Варианты переработки низкосортной древесины на углеродные материалы

Abstract

The forested area in the most inhabited lands of the European Ural part of the Russian Federation is occupied mainly by low-grade hardwood with a predominance of birch and aspen. Pyrolysis is a traditional method for low-grade wood processing; the produced charcoal can be effectively used in the technology of other carbon materials. The structure of the developed system for the production of carbon materials from wood consists of 4 subsystems: 1 - raw material procurement, 2 - primary wood processing, 3 - wood pyrolysis, 4 - charcoal processing. When harvesting and primary processing of wood, energy and resource saving is ensured through the wood waste utilization; during pyrolysis - by using heat exothermic reactions. In the timber industry enterprises, the excess heat abstraction is possible when using modular pyrolysis retort units and similar apparatuses for the production of charcoal. When processing charcoal, resource saving is provided by briquetting of its small fractions, and energy saving - by activation gases burning. Water steam activation poses the least environmental hazard in the producing process of active carbons. We propose to conduct oxidation of activated charcoal (for reasons of environmental safety) in the vapor phase using hot moist air as an oxidizing agent. At the same time, no wastewater is formed. The analysis of options of low-grade wood processing has shown that the developed technology of carbon materials allows us to increase the cost of products, for example, from 1 m(3) of birch wood more than 3 times, and to increase the economic stability of forestry enterprises. At the same time, we can obtain up to 4 types of carbon materials (charcoal, wood-coal briquettes, activated and oxidized coals), and reduce the environmental hazard of their production by burning a steam-gas mixture of wood pyrolysis, by the use of water vapor (at the stage of activated charcoals producing) and air (at the stage of obtaining of oxidized coal).

Лесопокрытая площадь в наиболее обжитых районах Европейско-Уральской части Российской Федерации занята в основном низкосортной лиственной древесиной с преобладанием березы и осины. Пиролиз является традиционным способом переработки низкосортной древесины, получаемый при этом древесный уголь может быть эффективно использован в технологии других углеродных материалов. Разработанная нами структура системы получения углеродных материалов из древесины состоит из четырех подсистем: 1 - заготовка сырья, 2 - первичная обработка древесины, 3 - пиролиз древесины, 4 - переработка древесного угля. При заготовке и первичной обработке древесины энерго- и ресурсосбережение обеспечиваются за счет утилизации древесных отходов, при пиролизе - за счет применения тепла экзотермических реакций. Показано, что в условиях лесопромышленных предприятий отбор избыточного тепла возможен при использовании для производства древесного угля модульных пиролизных ретортных установок и подобных им аппаратов. При переработке древесного угля ресурсосбережение обеспечивается за счет направления его мелких фракций на брикетирование, а энергосбережение - при сжигании газов активации. В процессе получения активных углей наименьшую экологическую опасность представляет активация водяным паром. Окисление активного угля (по соображениям экологической безопасности) предлагается проводить в паровой фазе с использованием горячего влажного воздуха в качестве окислителя. При этом не образуется сточных вод. Анализ вариантов переработки низкосортной древесины показал, что разработанная нами технология получения углеродных материалов позволяет более чем в 3 раза увеличить стоимость продукции, производимой, например, из 1 м3 березовой древесины, повысить экономическую стабильность предприятий лесного комплекса,получить до четырех видов углеродных материалов (древесный уголь, древесно-угольные брикеты, активные и окисленные угли), а также снизить экологическую опасность их производства за счет сжигания парогазовой смеси пиролиза древесины, применения водяного пара (на стадии получения активных углей) и воздуха (на стадии получения окисленного угля).