Способы переработки древесного топлива

Технология переработки древесины и ее отходов

Являясь общедоступным и легковосстанавливающимся природным ресурсом, известным людям с древних времен, древесина представляет собой универсальное и практичное сырье, из которого человек научился изготавливать огромное количество самых разнообразных вещей, включая полуфабрикаты, готовые изделия и другие продукты.

В мире постоянно появляются технологии и новые методы переработки этого материала, позволяющие использовать его максимально рационально с учетом всех свойств и характеристик. Причем с этой целью используются не только основные части стволов деревьев, но и отходы деревообработки, такие как обрезки, щепа, опилки и т.д.

Основные методы переработки древесины

Для того чтобы древесина стала пригодной для промышленного производства, ей необходимо пройти соответствующую обработку и переработку с использованием специальных технологий и оборудования.

Под биологической переработкой древесины принято понимать процесс, в результате которого из сырья низкого качества производятся продукты, использующиеся в различных отраслях народного хозяйства. Это кормовые белковые дрожжи и другие ценные продукты микробиологического синтеза. Кроме того, таким способом из нее вырабатывается этиловый спирт, фурфурол, ксилит.

Механическая переработка представляет собой комплекс операций, направленных на изменение формы и объема исходного сырья без трансформации ее содержания. Чаще всего этот процесс сопровождается разрывом связей между волокнами в результате ее пиления, строгания, фрезерования и других операций.

Химическая переработка заключается в воздействии на древесное сырье химическими соединениями различного типа.

В ее состав входит несколько основных производств:

• Целлюлозно-бумажное (изготовление картона и бумаги);
• Гидролиз;
• Пиролиз (или сухую перегонку);
• Канифольно-скипидарное производство.

Как своими руками можно сделать измельчитель для переработки древесины, расскажет видео:

Пиролиз

Под термином «пиролиз» принято понимать процесс «сухой перегонки», разложения древесины при ее нагревании до 450 градусов в безвоздушном пространстве, с получением жидких, газообразных продуктов и твердого остатка – древесного угля.

Технология пиролиза древесины заключается в последовательном выполнении следующих этапов:

• Разбивку используемого сырья на куски.
• Сушку древесины, подвергшейся разделке.
• Сам процесс пиролиза.
• Охлаждение и стабилизацию угольной массы с целью предотвращения ее воспламенения.
• Конденсацию паров образовавшихся летучих соединений.

В промышленных масштабах этот способ переработки древесины стал практиковаться в 19 веке, причем, для получения конечного продукта, которым в этом случае являлась уксусная кислота, использовалось сырье лиственных пород дерева.

И сегодня пиролиз древесины осуществляется, преимущественно, с использованием древесины лиственных деревьев (например, березы). Гораздо реже, при комплексной переработке, для этого используется сырье хвойных пород. При этом в результате пиролиза березы с влажностью 10-15 %, образуется около 25 % древесного угля, 50 % жидких (так называемая жижка) и около 23 % газообразных продуктов.

Схематичное изображение процесса пиролиза древесины

Полученный древесный уголь сортируется в зависимости от размеров его фракций и отправляется непосредственно к заказчику или идет в дальнейшую переработку. В результате отстаивания жидкого остатка получается смола, из которой вырабатывается большое количество ценных продуктов, в том числе уксусная кислота, метанол, альдегиды, кетоны, сложные эфиры и т.д.

В состав газообразных продуктов, образующихся в результате пиролиза древесины, входят диоксид (45-55% от общей массы), оксид углерода(28-32%), метан (8-21%) и другие углеводороды.

Осуществление процесса в домашних условиях

Технология пиролиза древесины используется как в промышленных масштабах, так и в домашних условиях. Одним из примеров индивидуального использования данного метода переработки древесины является домашняя пиролизная установка, предназначенная для утилизации древесных отходов и получения бесплатной энергии для обогрева теплиц, подсобных помещений и жилых домов.

В данном случае, оценивая древесину как источник энергии по общепринятой шкале из пяти баллов, этому материалу можно присвоить «отлично» за доступность, невысокую стоимость и практичность.

Газификация древесины

Одним из вариантов переработки древесины является ее газификация – процесс, заключающийся в превращении твердого сырья в газообразное топливо. В отличие от сгорания, данная технологическая операция производится при ограниченном поступлении воздуха в газогенераторную установку, достаточном только для образования оксида углерода.

Газификация включает два основных процесса: прямой и обращенный. При протекании первого движение газов в газогенераторе происходит в направлении снизу вверх. То есть воздух проходит в установку через специальное отверстие – поддувало, расположенное под колосниковой решеткой, а через верхнюю часть устройства выводятся продукты, полученные в результате газификации.

В установках, работающих по обращенному принципу, движение газов осуществляется в противоположном направлении: сверху вниз. Подвод воздуха производится через отверстие над колосниковой решеткой, а продукты газификации выходят в нижней части генератора.

Основной целью данного типа переработки является получение горючего газа, используемого для получения энергии с одновременной утилизацией отходов лесопереработки. Наиболее распространенными примерами практического применения газификации являются газогенераторные твердотопливные котлы, а также двигатели внутреннего сгорания и т.д.

Принцип работы газогенераторного котла длительного горения «Траян»:

Гидролиз

Одним из распространенных методов переработки древесины является ее гидролиз, специфический процесс, в ходе которого древесное сырье подвергается воздействию слабыми кислотами. На промышленном производстве реакции гидролиза протекают в специальных устройствах – автоклавах, куда помещается исходное сырье, серная кислота и пар.

В автоклаве создаются определенные условия (повышенная температура и уровень давления), в результате сочетания которых с воздействием кислоты происходит разложение целлюлозы и гемицеллюлозы, являющихся основными компонентами древесины. При протекании этого процесса образуются растворы простых сахаров, в твердом состоянии содержащие лигнин и летучие вещества.

Твердая часть древесины, лигнин, является побочным продуктом данного вида переработки. Она отделяется от массы общего раствора, который направляется в испаритель, где из него выделяются фурфурол, пары уксусной и муравьиной кислот и метилового спирта.

После этого в оставшуюся часть раствора вводится гашеная известь, нейтрализующая серную кислоту, в результате чего происходит образование гипсового шлама и очищенных сахаристых веществ. Данные вещества отправляются на дальнейшую переработку, подвергаясь брожению, после чего из них выделяется этиловый спирт 1,2-1,6%.

Оборудование для переработки и измельчения древесины

Для получения конечного продукта из сырья древесного происхождения используется оборудование различных видов, включая:

• Тихоходные измельчители, использующиеся для производства щепы с размерами от 8 до 10 мм.
• Шредеры, служат для измельчения отходов древесины различного размера. В качестве основного элемента в них используются специальные режущие ножи.
• Горизонтальные шредеры. Обрабатывают длинномерные и короткие отходы.
• Брикетировочные прессы. Используются для изготовления брикетов, предназначенных для отопления.
• Силосы. Предназначаются для хранения, перевозки и разгрузки.

Так выглядит стандартный станок, предназначенный для измельчения древесины в щепу

Измельчители

Измельчители древесины представляют собой устройства, основным назначением которых является переработка древесины с дефектами и ее отходов типа горбыля, рейки, а также срезов и веток в щепу технологического назначения.

По типу строения рабочего органа данные агрегаты разделяют на следующие группы:

• Барабанные измельчители. (Включает машины ножевого, резцового и молоткового типа).
• Дисковые.
• Роторные.

По типу загрузки:

• Машины с горизонтальной
• и наклонной загрузкой.

По типу выгрузки:

По характеру использования:

Молотковые дробилки

Молотковой дробилкой называется механическая машина дробильного типа, служащая для разрушения исходного древесного сырья посредством ударов молотков, зафиксированных на роторе, вращающемся с высокой скоростью или разрушения ткани дерева за счет ударов его кусков о плиту корпуса устройства.

Данный агрегат отличается множеством положительных характеристик, включая:

• Универсальность (может работать с отходами любого типа).
• Мощность. (возможна переработка сучьев с диаметром до 46 см).
• Безотходность.

Дробильные машины

Дробильными машинами для древесины принято называть специальное оборудование, использующееся для дробления и измельчения древесины и древесных отходов. Результатом такой переработки является щепа – древесные частицы небольших размеров, использующиеся по различному назначению.

Различают дробилки стационарного и мобильного типа, использующиеся в деревообрабатывающих цехах или на вывозе. Они могут иметь различную мощность, позволяющую этим агрегатам производить конечный продукт различного состава и фракций. Далее щепа используется в качестве топлива или для изготовления других продуктов.

На видео показана работа измельчителя древесины в щепу:

Утилизация древесины

Одним из важнейших этапов работы деревообрабатывающего производства является переработка отходов древесины. Чаще всего побочные продукты ее производства используются в качестве недорогого источника энергии. Данная отрасль переработки является очень перспективной и активно развивается в настоящее время.

Кроме того, для утилизации древесины используются и другие способы. К ним относятся:

• Производство древесного угля и древесноугольных брикетов.
• Брикетирование отходов деревообработки мелкого размера.
• Газификация.

Источник

Переработка древесины — технологии и оборудование

Одним из наиболее доступных и востребованных природных материалов, которым пользуется человечество, является древесина и продукты ее переработки. Универсальность дерева позволяет использовать его практически во всех отраслях промышленности и хозяйства, при этом это один из немногих возобновляемых ресурсов планеты. Однако, несмотря на возможность искусственного возобновления лесных насаждений рациональная переработка древесины помогает получить намного больший эффект в сохранении лесов, сделав практически замкнутый цикл переработки, используя практически все части дерева при этом получая значительную прибыль.

Основные источники отходов древесины

Сегодня проблеме поиска новых источников сырья уделяется много внимания, и неудивительно, что и в вопросе переработки древесины постоянно работы с целью минимизации получения отходов во время производства продукции. Но даже при этом деревоперерабатывающая отрасль еще далека от 100 % использования древесного сырья. Вся технологическая цепочка деревообработки от валки леса и до выпуска готовой товарной продукции имеет просто огромные потери в виде отходов от распиловки и раскряжевки, а также необрабатываемых частей деревьев – того что остается в грунте – пней и корневищ.

Основной объем отходов первого этапа переработки древесины составляют опилки. Перерабатывать опилки производство пиломатериалов часто не в состоянии, особенно это касается мелких предприятий с примитивной технологией. Для них это дополнительные расходы, которые просто не окупаются.

Большие предприятия лесного хозяйства и деревообрабатывающей промышленности с современной технологией часто включают в производственный цикл и процесс переработки отходов производства. Так, переработка стружки, некондиционных и бракованных изделий на фанерных комбинатах, фабриках по производству древесных плит дают возможность экономить на энергоресурсах.

На предприятиях, выпускающих строительные материалы, упаковку и готовые изделия из древесины практически у всех на сегодняшний день налажен безотходный цикл производства. Здесь в ход идет не только деловой лес и сырье, но и то, что могло просто списываться как дрова или вообще оставаться гнить на вырубке. Переработкой этой категории древесины занимаются рубильные машины, справляющиеся с горбылем, ветками и сучьями, некондиционными стволами деревьев.

Виды древесных отходов

Классификация отходов производства может строиться по нескольким признакам. Одним из таких признаков может быть группировка по месту образования древесных отходов:

• Лесосечные – образуются в местах лесозаготовок;
• Промышленные – образующиеся в результате глубокой переработки древесины на промышленных предприятиях.

Лесосечные отходы не что иное, как ветки, кора, остатки от рубки и раскряжевки, сучья и верхушки деревьев, в общем, все то, что нецелесообразно к сбору, транспортировке и дальнейшей переработке.

Эти остатки древесины просто оставляют на участке вырубки или сжигают, избавляя, таким образом, здоровый лес от рассадника болезней.

Промышленные отходы образуются на предприятиях, занимающихся переработкой дерева. В зависимости от вида выпускаемой продукции отходами могут служить – горбыль, щепа, кора, сучья, некондиционный шпон, опилки, отрезки древесноволокнистых и древесностружечных плит. Эта категория древесины может классифицироваться по степени твердости:

• Натуральная древесина – горбыль.
• Мягкие отходы – стружка, опилки.

В промышленных отходах строительных материалов и древесных плит это могут быть:

• кора;
• стружка разной фракции;
• опилки чистые древесные и содержащие химические связующие вещества;
• образуемая после шлифовки пыль;
• кусковые отходы после обрезки.

При химической переработке древесины могут образовываться жидкие отходы – лигнин, или имеющие вид волокон – вискоза.

Классифицируются отходы и по степени пригодности к дальнейшему использованию и переработке – первичные, отходы полуфабрикатов, отходы, не подлежащие дальнейшему использованию. Впрочем, последняя классификация на сегодня более чем условна. Так, листва и хвоя на сегодняшний день не представляют большой ценности для промышленности и фактически они не утилизируются и не перерабатываются. Но с появлением новых технологий, они обязательно найдут свое применение, например, в производстве бумаги или упаковочных материалов.

Закон об обязательной утилизации древесных отходов

Большим шагом вперед было бы законодательное урегулирование вопроса обращения с отходами. Но, увы на сегодняшний день доработка, рассмотрение и принятие такого законодательного акта отложено на более позднее время. А пока до 2021 года идет наработка другой нормативной базы, в которой будет частично урегулирована утилизация древесных отходов. В частности, проходит экспертизу ряд актов, связанных с классификацией древесины, которая может быть в дальнейшем переработана, осуществляется экспертная оценка и верификация технологии переработки и утилизации древесных материалов.

Способы переработки древесины

Но, несмотря на отсутствие отдельного федерального закона об утилизации отходов обработки древесины наука ведет активный поиск новых и модернизацию старых технологий переработки древесных материалов. На сегодняшний день способы переработки древесины представляют три основных направления:

• изготовление пиломатериалов;
• производство полуфабрикатов для дальнейшего изготовления конечной продукции;
• переработка отходов деревообрабатывающего производства;
• глубокая переработка древесины;

Наиболее интересным и перспективным направлением развития технологии переработки дерева выступает комплексная переработка древесины, которая подразумевает получение продукта с использованием 95-97 % сырья. Для этого в отличие от примитивных механических методов используются более технологичные методы получения готовой продукции или полуфабрикатов для дальнейшего производства:

• биологические методы;
• химические методы;

Все эти методы более затратные по сравнению с обычным дроблением или лущением дерева, но и при этом получаемый продукт более ценный – начиная от офисной бумаги и вискозных волокон и заканчивая скипидаром и ценными древесными маслами и смолами.

Биологические методы

Самым простым методом переработки отходов древесины выступает биологический метод. Конечным продуктом такой обработки является компост – ценное удобрение богатое гумусом. В процессе переработки стружка, опилки и щепа под воздействием бактерий разлагаются, образуя ценнейший продукт повышения плодородия почв. В традиционном виде используются специальные бункеры или открытые площадки, в новейших технологических решениях всю процедуру контролирует компьютер, проводя процесс таким образом, чтобы получить перегной в нужное время с заранее определенными параметрами влажности и насыщенности кислородом.

Механические методы

Механическая обработка древесины позволяет получить необходимое сырье для производства древесных плит, строительных материалов, полуфабрикатов для изготовления целлюлозы, древесного спирта так и обычных пиломатериалов. Механическая обработка применяется в виде распила, дробления, получения шпона. Распил применяется для изготовления пиломатериалов. В результате этого процесса получается обрезная и необрезная доска, брус, рейки, отходом считается горбыль и опилки. Дробление древесины позволяет получить сырье для изготовления плит и листов, наполнителя для строительных материалов. В результате дробления получается щепа разной фракции – от самой мелкой для ДВП и до крупной, служащей для изготовления древесно-ориентированных плит.

Химические методы

Химическая переработка древесины позволяет при помощи химически активных веществ получить новые ценные соединения, применение которых необходимы в технологии производства бумаги, спирта, канифоли, растворителей, смол и лаков. Химические методы используют разные технологии – от получения однородной целлюлозной массы до газообразных соединений таких, как углекислота.

Пиролиз древесины

Высокотемпературный нагрев без доступа воздуха позволяет расщепить древесину на простые вещества, в результате чего образуются древесный уголь – ценное топливо и необходимое сырье для металлургии, жидкие вещества, такие как фенолы и формальдегиды, и газообразные горючие вещества такие, как метан. Несмотря на то, что этот процесс требует специального оборудования использовать эту технологию в производстве можно для самых разных целей. Например, до сих пор используются автомобили, имеющие газогенераторную установку, работающую на древесине.

Метод гидролиза

Основным продуктом гидролиза древесины является древесный этанол. Этот метод позволяет получить 200 литров чистого этанола из 1 тонны дерева. Обработка гидролизом имеет ряд промежуточных этапов, в результате чего получается целлюлозная масса, из которой и перегоняется этанол.

Газификация древесины

Для получения газообразного топлива применяется метод газификации древесины. Этот метод основан на процессе распада молекул древесины и превращении простых веществ в газ при небольшом, дозированном доступе воздуха во время высокотемпературного нагрева. После получения насыщенного газа происходит процесс удаления из него жидкости и очистки от углекислоты. В результате получается высококалорийный газ, пригодный для использования в промышленных энергетических установках. Аппарат для газификации способен переработать не только цельную древесину, но и опилки, щепу и другие виды отходов деревообработки.

Оборудование для переработки дерева

Получение качественного сырья для производства конечной продукции во многом зависит от правильного подбора оборудования. Это могут быть станки и агрегаты для получения специального вида сырья, например, для производства фанеры необходим шпон, а может быть и оборудование для переработки древесных отходов, таких как опилки, стружка или щепа. Промышленный подход к процессу заготовки сырья требует применения разных типов установок. Например, получение щепы или опилок необходимо не только для быстрой переработки, но и для удобства транспортировки и хранения. Ведь намного проще измельчить ветки, обрезки досок и горбыль и загрузить щепу в контейнер или кузов машины, чем складировать, а потом мучиться с погрузкой неликвида. Именно поэтому для переработки древесины используются как стационарные, так и мобильные установки для измельчения.

Измельчители древесных отходов

Рубительная машина применяется в основном для первичной переработки крупных веток, небольших бревен и горбыля. Этот агрегат часто выполняется в виде мобильного комплекса для работы на лесозаготовках и санитарной резке насаждений в городской зоне. Работа машины напоминает движение гильотины – нож с большой силой и частотой разрубает дерево, превращая его в небольшие головешки, а дальше дробилка завершает процесс, измельчая его в щепу.

Ножевые дробилки

Это устройство дает возможность сразу перерабатывать древесину в щепу нужного размера. Рабочим органом этого шредера выступает кассета из дисковых ножей, схожих с циркулярным кругом. Зубья ножей вгрызаются в древесину на высокой скорости в результате получается щепа небольшой фракции. Такая дробилка для горбыля может использовать не только свежие пиломатериалы, но и древесину, которая уже использовалась, в том числе и с крепежными элементами.

Молотковые дробилки

Молотковые дробилки для древесины используют ударный принцип расщепления волокон. На массивном диске закреплено несколько литых стальных головок на подвижном соединении – молотков. Вращаясь на большой скорости, диск разгоняет молотки, которые при ударе о массив заставляют его ломаться на мелкие части.

Стационарные и мобильные печи используются для получения древесного угля. Принцип работы этого агрегата заключается в высокотемпературном расщеплении древесины на летучие газы и углеродные соединения. В процессе пиролиза сгорают нестабильные соединения, оставляя только древесный уголь.

Станки

Чаще всего специальные станки для производства опилок применяются для получения мелкофракционных древесных опилок – основного сырья для целлюлозы и вискозы. На фабриках применяются стационарные станки, а для условий лесозаготовок применяется мобильный вариант таких агрегатов.

Использование древесных отходов

Реализация идеи переработки древесных отходов как бизнес-проект на самом деле позволяет не только решить проблему утилизации отходов производства, но и обеспечить неплохую прибыль.

Самым простым и вполне обоснованным проектом может быть изготовление топливных брикетов из опилок и стружки. Стружка также может использоваться и для изготовления строительных блоков, обладающих хорошими теплоизоляционными свойствами. Даже заготовка сырья для фабрик и цехов изготавливающих ДСП и ДВП также способна обеспечить неплохую прибыль. Даже в небольших предприятиях применение современного оборудования для переработки отходов дает возможность сократить производственные расходы и обеспечить дополнительный доход за счет производства сопутствующей продукции.

Как видно внедрение новых технологий переработки древесины открывает дополнительные возможности для получения выгоды из производства продукции из отходов. Перспектива этого направления деятельности заключается и в том, что полное использование дерева позволяет снизить объемы вырубок лесов и тем самым обеспечить сохранность природы. Такой подход в недалекой перспективе позволит не только сократить объем новых вырубок, но и дать возможность вырасти новым массивам на месте промышленных заготовок.

Источник