Переработка древесных отходов

Введение

Обострению этой проблемы способствовало поднятие цен на нефть и газ международными нефтяными концернами, что позволило им резко увеличить свои прибыли. Разразился так называемый энергетический кризис. Сегодня как никогда встает вопрос об экономии энергоресурсов и рациональном их использовании во всех областях человеческой жизни.

В данном реферате рассмотрена проблема использования ресурсосберегающих технологий для рефрижераторного вагонного депо, в частности приведены существующие способы вторичного использования отходов деревообработки с целью получения прибыли.

Основным направлением производственной деятельности рефрижераторного вагонного депо «Тихорецкая» является осуществление капитального, деповского и текущего ремонта рефрижераторных секций и автономных рефрижераторных вагонов (АРВ), укрупненное техническое обслуживание АРВ, кроме этого к предприятию относится и ряд других вспомогательных обслуживающих объектов, таких как пекарня, гостиница, прачечная, магазин продовольственных товаров. Таким образом, рефрижераторное вагонное депо «Тихорецкая» осуществляет комплексную деятельность по обслуживанию Российских Железных Дорог.

Одними из постоянно работающих цехов являются деревообрабатывающие цеха. Они выполняют работы по изготовлению конструкций для нужд депо и подвижного состава, ремонту бытовых и производственных помещений.

Из пиломатериалов и круглого леса изготавливаются оконные и дверные блоки и другие столярные изделия для ремонта вагонов по следующему технологическому процессу: раскрой круглого леса на пилораме; сушка пиломатериалов в паровой сушильной камере; раскрой пиломатериалов циркуляционной пилой; фугование заготовок; фрезерование торцов заготовок на универсальных станках; сборка изделий с применением гвоздей. В двух деревообрабатывающих цехах находятся 20 деревообрабатывающих станков.

В результате деятельности цехов образуются древесные отходы начиная от древесной пыли, выгружаемой из пылесборников местного очистного оборудования, до стружки, выгружаемой из бункеров циклонов, и крупных обрезков древесины. Общий объем вывозимых на полигон ТБО древесных отходов составляет 1000 м3/год. Эти отходы можно использовать более рационально, применив ресурсосберегающие технологии, активно работающие в области деревообработки. Это снизит нагрузку на окружающую среду, принесет дополнительную прибыль предприятию, станет важным шагом к бережному и экономному использованию пирродных ресурсов.

Энергетическое использование древесной биомассы за рубежом

В периодической печати зарубежных стран уделяется много внимания вопросам экономии энергии и топлива в лесных отраслях промышленности, а также проблеме замены, где это возможно и целесообразно, дефицитного нефтегазового сырья топливом из древесных отходов и низкосортной древесины. Обсуждаются проблемы использования древесной биомассы на топливо, приводятся примеры работы электростанций и котельных установок на этом виде топлива, сведения о создании новых, более эффективных установок, работающих на древесном топливе, а также о разработке вспомогательного оборудования для подготовки, складирования, хранения и транспортирования древесного топлива. Имеются сообщения о проведении исследований по получению из древесины жидкого топлива и газа, пригодного для использования в бытовых целях.

Американские специалисты считают, что вовлечение в топливный баланс древесных отходов может полностью удовлетворить потребность в топливе лесной отрасли. Считают, что в лесопильном производстве почти половина сырья переходит в отходы, а на мебельных предприятиях еще половина пиломатериалов превращается в отходы.

Все неиспользуемые для технологической переработки отходы лесозаготовок и деревообработки должны найти применение в энергетике предприятий. В целях увеличения эффективности энергетического использования древесной биомассы министерство энергетики США проводит в этой области все расширяющиеся по объему научно-исследовательские работы.

В Канаде принята специальная правительственная программа по использованию древесной биомассы в качестве энергетического сырья. Руководство программой осуществляет министерство энергетики, шахт и ресурсов при участии междуведомственного консультативного комитета. Цель программы - удвоить по сравнению с существующим уровнем и довести до 7 % долю древесных и коммунальных отходов в национальном энергетическом балансе страны.

Все большее значение использованию биомассы в качестве энергетического сырья придают в ФРГ. В одном из сообщений отмечается, что за счет энергетического использования древесной биомассы в стране можно сэкономить около 1 - 1,5% общего потребления нефтепродуктов.

Большие работы по вовлечению в топливный баланс древесной биомассы проводятся в Швеции. Активно ведутся работы в этом направлении в Финляндии, Норвегии, Австрии, Швейцарии, Франции, Италии и других странах.

Непосредственно образующиеся в процессе заготовки древесины и ее первичной обработки древесные отходы и щепа имеют малую плотность и низкую теплоту сгорания. Вследствие этого они как топливо малотранспортабельны, и при сжигании развивают недостаточно высокую температуру горения, что исключает их применение для ведения высокотемпературных процессов и снижает теплопроизводительность и КПД котельных установок, в которых они используются. Так, за рубежом проводятся исследования по разработке и совершенствованию производства транспортабельного, высококачественного топлива на базе древесного сырья. Применение древесных брикетов, по мнению специалистов, особенно привлекательно для бытового потребления, так как в их составе не содержится серы и других вредных элементов.

Ограниченность мировых запасов нефти, бесконтрольные действия транснациональных нефтяных корпораций вызывают на Западе неуверенность в будущем энергетики. Естественной реакцией технической общественности на сложившуюся ситуацию явилось увеличение объемов исследований по изысканию источников альтернативного топлива и, в частности, научных работ по получению жидкого топлива для транспортных машин на основе древесной биомассы, возобновляющейся в сравнительно больших объемах. По имеющейся информации, эти исследования не вышли за рамки поисковых работ. В состоянии научного поиска находятся и исследования по получению из древесины горючего газа с высокой теплотой сгорания для использования его в существующих системах газоснабжения.

По данным статистики ежегодно в странах ЕЭС производится бытовых и сельскохозяйственных отходов в объеме 100-120 млн. тонн нефтяного эквивалента (н.э.). Из них 50-60 млн. т н.э. могут быть утилизированы в отдаленной перспективе, а 15-20 млн.т н.э. в 2000 году. Аналогичные показатели для альтернативных источников энергии составляют (млн.т н.э.): геотермальная энергия - 3-7,5, солнечная энергия - 10-20, ветровая - 6-10. Общие ресурсы биомассы в Европе (в млн.т сухой массы/год) составляют:

• древесного топлива - 75,
• древесных отходов - 70,
• сельскохозяйственных отходов - 250,
• городского мусора - 75.

Характерным для развитых стран является высокая степень использования на топливо древесных отходов. В общем объеме используемой на топливо древесины древесные отходы составляют в США 70%, в Канаде 65%, во Франции 28%, в Германии 62%, в Швеции 51%, в Финляндии 53%.

Способы получения энергии из древесных отходов

В последние годы во всем мире энергетическое использование древесной биомассы и, в частности, древесных отходов, рассматривается как желанная альтернатива традиционным видам топлива. Это связано с тем, что древесные отходы являются CO2 -нейтральными, имеют низкое содержание серы, относятся к возобновляемым источникам энергии. Все это привело к тому, что технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются. Основными технологиями являются: Сжигание, Быстрый пиролиз и Газификация.

Сжигание

Сжигание древесных отходов базируется на нескольких методах сжигания, в том числе:

• Прямое сжигание,
• Сжигание в кипящем/циркулирующем слое,
• Газификация/Сжигание газов во вторичной камере сгорания,
• Сжигание пылевидного топлива.

Прямое сжигание происходит в топках с горизонтальной, конусообразной, наклонной или подвижной колосниковой решеткой. Данный метод используется в водогрейных котлах и печах малой мощности (менее 20 МВт) для сжигания древесного топлива, в том числе с высокой влажностью: кусковых и длинномерных отходов, щепы, коры, опилок, топливных брикетов и гранул и т.д. Для автоматизированного сжигания измельченных отходов также используются трубчатые горелки со шнековой подачей. Обычное использование тепла - для сушки древесины в сушильных камерах, в водогрейных котлах для обогрева производственных и/или жилых помещений. Для выработки электрической энергии отходы сжигаются в паровом котле с последующим использованием пара в паровой турбине. Эта технология имеет низкий электрический к.п.д. порядка 8-13% (для мини-ТЭЦ мощностью 600-1000 кВт), который повышается благодаря использованию более совершенных методов сжигания, таких как сжигание в кипящем/циркулирующем слое или сжигание пылевидного древесного топлива. Однако эти методы используются в электростанциях мощностью не менее 5 МВт, строительство которых требует больших капитальных затрат. Недостатком этого метода является низкая эффективность и высокий уровень эмиссии отходов горения в дымовых газах.

Сжигание в кипящем/циркулирующем слое позволяет достичь большей эффективности и экономичности за счет почти 100%-го сгорания топлива при меньшем уровне эмиссии отходов горения по сравнению с прямым сжиганием. При использовании данного метода измельченное древесное топливо подается в «кипящий» слой, созданный путем продувания воздуха или газа через слой инертного материала, например, песка. Количество инертного материала существенно больше количества топлива, поэтому процесс горения протекает стабильно с высокой эффективностью. В зависимости от скорости продувки частицы инертного слоя остаются в нем или же выносятся из слоя вместе с продуктами горения и собираются с помощью циклонов, после чего возвращаются в кипящий слой (метод циркулирующего слоя). Метод сжигания в кипящем слое используется в коммерческих или муниципальных котельных и ТЭЦ в диапазоне мощностей от 5 до 600 МВт для получения электрической и тепловой энергии. Дополнительным достоинством данного метода является возможность сжигания различных видов топлива (всего до 70 видов), включая низкосортный уголь, торф, твердые бытовые отходы, отходы ЦБК и т.д

Газификация/Сжигание газов во вторичной камере сгорания (газогенераторная топка) представляет собой двухэтапный процесс. На первом этапе топливо подается шнековым питателем на наклонную решетку в первичной камере (предтопке), где оно нагревается до такой температуры, при которой происходит процесс газификации. Перегретый и смешанный со вторичным воздухом древесный газ сгорает во вторичной камере практически без остатка. Продукты сгорания используются в котле или печи для получения горячей воды, пара или воздуха. В когенерационном режиме пар может использоваться в паровой турбине для получения электроэнергии. Диапазон мощностей систем сжигания такого рода от 150 кВт до 30 МВт. Недостаток - высокая стоимость.  Сжигание пылевидного топлива осуществляется с помощью специальных горелок, предназначенных для сжигания древесной пыли, образующейся в процессе производства или в результате измельчения древесных отходов в пыль. Весь процесс от исходных древесных отходов, измельчения в пыль с влажностью порядка 8%, подачи и сжигания пыли - полностью автоматизирован. Получение энергии с использованием только древесной пыли используется достаточно редко; обычно это топливо используется в котельных или ТЭЦ, работающих на пылевидном угле и/или торфе. Стоимость комплектного оборудования для сжигания древесной пыли также высока.

Быстрый пиролиз

Быстрый пиролиз представляет собой процесс, при котором сухие (<10% влажности), измельченные в порошок древесные отходы, включая опилки, кору и т.д., быстро нагреваются в кипящем слое инертного материала внутри реактора до температуры 450 - 500 °С при отсутствии воздуха. Продуктами пиролиза являются частицы древесного угля, неконденсирующийся газ, конденсирующиеся пары и аэрозоли. Частицы древесного угля отделяются в циклоне, а летучие вещества подвергаются быстрому охлаждению, в результате которого образуется жидкость - синтетическое жидкое топливо (пиротопливо), поступающее в накопительный резервуар.

Пиролизный газ сжигается в горелке реактора, однако, этого тепла недостаточно для поддержания процесса. Поэтому требуется дополнительный источник тепла, например, природный газ. Основной продукт пиролиза - синтетическое жидкое топливо (пиротопливо) - имеет калорийность, составляющую примерно 55% от калорийности дизельного топлива. Используется путем сжигания в газотурбинных установках (ГТУ) или дизельных двигателях. Несмотря на высокую эффективность и удобство использования жидкого синтетического топлива, отсутствие отходов, пиролиз только недавно вышел из стадии исследований и опытных разработок (максимальная производительность действующей пилотной установки составляет 10 тонн в сутки) , что обусловливает высокую стоимость используемого оборудования.

Газификация

Газификация представляет собой процесс высокотемпературного превращения древесины (и других видов биомассы, а также угля и торфа) при нормальном или повышенном давлении в газ, называемый древесным или генераторным газом, а также небольшое количество золы, в специальных реакторах (газогенераторах) с ограниченным доступом воздуха или кислорода. Генераторный газ имеет температуру 300 - 600 °С и состоит из горючих газов (CO, H2 , CH4 ), инертных газов (CO2 и N2 ), паров воды, твердых примесей и пиролизных смол. Из 1 кг древесной щепы получают около 2.5 Нм3 газа с теплотой сгорания 900 - 1200 Ккал/Нм3 . Эффективность газификации достигает 85-90%. Благодаря этому, а также удобству применения газа, газификация является более эффективным и чистым процессом, чем сжигание.

Наиболее подходящей технологией получения электро- и тепловой энергии из древесных отходов для малых и средних предприятий, а также небольших городов и поселков, использующих котельные на жидком топливе, является процесс газификации в Газогенераторах древесных отходов в составе Газогенераторных электростанций и Газогенераторных тепловых станций .

Электроэнергия из древесных отходов

Экологическая политика в сфере энергообеспечения предусматривает стимулирование производства и потребления топлива и энергии с помощью технологий, улучшающих здоровье населения и состояние окружающей среды; вовлечение в топливно-энергетический баланс возобновляемых источников энергии и особенно отходов производства в целях уменьшения негативного влияния энергетической деятельности на окружающую среду и сохранения для будущих поколений невозобновляемых энергоресурсов.

Для снижения себестоимости тепловой энергии, уменьшения влияния факторов внешней среды на устойчивость и стабильность развития предприятия, а также для комплексного снижения выбросов вредных веществ в окружающую среду на Цигломенском участке ЗАО «Лесозавод 25» в 2005 году была смонтирована и запущена в эксплуатацию котельная, оборудованная двумя водогрейными котлоагрегатами фирмы POLYTECHNIK Luft- und Feuerungstechnik GmbH, работающими на кородревесных отходах, образующихся в технологическом цикле предприятия.

Здание котельной (размером в плане 18×17 м) имеет два склада топлива (4,8×33,2 м) и оборудовано автоматической системой топливоподачи. Топливо с помощью выдвижных толкателей подается в промежуточные резервуары, из которых с помощью гидравлических переталкивающих механизмов поступает на колосниковые решетки топочных камер. Для сжигания высоковлажных древесных отходов были установлены австрийские котлоагрегаты PR-2500 фирмы POLYTECHNIK Luft- und Feuerungstechnik GmbH.

Данные котлы, мощностью по 2,5 МВт каждый, рассчитаны на выработку горячей воды с температурой до 110°С при давлении около 3 кг/см2, оборудованы топочными камерами с наклонно-переталкивающими колосниковыми решетками HVR-2500, системой позонного ввода первичного воздуха, ступенчатой системой подачи вторичного воздуха и автоматической системой управления всеми процессами технологической схемы. В топочных камерах реализована двухступенчатая схема сжигания топлива. Кроме того, для дополнительного снижения выбросов оксидов азота котлоагрегаты оборудованы системами рециркуляции продуктов сгорания и дополнительными дымососами. Все тягодутьевые установки котлов имеют частотное регулирование производительности (частотные преобразователи).

В котельной Цигломенского участка ЗАО «Лесозавод 25» для теплоснабжения производственных потребителей и отопления цехов используется двухконтурная система, в которой для передачи теплоты от рабочей среды первого контура к рабочей среде второго установлены два (один резервный) пластинчатых теплообменника мощностью 5 МВт каждый. Тепловые нагрузки с учетом потерь составляют 3,8 МВт на сушку пиломатериалов и 1,2 МВт на отопление.

Реализация проекта по энергетическому использованию древесных отходов на Цигломенском участке ЗАО «Лесозавод 25» позволила уменьшить выбросы сернистого газа на 187,4 т/год, оксида углерода на 21 т/год, оксидов азота на 6,2 т/год и углекислого газа на 10667 т/год.

Энергетическое обследование показало, что котлоагрегаты PR-2500 имеют резерв для дальнейшего снижения эмиссии оксидов азота и оксида углерода, а также повышения КПД путем соответствующей настройки системы автоматического регулирования и перераспределения воздушных потоков с учетом изменения теплотехнических характеристик сжигаемого топлива.

Успешный опыт сотрудничества ЗАО «Лесозавод 25» группы компаний «Титан» и австрийской фирмы POLYTECHNIK Luft- und Feuerungstechnik GmbH позволил перейти к разработке и реализации до конца 2006 года следующего проекта − строительства мини-ТЭЦ на древесных отходах. Данное направление энергетического использования древесных отходов является наиболее перспективным, т. к. позволяет реализовать все преимущества комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, обеспечить минимальную себестоимость энергии и энергетическую независимость предприятия от внешних источников энергии.

Данный проект полностью соответствует положениям Киотского протокола к Конвенции ООН об изменении климата на Земле и является наглядным примером перехода на альтернативные возобновляемые энергоносители [9].

Технологии переработки древесных отходов

Использование древесных отходов в народном хозяйстве

На сегодняшний день существует множество экологических способов решения проблемы утилизации отходов в целом, и древесных отходов в частности. Последние имеют природное происхождение, что значительно расширяет область их применения. Традиционно древесные опилки закупаются в качестве сырья сельским сектором в основном непосредственно у деревообрабатывающих предприятий и комбинатов. Изменение отношения к отходам в целом позволило и мелкие партии отходов деревообработки, не характерные для главной технологии не свозить на свалку, уничтожая сырье, а получать выгоду.

 Наиболее широкое распространение в быту и в малых промышленных масштабах древесные отходы получили в качестве:

1. Кормовой добавки для животных
2. Питательной среды для выращивания грибов (вешенка, летний опенок, белые грибы)
3. Наполнителя для органоминеральных удобрений
4. Подстилающей основы для загонов животных на животноводческих комплексах

Активно используется адсорбционная способность древесных отходов. Самым простым примером является изготовление на их основе различного рода препаратов, сорбентов (например сорбент ЭКОЛАН и др.) и смесей для очистки от нефтепродуктов. [7] Нефтяные сорбенты – это материалы, для которых характерен процесс поглощения нефти и нефтепродуктов всем объемом. Эффективность нефтепоглощения зависит от химического сродства материала сорбента в целом.  Поглощение нефти протекает в результате начального быстрого смачивания поверхности сорбента нефтью. Затем нефть более медленно проникает в пористую структуру материала, заполняя все пустоты под действием, в основном, капиллярных сил. Нефтеемкость сорбентов на основе опилок не высока, даже по сравнению с другими природными органическими материалами, поэтому древесные отходы используют вместе с синтетическими материалами для производства нефтяных сорбентов [2].

Известны также способы применения древесных опилок для изготовления фильтрующих элементов при очистке воды от нефтепродуктов (пат. 2191620 МПК B01D27/02  Опуб. 27.10.2002)

Таким образом, видим что возможно использование древесных отходов даже без изменения их структуры и свойств. Существенным недостатком этих способов является невозможность их применения при больших объемах отходов из-за низких потребностей в сырье в рассматриваемых случаях, поэтому они носят локальный характер и не могут приобретать промышленных масштабов. В то же время такая утилизация не требует никаких капиталовложений для производителя отходов.

Переработка древесных отходов с использованием метода взрывного автогидролиза

В начале 80-х годов возобновился интерес исследователей к процессу автогидролиза древесины при высоких температурах. Данный процесс включает кратковременную обработку древесной щепы или опилок насыщенным водяным паром в интервале температур 180-250°С с последующим резким сбросом давления - "выстрелом" обработанного материала в приёмник. Вследствие этого процесс получил название взрывной автогидролиз или парокрекинг – взрыв.

Преимуществами такого процесса по сравнению с традиционными технологиями целлюлозно-бумажных производств являются быстрота процесса (протекает в течение нескольких секунд или минут), отсутствие химических реагентов в процессе, что обеспечивает экологическую чистоту процесса.

"Взрывной" автогидролиз был впервые осуществлен в 30-х годах в США Мейсоном (процесс Мезонита). Такой способ использовался для производства древесно-волокнистых плит и древесных пластиков. Учитывая то, что возможности метода взрывного автогидролиза не ограничиваются получением древесных пластиков и данный процесс представляет собой один из методов комплексной переработки древесной биомассы с получением разнообразных химических продуктов, этому методу в настоящее время уделяется достаточно пристальное внимание химиков и технологов. Исследованием процесса взрывного автогидролиза или созданием отдельных технологий для его применения кроме научных учреждений США заняты в настоящее время лаборатории и фирмы Канады, Франции, Японии, Австралии, Швеции, Новой Зеландии и др. При автогидролизе древесная биомасса подвергается обработке насыщенным водяным паром без введения катализаторов. Так как полисахариды гемицеллюлоз древесины частично ацетилированы, то при повышенной температуре протекают реакции деацетилирования с образованием уксусной кислоты, а при распаде сахаров (в условиях повышенных температур в присутствии водяного пара) генерируется муравьиная кислота. В этих условиях происходит гидролиз и деполимеризация лигноуглеводного комплекса древесной биомассы, причем по мере увеличения количества кислот, образующихся в ходе процесса, ускоряется общий гидролиз углеводов.

Технически процесс реализуется следующим образом. В предварительно нагретый до заданной температуры реактор загружается щепа или опилки и из генератора подают нагретый водяной пар (момент времени t1). В течение времени (t2-t1) достигаются нужные температура и давление, которые выдерживаются все время в течение автогидролиза (t3-t2). Время подъёма температуры и давления (t2-t1) составляет обычно 5-30 с. Время автогидролиза (t3-t2) - от нескольких секунд до нескольких минут. Чем выше температура и давление, тем короче интервал (t3-t2). На последнем этапе процесса (t4-t3) происходит декомпрессия системы, по сути быстрое адиабатическое расширение ("выстрел"). Продолжительность декомпрессии - доли секунды.

Взрывной автогидролиз может быть реализован двумя способами: как периодический процесс и как непрерывный. При реализации периодического процесса как в лабораторных, так и в производственных условиях технологическая схема одинакова: генератор пара - реактор - циклон с устройством получения конденсата (летучих продуктов).

Такую схему используют фирмы "Masonite" (США) "Iotech" (Канада), "Forintek" (Канада), "Xerox" (Швеция)

Фирмой "Stake" (США) был разработан непрерывный процесс, схема установки которого представлена на рисунке 5. В шнековый реактор непрерывно подаются обрабатываемая масса и пар, создаются пробки из самого материала, а затем осуществляется дискретный "выстрел". Особенностью данного процесса является применение более низких температур и давлений, что позволяет использовать полученную автогидролизованную древесину в качестве корма для сельскохозяйственных животных. (Подробнее о переработке отходов древесины методом автогидролиза см. в соответствующем разделе)

Следует ожидать, что экономические показатели процесса взрывного автогидролиза возрастут при комплексном использовании основных компонентов древесины, включающем получение дорогостоящих химических соединений. [6]

Сейчас же данный метод используют для получения целлюлозосодержащих полуфабрикатов, чистой целлюлозы, низкомолекулярного лигнина, левулиновой кислоты, ароматических ок-сиальдегидов и активных углей, включая комбинацию метода взрывного автогидролиза древесины, кислотного катализа её целлюлозной составляющей, окислительного катализа низкомолекулярного лигнина и пиролиза твёрдого остатка. Данный высокотехнологичный метод требует не только больших затрат как на его реализацию и оборудование, так и высокой квалификации персонала осуществляющего его. Не смотря на то, что извлекаемые компоненты представляют ценность, а их себестоимость при данном методе ниже чем при традиционных способах их получения, он не пользуется особой популярностью на сегодняшний день. Продолжаются разработки в этом направлении, расширяя как список извлекаемых компонентов, так и удешевляя метод, однако установки и технические изобретения применятся в России в единичных случаях, в то время как по всему миру известно не мало производителей сделавших себе состояние в этой отрасли. Это также объясняется и особенностями рынка различных стран.

Использование древесных отходов в строительстве

Строительство – это самая популярная отрасль применения древесных отходов. Уже много лет работают технологии производства строительных материалов на основе и с их применением.

Технический прогресс коснулся главным образом механизированного производства столярных и древесно-волокнистых плит, деревобетона (арболита), древесностружечных плит, щитов и др., из отходов практически любых размеров. Такие плиты и многие другие изделия анизотропны по свойствам, не коробятся, не усыхают и как полуфабрикат используются при производстве красивых фанерованных дверей, встроенной мебели, облицовочных панелей, перегородок, теплоизоляционных изделий и деталей, стеновых блоков и панелей (из арболита), паркета и кровли и т. п. И, тем не менее, на многих лесосеках и заводах продолжает скапливаться огромное количество отходов.

Из кусковых отходов лесопиления и деревообработки могут быть изготовлены клееные панели, щиты и плиты, щитовый паркет, дверные коробки, кровельная и штукатурная дрань, кровельная плитка и гонт, заготовки для столярного производства, арболит и стеновые блоки и панели из него, древесноволокнистые и древесно-стружечные плиты и др. Они с успехом заменяют деловую древесину. Среди них особой известностью в строительстве пользуются древесно-волокнистые плиты, которые являются современным строительным и отделочным материалом. Для их получения разработаны специальные технологические линии на заводах и комбинатах строительных материалов. Особо ценные сорта плит используют для отделки стен, перегородок, дверных проемов, встроенной мебели, для облицовки кухонной мебели и других элементов в жилых, общественных и промышленных зданиях. Плиты для декоративных целей обрабатывают с получением необходимой окраски их поверхности, тиснения и пр.

Большим спросом у строителей пользуются также плиты древесно-стружечные плоского прессования, применяемые в качестве конструкционного и отделочного материала. Широкое применение имеет арболит как стеновой материал. Особенно часто изделия из древесных отходов используют как теплоизоляционный материал. Значительное количество древесных кусковых отходов щепы и стружки, в частности хвойных пород, может быть использовано при производстве кровельного картона. В нем содержание древесного волокна возможно увеличить до 40% и более взамен тряпья, качество которого снизилось в связи с избытком в нем синтетических волокон, непригодных для кровельного картона.

Опилкобетон

Из опилок и стружек материалы и изделия изготавливают либо на основе вяжущих веществ (опилкобетон, ксилолит, термиз, термопорит, гипсопилочные блоки и др.), либо без применения специальных вяжущих (лигноуглеводные пластики, вибролит и др.).

При изготовлении опилочных конгломератов с введением в них вяжущих веществ, кроме опилок вносятся в смесь песок, гравий, минерализаторы (жидкое стекло, известковое молоко, раствор фтористого натрия и др.). Опилки используются не только свежие, но и лежалые. В качестве вяжущих — цемент, известь, гипс, каустический магнезит и др. Так, например, для приготовления ксилолитовой смеси при производстве плит (для устройства полов) используют каустический магнезит, затворяемый на водном растворе хлористого магния. В полуторном или двойном количестве (по общему) по отношению к магнезиту добавляются в смесь опилки влажностью не более 8%, а при необходимости получения жесткого покрытия (а не пластичного) вносится еще небольшая часть кварцевого песка. В так называемые твердые опилочные плиты в качестве связующего вносятся аммиак, смолы или смесь смолы с аммиаком, а при производстве листового тырсолита толщиной от 1,5 до 8 мм используют карбамидную смолу с примесью отвердителя (контакта Петрова).

При изготовлении опилочных конгломератов без введения в их состав каких-либо специальных вяжущих веществ учитывается способность древесины к выделению собственных клеящих веществ в процессе гидролитического расщепления лигноуглеводных комплексов клеточных оболочек и полисахаридов. Технологический период характеризуется сушкой и дозированием древесных частиц, формованием и подпрессовкой на поддоне ковра необходимой толщины, горячим прессованием и охлаждением под давлением пресса. Именно по такой схеме изготовляют лигноуглеводные древесные пластики. На прочность такого пластика оказывает влияние размер древесных частиц: с их измельчением возрастает прочность пластика.

Наиболее ответственный режим на стадии горячего прессования ведется при давлении 1 ... 5 МПа и температуре 160 ... 170С с последующим охлаждением плит пресса до 20°С. Имеет значение порода исходной древесной смеси. Для этих пластиков пригодны ель, лиственница, сосна, береза и осина. Готовые изделия (пластики) используют в качестве конструкционно-отделочного материала; они покрываются в технологический период облицовочным шпоном. Сходными в производстве являются пьезотермопластики — плитный или плиточный материал, изготовляемый при высоких давлениях и температуре из древесных отходов, особенно опилок, без добавления связующих веществ.

Существуют две технологические схемы их производства: без предварительной обработки древесных отходов и с обработкой отходов (гидролизом) древесных опилок — горячей водой (или паром), иногда с химикатами. Пьезотермопластики используют для полов взамен паркета и дверей, в качестве отделочного материала и т. д. Из опилок и мелкой стружки после обработки в молотковой дробилке и вибромельнице, формования и горячего прессования получают плиты вибролита. После сушки плиты показывают достаточно высокие показатели качества. Вибролит используют для настила черного пола, устройства перегородок, щитовых дверей, изготовления встроенной мебели и пр.

Фибролит

Из коры и сучьев получают материалы и изделия на основе вводимых вяжущих или без их применения. Так, например, с применением гипсового вяжущего предложено получать королит. С этой целью подсушенная, измельченная и просеянная кора загружается в смеситель, заливается растворами антисептика (например, оксидифенил натрия) и ингибитора (например, казеина, буры, мездрового клея). Смесь объединяется с гипсовым вяжущим веществом, перемешивается до однородного состояния и в формах уплотняется при давлени. Королит применяют как утеплитель полов и стен. Вместо гипса используют портландцемент и цементно-песчаный раствор.

Среди других изделий с применением коры и сучков с добавлением или без добавления связующих следует отметить изоляционные плиты, плиты из цельной коры, сучкоблоки и др. В изоляционных плитах пресс-масса из измельченной коры ели, гидрофобизатора и антипирена обрабатывается связующим в виде сульфитной барды (отхода производства целлюлозы по сульфитному способу) с последующим формованием и горячим прессованием плит.

Арболит

Кроме рассмотренных выше материалов и изделий из древесных отходов имеется большое количество освоенных промышленностью и широко применяемых традиционных органических теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов. Они получаются с применением растительного сырья и отходов лесного и сельского хозяйства. Среди них древесно-стружечные плиты, древесно-волокнистые плиты, фибролит, арболит, камышитовые плиты, торфяные плиты и др.

Материалы и изделия с применением отходов древесины, часть которых была указана выше, являются, как правило, типичными представителями строительных конгломератов, получаемых на искусственных или естественных (лигнин, полисахариды) связующих веществах. Несомненно, что при оптимальных структурах они обладают комплексом наилучших показателей свойств, поэтому их состав следует определять с учетом ранее изложенных общих закономерностей. Вместе с тем на их примере очевидна некоторая условность границы при разделении строительных материалов на искусственные и естественные, тем более с конгломератным типом структуры [11].

ДСП, ДВП

Древесно—стружечные плиты (ДСП). Наиболее распространенным в России мебельным материалом являются древесно—стружечные плиты, которые изготавливаются из отходов лесопиления, деревообработки и фанерного производства. В качестве связующих веществ используются при горячем прессовании плит преимущественно карбамидоформальдегидные смолы. Производство ДСП зародилось в конце 1930-х годов прошлого века в Германии и Швейцарии — странах, бедных собственными лесными ресурсами и поэтому особенно заинтересованных в максимальном использовании древесных отходов. Из ДСП изготовляют конструкционные элементы мебели, стенки и полки шкафов, боковые и горизонтальные поверхности столов, столешницы. 

Древесно—волокнистые плиты ДВП — листовой материал, изготовляемый в процессе горячего прессования массы из древесных волокон, сформированных в виде ковра. Эти волокна получают путем пропарки и размола древесного сырья. Они представляют собой отдельные клетки тканей, их обрывки или группы клеток древесины. Сырьем служат отходы лесопиления и деревообработки, технологическая щепа и дровяная древесина. Для улучшения эксплуатационных свойств в массу добавляют упрочняющие вещества (например, синтетические смолы), парафин, церезин, антисептики и др. Формирование ковра может осуществляться в водной среде с получением плит односторонней гладкости (мокрый способ производства) или в воздушной среде с получением плит двусторонней гладкости (сухой способ). [3]

ЭДНП        

ЭДНП - экологически чистые дешевые древесно-наполненные пластмассы на основе отходов древесины и полимеров, способны заменить широко используемые в мебельном производстве и жилищном строительстве древесностружечные и древесноволокнистые плиты (ДСП, ДВП, МДФ), применение которых вредно для человека из-за постоянного выделения токсичных веществ - свободного формальдегида и фенола. Продукция: Из ЭДНП могут быть получены изделия широкой номенклатуры в зависимости от способа промышленной переработки- прессования и экструзии. Плитные изделия:

1. простая или филенчатая отделочная мебельная доска;
2. столешницы, подоконник и другие плиты;
3. дверные полотна;
4. облицовка, элементы строительных конструкций;
5. опалубка.

Исходным материалом для получения ЭДНП служат древесные опилки, стружка, стебли тростника, бамбука, шелуха риса и другие отходы древесно-растительного происхождения, а в качестве полимерного связующего применяются термопласты (полиэтилен, полипропилен) и их отходы.

Требования к производственному помещению линии для выпуска плитных изделий из ЭДНП в объеме 120000 м2/год:

• помещение категории Д, t = 16-18°С, W=60%
• площадь 650-800 м2
• полезная высота 12 м
• установленная мощность = 250-300 кВт.ч.

Проведенные исследования, а также отработка технологий в опытном производстве, позволили разработать экономически эффективные методы супернаполнения полимеров и микрокапсулировании частиц наполнителя. Разработанные методы обеспечивают возможность создания композитов с широкой гаммой свойств, используя универсальное дешевое сырье (отходов древесины и пластика) Производство изделий из ЭДНП осуществляется прессованием или экструзией. Производство изделий из ЭДНП состоит из следующих стадий: подготовка древесины; подготовка полимера; получение композиций; переработка композиций.

Комплектация производства осуществляется на базе стандартизованного оборудования по переработке пластмасс экструзией или прессованием при незначительном объеме нестандартного оборудования. Преимущества ЭДНП:

• универсальность допускаемой сырьевой базы, проявляющейся в возможности использовать в качестве наполнителя не только древесные частицы - опилки и стружку, но и городские отходы древесины и растительные отходы сельскохозяйственного производства (лузга риса, гречихи, подсолнечника, конопли, сечка тростника и др.), а также вторичные полимерные материалы (полимерные отходы);
• высокая степень наполнения древесными материалами ( до 85% массы);
• технология обеспечивает утилизацию изношенных и бракованных изделий ЭДНП путем измельчения и вторичной безотходной обработки;
• технология переработки ЭДНП позволяет получать готовые изделия сложной трехмерной формы: выпуклые, вогнутые, ажурные, с рельефными вставками, инкрустацией, фигурной аппликацией из разных материалов, отделкой скульптурными элементами и др.;
• изделия из ЭДНП обладают экологической чистотой, низким в допоглощением, биологически стойки - не разрушаются бактериями, грибком, термитами, прекрасно поддаются механической обработке, а по сопротивлению выдергиванию шурупов в 3-4 раза превосходят изделия из ДСП;
• изделия из ЭДНП можно подвергать различным видам отделочных операций, в том числе шлифованию, ламинированию и окрашиванию;
• освоение технологии ЭДНП позволяет с минимальными дополнительными инвестициями организовать производство изделий из минералонаполненных пластмасс с использованием как первичных пластмасс, так и их отходов и тем самым диверсифицировать производство и сделать его максимально независимым от конъюнктуры рынка.

Производство топливных брикетов

Идея производства биотоплива из древесных отходов за последние годы захватило умы чуть ли не всех, кто связан с переработкой древесины в России, Беларуси, на Украине. Ресурсы полезных ископаемых планеты по различным оценкам ограничены, их запасов на нужды теплоэнергетики хватит максимум на 100 лет. Поэтому развитие альтернативной или возобновляемой энергетики является актуальным, прибыльным и своевременным направлением работ.

Получение готовой продукции из древесины сопряжено с огромными потерями, которые принято называть отходами. Типичная лесопилка превращает около 60% древесины в доски, при этом 12% уходит в отпил, 6%-концевые обрезки и 22% - горбыль и обрезки кромок. Объем интересующего нас сырья (отпила и стружки) на этапе деревообработки достигает 12% от исходного сырья. Одним из основных направлений утилизации древесных отходов является их использование для получения тепловой и электрической энергии. В последние годы энергетическое использование древесных отходов рассматривается как альтернатива традиционным видам топлива. Это связано с тем, что древесные отходы являются CO2-нейтральными, имеют низкое содержание серы, относятся к возобновляемым источникам энергии. Все это привело к тому, что технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются. Технологии переработки опилок и древесных отходов способны сделать деревообрабатывающее производство безотходным и экологически чистым. Переработка древесных отходов в топливные брикеты решает многие проблемы, связанные со вторичной переработкой отходов древесины в процессе производства.

Брикеты – спрессованные изделия цилиндрической, прямоугольной или любой другой формы, их длина обычно 100 – 300 мм не должна превышать в пять раз их диаметр, который является большим, чем 25 мм, а обычно 60 – 75 мм.

В основе технологии производства древесных топливных брикетов лежит процесс прессования мелко измельченных отходов древесины (опилок) под высоким давлением при нагревании, связующим элементом является легнин, который содержится в клетках растений. Брикеты получаться прямым прессованием на гидравлическом или механическом прессе. Кроме того, можно использовать метод шнекового прессования, когда продукция выходит непрерывно (как на мясорубке).

Спрос на топливные брикеты в странах Европы постоянно высокий и нет предпосылок к насыщению. Существует мнение, что за рубежом спросом пользуются больше гранулы. Однако, спрос на топливные брикеты в Европе также постоянно высокий и цены на него непрерывно растут и они не меньше, чем за брикеты. Брикеты, выполненные методом шнекового прессования, более предпочтительны у покупателей по сравнению с простой.

Существуют общепризнанные европейские стандарты на топливные брикеты:

ОNORN M 7135 в Австрии

DIN 5135 в Германии

SS 18 71 21 в Швеции

Краткая характеристика производства брикетов (шнековое прессование).

1. Оборудование для производства брикетов более простое и, естественно, менее дорогое. Пресса для производства брикетов при той же производительности на 30-50% дешевле грануляторов. Самые лучшие показатели по удельным капитальным затратам дают шнековые пресса.

Узкое место у пресса – это шнек, который в настоящее время вырабатывает около 50 тонн брикетов и требует замены. Замена шнеков – простая операция, которая выполняется за 10 - 15 минут. Цена нового шнека около 200, реставрация на порядок дешевле. Уже достигнут ресурс шнека в 100 тонн на дубовых опилках.

2. Требования к сырью (опилкам), у брикетов менее высокие, чем у пеллетов. Не требуется дополнительный тонкий помол. Допускаются заметные примеси коры. Крупная стружка, отдельные кусочки длиной до 20 мм, кора – всё это не мешает работе пресса.

3. Брикет, полученный методом шнекового прессования, кроме высокой плотности (1.1-1.2 т/м3) имеет упрочняющую корку на поверхности. Брикеты практически не дают крошки и могут транспортироваться в два яруса. Корка на поверхности уменьшает проникновение влаги в брикет.

4. При сушке опилок до необходимых 10-12% влажности используются в основном древесные отходы. Иногда используется мазут (итальянские установки), дизельное топливо (установки восточной Европы), керосин (японские установки). Древесные отходы, безусловно, экономически наиболее привлекательны как топливо. Теплогенераторы, работающие на древесных отходах, могут иметь две принципиальные схемы: дымовые газы попадают прямо в отделение сушки и дымовые газы проходят через теплообменник и в отделение сушки попадает чистый нагретый воздух. Каждая из этих схем имеют и плюсы и минусы.

При прямой подаче топочных газов с сушильное отделение между газом и опилками большая разность температур, что повышает эффективность сушки. Однако, высокая температура создает опасность пожара. Дымовые газы, охлаждаясь, оставляют в опилках много сажи, что повышает остаточную зольность опилок. Некоторые европейские стандарты требуют, чтобы зольность не превышала 1.0%. Использование такой схемы требует принимать серьезные меры к предотвращению возгорания опилок.

При прохождении дымовых газов через теплообменник проблема возгорания опилок практически снимается. Нет осаждения сажи. Однако, температуру на входе в сушильное отделения нельзя поднять выше 1500С. Теплогенераторов, работающих на древесных отходах и подающих воздух через теплообменник, установочной тепловой мощностью выше 500 кВт пока нет. Как отмечено выше, экономически оправданным для гранул является выпуск не менее 1.5 т/ч.

Известные шнековые пресса австрийской фирмы Pini-Kay, выпускаемые уже несколько десятков лет, имеют производительность до 400 кг/ч. Для сушки 400кг/час по выходу требуется мощность около 400 кВт. Следовательно, схема с использованием теплогенераторов тепловой мощностью до 500 кВт с теплообменниками в комплекте со шнековыми прессами оказалось оптимальной.

Топливные брикеты также имеют неограниченный спрос, даже имея довольно скромную рекламу. Производителей же брикетов, особенно шнекового прессования, в России, Украине и Белоруссии можно перечислить и их не на много больше десятка.

Схема мини-завода [8] для производства топливных брикетов из древесных отходов представлена на рис.6. На схеме показан набор оборудования, необходимый для организации производства топливных брикетов из кусковых древесных отходов. Оборудование мини-завода смонтировано в контейнерах, что делает возможным перемещение мини-завода с одного места работы на другое без существенных денежных и временных затрат.

 Сырьё – отходы разных фракций древесины естественной влажности

№	Параметр	Величина
1	Производительность по готовой продукции, кг/ч	1000
2	Начальная влажность сырья Wн, %	50
3	Конечная влажность продукции Wк, %	12
4	Часовой массовый расход сырья, кг/ч	1700
5	Масса испаряемой в сушильном агрегате влаги, кг/ч	700
6	Требуемая тепловая мощность теплогенератора, не более, кВт	1000
7	Температура теплоносителя на входе в сушильный агрегат Твх , ºС	350-380
8	Температура теплоносителя на выходе из сушильного агрегата Твых , ºС	100 -110
9	Общая установленная электрическая мощность оборудования, кВт	180
10	Требуемая площадь, не менее, м2	250
11	Минимально допустимая высота потолков (при монтаже внутри помещения), м	6
12	Минимальное количество обслуживающего персонала, чел/смена	3

 

В состав модульного мини-завода для производства топливных брикетов входят следующие секции (модули):

I. Модуль подготовки сырья – здесь сырье в виде кусковых древесных отходов, не содержащее посторонних включений (таких как камни, металл), измельчается в рубительной машине, подается на временный склад сырья, а затем доизмельчается в дробилке. После дробилки измельченное сырье с помощью пневмотранспорта перемещается в следующий модуль.

II. Модуль сушки сырья – здесь предварительно измельченное в 1-ом модуле сырье попадает в бункер-накопитель сушильного агрегата, а также в топливный бункер теплогенератора (в качестве топлива для процесса сушки) и сушится в сушильной установке роторного (барабанного) типа до достижения заданной влажности, затем с помощью пневмотранспорта перемещается в следующий модуль.

III. Модуль брикетирования и фасовки – здесь высушенный материал попадает в бункер-дозатор брикетировочных прессов, а затем подается на прессы для брикетирования. После прессов готовые брикеты охлаждаются и фасуются в мешки.

Изготовление пеллет (гранул)

Пеллеты (топливные гранулы) - это глубоко переработанный и экологически чистый вид топлива. Преимуществом использования прессованного биотоплива является, во-первых, бoльшая теплотворная способность по сравнению со щепой и с кусковыми отходами древесины. Во-вторых, меньшая стоимость оборудования для котельных установок мощностью до 2 МВт, по сравнению с установками по сжыганию древесных отходов. Объем склада для хранения пеллет может быть уменьшен как минимум до 50%, по сравнению со кладом для древесной щепы. Гранулы могут храниться в непосредственной близости от жилых помещений (подвальные или подсобные помещения), так как этот материал биологически неактивный, поскольку прошел термическую обработку. Он менее подвержен самовоспламенению, так как не содержит пыли и спор, которые также могут вызывать аллергическую реакцию у людей.

 По своим характеристикам топливные пеллеты конкурируют с природным газом, но по экологическим показателям они опережают все остальные виды топлив в той же степени, что и в ценовом отношении.

«Существует рынок гранул. Отходы, конечно, тоже можно продать, на них даже есть товарный код, но продажи носят бессистемный или даже эпизодический характер, цены – микроскопические, сделки носят исключительно локальный характер. Чаще всего отходы отдают вообще бесплатно. Рынка отходов деревопереработки нет. Все это обусловлено несколькими причинами: разнородностью отходов и, как следствие, отсутствием возможности стандартизации; неудобством транспортировки и высокими транспортными расходами, неудобством хранения и применения. Таким образом, в этом бизнесе получается, что на входе чаще всего – сырье, не являющееся товаром, с нулевой или минимальной ценой, а на выходе – товар с высокими потребительскими свойствами, высокой ценой, устойчивым и постоянно растущим спросом. Если прибавить сюда, что источник сырья - практически неиссякаем, а спрос на энергоносители будет только увеличиваться – картина будет практически полной. Вот и получается, что древесные отходы – это деньги под ногами.» - говорит Павел Слипченко в интервью woodbusiness.

 

Гранулирование

 

Измельче ние

Сушка

Охлажде ние

Измельчение:

На стадии подготовки сырья щепа, опил, кора, стружка подаются в молотковую дробилку, установленную над загрузочным устройством материалопровода.

Подаваемое в дробилку сырье должно иметь влажность не более 60% и содержать не более 1,5% посторонних включений в составе сырья сумма коры, хвои, листвы не должна превышать 17% от массы, порода древесины значения не имеет.

Сушка измельченного сырья:

Измельченное сырье по материалопроводу попадает в камеру сушильного агрегата. Отбор излишней влаги осуществляется горячим воздухом, выработанным теплогенератором. Температура воздуха на входе в сушилку 250-280ºС, на выходе из сушилки продукт имеет температуру 75-100ºС. Сырье высушивается до влажности 8-15%.

Далее измельченный и высушенный продукт по пневмотранспорту поступает в батарейный циклон, где происходит разделение высушенного материала и теплоносителя. Отработанный теплоноситель выбрасывается в атмосферу, а высушенный материал подается на питающее устройство пресса-гранулятора непрерывного действия. В случае работы установки производительностью 1000 кг/час, поток высушенного сырья с помощью шнекового транспортера разделяется на два - по количеству прессов.

Гранулирование:

Питающее устройство пресса-гранулятора направляет измельченные и высушенные древесные отходы во внутреннюю полость вращающейся матрицы, имеющей отверстия диаметром 7 мм, в которых происходит формирование гранул давлением, созданным при прохождении продукта между матрицей и вращающимися на эксцентриковых осях роликами.

Охлаждение:

Через выходное отверстие пресса-гранулятора готовые гранулы попадают на охлаждающий транспортер - просеиватель, где происходит охлаждение и очистка гранул от мелкой фракции. Мелкая фракция, собранная пылеулавливаюшей установкой подается обратно в бункер над прессом-гранулятором делая процесс непрерывным и безотходным. Очищенные и остывшие гранулы попадают в тару для упаковки и транспортировки к месту хранения.

После производства строительных материалов производство пеллет и топливных брикетов является наиболее приоритетными и доходными. Причем в последнее время топливные брикет значительно опережают гранулы. Пеллеты в основном применяют в технологических процессах меньших масштабов, чем брикеты, это объясняется не только предпочтением формы, но и удельными характеристиками. Так например отдача тепла гранул меньше, чем у топливных брикетов. На основе последних существует множество технологий объединенных темой «биотопливо» начиная от технологий горения до состава и схем установок. За рубежом топливные брикеты и гранулы имеют свой рынок, соседствующий с рынками традиционных энергоносителей. Прогнозы некоторых аналитиков таковы, что в скором времени именно они могут потеснить ископаемой топливо.

Производство древесного уголя

Одна из последних разработок − уголь из древесных опилок. Опилки предварительно брикетируются на экструдерном прессе, полученные брикеты подвергаются пиролизу.

Для того, чтобы из древесины получился уголь, ей нужно пройти процесс пиролиза, разложения без доступа воздуха.
Древесина разлагается в газовой бескислородной атмосфере, в реторте, под воздействием нагрева. Реторта — это замкнутый сосуд, нагревание производят через ее стенки. Парогазы, которые образуются в процессе пиролиза, выводятся через патрубок в реторте. Далее в устройстве для конденсации газ отделяется от жидкости.
Технический процесс начинается с того, что древесину кладут в реторту, закрывают загрузочное отверстие и нагревают аппарат до 400-500°С. Пирометр, расположенный в рекреационном отверстии, помогает регулировать температуру.

Процесс пиролиза состоит из трех основных стадий, которые различаются между собой по контрольным замерам и внешним признакам.
Первый этап — это сушка древесины. При температуре до 150°С из сырья выделяется влага. Второй этап — собственно пиролиз, сухая перегонка. При температуре 150-350°С выделяется газ, и в дистилляте образовываются органические продукты. Третий этап, прокалка. Если на предыдущем этапе образовался уголь, то на этом происходит отделение от него смол в небольшом количестве и множества неконденсируемых газов. Температура на этом этапе начинается с 350°С и доходит до 550°С.

Годы лабораторных исследований и полученный на производстве опыт дали возможность установить связь между протекающими процессами, между химическими составляющими древесины и продуктами, получающимися в результате ее распада, а также установить факторы, которые влияют на эти процессы. В результате этих исследований была разработана конструкция печи Эколон, которая получила в последствии широкое применение.

Сущность технического решения состоит в том, что выемные реторты устанавливаются в отверстия в верхнем настиле топочного устройства. Реторты устанавливаются в печь со сдвигом во времени. Так что, когда в одной идет сушка, в другой – пиролиз, а в третьей прокалка угля. Парогазы выходят через колосники и специальные каналы в топочный объем и там догорают. За счет этого удовлетворяется потребность в тепле, если исходная влажность дров ниже 50% отн. При более высокой влажности в топку добавляются дрова. Топка работает непрерывно, а реторты, в которых процесс завершился, извлекаются и устанавливаются для охлаждения в специальные подставки. В освободившееся отверстие вставляется очередная реторта, заполненная свежими дровами. Таким образом, топочное пространство не охлаждается, и теплопотери уменьшаются. Охлаждение угля также протекает эффективно, поскольку отвод тепла идет только от угля, через одинарную стенку реторты. Отпадает необходимость заливать уголь водой. Установка «всеядна» – способна перерабатывать и дрова, и отходы различных размеров. Благодаря тому, что охлаждению подвергается только выемная реторта, а не вся установка, не только выигрывается тепло, но и оборот реторт существенно снижается.

Создана новая версия «ЭКОЛОН-М». Эта версия запланирована в двух модификациях с производительностью 800-1000 и 1800-2000 т/год угля. В зависимости от запросов потребителей может быть произведен уголь с разным содержанием нелетучего углерода и различный по другим показателям. Благодаря особенностям технологии можно получать уголь, сохраняющий форму и размеры поленьев. Они горят значительно медленнее, чем дрова, а тепла выделяют больше, и, в отличие от дров, при их сгорании не образуется угарный газ. Необходимая площадь для размещения всех подразделений установки, включая биржу сырья и склад составляет 30х55 кв. м.

Показатели	Углевыжигательная печь «Эколон»
Производительность по товарному продукту (уголь), т/год	1000	1800
Производительность по исходному сырью (древесина), м3/год	10000	18000
Капиталовложения, млн. руб.	6,0	9,6
Валовой доход в 1 год, млн.р.	12	15
Валовой доход во 2 год, млн.р.	15	18
Чистая прибыль в 1 год, млн.р.	3,2	5,2
Чистая прибыль во 2 год, млн.р.	4,3	7,0
Срок окупаемости, лет	2,0	1,4

В результате промышленного эксперимента на действующей углевыжигательной установке «Эколон», в ходе которого переработано 60 т брикетов из хвойных опилок, получено около 20 т угольных брикетов соответствующих по качествам различным маркам по ГОСТ 7657-84 [5]. Брикеты обладают большей прочностью, чем самый качественный древесный уголь марки А, и высокой теплотворной способностью. Уже технология известна и можно развивать это производство. Но покупатель пока незнаком с таким углем, а соотвественно, нет достаточного спроса.

Зато активный спрос на такие брикеты наблюдается в Японии, где их ценят выше, чем кусковой уголь из твердых пород. Охотно покупают это топливо в южной Европе. Основные производители брикетов − страны Юго-Восточной Азии, где их делают из опилок тропических твердых пород.

Исследования показали, что брикеты, изготовленные из опилок хвойных пород, ни в чем им не проигрывают, кроме того, был сделан важный вывод о пригодности углевыжигательных печей с выемными ретортами для такого производства. [12]

Надо сказать, что применение таких аппаратов при всех их достоинствах ограниченно. Увеличить их производительность более чем до 2 тыс. т угля в год затруднительно по ряду технологических и организационных причин.

Производство древесного угля давно известно из цельной древесины и лишь сравнительно недавно стали применять эту технологию к брикетированным древесным отходам . Область применения за долгие годы существования этого продукта расширилась. В масштабах производства его используют в печах металлургии, в качестве топлива для отопления коммунальнобытовых служб, для частного применения в каминах, мангалах и т.д. В России лишь последние годы наблюдается интерес к нему, в то время как отопление северных стран осуществляется с его помощью. Не менее важным чем сам древесный уголь является его такой продукт как активированные угли. Они применяются в фармакологии, очистке от различных загрязнителей, энергетике и т.д. и также в качестве сырья для них могут выступать древесные отходы.

Заключение

Брикеты - экологически чистый продукт: без химических добавок и склеивающих веществ, производятся из натуральных, необработанных никакими химическими препаратами растительных отходов (данная характеристика особенно важна для предприятий, работающих в черте города).

Пеллеты являются частью натурального круговорота СО2 в окружающей среде. Пеллеты являются экологически чистым топливом, так как при их сгорании выделяют ровно столько СО2, сколько было впитано деревом при его росте (закрытый углеродный обмен), в отличие от угля и т.д. Т.е. при сжигании пеллет количество выделяемого углекислого газа в атмосферу не превышает объем выбросов, который образовался бы путем естественного разложения древесины.

Древесный уголь  - твёрдый пористый высокоуглеродистый продукт, образующийся при нагревании древесины без доступа (или при незначительном доступе) воздуха в печах и ретортах . Особенность Древесного угля  - низкое содержание таких примесей, как фосфор и сера, что делает его необходимым для некоторых металлургических процессов.

Таким образом, видим что отходы деревообработки возможно широко использовать в различных сферах промышленности. Наиболее выгодным является производство биотоплива на основе древесных опилок, а именно древесного угля, пеллетов и топливных брикетов. Россия отстает в развитии этого направления рынка, в то время как многие Западные страны все более активно переходят на топливо из отходов других производств, в частности деревообработки. Такой способ имеет множество преимуществ:

• экономия ископаемых видов топлива
• снижения выбросов газов сгорания топлива
• снижение затрат
• уменьшение нагрузки на окружающую среду
• рациональное использование отходов
• и др.

Сравнительная характеристика различных видов топлива, полученных из древесных отходов приведена в табл. 1

Таблица 1. Сравнительная характеристика видов топлива

Вид топлива	Цена минимальная, руб/т	Зольность, %	Плотность, кг/м3	Теплотворная способность, кВТ·ч/кг
Пеллет	3000	2	1200-1400	5
Топливный брикет	4000	1,5	1250	4,3-4,5
Древесный уголь	12000	0,2	1430	6-8

 

Из таблицы видно, что использование пеллет и топливных брекетов принесут не только экологическую выгоду, но и экономическую. В России необходимо внедрять уже существующие технологии использования этих видов топлива и разрабатывать новые. В будущем это может стать реальной альтернативой ископаемым видам топлива: нефти, газу, углю. Западные страны уже давно это поняли и широко внедряют практику применения биотоплива, в то время как Россия пока занимает скромное место в числе экспортеров пеллет, не применяя их у себя.

Кроме этого из древесных отходов можно извлекать путем автогидролиза ценные химические компоненты, такие как целлюлозосодержащие полуфабрикаты чистую целлюлозу, низкомолекулярный лигнин, левулиновую кислоту, ароматических ок-сиальдегиды и активные угли, включая комбинацию метода взрывного автогидролиза древесины, кислотного катализа её целлюлозной составляющей, окислительного катализа низкомолекулярного лигнина и пиролиза твёрдого остатка.

Использование в составе строительных материалах отходов деревообрабатывающей промышленности позволяет не только выгодно утилизировать эти отходы и значительно удешевить саму продукцию, но и снизить вырубку лесов для этих целей.

Открывая производства, основанные на переработке древесных отходов (например, описанные выше линии по производству пеллет, топливных брикетов, древесного угля), будут созданы новые рабочие места, что улучшит экономическое состояние деревообрабатывающих регионов.

Список литературы

1. Акулов Ф., Отходы − в доходы // ЛесПромИнформ 2008 . №8 (57). С. 87-93.
2. Веприкова Е.В., Терещенко Е.А. Особенности очистки воды от нефтепродуктов с использованием нефтяных сорбентов, фильтрующих материалов и активных углей // Journal of  Siberian Federal University.  Chemistry 3- 20.09.2010 г.
3. Волынский В. Н. , Технология древесных плит и композитных материалов // Учебники для вузов. Специальная литература; Издательство: Лань, 2010 г., 336 стр.;
4. Гомонай М. В. Производство топливных брикетов. Древесное сырье, оборудование, технологии, режимы работы: Монография. - М.: МГУЛ (Московский государственный университет леса), 2006.
5. ГОСТ 7657-84 Уголь древесный. Технические условия, ИПК издательство стандартов, М. 1984 г.
6.  Ефремов А. А., Кротова И. В. Комплексная переработка древесных отходов с получением ценных органических продуктов с использованием метода взрывного автогидролиза // Химия растительного сырья. 2003. № 2. С. 19-39.
7. Инструкция Инструкция по зачистке резервуаров от остатков нефтепродуктов утв. OAO «НК Роснефть» 28.01.2004 г.
8. Концерн ПромСнабКомплект. Комплексоное снабжение промышленным оборудованием, описание оборудования.
9. Любов В. К., Электроэнергия из древесных отходов // ЛесПромИнформ 2006 . №7 (38). С. 118-122.
10.   Семенов А., Объем сырья для производства древесных топливных гранул // Bioenergy International. Россия №4-2008 (9) с. 6-10.
11.  Щукина Е.Г., Беппле Р.Р., Архинчеева Н.В. Комплексное использование минерального сырья и отходов промышленности при производстве строительных материалов // Учебное пособие. Улан-Удэ, 2004. – 109 с.
12.  Юдкевич Ю., Производство древесного угля // ЛесПромИнформ 2010 . №3 (69). С. 140-146.