Гидролизный лигнин. Опытное производство пеллет из гидролизного лигнина в архангельской области Проблемы при использовании пеллет из лигнина

Гидролизный лигнин - прекрасное высококаллорийное топливо и легкодоступное возобновляемое сырье для производства топливных гранул и брикетов.

В настоящее время актуальность вопроса производства альтернативных энергоносителей постоянно возрастает. Для этого имеется ряд причин.

1. Традиционные энергоносители - газ, уголь, нефть - с каждым годом становится добывать все труднее, и это ведет к постоянному повышению их стоимости. Особую актуальность для Украины, как известно, имеет вопрос стоимости импортируемого газа.

2. Запасы традиционных энергоносителей быстро истощаются, что делает производство альтернативных энергоносителей весьма перспективным направлением бизнеса.

3. Производство альтернативных источников энергии стимулируется Правительствами всех развитых стран, в том числе Украины.

Лигнин Горит хранилище лигнина

Пеллета из лигнина Брикет Pini&Key из лигнина

Новым законом "О содействии производству и использованию биологических видов топлива " предприятия-производители биотоплива, в т.ч. топливных гранул и брикетов, освобождены до января 2020г. от налогообложения прибыли. Есть, также, ряд экономических, экологических и социальных предпосылок, способствующих расширению рынка биотоплива вообще, и топливных гранул и брикетов в частности. Но многие бизнесмены, направившие свои усилия и капиталы в этот перспективный сегмент экономики, столкнулись с неожиданными проблемами.

Основная конкуренция в этой отрасли лежит не в сфере сбыта - с ним как раз проблем нет, причем, в основном, вся продукция отгружается на экспорт в страны Евросоюза – а в сфере обеспечения сырьем. Дело в том, что многие предприятия, установившие оборудование брикетирования или грануляции биомассы, в настоящее время работают не в полную мощность, а зачастую вообще простаивают из-за отсутствия сырья. Это связано прежде всего с сезонностью наличия некоторых видов сырья (лузги подсолнечника, соломы, отходов крупяных культур, отходов переработки кукурузы, других видов сельхозсырья), некорректным выбором места установки оборудования (например, удаленность от потенциальных источников сырья), большими логистическими затратами на доставку сырья, имеющего, как правило, очень малый насыпной вес (к примеру, насыпной вес лузги подсолнечника - 100 кг/м3).

В такой ситуации лигнин является хорошей альтернативой сельхозотходам как сырью, так как его запасы имеются в достаточно большом количестве независимо от сезона переработки, лигнин хорошо поддается гранулированию и брикетированию в силу своих отличных связующих свойств, имеет достаточно большой насыпной вес (до 700 кг/м3), делающий рентабельной его перевозку на значительные расстояния даже не в гранулированном виде, обладает хорошей теплотворной способностью, соизмеримой с углем, при гораздо, меньшей зольности, и цена сырья-лигнина сравнительно невысока. Вследствие особых свойств лигнина, в технологии его подготовки к дальнейшему использовании особое значение придается вопросу сушки лигнина.

Если рассматривать лигнин с физико-химической точки зрения, то в изначальном виде это вещество представляет собой сложную опилкоподобную массу, влажность которой доходит до семидесяти процентов. По сути, лигнин - это уникальный комплекс веществ, который состоит из полисахаридов, особой группы веществ, относящихся к так называемому лигногуминовому комплексу, моносахаров, различных минеральных и органических кислот самой разной насыщенности, а также определенной части золы. Гидролизный лигнин представляет собой опилкоподобную массу с влажностью приблизительно 55-70%. По своему составу это комплекс веществ, в который входят собственно лигнин растительной клетки, часть полисахаридов, группа веществ лигногуминового комплекса, неотмытые после гидролиза моносахара минеральные и органические кислоты, зольные и другие вещества. Содержание в лигнине собственно лигнина колеблется в пределах 40-88 %, полисахаридов от 13 до 45 % смолистых и веществ лигногуминового комплекса от 5 до 19 % и зольных элементов от 0.5 до 10 %. Зола гидролизного лигнина в основном наносная. Гидролизный лигнин характеризуется большим объемом пор, приближающимся к пористости древесного угля, высокой реакционной способностью по сравнению с традиционными углеродистыми восстановителями и вдвое большим в сравнении с древесиной содержанием твердого углерода, достигающим 30 %, то есть почти половины углерода древесного угля.

Гидролизный лигнин отличает способность переходить в вязкопластическое состояние при наложении давления порядка 100 МПа. Это обстоятельство предопределило одно из перспективных направлений использования гидролизного лигнина в виде брикетированного материала. Установлено, что лигнобрикеты являются высококалорийным малодымным бытовым топливом, качественным восстановителем в черной и цветной металлургии, заменяющим кокс, полукокс и древесный уголь, а также могут служить для производства угля типа древесного и углеродистых сорбентов. Исследовательские и опытно–промышленные работы ряда организаций показали, что брикетированный гидролизный лигнин может являться ценным сырьем для металлургической, энергетической и химической отраслей народного хозяйства страны, а также высокосортным коммунально-бытовым топливом.

К внедрению могут быть рекомендованы технологические разработки, позволяющие получать следующую брикетированную лигнопродукцию:
- лигнобрикеты для замены традиционных углеродистых металлургических восстановителей и кусковой шихты в производстве кристаллического кремния и ферросплавов;
- малодымные топливные лигнобрикеты;
- брикетированный лигнинный уголь взамен древесного в химической промышленности;
- углеродистые сорбенты из лигнобрикетов для очистки промстоков и сорбции тяжелых и благородных металлов;
- энергетические брикеты из смеси с отсевами углеобогащения.

Топливные брикеты из лигнина представляют собой высококачественное топливо с теплотой сгорания до 5500 ккал/кг, и низким содержанием золы. При сжигании брикеты лигнина горят бесцветным пламенем, не выделяя коптящего дымового факела. Плотность лигнина равна 1,25 - 1,4 г/см3. Коэффициент преломления равен 1,6.

Гидролизный лигнин имеет теплотворную способность, которая для абсолютно сухого лигнина составляет 5500-6500 ккал/кг для продукта с 18-25% - ной влажностью, 4400-4800 ккал/кг для лигнина с 65%-ной влажностью, 1500-1650 ккал/кг для лигнина с влажностью более 65%. По физико-химической характеристике лигнин представляет собой трехфазную полидисперсную систему с размерами частиц от нескольких миллиметров до микронов и меньше. Исследования лигнинов, полученных на различных заводах, показали, что состав их характеризуется в среднем следующим содержанием фракций: размером более 250 мкм - 54-80%, размером менее 250 мкм - 17-46%, и размером менее 1 мкм - 0,2-4,3%. По структуре частица гидролизного лигнина не является плотным телом, а представляет собой развитую систему микро- и макропор, величина его внутренней поверхности определяется влажностью (для влажного лигнина она составляет 760-790 м2/г, а для сухого всего 6 м2/г).

Как показали многолетние исследования и промышленные испытания, проведенные целым рядом научно-исследовательских, учебных и промышленных предприятий, из гидролизного лигнина можно получать ценные виды промышленной продукции. Для энергетики - из исходного гидролизного лигнина можно изготавливать брикетированное коммунально-бытовое и каминное топливо, а из смеси лигнина с отсевами углеобогащения - производить брикетированное энергетическое топливо.

Процесс горения лигнина в технологических топках без прямой отдачи теплоты имеет существенные отличия по сравнению с топками паровых котлов. В них отсутствует лучевоспринимающая поверхность, и поэтому, во избежание шлакования золы, требуется тщательно рассчитывать аэродинамические режимы процесса. Температура ядра факела из-за отсутствия прямой теплоотдачи оказывается более высокой и концентрируется в меньшем объеме, чем в топках паровых котлов. Для сжигания лигнина наиболее целесообразно использовать факельную топку системы Шершнева, обеспечивающую достаточно высокую эффективность для топлив с высокой степенью дисперсности.

Лигнин может быть эффективно использован в качестве топлива для сжигания в теплогенераторе сушильного комплекса для сушки опилки или другой биомассы в линиях по производству топливной гранулы пеллеты и топливных брикетов. Тщательно подготовленное пылевидное топливо по скорости выгорания и полноте сгорания приближается к жидкому топливу. Полное сгорание в факеле обеспечивается при меньшем коэффициенте избытка воздуха, а следовательно, с более высокой температурой. При ведении топочного процесса с малым избытком воздуха обеспечиваются взрывобезопасные условия работы сушильного комплекса, что положительно отличает сушку с прямым использованием топочных газов от способа сушки нагретым воздухом.

Таким образом, лигнин является прекрасным, высококаллорийным топливом и легкодоступным возобновляемым сырьем для производства топливных гранул и брикетов.

Применение порошкообразного лигнина.

Порошкообразный лигнин пригоден в качестве активной добавки в дорожные асфальтобетоны, а также для добавки к мазуту при его использовании в энергетике и металлургии. Гидролизный лигнин, используемый в качестве минерального порошка, позволяет:
1. Повысить качество асфальтобетонов (прочность - на 25%, водостойкость - на 12%, трещиностойкость (хрупкость) - с -14°С до -25°С) за счет дополнительной модификации нефтяного битума.
2. Экономить дорожно-строительные материалы: a) нефтяной битум на 15-20%; b) известковый минеральный порошок на 100%.
3. Значительно улучшить экологическую обстановку в зоне складирования отходов.
4. Возвратить плодородные земли, занятые в настоящее время под отвалы.

Таким образом, проведенные исследования по применению технологического гидролизного лигнина (ТГЛ) в производстве асфальтобетонов показывают, что имеются возможности значительного расширения сырьевой базы материалов для строительства современных автодорог (республиканских, региональных и городских), при одновременном повышении качества их покрытия за счет модификации нефтяных битумов гидролизным лигнином и полной замены дорогостоящих минеральных порошков.

Проект по производству нового вида биотоплива - топливных гранул из лигнина запущен в Германии в Техническом университете г. Котбуса совместно с Научно-исследовательским Центром по изучению биомассы в г. Лейпциг и одной компанией, производящей технологическое оборудование.

По мнению специалистов, новый проект позволит, наконец, производить из гидролизного лигнина топливные гранулы (пеллеты) или брикеты высокого качества в промышленном масштабе.

Пилотный проект будет запущен в июне 2013 года. Финансирование осуществляется за счет грандов Евросоюза по программе защиты окружающей среды.

Многие годы сотни научных организаций во всем мире занимаются исследованиями и разработками в области утилизации гидролизного лигнина. Многие из них в разные годы уже внедрены в промышленности. В последнее время актуальность эти работы получают в связи с возросшим интересом к решению экологических проблем и к промышленному использованию в целом биомассы в энергетике. Но без серьезной государственной поддержки, скорее всего «воз (отвал) будет и ныне там».

Что касается России, то запасы гидролизного лигнина в РФ, составляющие десятки миллионов тонн, сопоставимы с другими отходами переработки древесины - корой, опилками и т. п.

Интересно, что лигнин отличается от древесных отходов большей однородностью и, главное, большей концентрированностью (например, отвалы вблизи гидролизных заводов). В связи с практически полным отсутствием его утилизации, создаются проблемы с экологической точки зрения и с его хранением.

На большинстве гидролизных и биохимических заводах лигнин вывозится в отвалы и загрязняет большие территории.

Многие европейские специалисты, посещая такие заводы подчеркивают, что нигде в Европе не видели такую колоссальную концентрацию неиспользуемого энергетического сырья.

Согласно имеющимся в литературе данным использование гидролизного лигнина в качестве химического сырья в СНГ не превышает 5 % . А по данным International Lignin Institute, в мире используется на промышленные, сельскохозяйственные и другие цели не более 2 % технических лигнинов. Остальное сжигается в энергетических установках или вывозится в отвалы.

Проблема

Проблема утилизации гидролизного лигнина еще с 30-х годов была основной для отрасли. И хотя ученые и практики давно доказали, что из лигнина можно получить прекрасное топливо, удобрения и многое другое, за долгие годы существования гидролизной промышленности и в СССР, и в СНГ, так и не удалось использовать лигнин в полном объеме.

Трудность промышленной переработки лигнина обусловлена сложностью его природы, а также нестойкостью этого полимера, необратимо меняющего свойства в результате химического или термического воздействия. В отходах гидролизных заводов содержится не природный лигнин, а в значительной степени измененные лигниносодержащие вещества или смеси веществ, обладающие большой химической и биологической активностью. Кроме того, они загрязнены другими веществами.

Некоторые технологии переработки, например, разложение лигнина на более простые химические соединения (фенол, бензол и т. п.) при сравнимом качестве получаемых продуктов обходятся дороже их синтеза из нефти или газа.

ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

В. С. Болтовский, доктор технических наук, профессор (БГТУ)

СОСТАВ ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА ИЗ ОТВАЛОВ ОАО «БОБРУЙСКИЙ ЗАВОД БИОТЕХНОЛОГИЙ»

И РАЦИОНАЛЬНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Исследован состав гидролизного лигнина из отвалов ОАО «Бобруйский завод биотехнологий». Показано, что в результате длительного хранения произошло уменьшение суммарного содержания полисахаридов при существенно меньшей деградации собственно лигнина. Рассмотрены основные направления использования гидролизного лигнина и даны рекомендации по наиболее перспективным и рациональным направлениям его утилизации: получение топливных брикетов и пеллет, органо-минеральных удобрений, сорбентов.

The composition of a hydrolytic lignin from dumps of JSC Bobruisk Plant of Biotechnologies is investigated. It is shown that long storage of lignin resulted in the reduction of the total content of polysaccharides at significantly smaller degradation of the actual lignin. The main directions of use of a hydrolytic lignin are considered, and recommendations about the most perspective and rational directions of its utilization are made: receiving fuel briquettes and pellets, organo-mineral fertilizers and sorbents.

Введение. Лигнин клеточной ткани растительной биомассы является высокомолекулярным природным полимером ароматического строения, который при гидролитической переработке в результате поликонденсационных превращений образует трехмерную сетчатую структуру и представляет собой сложный комплекс, включающий вторичные ароматические структуры (собственно лигнин, значительно измененный при гидролизе), часть непрогидролизованных полисахаридов и неотмытых моносахаридов, вещества лигногуминового комплекса, минеральные и органические кислоты, зольные элементы и другие вещества .

Проблема утилизации гидролизного лигнина существует, начиная с создания отрасли, и кардинально не решена до настоящего времени, несмотря на многочисленные способы его переработки, в том числе реализованные в промышленности.

Основными направлениями переработки гидролизного лигнина являются : использование в натуральной форме (в черной и цветной металлургии, в производстве легковесных огнеупорных изделий - в качестве выгорающей добавки, при получении бытового топлива, в качестве адсорбента и др.), после термической переработки (получение лигнинных, активных и гранулированных углей), после химической переработки (получение нитролигнина и его модификаций, коллактивита, биологически активных веществ - аммонийных солей поликар-

боновых кислот и лигностимулирующих удобрений, лечебного лигнина и «полифепана», применяемых в качестве энтеросорбента для профилактики и лечения заболеваний желудочнокишечного тракта животных и людей взамен активированного угля), а также в качестве энергетического топлива.

На территории Республики Беларусь в отвалах, которые занимают значительные площади и представляют опасность для окружающей среды, накопилось значительное количество гидролизного лигнина, достаточное для промышленной переработки.

Опубликованные в литературе сведения характеризуют химический состав и свойства гидролизного лигнина, полученного после гидролитической переработки растительного сырья. Для квалифицированного решения о наиболее рациональных способах использования лигнина из отвалов необходимо определение его свойств и выбор наиболее перспективных направлений его переработки.

Основная часть. Для анализа использовали образцы гидролизного лигнина, отобранные в соответствии с требованиями ТУ BY 004791190. 005-98 из отвала ОАО «Бобруйский завод биотехнологий», расположенного в поселке Титовка на опытно-промышленном участке полевой сушки лигнина.

Определение компонентного химического состава образцов лигнина гидролизного и изготовленных из него брикета и пеллет проводили

методами анализа, принятыми в химии древесины и целлюлозы и гидролизном производстве .

Термогравиметрический анализ образцов древесины сосны, березы и лигнина гидролизного проводили на приборе TA-4000 METTLER TOLEDO (Швейцария) при следующих условиях: навеска образца 30 мг, скорость подъема температуры 5°С/мин в интервале 25-5 00°С, продувка воздухом 200 мл/мин.

Результаты определения содержания основных компонентов в образцах лигнина гидролизного из отвала приведены в табл. 1.

Сравнение результатов анализа лигнина гидролизного из отвалов с усредненным составом лигнина, полученного непосредственно после гидролитической переработки древесины (табл. 2) показывает, что в результате длительного хранения произошло уменьшение суммарного содержания полисахаридов при существенно меньшей деградация собственно лигнина.

В то же время гидролизный лигнин содержит те же основные компоненты, что и древесина (табл. 3), но меньшее количество полисахаридов и большее - негидролизуемого при гидролитической обработке собственно лигнина, т. е. представляет собой древесину после гидролизной обработки (растительную биомассу).

Результаты термогравиметрического анализа древесины и гидролизного лигнина (потери массы и дифференциальной термо-гравиметрии, характеризующей скорость потери массы), показали, что термическое разложение

древесины сосны и березы и лигнина гидролизного происходят аналогично:

В диапазоне температур 25-100°С происходит удаление свободной влаги (потеря массы древесины сосны и березы составляет 6,26,4% соответственно, лигнина гидролизного -3,8-4,2%);

При температурах выше 100 и до 300°С происходит десорбция связанной воды с потерей массы древесины 4,2-4,3% и лигнина гидролизного 4,1-5,5%;

Максимальная скорость потери массы древесины, сопровождающаяся ее активным термораспадом и потерей массы наблюдается при температуре 300°С, лигнина гидролизного -280°С, т. е. основные компоненты исходной древесины и древесины после гидролизной обработки (лигнина гидролизного) сгорают практически в одном температурном интервале;

При дальнейшем повышении температуры происходит более глубокая деструкция, потеря массы и карбонизация с образованием углистого остатка в количестве 2,3-5,5% при сжигании древесины и 3,9-5,9% - лигнина гидролизного.

Результаты термогравиметрического анализа подтверждают результаты и выводы, сделанные на основании определения химического компонентного состава древесины и лигнина гидролизного о том, что лигнин гидролизный представляет собой древесину после гидролизной обработки и аналогичен по свойствам при сгорании древесине.

Таблица 1

% от массы абсолютно сухого вещества

Наименование компонента Усредненные значения в пробах, отобранных на глубине, м

Всего полисахаридов, в т. ч.: 21,51 19,61 17,67

Легкогидролизуемых 1,63 1,65 1,80

Трудногидролизуемых 19,88 17,96 15,87

Целлюлоза 18,86 17,04 19,95

Лигнин 47,94 52,71 49,32

Зола 9,56 5,65 10,61

Кислотность (в пересчете на H2SO4) 0,1 0,1 0,1

Таблица 2

Полисахариды 12,6-31,9 19,9

Собственно лигнин 48,3-72,0 57,1

Кислотность (в пересчете на H2SO4) 0,4-2,4 -

Зольность 0,7-9,6 -

Примечание. В работе приведены данные по определению гидролизного лигнина Бобруйского гидролизного завода; в качестве полисахаридов - содержание только целлюлозы.

Химический состав древесины различных пород

Таблица 3

Наименование компонента Содержание, % от массы абсолютно сухого вещества

Ель Сосна Береза Осина

Всего полисахаридов, в т. ч.: 65,3 65,5 65,9 64,3

Легкогидролизуемых 17,3 17,8 26,5 20,3

Трудногидролизуемых 48,0 47,7 39,4 44,0

Целлюлоза 46,1 (44,2) 44,1 (43,3) 35,4 (41,0) 41,8 (43,6)

Лигнин 28,1 (29,0) 24,7 (27,5) 19,7 (21,0) 21,8 (20,1)

Зола 0,3 0,2 0,1 0,3

* В скобках приведено содержание целлюлозы без гемицеллюлоз и лигнина по данным источника .

Направления использования гидролизного лигнина разнообразны. Перспективными для промышленного производства являются, например, продукты, основанные на его высоких сорбционных свойствах (сорбенты, в т. ч. энтеросорбенты медицинского назначения - лечебный лигнин и полифепан) , активные угли, удобрения пролонгированного действия и другие продукты ) и его теплотворной способности (в качестве топлива). Теплотворная способность гидролизного лигнина при влажности 60% составляет 7750 кДж/кг, при 65% - 6150 кДж/кг и при 68% - 5650 кДж/кг. Средняя теплотворная способность абсолютно сухого лигнина равна 24 870 кДж/кг .

В настоящее время на подведомственном ОАО «Бобруйский завод биотехнологий» предприятии освоено производство брикетов топливных (ТУ BY700068910.019-2008) и пеллет из гидролизного лигнина.

Результаты определения содержания основных компонентов брикетов и пеллет, изготовленных из лигнина гидролизного приведены в табл. 4.

Как видно из приведенных в табл. 4 результатов, по содержанию основных компонентов брикеты и пеллеты практически не отличаются от лигнина гидролизного, из которого они изготовлены, и от древесины, но имеют меньшее содержание полисахаридов и большее лигнина.

Перспективно крупнотоннажное использование гидролизного лигнина в сельском хозяйстве в качестве органического удобрения (в натуральном виде), органо-минерального удобре-

ния (в смеси с минеральными компонентами или отходом микробиологической промышленности - отработанной культуральной жидкостью после ферментации микроорганизмов, или в смеси с различными минеральными веществами после компостирования - биогумус), лиг-ностимулирующего удобрения (после модификации путем окислительной деструкции различными способами с одновременным обогащением азотом и микроэлементами).

Применение удобрений на основе гидролизного лигнина обеспечивает:

Улучшение физических свойств почвы и условий развития сапрофитных грибов;

Создание рыхлого поверхностного слоя, обеспечивающего нормальный водно-воздушный обмен;

Активирование процессов нитрификации в почве;

Пролонгированное действие, создающее условия для удерживания питательных веществ (благодаря высокой адсорбционной способности лигнина) и их постепенного потребления корневой системой растений и препятствующее их быстрому вымыванию атмосферными осадками и почвенными водами;

Ускорение роста и прибавку урожая сельскохозяйственных растений (например, внесение лигнина в смеси с аммиаком или мочевиной повышает урожайность озимой ржи на 1617%, лигностимулирующего удобрения в количестве 0,4 т/га приводит к приросту урожая картофеля на 15-30% ).

Таблица 4

Наименование компонента Брикеты Пеллеты

Всего полисахаридов, в т. ч. 19,25 19,67

Легкогидролизуемых 2,13 2,17

Трудногидролизуемых 17,12 17,50

Целлюлоза 15,90 16,81

Лигнин 46,41 44,73

Зола 8,97 9,30

Кислотность (в пересчете на H2SO4) 0,1 0,1

Полученные на основе гидролизного лигнина сорбенты имеют следующие преимущества :

Обладают высокой сорбционной способностью. Удельная поверхность исходного гидролизного лигнина, содержащего 15,2% целлюлозы, составляет 10,14 мг/г, а полученного на его основе после соответствующей обработки энтеросорбента медицинского назначения (лечебного лигнина) - 16,3 мг/г, объем пор исходного лигнина - 0,651 см3/г, лечебного лигнина -0,816 см3/г . Суммарный объем пор полифе-пана - 0,8-1,3 см3/г. Коэффициенты распределения цезия и стронция между их модельными растворами и энтеросорбентом достигают 400900, а сорбция микроорганизмов из культуральных сред - 108 клеток/г препарата;

Имеют низкую себестоимость, т. к. являются остатком после гидролитической обработки растительной биомассы;

Являются натуральной растительной биомассой;

Имеют низкую зольность при сжигании.

Возможные области применения:

Очистка техногенных растворов, промышленных и ливневых сточных вод;

Использование в медицинских целях в качестве энтеросорбента;

Сорбция жидких низко- и среднерадиоактивных отходов;

Использование при очистке газов от радионуклидов и тяжелых металлов;

Использование в установках индивидуального и коллективного пользования для очистки воды;

Выделение редкоземельных, драгоценных и цветных металлов;

Других областях применения, в качестве природных фитосорбентов.

Наиболее рациональными с точки зрения крупнотоннажной переработки гидролизного лигнина в Республике Беларусь, помимо производства брикетов и пеллет для использования в качестве топлива, является получение сорбентов, в том числе для очистки производственных сточных вод, и органических или органо-минеральных удобрений.

Литература

1. Холькин Ю. И. Технология гидролизных производств. М.: Лесная пром-сть, 1989. 496 с.

2. Безотходное производство в гидролизной промышленности / А. З. Евилевич [и др.]. М.: Лесная пром-сть, 1982. 184 с.

3. Эпштейн Я. В., Ахмина Е. И., Раскин М. Н. Рациональные направления использования гидролизного лигнина // Химия древесины, 1977. № 6. С. 24-44.

4. Оболенская А. В., Ельницкая З. П., Леонович А. А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 с.

5. Емельянова И. З. Химико-технический контроль гидролизных производств. М.: Лесная пром-сть, 1976. 328 с.

6. Богомолов Б. Д. Химия древесины и основы химии высокомолекулярных соединений. М.: Лесная пром-сть, 1973. 400 с.

Традиционно в производстве древесных топливных гранул - пеллет используют отходы древесины хвойных пород. Однако древесина хвойных пород - это дорогостоящее сырье, востребованное в деревообрабатывающей промышленности, и отходы ее используются в целом ряде других производств. Вследствие этого ресурсы хвойной древесины постоянно сокращаются, а для производства пеллет необходимо использовать малоценную и дешевую древесину лиственных пород, которая не находит такого широкого применения в промышленном производстве, как хвойная.

Применительно к технологии производства пеллет основным отличием лиственных пород от хвойных является низкое содержание лигнина: 14-25% против 23-28%. Высокие температура и давление прессования древесного сырья активируют лигнин, содержащийся в его клетках, и приводят его в пластичное состояние. Лигнин выступает в этом процессе как внутреннее связующее, обеспечивающее прочность пеллет. Из древесины лиственных пород гранулы получаются менее прочными из-за меньшего содержания лигнина. И для достижения необходимой прочности применяются различные добавки или обработка сырья паром, о чем будет рассказано ниже.

Также при производстве пеллет имеет значение твердость древесины. Более твердую лиственную древесину сложнее прессовать в гранулы, нежели хвойную, создаются высокие нагрузки на оборудование, особенно на расходные части - матрицу и пресс-вальцы. А вот теплота сгорания некоторых лиственных пород, в первую очередь бука и дуба, выше, в сравнении с этим параметром хвойных.

Для удовлетворения постоянно растущего в Европе спроса на высококачественные древесные пеллеты, для их производства все чаще используются лиственные породы древесины. Вопрос в том, соответствуют ли такие гранулы стандартам ENplus и DIN+.

Активное использование для производства пеллет сырья из лиственной древесины снизило бы напряженность на рынке отходов хвойных пород, которые широко используются в плитном производстве и других отраслях промышленности, что, несомненно, создает очень высокую конкуренцию производителям пеллет. Однако содержание золы в пеллетах из лиственной древесины выше, чем в пеллетах из хвойной, и в большинстве случаев соответствует стандарту ENplus А2 (содержание золы не больше 1,5%). Кстати, изменение в новой версии стандарта ENplus А2 предписывает норму по содержанию золы не больше 1,2% (EN ISO 17225-2). В будущем вполне возможно дополнительное снижение допустимого содержания золы по нормам ENplus. Тем не менее все производители так называемых пеллет премиум-класса (или бытовых пеллет, как их принято называть в ЕС), по экономическим причинам стараются довести характеристики своей продукции до стандарта ENplus А1 (их стоимость выше, чем пеллет класса А2 и индустриальных). Стоит отметить, что запросы на гранулы качества ENplus А2 в Европе минимальные, так как для небольших котельных или мини-ТЭС, для которых и был разработан этот стандарт, вполне подходят индустриальные гранулы, цена которых ниже, объемы производства значительно выше, а отличаются они только зольностью (до 1,5%) и, косвенно, цветностью.

Исследования в австрии и ФРГ

Для расширения базы данных по содержанию золы в пеллетах, изготовленных из лиственных пород древесины, в Австрии была проведена серия научно-исследовательских работ для оценки возможности использования лиственной древесины для производства пеллет стандарта ENplus. Для самой большой серии тестов были выбраны береза, бук, дуб и ясень, - поскольку эти породы, наряду с хвойными, уже задействованы в производстве пеллет в Австрии и ФРГ. С помощью специального термогравиметрического анализатора TGA было исследовано более 80 проб на содержание золы при температуре 550°C согласно австрийским нормам Önorm EN 14 775. Установлено, что содержание золы в заболони и другом хорошем лесном материале лиственных пород не превышает 0,7% (в некоторых случаях и при смешивании разных лиственных пород достигает 1-1,5%), а в коре - максимальное содержание золы до 10%. Дополнительно анализировались пробы древесины тополя, содержания золы были аналогичны.

По статистическим данным Немецкого пеллетного института (DEPI), в Германии с 2014 года в производстве пеллет зафиксировано использование лиственной древесины, в среднем до 10% общего объема сырья (то есть 90% - хвойные породы, 10% - лиственные). Маркус Манн, основатель и директор пеллетного завода Westerwälder Holzpellets GmbH в Лангенбахе (Верхняя Бавария), экспериментировал на своем производстве со смешиванием 10-15% буковой и березовой древесины и 85-90% хвойной. При таком соотношении полученные на выходе пеллеты имели зольность менее 0,5% и полностью соответствовали нормам ENplus А1. Для пеллетирования использовалась матрица с длиной прессующего канала 39 мм, а не стандартной 45 мм, применяемой для хвойных пород. Для пеллетирования только букового опила прессующий канал был укорочен еще на 10 мм - до 29 мм. В результате экспериментов было установлено, что у золы древесины тополя низкая температура спекания, поскольку тополь обычно растет на песчаных и глинистых почвах, его древесина, а тем более кора, содержат очень много силикатных соединений. Это, кстати, характерно и для ряда других лиственных пород, в частности, искусственно высаженных для защиты от неблагоприятных природных и антропогенных факторов.

В связи с этим можно упомянуть и российскую компанию - ЗАО «АльТ-БиоТ» из Краснодарского края, которая в 2009 году на международной выставке Interpellets в Штутгарте представила пеллеты, изготовленные из лиственной древесины (ясень, акация, дуб, бук, клен), полученной после санитарных рубок защитных лесных посадок в районе станицы Павловская. При зольности ниже 0,7% пеллеты отличались высокой теплотворностью - 18 МДж/кг. Пеллетный завод компании был назван «Виктория», инвестиции в предприятие составили 600 млн руб. Инвестор Александр Дьяченко заявлял о намерении построить к 2015 году не менее 20 подобных пеллетных заводов на юге России.

На проектную мощность (10 т в сутки, или 70 тыс. т в год) завод так и не вышел, была достигнута максимальная производительность 7 т в час. Продукция экспортировалась в основном в Европу. В двух соседних районах были переоборудованы под использование пеллет котельные нескольких школ. Посетивший предприятие в 2009 году тогдашний вице-премьер Виктор Зубков высоко оценил этот проект и особенно перспективу его тиражирования в других регионах России. Автор статьи в составе делегации, в которую входили представители покупателя гранул из Нидерландов, побывал на этом пеллетном заводе в 2010 году. Голландцы высоко оценили и качество гранул, и производство. Но, увы, в том же году завод был остановлен, сотрудники уволены, родного брата инвестора Николая Дьяченко, руководителя регионального филиала ОАО «Россельхозбанк» по Краснодарскому краю, который кредитовал проект «АльТБиоТа», арестовали, а сам инвестор подался в бега. Но это уже совсем другая история.

Вернемся, однако, к Австрии и Германии. Эксперты австрийского научно-исследовательского союза BioUP считают главным недостатком использования лиственной древесины для производства пеллет её высокую зольность в сравнение с хвойной древесиной. Андреас Хайдер, специалист австрийского федерального лесного исследовательского центра, пояснил, что из лиственной древесины можно производить не только пеллеты класса ENplus А2 и индустриальные, но и пеллеты, полностью отвечающие стандартам ENplus А1 и DIN+. Все зависит от того, какая часть лиственной древесины используется как сырье. Например, зольность заболони тополя существенно отличается от зольности сердцевины ствола. Содержание золы также сильно варьирует в зависимости от времени рубки и качества почвы, то есть от зоны произрастания дерева. Данных о содержании зольных веществ в древесине много, но они различаются даже для одной породы. Опытным путем установлено, что при прокаливании в тигле абсолютно сухой древесины средний зольный остаток составляет от 0,3 до 1,0%. Причем 10-25% остатка растворяются в воде, это сода и поташ (в прошлом его получали в промышленных объемах из древесной золы). Важнейшие нерастворимые компоненты древесной золы - известь и различные соли магния и железа - составляют 75-90%. Хайдер обратил внимание, что на юге Европы, на Балканах, особенно в республиках бывшей Югославии - Хорватии, Черногории, Сербии и Боснии и Герцеговине - в лесах очень много лиственных пород. А соседняя Италия сегодня занимает первое место в Евросоюзе по потреблению пеллет премиум-класса: более 3 млн т в год. Географическое положение обеспечивает благоприятные условия (логистику) для экспортирования пеллет из этих Балканских стран в Италию. Для справки: в Германии, по данным на начало 2018 года, в 2017 году из хвойных пород древесины было произведено 98,9% пеллет, а из лиственных - всего 1,1%.

НИР в Белоруссии и России

В 2012 году на кафедре химической переработки древесины Белорусского государственного технического университета в Минске в лабораторных условиях были изготовлены пеллеты из основных лесообразующих пород Республики Беларусь: березы, ольхи и сосны. Образцы гранул были получены при температуре прессования 110°С в течение 15 минут. Влажность используемых для исследования высушенных опилок составляла 8-11%. Была поставлена задача сравнить физико-механические характеристики полученных гранул: влажность, зольность, плотность, механическую прочность и низшую теплоту сгорания. Установлено, что низшая теплота сгорания пеллет из древесины березы и ольхи сопоставима с низшей теплотой сгорания сосновых пеллет (табл. 1). А вот зольность пеллет из лиственных пород в 3,5 раза превосходит зольность пеллет из хвойных пород. Проведенные испытания подтвердили принципиальную возможность производства пеллет из древесины мягколиственных пород. По зольности они как минимум соответствуют нормам для индустриальных древесных гранул (до 1,5%) и пеллет класса ENplus A2. Но пеллеты, полученные из древесины ольхи и березы характеризуются пониженной механической прочностью (ниже прочности пеллет из сосны на 11 и 18% соответственно). Для достижения механической прочности, свойственной пеллетам, изготовленным из хвойных пород, необходима предварительная обработка лиственного сырья насыщенным паром.

Экспериментальное производство пеллет из древесины лиственных пород, обработанной перед гранулированием насыщенным паром было налажено ОАО «Витебскдрев». Состав сырья следующий: береза - 35%, ольха - 20%, осина - 40%, сосна - 5%. Использовалась матрица с длиной эффективного прессующего канала 33 мм (вместо обычной 45 мм), поскольку термическая обработка лиственной древесины занимает меньше времени, чем обработка хвойной (за счет этого снизилось потребление электроэнергии). В результате было установлено, что плотность пеллет из композиции лиственных пород древесины сопоставима с показателем плотности пеллет из древесины сосны (табл. 2). Здесь уместно привести цитату из отчета об испытаниях: «Действие насыщенного пара привело к активированию компонентов древесины, созданию новых функциональных групп, усиливающих адгезионные взаимодействия в процессе образования пеллет. Происходило дополнительное увлажнение древесных частиц, в результате чего температура в пресс-грануляторе увеличивалась со 110 до 120°С. Высокая температура прессования способствовала быстрому протеканию реакций и накоплению все большего количества высокомолекулярных соединений, в основном за счет высокореакционной гемицеллюлозы. Расплавленные и размягченные компоненты заполняли пустоты между волокнами и капиллярную и субмикрокапиллярную системы клеточных стенок. При этом увеличивалось количество сшивок между молекулами компонентов древесины, в том числе и пространственных, которые и обеспечили формирование прочных изделий».

Для повышения прочности пеллет из лиственных пород часто используют различные добавки, например крахмал, лигнин. В Институте химии и химической технологии СО РАН РФ исследовали влияние добавок при гранулировании лиственной древесины. Так, сода, известь, рыбий жир, растительные масла, кофейная гуща улучшают свойства пеллет или брикетов: снижают процент отсева, повышают устойчивость к излому при транспортировке и подаче на склад или в котел. Измельченный древесный уголь повышает теплотворность пеллет и брикетов.

Сырье для производства пеллет

В Европе для производства пеллет все больше используют так называемые быстрорастущие плантационные растения, зольность которых зачастую намного выше зольности лиственной древесины. Эксперт и консультант DIN CERTCO - аккредитованного по всему миру немецкого центра сертификации организаций, услуг, продукции, в том числе по стандартам DIN+; FSC/PEFC, SBP - Эрвин Хеффеле разъяснил, что некоторые быстрорастущие плантационные растения, например мискантус и бамбук, не входят в реестр сырьевой базы, пригодной для производства древесных пеллет, так как не относятся к древесине, а классифицируются как трава. То есть на пеллеты, полученные из мискантуса и бамбука, невозможно получить сертификаты ENplus и DIN+.

Вообще, ограничение зольности сырья - сугубо абстрактное и относительное требование. Например, на электростанциях Нидерландов, Бельгии, Дании, Польши и других стран вместе с углем сжигали пеллеты из соломы и лузги подсолнечника, косточки олив, скорлупу орехов и кофейных зерен и другую биомассу, зольность которой в разы превышала зольность древесных пеллет. Еще один пример: компания «Бионет» из Архангельской области производит пеллеты из лигнина (см. «ЛПИ» №3 (133), 2018 г). Это первый реализованный в России проект по утилизации отходов гидролизного производства - лигнина. Гранулы из лигнина в сравнении с классическими древесными гранулами характеризуются высокой теплотворностью (21-22 МДж/кг), но и высокой зольностью - 2,4%. Это, однако, не помешало Газпромбанку - бенефициару проекта, после презентации в Копенгагене на бизнес-встрече в Торговом представительстве РФ в Дании весной 2018 года начать продажи этих гранул в Данию и Францию.

Высокая зольность гранул, используемых в маломощных котлах, предполагает лишь частую экстракцию из зольника золы, которая, как правило, служит удобрением для огорода.

А при совместном сжигании пеллет с углем на крупных ТЭС высокая прочность не требуется, поскольку предварительно их, как и уголь, пропускают через дробилки и подают в зону горения котла в мелкодисперсной фракции. Так что высокая прочность гранул только увеличит затраты на электроэнергию.

Как показывает практика, можно производить пеллеты самого высокого качества из древесины лиственных пород или смеси с хвойной. Смешанное в определенной пропорции сырье позволяет добиться качества пеллет, соответствующего нормам ENplus A1. Также можно использовать добавки и предварительную обработку паром или отказаться от них. Эффект будет зависеть от качества и вида используемого сырья, технологического оборудования на производстве и, конечно, от профессионализма технолога и других специалистов. 

Сергей Передерий, s.perederi@ eko-pellethandel.de

Пеллеты ИЗ ОТХОДОВ деревообрабатывающего производства (гидролизного лигнина) и способ их изготовления

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии, биоэнергетики в частности к изготовлению биотоплива, топливных гранул из отходов деревоперерабатывающей промышленности, гидролизного лигнина и предназначенных к использованию с целью высвобождения тепловой энергии методом сжигания в широком списке теплоэнергетических установок с эмиссией, при их сжигании стремящейся к нулю.

Известные ранее способы получения топлива из лигнина всех его разновидностей путем смешивания его с присадками и примесями имеющими невысокую температуру розжига и воспламенения, а именно с перечнем материалов или химических соединений нефтехимической промышленности нефтяным шлаком, гудроном, крекинг-остатком, термогазойлем, тяжелым газойлем каталитического крекинга, асфальтами и экстрактами масляного производства, смолой пиролиза или мазутом топочным или жидким либо пастообразными продуктами коксования и полукоксования угля, каменноугольной смолой, пеком, смоляными фусами или с кубовыми остатками и отходами органических производств в массовом соотношении от 9:1 до 1:9, преимущественно от 2:1 до 1:3. Гудрон, мазут топочный и каменноугольный пек при этом разжижают путем нагрева до 80-150ºС (по патенту RU2129142, кл. C10L 9/10, C10L 5/14, C10L 5/44 опубл. 20.04.99).

Недостатком приведенного способа использования или применения лигнина является негативное воздействие получаемого топлива (химического соединения) на окружающую среду при сжигании и оказание негативного воздействия в случаях хранения и производства.

Ранее известные способы получения топливных брикетов из растительной смеси, включающий измельчение, сушку, смешение компонентов смеси и последующее прессование, отличающийся тем, что в качестве растительной смеси используют смесь технического гидролизного лигнина с древесными отходами при следующем соотношении компонентов, мас.%: древесные отходы - 30 - 60; технический гидролизный лигнин – остальное (по патенту RU2131912, кл. C10L 5/44 опубл. 20.06.99).

Недостатком данного способа является неустойчивость технических и экологичных характеристик, в частности прочность и зольность, продукт образования золы, как остаточного продукта горения, из-за включения в состав брикетов древесных отходов низкого качества.

Наиболее близким к предлагаемому решению гранулирования гидролизного лигнина, можно считать способ брикетирования гидролизного лигнина, включающий распульповывание исходного продукта, нейтрализацию и обогащение лигниновой пульпы, далеее обезвоживание пульпы, сушку обезвоженной лигниновой массы и ее последующее брикетирование. Обогащенную лигниновую пульпу обезвоживают путем формирования лигниновых плит с остаточной влажностью не более 45%. Последние затем высушивают под воздействием электромагнитного поля, токов высокой частоты. Дезинтегрированный продукт, подготовленную лигниновую массу, передают на прессование брикетов (по патенту RU2132361, кл. C10L 5/44 опубл. 27.06.99).

Отличием данного способа является необходимость дополнительных операций по обогащению сырья и как следствие удлинение времени прохождения входным сырьем технологического процесса. Далее дробления полученных и сформированных плит после сушки, что требует наличия дополнительного оборудования, подразумевающего частую замену рабочих поверхностей и малую производительность. Немаловажным замечанием может стать дальнейшее использование полученного продукта при сжигании, возможного только в специально подготовленных топках котельного и топочного оборудования, с использованием подающего транспорта, обычно отличающегося от общепринятых угольных для котлов, работающих на пеллетной продукции.

Положительный техноэкономический результат предлагаемого изобретения, производства топливных пеллет из гидролизного лигнина состоит в повышении технологичности при производстве биотоплива, снижением энергетических затрат, простотой в подборе технологического оборудования, отсутствие отходов, низким процентом эмиссии. Полное соответствие требованиям и законодательным актам в вопросах энергосбережения, требований экологии районов и местностей при дальнейшем применении и промежуточном хранении, полученного продукта уже в качестве высококачественного топлива на основе биомассы.

Заявленный технический результат достигается тем, что пеллеты из гидролизного лигнина выполнены в виде топливных гранул, спрессованного лигнина. Лигнин используемый в качестве сырья при производстве топливных пеллет, получен методом гидролиза древесных отходов и перед переработкой, и перед прессованием проходит тонкую очистку с сортировкой на фракции с последующим удалением минеральных элементов не горючих включений и мусора, влияющих на увеличение процента зольного остатка и некачественных загрязняющих выбросов при сжигании.

В частном случае гидролизный лигнин уже в статусе обогащенного производными остатками гидролизного производства в количестве 1-20% (мас.). Отходы гидролизного производства включают в себя остаток из инвертора, шламы горячего отстоя, шламы холодного отстоя, шламы органические производственных сточных вод, органические соединения, метоксильные группы, карбоксильные группы, карбонильные группы, фенольные гидроксиды и твердые углеводороды.

Изготовление пеллет из гидролизного лигнина осуществляется следующим образом.

Лигнин гидролизный полученный методом гидролиза с применением слабых растворов серной кислоты ослабленных в процессе известковыми присадками и отходов древесины лесопереработки выбирается механическим способом из отвалов складирования и хранения, затем транспортируется на производство для переработки.

В процессе переработки проходит несколько стадий до подготовки.

Подготовка и сортировка к переработке (удаление металлических предметов, строительных включений и мусора, также не гидролизованной древесины).

Подготовка гидролизного лигнина к сушке. На данной стадии происходит смешение части сухого лигнина гидролизного, прошедшего стадию сушки и лигнина гидролизного поступающего на производство с приобретенной в период хранения влажностью 65%. При смешении происходит усреднение-выравнивание влажности лигнина гидролизного, до требуемого технологического показателя, который должен быть равен 49 – 54%. Влажность входного сырья должна входить в зависимость с биомассой, имеющей влажность менее 14% и требуемой для выравнивания последующего баланса влажности сырья до смешения.

Сушка гидролизного лигнина производится в сушильных агрегатах барабанного типа без прямого взаимодействия участвующего в процессе пара и полного исключения взаимодействия сырья с открытым огнем или источниками высоких температур или узлов и генераторов.

Подача глухого пара осуществляется в пучки труб, характерной начинки применяемого сушильного агрегата. Сушка происходит в межтрубных пазухах сушильного барабана, с методичным, принудительным перемешиванием, по средствам установленных лопаток и рыхлителей. Сушка лигнина гидролизного производится до достижения показателя влажности 8-14 %.

Тонкая очистка лигнина гидролизного. Высушенный гидролизный лигнин (сырье) подается на стадию тонкой очистки, с последующим разделением по фракциям, по средствам пирамидных наборов сит, используя для транспортировки и перемещения механическое побуждение и потоки ориентированного сжатого воздуха. В процессе предусмотрено удаление минеральных включений и компонентов из органической части состава лигнина гидролизного. Далее выравнивание фракционного состава просеиваемого материала до фракции готовой смеси к перемещению в накопитель для последующего прессования (гранулирования). Процесс разделения на фракционные составляющие, по средству тонкой очистки сырья в последующем влияющий на склеивание при формировании цилиндра продукта, физические характеристики и химический состав.

Прессование в пеллеты. Накопленный объём подготовленной однородной массы в дальнейшем переходит в стадию приготовления к прессованию. Подготовительный период краткосрочен и заключается в увлажнении подаваемого лигнина гидролизного с собственной влажностью колеблющуюся в пределах от 10-16% водой водопроводной без дополнительной подготовки с температурой в интервале от 4 – 10ºС. Прессование, как уплотнение подготовленной массы по средству подачи ее в пресс-гранулятор, а именно в технологическую подвижную пазуху между роликами прижимными и матрицей перфорированной, являющих собой радиус рабочей, сверхпрочной поверхности. Продавливание подаваемого просушенного и очищенного материала, лигнина в сквозные отверстия диаметром теоретически принятыми около 8мм и глубиной около и срезание наружным ножом образуемого цилиндра дает готовый продукт, гранулу лигниновую, топливные пеллеты.

Далее полученный продукт проходит систему охлаждения и в специально устроенном охладителе. Охлаждение осуществляется потоком воздуха подаваемого при помощи вентилятора. После охладителя пеллеты проходят стадию просеивания, отделения образовавшейся мелкой фракции и некондиционного продукта. Полученный отсев возвращается на стадию гранулирования и повторно проходит прессование.

Просеянная готовая продукция перемещается в силоса –накопители. Процесс завершен.

Применение - горение. Пеллеты лигниновые при горении не выделяют запах, горение проходит спокойно, управляемо, ровным ковром на колосниковой решетке, подвижного или статического вида. Дым при сжигании пеллет из лигнина гидролизного практически бесцветен, унос пламени в пределах норм и правил теплоэнергетики, раздел использование и применение твердого топлива и твердотопливных котла агрегатов. Горение лигниновых топливных пеллет, так же сравнимо с условиями горения топливных пеллет из чистой древесины, угля каменного. За счет низкого процента содержания серы в пеллетах гидролизных выбросы в атмосферу двуокиси серы имеют низкое значение, стремящееся к нулевому показателю. Сжигание пеллет лигниновых все же качественно отличаются от прожига классических топливных гранул из древесины, как в смысле высвобождения тепловой энергии. Так же экологически и экономически, лигниновые гранулы, выигрышней каменного угля, и жидкого топлива. Использование лигниновых пеллет позволяет автоматизировать процесс загрузки, подачи в топочное устройство и регулировать процесса горения. Использование пеллет лигниновых благодаря высокой теплотворной способности равной 20-21,5Мдж/кг, выше древесного продукта и равный по теплотворности углю высокого качества 5100 Ккал/кг. Размер (фракционный), высокая плотность после прессования характеризующаяся прочность полученного продукта и колеблется в пределах 98-99,5%. Насыпная плотность 750кг/м3, способствует уменьшению количества транспортной тары при перемещении топливных лигниновых пеллет к месту прожига (использования). Пеллеты могут широко использоваться в качестве топлива для автоматизированных котельных, как бытового, так и промышленного уровня без существенных изменений в конструкции, предварительной модернизации и реконструкции существующих образцов и вариантов котельного оборудования. Пеллеты из гидролизного лигнина исходя из своих физико-химических характеристик обладают уникальными способностями и возможностями доступного хранения в различных условиях доступного хранения, при текущих атмосферных условиях без учета времени года, атмосферных осадков, их вида и количества, без изменения своей теплотворной способности и сохранения геометрической формы. Еще одной уникальной способностью является их безупречная гидрофобность, так они не впитывают влагу, на глубину всего тела полученного цилиндра, а отталкивают ее. Но еще уникальным свойством является восстановление первоначальной влажности, после воздействия влажной среды. Предусмотренные техническими условиями первоначальные характеристики, пеллеты приобретают по средству воздействия изменения влажности окружающей обстановки или при принудительных воздействиях потоками воздушных масс. Одним словом, происходит высыхание.

Благодаря правильной форме, небольшому размеру и однородной консистенции гранулы можно пересыпать через рукава вакуумных перегружателей или рукава без механического побуждения перемещения, а по заранее устроенному уклону желоба используя силу ускорения свободного падения тел под воздействием удельного, физического веса. Это позволяет не только автоматизировать процессы погрузки-разгрузки и также обеспечить равномерное дозирование топлива при сжигании, а также достигать экономии электроэнергии при перемещении.

На сегодняшний день пеллеты по стоимости тепла сопоставимы с углем, однако последний плохо поддается внедрения в процессы автоматизации и основные операции – загрузку/удаление шлака приходится выполнять с привлечением техники отбора золы или вручную, в зависимости от вида котельного оборудования. Немаловажным аспектом является отсутствие зольного остатка, как следствие отсутствие затрат за утилизацию. Образование шлака при использовании пеллет минимально менее и равное 3% от сжигаемой массы лигниновой гранулы.

В отличие от других видов топлива получаемого по методу гранулирования и прессования, в процессе изготовления не учувствуют сторонние добавки и присадки, химические вещества, поэтому не вызывают аллергическую реакцию у людей.

По своим теплотворным способностям, удобства использования, хранения, транспортировки, применения в существующем тепловом оборудовании, как промышленного, так и бытового назначения, и экологическим качествам пеллеты – это промежуточное звено между углем и газовым топливом, но более мобильное и безопасное.

1. Пеллеты из гидролизного лигнина выполнены в виде топливных гранул, спрессованных из гидролизного лигнина, полученного методом гидролиза древесных отходов растворами серной кислоты, отличающиеся тем, что перед переработкой гидролизный лигнин обогащается производными отходами гидролизного производства, а перед прессованием проходит тонкую очистку с сортировкой на фракции с последующим удалением минеральных элементов и уменьшением зольности.

2. Способ изготовления пеллет из гидролизного лигнина по п.1, включающий в себя очистку, смешение, сушку и прессование и отличающийся тем, что перед переработкой гидролизный лигнин обогащается производными отходами гидролизного производства, а перед прессованием проходит тонкую очистку с сортировкой на фракции с последующим удалением минеральных элементов и уменьшением зольности.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что гидролизный лигнин обогащается производными отходами гидролизного производства в количестве 1-20% мас.

Похожие патенты:

Изобретение раскрывает способ автоматизированного управления процессом прессования торфяного топлива, включающий измерение влажности, температуры, расхода сырья и последующее сравнение измеренных данных с значениями, заданными на микроконтроллере, при этом дополнительно включает в себя автоматическое измерение и регулирование давления прессования, скорости движения, а также времени выдержки материала в матричном (прессующем) канале.

Изобретение описывает полено длительного горения, представляющее собой монолитное изделие объемом более 0,5 л и весом более 500 г, содержащее парафин, стеарин, воск или их смеси, древесную муку, измельченную солому, бумагу не более чем 1 мм в диаметре или их смеси, древесные пеллеты до 4 мм в диаметре и с влажностью не более 8%, с массовой долей в %: парафин, стеарин, воск 30-40 древесная мука, измельченная солома, бумага 20-60 древесные пеллеты 10-40 Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении длительности горения полена, а также его однозначной идентификации.

Изобретение раскрывает непрерывный способ получения торрефицированной уплотненной биомассы, включающий стадии:(a) обеспечения подачи уплотненного материала биомассы, (b) погружения уплотненного материала биомассы в горючую жидкость, (c) торрефикации уплотненного материала биомассы в горючей жидкости при температуре или в пределах диапазона температур от примерно 270°C до примерно 320°C в течение периода времени от по меньшей мере 10 минут до примерно 120 минут с образованием торрефицированной уплотненной биомассы, (d) транспортировки торрефицированной уплотненной биомассы из горючей жидкости в ванну с водой и (e) извлечения охлажденной торрефицированной уплотненной биомассы из ванны с водой, при этом торрефицированная уплотненная биомасса, извлеченная на стадии (e), содержит не более чем примерно 20% мас./мас.

Изобретение относится к способу производства обогащенного углеродом материала биомассы, к полученному таким способом материалу, а также к его применению. Способ производства обогащенного углеродом материала биомассы включает стадии: (i) обеспечивают лигноцеллюлозный материал в качестве исходного сырья, (ii) подвергают указанное исходное сырье обработке при температурах в диапазоне от 120°С до 320°С в присутствии субстехиометрического количества кислорода при концентрации О2 или эквивалентов О2 в диапазоне 0,15-0,45 моль/кг высушенного лигноцеллюлозного материала при условии, что полное сгорание лигноцеллюлозного материала требует стехиометрического количества кислорода в герметичном реакционном сосуде, (iii) открывают указанный реакционный сосуд, и (iv) выделяют твердый продукт из реакционной смеси.

Изобретение описывает способ получения древесно-угольных топливных брикетов, включающий измельчение, смешивание и прессование с предварительным подогревом смеси до 80-100°С при давлении 170-200 МПа и влажности 10-12%, характеризующийся тем, что при подготовке смеси в уголь добавляют 5-10 мас.% опилок.

Изобретение раскрывает способ для получения топлив из биомассы, в котором биомассу подвергают тепловой обработке в температурном диапазоне от 150 до 300°C, реакторе (11) с давлением, повышенным паром и воздухом, в котором давление по завершении обработки сбрасывают, при этом увеличенный от сброса давления объем пара и других газов временно накапливают в контейнере (14) с адаптивным объемом, а пар и другие газы подвергают теплообмену по меньшей мере в одном теплообменнике (13) так, что конденсируемые газы конденсируются и выделяют теплоту конденсации по меньшей мере в одном теплообменнике (13).

Изобретение описывает способ изготовления топливных брикетов из древесных отходов, включающий загрузку древесных отходов, их прессование и сушку, при этом после загрузки древесных отходов дополнительно производят их уплотнение ультразвуком с последующим одновременным прессованием и обработкой древесных отходов высокочастотным электрическим полем.

Изобретение раскрывает топливные брикеты из двухкомпонентной смеси древесного происхождения: первый компонент - измельченные древесные отходы деревозаготовительных предприятий и/или предприятий деревопереработки, а второй компонент - древесный уголь, при этом двухкомпонентная смесь представлена в виде гомогенизированного композиционного материала, полученного компаундированием матрицы из измельченных древесных отходов и упрочняющих дисперсных частиц древесного угля, осуществляемым в два этапа: первый этап - при совмещении следующих одновременно протекающих процессов: сушка древесных отходов с исходной естественной влажностью, диспергирование исходного древесного угля и адсорбция матрицей диспергированного древесного угля; а второй этап - в процессе брикетирования композиционного материала, предпочтительно, экструзией, причем совмещение сушки, диспергирования и адсорбции осуществляют в динамичном закольцованном тепловом потоке смеси топочных газов с выделяемыми в процессе сушки парами влаги древесных отходов, при этом содержание древесного угля в исходном сырье поддерживают в пределах 5÷30 мас.

Изобретение описывает способ получения топливных брикетов из древесных отходов, включающий измельчение, сушку до влажности 12-16%, смешение компонентов смеси, включающей технический гидролизный лигнин, причем подготовку связующей шихты осуществляют путем добавления к техническому гидролизному лигнину 70-80% карбоната натрия 5-10% и дальнейшей механоактивации с последующим добавлением подогретого до 90°C таллового пека 15-20%, полученную шихту в количестве 10-15% смешивают с древесными отходами, измельченными до 1-5 мм в количестве 85-90%, а брикетирование смеси осуществляют при температуре 90±2°C и давлении 45-50 МПа.

Изобретение раскрывает способ получения топливных гранул, включающий дозирование и смешивание активного ила, образующегося на станциях биологической очистки сточных вод, с обезвоживающей добавкой, обезвоживание полученной смеси и последующее формование смеси, при этом используют активный ил с содержанием воды 97-99% масс., в качестве обезвоживающей добавки используют шлам химводоочистки тепловой электрической станции (ТЭС) влажностью не более 3%, дозирование и смешение активного ила с шламом химводоочистки ТЭС осуществляют в соотношении (7-10):(1-2)% масс., полученную смесь обезвоживают в две стадии, при этом на первой стадии осуществляют центрифугирование в течение 1-3 минут до получения смеси влажностью 69-74%, а на второй стадии - осуществляют сушку на ленточной сушилке при температуре 105-115°С в течение 20-40 минут до получения смеси влажностью 40-45%, далее обезвоженную смесь формуют путем гранулирования и затем гранулы покрывают органической добавкой, при этом топливные гранулы содержат, % масс.: активный ил - 65-75, шлам химводоочистки ТЭС - 6-10, органическая добавка - остальное.

Изобретение описывает изделие из древесного угля, содержащее цилиндрическое тело и опорные элементы, причём его донная поверхность выполнена в форме вогнутой линзы, а опорные элементы разделены воздушными проходами-диффузорами, имеющими с внешней стороны арочно-криволинейную конфигурацию и расширяющимися вовнутрь.

Изобретение раскрывает способ производства топливных брикетов и гранул, включающий измельчение, сушку, дозирование, подачу, смешивание, брикетирование, гранулирование и охлаждение, характеризующийся тем, что брикеты и гранулы производят на основе смеси соломенной резки с добавлением до 20-30% стеблей топинамбура или подсолнечника и его корзинок, или 30-40% высушенных измельченных древесных лесных или садовых отходов, или до 20% опилок.

Изобретение раскрывает способ производства высушенного горючего материала, включающий в себя: этап смешивания со смешиванием множества частиц, изготовленных из горючего материала, содержащего влагу, и дегидрирующей жидкости, изготовленной из эмульсии, содержащей синтетическую смолу, для формирования смеси, в которой поверхности частиц вступают в контакт с дегидрирующей жидкостью; а также этап сушки с формированием покрытия из синтетической смолы, изготовленного из дегидрирующей жидкости, высушенной на поверхностях частиц, с испарением влаги из частиц, чтобы сформировать покрытые частицы, включающие в себя частицы, имеющие пониженный процент влагосодержания, и покрытие из синтетической смолы, которое покрывает поверхность частиц, причем синтетическая смола, содержащаяся в дегидрирующей жидкости, представляет собой акриловую смолу, уретановую смолу или поливинилацетатную смолу, при этом получают высушенный горючий материал, образованный из покрытых частиц.

Настоящее изобретение относится к экологически чистому и высокоэффективному способу получения твердого топлива с использованием органических отходов с высоким содержанием воды, который включает: (a) стадию смешивания отходов, на которой органические отходы с высоким содержанием воды и твердые бытовые отходы подаются в реактор на Fe основе и смешиваются; (b) стадию гидролиза, на которой в реактор на Fe основе подается высокотемпературный пар для гидролиза смеси; (c) стадию снижения давления, на которой пар из реактора сбрасывается и давление внутри реактора быстро, чтобы обеспечить низкомолекулярный вес органических отходов после стадии (b) или так, чтобы увеличить удельную площадь поверхности бытовых отходов после стадии (b); (d) стадию вакуума или дифференциального давления для удаления воды; и (e) стадию получения твердого топлива, на которой продукт реакции после стадии (d) подвергается естественной сушке и компрессионному прессованию с получением твердого топлива с содержанием воды от 10 до 20%. // 2569369

Устройство для производства мелкозернистого топлива из твердого или пастообразного энергетического сырья при помощи высушивания, содержащее ударный реактор с ротором и ударными элементами, причем указанный ударный реактор является термостойким вплоть до 350°С, устройство подачи горячего высушивающего газа в нижней части ударного реактора, устройство подачи твердого или пастообразного энергического сырья в верхней части реактора, по меньшей мере одно устройство для выпуска газового потока, содержащего дробленые, высушенные частицы энергического сырья, и устройство для разделения и выгрузки дробленых, высушенных частиц энергетического сырья из газового потока, выпущенного из ударного реактора, при этом высушивающий газ введен в ударный реактор возле лабиринтного уплотнения и/или через лабиринтное уплотнение, расположенное возле вала ротора ударного реактора.

Изобретение описывает способ получения твердого топлива, включающий стадии, на которых приготавливают суспензию путем смешивания порошкообразного низкосортного угля и масла; испаряют влагу, содержащуюся в суспензии, с помощью нагревания и разделяют суспензию, полученную после стадии испарения, на твердый материал и жидкость, при этом стадия испарения включает в себя стадии, на которых подогревают суспензию в первом пути циркуляции и нагревают подогретую суспензию во втором пути циркуляции, который отличен от первого пути циркуляции, причем технологический пар, образующийся на стадии испарения, используется в качестве теплоносителя для любой одной из стадии подогрева и стадии нагревания, и вводимый извне пар используется в качестве теплоносителя для другой стадии.

Изобретение раскрывает пеллеты из гидролизного лигнина, выполненные в виде топливных гранул, спрессованных из гидролизного лигнина, полученного методом гидролиза древесных отходов растворами серной кислоты, характеризующиеся тем, что перед переработкой гидролизный лигнин обогащается производными отходами гидролизного производства, а перед прессованием проходит тонкую очистку с сортировкой на фракции с последующим удалением минеральных элементов и уменьшением зольности. Также раскрывается способ изготовления пеллет из гидролизного лигнина. Технический результат заключается в получении пеллет, которые имеют оптимальные характеристики: имеют высокую теплотворную способность, высокую механическую прочность, и при их сжигании не образуется зольного остатка. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.