Produção piloto de pellets de lignina hidrolítica na região de Arkhangelsk. Estágios de lignina de hidrólise da produção de grânulos

O principal material para a produção de pellets é a madeira. Mas agora muitas empresas estão mudando para o uso de outros tipos de matérias-primas, por exemplo, a primeira fábrica da Rússia para a produção de pellets de combustível a partir de lignina foi colocada em operação na região de Arkhangelsk. Em termos de finalidade, o produto final é semelhante aos tradicionais pellets de madeira. As pelotas serão utilizadas como combustível para caldeiras industriais, geração de calor e energia. Estabelecido com base em uma antiga planta de hidrólise e é uma das maiores da Europa, Lignin é um subproduto do processamento de madeira nas indústrias de celulose e papel e hidrólise. É uma massa homogênea com um teor de umidade de 50 a 70%, cujo principal elemento é a serragem. Os principais especialistas mundiais há muito chegaram a um consenso de que a lignina é uma excelente matéria-prima para a produção de biocombustíveis. Quando queimado, ele emite pouca fumaça, serve como um excelente substituto para o carvão, o coque, é usado como redutor na metalurgia ferrosa e não ferrosa. Na Rússia, na maioria dos casos, a lignina como subproduto simplesmente não era usada em nenhum lugar. Principalmente armazenado, enviado para aterros. Com a nova planta para produção de pellets, essa matéria-prima ganhará uma segunda chance de vida, e a indústria de bioenergia do país será mais um incentivo para se desenvolver.Se você está em busca de uma área de negócios promissora, preste atenção na produção de biocombustíveis. A indústria está se desenvolvendo rapidamente, é ativamente apoiada pelo governo russo e é considerada uma área promissora da economia. Todo o equipamento necessário para a produção de pellets pode ser adquirido na Rússia em condições favoráveis \u200b\u200bna Doza-Gran. A empresa é especialista no setor de bioenergia e possui posição de liderança no mercado nacional.

Um projeto para a produção de um novo tipo de pellets de biocombustível a partir da lignina foi lançado na Alemanha na Universidade Técnica de Cottbus em cooperação com o Centro de Pesquisa de Biomassa em Leipzig e uma empresa produtora de equipamentos tecnológicos.

Segundo especialistas, o novo projeto vai finalmente permitir a produção de grânulos (pellets) ou briquetes combustíveis de alta qualidade a partir da hidrólise da lignina em escala industrial.

O projeto piloto será lançado em junho de 2013. O financiamento é realizado à custa de subvenções da UE ao abrigo do programa de proteção ambiental.

Muitas centenas de anos organizações científicas em todo o mundo está envolvida em pesquisa e desenvolvimento na área de utilização de lignina de hidrólise. Muitos deles em anos diferentes já introduzidos na indústria. DENTRO recentemente A relevância dessas obras se deve ao aumento do interesse na resolução de problemas ambientais e no uso industrial da biomassa em geral no setor de energia. Mas sem o apoio governamental sério, muito provavelmente "o carrinho (lixeira) estará lá agora mesmo".

Quanto à Rússia, as reservas de lignina hidrolítica na Federação Russa, no valor de dezenas de milhões de toneladas, são comparáveis \u200b\u200ba outros resíduos do processamento de madeira - casca, serragem, etc.

É interessante que a lignina difere dos resíduos de madeira em maior homogeneidade e, mais importante, em maior concentração (por exemplo, lixões próximos a usinas de hidrólise). Devido à quase total ausência de seu descarte, criam-se problemas do ponto de vista ambiental e de armazenamento.

Na maioria das plantas de hidrólise e bioquímica, a lignina é despejada e polui grandes áreas.

Muitos especialistas europeus, visitando essas fábricas, enfatizam que em nenhum lugar da Europa viram uma concentração tão colossal de matérias-primas energéticas não utilizadas.

De acordo com os dados disponíveis na literatura, o uso da lignina de hidrólise como matéria-prima química no CIS não ultrapassa 5%. E de acordo com o Instituto Internacional de Lignina, não mais que 2% das ligninas técnicas são usadas no mundo para fins industriais, agrícolas e outros. O resto é queimado em usinas de energia ou jogado em lixões.

Problema

O problema de aproveitamento da lignina hidrolítica é o principal problema da indústria desde a década de 1930. E embora os cientistas e profissionais tenham provado que é possível obter excelentes combustíveis, fertilizantes e muito mais a partir da lignina, ao longo dos longos anos de existência da indústria de hidrólise na URSS e na CEI, não foi possível usar a lignina por completo.

A dificuldade de processamento industrial da lignina se deve à complexidade de sua natureza, bem como à instabilidade desse polímero, que altera irreversivelmente suas propriedades em decorrência de exposição química ou térmica. Os resíduos das plantas de hidrólise não contêm lignina natural, mas substâncias contendo lignina amplamente alteradas ou misturas de substâncias com alta atividade química e biológica. Além disso, eles estão contaminados com outras substâncias.

Algumas tecnologias de processamento, por exemplo, a decomposição da lignina em compostos químicos mais simples (fenol, benzeno, etc.), com qualidade comparável dos produtos obtidos, são mais caras do que sua síntese a partir de petróleo ou gás.

Lignina hidrolítica - excelente combustível de alto teor calórico e matéria-prima renovável prontamente disponível para a produção de pellets e briquetes de combustível.

Atualmente, a relevância da questão da produção de fontes alternativas de energia é cada vez maior. Existem várias razões para isso.

1. Os transportadores de energia tradicionais - gás, carvão, petróleo - estão se tornando mais difíceis de extrair a cada ano, e isso leva a um aumento constante em seus custos. Como sabem, a questão do custo do gás importado é de particular relevância para a Ucrânia.

2. As reservas de recursos energéticos tradicionais estão se esgotando rapidamente, o que torna a produção de fontes alternativas de energia uma linha de negócios bastante promissora.

3. A produção de fontes alternativas de energia é estimulada pelos governos de todos os países desenvolvidos, incluindo a Ucrânia.

Armazenamento de lignina para queima de lignina

Pelotas de lignina Briquete de lignina Pini & Key

A principal competição desse setor não está nas vendas.- simplesmente não há problemas com ele e, em geral, todos os produtos são enviados para exportação para os países da União Europeia - e no domínio do fornecimento de matérias-primas. O fato é que muitas empresas que instalaram equipamentos de briquetagem ou granulação de biomassa não estão trabalhando em plena capacidade e muitas vezes ficam paradas por falta de matéria-prima. Isso se deve principalmente à sazonalidade da disponibilidade de certos tipos de matérias-primas (cascas de girassol, palha, resíduos de colheita de cereais, resíduos de processamento de milho, outros tipos de matérias-primas agrícolas), escolha incorreta do local de instalação do equipamento (por exemplo, afastamento de fontes potenciais de matérias-primas), grandes custos logísticos para a entrega de matérias-primas , que, via de regra, tem uma densidade aparente muito baixa (por exemplo, a densidade aparente da casca de girassol é 100 kg / m3).

Em tal situação, a lignina é uma boa alternativa aos resíduos agrícolas como matéria-prima, uma vez que suas reservas são em grandes quantidades, independentemente da época de processamento, a lignina se presta bem à granulação e briquetagem devido às suas excelentes propriedades de ligação, tem uma densidade aparente razoavelmente grande (até 700 kg / m3) , o que torna mais econômico transportá-lo por longas distâncias, mesmo não na forma granular, tem um bom poder calorífico, comparável ao carvão, com um teor de cinzas muito menor, e o preço da matéria-prima-lignina é relativamente baixo. Devido às propriedades especiais da lignina, na tecnologia de sua preparação para uso posterior, é dada especial importância à questão da secagem da lignina.

E se considere a lignina de um ponto de vista físico e químico,então, em sua forma original, essa substância é uma massa complexa semelhante a serragem, cujo teor de umidade chega a setenta por cento. Na verdade, a lignina é um complexo único de substâncias que consiste em polissacarídeos, um grupo especial de substâncias pertencentes ao chamado complexo lignohúmico, monossacarídeos, vários ácidos minerais e orgânicos de saturações muito diferentes, bem como uma certa parte das cinzas. A lignina hidrolisada é uma massa semelhante a serragem com um teor de umidade de cerca de 55-70%. Em termos de composição, é um complexo de substâncias, que inclui a lignina da própria célula vegetal, uma parte dos polissacarídeos, um grupo de substâncias do complexo lignohúmico, ácidos minerais e orgânicos não lavados após hidrólise de monossacarídeos, cinzas e outras substâncias. O conteúdo de lignina própria na lignina varia de 40-88%, polissacarídeos de 13 a 45% resinosos e substâncias do complexo lignogênico de 5 a 19% e elementos de cinzas de 0,5 a 10%. A cinza da hidrólise da lignina é principalmente aluvial. A lignina hidrolítica é caracterizada por um grande volume de poro próximo à porosidade do carvão, alta reatividade em relação aos agentes redutores carbonáceos tradicionais e duas vezes o teor de carbono sólido em relação à madeira, chegando a 30%, ou seja, quase metade do carbono do carvão vegetal.

A lignina hidrolítica se distingue pela capacidade de passar para um estado viscoplástico quando uma pressão de cerca de 100 MPa é aplicada. Essa circunstância predeterminou uma das direções promissoras para o uso da lignina de hidrólise na forma de briquete. Foi estabelecido que os briquetes de ligno são um combustível doméstico de alto teor calórico e baixo teor de fumaça, um redutor de alta qualidade na metalurgia ferrosa e não ferrosa, substituindo o coque, semicoco e carvão, e também podem ser usados \u200b\u200bpara a produção de carvão e absorventes de carbono. Pesquisa e trabalho experimental-industrial de uma série de organizações mostraram que o lignina de hidrólise briquetada pode ser uma valiosa matéria-prima para as indústrias metalúrgica, energética e química economia nacional país, bem como combustível municipal de alto grau.

Desenvolvimentos tecnológicos podem ser recomendados para implantação, permitindo a obtenção dos seguintes produtos de ligno briquetado:
- lignobriquetes para substituir os agentes redutores metalúrgicos tradicionais de carbono e carga granulosa na produção de silício cristalino e ligas de ferro;
- linobriquetes de combustível com baixo teor de fumaça;
- carvão de lignina briquetado em vez de madeira em indústria química;
- absorventes de carbono de lignobriquetes para limpeza de águas residuais industriais e sorção de metais pesados \u200b\u200be nobres;
- briquetes de energia de uma mistura com filtros de preparação de carvão.

Os briquetes de lignina são combustíveis de alta qualidade com um valor calorífico de até 5500 kcal / kg e baixo teor de cinzas. Quando queimados, os briquetes de lignina queimam com uma chama incolor sem emitir uma tocha de fumaça enfumaçada. A densidade da lignina é de 1,25-1,4 g / cm3. O índice de refração é 1,6.

A lignina hidrolítica tem um valor calorífico, que para a lignina absolutamente seca é 5500-6500 kcal / kg para um produto com 18-25% de teor de umidade, 4400-4800 kcal / kg para lignina com 65% de teor de umidade, 1500-1650 kcal / kg para lignina com umidade acima de 65%. De acordo com suas características físico-químicas, a lignina é um sistema trifásico polidisperso com tamanhos de partículas de vários milímetros a mícrons ou menos. Estudos de ligninas obtidas em várias fábricas mostraram que sua composição é caracterizada, em média, pelo seguinte conteúdo de fração: maior que 250 mícrons - 54-80%, menos de 250 mícrons - 17-46% e menos de 1 mícron - 0,2- 4,3%. Em termos de estrutura, uma partícula de lignina hidrolítica não é um corpo denso, mas é um sistema desenvolvido de micro e macroporos, o tamanho de sua superfície interna é determinado pela umidade (para lignina úmida é 760-790 m2 / g, e para lignina seca apenas 6 m2 / g).

Como muitos anos de pesquisa e testes industriais realizados por uma série de empresas de pesquisa, educacionais e industriais mostraram, tipos valiosos de produtos industriais podem ser obtidos a partir da hidrólise da lignina. Para engenharia de energia, o combustível briquetado doméstico e de lareira pode ser produzido a partir da lignina hidrolítica inicial, e o combustível briquetado pode ser produzido a partir de uma mistura de lignina com telas de separação de carvão.

O processo de combustão da lignina em fornos tecnológicos sem transferência direta de calor apresenta diferenças significativas em comparação com os fornos de caldeiras a vapor. Não possuem superfície receptora de radiação, portanto, para evitar a escória de cinzas, é necessário calcular cuidadosamente os regimes aerodinâmicos do processo. Devido à falta de transferência direta de calor, a temperatura do núcleo da tocha acaba sendo mais elevada e concentra-se em um volume menor do que nos fornos das caldeiras a vapor. Para queimar lignina, é mais conveniente usar um forno de chama do sistema Shershnev, que fornece uma eficiência suficientemente alta para combustíveis com um alto grau de dispersão.

A lignina pode ser efetivamente usada como combustível para combustão em um gerador de calor de um complexo de secagem para secagem de serragem ou outra biomassa em linhas para a produção de pellets de combustível, pellets e briquetes de combustível. Um combustível pulverizado cuidadosamente preparado em termos de taxa de queima e eficiência de combustão se aproxima do combustível líquido. A combustão completa no flare é garantida com uma taxa de excesso de ar menor e, portanto, com uma temperatura mais alta. Ao realizar um processo de combustão com um pequeno excesso de ar, condições de operação à prova de explosão do complexo de secagem são fornecidas, o que distingue positivamente a secagem com uso direto de gases de combustão do método de secagem com ar aquecido.

Assim, a lignina é um excelente combustível de alto teor calórico e matéria-prima renovável prontamente disponível para a produção de pellets e briquetes de combustível.

Aplicação de lignina em pó.

A lignina em pó é adequada como um aditivo ativo em concreto de asfalto rodoviário, bem como um aditivo para óleo combustível quando usado em engenharia de energia e metalurgia. A lignina de hidrólise usada como pó mineral permite:
1. Para melhorar a qualidade do concreto asfáltico (resistência - em 25%, resistência à água - em 12%, resistência a fissuras (fragilidade) - de -14 ° С a -25 ° С) devido à modificação adicional do betume de petróleo.
2. Economize materiais de construção de estradas: a) betume de óleo em 15-20%; b) pó mineral 100% calcário.
3. Melhorar significativamente a situação ambiental na área de armazenamento de resíduos.
4. Devolva a terra fértil atualmente ocupada por lixões.

Assim, os estudos realizados sobre a utilização da lignina de hidrólise tecnológica (THL) na produção de concreto asfáltico mostram que há possibilidades de uma expansão significativa da base de matéria-prima para a construção de rodovias modernas (republicanas, regionais e urbanas), melhorando a qualidade do seu revestimento devido à modificação do óleo betuminoso com hidrolítico lignina e substituição completa de pós minerais caros.

Tradicionalmente, os resíduos de madeira de coníferas são usados \u200b\u200bna produção de pellets de lenha. No entanto, a madeira macia é uma matéria-prima cara com demanda na indústria de madeira e seus resíduos são usados \u200b\u200bem várias outras indústrias. Como resultado, os recursos de madeira macia estão constantemente diminuindo, e para a produção de pellets é necessário usar madeira de lei de baixo valor e barata, que não é tão amplamente utilizada na produção industrialcomo coníferas.

No que diz respeito à tecnologia de produção de pellets, a principal diferença entre madeiras nobres e coníferas é o baixo teor de lignina: 14-25% contra 23-28%. A alta temperatura e pressão da prensagem das matérias-primas da madeira ativam a lignina contida em suas células e a transformam em um estado plástico. Nesse processo, a lignina atua como um aglutinante interno que garante a resistência dos pellets. Os pellets de madeira dura são menos duráveis \u200b\u200bdevido ao menor teor de lignina. E para atingir a resistência necessária, vários aditivos ou tratamento a vapor de matérias-primas são usados, que serão discutidos abaixo.

Também na produção de pellets, a dureza da madeira é importante. Madeira decídua mais dura é mais difícil de prensar em pellets do que madeira macia, o que cria altas cargas no equipamento, especialmente nas peças consumíveis - a matriz e os rolos de prensa. Mas o calor de combustão de algumas madeiras nobres, principalmente faia e carvalho, é maior em comparação com este parâmetro das coníferas.

Para atender à demanda cada vez maior na Europa por pellets de madeira de alta qualidade, as madeiras nobres são cada vez mais utilizadas em sua produção. A questão é se tais pellets estão em conformidade com os padrões ENplus e DIN +.

O uso ativo de matérias-primas de madeira nobre para a produção de pellets reduziria a tensão no mercado de resíduos de coníferas, amplamente utilizados na produção de papelão e outras indústrias, o que sem dúvida cria uma competição muito grande para os produtores de pellets. No entanto, o teor de cinzas em pellets de madeira dura é maior do que em pellets de madeira macia e, na maioria dos casos, está em conformidade com o padrão ENplus A2 (o teor de cinzas não é superior a 1,5%). A propósito, a mudança em nova versão a norma ENplus A2 prescreve uma norma para o conteúdo de cinzas não superior a 1,2% (EN ISO 17225-2). No futuro, é perfeitamente possível reduzir ainda mais o teor de cinzas permitido de acordo com os padrões ENplus. No entanto, todos os fabricantes dos chamados pellets premium (ou pellets domésticos, como são comumente chamados na UE), por razões econômicas, estão tentando trazer as características de seus produtos para o padrão ENplus A1 (seu custo é superior a A2 e pellets de grau industrial). É importante notar que os pedidos de pellets de qualidade ENplus A2 na Europa são mínimos, uma vez que para pequenas caldeiras ou minitérmicas, para os quais esta norma foi desenvolvida, os pellets industriais são bastante adequados, cujo preço é mais baixo, os volumes de produção são muito maiores e diferem apenas teor de cinzas (até 1,5%) e, indiretamente, cor.

Pesquisa na Áustria e na República Federal da Alemanha

Para expandir a base de dados sobre o teor de cinzas de pellets de folhosas, uma série de projetos de pesquisa foram realizados na Áustria para avaliar a possibilidade de usar madeira de folhosas para a produção de pellets ENplus. Para a maior série de testes, foram selecionadas bétula, faia, carvalho e freixo, uma vez que essas espécies, junto com as coníferas, já estão envolvidas na produção de pellets na Áustria e na Alemanha. Com a ajuda de um analisador termogravimétrico especial TGA, mais de 80 amostras foram examinadas quanto ao teor de cinzas a uma temperatura de 550 ° C de acordo com as normas austríacas Önorm EN 14 775. Verificou-se que o teor de cinzas no alburno e outro material florestal de boa madeira não excede 0,7% (em alguns casos e ao misturar espécies decíduas diferentes atinge 1-1,5%), e na casca - o teor máximo de cinzas é de até 10%. Além disso, amostras de madeira de choupo foram analisadas e os teores de cinzas foram semelhantes.

De acordo com estatísticas do Instituto Alemão de Pellets (DEPI), na Alemanha desde 2014, o uso de madeira de lei tem sido registrado na produção de pellets, em média até 10% da matéria-prima total (ou seja, 90% - coníferas, 10% - decíduas). Markus Mann, fundador e diretor da usina de pelotização Westerwälder Holzpellets GmbH em Langenbach (Alta Baviera), experimentou em sua produção misturar 10-15% de madeira de faia e bétula e 85-90% de madeira macia. Com esta relação, os pellets obtidos na saída apresentavam um teor de cinzas inferior a 0,5% e cumpriam integralmente as normas ENplus A1. Para pelotização, uma matriz com um comprimento de canal de prensagem de 39 mm foi usado, em vez dos 45 mm padrão usados \u200b\u200bpara coníferas. Para peletizar apenas serragem de faia, o canal de prensagem foi encurtado em mais 10 mm - até 29 mm. Como resultado de experimentos, verificou-se que a cinza de madeira de choupo temperatura baixa sinterização, uma vez que o choupo normalmente cresce em solos arenosos e argilosos, sua madeira, e mais ainda sua casca, contém muitos compostos de silicato. Isso, aliás, é típico de uma série de outras madeiras de lei, em particular, plantadas artificialmente para proteção contra fatores naturais e antropogênicos adversos.

Nesse sentido, também podemos citar empresa russa - ZAO Alt-BioT do Território de Krasnodar, que em 2009 na exposição internacional Interpellets em Stuttgart apresentou pellets feitos de madeira de lei (freixo, acácia, carvalho, faia, bordo) obtidos após corte sanitário de plantações florestais protetoras na área da aldeia Pavlovskaya. Com teor de cinzas abaixo de 0,7%, os pellets possuíam alto valor calorífico - 18 MJ / kg. A fábrica de pelotização da empresa foi nomeada "Victoria", os investimentos na empresa totalizaram 600 milhões de rublos. O investidor Alexander Dyachenko anunciou sua intenção de construir pelo menos 20 dessas usinas de pelotização no sul da Rússia até 2015.

A planta nunca atingiu sua capacidade projetada (10 toneladas por dia, ou 70 mil toneladas por ano), a produtividade máxima de 7 toneladas por hora foi atingida. Os produtos foram exportados principalmente para a Europa. Em dois distritos vizinhos, as caldeiras de várias escolas foram convertidas para usar pellets. O então Vice-Primeiro Ministro Viktor Zubkov, que visitou o empreendimento em 2009, apreciou muito este projeto e principalmente a perspectiva de sua replicação em outras regiões da Rússia. O autor do artigo, como parte de uma delegação que incluía representantes de um comprador de pelotas da Holanda, visitou esta usina de pelotização em 2010. Os holandeses valorizaram muito a qualidade das pelotas e a produção. Mas, infelizmente, no mesmo ano a fábrica foi paralisada, os funcionários foram demitidos, irmão do investidor Nikolai Dyachenko, chefe da sucursal regional do OJSC "Rosselkhozbank" Território Krasnodar, que financiou o projeto "AltBioT", foi preso e o próprio investidor fugiu. Mas essa é uma história completamente diferente.

Voltemos, entretanto, à Áustria e Alemanha. Especialistas da União de Pesquisa Austríaca BioUP consideram que a principal desvantagem de usar madeira dura para a produção de pellets é seu alto teor de cinzas em comparação com a madeira macia. Andreas Haider, especialista da Floresta Federal Austríaca centro de Pesquisa, explicou que não apenas ENplus A2 e pellets industriais podem ser produzidos a partir de madeira nobre, mas também pellets que estão em total conformidade com os padrões ENplus A1 e DIN +. Tudo depende de que parte da madeira dura é usada como matéria-prima. Por exemplo, o teor de cinzas do alburno do choupo difere significativamente do teor de cinzas do núcleo do tronco. O teor de cinzas também varia muito dependendo da época de corte e da qualidade do solo, ou seja, da zona de crescimento da árvore. Existem muitos dados sobre o teor de cinzas na madeira, mas eles diferem até mesmo para uma espécie. Foi estabelecido experimentalmente que quando a madeira completamente seca é calcinada em um cadinho, o resíduo médio de cinzas é de 0,3 a 1,0%. Além disso, 10-25% do resíduo é dissolvido em água, isto é, soda e potássio (no passado era obtido em volumes industriais a partir da cinza de madeira). Os componentes insolúveis mais importantes da cinza de madeira - cal e vários sais de magnésio e ferro - perfazem 75-90%. Haider chamou a atenção para o fato de que no sul da Europa, nos Bálcãs, especialmente nas repúblicas da ex-Iugoslávia - Croácia, Montenegro, Sérvia e Bósnia e Herzegovina - há muitas madeiras nobres nas florestas. E a vizinha Itália hoje ocupa o primeiro lugar na União Européia no consumo de pelotas premium: mais de 3 milhões de toneladas por ano. Posição geográfica oferece condições favoráveis \u200b\u200b(logística) para a exportação de pellets desses países dos Balcãs para a Itália. Para referência: na Alemanha, no início de 2018, em 2017, 98,9% dos pellets eram produzidos com madeira de coníferas e apenas 1,1% com caducifólias.

P&D na Bielo-Rússia e na Rússia

Em 2012, no laboratório do Departamento de Processamento Químico de Madeira da Universidade Técnica do Estado da Bielo-Rússia em Minsk, os pellets foram produzidos a partir das principais espécies florestais da República da Bielo-Rússia: bétula, amieiro e pinheiro. Amostras de grânulos foram obtidas a uma temperatura de prensagem de 110 ° C por 15 minutos. O teor de umidade da serragem seca usada para o estudo foi de 8-11%. A tarefa foi definida para comparar as características físico-mecânicas dos grânulos obtidos: umidade, teor de cinzas, densidade, resistência mecânica e menor calor de combustão. Foi estabelecido que o menor calor de combustão de pellets de madeira de bétula e amieiro é comparável ao menor calor de combustão de pellets de pinheiro (Tabela 1). Mas o teor de cinzas dos pellets de madeira dura é 3,5 vezes maior do que o teor de cinzas dos pellets de coníferas. Os testes realizados confirmaram a possibilidade fundamental de produção de pellets de fibra longa. Em termos de teor de cinzas, pelo menos atendem aos padrões para pellets de madeira industrial (até 1,5%) e pellets da classe ENplus A2. Já os pellets obtidos de madeira de amieiro e bétula são caracterizados por uma resistência mecânica reduzida (inferior à dos pellets de pinho em 11 e 18%, respectivamente). Para atingir a resistência mecânica inerente aos pellets feitos de espécies coníferas, é necessário o pré-tratamento de matérias-primas decíduas com vapor saturado.

A produção experimental de pellets de madeira dura, tratada antes da granulação com vapor saturado, foi estabelecida por JSC "Vitebskdrev". A composição da matéria-prima é a seguinte: bétula - 35%, amieiro - 20%, choupo - 40%, pinho - 5%. Foi usada uma matriz com um comprimento de canal de prensagem efetivo de 33 mm (em vez dos habituais 45 mm), uma vez que o tratamento térmico da madeira dura leva menos tempo do que o processamento da madeira macia (devido a isso, o consumo de energia é reduzido). Como resultado, verificou-se que a densidade dos pellets de uma composição de madeira decídua é comparável ao índice de densidade dos pellets de madeira de pinho (Tabela 2). Aqui é apropriado citar o relatório de teste: “A ação do vapor saturado levou à ativação dos componentes da madeira, a criação de novos grupos funcionais que potencializam as interações de adesão durante a formação dos pellets. Umedecimento adicional das partículas de madeira ocorreu, como resultado do qual a temperatura na prensa da pelota aumentou de 110 para 120 ° C. A alta temperatura de prensagem promoveu o rápido curso das reações e o acúmulo de cada vez mais compostos de alto peso molecular, principalmente devido à hemicelulose altamente reativa. Os componentes derretidos e amolecidos preencheram os espaços vazios entre as fibras e os sistemas capilar e submicrocapilar das paredes celulares. Ao mesmo tempo, aumentou o número de ligações cruzadas entre as moléculas dos componentes da madeira, inclusive espaciais, o que garantiu a formação de produtos duráveis. ”

Para aumentar a resistência dos grânulos de madeira dura, vários aditivos são freqüentemente usados, por exemplo, amido, lignina. No Instituto de Química e Tecnologia Química do Ramo Siberiano da Academia Russa de Ciências, foi investigada a influência de aditivos na granulação de madeira decídua. Assim, refrigerantes, cal, óleo de peixe, óleos vegetais, borra de café melhoram as propriedades dos pellets ou briquetes: reduzem o índice de evasão, aumentam a resistência à fratura durante o transporte e alimentação para um armazém ou caldeira. O carvão triturado aumenta o valor calorífico dos pellets e briquetes.

Matérias-primas para a produção de pellets

Na Europa, cada vez mais as chamadas plantações de crescimento rápido são utilizadas para a produção de pellets, cujo teor de cinzas é frequentemente muito maior do que o teor de cinzas da madeira decídua. Especialista e consultor da DIN CERTCO - um centro de certificação alemão credenciado mundialmente para organizações, serviços, produtos, incluindo padrões DIN +; FSC / PEFC, SBP - Erwin Heffele explicou que algumas plantações de rápido crescimento, como miscanthus e bambu, não estão incluídas no registro de matérias-primas adequadas para a produção de pellets de madeira, pois não são classificadas como madeira, mas sim como grama. Ou seja, é impossível obter certificados ENplus e DIN + para pellets obtidos de miscanthus e bambu.

Em geral, limitar o teor de cinzas das matérias-primas é um requisito puramente abstrato e relativo. Por exemplo, usinas de energia na Holanda, Bélgica, Dinamarca, Polônia e outros países queimaram pellets de palha e cascas de girassol, caroços de azeitona, cascas de nozes e grãos de café e outra biomassa, cujo teor de cinzas era muitas vezes maior do que o teor de cinzas de pellets de madeira, junto com carvão. Outro exemplo: a empresa "Bionet" da região de Arkhangelsk produz pellets de lignina (ver "LPI" No. 3 (133), 2018). Este é o primeiro projeto implementado na Rússia para a eliminação de resíduos de produção de hidrólise - lignina. Os pellets de lignina em comparação com os pellets de madeira clássicos são caracterizados por alto valor calorífico (21-22 MJ / kg), mas também alto teor de cinzas - 2,4%. Isso, no entanto, não impediu o Gazprombank, beneficiário do projeto, após sua apresentação em Copenhague em uma reunião de negócios na Missão Comercial da Federação Russa na Dinamarca na primavera de 2018, de começar a vender esses pellets para a Dinamarca e a França.

O alto teor de cinzas dos pellets usados \u200b\u200bnas caldeiras de baixa potência exige apenas a extração frequente de cinzas do cinzeiro, que, em regra, serve como fertilizante para o jardim.

E quando os pellets são co-queimados com carvão em grandes usinas termelétricas, não é necessária alta resistência, uma vez que eles, como o carvão, são preliminarmente passados \u200b\u200bpor trituradores e alimentados na zona de combustão da caldeira em uma fração finamente dispersa. Portanto, a alta resistência das pelotas apenas aumentará os custos de energia.

Como mostra a prática, é possível produzir pellets da mais alta qualidade de madeira dura ou uma mistura com madeira de coníferas. As matérias-primas misturadas em uma determinada proporção permitem obter pellet de qualidade que atende aos padrões ENplus A1. Você também pode usar aditivos e pré-tratamento com vapor ou não. O efeito dependerá da qualidade e do tipo de matéria-prima utilizada, dos equipamentos tecnológicos em produção e, claro, do profissionalismo do tecnólogo e de outros especialistas.

Sergey Perederiy, [email protegido] eko-pellethandel.de

Umidade

Os requisitos para granuladores de pellets industriais são de 8 a 15%. Em outros casos, as matérias-primas requerem secagem ou, inversamente, cozimento a vapor.

Conteúdo de cinzas

O teor de cinzas dos pellets é a porcentagem de resíduos não combustíveis após a queima do lote. Para pellets premium, esse valor é de até 1% de acordo com a norma EN Plus A-2 e de até 0,5-0,7% de acordo com a norma EN Plus A-1. O alto teor de cinzas do combustível pode eventualmente levar ao entupimento da câmara de combustão e da chaminé.

Conteúdo de compostos químicos nas matérias-primas

No momento, a União Europeia está endurecendo os padrões de emissão de produtos de combustão para a atmosfera. As matérias-primas para pellets devem conter uma quantidade mínima de tais substancias químicascomo azor, cloro, enxofre.

Tamanho da fração

Para a granulação, triture o material até um tamanho de partícula de até 3 mm de comprimento e até 1-2 mm de espessura.

Alto valor energético do material

O calor de combustão das matérias-primas - quanto calor pode ser obtido pela combustão - é o principal valor para o consumidor dos pellets. As matérias-primas de alta qualidade têm alto teor calórico. Este parâmetro é influenciado, entre outras coisas, pelo frescor do material. Madeira podre perde parte de seu potencial energético.

Adequação de granulação

Pode ser mais fácil e mais difícil prensar ou preparar certos materiais. Além disso, pelotas menos duráveis \u200b\u200be densas podem ser obtidas a partir de matérias-primas difíceis de granular. Vários aditivos são usados \u200b\u200bpara aumentar a resistência dos grânulos.

Custo de matéria prima

Esses custos somam-se ao custo das matérias-primas, que também inclui os custos de compra e transporte. Se o custo total das matérias-primas for muito alto, a produção pode não ser economicamente viável.

Pellets de madeira

Na maioria das vezes, esses grânulos são chamados de "pellets de serragem", mas na verdade eles são obtidos a partir de tipo diferente desperdício.

Lascas, serragemobtido por serração e processamento de madeira crua e seca

Lascas de madeira - um dos resíduos mais comuns

Croaker, equilíbrio de madeira - grandes desperdícios de madeira, troncos serrados ou maciços, que por algum motivo são rejeitados para o uso principal (apresentam defeitos, não encaixam no diâmetro, etc.).

Produtos de madeira abaixo do padrão: novo ou reciclável.

A serragem seca e as aparas são consideradas matérias-primas ideais. Eles geralmente não têm inclusões de casca e partículas de solo, que, quando queimadas, formam escória. É por isso que é tão popular.

A qualidade dos cavacos de madeira como matéria-prima para pellets depende do tipo de madeira de onde são obtidos - normal ou descascada, bem como das características de armazenamento. Quanto menos casca e inclusões estranhas entrarem nos pellets, menor será o seu teor de cinzas e, portanto, maior será a qualidade.

O mesmo pode ser dito para o processamento de placas e balanças.

Produtos de madeira abaixo do padrão, em tese, deveriam garantir a alta qualidade dos pellets, por se tratar de madeira limpa, descascada e sem impurezas. Porém, vale a pena atentar para quais materiais são utilizados na fabricação do produto. Vários vernizes, agentes de processamento, cola podem afetar a compatibilidade ambiental de tal material.

Granulação de diferentes tipos de madeira

Diferentes tipos de madeira como matéria-prima para pellets diferem na facilidade de peletização.

Em primeiro lugar, os pellets mais fortes são obtidos de espécies de madeira com um maior teor de lignina natural. As coníferas neste parâmetro estão visivelmente à frente das decíduas: diferentes variedades de coníferas contêm 23-38% de lignina, e a disseminação em espécies decíduas é de 14-25%. Se houver pouca lignina na matéria-prima, a quantidade de peneiramento após a granulação aumenta.

Em segundo lugar, as espécies de madeira têm durezas diferentes. Mais madeira dura é mais difícil de prensar em grânulos, cria cargas mais altas no equipamento, especialmente em consumíveis - uma matriz, rolos de prensa. As madeiras macias são mais macias e mais flexíveis à pressão, enquanto as madeiras duras são sempre mais duras. No entanto, o calor de combustão dos pellets de folha caduca é maior, portanto, um metro cúbico de pellets de faia ou carvalho pesará mais do que o mesmo volume de pellets de pinheiro e dará mais calor.

Ao mesmo tempo, como mostra a prática, é possível misturar com sucesso serragem de diferentes espécies e granulado. Essa mistura de material para pelotas de combustível não reduz a qualidade do produto final: se as rochas forem misturadas nas proporções corretas, é possível obter uma combinação de pelotas - adequada para aquecimento de residências. A adição de madeiras nobres como a faia e o carvalho aumenta o valor energético do pellet. Outra coisa é que algumas madeiras de lei têm um tom escuro de madeira, e os pellets mistos de diferentes tipos de madeira são café, cinza ou escuro. Os consumidores individuais de pellets às vezes têm um preconceito contra grânulos de qualquer cor diferente do bege claro, portanto, eles podem rejeitar pellets de carvalho escuro para um de seus tipos, apesar da presença de certificados de alta qualidade. Os preconceitos são tão fortes que alguns pesquisadores alemães criam combustível a partir de uma mistura de madeiras com cerca de 20% de carvalho ou faia adicionado à madeira macia, mantendo uma cor clara atraente no produto final.

Pellets mistos

Segundo a empresa de pesquisas Future Metrics, em 2023 ela quase dobrará: será de 21,5 milhões de toneladas contra os atuais 12 milhões. Os resíduos de madeira se tornaram cada vez mais populares, não apenas os produtores de biocombustíveis competem por eles, mas também as fábricas de painéis de partículas e muitas outras indústrias. Já em 2010, a União Europeia adotou um programa para expandir o círculo lixo biológicopara ser usado para aquecimento e fornecimento de energia.

Vamos definir a terminologia:

Pellets mistos é um combustível que é granulado a partir de vários tipos de matérias-primas, tanto de madeira como de outras origens.

Agro-pellets - grânulos de uma variedade de materiais vegetais, geralmente agrícolas. desperdício.

Qual é a alternativa de matéria-prima para os pellets?

Resíduos do complexo agroindustrial: vagens de leguminosas, espigas de milho, cascas de arroz, cascas de trigo sarraceno, cascas de girassol, linho fogo, cascas de nozes, caroços de frutas, vinhaça, grãos não similares, grãos de cerveja.

Plantas: junco, palha, cana-de-açúcar, além de árvores e arbustos cortados durante o paisagismo e derrubada sanitária.

Outras substâncias combustíveis naturais: turfa, lignina.

Esses materiais se prestam à granulação, mas em comparação com a madeira, eles apresentam várias desvantagens: o teor de indesejáveis compostos químicos, alto teor de cinzas, baixo ponto de fusão dos resíduos de cinzas, o que leva ao crescimento de formações de escória nas caldeiras.

Para encontrar as melhores receitas de pellets, pesquisadores europeus estão conduzindo experimentos de mistura tipos diferentes matérias-primas em grânulos. Com base na pesquisa, foram obtidas "receitas" viáveis \u200b\u200bpara misturar pellets de diferentes matérias-primas, que são suaves para as caldeiras e não emitem substâncias perigosas durante a combustão. Em geral, acredita-se que o pellet não deve conter inclusões minerais, mas cientistas do Instituto Austríaco de Pesquisa Florestal criaram pellets a partir de espigas de milho, canola e palha com adição de caulim, bentonita e cinza de carvão. Os grânulos resultantes emitem uma percentagem mínima de substâncias indesejáveis \u200b\u200bpara a atmosfera, ao serem queimados no forno não se formam bolos de escória.

Além disso, a madeira em pellets é combinada com 10-15% de agulhas de coníferas, ou pellets mistos são produzidos a partir de madeira de coníferas e decíduas. Patente Russa - uma combinação de serragem e cerca de 20-25% de carvão vegetal; para granulação bem-sucedida dessa mistura, 1-3% de amido é adicionado. O potencial de tais pellets é de até 20-23 MJ / kg, o que os torna uma alternativa ao carvão e turfa de baixa caloria. Madeira de qualquer espécie é adequada para sua fabricação, incluindo madeira morta e queimada, bem como carvão coletado em incêndios florestais.

O principal obstáculo à disseminação de pellets mistos e agro-pellets é o endurecimento dos padrões de emissão de produtos da combustão para a atmosfera na União Europeia. Tais medidas podem levar à inviabilidade econômica do uso desse combustível, uma vez que os proprietários das caldeiras necessitarão de filtros e tecnologias caras para cumprir todas as normas.

Na produção de pellets mistos, vários aditivos são freqüentemente usados \u200b\u200bpara melhor aderir aos pellets. E se coníferas Como a árvore tem lignina suficiente, é adicionado amido para a madeira dura, bem como para resíduos agrícolas. Você também pode usar óleo de peixe, refrigerante, limão, parafina, óleos vegetais e borra de café para esses fins. Esses aditivos melhoram as propriedades do produto para o usuário: menor porcentagem de dropouts, desintegração, melhor resistência à fratura quando derramado durante o transporte e uso direto em caldeiras.

A madeira é peletizada em pequenos volumes árvores frutiferas - cerejas, macieiras, etc. Normalmente não são utilizados para aquecer, mas sim para defumar carnes e peixes, conferindo ao produto um aroma agradável.

Agropellets

Um dos tipos mais populares de matéria-prima para pellets agrícolas é a palha de várias safras agrícolas (especialmente trigo e colza). Em termos de potencial energético, este material não é muito inferior à madeira: até 16 MJ / kg versus até 18,4 MJ / kg. A palha é uma fonte de combustível renovável; a queima da palha não altera o equilíbrio do dióxido de nitrogênio no ar: à medida que cresce, consome tanto CO2 quanto libera durante a combustão. Além disso, os pellets de palha são usados \u200b\u200bnão só para aquecimento, mas também como cama para animais em currais e estábulos.

Um tipo de matéria-prima semelhante à palha é o caniço, enquanto seu maior valor calorífico é 19 MJ / kg e o teor de cinzas é de cerca de 4%. Essas matérias-primas são muito baratas e são colhidas em máquinas trituradoras de pântano.

A casca do girassol é um dos materiais mais promissores para pellets agrícolas. têm um teor de cinzas de 3% e emitem quase o mesmo calor que a lenhite - até 21 MJ / kg. A cinza após a queima da casca é um fertilizante valioso. Cascas de trigo sarraceno, painço e cascas de arroz também são granuladas.

Outros materiais

Existem vastos depósitos de turfa na Rússia, que são adequados para granulação. Os pellets e briquetes de turfa são produzidos com aproximadamente a mesma tecnologia dos pellets de madeira. O valor calorífico da turfa é alto - até 21 MJ / kg, no entanto, o conteúdo de cinzas desses grânulos é aumentado - até 5%. Este combustível é adequado para casas de caldeiras industriais e municipais. Na Rússia, a peletização e a briquetagem de turfa têm basicamente 2 perspectivas: fornecer calor e eletricidade a áreas não gaseificadas e exportar pelotas para países escandinavos. No norte da Europa, a turfa é reconhecida como uma matéria-prima parcialmente renovável e seu uso no setor de energia é incentivado de cima.

A pelotização de resíduos de papel é uma indústria relativamente nova, mas promissora, uma vez que esse tipo de matéria-prima não requer materiais caros. Os grânulos de papel e cartão (e em alguns países é estabelecida a granulação de notas antigas) fornecem uma grande quantidade de calor e têm uma percentagem insignificante de resíduos não combustíveis.

E o esterco de cavalo tem um preço mais caro do que os pellets de madeira. É um fertilizante de solo valioso e nutritivo. Os pellets de estrume de cavalo são vendidos por cerca de 1,25 euros o quilo. O processamento de esterco e esterco em fertilizantes não é apenas lucrativo, mas também necessário, uma vez que o armazenamento desses resíduos prejudica diretamente o meio ambiente.

O mesmo pode ser dito para o processamento da lignina de hidrólise, um subproduto das plantas de hidrólise. Rússia tem a única planta na granulação de lignina na região de Arkhangelsk, enquanto suas reservas no país chegam a dezenas de milhões de toneladas. Em termos de valor calorífico (acima de 21 MJ / kg) e teor de cinzas (menos de 3%), a lignina é uma excelente matéria-prima para a produção de pellets.

A ampliação da base de matéria-prima permite aproveitar o descarte de uma grande quantidade de resíduos biológicos, bem como solucionar os problemas ambientais associados ao seu armazenamento. Mudar de combustíveis fósseis para combustíveis limpos reduz as emissões de substâncias nocivas para a atmosfera. A criação de novas indústrias de pelotas e briquetes cria novos empregos na indústria agrícola e ajuda seu desenvolvimento geral.