ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проведённые теоретические и экспериментальные исследования процесса термического разложения древесины позволили определить потенциальные пути развития и интенсификации процесса. Применительно к задаче утилизации древесных отходов и низкокачественной древесины был поставлен вопрос разработки технологического оборудования, обеспечивающего автономную переработку сырья небольшого лесохозяйственного предприятия. Малые лесохозяйственные предприятия составляют большую долю предприятий ЛПК РФ [81]. Предварительный маркетинговый анализ показал, что наиболее эффективно с позиций дальнейшей переработки, накопления, транспортировки и перспектив дальнейшего использования в разрабатываемом оборудовании обеспечить наибольший выход жидких продуктов. В настоящей главе с учётом поставленной задачи приведены результаты промышленной реализации технологии по переработке низкокачественной древесины в жидкие химические продукты и древесный уголь.

Оценка маркетингового потенциала разрабатываемой технологии

По данным статистики, в России в среднем производится деловой древесины около 100 млн плотных кубических метров в год [13]. Распределение лесозаготовительных предприятий по объему заготовки, по данным ГНЦ ЛПК, представлено в виде графической диаграммы на рис 4.1 [81]. Как видно из данной диаграммы, большая часть древесины в России заготавливается на небольших предприятиях, 76% от общего объема заготовки перерабатывается на предприятиях с объёмом заготовки и переработки древесины до 10 тыс. м³/год, причём 40% из них - это совсем мелкие предприятия с объемом до 1 тыс. м³ /год. Согласно применяемым нормам образования отходов в ЛПК, отходы лесозаготовок составляют 20%, а отходы лесопиления - 35-55% от объема продукции [85].

Рис. 4.1. Распределение лесозаготовительных предприятий по объему заготовки

Учитывая то, что большинство мелких предприятий ориентированы прежде всего на заготовку и лесопиление, и принимая существующие нормы образования отходов в размере 48% от объема заготавливаемой древесины с учётом отходов лесопиления и заготовки, можно оценить наиболее потребную мощность проектируемой технологии для ЛПК РФ. С учетом данных норм ежегодный объём отходов для предприятия с объёмом переработки 10 тыс. м³/год составит 2,4 тыс. т/год в пересчёте на сухую массу. Для переработки данного объёма отходов, принимая годовой фонд времени в 7000 часов, потребуется установка производительностью 342 кг/ч. Таким образом, можно предположить, что типоряд установок с производительностью 50-500 кг/ч будет наиболее востребован в условиях современного лесного хозяйствования. В зависимости от мощности установок (от 500 до 50 кг/ч) потребности предприятий этой сферы деятельности в установках могут составить от 1000 до 15000 шт. соответственно. Следует также учитывать обстоятельства, что основные запасы древесины расположены в удалённых и труднодоступных районах севера европейской территории России, в Сибири и на Дальнем Востоке. В то же время низкая плотность древесины делает её транспортировку экономически невыгодной. Таким образом, встаёт вопрос о переработке древесной биомассы 76

непосредственно на местах её образования в другие продукты, более удобные для сбора, транспортировки и хранения [22]. Поэтому разработка автономных установок небольшой производительности для переработки на месте рассредоточенных ресурсов биомассы в жидкие продукты должна решить вышеобозначенную проблему. Последующий сбор и транспортировка пиролизной жидкости в значительных объёмах позволит обеспечить её применение в качестве сырья для существующих химических производств либо в качестве альтернативного топлива [24, 126, 133]. Данная концепция при успешном развитии событий предполагает вовлечение в переработку невостребованных объёмов низкокачественной древесины и отходов ЛПК с достаточно низкими вложениями в инфраструктуру, создание дополнительных рабочих мест в экономике лесного хозяйства, улучшение положения ЛПК, привлечение малого бизнеса в лесную отрасль и повышение его инвестиционной привлекательности.

Продуктами, получаемыми в процессе быстрого пиролиза, являются пиролизная жидкость (бионефть, биомасло, пиротопливо), древесный уголь и горючий газ [3]. С использованием данных продуктов возможно получение тепловой и электрической энергии непосредственно на месте работы установки, что обеспечит автономность работы в любых условиях. Пиролизная жидкость может быть использована в качестве топлива для котельных, котлов, турбин, сырья для химической промышленности, в дорожном строительстве и т.д. [25, 107]. Проведённые исследования показали высокую конкурентоспособность биотоплива по сравнению с традиционными видами ископаемого топлива [84].

Диаграмма, представленная на рис 4.2 дает возможность сравнения различных видов топлива. Благодаря высокой энергетической плотности, бионефть находит более технологическое и эффективное энергетическое использование. Пиротопливо проще хранить, транспортировать и сжигать. Энергетическая плотность жидких продуктов пиролиза вдвое больше, чем у пеллет, и в 5 раз больше, чем у щепы, в связи с чем транспортировка жидкого биотоплива более эффективна. Например, при транспортном плече в 100 км цена тепловой энергии, полученной из щепы, возрастает на 22% , а из бионефти - всего лишь на 5% [23]. Также следует отметить более высокую эффективность сжигания и низкую себестоимость выработки тепловой энергии жидких топлив методом распиливания

[57], чем твёрдых топлив на колосниковой решетке. Обобщенная схема возможного использования пиролизной жидкости представлена на рис. 4.3.

Рис. 4.2. Энергетическая плотность различных видов топлива

В целом можно выделить два основных направления использования пиролизной жидкости [22]:

• 1) в качестве топлива с целью получения тепловой и электрической энергии;
• 2) в качестве сырья для дальнейшей переработки и технологического использования.

Отдельно следует отметить направления переработки бионефти методами нефтехимии, такие как гидрокрекинг и крекинг на цеолитах, позволяющие получать углеводородные фракции моторных топлив [115]. Наиболее привлекательным направлением использования бионефти с минимальным объемом инвестиций и максимальной отдачей на первом этапе коммерциализации является использование продуктов пиролиза в качестве топлива. Мировая практика показывает возможность применения пиролизной жидкости в качестве топлива в котельных, газотурбинных и тихоходных дизельных двигателях.

Бионефть также может использоваться в качестве сырья при производстве связующего, лакокрасочных покрытий, стабилизаторов пластиков, в дорожном строительстве (в качестве добавки в асфальт), в химической промышленности (извлечение различных химических веществ). В качестве заменителя фенола бионефть применяется при производстве фенолформальдегидных смол. Как показали исследования [22], замена до 50% фенола водонерастворимой фазой пиролизной жидкости не оказывает значительного влияния на качество склеивания.

БИ О НЕФТЬ

Рис. 4.3. Схема возможного использования пиролизной жидкости

Также ведутся работы по использованию бионефти в качестве добавки в дорожном строительстве. По данным научной группы Iowa State University, при варке асфальтной смеси с использованием до 10 % по массе жидких продуктов пиролиза улучшаются эксплуатационные свойства дорожных покрытий [22]. Кроме того, жидкие продукты пиролиза гарантированно могут быть использованы в качестве сырья для производства уже существующих на рынке лесохимических продуктов [17], например: смолы древесной омыленной (СДО), лака древесно-смоляного (ЛДС), кислоты уксусной лесохимической, ингибитора древесно-смоляного, древесно-смоляного пёка и др.

Кроме бионефти получаемым товарным продуктом является древесный уголь, который с успехом применяется в металлургии, сельском хозяйстве, животноводстве, в быту (в виде угольных брикетов), также возможна его переработка в активные угли [9]. Активация угля производится в активационных печах путём воздействия на него перегретого водяного пара или топочных газов при температуре 750-1000 °C. Также уголь может использоваться при производстве карбюризатора - древесного угля, покрытого пленкой углекислого бария. Данный вид угля применяется для цементации стальных изделий, то есть для обработки их поверхностного слоя углеродом, с целью придания особой твердости [92].