WWW.NET.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Интернет ресурсы
 

«УДК 621.1 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА АМОРФНОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ ИЗ РИСОВОЙ ЛУЗГИ Голубев В.А., Пузырёв Е.М., Мухоедов И. ООО «ПроЭнергоМаш-Проект», ...»

УДК 621.1

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА АМОРФНОГО ДИОКСИДА

КРЕМНИЯ ИЗ РИСОВОЙ ЛУЗГИ

Голубев В.А., Пузырёв Е.М., Мухоедов И.

ООО «ПроЭнергоМаш-Проект», г.Барнаул, Россия

Рисовая лузга – это оболочка зерна, отделяемая при лущении риса. Она характеризуется

повышенным содержанием диоксида кремния SiO2. Из тонны необрушенного риса выходит 200

кг лузги, содержащей до 40 кг золы. Зола, производимая при низкой температуре сжигания, мягкая, содержит кремнезем в ячеистой некристаллической форме с высокой площадью поверхности (50—60 м2/г) и является ценным продуктом. Белые сажа и зола рисовой лузги, состоят в основном из кремнезема в некристаллической форме и относятся к высшему классу пуццоланов с высокой активностью. Соответственно утилизацию рисовой лузги, представляющей изза её многотоннажного выхода серьезную экологическую проблему, нужно организовать не только с получением тепла и/или горючего газа, но и с производством качественной продукта из золы [1-5]. Рисовая шелуха трудно поддается утилизации, так как она плохо горит, практически не гниет, обладает высокой абразивностью. Рисовая шелуха до настоящего времени имеет ограниченное применение, часто используется для получения путем высокотемпературного пиролиза диоксида кремния в композиции с углеродом.

Получение качественного кремнезема представляет сложную задачу из-за загрязненности сырья и трудности выжигания углерода из коксозольного остатка. Исследования показывают, что углерод запаковывается в частицах золы расплавами легкоплавких эвтектик щелочных соединений, прежде всего калия и натрия, и его выгорание сильно замедляется затрудненным доступом кислорода.



При этом длительный процесс высокотемпературного выжигания приводит к упорядочению структуры (кристаллизации), рисунок 1, притом как не обладающие порядком на досРисунок 1 – Формирование кристалической струк- таточно больших расстояниях (аморфные) туры и спеков в пробах при прокаливании в муфе- формы кремнезема имеют наиболее высокую ле с температурой выше 900°С до 24 часов.

реакционную способность и ценность. При нагревании вещества до 1000 °С аморфный кремнезем из рисовой шелухи и соломы переходит в кристаллическое состояние (обычно в формы а-кристобалита и тридимита), рисунок 2.

Получение высококачественного SiO2 важная проблема и сейчас известно несколько технологических схем. Компанией «ПроЭнергоМаш» также предложена и обоснована опытным путем оригинальная схема организации подготовки и низкотемпературного сжигания рисовой лузги с получением высококачественной золы с низким содержанием углерода.

Наиболее ценны белая сажа и зола рисовой лузги. Они относятся к высшему классу пуццоланов, образуются при контролируемом сжигании и состоят в основном из кремнезема в некристаллической форме. Оба материала обладают чрезвычайно высокой площадью поверхности, что является основой их высокой пуццолановой активности. Зола рисовой лузги, полученная в результате контролируемого процесса сжигания, представляет собой очень мягкий материал и легко размельчается до размера менее 45мкм. Полученные таким образом кремнеземистые материалы, являются аморфными, в отличие от природного кварца.

Лузга и её коксозольный остаток представлены легкими парусными частицами, и их полное сжигание представляет сложную задачу, особенно в промышленных условиях [1, 6], так как трудно обеспечить глубокое выжигание углерода на финишной стадии процесса. Опыты по обоснованию схем организации сжигания проводилось в различных условиях, в том числе с удержанием лузги в специальном вихревом аппарате. Здесь горение может сопровождаться измельчением частиц коксозольного остатка. При этом не только уменьшается размер частиц, но и формируется новая поверхность реагирования, и выгорание углерода ускоряется.

Рисунок 2 – Слева на право фото исходной лузги, золы после прокаливания при низких температурах( менее 900 °С), и расплавленного продукта (более 1000°С) Массовая доля соединений в составе рисовой лузги и ее золы не постоянна, зависит места произрастания и условий уборки и переработки. Данные типично анализа для примера приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав рисовой лузги и ее золы Из таблицы 1 видно, что в составе золы превалирует кремнезем, и неизменно присутствуют оксиды калия и натрия. Вместе с фосфором и азотом калий выступает, как один из основных элементов минеральной подпитки растений, но в отличие от них не является составляющей частью органических веществ. Ионная форма калия в виде растворимых солей, находится внутри клеток растений, в клеточном соке.

Карбонат калия (углекислый калий, поташ) K2CO3—средняя соль калия и угольной кислоты. Это белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде.

Человек давно заметил, что внесение в почву золы приводит к увеличению урожайности. О том, что её активным началом является карбонат калия - поташ, стало ясно гораздо позже.

Из анализа широко применяемых огнезащитных пропиток выявлено, что механизм их действия основан на том, что те плавятся с образованием газонепроницаемой стеклообразной пленки. Пока протекают эти процессы, древесина не загорается. Наиболее распространенный антипирен данного типа поташ (К2СО3). Например, пропиточный состав ПП представляет собой водный раствор калия углекислого и поверхностно-активного вещества. Выщелачивание водой золы из древесины, злаков или водорослей известно с давних пор, так как именно калия больше всего в растворимой части растительных остатков (белая «зола» от костра — в основном поташ).

Щелочные элементы минеральной части присутствуют лузге в виде карбонатов. Из таблицы растворимости солей и оснований делаем вывод, что наиболее легко извлекаемыми элементами будут калий и натрий. Для извлечения других элементов требуются добавки минеральных кислот в раствор воды. О появлении в растворе калия и натрия можно судить по его щелочной реакции PH7. Следует отметить что данные карбонаты имеют температуру плавления в интервале 800-900°С а их смеси могут образовывать легкоплавкие эвтектики с температурой плавления в интервале 600-700°С. Образование неравновесной микроэвтектической жидкой фазы ведет к сплавлению пор материала и препятствует полному выгоранию углерода. На основе серии опытов был сделан вывод о том, что этот механизм является определяющим в невозможности получения золы с низким содержанием углерода.

В результате анализа таблиц растворимости карбонатов калия и натрия и проведенных опытов наиболее целесообразным для выщелачивания лузги риса признан интервал температур 30-60°С. Оптимален режим промывания в потоке, а не вымачивания. В одной тонне лузги может быть до 10 килограмм растворимых примесей. Для достижения 90% влажности необходимо добавить к тонне лузги около 8 м3 воды. При растворимости 1 кг на кг воды можно использовать воду до 8 раз.

Для разрабатываемого проекта установки это соответствует расходу воды 1 т/ч. При вымачивании заметную роль играет значительная доля не тонущих частиц даже после выдержки в течении суток. Кроме того при насыщении раствора возможны отложения на поверхностях аппарата и снижение скорости растворения.

При промывке слабо насыщенным раствором воды при температуре не ниже 30°С для вымывания растворимых соединений достаточно 3-5 минут. В разрабатываемом проекте рекомендуется многократный оборот воды с ее дальнейшим выпариванием и получением ценных порошковых удобрений либо транспортировка жидких удобрений и прямое внесение Рисунок 3 – Вид золы. Достаточпосле соответствующего разбавления. но хорошее выгорание измельИзмельчение лузги и золы улучшает и ускоряет выжига- ченной лузги ние углерода рис.3. Измельчение нарушает закрытую клеточную структуру и увеличивает поверхность взаимодействия. Также измельчение может способствовать ускоренному вымыванию растворимых минеральных примесей. На основе технологии измельчения возможна реализация вихревого аппарата, однако ввиду большой парусности частиц золы трудно будет обеспечить необходимое время пребывания для полного выжига. Насыпная плотность лузги варьируется от 120 до 140 кг/м3. Насыпная плотность золы 70-100 кг/м3, а измельченной золы может достигать 250 кг/м3, и она более удобна для обращения.

Проводились опыты и по прямому низкотемпературному выжиганию не обработанной водой лузги – температура 600-650°С. Лузга при этом хорошо выгорала (содержание углерода менее 2%), однако процесс был затянут по времени ввиду низкой интенсивности. В этих же условиях обработанная водой с температурой 40 °С лузга выгорала более полно.





Следует отметить, что выгорание углерода при температуре 650°С идет достаточно интенсивно даже в не обработанной водой лузге. В изотермических условиях (в муфеле) при данной температуре достаточно 5-10 минут обработки для достижения 3% углерода, рисунок 4, и в принципе эта технология представляет интерес.

Рисунок 4 – Хорошее выгорание свежей лузги при температуре 650°С менее 3 % углерода Например, в ФРГ разработана печь для газификации рисовой шелухи или медленного ее сжигания с целью получения золы с высоким содержанием кремния. В печи осуществляется подогрев лузги до температуры 550-600°С со скоростью линейного повышения температуры 25°С/мин ±10 °С/мин и последующей выдержкой в течение еще 40 мин (общее время процесса 60 мин) или с подогревом до 800° С (общее время процесса 30—45 мин). В процессе используется водяной пар с температурой 300-600°С. Таким образом могут обрабатываться также другие, содержащие целлюлозу отходы (солома, дерево, кукурузные початки, отруби и др.).

Для более подробного исследования и обоснования подобной схемы были проведены исследования работы на опытной установке с использованием паровой газификации по прямоточной схеме рис. 5.

Рисунок 5 – Слева на право. Общий вид слоевого газогенератора прямого процесса в присутствии водяного пара. Горение пиролизных газов рисовой лузги над печью.

При температуре пара до 200°С не удалось добиться выжига с остаточным содержанием менее 5% по углероду. При малых концентрациях углерода в золе процесс горения снижает интенсивность и подаваемый окислитель начинает остужать зону реакции, автогенный (самоподдерживающийся) процесс горения прекращается. В итоге необходим подвод внешнего тепла или сжигание по противоточной схеме с использованием тепла вновь поступившего топлива. Оценочными расчетами выявлено, что темпратура пара должна быть не менее 500°С.

Рисунок 6.– Технологическая схема установки.

1-Расходный бункер с ворошителем; 3-Шнек топливоподачи; 4-Реторта; 5-Уловитель; 6-Топочный объем; 7-Эжектора ;8-Труба; 9-Газоход; 10-Выжигатель реечный; 11-Шнек выгрузки золы; 13-Камера дожигания пиролизных газов; 14-Котел утилизатор; 15- Вентилятор; 16- Вентилятор; 17-Дымосос; 18Вентилятор; 19-Вентилятор; 20- Шнековый сепаратор воды; 21- Водяной выщелачиватель, 21- сепаратор, 22 вентилятор;

Для стадии выжигания, чтобы обеспечить требуемое время выгорания углерода порядка 6мин был выбран реечный выжигатель обогреваемый сжигаемыми газами пиролиза. Рейки обеспечивают равномерное распределение и толщину слоя выжигаемой золы по керамической плите (обогреваемой газами пиролиза), а также транспортирование золы к месту выгрузки.

В пиролизной камере материал должен обрабатываться 3-5 минут и затем, после выхода летучих, коксозольный остаток удаляется с содержанием углерода в золе на уровне 10-15 %. При этом на стадии выхода летучих существует большая опасность перегрева материала выше 800°С, что затруднит последующий выжиг углерода. Общее время процесса должно быть не более 15 минут.

В итоге проведенные опытные исследования позволили разработать и детально обоснованно технологию обращения с рисовой лузгой в зависимости от имеющихся исходных условий и данных, обеспечить предварительную обработку лузги и подготовку её к сжиганию.

Предложена технология сжигания лузги с глубоким выжиганием углерода из коксозольного остатка и сопутстРисунок 7 – Полное выгорание углевующей выработкой тепла по технологической схеме, рода из выщелоченной лузги.

рисунок 6.

Технология позволяет, как получить товарный продукт с хорошими характеристиками, так и утилизировать полученное тепло. В проекте компании «ПроЭнергоМаш» выбрано как типовое оборудование (вентиляторы, дымососы и др), так и разработаны конструкции таких специальных устройств как механизированная камера пиролиза, механизированный дожигатель коксозольного остатка, камера смешения и дожигания горючих газов и др.

Переработка 1 т/час лузги позволяет получить до 170 кг/час аморфной золы SiO2 и до 5 т/час пара или 3,5МВт тепла. На фотографии 7 показан образец золы с повышенным содержанием SiO2( 99%), получаемой из рисовой лузги.

Выводы I. Присутствие соединений щелочных металлов с низкой точкой плавления в рисовой лузге приводит к образованию поверхностных расплавов (микроэвтектической жидкой фазы) на частицах рисовой шелухи, которые препятствуют проникновению кислорода в процессе сгорания. Выгорание сопровождается формированием своеобразных углеродосодержащих скелетов (черные частицы) в золе.

II. Удаление растворимых соединений калия и натрия из частиц рисовой лузги путем промывки водой при температуре 30 – 50°С эффективно в устранении образование скелетов в золе и способствует полному выгоранию углерода.

III. Воздействие на частицы рисовой лузги температуры до 850°C или 900°C (промытой водой рисовой шелухи) до 15 минут не вызывает кристаллизацию диоксида кремния в получающейся золе.

IV. На основе исследование предложена установка с двух стадийным процессом выжигания углерода из рисовой лузги.

V. Разработана технология и выполнен проект производства золы с повышенным содержанием SiO2 из рисовой лузги с сопутствующим получением тепла или силового пара.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Голубев В.А., Пузырёв Е.М., Лаптов А.В. Пузырёв М.Е. Установка по получению аморфного диоксида кремния на основе контролируемого пиролиза //Минеральная часть топлива, шлакование, очистка котлов, улавливание и использование золы /Сб. докладов V научно-практической конференции. Челябинск, 7-9 июня 2011 г. Том II. С. 193-203 С.

2. Скрябин А.А., Сидоров А.М., Пузырев Е.М., Щуренко В.П. Способ получения диоксида кремния и тепловой энергии из кремнийсодержащих растительных отходов и установка для сжигания мелкодисперсных материалов // Патент RU2291105 C01B33/12, F23C9/00

3. Российский Химический Журнал. Том XLVIII (2004) № 3. Химические продукты из растительной биомассы Возобновляемые источники химического сырья:

комплексная переработка отходов производства риса и гречихи. В.И. Сергиенко, JI.А. Земнухова, А.Г. Егоров, Е.Д. Шкорина, Н.С. Василюк

4. Земнухова Л.А., Сергиенко В.А. Использование рисовой шелухи для производства высокочистого амфорного диоксида кремния // Утилизация твердых бытовых и других видов отходов. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:

http://www.saveplanet.su/tehno_377.html (дата обращения: 18.01.2014).

5. Земнухова Л.А., Сергиенко В.И., Каган В.С., Федорищева Г.А. Способ получения аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи // Патент RU 2061656. C01B33/12.

6. Земнухова Л.А., Федорищева Г.А., Егоров А.Г., Сергиенко В.И. Исследование условий получения, состава примесей и свойств аморфного диоксида кремния из отходов производства риса // Журнал прикладной химии. — 2005. — Т. 78. — Вып. 2. — С. 324—328.

7. Виноградов В.В., Былков А.А. Cпособ подготовки рисовой шелухи для получения высокочистого диоксида кремния (РФ № 2161124) C01B33/12.

8. Сапрыкина Л.В., Киселева Н.В. Состояние и перспективы термической переработки рисовой шелухи // Химия древесины. — 1990. — № 6. — С. 3—7.

9. Сергиенко В.И. Возобновляемые источники химического сырья: комплексная переработка отходов производства риса и гречихи / В.И. Сергиенко и др. // Российский химический. — 2004. — Т. XLVIII, — № 3. — С. 116—124.

10. Смирнов В.С. Химический состав и потребительские свойства риса / В.С. Смирнов // Сборник

Похожие работы:

«Андрей Валентинов Диомед, сын Тидея. Книга 2. Вернусь не я Серия "Древняя Греция" Серия "Микенский цикл", книга 3 Текст предоставлен издательством http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=156574 Диомед, сын Тидея. Верну...»

«Раздел 4 Український журнал малоінвазивної та ендоскопічної хірургії. – 2000.– Vol 4, №3. – С.50 60 Малоинвазивные методы в абдоминальной хирургии, торакальной хирургии и гинекологии. ЭНДОСКОПИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ В ЛЕЧЕНИ...»

«УДК 336.653 И.Н.ПОГОРЕЛОВ, доцент, НТУ "ХПИ", Харьков А.В.ЯЦЕНКО, магистрант, НТУ "ХПИ", Харьков СИСТЕМАТИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ДЕБИТОРСКОЙ ЗАДОЛЖЕННОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ В статье рассмотрены вопросы систематизация и анализа...»

«А.В.Карпенко "СКАД": от вертолетов до "Рекорда" и "Аэрофона" Ракетный комплекс "Скад" был настолько удачным, что он долго находился в эксплуатации в Советской Армии и за рубежом, неоднократно служил основой для разработки новых вариантов, проведения различных экспериментов при отработке боевой техники. Вертолетный р...»

«Задача одновременной локализации и построения карты (SLAM) Робошкола-2014 Андрей Антонов robotosha.ru 10 октября 2014 г. План Основы SLAM RGB-D SLAM Робот Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октябр...»

«ООО "ОРИОН-Р" ПУЛЬТ СБОРА ИНФОРМАЦИИ И ГРОМКОГОВОРЯЩЕЙ СВЯЗИ РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ И ИНСТРУКЦИЯ ПО МОНТАЖУ Рязань Юр. адрес: 390037, г. Рязань, ул. Зубковой дом 19 к. 1 оф. 99а, ООО "ОРИОН-Р" тел. 8(910) 572-56-76 e-mail: ooo-orion-r@yandex.ru Содержание лист 1. Введение.. 2 2. Общие указания.. 2 3. Указание мер безопасности. 2 4. Описание...»

«ЗАКЛЮЧЕНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО СОВЕТА Д 212.190.03 НА БАЗЕ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ПО ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕ...»

«д.ф.г.-м.н. Е.В. Полетаева Институт геологии НАНА Баку, Азербайджан РАЗЛОМНО-БЛОКОВАЯ МОДЕЛЬ ЗЕМНОЙ КОРЫ КАСПИЙСКОГО МОРЯ. Ключевые слова: разломы земной коры, каспийский регион, глубинные разломы Каспийского моря Аннотация В настоящей работе приведена модель распределения систем региональных разломов земной коры Каспийского моря по компле...»








 
2017 www.ne.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.