CC BY
88
УДК 66.021.3 / 674.8
И. К. Гиндулин, Ю. Л. Юрьев
ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОСИНОВОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Ключевые слова: пиролиз осины, древесный уголь, нелетучий углерод, древесноугольные брикеты.
Представлена зависимость выхода и качества осинового угля от температуры пиролиза. Показано, что при температуре пиролиза выше 5000С из осины получается древесный уголь марки Б второго сорта, а при температуре пиролиза выше 600 С - древесный уголь марки Б первого сорта. Организация брикетирования осинового угля расширяет район продаж продукции и повышает эффективность производства.
Keywords: pyrolysis of Aspen, charcoal, fixed carbon, charcoal briquettes.
Represented by the dependency yield and quality Aspen charcoal on pyrolysis temperature. It is shown that temperature pyrolysis above 5000C from Aspen produces charcoal Bmarkof second grade, and at temperatures above 6000C -charcoal B mark of firstgrade. Organization ofcharcoal briquetting expands sales area and improves production efficiency.
Вопрос переработки осиновой древесины всегда был актуален для лесопромышленного комплекса РФ. Как известно, среди лиственных пород РФ осина по лесопокрытой площади и запасам древесины занимает второе место после березы. Её общий запас в РФ составляет 3,1 млрд. м3, в т.ч. в Европей-ско-Уральской части России - 1,3 млрд. м3. Наибольшими запасами осиновой древесины (млн. м3) из субъектов РФ, расположенных в этой части, обладают Ханты-Мансийский автономный округ (174), Башкортостан (113), Вологодская область (103), республика Коми (97), Свердловская область (89) и Кировская область (88).
Осина относительно других пород умеренного пояса растет сравнительно быстро и часто первой вырастает на бывших сельскохозяйственных землях и вырубках. Основной лесной породой вблизи лесопильных и деревообрабатывающих предприятий Ев-ропейско-Уральского региона часто оказывается именно осина. Древесина осины почти не находит промышленного применения, что связано с почти повсеместным заражением осины сердцевинной гнилью, слабой механической прочностью и т.п. В последнее время к этому добавилось снижение потребления дров и резкое сокращение выпуска спичек.
Мы считаем, что пиролиз осины с целью получения древесного угля (ДУ) является перспективным направлением ее переработки. Пиролиз как процесс является во многом универсальным и позволяет перерабатывать древесное сырьё различного качества и размеров [1,2,3]. Главным действующим фактором пиролиза, как известно [1], является конечная температура процесса. Зависимость выхода ДУ из осиновой древесины (У, %) от конечной температуры пиролиза (ТР, 0С) можно выразить уравнением (1):
Y =
0.0045 TP-1
(1)
Уравнение (1) справедливо для диапазона ТР от 400 до 8000С с достоверностью 0,95.
Если получаемый ДУ имеет промышленное применение, то наиболее важными показателями его качества являются зольность и содержание нелетучего углерода.
Для того чтобы определить зольность ДУ, полученного при определенной температуре пиролиза %), достаточно знать зольность исходной древесины (2, %) и выход ДУ при этой температуре (У, %):
Zt =
(2)
Из уравнения (2) ясно, что зольность ДУ обратно пропорциональна его выходу из древесины.
Нами показано, что содержание нелетучего углерода ^С, %) в ДУ из осины в ТР от 400 до 700°С с достоверностью 0,95 можно описать уравнением (3):
FC = 53.351п ТР — 254.17 (3)
Из уравнения (3) видно, что увеличение ТР осиновой древесины выше 700°С нецелесообразно, т.к. содержание нелетучего углерода в ДУ уже достигло нормативных значений. Экспериментальные данные показывают, что требованиям стандарта по содержанию нелетучего углерода соответствует осиновый уголь, полученный при ТР около 600 °С. Зольность осинового ДУ, полученного в диапазоне ТР от 500 до 7000С, соответствует требованиям ГОСТ 7657 [1].
При выгрузке и транспортировке ДУ всегда образуется существенное количество угольной мелочи, которая практически не имеет сбыта. При переработке измельченной древесины весь получаемый уголь не будет соответствовать требованиям ГОСТ 7657 по содержанию мелких фракций. В этом случае его необходимо брикетировать.
В зависимости от применяемого связующего материала, из осинового ДУ можно выпускать как бытовые, так и промышленные брикеты [4]. Ранее нами было показано, что при выпуске промышленных брикетов связующий материал можно не покупать, а получать из собственной парогазовой смеси, образующейся при пиролизе [5]. Свойства брикетов, полученных без применения сторонних связующих, можно регулировать в широких пределах, что показано нами в работе [6]. Организация выпуска брикетов, особенно из осинового ДУ, отличающегося пониженной механической прочностью, позволяет существенно повысить общую эффективность термохимической переработки древесины и географически расширить район продаж продукции [7].При
равных удельных затратах на транспорт, дальность перевозки брикетов в 2 раза выше, чем для кускового ДУ. Это объясняется высокой плотностью и механической прочностью брикетов.
Вполне реальным и эффективным вариантом переработки осинового ДУ является его активация водяным паром при температуре 800...8500С в разработанной нами печи активации с 2-образной вставкой и внешним обогревом [8]. При этом из осинового ДУ получается активный уголь стандартного качества, но с выходом примерно на 10% ниже, чем из березового ДУ в тех же условиях [9].
Таким образом, относительно термохимической переработке осиновой древесины можно сделать следующие выводы:
• при ТР выше 5000С из осины получается ДУ марки Б второго сорта, а при ТР выше 600 С -ДУ марки Б первого сорта;
• в большинстве случаев при организации пиролиза осиновой древесины целесообразно организовывать и брикетирование по крайней мере части получаемого ДУ;
• на основе осинового ДУ возможно получение активных углей стандартного качества.
Литература
1. Юрьев Ю.Л. Технология лесохимических произ-водств.Ч. 1. Пиролиз древесины. Екатеринбург, 1997,99 с.
2.Исхаков Т.Д., Грачев А.Н., Башкиров В.Н., Сафин Р.Г.Энерго- и ресурсосбережение при утилизации отработанных деревянных шпал методом пиролиза. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. № 11-12, С. 16. (2008).
3. Юрьев Ю.Л., Солдатов А.В. Термохимическая переработка древесины в условиях лесопромышленного предприятия. Известия высших учебных заведений. Лесной журнал,№ 3, С. 113-118 (2005).
4.Пономарев О.С., Гиндулин И.К., Юрьев Ю.Л. Варианты производства древесноугольных брикетов. Известия высших учебных заведений. Лесной журнал, № 1 (331), С. 107-111 (2013).
5. Пономарев О.С., Юрьев Ю.Л. Устройство для производства древесного угля и шихты. Пат. РФ 118960 (2012).
6. Ю.Л. Юрьев, И.И. Марков, Р.Б. Шагеев. Зависимость свойств древесноугольных брикетов от породы древесины и условий брикетирования. Гидролизная и лесохимическая промышленность, М., №4, С.11-12 (1985).
7. Пономарев О.С., Юрьев Ю.Л. Экономическая эффективность производства древесноугольных брикетов. В сб. Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века. Труды V Международного евразийского симпозиума. Федеральное агентство по образованию, Уральский государственный лесотехнический уни-верситет,2010, С. 154-157.
8. Панюта С.А., Юрьев Ю.Л., Стахровская Т.Е., Шишко И.И. Способ активации карбонизованных материалов. Пат. РФ 2051097 (1995).
9. Дроздова Н.А., Юрьев Ю.Л. Активация березового и осинового угля. Вестник КНИТУ, Т. 15, № 13, С. 147148 (2012).
© И. К. Гиндулин - кандидат технических наук, доцент каф. химической технологии древесины, биотехнологии и наномате-риалов Уральского гос. лесотехнического университета; Ю. Л. Юрьев - доктор техн. наук, профессор, зав. каф. химической технологии древесины, биотехнологии и наноматериалов Уральского гос. лесотехнического университета, charekat@mail.ru.
© I. K. Gindulin - Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor of the Department of chemical technology of wood, biotechnology and nanomaterials USFEU; Y. L. Yuryev - Doctor of Engineering Sciences, Professor, Head of the Department of chemical technology of wood, biotechnology and nanomaterials USFEU, charekat@mail.ru.
