Сравнение пеллет из лигнина и древесины. Сырье для пеллет: основные виды и требования. Применение порошкообразного лигнина

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Проблема

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Изготовление пеллет из гидролизного лигнина осуществляется следующим образом.

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

В процессе переработки проходит несколько стадий до подготовки.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Похожие патенты:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Лигнин Горит хранилище лигнина

Пеллета из лигнина Брикет Pini&Key из лигнина

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Применение порошкообразного лигнина.

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

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

Влажность

Требования ко для промышленных грануляторов пеллет – от 8 до 15%. В других случаях сырье требует просушки, или, наоборот, обработки паром.

Зольность

Зольность пеллет – это процент несгораемых остатков после сжигания партии. У пеллет премиум-класса этот показатель – до 1% по стандарту EN Plus A-2 и до 0,5-0,7% по стандарту EN Plus A-1. Высокая зольность топлива может со временем привести к забиванию камеры сжигания и дымохода.

Содержание химических соединений в сырье

На данный момент в Евросоюзе ужесточаются нормы по выбросу продуктов сгорания в атмосферу. Сырье для пеллет должно содержать минимальное количество таких химических веществ, как азор, хлор, сера.

Размер фракции

Для гранулирования следует измельчить материал до размера частиц до 3 мм длиной и до 1-2 мм толщиной.

Высокая энергетическая ценность материала

Теплота сгорания сырья – то, сколько тепла можно получить при сжигании – является основной потребительской ценностью для пеллет. Качественное сырье обладает высокой калорийностью. На этот параметр влияет, в том числе, свежесть материала. Древесина, подвергшаяся гниению, теряет часть своего энерго-потенциала.

Пригодность для гранулирования

Те или иные материалы бывает легче и сложнее прессовать, а также подготавливать. Более того, из трудногранулируемого сырья могут получаться менее прочные и плотные пеллеты. Для повышения прочности гранул используют различные присадки.

Стоимость сырья

Подобные затраты добавляют стоимости сырья, в которую еще входят затраты на закупку и транспортировку. Если общие затраты на сырье слишком велики, производство может быть экономически нецелесообразным.

Древесные пеллеты

Чаще всего такие гранулы называют «пеллетами из опилок» но на самом деле их получают из разного вида отходов.

Стружка, опил , полученные при распиловке и обработке сырого и просушенного лесоматериала

Щепа – один из самых распространенных отходов

Горбыль, баланс древесины – крупные древесные отходы, распиленные или цельные стволы, которые по каким-то причинам забракованы для использования по основному назначению (имеют деффекты, не подходят по диаметру итд).

Некондиционные деревянные изделия : новые или утилизируемые.

Идеальным сырьем для получения считаются сухие опил и стружка. В них обычно отсутствуют включения коры а также частицы грунта, которые при сгорании образуют шлак. Именно поэтому так популярно.

Качество щепы, как сырья для пеллет, зависит от того, из какой древесины ее получают - обычной или окоренной, а также от особенностей ее хранения. Чем меньше коры и посторонних включений попадает в пеллеты, тем ниже их зольность, а следовательно, выше качество.

То же можно сказать о переработке горбыля и баланса.

Некондиционные деревянные изделия по идее должны обеспечить высокое качество пеллет, ведь это чистая, окоренная древесина без примесей. Однако, стоит обратить внимание на то, какие материалы используются при изготовлении изделия. Различные лаки, средства для обработки, клей могут повлиять на экологичность подобного материала.

Гранулирование разных пород древесины

Разные породы древесины как сырье для пеллет различаются по простоте гранулирования.

Во-первых, более крепкие гранулы получаются из пород древесины с более высоким содержанием природного лигнина. Хвойные породы по этому параметру заметно опережают лиственные: разные хвойные сорта содержат 23-38% лигнина, а разброс у лиственных пород 14-25%. Если лигнина в сырье мало, то увеличивается количество отсева после гранулирования.

Во-вторых, породы дерева имеют различную твердость. Более твердая древесина сложнее прессуется в гранулы, создает более высокие нагрузки на оборудование, особенно на расходные детали – матрицу, пресс-вальцы. Хвойные породы являются более мягкими и податливыми для прессования, в то время как лиственные породы всегда тверже. Однако, теплота сгорания у лиственных пеллет выше, поэтому кубометр пеллет из бука или дуба будет весить больше такого же объема гранул из сосны, и отдаст больше тепла.

При этом, как показывает практика, можно успешно перемешивать опилки разных пород и гранулировать. Такой смешанный материал для топливных гранул не снижает качество конечного продукта: если смешивать породы в нужных соотношениях, то можно добиться соответствия пеллет – пригодные для отопления частных домов. Добавление лиственных пород, например бука и дуба, повышают энергетическую ценность пеллета. Другое дело, что у некоторых лиственных пород древесина имеет темный оттенок, и микс-пеллеты из разных пород древесины получаются кофейными, серыми или темными. У частных потребителей пеллет порой существует предубеждение против гранул любого цвета кроме светло-бежевого, поэтому они могут забраковать темные дубовые пеллеты по одному их виду, несмотря на наличие сертификатов высокого качества. Предубеждения настолько сильны, что некоторые немецкие исследователи создают топливо из смеси пород с добавлением к хвойной древесине примерно 20% дуба или бука, при этом итоговый продукт сохраняет привлекательный светлый цвет.

Микс-пеллеты

Согласно данным исследовательской компании Future Metrics, к 2023 году практически удвоится: оно составит 21,5 млн тонн против нынешних 12 млн. тонн. Древесные отходы стали все более востребованными, за них конкурируют не только производители биотоплива, но также и заводы ДСП и многие другие производства. Евросоюз еще в 2010 году принял программу расширения круга биологических отходов, которые будут использоваться для отопления и энергоснабжения.

Определимся с терминологией:

Микс-пеллеты - это топливо, которое гранулируют из нескольких видов сырья, как древесного, так и другого происхождения.

Агро-пеллеты – гранулы из разнообразных растительных материалов, обычно сельхоз. отходов.

Что является альтернативным сырьем для пеллет?

Отходы агропромышленного комплекса: стручки бобовых, кукурузные початки, шелуха риса, гречихи, лузга подсолнечника, костра льна, скорлупки орехов, косточки плодов, барда, невсхожее зерно, пивная дробина.

Растения: камыш, солома, сахарный тростник, а также деревца и кустарники, вырубленные в ходе ландшафтных работ и санитарных рубок.

Другие природные горючие вещества: торф, лигнин.

Эти материалы поддаются грануляции, но по сравнению с деревом имеют ряд недостатков: содержание нежелательных химических соединений, высокая зольность, низкая температура плавления зольных остатков, что ведет к росту шлаковых образований в котлах.

Чтобы найти оптимальные рецепты пеллет, европейские исследователи проводят эксперименты по смешиванию различных типов сырья в гранулах. На основании исследований получены жизнеспособные «рецепты» микс-пеллет из разного сырья, которые бережно относятся к котлам и не выделяют вредных веществ при сгорании. Обычно считается, что гранула не должна содержать минеральных включений, но ученые из НИИ леса Австрии создали гранулы из кукурузных початков, рапса и соломы с добавлением каолина, бентонита и угольной золы. Полученные гранулы выделяют минимальный процент нежелательных веществ в атмосферу, при их сжигании в топке не образуются шлаковые коржи.

Также древесину в пеллетах комбинируют с 10-15 % хвойных игл, или же производят микс-пеллеты из хвойной и лиственной древесины. Российский патент – совмещение опилок и около 20-25% древесного угля, для удачного гранулирования этой смеси добавляют 1-3% крахмала. Потенциал таких пеллет - до 20-23 МДж/кг, что делает их альтернативой с низкокалорийному углю и торфу. Для их изготовления подходит дерево любой породы, в том числе сухостой и горельник, а также уголь, собранный на местах лесных пожаров.

Основным препятствием к распространению микс-пеллет и агропеллет является ужесточение норм по выбросам продуктов сгорания в атмосферу в Евросоюзе. Такие меры могут привести к экономической нецелесообразности использования такого топлива, поскольку для соблюдения всех норм владельцам котлов потребуются дорогостоящие фильтры и технологии.

При производстве микс-пеллет часто используются различные добавки для лучшего склеивания гранулы. Если хвойным породам дерева достаточно собственного лигнина, то для лиственных пород, а также аграрных отходов добавляют крахмал. Также можно использовать для этих целей рыбий жир, соду, известь, парафин, растительные масла, кофейную гущу. Такие присадки улучшают пользовательские свойства продукта: меньший процент отсева, крошения, лучшая устойчивость к излому при пересыпании во время транспортировки и непосредственного использования в котлах.

В небольших объемах гранулируется древесина фруктовых деревьев – вишни, яблони и проч. Они обычно используются не для отопления, а для копчения мяса и рыбы, придания продукту приятного аромата.

Агропеллеты

Один из самых популярных типов аграрного пеллетного сырья - солома различных сельхозкультур (особенно пшеницы и рапса). По энергетическому потенциалу этот материал не сильно уступает древесине: до 16 МДж/кг против до 18,4 МДж/кг. Солома относится к воспроизводимым источникам топлива, сжигание соломы не изменяет баланс двуокиси азота в воздухе: при росте она потребляет столько же СО2, сколько выделит при сгорании. Также соломенные пеллеты используют не только для отопления, но и как подстилку для животных на скотобазах и конюшнях.

Схожий с соломой вид сырья – камыш, при этом его высшая теплота сгорания - 19 МДж/кг, а зольность – примерно 4%. Такое сырье очень дешево, собирается оно с использованием болотоходных уборочных машин-измельчителей.

Лузга подсолнечника – один из самых перспективных материалов для агропеллет. имеют зольность 3%, а тепла отдают почти столько же, сколько бурый уголь - до 21 МДж/кг. Зола после сжигания лузги является ценным удобрением. Также гранулируют лузгу гречихи, проса, шелуху риса.

Другие материалы

В России имеются обширные залежи торфа, который пригоден для гранулирования. Торфяные гранулы и брикеты изготавливаются примерно по той же технологии, что и древесные. Теплотворность торфа высока - до 21 МДж/кг, однако и зольность таких гранул повышена – до 5%. Такое топливо подходит для промышленных и коммунальных котельнях. В России гранулирование и брикетирование торфа имеет в основном 2 перспективы: обеспечение теплом и электричеством негазифицированных районов и экспорт гранул в скандинавские страны. В Северной Европе торф признан частично возобновляемым сырьем, и его использование в энергетике поощряется сверху.

Гранулирование макулатуры – довольно новая, но перспективная отрасль, поскольку данный тип сырья не требует дорогостоящих . Гранулы из бумаги и картона (а в некоторых странах налажено гранулирование старых денежных купюр) дают большое количество тепла и имеют мизерный процент несгораемых остатков.

И конского навоза оцениваются дороже, чем гранулы из древесины. Это ценное и питательное удобрение для почв. Гранулы из конского навоза продаются примерно по 1,25 евро за килограмм. Переработка навоза и помета в удобрения – не только выгодный, но и необходимый шаг, поскольку складирование таких отходов наносит прямой вред окружающей среде.

То же можно сказать о переработке гидролизного лигнина, побочного продукта гидролизных заводов. В России существует единственный завод по гранулированию лигнина в Архангельской области, а тем временем его запасы в стране насчитывают десятки млн. тонн. По теплоте сгорания (более 21 МДж/кг) и зольности (менее 3%) лигнин является отличным сырьем для пеллетного производства.

Расширение сырьевой базы для дает возможность получать выгоду от утилизации огромного количества биологических отходов, а также решать экологические проблемы, связанные с их хранением. Переход с ископаемого на экологически чистое топливо сокращает объемы выбросов вредных веществ в воздух. Создание новых пеллетных и брикетных производств создает новые рабочие места в сельскохозяйственной промышленности, помогает ее общему развитию.

Лигнин Горит хранилище лигнина

Пеллета из лигнина Брикет Pini&Key из лигнина

Применение порошкообразного лигнина.