилизации отходной биомассы ввиду крупнотоннажности последней особенно важное значение имеет в сельском хозяйстве. Так, н частности, весьма значительны отходы возделывания хлопка. Основную их массу образует гуэа-пая - стебли и корневища растений этой технической культуры. Более I млн.т. гуза-паи остается на хлопковых плантациях после сбора урожая хлопка только в Узбекистане. Сравнительно незначительная часть этих отходов используется населением для бытовых н.ужд в качестве топлива. Предпринятые попытки организации производства на основе гуза-паи древесных плит на нашли сколь-либо масштабного практического применения. Часто эти отходы сжигают непосредственно на полях, в основном же запахивают в почву, что влечет риск передачи с находящимися в почве остатками новым вегетации хлопчатника болезни этой культуры (вилт), являющейся бичем хлопководства. Таким образом, утилизация гуза-паи является остро актуально/! проблемой в районах возделывания хлопка.

Наряду с этим расположении,:; в зонах, лишенных крупных лесных массивов, способных обеспечить местное производство активных углей, эти районы испытывают острую потребность в углеродных адсорбентах для решения большого ансамбля проблем природоохранного и технологического направлений, Однако, сложившаяся ситуация такова, что потребность в активных'углях в странах СНГ в 1990 г. превышала 90 тыс.т. при фактическом выпуске около 31 тес.т. Даже с учетом мероприятий по регннеряпии отработанных активных углей потребность в них удовлетворяется л№чь на 69"'й,

Пупа-пая, близкая по структуре и своНгтр«* к дровоеноподобжм

материалам, представляет н связи с изложенном обоснованны!! интерес как потенциальное местное дешевое сырье для производства активных углей,.

Научная новизна. Впервые выполнены комплексные исследования термических превращений гуза-паи в широком-интервале температур в атмос(]«рпх воздуха и азота, на основании чего определеня влипшие на процесс тер.юдеетрукнии факторы и рациональные области их изменения с позиции пиролиза гуза-паи с целью получения сырья для производства активных углей. С привлечением математического планирования эксперимента установлен характер влияния на пнход и сродства углеродного остатка пиролиза гуза-паи основные параметров этого процесса и оптимальное сочетание величин последних. Аналогичные образом обосновали оптсмялыше условия активапии водяным паром сырцового угля, получаемого пиролизом гуза-паи. На оснорянии результатов выполненных исследовании и анализов сформулирована гипотеза относительно механизма терлодеструкыии гуза-паи. Впервые определены структурпо-пдоорОцнонныо и технические характеристики активного угля, получаемого из гуза-ппи.

Практическая значимость. Разработан иовгс пропоог. синтеза ме-зопоригтнч октирних угле!» из отходя воздслмргния хлопка - гуза-паи. С приплоченигм ЗПрОДСКОГО оборуДояПНИП ОПЫТНОГО чр'ЛНЗподг-ТС" ВНИЯТ11УС (г.Ло ь) осугпестплсцл наработка партии сырцового угля, результаты которой полностью подтвердили закономерности, установленные в лабораторных условиях. Определены величины виходп и состав газообразных и конденсирующихся продуктов тсрмичесноП переработки гуза—паи на активные угли. Показана возможность использования этих продуктов в качестве топлива. Сделаны рекомендации по аппаратурному о|орлленню ключевых опррациН разработанной технологии и мероприятиям, обеспечивавшим ее экологическую безопасность.

Результаты работы г виде отчета, включающего техническую информацию, необходимую для выдачи исходных данных нй проектирование охарактеризованного процесса, переданы Советско-Американскому СП "Сангзор". На основании этих результатов ЦШСБ XII (г.Санкт-Петербург) выполнен проект установки по производству ЗиО т/год активных углей из гуза-паи, работы по реализации которого начаты в г.Джизаке ТашентскоП области. 1

Совокупностью выполненных исследовании расширен круг сырьевых материалов для производства активных угле;'.

Ап1»баШ!я_£аботы. Основные положения и результаты диссертационной работ» доложены и обсуждены на зональной конференции "Обезвреживание и регенерация твердых органических отходов и растворителей" (г.Пенза, ноября 19У0 г.), конференции "Обезвреживание и утилизация тверд!пс отходов" (г.Пенза, 16-17 пая 1991 г.), конференций "Пути и современные методы решения проблем промн'иленноП апологии" (г.Москва, декабрь 199,°. г.).

Публикация результатов. По материалам диссертационной работп в различных сборниках номаден» 4 публикации, депонирована одна статья n ВИШП'И (.7 IUI от I.U4.y^r.), подана лаявка на предполагаемое изобретение, выполнены дня отчета но НИР.

Обьом_и_£_-гpii«ûBiî_PiL'2iî.'i!tI• Диссертация состоит из введения, четырех глав, штодоп, списка использованной литератур» и приложений, нключаютих расчет и подбор основного оборудования, технико-экономическое обоснование разработанного производства активных углей из гуэа-паи и яктн об использовании результатов работы. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит &3 таблиц, 43 рисунка, библиоррч•■ичеокии список ип 206 нагаонопаии».

ОСНОВНОЕ СОДЫШН'-Й РАШГЦ

Зо_пведо.11ии показана актуальность направления работы и новизна исследовпнич, приведены основные положения, рыносимые на защиту.

Первая представляет обзор литератур»' по вопросам, тесно

связашим пиролитн'.'о'кои переработкой растительного сырья. Охарактеризованы продукты пиролптичегкоц пер"ра6отни отходного растительного сырья и основные (акторы, влиятие на процесс пиролиза.

Рассмотрен вклад и гуммприыИ процесс целлюлозы, лигнина и ге-мицеллюлоз как оснопнпх составляющих'растительных отходов. Обсуждены зависимости количеств образующихся твердых, жидки* и газообразных продуктов от состава пиродиа.уежк отходов и условий проведения процесса. Освежены области использования продуктов последнего. Особое внимание уделено отруктурич-пдеорбиионтм свойствам урлероднчх остатков пиролиза ргютит'мгыпгс материалов, как сырья для получения активных углей.

Охарактеризованы основные приемы получения углей из различного растительного сырья. Подробно рассмотрен, как наиболее простой и' элективный метод паро-гязово;; активации. Иригедрня ииЧ>{мяп»'я о различных углерод»«« адсорбентах, получаемых нп or ноге растительного сырья (состяп, свойства и области прнчецрмчО. 1Идч^ч-нут.ч

актуальность задачи переработки на .углеродные адсорбенты гуза-паи и сформулированы задачи исследования.

Во второй главэ охарактеризованы обьекты и методы исследования, приведены описания лабораторных установок, экспериментальных в аналитических методик. Использованные для проведения исследований образцы отхода хлопкового производства в виде гуза-паи собраны на хлопковых полях Джизакского раЛона Ташкентской области. Они представляли собоН фрагменты высохших стебле!! растения хлопчатника размером в основном до 15 см, по внешнему виду весьма схожи, с таковмми стволов и веток древесины.

Анализ исходного сырья, сырцовых углей, полученых углеродных адсорбентов и продуктов, выделяющихся при пиролизе гуза-паи и активации его углеродных остатков, выполнен с привлечением дериватог-рафии, терлодесорбции, ИК-спектроекопии, электронной микроскопии, рентгено-структурного анализа и ряда других физико-химических ме-. тодов йсследовпния.

ТерличеисиЯ анализ рассматриваемых отходов выполнен на дерива-тографе Ц-1500О г^ир^ы ''МОЛ" (Будапешт, Венгрия) в атмосфере азота и воздуха. Полученнге данные использованы для оценки ряда показате-ле!5 процесса термической переработки гуэп-паи и расчета его кинетических параметре?в по методам Озагш и Ньюкиркв.

Основные исследования по изучении процессов пиролиза гуза-паи проводили в'вертикальном кварцевом реакторе с внутренним диаметром 35 мм, размещенном в трубчатоН муйельноП печи, сблокированной для обеспечения необходимого температурного режима с прибором .

Нижняя часть реактора соединялась с конической колбой для сбора конденсируюцихся продуктов.

Активирование углеродных остатков осуществляли водлныы паром в описанной выше печи в стальном реакторе того яе диаметра.

С цялЬя оценки адсорбцмонно-струкхурных параметров полученных на основе гуза-паи. поглотителей и сопоставления их с таковыми промышленных углей определена адсорбционная активность образцов по ме-тиленовому голубому, йоду и бензолу, а также изучены изотер!,ш адсорбции-десорбции ими азота при 77,4 °К (-194 °С). Определены также технические характеристики этих ¿браэцов,

В третьей главе изложены результати экспериментальной разрабс ки основ технологии получения активных углей из гуза-тини

Дериватографический анализ гуза-паи. позволил констатиронать не

криво« ДТА гуза-паи следущие области: область, соотъетстьущую эндотермическому эффекту, обусловленному десорбциел физически свь-jtantioii воды (до 80-100 °С); область характеризуемую небольшим экзотермическим тйектоп, связанным с началом собственно териодеструк-ции гуза-паи (до температур около J60 °С); область эндотермического эффекта наиболее интенсивной тер!.;о деструкции с потере»t i-iaccu, обусловленной ;ii отеканиел различии* реакциЛ с выделением воды (де-гидротация), образованием углеродного остатка, летучих продуктов и смоли (до 2Р0-310 °С), и область экзотермического э^ректа, обусловленного повлеченкем в реакцию продуктов распада, образовавшихся на предыдущих стадиях (до 350-S70 °0). Штод Ныокнрка позволил охарактеризовать реакцию разложения гуза-паи, как реакцию первого порядка. Данные, полученные по методу Озавы, свидетельствуй1 о практической постоянности энергии г-ктиаащш в интервале степеней ралюкения от £5 до 50;í, что позволяет полагать одинаково,; природу протекающих при этих степенях разложения реакции деструкции. ¡значительное увеличение энергии активации при высоких степенях разложения (более 6.0/,) связано с протеканием процесса ароматизации при температурах выше С50 °С. '

Дополнительная информация о механизме термического разложения гуза-ггац получена при изучении пиролиза этого материала в реакторе ла0орато|л)о2 установки. На основании ансамбля этих данных била сформулирована гипотеза о механизме термодеструкции гуза-паи, существо которой заключается в следующем: процесс собственно пиролиза начинается после стадии сушки сырья (20-100 °С), при температурах ниже оОО °С протекают в основном реакции образования свободных радикалов, деполимеризации, формирования соединений с карбонильными :г карбоксильными груплаш, в результате этих реакций появляется цели;! ряд органических соединенна и образуется углеродный остаток', заклшитйлыюя стадия процесса по существу представляет оооод прокалку образовавшегося углеродного остатка, она характеризуется отделением о г последнего образовавший»! органических веществ я смол, и строролдается образованием иокондзнсивуквдхсд газов? су^ествеи-ну» [-«ль здесь'играют реакции догидротацми, перегруппировки а отщепления боковых сияэеа Сахаров, конденсации ненасыщенных прод*;';-тов обуславливающие про ив с с ароматизация и образован;;« угля-сырца", эти реакции наиболее шаеисшию протекомт при .ТЮ-^70 °С. '

Совокупность выполненных исследоьонил а литературной шцорвд-

шш обусловила возможность направленной организации всесторонне обоснованного поиска оптимальных услоши синтеза активного угля из гуза-наи. С этой целью обоснованы основные факторы, влишдние на процесс пиролиза газа-пал. и раиионапьные границы их изменения: температура Т (250-500 °С), скорость негрева VH (1-5 °С/шн), время выдергаш при конечной температуре т(30-60 шш) и расход ннерта (азота) (2-4 л/гаш). С целью получения достоверных данных при .минимальных материальных и временных затратах дям^шнолнепш исследований процесса пиролиза гуза-пал использован метод штештичес-кого планирования эксперимента. В качестве фупкцил отклика np-¡ выбранном ортогональном плане второго порядка рассматривались выходы углеродного остатка Уj(/í) и смолы У2(Л, влажность углеродного остатка и его зольность У4(Л. а таю,;е величины поглотительном способности по бензолу yg(cj.ivr), иоду У^-U) и метиленовому голубому Уг;(1пг/г). Получены следующие уравнении регрессии, адекватно описывашие эксперимент:

ylS=31,72-1,SGGXj+1,840X^-0, 64ЬХ2-0,902XÍ- L ,0Х4+1,676Х2Х4; 72=14,50+2»082X¿+0,97ЬХ2-Ь ,S25X¡--0,5CSXg-0,524X4-0,S90x|«-i,

4-1,127Х2Х4+0,809Х3Л/1; 7gs4,834-0,240Xj+I ,L?Sxj-l,G42X|K>,225^-0. ELтЗ-'j, 7бW,r0,742X^4

+0,860X1X^-0r810XiX3+0,408X2X3-0,575X^X4-0,7<;oX2};4-0,W.tJXL;í4; 74=I2,99+1497X2+3,018X^4 ,558]^-2,71и)|+1,91Х,.г2,2P7X^-L,404X1 Xg-

-0,656X2X3-0,697X3X4; 75»0>0902-0-,00862Х1-0,0?389Х|-0,00918Х2-0,02026Хй+0,0226Х?г

-0,03689X^-0,0I8I9XJX3+0,01457X3X3-0,01119X2X4+0, P i i 44X3X,j*f 76=39,18-5,698XI-7,062xf-2,5i;4X¿-4,526A§+I, ?2iXr:.-4, P86A§-5,85 4X£¿j-

-13,42X2X3+7,062X2X4-10,28X2X4+7,017X3X4; 7?=28,304:6,213X2-1,945^+1,545X^1,743X4-5 ,204};|+2,8I2XX^--5,94IX2X3-6,571 Х?У>Л+12,97~Á,,Xr

Эти уравнения позволили осуя^стиить анализ паратонической чувствительности процесса пиролиз».

С использованием метода крутого восход-дежи но поверхности отклика определены оптшнлыше условия процесса пиролиза гуза-н.чц,

выражаешь скорстью нагрева 2,5 °С/иш, конечной Температурой процесса 575 ьременеи выдержки при конечной температуре '15 мин и расходом инертного газа 0,31 лДлн сгг\ .

Количестйо некопденсирушпхся газов пиролиза гуза-паи и оптимальных условиях составляет 46,5,» от ее массы. Наибольшую их часть состаилямт СО, С^Н4 и при незначительном присутствии С02- Низшая теплота сгорания этих газов составляет 21292,59 кДлДг, в связи с чем возможно их использование в энергетических целях.

Кондонснруициесл продукт пиролиза гуза-паи (дистиллят), сос-тавлявдие в опгишлышх условиях ¿8,5'ь от массы сырья быстро рас-слаипаютсл на осадочную смолу и прозрачиыА йодный слой. Дистиллят характеризуется большой летучестью. Он представляет собой обводненную и непрерывно изменяющуюся по составу во время пиролиза смесь органических соединений различных классов. Наиболее представлены среди них уксусная кислота, ацзтон, метилацетат и метилпронионат. , Всего идентифицировано 30 соединения. Потенциально диотилллт мо^ет служить чирьем для получения разнообразных органических соединения, однако незначительное их количество (, затрудняет их индави-ду.'шьиое ниполение. Кроме того, дистиллят содержат большое количес-* тво воин, удаление которой требуог высоких энергозатрат. Одним из возыо'.пшх способов использования дистиллята является использование его в качестве топлива. Низшая теплота сгорания жидких продуктов пиролиза гуза-паи (без учета влаги), составляет 7455 кД^./кг,■ что определяет их принадлежность к лпакокалтгорикному топливу, однако и'при этот ¡»опрос удаления влаги остается актуальным.

Полученный в оптимальных условиях еирцовый уголь, выход которого составлял Ь6,2/ от массы гуза-пан, имел следующие показатели: насыпную плотность - 255 г/л, влажность - 5,05.?, зольность - 7,5$, и невысокую поглотительную спесоонпсть по бензолу, йоду и метиле-новому голубому 0,120 ск;7г, 134,8,2 л 14,06 иг/г соответственно.

С целью улучшеши структурно-адсорбционных показателей углеродные остатки «иролнээ гуян-кап подвергалась акг»н:аци-ч волчат парок. Исоледопатю процесса активации выполнено «етоярм планирования эксперимента. и качестве факторов, окпянваючих 01феделя1№«е воздействие па г,тот процесс а сходства получав:ого углеродного остатка определены: температура щюцост Т (600-9СО °с), расхоя пара ([0,-1-2Г>,9 я/(тп-^)) и вре:.а активации I (до-СО ¡.аш). В качестве откликов (Уг.) рпссиптршишю» охароктеоиэозаиние выие па-

рпметрц твердого продукта. Полученные уравнения регрессии, адекватно онпгыващие процесс активации, шлеыт вид:

У1=52 »00-12,61ХХ +12 ,29)'|+4,71Х2-11,36Х3420,62,Л|4-15,80Х1Х2-19, 29X^3+

+И,62Х2);3;

У2=4,014-1,560л£+ОД-25;-|+0,-106X0-1,676Х|+0,507Х1Х2-11909Х1Х3; Ус=17,84+1,53Х1+2,82X^-1,91Х2-3,47л|-1,67X^+1 У4=0,2179+0,0166Х1-0,044е>|-0,0136Х2-0,0246х|-0,0261Х§; Уд =72,85+8,65ХГ5,99Х^+С ,81 л2-14 ,14х|-20,46X^-6,48Х2Х3; Уе=40,67+7,51х1+13,?сх|-6,64х|т16,27Х1Х2-5 ДЙ^Хд.

С использованием ¡?тн-л уравнений выполнен анализ параметрической чувствительности процесса.

Оптимальные условия процесса активирования, найденые методом крутого восхоздепял по поверхности отклика составляют: температура 760 °С, рас;;од пара 18,7 л/ошн-м^ , время активации 40 мни.

В оптимальных услотчшх активации количество газов составляет 27,94$ от массы пост,упамцего на актпвашш материала. ¿1 состав газовой фазы в основном входят Н2 и СО.

Кондснопрукчшеся нрл 20 °С продукты активации представлены водой, несколько загрязненной органическими нрииоея;.и (ХШ(=400 ыг/л ). В работе сформулированы рекомендации по использовании побочных продуктов процесса активации.

Исследования направленные на выявление сравнительной эффективности процессов активации углеродного остатка пиролиза гуза-иан углекислым газом л водяным паром позволили констатировать большую целесообразность использования последнего.

Сравнение изученных адоорбшюнпо-структурных и технических характеристик активных углей, полученных из гуза-пш) о таговыш промышленных образцов активных углей, синтезированных из древесины, показывает(таблЛ), что объём м>ц*ропор полеченного угля в раза меньше такового названных углей промышленного производства, однако, что касается переходной пористости, то она сравнима с таковой промышленных: углей или ео'превышает, как это имеет место, например, в случае углей ЕЛУ-Л п ДАК. Предельные оОъём млкропор VV0 и структурная константа В-уравненил теории объёмюго заполнения микронор, рассчитанные по пзотерпе адсорбции азота активным углем из rvsa-na.ii ооставлаот соответственно 0,228 и 0,515'ХО"^', наряду

Таблица 1

Лдсорбциотго-структурные характеристики угля-сырца, активного у?'ля, полученных из гузэ-пэй, в также других сорбентов

Н8ИМВПОВ8НИ9 продукте Выход от исх сырья, % Влажность % Зольность % Беизо-лоем-кость, сиэ/г Адсорб акт.по йоду, % Адсорб. акт. по мет.год мг/г Нясипная плотность, г/л

Уголь-снрни Активный угода. 36,2 72,06* 5,05! 7,5 1 2.871 15,2 0,120 0,176 34,8 56,8 14,06 124,8 255 240

Ос.пйтлптаиио:

дровасипN

уголь М5 - Ю 6 0,530! — —

молотой МД Ю 10 0,400 _ _ —

ДреаеашЯ дрофгщтнЯ:

Ь'ЛУ-Л - 10 7 - 60 - 1220-350

БАУ- П - 10 8 - . 50 - 1аналог.

БЛУ-МФ - 10 ! 10 ! - ТО - аналог.

.ДЛЯ - 10 6 1 - за 230

драпег.ннй ! 1 1 <

тина ОУ-Б 31 ,0 I 1 ! 5,6 1 - 1 90 85 Е40

* - шход от угля-снрца

с назватшыи харакгерлстшшш свидетельствует, что активнил уголь из гуза-паи является переходноцористым адсорбентоь; (табл.2). Оценка химической природы поверхности этого поглотителя свидетельствует о её основном (гидрофобной) характере (ашонообыенная ёмкость 2,7 мг-экв/г;, однако в отличие от типовых углеродных адсорбентов общего назначения активный уголь из гуза-паи лыеет сравнительно большую катионообменную ёмкость (1,0 ыг-экв/г). Таким образом, синтезированный из гуза-паи порошкообразны»! адсорбент представляв1 собой поли.рункциональныд ионообыешшк. Область его практического использования могут составлять разнообразные задачи адсорбция из водных растворов органических приыесеп и ионов тяжелых металлов в основном экологического и, возможно технологического направления.

Таблица 2

Параметры пористой структуры активных углей

Наименование продукта Суммарны!! объем пор по воде, СМ® /V ОСъемшв характеристики типов пор, см3/г Удельная поверх ность мвзо-пор, мг/г Константы уравнения адсорбции

^ми V МЯ ^ма В-10"

Уголь-снрац "

из гуза-паи 1 ,г 0,11 0,16 0,93 81,19 0,095 0,219

Активный

уголь из гу-

за-шш 1 .4 0,18 0,24 0,98 377,17 0,238 0,515

Освеглотций

ОУ А - 0,260 0,270! - 138 о, 27 0.59

ОУ-Б - 0,255 0,41212,430 193

Дробленный

кямчяный ск- 1,

ти1п1|!',ванный

КАЛ йодный 0,85- ' 0,34 0,15 0,51 110, 0,231 0,7-0,9

КАд молотый --1 ,0 0,12 0,1 1 _ 64 0.120 1 ,03

БАУ 1,6-1.5 0,23- 0,08- 1 ,05- 57 - —

ЛАК 1 .4 0,17 0,04 1 .23П - -

Отдельно рассмотрены некоторые аспекты получения из гуэа-паи гранулированных активных углей. Ориентированная на местное сырьё технология обуславливает рациональность изыскания связующего так-ке среди местных дешевых и доступных материалов. Предпринятые в этом направлении попытки привели к заключению о низкой эффективности использования в качестве связующего составов шмнтирущих патоку, а также лесотехнической смолы. Более обнадеживающие результаты получены при использовании с этой целью силиката натрия, хотя это' связумцеп сильно увеличивает зольность поглотителя, одновременно существенно снимая его сорбционную способность.

Четвертая глава включает описание разработанной на основании выполненных исследовании технологической схемы производства порошкового активного угля из гуэа-паи и технико-эколошческое обоснование эффективности этого производства.

В соответствии с представленной на рис.1 технологической схемой гуэа-паи со склада направляют в ленточную сушилку I, где, используя разбавленные воздухом и нагнетаемый газодувкои 19 из рубашки печи карбонизации 6 топочные газы, снижают влажность сырья с 20 до 10.'. Отходядпе газы сушилки используют для регулирования температуры топочных газов, направляемых в рубашку печи карбонизации 6, и для обеспечения защитной (инертной)атиосрерн в рабочем пространстве отси ночи. Высушенный материал направляют в дробилку 2, откуда в шше^рдгментов размером до 10-20 ш загружают в бункер-дозатор 3. последнего сырьевой материал равномерно, отдельными порциями, не;ионически через загрузочное устройство 4 подают в печь карбонизации 0. В печи карбонизации нагреванием сырья через стенку обестчнппм его тзршиеструкцип с образованием углеродного остатка (I«сигал '¿Г)% от массы сырья с влажностью 1'0Д/и парогазовых продуктов. Горячи;; поток последних содержит неконденсирующуюся при 20°С часть, и часть представленную влагой и конденсирующимися нарами. Послали«: в холодильнике 14 конденсируют в водо-смоляную фракцию, огяеляому» от векондопспрунцихся газов в сепараторе 15 и отводимую в смолосборнпк 15, откуда её после отстаивания с целью отделения воды пли боз такового насосом 21 нагнетают в топку 18. Отделенные в сепараторе 15 неконденсирунцяеся гаэк вентилятором.22 нагнетаются в топку 1В. Углэропный остаток пиролиза гуза-паи, выгружаемый из печи карбонизации, транспортируется шнеком 8 при исключении его контакта с воздухом в печь активации 7,

Печь активации обогревают дымовыми газами с температурой 900°С, тепло которых сообщают обрабатываемого сырцовому углю через стенку. Образующиеся в процессе активации газы направляют вместе с отходящими дымовыми газами в котел-утилизатор 17, после чего эти газы газодувкой 20 передают на очистку с целью последующего выброса в атмосферу. Получаемый в котле-утилизаторе пар частично используют в печи активации 7 в качестве активирующего агента; его избыток направляют на другие нужды. Активированный продукт из печи активации передают на-охлаждение в воздушный холодильник 9, внутри кото-, рого поддерживается инертная атмосфера. ;

Охлажденный у^оль из холодильника 9, направляют в кольцевую мельницу 10, куда для обеспечения защитной атмосферы нагнетает дымовые газы с температурой 20-00 °С. Продукт измельчения транспортируют, дымовыми газами из мельницы в сепаратор II, для отделения грубой фракции, возвращаемой в мельницу, и далее направляют в циклон 12 п рукавный фильтр 13 для отделения от дымовых газов товарного продукта и его последующе Л упаковки. Сепарированные от угольной пыли дымовые газы эвакуируют на очистку совместно с газами» передаваемыми на эту операцию вентиляторами 23 и ¡24.

Оценка эффективности производства нэ гуэа-паи активного угля, выполненная на основании разработанной технологической схемы применительно к получению 500 тонн адсорбента в год, свидетельствует, что при сопоставлении с синтезом промышленных углей из растительного сырья затратах (себестоимость угля 980 руб/т)может обеспечить эколого-экономический з^фект в размере около 53 тис.руб. (в ценах 1580 г.]

ВЫВОДЫ г

1.Выполнен ан&читиче'ский обзор имеющейся ин|юршции ПО вопросам получения активных углей из растительной биомассы, на основании которого установлена принципиальная возможность переработки на углеродные адсорбенты' отхода хлопкового производства - гуэа-паи методом пиролиза с последующим активированием водяным паром. На основании литературных данных и результатов выполненных исследований определены основные факторы управления процессом паралитического разложения гуэа-паи и рациональные границы их изменения.

2.Установлены особенности термической деструкции гуза-паи и предложен механизм этого процесса. С привлечением методов планирования эксперимента получена математическая модель процесса пироли-

sa гуза-паи, определено влияние на него основных дикторов и оптимальное их сочетание: тешература ¿75°С, скорость нагрева '¿,5°й/ши, расход инертного газа (азота|0,Ы л/цпш-см2) и врош выдержки 45 шн. Полученные результаты подтверждены укрупненными испытаниями н наработкой опытной партии (ICO кг) сырцового угля в заводских условиях БШИТИУС (г,Пермь).

3.Обоснована целесообразность физической активации углеродного остатка пиролшагуза-пад водяным паром, определены основные факторы, влшшпие на процесс активации, п установлены рациональные границы их исследования. Путем планирования эксперимента разработана математическая модель процесса активации водяным паром полученного пиролизом гуза-паи угля-сырца и найдены оптимальные условия его проведения: температура 760°С, расход пара 18,7 л/(шн-к") и вреш 40 мин. Определены характеристики и обоснованы рекомендации по использованию побочных продуктов процесса.

. 4.Полученный активированный уголь представляет собой порошкообразный (размер частиц менее 0,5 им)переходпопорпетьШ Сорбент с Хии=0»18» ЧйГ0,24' Чла= 0,98 и '5уд=377 м2/г, наийолие цща-

.oiiaibHotí областью применения которого является очистка жидкофазных потоков. Величина поглощения им бензола, йода и метиленового голубого составляет 0.Í7S сьР/т, 56,6,0 и 124,0 от/г соответственно.

5.Разработана технологическая схема производства активных углей из гуза-паи, на основании выполненных расчетов сделаны ро!-.о;«инда-цип но выбору, для реализации основных стадий процесса, оборудована'. . По результатам выполненных исследовании, переданные Советско-Американскому СП "Сзнгзор", Ц1Т1Ш ХМ (г.Санкт-Петербург) выполнены лре/шроектпыс исследования и разработан проект, на основании которого CII "Сангзор" в Дйлзакскои районе Ташкентской области Узбекистана начаты работы но даитшьу оборудования дан оинтнохч) щ-сизиод-отва активного угля .шмиоегыо íjoo т/год,

6,.Ввполнет техпако-эконоьшчеокчя оцоака разработанной толноло-гил П1'й|л'л«1»лыю к производству Г00 т/год активного угля из гуза-паи, с»идетелг,ствукпая, что при цмге сырья 2;:,7 руб/т,' капитальных затратах 519,2 тыс.дуб и себестоимости 9В0 руб/т пазнашюо щлаи-родотяо по cr-aí<!!-?H'Hi с пропзнодстяом типовых акт »'иных углей из Л решено го скрья t'.ок'.ет обеспечить окснопячоокии в |>азш]»

до 52,6 тыс.суб.

- ¿Э -

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следупцих работах:

1. Сербина Т.В., Клушиц D.H. Изучение процесса парогазовой активации угля-сырца, полученного на основе гуза-паи - отхода возделывания хлопка. -Деп. ВИНИТИ (й Ш1 от 1.04.92.). -1992.-11с.

2. Сербина Т.В.. Клушин D.H. Продукты пиролитическоА переработ-ш отходной гуза-паи и некоторые их свойства//Тез.докл.научно-технической конференции "Обезвреживание и утилизация твердых отходов". -Пенза,10-17 мал, 1991. -с.39-41.

3. Сербина Т.)?., Алнуа Л., ¡.¡орган Л., Iüiynimi В.Н. Альтернативы утилизации крунногонна-ашх отходов растительного сырьл//Тез.докл. зональной конференции "Обезвреживание и регенерация твердых органических отходов и растворителей". -Пенза,29-Ь0 ноября,¿990.-с.41-42.'

4. Храмова Г.Б., Ллг.уа Л., Морган Л., Сербина Т.В., Клушап В.Н. Производство активных углей как аффективное направление переработки твердых органических отходор//Тез.докл.меклународного симпозиум') "Проблемы экологии в химическом образовании". -Москва,5-6 сентября, 19Г0. -с.иН-ЗЛ.

Г;. Клу"нш [3.11., АлиупЛ., Киселева_0.11., Морган Л., Сербина Т.В., <'ят)орсггщ T.V. Торцпческая переработка нвутшшзируемых отходов нефтехимии и сгльского хозяйства как эффективное направление их лопюч'ясш п ютерпальное производство/./Тез.донл. конвертации "Путч и сочроиппнне мчтоцн решения проблем промышленной экологии". -Моекна,ЦГДй,декабрь ¿992. -с.10-13.

С, Оерб;пт Т.П.,' Клушш В.Н., Чистова О.И. Оценка возт.кшгости и эффективности замены боидного пара углекислым газом на стации активации углеродного остатка пиролиза гуза-паи//0тчет по договору 1.4-F3-92 от 24.03.92. -Москва,ШЛ'И им.Д.!1.!!ещ*элеева.-1992.-4с.

7. Клупин В.Н., Сербина Т.П., Журавлев A.C., Садрудинов М.С., Раноргг-'л Т.Г., Храмова Г.Б. Разработка процесса получения грану-ллромгного рктишюго угля из гуза-паи//0тчет по договору м 1.4-25-91/92 от.14.05.91. -Москпа,ГШ'И ни.Д.И.Менделеева. -1992. -69с.