Способ термической переработки рисовой шелухи и ее лигнинных остатков

(51) 10 53/02 (2009.01) 01 31/02 (2009.01) 01 33/12 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РИСОВОЙ ШЕЛУХИ И ЕЕ ЛИГНИННЫХ ОСТАТКОВ(57) Изобретение относится к области термической переработки антропогенного растительного сырья и может быть использовано при производстве углерод- и кремнийсодержащих продуктов. Технический результат обеспечение максимально возможной утилизации отходов рисопереработки с получением кремнеуглеродного материала и ценных побочных продуктов(органического конденсата, сажи и топливных газов) повышение экологической чистоты процесса. Достигаемый технический результат обеспечивается способом термической переработки рисовой шелухи и ее лигнина, включающим промывку, сушку, пиролиз исходного сырья,конденсацию парогазовой смеси с получением твердого остатка и органического конденсата, при этом после конденсации осуществляют термическое разложение без доступа воздуха неконденсирующихся пиролизных газов с получением сажи и газообразного топлива.(72) Сухарников Юрий ИвановичЕфремова Светлана ВладимировнаКорби Дж. Андерсон Жарменов Абдурасул АлдашевичБунчук Лара ВладимировнаСавченко Анатолий Максимович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан Комитета промышленности Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан 17867 Изобретение относится к области термической переработки антропогенного растительного сырья и может быть использовано при производстве углерод- и кремнийсодержащих продуктов. Известен пиролиз лигнина (Заявка 2002114324, С 10 В 53/02, 53/08, 20.01.2004) - это способ переработки отходов, включающий отсев от исходного лигнина крупных частиц, размол, сушку лигнина, прессование в брикеты и последующий пиролиз брикетировочного сырья с получением на выходе пиролизной воды, пиролизного топлива и углесодержащего остатка. Недостатком данного способа переработки отходов является отсутствие утилизации неконденсирующихся газов (потенциального сырья для получения сажи), которые выбрасываются в атмосферу, загрязняя окружающую среду. Известен технологический модуль комплексной переработки рисовой шелухи (Патент 0002171780, С 01 В 33/12, С 01 В 33/32, С 09 С 1/48,10.08.1999), включающий рассев, промывку, сушку,предварительное сжигание исходного сырья с утилизацией сажесодержащего дыма и окислительное сжигание. Недостатком данного изобретения является предварительное сжигание исходного сырья,исключающее возможность получения помимо сажи ряда химических продуктов(например,органических кислот и фенольных соединений). Наиболее близким к заявляемому является способ термической переработки биомассы (патент 2124547, С 10 В 53/02, В 27 К 9/00, 10.01.1999),включающий загрузку предварительно просушенной биомассы в конвертер, пиролиз материала с последующим разделением продуктов пиролиза и выгрузкой твердого остатка, при этом пиролиз осуществляют при 650-950 С в среде восстановительного газа,полученного с коэффициентом расхода воздуха 0,4-0,85. Недостатками данного способа являются дополнительное использование углеводородного газа, необходимость его нагрева в генераторе перед подачей в конвертер и неполное извлечение химических продуктов(пиролизные газы используются только в качестве топлива). Задачей настоящего изобретения является создание способа термической переработки антропогенного растительного сырья - рисовой шелухи и ее лигнина - лишенного указанных выше недостатков. Технический результат обеспечение максимально возможной утилизации отходов рисопереработки с получением кремнеуглеродного материала и ценных побочных продуктов(органического конденсата, сажи и топливных газов) повышение экологической чистоты процесса. Технический результат достигается способом термической переработки рисовой шелухи и ее лигнина, включающим промывку, сушку, пиролиз исходного сырья, конденсацию парогазовой смеси с получением твердого остатка и органического конденсата,при этом после конденсации осуществляют термическое разложение без доступа 2 воздуха неконденсирующихся пиролизных газов с получением сажи и газообразного топлива. Пиролиз рисовой шелухи, состоящей из целлюлозы, лигнина, диоксида кремния в количестве 4550 2025 15 мас. соответственно(сумма неорганических примесей и влага составляют 15 мас.), и ее лигнина, содержащего 3035 мас. диоксида кремния, приводит к образованию твердого кремнеуглеродсодержащего остатка и пиролизных газов, представляющих собой смесь конденсируемых паров и неконденсирующихся газов. Конденсация парогазовой смеси с последующим разделением конденсата на составляющие компоненты позволяет получить органические кислоты, фенольные соединения и смоляные продукты. Термическое разложение без доступа воздуха неконденсирующихся газов, благодаря присутствию в их составе предельных и непредельных углеводородов, позволяет дополнительно получить ценный углеродный продукт - сажу и высококалорийное газообразное топливо. Согласно литературным данным и с учетом состава неконденсирующихся газов (СН 4 2538 об. СО 2 1038 об. СО 2650 об. Н 2 23 об. С 2 Н 4 28 об.), процесс сажеобразования можно описать следующими реакциями СН 4 С 2 Н 2(3) 2 Присутствующий в составе неконденсирующихся газов оксид углерода,соприкасаясь с поверхностью образовавшихся частиц сажи, способствует их росту 2 СО(4) Предлагаемый способ термической переработки рисовой шелухи и ее лигнина заключается в следующем. Исходное сырье промывают водой при комнатной температуре для удаления механических примесей, сушат при 90-100 С и загружают в печь,где осуществляют пиролиз при 650-700 С. Твердый продукт непрерывно выгружают в приемный бункер. Образующуюся парогазовую смесь направляют в конденсационную систему. Конденсируемые вещества собирают в специальном сборнике. Из конденсата, применяя известные способы разделения органических веществ,получают органические кислоты,фенольные соединения и смоляные продукты. Неконденсирующиеся пиролизные газы подвергают термическому разложению без доступа воздуха с целью получения сажи. Образующиеся при этом отходящие горячие газы используют на стадии сушки исходного сырья в качестве топлива. Таким образом,ранее неизвестная и предлагаемая авторами последовательность операций пиролиза сырья, конденсации парогазовой смеси и термического разложения без доступа воздуха неконденсирующихся пиролизных газов 17867 обеспечивает получение достигаемого технического результата. Пример 1 100 кг рисовой шелухи промывают при комнатной температуре водой при соотношении ТЖ 110 с последующим отделением жидкой фазы. Затем рисовую шелуху сушат при 90-100 С до остаточной влажности 2-5 мас Высушенную рисовую шелуху подвергают термической обработке без доступа воздуха (пиролизу) при 650 С в течение 30 мин. Получаемый твердый продукт в количестве 35 мас. от исходного сырья представляет собой рентгеноаморфный кремнеуглеродный материал следующего состава С 50 , 2 40 сумма неорганических примесей 10 . Удельная поверхность кремнеуглеродного остатка - 250 кг/м 3. Образующиеся в процессе пиролиза газы пропускают через конденсационную систему для получения органического конденсата, количество которого составляет 30 мас. от исходного сырья. Конденсат является смесью органических кислот,фенольных соединений и смоляных продуктов. Неконденсирующиеся газы, составляющие 35 от массы исходной рисовой шелухи, подвергают термическому разложению при 1000 С без доступа воздуха. Это позволяет получить до 3 кг сажи с чистотой 98-99, что составляет 60 от общего содержания углерода в газах. Отходящие горячие газы, состоящие из водорода, диоксида и оксида углерода и следов метана, возвращают в технологический цикл,используя в качестве газообразного топлива на стадии сушки исходной рисовой шелухи. Пример 2 100 кг лигнина рисовой шелухи промывают при комнатной температуре водой при соотношении ТЖ 110 с последующим отделением жидкой фазы. Затем лигнинные остатки сушат при 90-100 С до остаточной влажности 2-5 мас Высушенное сырье подвергают термической обработке без доступа воздуха (пиролизу) при 700 С в течение 30 мин. Получаемый твердый продукт в количестве 60 мас. от исходного сырья представляет собой рентгеноаморфный кремнеуглеродный материал следующего состава С 42, О 2 55 сумма неорганических примесей 3. Удельная поверхность кремнеуглеродного остатка 500 кг/м 3. Образующиеся в процессе пиролиза газы пропускают через конденсационную систему для получения органического конденсата, количество которого составляет 20 мас. от исходного сырья. Конденсат является смесью органических кислот,фенольных соединений и смоляных продуктов. Неконденсирующиеся газы, составляющие 20 от массы исходного сырья,подвергают термическому разложению при 1000 С без доступа воздуха. Это позволяет получить до 2 кг сажи с чистотой 98-99, что составляет 60 от теоретически возможного выхода. Отходящие горячие газы, состоящие из водорода, диоксида и оксида углерода и следов метана, возвращают в технологический цикл,используя в качестве газообразного топлива на стадии сушки исходной рисовой шелухи. Преимуществом изобретения является комплексная переработка рисовой шелухи и ее производных(лигнинных остатков),обеспечивающая возможность получения таких ценных продуктов, как кремнеуглеродный материал,сажа, органический конденсат, топливные газы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ термической переработки рисовой шелухи и ее лигнинных остатков, включающий промывку, сушку, пиролиз исходного сырья,конденсацию парогазовой смеси с получением твердого остатка и органического конденсата,отличающийся тем,что дополнительно осуществляют термическое разложение неконденсирующихся пиролизных газов без доступа воздуха с получением сажи и газообразного топлива.