ПЕЛЛЕТЫ ИЗ ОТХОДОВ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА (ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА) И СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК C10L5/44 C10L5/40 C10L5/00 C07G1/00 

Пеллеты ИЗ ОТХОДОВ деревообрабатывающего производства (гидролизного лигнина) и способ их изготовления

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии, биоэнергетики в частности к изготовлению биотоплива, топливных гранул из отходов деревоперерабатывающей промышленности, гидролизного лигнина и предназначенных к использованию с целью высвобождения тепловой энергии методом сжигания в широком списке теплоэнергетических установок с эмиссией, при их сжигании стремящейся к нулю.

Известные ранее способы получения топлива из лигнина всех его разновидностей путем смешивания его с присадками и примесями имеющими невысокую температуру розжига и воспламенения, а именно с перечнем материалов или химических соединений нефтехимической промышленности нефтяным шлаком, гудроном, крекинг-остатком, термогазойлем, тяжелым газойлем каталитического крекинга, асфальтами и экстрактами масляного производства, смолой пиролиза или мазутом топочным или жидким либо пастообразными продуктами коксования и полукоксования угля, каменноугольной смолой, пеком, смоляными фусами или с кубовыми остатками и отходами органических производств в массовом соотношении от 9:1 до 1:9, преимущественно от 2:1 до 1:3. Гудрон, мазут топочный и каменноугольный пек при этом разжижают путем нагрева до 80-150ºС (по патенту RU2129142, кл. C10L 9/10, C10L 5/14, C10L 5/44 опубл. 20.04.99).

Недостатком приведенного способа использования или применения лигнина является негативное воздействие получаемого топлива (химического соединения) на окружающую среду при сжигании и оказание негативного воздействия в случаях хранения и производства.

Ранее известные способы получения топливных брикетов из растительной смеси, включающий измельчение, сушку, смешение компонентов смеси и последующее прессование, отличающийся тем, что в качестве растительной смеси используют смесь технического гидролизного лигнина с древесными отходами при следующем соотношении компонентов, мас.%: древесные отходы - 30 - 60; технический гидролизный лигнин – остальное (по патенту RU2131912, кл. C10L 5/44 опубл. 20.06.99).

Недостатком данного способа является неустойчивость технических и экологичных характеристик, в частности прочность и зольность, продукт образования золы, как остаточного продукта горения, из-за включения в состав брикетов древесных отходов низкого качества.

Наиболее близким к предлагаемому решению гранулирования гидролизного лигнина, можно считать способ брикетирования гидролизного лигнина, включающий распульповывание исходного продукта, нейтрализацию и обогащение лигниновой пульпы, далеее обезвоживание пульпы, сушку обезвоженной лигниновой массы и ее последующее брикетирование. Обогащенную лигниновую пульпу обезвоживают путем формирования лигниновых плит с остаточной влажностью не более 45%. Последние затем высушивают под воздействием электромагнитного поля, токов высокой частоты. Дезинтегрированный продукт, подготовленную лигниновую массу, передают на прессование брикетов (по патенту RU2132361, кл. C10L 5/44 опубл. 27.06.99).

Отличием данного способа является необходимость дополнительных операций по обогащению сырья и как следствие удлинение времени прохождения входным сырьем технологического процесса. Далее дробления полученных и сформированных плит после сушки, что требует наличия дополнительного оборудования, подразумевающего частую замену рабочих поверхностей и малую производительность. Немаловажным замечанием может стать дальнейшее использование полученного продукта при сжигании, возможного только в специально подготовленных топках котельного и топочного оборудования, с использованием подающего транспорта, обычно отличающегося от общепринятых угольных для котлов, работающих на пеллетной продукции.

Положительный техноэкономический результат предлагаемого изобретения, производства топливных пеллет из гидролизного лигнина состоит в повышении технологичности при производстве биотоплива, снижением энергетических затрат, простотой в подборе технологического оборудования, отсутствие отходов, низким процентом эмиссии. Полное соответствие требованиям и законодательным актам в вопросах энергосбережения, требований экологии районов и местностей при дальнейшем применении и промежуточном хранении, полученного продукта уже в качестве высококачественного топлива на основе биомассы.

Заявленный технический результат достигается тем, что пеллеты из гидролизного лигнина выполнены в виде топливных гранул, спрессованного лигнина. Лигнин используемый в качестве сырья при производстве топливных пеллет, получен методом гидролиза древесных отходов и перед переработкой, и перед прессованием проходит тонкую очистку с сортировкой на фракции с последующим удалением минеральных элементов не горючих включений и мусора, влияющих на увеличение процента зольного остатка и некачественных загрязняющих выбросов при сжигании.

В частном случае гидролизный лигнин уже в статусе обогащенного производными остатками гидролизного производства в количестве 1-20% (мас.). Отходы гидролизного производства включают в себя остаток из инвертора, шламы горячего отстоя, шламы холодного отстоя, шламы органические производственных сточных вод, органические соединения, метоксильные группы, карбоксильные группы, карбонильные группы, фенольные гидроксиды и твердые углеводороды.

Изготовление пеллет из гидролизного лигнина осуществляется следующим образом.

Лигнин гидролизный полученный методом гидролиза с применением слабых растворов серной кислоты ослабленных в процессе известковыми присадками и отходов древесины лесопереработки выбирается механическим способом из отвалов складирования и хранения, затем транспортируется на производство для переработки.

В процессе переработки проходит несколько стадий до подготовки.

Подготовка и сортировка к переработке (удаление металлических предметов, строительных включений и мусора, также не гидролизованной древесины).

Подготовка гидролизного лигнина к сушке. На данной стадии происходит смешение части сухого лигнина гидролизного, прошедшего стадию сушки и лигнина гидролизного поступающего на производство с приобретенной в период хранения влажностью 65%. При смешении происходит усреднение-выравнивание влажности лигнина гидролизного, до требуемого технологического показателя, который должен быть равен 49 – 54%. Влажность входного сырья должна входить в зависимость с биомассой, имеющей влажность менее 14% и требуемой для выравнивания последующего баланса влажности сырья до смешения.

Сушка гидролизного лигнина производится в сушильных агрегатах барабанного типа без прямого взаимодействия участвующего в процессе пара и полного исключения взаимодействия сырья с открытым огнем или источниками высоких температур или узлов и генераторов.

Подача глухого пара осуществляется в пучки труб, характерной начинки применяемого сушильного агрегата. Сушка происходит в межтрубных пазухах сушильного барабана, с методичным, принудительным перемешиванием, по средствам установленных лопаток и рыхлителей. Сушка лигнина гидролизного производится до достижения показателя влажности 8-14 %.

Тонкая очистка лигнина гидролизного. Высушенный гидролизный лигнин (сырье) подается на стадию тонкой очистки, с последующим разделением по фракциям, по средствам пирамидных наборов сит, используя для транспортировки и перемещения механическое побуждение и потоки ориентированного сжатого воздуха. В процессе предусмотрено удаление минеральных включений и компонентов из органической части состава лигнина гидролизного. Далее выравнивание фракционного состава просеиваемого материала до фракции готовой смеси к перемещению в накопитель для последующего прессования (гранулирования). Процесс разделения на фракционные составляющие, по средству тонкой очистки сырья в последующем влияющий на склеивание при формировании цилиндра продукта, физические характеристики и химический состав.

Прессование в пеллеты. Накопленный объём подготовленной однородной массы в дальнейшем переходит в стадию приготовления к прессованию. Подготовительный период краткосрочен и заключается в увлажнении подаваемого лигнина гидролизного с собственной влажностью колеблющуюся в пределах от 10-16% водой водопроводной без дополнительной подготовки с температурой в интервале от 4 – 10ºС. Прессование, как уплотнение подготовленной массы по средству подачи ее в пресс-гранулятор, а именно в технологическую подвижную пазуху между роликами прижимными и матрицей перфорированной, являющих собой радиус рабочей, сверхпрочной поверхности. Продавливание подаваемого просушенного и очищенного материала, лигнина в сквозные отверстия диаметром теоретически принятыми около 8мм и глубиной около и срезание наружным ножом образуемого цилиндра дает готовый продукт, гранулу лигниновую, топливные пеллеты.

Далее полученный продукт проходит систему охлаждения и в специально устроенном охладителе. Охлаждение осуществляется потоком воздуха подаваемого при помощи вентилятора. После охладителя пеллеты проходят стадию просеивания, отделения образовавшейся мелкой фракции и некондиционного продукта. Полученный отсев возвращается на стадию гранулирования и повторно проходит прессование.

Просеянная готовая продукция перемещается в силоса –накопители. Процесс завершен.

Применение - горение. Пеллеты лигниновые при горении не выделяют запах, горение проходит спокойно, управляемо, ровным ковром на колосниковой решетке, подвижного или статического вида. Дым при сжигании пеллет из лигнина гидролизного практически бесцветен, унос пламени в пределах норм и правил теплоэнергетики, раздел использование и применение твердого топлива и твердотопливных котла агрегатов. Горение лигниновых топливных пеллет, так же сравнимо с условиями горения топливных пеллет из чистой древесины, угля каменного. За счет низкого процента содержания серы в пеллетах гидролизных выбросы в атмосферу двуокиси серы имеют низкое значение, стремящееся к нулевому показателю. Сжигание пеллет лигниновых все же качественно отличаются от прожига классических топливных гранул из древесины, как в смысле высвобождения тепловой энергии. Так же экологически и экономически, лигниновые гранулы, выигрышней каменного угля, и жидкого топлива. Использование лигниновых пеллет позволяет автоматизировать процесс загрузки, подачи в топочное устройство и регулировать процесса горения. Использование пеллет лигниновых благодаря высокой теплотворной способности равной 20-21,5Мдж/кг, выше древесного продукта и равный по теплотворности углю высокого качества 5100 Ккал/кг. Размер (фракционный), высокая плотность после прессования характеризующаяся прочность полученного продукта и колеблется в пределах 98-99,5%. Насыпная плотность 750кг/м3, способствует уменьшению количества транспортной тары при перемещении топливных лигниновых пеллет к месту прожига (использования). Пеллеты могут широко использоваться в качестве топлива для автоматизированных котельных, как бытового, так и промышленного уровня без существенных изменений в конструкции, предварительной модернизации и реконструкции существующих образцов и вариантов котельного оборудования. Пеллеты из гидролизного лигнина исходя из своих физико-химических характеристик обладают уникальными способностями и возможностями доступного хранения в различных условиях доступного хранения, при текущих атмосферных условиях без учета времени года, атмосферных осадков, их вида и количества, без изменения своей теплотворной способности и сохранения геометрической формы. Еще одной уникальной способностью является их безупречная гидрофобность, так они не впитывают влагу, на глубину всего тела полученного цилиндра, а отталкивают ее. Но еще уникальным свойством является восстановление первоначальной влажности, после воздействия влажной среды. Предусмотренные техническими условиями первоначальные характеристики, пеллеты приобретают по средству воздействия изменения влажности окружающей обстановки или при принудительных воздействиях потоками воздушных масс. Одним словом, происходит высыхание.

Благодаря правильной форме, небольшому размеру и однородной консистенции гранулы можно пересыпать через рукава вакуумных перегружателей или рукава без механического побуждения перемещения, а по заранее устроенному уклону желоба используя силу ускорения свободного падения тел под воздействием удельного, физического веса. Это позволяет не только автоматизировать процессы погрузки-разгрузки и также обеспечить равномерное дозирование топлива при сжигании, а также достигать экономии электроэнергии при перемещении.

На сегодняшний день пеллеты по стоимости тепла сопоставимы с углем, однако последний плохо поддается внедрения в процессы автоматизации и основные операции – загрузку/удаление шлака приходится выполнять с привлечением техники отбора золы или вручную, в зависимости от вида котельного оборудования. Немаловажным аспектом является отсутствие зольного остатка, как следствие отсутствие затрат за утилизацию. Образование шлака при использовании пеллет минимально менее и равное 3% от сжигаемой массы лигниновой гранулы.

В отличие от других видов топлива получаемого по методу гранулирования и прессования, в процессе изготовления не учувствуют сторонние добавки и присадки, химические вещества, поэтому не вызывают аллергическую реакцию у людей.

По своим теплотворным способностям, удобства использования, хранения, транспортировки, применения в существующем тепловом оборудовании, как промышленного, так и бытового назначения, и экологическим качествам пеллеты – это промежуточное звено между углем и газовым топливом, но более мобильное и безопасное.

Изобретение раскрывает пеллеты из гидролизного лигнина, выполненные в виде топливных гранул, спрессованных из гидролизного лигнина, полученного методом гидролиза древесных отходов растворами серной кислоты, характеризующиеся тем, что перед переработкой гидролизный лигнин обогащается производными отходами гидролизного производства, а перед прессованием проходит тонкую очистку с сортировкой на фракции с последующим удалением минеральных элементов и уменьшением зольности. Также раскрывается способ изготовления пеллет из гидролизного лигнина. Технический результат заключается в получении пеллет, которые имеют оптимальные характеристики: имеют высокую теплотворную способность, высокую механическую прочность, и при их сжигании не образуется зольного остатка. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

1. Пеллеты из гидролизного лигнина выполнены в виде топливных гранул, спрессованных из гидролизного лигнина, полученного методом гидролиза древесных отходов растворами серной кислоты, отличающиеся тем, что перед переработкой гидролизный лигнин обогащается производными отходами гидролизного производства, а перед прессованием проходит тонкую очистку с сортировкой на фракции с последующим удалением минеральных элементов и уменьшением зольности.

2. Способ изготовления пеллет из гидролизного лигнина по п.1, включающий в себя очистку, смешение, сушку и прессование и отличающийся тем, что перед переработкой гидролизный лигнин обогащается производными отходами гидролизного производства, а перед прессованием проходит тонкую очистку с сортировкой на фракции с последующим удалением минеральных элементов и уменьшением зольности.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что гидролизный лигнин обогащается производными отходами гидролизного производства в количестве 1-20% мас.