Development of technology for wasteless processing of rice husk

• Autorzy: Sukharnikov Yuriy I. , Rusowicz Artur , Dikhanbaev Bayandy I. , Yefremova Svetlana V. , Zharmenov Abdurassul A.

Warianty tytułu

PL

Rozwój technologii bezodpadowego przetwarzania łuski ryżowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of the work is a technical and technological justification for the creation of an industrial production of a multifunctional silica-carbon material from rice husk. The proposed method involves thermal processing (pyrolysis) of rice husk at a temperature of 600-650 ° C to produce silica-carbon material and pyrolysis gas. The silica-carbon contains 48-53% C, 37-40% SiO2 and 10-15% hydrocarbons, it is non-toxic, non-flammable and non- explosive. Pyrolysis gas contains, % mass: CH4 - 35; СО - 20; H2 - 5, CO2 - 27; H2O - 10; N2 - 3, and has a calorific value of about 12500kJ / m3. The pyrolysis gas is used as an energy fuel. It is burned in a heat generator, and its combustion products with a temperature of more than 900 ° C are used to heat the pyrolysis reactor. The main elements of the thermal processing (pyrolysis) unit of the rice husk are selected. A circuit diagram of the apparatus is shown, the main ones being a rotating pyrolysis reactor, a pyrolysis gas combustion apparatus, and a silica-carbon cooling apparatus. The material and thermal balances of the process of pyrolysis of rice husk are fulfilled. The output of silica-carbon from rice husks is 33.3%, and of pyrolysis gas 66.7%. According to the heat engineering calculation, the amount of heat at the combustion of pyrolysis gas is 1.8 times higher than necessary value for heating the rice husks in the reactor. Excess heat is supposed to be sent to heat water in the heat exchanger and use it for domestic needs. The industrial module for industrial use is designed for processing 5000 tons of rice husks a year to produce 1750 tons of silica-carbon is offered. Silica-carbon is a polyfunctional material and can be used as a filler of elastomers and carbon structural materials, and also as a fodder additive in poultry farming. Considering the great demand for Kazakhstan and the world in this material, the creation of its production is very topical.

PL

Celem pracy jest techniczne i technologiczne uzasadnienie stworzenia przemysłowej produkcji wielofunkcyjnego materiału krzemionkowo-węglowego z łuski ryżowej. Proponowana metoda polega na obróbce termicznej (piroliza) łuski ryżowej w temperaturze 600-650°C w celu wytworzenia materiału krzemionkowo-węglowego i gazu pirolizacyjnego. Krzemionka - węgiel zawiera 48-53% C, 37-40% SiO2 i 10-15% węglowodorów, jest nietoksyczna, niepalna i niewybuchowa. Gaz pirolityczny zawiera (% masowy): CH4 - 35; SO - 20; H2 - 5, CO2 - 27; H2O - 10; N2 - 3 i ma wartość opałową około 12500kJ/m3. Gaz z pirolizy jest wykorzystywany jako paliwo energetyczne. Jest on spalany w generatorze ciepła, a jego produkty spalania o temperaturze powyżej 900°C są wykorzystywane do ogrzewania reaktora do pirolizy. Opisane są główne elementy jednostki przetwarzania termicznego (pirolizy) łuski ryżu. Pokazano schemat aparaturowy, z których głównym elementem jest obracający się reaktor do pirolizy, aparat do spalania gazu do pirolizy oraz urządzenie do chłodzenia materiału krzemionkowo-węglowego. Spełnione jest bilans materiałowy i cieplny procesu pirolizy łuski ryżowej. Wydajność krzemionki węglowej z łusek ryżu wynosi 33,3%, a gazu pirolitycznego 66,7%. Zgodnie z obliczeniami inżynierii cieplnej, ilość ciepła przy spalaniu gazu pirolitycznego jest 1,8 razy większa, niż wartość niezbędna do ogrzania łusek ryżu w reaktorze. Nadmiar ciepła ma być przekazywany do wody grzewczej w wymienniku ciepła i wykorzystywany na potrzeby gospodarstwa domowego. Moduł przemysłowy do użytku przemysłowego przeznaczony jest do przetwarzania 5000 ton łusek ryżu rocznie w celu wyprodukowania 1750 ton krzemionki i węgla. Krzemionka węglowa jest materiałem wielofunkcyjnym i może być stosowana jako wypełniacz elastomerów i węglowych materiałów konstrukcyjnych, a także jako dodatek paszowy w hodowli drobiu. Biorąc pod uwagę duży popyt na ten materiał w Kazachstanie i na świecie, stworzenie jego produkcji jest bardzo aktualne.

Słowa kluczowe

EN

rice husk; pyrolysis; silicacarbon; pyrolysis gas; radiation heating

PL

łuska ryżowa; piroliza; krzemionka-węgiel; gaz pirolizowy; ogrzewanie radiacyjne

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2019
• Tom: Nr 4
• Strony: 60--70
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Sukharnikov Yuriy I.

• National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan

autor

Rusowicz Artur

• Warsaw University of Technology, Power and Aeronautical Engineering Faculty, Institute of Heat Engineering

autor

Dikhanbaev Bayandy I.

• Department of Heat and Power Energy, S.Seifullin Kazakh Agrotechnical University

autor

Yefremova Svetlana V.

• «National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan

autor

Zharmenov Abdurassul A.

• National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan

Bibliografia

• [1] Genieva S., Turmanova S., Dimitrov A., Petkov P., Vlaev L. Thermal degradation of rice husks on a pilot plant Utilization of the products as adsorbents for oil spill cleanup. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry.2012. 110(1), 111-118 .DOI 10.1007/s10973-012-2282-x.
• [2] Kholomeidik A. N. Production, Composition and Properties of Silicon- and Carbon-Containing Products from Rice Husk Production.ThesisCand. Sc. (Chemistry) - Vladivostok, 2016. - 136 p.
• [3] Lili Wang, YupengGuo, Yanchao Zhu et al. A New Route for Preparation of Hydrochars from Rice Husk, Bioresource Technology. 2010. V. 102. pp. 9807–9810 .
• [4] Si Thu Aung, So Vin Myint, Klushin V. N. Special Aspects of the Rice Husk Destruction – Mill Wastes of the Republic of the Union of Myanmar – and Its Carbonizate. //Journal “Advance in Chemistry and Chemical Engineering” Vol. XXXI., 2017, No. 9, pp. 45-47.
• [5] Korobochkin V. V., Nguyen MangHieu, NguenVangTu, Usoltseva N. V. Study of the Chemical Activation Process of the Rice Husk Heat Treatment Products in Vietnam. //High Research-Intensive Technologies. - 2017. No. 2, pp. 23-27.
• [6] Koptleuova T. M., Tazhina C. Zh., Ospankulova G. Kh. Rice Husk Desiliconization under Various Conditions. The Kazakh National Agrarian University.“New Strategy of Research-and-Education Priorities within the Context of the DIC Development.Vol.III, Almaty 2015, 249 pp.
• [7] Klushin V. N., Nistratov A. V., Si Thu Aung,, So Vin Myint. Quality Evaluation of the Rice and Coconuts Processing in the Republic of Myanmar as Raw Material for Activated Carbon Production Journal “Chemical Industry Today”, 2016, No. 2, pp. 20-25.
• [8] Si Thu Aung, So Vin Myint, Klushin V. N., Nistratov A. V.Investigation of Porous Structure of Activated Carbon from Rice Husk. Journal “Sorption and Chromatographic Processes”, 2017, Vol. 17, pp. 916-923.
• [9] Zharmenov, A., Yefremova, S., Sukharnikov, Yu., Bunchuk, L., Kablanbekov, A., Anarbekov, K., Murtazayeva, D. andYessengarayev, Ye. Carbonaceous Materials from Rice Husk: Production and Application in Industry and Agriculture, J. Mineral Engineering, Poland, Vol. 2, 2017 (SJR 0.22).
• [10] Sukharnikov, Yu. I., Lavrukhin, S.P.,Zharmenov, A. A., Savchenko, A.M. and Dzhusupov, S.A. High-Strength Carbon Materials and Elastomers on the Basis of Carbon- Silicon Nanocomposites, Journal of Environmental Science and Engineering, ISSN 1934-8932, 2013, pp.1346-1355.
• [11] Kostikov, V.I., Samoilov, V.M., Beylina,N.Yu. andOstronov, B.G. New High-Strength Carbon Materials for Traditional Technologies //Russian Chemical Magazine, No.5, 2004, pp. 64-75 .
• [12] Dolgodvorov A. V. Influence of Structure of Carbon-Carbon Composite on the Mechanical Properties. Bulletin of the PNIPU.Aerospace Engineering.2014. No 37, pp.187-198.
• [13] Samoylov, V. M., Ostronov, B. G. The Grain Size Effect on the Modulus of Elasticity and Strength of Artificial Graphite. Inorganic Materials, 2004, No. 4, pp. 425–429.
• [14] Samarina O. Yu., Dolgodvorov A. V. Investigation of Microstructure of Constructional Composite Material at the Stage of Production of Carbon-Carbon Composite Material. Bulletin of the PNIPU.Aerospace Engineering.2014. No. 38., P. 140-151.
• [15] Dolgodvorov A. V. Dokuchayev A. G. Investigation of Influence of Physical-Chemical Characteristics of Carbon-Carbon Material on Its Mechanical Properties.Bulletin of the PNIPU.Aerospace Engineering.2015, No. 40, pp. 135-148.
• [16] Patent of Republic Kazakhstan № 32871. The method of obtaining silica carbon composite from waste rice.Abykayev N.A., Zharmenov A.A., SukharnikovYu.I., Bunchuk L.V., Efremova S.V., Dzhusupov S.A., published on 18.06.2018, Bulletin No. 22
• [17] Grzebielec A., Rusowicz A., Szelągowski A., Air purification in industrial plants producing automotive rubber components in terms of energy efficiency. Open Engineering. 2017. Vol. 7, no. 1, p. 106–114. DOI 10.1515/eng-2017-0015.
• [18] SukharnikovYuZharmenov A., Yefremova S., LavrukhinS. Production of the friction carbon-carbon composite materialusing silicon–carbon from rice husk //Eurasian Chemico-Technological Journal, 2018,#3.
• [19] Zharmenov A.A., SukharnikovYu.I., Efremova S.V., Dikhanbaev B.I. Thermal processing of rice husk using pyrolysis gas as an energy fuel. // Journal Complex use of mineral raw materials. 2018, No. 3. p. 33-41
• [20] Marchenko N.V. Metallurgy of heavy and non-ferrous metals. //Moscow: IPKSFU, - 2009 –394p.
• [21] Klyuchnikov A.D. High-temperature heat technology and heat - power technology. // Moscow: Energy, 2008, 333p.
• [22] Efremova S.V., KorolevYu.M., SukharnikovYu.I., Radiographic Characteristics of Silicon Carbon Nanocomposites from Rice Husk and Its Derivatives.// Reports of the Academy of Sciences of the Russian Federation, 2008, t.419, No. 1, p.77-80.
• [23] Ruciński A., Rusowicz A. Rucińska K., Identyfikacja spektralna gazowych i stałych odpadów z przetwórstwa gumy. Przemysł Chemiczny. 2016. Vol. 95, no. 7, p. 1325–1329. DOI 10.15199/62.2016.7.9.
• [24] Pasechnik N.V., Sinitsky V.M., Drozd V.G. Machines and units of metallurgical production. Moscow. - MechanicalEngineering. - 2009. 349p.
• [25] Dikhanbaev B.I. On a metallurgical unit based on a reactor inversion phase // Technology of production of metals and secondary materials. KarSTU, 2010. –№1 (17). –p.90-95.
• [26] Gryzunova TI, Gryzunova TI, and others. Metallurgical heat engineering. Tutorial. - M: Metallurgy, 2014, 274p

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).