CC BY
242
УДК 662.8
О. С. Пономарев, И.К. Гиндулин, Ю.Л. Юрьев
Уральский государственный лесотехнический университет
Пономарев Олег Сергеевич родился в 1986 г., окончил в 2009 г. Уральский государственный лесотехнический университет, аспирант УГЛТУ. Имеет около 5 печатных работ в области термохимической переработки древесины. E-mail: o_ponomarev@mail.ru
Гиндулин Ильдар Касимович родился в 1982 г., окончил в 2004 г. Уральский государственный лесотехнический университет, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры химической технологии древесины УГЛТУ. Имеет более 20 печатных работ в области термохимической переработки древесины. E-mail: tradeek@mail.ru
Юрьев Юрий Леонидович родился в 1950 г., окончил в 1972 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой химической технологии древесины Уральского государственного лесотехнического университета Имеет более 60 печатных работ в области термохимической переработки древесины. E-mail: bluestones@mail.ru
ВАРИАНТЫ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНОУГОЛЬНЫХ БРИКЕТОВ
Показана возможность производства как бытовых древесноугольных брикетов с минимальным расходом крахмала в качестве связующего материала, так и технологических брикетов без использования стороннего связующего.
Ключевые слова: древесноугольный брикет, связующее, парогазовая смесь.
В России, как и за рубежом, наблюдается постоянный рост объемов производства древесного угля (ДУ) [3].
При производстве ДУ образуется до 15 % отходов в виде древесно-угольной пыли и мелочи. ГОСТ 7657-84 нормирует содержание в ДУ частиц размером менее 12 мм. Эта фракция может служить сырьем для производства древесноугольных брикетов (ДУБ). В некоторых случаях в качестве сырья для производства ДУБ может выступать и стандартный ДУ.
ДУБ перед стандартным ДУ имеют следующие преимущества:
© Пономарев О.С., Гиндулин И.К., Юрьев Ю.Л., 2013
сырьем для производства ДУБ могут служить отходы лесопиления и деревообработки независимо от породы древесины, а также мелкий и некондиционный уголь;
увеличивается дальность экономически оправданной транспортировки вследствие повышенной механической прочности и высокой плотности ДУБ;
потребительские свойства ДУБ, в отличие от свойств стандартного ДУ, можно регулировать в широких пределах.
Перевозка ДУБ обходится примерно в 2 раза дешевле стандартого ДУ. При существующих оптовых ценах внутреннего рынка расходы на транспортировку не должны превышать в среднем 4 р./кг.
Все технологии производства ДУБ включают: приготовление шихты для брикетирования (тщательное перемешивание измельченного ДУ со связующим материалом), последующее прессование шихты и сушку сырых брикетов. Отличиями существующих технологий являются: использование различных связующих, аппаратурное оформление и технологический режим процесса. В качестве связующих материалов можно использовать крахмал, лигносульфо-наты, нефтяной пек, древесную смолу и др. [1, 2]. При производстве бытовых брикетов в основном используют крахмал. Большинство других связующих выделяют вредные или дурнопахнущие вещества при горении, поэтому получаемые с их помощью ДУБ находят только промышленное применение.
При прессовании ДУБ используют гидравлические и валковые прессы, экструдеры и др. Валковые прессы и экструдеры позволяют организовать непрерывный процесс производства, однако гидравлические прессы позволяют достичь большей плотности ДУБ вследствие большего давления прессования. С точки зрения транспортировки и бытового использования предпочтительной формой брикетов являются «подушечка» или «яйцо». Брикеты такой формы проще производить в валковых прессах, но при их использовании существует проблема залипания шихты в пресс-формах.
Целью настоящей работы является получение древесноугольных брикетов (ДУБ) высокого качества с низкой себестоимостью.
В а р и а н т 1 . Действующая технология производства бытовых ДУБ со сниженным расходом связующего материала Нами предложена технология производства ДУБ, которая внедрена на производящем древесный уголь предприятии ООО «Нико» (г. Тавда Свердловской области). В качестве связующего используют крахмал, прессование шихты осуществляют валковым прессом. Проблема залипания шихты решена полировкой пресс-формы.
Особенностью данной технологии является низкое (максимум 5 %) содержание связующего по сравнению с традиционными (10...15 %). Этот эффект был достигнут за счет предварительной подготовки сырья, отличной от существующих. После прессования влажные ДУБ отправляются на сушку в сушильную камеру печи пиролиза, где используется избыточная теплота процесса пиролиза.
Для производства древесного угля на этом предприятии применяют модульные пиролизные ретортные установки типа МПРУ, которые относятся к печам с вертикальными выемными ретортами. Реторты поочередно пере-
1 2 3 4 5
Рис. 1. Установка МПРУ: 1 - топка; 2 - реторта; 3 - камера пиролиза;
4 - камера сушки древесного угля; 5 - камера сушки ДУБ
двигают из камеры сушки в камеру пиролиза. В предложенной нами технологии сушильная камера для ДУБ встроена в установку для получения ДУ (рис. 1) и использует для сушки избыточную теплоту пиролиза.
Полученные таким образом брикеты имеют высокое качество и по всем показателям соответствуют требованиям ТУ 2455-003-31235731-06.
Преимущества предлагаемой нами технологии:
возможность безотходной термохимической переработки древесины;
снижение себестоимости ДУБ за счет сокращения расходов на покупку связующего и сушку брикетов избыточной теплотой печи для производства древесного угля.
В а р и а н т 2 . Предлагаемая технология производства технологических ДУБ
Нами предложена технология производства ДУБ без добавления стороннего связующего, которая может использоваться в тех случаях, когда поставка связующего затруднена или экономически неэффективна.
В качестве связующего материала в этом случае используется капельная фаза парогазовой смеси (ПГС), образующейся при пиролизе древесины. В состав ПГС (при внешнем теплообмене на стадии пиролиза) входят, %: отстойная и растворимая смолы - соответственно 2,4 и 1,7; кислоты - 0,7; вода -27,0; газы пиролиза - остальное. По нашим данным, в шихте остается, % от ПГС: отстойная и растворимая смолы - соответственно 95,7 и 96,4; кислоты -98,0; вода - 88,6. Связующим материалом в этих брикетах являются расство-римые и отстойные смолы ПГС.
Схема получения шихты для брикетирования с использованием компонентов ПГС в качестве связующего показана на рис. 2.
Древесные опилки (влажность 30...55 %; фракция не более 5 мм) прессуют без связующего с таким расчетом, чтобы после пиролиза не потребовал-
ся размол. Прессование проводят гидравлическим прессом (давление прессования 20 МПа).
!
8
1 1 и in
— 2 —> И — 4—» III
IV
Рис. 2. Принципиальная схема получения шихты для брикетирования: I - сушилка, II - печь пиролиза, III - реактор, IV - топка; 1 - древесные отходы (опил), 2 - высушенные древесные отходы, 3 - древесный уголь, 4 - ПГС, 5 - газы пиролиза, 6 - шихта на прессование, 7 - воздух, 8 - отработанный теплоноситель
Спрессованные древесные опилки в виде брикетов 2 загружают в печь пиролиза II, откуда полученный ДУ 3 загружают в реактор III, не вынимая из реторты, а в печь пиролиза II загружают следующую партию отходов. Во время пиролиза ПГС 4, выделяющаяся из камеры пиролиза, проходит через реактор III. Капельная фаза ПГС (смолы и часть кислот) осаждается на ДУ, а газы пиролиза 5 проходят через слой угля и подаются в топку печи пиролиза IV на сжигание. Затем уголь с осажденной смолой 6, полученный в реакторе III, направляют на размол и брикетирование.
Прессование проводят гидравлическим прессом (давление прессования 30 МПа). Полученные брикеты подвергают прокалке при температуре 600...700 °С, затем охлаждают, фасуют и направляют потребителю.
В результате нами получены ДУБ, которые удовлетворяют требованиям ТУ 2455-003-31235731-06 (см. таблицу).
Показатель Значение показателя
ТУ 2455-033-31235731-06 Вариант 1 Вариант 2
Внешний вид Брикеты Брикеты Брикеты
черного цвета без черного цвета без черного цвета без
видимых сколов видимых сколов видимых сколов
Массовая доля не-
летучего углерода, %, не менее 75,0 79,0 91,5
Массовая доля
золы, %, не более 10,0 8,0 2,5
Массовая доля
воды, %, не более 15,0 13,0 6,0
Плотность брикета, кг/м3, не менее 571,5 582,0...635,0 580,0.780,0
Механическая Брикеты Брикеты Брикеты
прочность на сбрасывание не раскололись не раскололись не раскололись
Предлагаемая нами технология имеет следующие преимущества: возможность безотходной термохимической переработки неликвидной лиственной древесины;
снижение себестоимости ДУБ за счет сокращения расходов на покупку связующего и сушку брикетов избыточным теплом печи для производства древесного угля;
сокращение удельных норм расхода воды.
Таким образом, полученные по предложенным вариантам ДУБ (с добавкой крахмала не более 5 % и без использования стороннего связующего) удовлетворяют требования ТУ 2455-003-31235731-06.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пономарев О.С., Гиндулин И.К., Юрьев Ю.Л. Брикетирование некондиционного древесного угля // Лесн. журн. 2012. № 2. С. 103-105. (Изв. высш. учеб. заведений).
2. Цейтлин Л.И. Древесноугольные брикеты. М.; Л.: Гослесбумиздат, 1960. 66 с.
3. Юрьев Ю.Л. Древесный уголь: справ. Екатеринбург: Сократ, 2007. 184 с.
Поступила 16.11.11
O.S. Ponomarev, I.K. Gindulin, Yu.L. Yuryev The Ural State Forest Engineering University
Possible Ways of Charcoal Briquette Production
The article demonstrates the possibility of producing both household charcoal briquettes with a minimum use of starch as a binding material, and technological briquettes with no added binder.
Key words: charcoal briquette, binder, steam gas mixture.
