CC BY
72
Химико-термическая переработка древесины и древесных отходов
ние, чтобы исходная влажность древесины, с учетом неизбежных потерь в реальных установках, была никак не выше 15-20 %.
Обзор современных технологий получения жидкого топлива из биомассы быстрым пиролизом дан в работе Гелетухи Г.Г. и Железной Т.А. [1]. Пиротопливо, получаемое на описанных в обзоре установках из древесины, содержит большое количество кислорода (3040 %), воды (15-25 %) и органических кислот (4-7 %). Теплота его сгорания почти в 2 раза меньше, чем у легкого котельного топлива. Наличие большого количества воды затрудняет воспламенение пиротоплива. Кислоты могут вызвать коррозию материалов энергогенерирующего оборудования, поэтому емкости для хранения пиротоплива, насосы, вентили, форсунки и т.п. должны быть изготовлены из специальных коррозийностойких материалов, например из полипропилена. При хранении пиротоплива увеличивается его вязкость, сепарация фаз, откладывается битумоподобный осадок вследствие полимеризации.
Такое пиротопливо является некачественным продуктом, фактически это есть порча сырья. Авторы обзора отмечают, что ни одна из технологий повышения качества пиротоплива не является пока коммерчески пригодной, не получены надежные данные по балансу массы в рассматриваемых процессах и по эксплуатации установок, основанных на описанных технологиях [5].
Четвертый вывод - сверхкритические технологии в этих процессах позволяют создавать компактные эффективные установки синтеза высококачественных моторных топ-
лив из отходов древесины даже в мобильных вариантах исполнения. Реальный выход углеводородов (бензин марки А-95 евро 4) будет на уровне 15-20 весовых процентов от сухой массы древесины.
Комбинированная установка пиролиза древесных отходов и синтеза углеводородов сможет успешно работать при влажности древесины не более 15-20 % и давлениях в системе несколько десятков атмосфер, необходимых для проведения реакций синтеза метанола как промежуточного продукта и затем синтеза из него моторных топлив, если при всем этом очень тщательно подходить к решению вопросов теплообмена внутри этой достаточно сложной установки.
Библиографический список
1. Гелетухи Г.Г., Железной Т.А. // Экотехнология и ресурсосбережение, 2000. - № 3. - С. 3-11).
2. Платэ Н. А. Проблемы и перспективы производства моторных топлив с улучшенными экологическими характеристиками (ДМЭ, бензин из ДМЭ, чистый водород) на базе природного газа / Н.А. Платэ, А.Я. Розовский // Тр. Междунар. конф. «Альтернативные источники энергии для транспорта и энергетики больших городов», Ч. I., 2005. - С.8.
3. Иващенко В. Получение синтетических моторных топлив с использованием GTL- и CTL-технологий / В. Иващенко. - ТЭК, 2005. - № 9.
4. Лапидус А. Л. Состояние и перспективы разработок в области промышленного осуществления синтеза углеводородов из СО и Н2: Докл. совещ. по перспективам переработки газа в моторные топлива и другие химические продуты / А.Л. Лапидус, А.Ю. Крылова. - ОАО «Газпром», 20-22 июня 2001 г.
5. Bridgewater A.V. Biomass Pyrolysis Technologies// Proc. of the 5th Europ. Bioenergy Conf., Lisbon, Portugal, 9-13 Oct.,1989
УНИВЕРСАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОПИТКИ ДРЕВЕСИНЫ
И.Н. МЕДВЕДЕВ, директор ООО «Лигнум», канд. техн. наук,
В.А. ШАМАЕВ, проф. каф. древесиноведенияВГЛТА, д-р техн. наук,
Р.В. ЮДИН, доц. каф. механизации лесного хозяйства ВГЛТА, канд. техн. наук,
В.А. МАНАЕВ, студент Vкурса механического ф-та ВГЛТА
ИВ. ВОСКОБОЙНИКОВ, зам. ген. директора ФГУП «ГНЦ ЛПК» по науке, д-р техн. наук,
gnclpk@mail.ru
Древесина является ценнейшим природ- хозяйства, где бы ни использовалась древе-ным материалом, имеющим широкое сина в естественном или модифицированном применение. Нет такой отрасли народного виде [1, 2].
70
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 8/2012
Химико-термическая переработка древесины и древесных отходов
Рис. 2. Общий вид опытной универсальной пропиточной установки УП-03 для сквозной пропитки древесины труднопропитываемых пород: 1 - пульт управления гидростанции; 2 - бак с пропиточным раствором; 3 - гидронасос с пульсатором; 4 - бревно древесины хвойной породы; 5 - рабочая камера пропиточной установки УП-03; 6 - передняя крышка со встроенными торцовыми ультразвуковыми излучателями; 7 - боковые ультразвуковые излучатели
Растущее развитие деревообрабатывающей и химической промышленности, строительство и ремонт железных дорог, создание и поддержание линий связи и электропередачи и многие другие виды потребления древесины в народном хозяйстве требуют больших объемов деловой древесины.
Древесина как материал растительного происхождения, обладая некоторой природной стойкостью против воздействия дереворазру-
шающих грибов и насекомых, все же подвергается гниению и разрушению насекомыми. Заболонная древесина всех пород особенно легко подвергается гниению. Ядровая древесина более стойкая по сравнению с заболонью, но и она подвергается гниению. Ее можно лишь разделять на устойчивую и легко гниющую, но считать вполне стойкой нельзя. Поэтому одним из условий рационального и, следовательно, экономного использования древесины
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012
71
Химико-термическая переработка древесины и древесных отходов
в народном хозяйстве является продление ее срока службы путем введения (пропитки) в нее модифицирующих агентов [3, 4].
В настоящее время разработан ряд достаточно эффективных консервирующих веществ, обеспечивающих надежную защиту древесины от гниения, но способы их введения в древесину не всегда позволяют полностью использовать защитную способность этих антисептиков. Существующие методы пропитки древесины обеспечивают достаточное проникновение антисептика только в заболонь. Ядро же, составляющее основную часть древесины ствола, пропитывается лишь на глубину 3-6 мм. Такая глубина пропитки не позволяет надежно защитить ядровую древесину от гниения, особенно в тех случаях, когда в процессе эксплуатации древесина подвергается растрескиванию. В открытые непропитанные участки проникают споры дереворазрушающих грибов, вызывая гниение древесины изнутри.
Из изложенного следует, что одной из основных задач консервирования древесины в настоящее время является разработка способов глубокой (сквозной) пропитки древесины, которые дадут значительную экономию древесины и большой экономический эффект [5, 6].
Для пропитки крупномерных заготовок древесины наиболее эффективной оказалась пропитка с торца под давлением [7, 8]. Ранее этот способ использовался для пропитки древесины легкопропитываемых пород (береза, ольха, эвкалипт и др.), когда не требовалось помещать заготовки в стальную трубу, а давление пропитки составляло 5-8 атм. Время пропитки для заготовок древесины березы длиной 3 м составляло 20-30мин, для ольхи 40-60 мин. для эвкалипта 15-25 мин.
На рис. 1 представлена общая схема установки для глубокой пропитки древесины (патент ООО «Лигнум» № 2378106).
Установка состоит из станины 1 с закрепленной на ней металлической трубой 2, 3, передняя крышка с круглым ножом и тремя торцовыми ультразвуковыми излучателями 5, задняя крышка 4, емкость с пропиточной жидкостью 6, гидравлический насос 7, манометр 8, пневмогидравлический аккумулятор давле-
ния (расширительный бак) 9, гидропульсатор 10 с обратным клапаном, вспомогательный трубопровод 11, емкость для сбора воды 12, ручной механизм подачи ножа на торец бревна 13.
Пропитка осуществляется следующим образом: оцилиндрованное сырое бревно длиной 3 м хвойных пород укладывают в трубу 2, затем бревно зажимают ножом передней крышки 3 и подвижным ножом задней крышки 4 при помощи ручного механизма подачи ножа 13. Происходит полная герметизация установки. Каменноугольное масло из емкости 6 под давлением, создаваемым насосом 7, подается через гидропульсатор 10 в торец бревна через переднюю крышку 3, а также в расширительный бак 9, и масло продавливается в торец бревна. Вода, вытекающая из бревна, собирается в баке 12.
На рис. 2 представлен общий вид опытной универсальной пропиточной установки УП-03 для сквозной пропитки древесины труднопропитываемых пород.
На рис. 3 представлена кривая зависимости давления масла на сырое сосновое бревно от времени в процессе сквозной пропитки древесины с переменной пульсацией масла при помощи гидропульсатора, с импульсами переменного давления амплитудой 1 МПа.
Испытания установки проводились на двух породах: сосна обыкновенная диаметром 22-24см и ель такого же диаметра, длина бревна составляла 2950 см. Оптимальное время пропитки составило 180 минут, после чего пропитка затухала, масло сильно сочилось с контрольного отверстия в задней крышке, что свидетельствовало о прохождении масла по всей длине бревна. Процесс глубокой пропитки обеспечивается за счет давления масла на торец бревна 3,5 МПА, снаружи бревна давление масла по манометру составляет 3,0 МПА. При повышении давления в торец время пропитки не уменьшается, бревно трескается, и масло идет только по трещине. Ускорителем процесса пропитки является воздействие ультразвуковых волн на древесину. С торца в крышке встроены три ультразвуковых излучателя, которые работают от генератора 1, с торца вдоль волокон бревно озвучивается с
72
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012
Давление, МПа
Химико-термическая переработка древесины и древесных отходов
Рис. 4. Кривые зависимости концентрации масла по сухой древесине в среднем по всей массе бревна от времени пропитки: 1 - сосновое бревно; 2 - еловое бревно
Рис. 5. Кривые зависимости концентрации масла по сухой древесине в среднем по всей массе бревна от времени пропитки: 1 - сосновое бревно, кривая; 2 - еловое бревно
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012
73
Химико-термическая переработка древесины и древесных отходов
интенсивностью ультразвуковых колебаний выше 17 Вт/см2. По длине бревна установлены в шахматном порядке пять ультразвуковых излучателей, которые работают от генератора 2, озвучивание бревна происходит поперек волокон с интенсивностью ультразвуковых колебаний 13-17 Вт/см2. Еще одним условием глубокой пропитки является, температура бревна и масла в трубе. Температура бревна в центре 40±3 °С, по всей длине. Температура масла составляет 75 °С.
На рис. 4 представлены кривые зависимости концентрации масла по сухой древесине от времени пропитки. Данные приведены в среднем по всей массе бревна.
Как видно на рис. 4, содержание антисептика в древесине сосны удовлетворяет нормативам (10 %), а содержание масла в ели недостаточное. Суммарное содержание масла в древесине не отражает его реального распределения по сечению бревна.
На рис. 5 представлено распределение масла по длине бревна для древесины сосны и ели длиной 3 м.
Как видно на рис. 5 масло в древесине по длине распределено неравномерно. Торец бревна, с которого начинается пропитка, перенасыщено антисептиком, а противоположный торец недопропитан. Равномерное распределение антисептика в древесине начинается со второго метра от торца начала пропитки. Для равномерного распределения жидкости требуется повторная пропитка с противоположного конца бревна, либо пропитка в течение длительного времени (более 3 часов).
Механизм пропитки, на наш взгляд, заключается в следующем. Импульсное приложение большого давления (3,5 МПа) позволяет расширять поры в трахеидах, особенно в местах соединения трахеид. При этом отложения в порах смолистых и других экстрактивных веществ выдавливаются в полость трахеид и не мешают пропитке. Это возможно в том случае, если анатомические элементы древесины пребывают в колебательном состоянии (без разрушения) за счет воздействия ультразвуковых волн с интенсивностью ультразвуковых колебаний 13-17 Вт/см2. Время пропитки зависит от состояния актив-
ности и вязкости пропитывающей жидкости. Вязкость антисептика, в нашем случае каменноугольного масла, падает в 3-6 раз за счет воздействия ультразвука.
Выводы
1. Впервые сочетанием трех технологических параметров: приложение давления более 3 МПа, приложение давления в виде гидроимпульсов, ультразвуковое озвучивание бревна и пропитывающей жидкости, решена задача сквозной пропитки древесины сосны и, частично, ели. Оптимизация режимов пропитки позволит перейти к наиболее труднопропитываемой среди отечественных пород древесине лиственницы.
2. Разработанный способ и устройство сквозной пропитки сырой древесины хвойных пород может быть рекомендовано для антисептирования сосновых заготовок для шпал и столбов ЛЭП. Для древесины ели требуются дополнительные эксперименты.
Библиографический список
1. Шамаев, В .А. Химико-механическое модифицирование древесины / В. А. Шамаев - Воронеж: ВГЛ-ТА, 2003. - 260 с.
2. Шамаев, В. А. Пропитка сырой древесины с торца под давлением / В.А.Шамаев, С.Н.Панявин // Технология и оборудование деревообработки в XXI веке : межвуз. сб. науч. тр. / ВГЛТА. - Воронеж, 2003. Вып. 2. - С. 85-88.
3. Технологическая инструкция по пропитке деревянных шпал водорастворимым антисептиком и технические условия на пропитанные шпалы / - М.: Лесная пром-сть, 1990. - 33 с.
4. Харук, Е.В. Проницаемость древесины некоторых хвойных пород / Е.В. Харук.- Красноярск: Красноярское книжное изд-во, 1969. - 91 с.
5. Ермолин, В.Н. Проницаемость древесины при переменном давлении / В.Н. Ермолин, Д.Н. Деревянных // Строение, свойства и качество: II междунар. симпозиум: тез. докл. / МГУЛ - М., 1996. - С. 53-55.
6. Серговский, П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины / П.С. Серговский, А.И. Расев. - М.: Лесная пром-сть, 1987. - 360 с.
7. Ермолович, А.Г. Обработка древесных материалов пульсирующим давлением / А.Г. Ермолович. Обработка древесных материалов пульсирующим давлением - Красноярск: КГУ, 1986. - 176 с.
8. Харук, Е.В. Проницаемость древесины газами и жидкостями / Е.В. Харук. - Новосибирск: Наука, 1976. - 190 с.
74
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012
