Технологические особенности производства биотоплива

Древесные топливные гранулы – пеллеты

Завод по производству биотоплива – пелетт, как правило, располагается вблизи источников сырья, например, около деревообрабатывающих предприятий крупного масштаба.

Для производства гранул, используемых в качестве топлива при отоплении жилых помещений, применяется древесина, процент коры в которой сведен к минимуму (около 0,5%), а зольность – очень незначительная. Что касается именно промышленных пеллет, то технология их изготовления позволяет использование древесины с содержанием коры до 10%.

Дробление исходного материала крупными кусками

Первоначальный этап производства пеллет подразумевает дробление исходного материала, которое осуществляется в специально оборудованных дробилках. Габариты древесных кусочков, которые выходят из дробилок, не должны быть более 25x25x2 мм, ведь именно такие размеры наиболее оптимальны для полной сушки материала, подлежащего дальнейшему дроблению в мелкой дробилке.

Процесс сушки

Материал, влажность которого повышена, плохо поддается прессованию, поэтому те гранулы, которые будут из него сделаны, плохо горят. Именно по этой причине сушка является одним из важнейших этапов при производстве пеллет, она может существенно сократить влажность древесного материала (9-12%). Оптимальной считается влажность щепок или опилок, равная 10%, — такое сырье самое качественное.

Сушилки, в которые подают сырье, могут быть как ленточные, так и барабанные: чтобы выбрать ту или иную модификацию, следует отталкиваться от используемого сырья (опилки либо щепа), а также от требований к конечному продукту.

Сушку считают одним из самых энергозатратных процессов в изготовлении пеллет: чтобы просушить тонну материала, нужно применить теплоту, получаемую от сжигания куба дров высокой плотности. Сжигать доски или бревна целиком выходит очень затратно, именно по этой причине изготовителями используются опилки или кора при производстве пеллет.

Дробление

Частицы материала, которые готовят для последующего прессования, не должны превышать размер 4 мм. Для этого применяют оборудование для биотоплива — специализированные дробилки, способные измельчить сырье до нужного размера. Самыми лучшими дробилками, способными эффективно измельчить опилки или щепки, являются молотковые мельницы.

Подготовка воды

Может случиться так, что высушенное сырье оказывается более сухим, чем следует, например, при оптимальной влажности в 10%, снижение показателя до 1-8 % может негативно сказаться на склеивании сырья при прессовании. Чтобы повысить влажность до необходимой отметки, материал погружают в специальную емкость, в которой он обрабатывается водой и паром. Использование горячего пара необходимо в процессе опрессовывания древесины и при распаривании залежавшегося сырья. Что касается мягких пород древесины, то в данном случае будет достаточно добавить в емкость для смешивания жидкость.

Процесс прессования

При прессовании первоначальный материал преобразуется в маленькие цилиндры, диаметр которых не превышает 5-25 мм. При их производстве специально обработанный материал проходит свой технологический цикл, включающий формовку на специальных прессах. Измельченное древесное сырье прессуется и сжимается, а при возрастании температуры оно выделяет особое вещество – легнин, склеивающее малейшие частички в специальные гранулы.

Охлаждение

При прессовании гранулы могут нагреваться до температуры 80-90 градусов, что требует дальнейшего охлаждения и сушки, после чего полностью готовое биотопливо — пеллеты подлежат упаковке.

Расфасовка

Зачастую биотопливо — пеллеты хранят в оборудованных бункерах, но для поддержания высокого качества их желательно расфасовывать в большие мешки. Для применения пеллет при отоплении жилых помещений биотопливо, как правило, поставляют в мешках, фасованных по 20 кг.

Древесные брикеты

В процессе изготовления брикетов, материал сжимают под высоким давлением, при этом температура повышается от трения, что приводит к выделению лигнина и склеиванию частей брикета. Если биотопливо выполнено не из древесного материала, то в нем могут присутствовать натуральные добавки (около 2%). Во время производства такой продукции нужно следить за влажностью, которая является важнейшим параметром, способствующим плотности брикета. При повышении уровня влажности до 14 % такое биотопливо, как брикет, может расклеиться и разделиться на множество кусков, что нежелательно

Биотопливо в виде брикетов удобно хранить и транспортировать, ведь готовый брикет составляет десятую часть объема всего материала, потраченного на его изготовление. Для того, чтобы производить древесные брикеты, используются различные прессы – шнековые, поршневые, а материалом служат опилки и отходы в виде стружек. Перед тем, как начать процесс прессования, сырье измельчается и высушивается до состояния влажности не более 14%.

Работа поршневого пресса происходит циклическим образом: каждый ход поршня проталкивает некоторое количество сырья через сопло конической формы, что приводит к образованию на самих брикетах слоев. Маховик, который используется в приводе, выравнивает нагрузку на двигатель. Поршень в процессе работы изнашивается медленно, ведь перемещение между прессуемым сырьем и поршнем незначительно, а вот сопло изнашивается довольно скоро. Такие прессы стоят относительно недорого и очень распространены.

Гораздо легче предыдущего считается установка – шнековый пресс, из-за отсутствия в его конструкции поршней и маховиков. Брикеты разрезаются на нужные по размеру куски, материал выходит непрерывным конвейером. Такие прессы производят мало шума, ввиду отсутствия ударной нагрузки, но потребляют много энергии, а шнек быстро изнашивается.

Изготовление древесного угля

Древесный уголь изготавливается несколькими способами, при этом выбор конкретной технологии подразумевает и выбор материала, и свойства конечного продукта.

В основном, для изготовления древесного угля используются особые печи для выжигания (ретортный тип).

Сжигание сырья – древесины, должно происходить без присутствия кислорода, что означает «пиролиз». Технология производства имеет свои этапы и осуществляется следующим образом: древесина укладывается в реторты, устанавливаемые в сушильной камере или камере безкислородного сжигания. В топочном отсеке разжигают дрова, а когда температура достигает необходимой отметки, древесина начинает сжигаться без поступления кислорода.

Газы, выделяемые при этом процессе, не попадают в атмосферу, а расходуются на поддержание горения. Как только установка вошла в рабочее состояние, дрова начинают расходоваться минимально, а требуемая энергия тепла образуется из газов. В связи с этим, для более эффективной работы, технология изготовления угля предусматривает непрерывный процесс, например, пару смен.

Как только процессы пиролиза завершаются, реторта с конечным продуктом выкладывается на решетку, где она остывает, а на ее место отправляется новая, только что из сушилки. Все реторты проходят несколько этапов, среди которых загрузка, процесс сушки, сжигание без кислорода, охлаждение путем остывания и выгрузка.

Оборудование не вентилируется, так как оно не оснащено газовыми нагнетателями, что сводит энергозатраты к минимуму, нужно только электричество для освещения в вечернее и ночное время. Если применяются большие печи, то дополнительные энергозатраты могут быть связаны с колкой дров и использованием подъемного устройства.

Необходимо уточнить, что на сегодняшний день используется также технология изготовления древесного угля из брикетов, а не из древесины. Тогда уголь выходит более высокого качества, а его производство не предусматривает отходов, ведь даже мелкие щепки подойдут для сжигания.

Биоэтанол

Сырье – древесина или солома, которое поступает для производства биоэтанола, проходит этап отбора и приема: его взвешивают, очищают от добавок, а затем отправляют на измельчение. Чтобы измельчить материал, его поставляют на дробилки (валковые или молотковые), которые способны обеспечить требуемые размеры, что сказывается на качестве последующей переработки материала.

Есть несколько вариантов производства биоэтанола – сухой и влажный, различие этих способов состоит, в основном, в образовании клейковины и крахмалов, образуемых при втором варианте.

При сухом способе, биоэтанол получают путем смешивания муки и воды, при этом образуемая смесь осахаривается, а крахмал, находящийся в суспензии, под влиянием высоких температур и ферментации преобразуется в сахара и сбраживается.

Второй способ производства – это брожение осахаренного материала, которое проходит в специальных чанах, предназначенных для сусла. В него добавляют дрожжи, которые перерабатывают образуемые сахара в спирт, точнее, в брагу (% спирта в такой жидкости – около 8%). Чтобы получить необходимую концентрацию спирта, бражка очищается на этапе дистилляции, таким образом, получают чистый спирт 96%. Колонны с молекулярными ситами способны обезводить спирт до состояния биоэтанола (крепостью 99,8%). Стадия абсолютирования является конечной, после нее биоэтанол помещается в хранилище спирта, а далее производится его отгрузка любым видом транспорта.

Во время этапа дистилляции образуется главный отход производства – это барда послеспиртовая, пригодная для изготовления кормовых дрожжей и биогаза. Высушенная барда применяется также при кормлении животных. Дрожжи для кормления скота – это очень ценная добавка из белка, которую используют при изготовлении комбикормов и смесей, подходящих для кормления практически всех животных, а также птиц и рыбы.

Одним словом – технология получения всех продуктов переработки практически безотходна.

Биодизель

Чтобы получить биотопливо – биодизель, используется следующее сырье: рапс, соя, пальмовое, кокосовое и касторовое масла. Технология такова — в очищенное масло добавляется метиловый спирт и раствор щелочи, служащей как катализатор.

Полученная смесь подвергается нагреванию до 50 °С, после чего происходит ее расслоение на две составляющие – легкую и тяжелую фракции. Легкая фракция – это метиловый спирт, а именно – биодизель, а тяжелая – глицерин.

Исследования показали, что такое биотопливо по своему составу схоже с дизельным топливом. Применяемая технология позволяет следующее — переработав 1 тонну семян рапса можно получить до 300 кг рапсового масла, а впоследствии – 270 кг биодизеля. Выход глицерина при этом составляет около 10%.

Применение биодизеля возможно как в чистом виде, так и в виде добавок к солярке, размер которых варьируется от 5 до 35% от общего объема топлива. Данное биотопливо отличается от минерального топлива хорошими смазывающими свойствами и продлевает срок эксплуатации двигателей, так как способствует удалению отложений нефтепродуктов в системе мотора.

О.Баратова