Пеллеты из лигнина. Лигнин - что это такое? Лигнин гидролизный

Гидролизный лигнин - прекрасное высококаллорийное топливо и легкодоступное возобновляемое сырье для производства топливных гранул и брикетов.

В настоящее время актуальность вопроса производства альтернативных энергоносителей постоянно возрастает. Для этого имеется ряд причин.

1. Традиционные энергоносители - газ, уголь, нефть - с каждым годом становится добывать все труднее, и это ведет к постоянному повышению их стоимости. Особую актуальность для Украины, как известно, имеет вопрос стоимости импортируемого газа.

2. Запасы традиционных энергоносителей быстро истощаются, что делает производство альтернативных энергоносителей весьма перспективным направлением бизнеса.

3. Производство альтернативных источников энергии стимулируется Правительствами всех развитых стран, в том числе Украины.

Лигнин Горит хранилище лигнина

Пеллета из лигнина Брикет Pini&Key из лигнина

Новым законом "О содействии производству и использованию биологических видов топлива " предприятия-производители биотоплива, в т.ч. топливных гранул и брикетов, освобождены до января 2020г. от налогообложения прибыли. Есть, также, ряд экономических, экологических и социальных предпосылок, способствующих расширению рынка биотоплива вообще, и топливных гранул и брикетов в частности. Но многие бизнесмены, направившие свои усилия и капиталы в этот перспективный сегмент экономики, столкнулись с неожиданными проблемами.

Основная конкуренция в этой отрасли лежит не в сфере сбыта - с ним как раз проблем нет, причем, в основном, вся продукция отгружается на экспорт в страны Евросоюза – а в сфере обеспечения сырьем. Дело в том, что многие предприятия, установившие оборудование брикетирования или грануляции биомассы, в настоящее время работают не в полную мощность, а зачастую вообще простаивают из-за отсутствия сырья. Это связано прежде всего с сезонностью наличия некоторых видов сырья (лузги подсолнечника, соломы, отходов крупяных культур, отходов переработки кукурузы, других видов сельхозсырья), некорректным выбором места установки оборудования (например, удаленность от потенциальных источников сырья), большими логистическими затратами на доставку сырья, имеющего, как правило, очень малый насыпной вес (к примеру, насыпной вес лузги подсолнечника - 100 кг/м3).

В такой ситуации лигнин является хорошей альтернативой сельхозотходам как сырью, так как его запасы имеются в достаточно большом количестве независимо от сезона переработки, лигнин хорошо поддается гранулированию и брикетированию в силу своих отличных связующих свойств, имеет достаточно большой насыпной вес (до 700 кг/м3), делающий рентабельной его перевозку на значительные расстояния даже не в гранулированном виде, обладает хорошей теплотворной способностью, соизмеримой с углем, при гораздо, меньшей зольности, и цена сырья-лигнина сравнительно невысока. Вследствие особых свойств лигнина, в технологии его подготовки к дальнейшему использовании особое значение придается вопросу сушки лигнина.

Если рассматривать лигнин с физико-химической точки зрения, то в изначальном виде это вещество представляет собой сложную опилкоподобную массу, влажность которой доходит до семидесяти процентов. По сути, лигнин - это уникальный комплекс веществ, который состоит из полисахаридов, особой группы веществ, относящихся к так называемому лигногуминовому комплексу, моносахаров, различных минеральных и органических кислот самой разной насыщенности, а также определенной части золы. Гидролизный лигнин представляет собой опилкоподобную массу с влажностью приблизительно 55-70%. По своему составу это комплекс веществ, в который входят собственно лигнин растительной клетки, часть полисахаридов, группа веществ лигногуминового комплекса, неотмытые после гидролиза моносахара минеральные и органические кислоты, зольные и другие вещества. Содержание в лигнине собственно лигнина колеблется в пределах 40-88 %, полисахаридов от 13 до 45 % смолистых и веществ лигногуминового комплекса от 5 до 19 % и зольных элементов от 0.5 до 10 %. Зола гидролизного лигнина в основном наносная. Гидролизный лигнин характеризуется большим объемом пор, приближающимся к пористости древесного угля, высокой реакционной способностью по сравнению с традиционными углеродистыми восстановителями и вдвое большим в сравнении с древесиной содержанием твердого углерода, достигающим 30 %, то есть почти половины углерода древесного угля.

Гидролизный лигнин отличает способность переходить в вязкопластическое состояние при наложении давления порядка 100 МПа. Это обстоятельство предопределило одно из перспективных направлений использования гидролизного лигнина в виде брикетированного материала. Установлено, что лигнобрикеты являются высококалорийным малодымным бытовым топливом, качественным восстановителем в черной и цветной металлургии, заменяющим кокс, полукокс и древесный уголь, а также могут служить для производства угля типа древесного и углеродистых сорбентов. Исследовательские и опытно–промышленные работы ряда организаций показали, что брикетированный гидролизный лигнин может являться ценным сырьем для металлургической, энергетической и химической отраслей народного хозяйства страны, а также высокосортным коммунально-бытовым топливом.

К внедрению могут быть рекомендованы технологические разработки, позволяющие получать следующую брикетированную лигнопродукцию:
- лигнобрикеты для замены традиционных углеродистых металлургических восстановителей и кусковой шихты в производстве кристаллического кремния и ферросплавов;
- малодымные топливные лигнобрикеты;
- брикетированный лигнинный уголь взамен древесного в химической промышленности;
- углеродистые сорбенты из лигнобрикетов для очистки промстоков и сорбции тяжелых и благородных металлов;
- энергетические брикеты из смеси с отсевами углеобогащения.

Топливные брикеты из лигнина представляют собой высококачественное топливо с теплотой сгорания до 5500 ккал/кг, и низким содержанием золы. При сжигании брикеты лигнина горят бесцветным пламенем, не выделяя коптящего дымового факела. Плотность лигнина равна 1,25 - 1,4 г/см3. Коэффициент преломления равен 1,6.

Гидролизный лигнин имеет теплотворную способность, которая для абсолютно сухого лигнина составляет 5500-6500 ккал/кг для продукта с 18-25% - ной влажностью, 4400-4800 ккал/кг для лигнина с 65%-ной влажностью, 1500-1650 ккал/кг для лигнина с влажностью более 65%. По физико-химической характеристике лигнин представляет собой трехфазную полидисперсную систему с размерами частиц от нескольких миллиметров до микронов и меньше. Исследования лигнинов, полученных на различных заводах, показали, что состав их характеризуется в среднем следующим содержанием фракций: размером более 250 мкм - 54-80%, размером менее 250 мкм - 17-46%, и размером менее 1 мкм - 0,2-4,3%. По структуре частица гидролизного лигнина не является плотным телом, а представляет собой развитую систему микро- и макропор, величина его внутренней поверхности определяется влажностью (для влажного лигнина она составляет 760-790 м2/г, а для сухого всего 6 м2/г).

Как показали многолетние исследования и промышленные испытания, проведенные целым рядом научно-исследовательских, учебных и промышленных предприятий, из гидролизного лигнина можно получать ценные виды промышленной продукции. Для энергетики - из исходного гидролизного лигнина можно изготавливать брикетированное коммунально-бытовое и каминное топливо, а из смеси лигнина с отсевами углеобогащения - производить брикетированное энергетическое топливо.

Процесс горения лигнина в технологических топках без прямой отдачи теплоты имеет существенные отличия по сравнению с топками паровых котлов. В них отсутствует лучевоспринимающая поверхность, и поэтому, во избежание шлакования золы, требуется тщательно рассчитывать аэродинамические режимы процесса. Температура ядра факела из-за отсутствия прямой теплоотдачи оказывается более высокой и концентрируется в меньшем объеме, чем в топках паровых котлов. Для сжигания лигнина наиболее целесообразно использовать факельную топку системы Шершнева, обеспечивающую достаточно высокую эффективность для топлив с высокой степенью дисперсности.

Лигнин может быть эффективно использован в качестве топлива для сжигания в теплогенераторе сушильного комплекса для сушки опилки или другой биомассы в линиях по производству топливной гранулы пеллеты и топливных брикетов. Тщательно подготовленное пылевидное топливо по скорости выгорания и полноте сгорания приближается к жидкому топливу. Полное сгорание в факеле обеспечивается при меньшем коэффициенте избытка воздуха, а следовательно, с более высокой температурой. При ведении топочного процесса с малым избытком воздуха обеспечиваются взрывобезопасные условия работы сушильного комплекса, что положительно отличает сушку с прямым использованием топочных газов от способа сушки нагретым воздухом.

Таким образом, лигнин является прекрасным, высококаллорийным топливом и легкодоступным возобновляемым сырьем для производства топливных гранул и брикетов.

Применение порошкообразного лигнина.

Порошкообразный лигнин пригоден в качестве активной добавки в дорожные асфальтобетоны, а также для добавки к мазуту при его использовании в энергетике и металлургии. Гидролизный лигнин, используемый в качестве минерального порошка, позволяет:
1. Повысить качество асфальтобетонов (прочность - на 25%, водостойкость - на 12%, трещиностойкость (хрупкость) - с -14°С до -25°С) за счет дополнительной модификации нефтяного битума.
2. Экономить дорожно-строительные материалы: a) нефтяной битум на 15-20%; b) известковый минеральный порошок на 100%.
3. Значительно улучшить экологическую обстановку в зоне складирования отходов.
4. Возвратить плодородные земли, занятые в настоящее время под отвалы.

Таким образом, проведенные исследования по применению технологического гидролизного лигнина (ТГЛ) в производстве асфальтобетонов показывают, что имеются возможности значительного расширения сырьевой базы материалов для строительства современных автодорог (республиканских, региональных и городских), при одновременном повышении качества их покрытия за счет модификации нефтяных битумов гидролизным лигнином и полной замены дорогостоящих минеральных порошков.

Время на чтение: 2 мин

Пеллеты - высокоэнергетические гранулы, используемые в качестве твердого топлива для бытовых котлов и маломощных производственных котельных.

Первоначально конструкции для создания гранул из отходов растительного происхождения соломы, использовались при производстве комбикорма для нужд животноводства.

Позже это же оборудование стали применять для создания топливных гранул, а область сырья для их производства значительно расширилась, включая все твердые отходы, которые способны сгорать.

Из чего производят топливные пеллеты

Наилучшим и особенно часто встречающимся сырьем для изготовления пеллет считаются отходы древесных пород: хвоя и лиственница.

В промышленном производстве применяются все: опилки, микростружка и горбыль, а также любые отходы деревообрабатывающего производства.

Основные разновидности сырья для изготовления топливных гранул:

• вещества после обработки древесины;
• вещества и мусор от сельского хозяйства: солома, кукурузные стебли, лузга семечек и рисовая шелуха;
• вещества большого мебельного производства.

Стадии производства гранул

Полный технологический процесс производства пеллет можно разделить на шесть этапов:

1. Приготовление исходного сырья и дробление. Древесное сырье распределяют на 2 категории - чистые элементы и кору. Это требуется для выпуска гранул разного качественного состава. Первоначально сырьевые материалы рубят до уровня щепы, а после молотковым измельчителем доводят гранулы до 4 мм.
2. Высушка измельченного материала. Его направляются в сушильный барабан, где снижается влажность от 50% до 15%. Процесс протекает под воздействием горячего воздуха с Т 400С. Эта стадия весьма критична, в случае превышении допустимой Т может произойти разрушение важного компонента дерева - лигнина, ответственного за прочностные параметры энергетических гранул.
3. Увлажнение. Ингредиенты спрессовываются в пеллеты посредством механической сцепки и полимеризации лигнина. Для этого необходимо наличие таких условий, как давление, температура, влага в виде пара.
4. Гранулирование. Устройство гранулятор - базовое в пеллетном комплексе и состоит из мотора, матриц плоской или барабанной модификации, валиков для выдавливания гранул, и ножей для их обрезания.
5. Охлаждение гранул. В результате трения гранулы в пеллетайзере нагреваются до 100 С, технологический процессе предусматривает их охлаждение, после чего они приобретают необходимую твердость.
6. Упаковка. Полученные пеллеты расфасовываются по огромным мешкам - "биг-бэги", с емкостью от 500 до 1000 кг, и в потребительскую расфасовку - мешки по 25 кг. Оптовая закупка для промышленных целей предполагает отпуск гранул насыпью в специализированные приемники.

Где используются пеллеты, какие лучше и как хранить

Большая область применения пеллет - бытовая теплоэнергетика. Благодаря высоким энергетическим свойствам они могут сжигаться в любых твердотопливных котлах.

Западная и отечественная промышленность специально под этот вид топлива разработала котлы длительного горения с полной автоматизацией теплотехнических процессов выработки тепловой энергии на нужды отопления и ГВС.

Относительно небольшая зольность гранул, после процесса сгорания остаются огарки, которые нашли свое применение в качестве натурального удобрения.

Поэтому топливные гранулы не имеют большого количества минпримесей, а также, при производстве, следят за тем, чтобы в них отсутствовали металлические включения.

Пеллеты можно различать по качеству исходя из их цвета, на который влияет сырьевые отходы:

1. Черного цвета получаются при большом содержании коры, гнили несоблюдением технологии.
2. Серые гранулы выходят из неокоренного дерева.
3. Светлые, получаются из хорошей древесины. Они обладают наибольшей теплоотдачей, не в такой степени разламывается, и имеют более высокую цену, чем первые два варианта гранул.

Пеллеты следует сохранять в сухих, вентилируемых помещениях. Температура внутреннего воздуха не имеет значение. Самое главное чтобы мешки с гранулами не соприкасались с грунтом либо бетоном. Наилучшее расположение - на деревянных поддонах.

В Онеге стартовало инновационное предприятие в области альтернативной энергетики - завод по производству пеллет из гидролизного лигнина. Уникальность биотоплива в том, что сырьем для его производства стали исключительно промышленные отходы, лежащие на земле еще с прошлого века.

В Архангельской области сдан в эксплуатацию первый в России завод по производству пеллет из лигнина. Производство налажено ОАО «Бионет» cовместно со специалистами немецкой компании Alligno на базе бывшего Онежского гидролизного завода. Выбор места неслучаен - за время существования в советские годы гидролизной промышленности в Онеге были накоплены значительные запасы лигнина, которые позволят заводу производить по 150 тысяч тонн пеллет в год на протяжении 10-15 лет. Новый завод строился с 2013 года. Общий объем инвестиций в производство составил порядка 40 миллионов евро, из которых 10 миллионов - акционерные инвестиции Газпромбанка, еще 30 миллионов евро было привлечено банком дополнительно в рамках проектного финансирования.

Пеллеты из лигнина по своему назначению аналогичны традиционным древесным пеллетам - они используются в качестве топлива в промышленных котельных для выработки тепла или электроэнергии. Уникальность новых пеллет в инновационной технологии переработки гидролизного лигнина, которая позволяет получать экспортный продукт с высокой добавленной стоимостью и уникальными физическими свойствами.

Теплотворная способность пеллет из лигнина почти на четверть превышает теплотворную способность обычных древесных гранул. Новые пеллеты обладают высокой плотностью, водонепроницаемы и не подвержены самовозгоранию. Это существенно упрощает их хранение и транспортировку.

По мнению ряда отраслевых экономистов, производство пеллет ориентировано в первую очередь на европейские рынки, где проводится политика по снижению доли ископаемого сырья, подкрепляемая программами государственного субсидирования для предприятий, использующих биотопливо. В «Бионете» пока не раскрывают покупателей, уточняя лишь, что сейчас активный интерес к новому продукту проявляют компании из Италии, Германии и Словении.

Помимо экономической составляющей проекта, важна и его социальная значимость для региона. «При полной загрузке завода создается порядка двухсот рабочих мест. Местные бюджеты получат дополнительные доходы в виде налогов. Попутно с деятельностью завода возможно улучшение инженерно-коммунальной инфраструктуры, а также обеспечение благоприятных условий для жизни работников завода и их семей», - рассказал генеральный директор ОАО «Бионет» Игорь Черемнов.

Как отметил министр ТЭК и ЖКХ Архангельской области Игорь Годзиш, производство биотоплива позволяет решить не только проблему, связанную с отвалами лигнина и снизить их негативное воздействие на регион, но и создать инновационный экспортный продукт.

Для Газпромбанка это далеко не первая инвестиция в реальный сектор экономики. Свою заинтересованность в ОАО «Бионет» в Газпромбанке объяснили тем, что исторически отрасль энергетики является одной из ключевых компетенций Газпромбанка в области прямых инвестиций. «Мы уже давно пристально следим за рынком биоэнергетики в России и находимся в постоянном поиске интересных возможностей для инвестирования», - сообщил Сергей Грищенко, заместитель начальника департамента прямых инвестиций Газпромбанка и председатель совета директоров «Бионета». По его словам, высокий уровень реализации проекта позволил привлечь финансирование со стороны немецкого экспортно-кредитного агентства Hermes, что в общем снизило общую стоимость финансирования.

В Газпромбанке не сомневаются в коммерческой успешности проекта и планируют его масштабировать. «После выхода на стабильные показатели работы завода в Онеге и в зависимости от рыночной конъюнктуры, которая сложится на тот момент времени, мы планируем инициировать финансирование создания дополнительных производственных мощностей», - добавил г-н Грищенко.

Об этом стало известно ИАА «Инфобио» по информации, полученном в Техническом университете г. Котбуса. Финансирование проекта осуществляет Европейский союз

Проект по производству нового вида биотоплива - топливных гранул из лигнина запущен в Германии в Техническом университете г. Котбуса совместно с Научно-исследовательским Центром по изучению биомассы в г.Лейпциг и одной компанией, производящей технологическое оборудование.
По мнению специалистов, новый проект позволит, наконец, производить из гидролизного лигнина топливные гранулы (пеллеты) или брикеты высокого качества в промышленном масштабе.
Пилотный проект будет запущен в июне 2013 года. Финансирование осуществляется за счет грандов Евросоюза по программе защиты окружающей среды.
Многие годы сотни научных организаций во всем мире занимаются исследованиями и разработками в области утилизации гидролизного лигнина. Многие из них в разные годы уже внедрены в промышленности. В последнее время актуальность эти работы получают в связи с возросшим интересом к решению экологических проблем и к промышленному использованию в целом биомассы в энергетике. Но без серьезной государственной поддержки, скорее всего «воз (отвал) будет и ныне там».

Россия
Что касается России, то запасы гидролизного лигнина в РФ, составляющие десятки миллионов тонн, сопоставимы с другими отходами переработки древесины - корой, опилками и т.п.
Интересно, что лигнин отличается от древесных отходов большей однородностью и, главное, большей концентрированностью (например, отвалы вблизи гидролизных заводов). В связи с практически полным отсутствием его утилизации, создаются проблемы с экологической точки зрения и с его хранением.
На большинстве гидролизных и биохимических заводах лигнин вывозится в отвалы и загрязняет большие территории.
Многие европейские специалисты, посещая такие заводы подчеркивают, что нигде в Европе не видели такую колоссальную концентрацию неиспользуемого энергетического сырья.
Согласно имеющимся в литературе данным использование гидролизного лигнина в качестве химического сырья в СНГ не превышает 5 % . А по данным International Lignin Institute, в мире используется на промышленные, сельскохозяйственные и другие цели не более 2 % технических лигнинов. Остальное сжигается в энергетических установках или вывозится в отвалы.

Проблема
Проблема утилизации гидролизного лигнина еще с 30-х годов была основной для отрасли. И хотя ученые и практики давно доказали, что из лигнина можно получить прекрасное топливо, удобрения и многое другое, за долгие годы существования гидролизной промышленности и в СССР, и в СНГ, так и не удалось использовать лигнин в полном объеме.
Трудность промышленной переработки лигнина обусловлена сложностью его природы, а также нестойкостью этого полимера, необратимо меняющего свойства в результате химического или термического воздействия. В отходах гидролизных заводов содержится не природный лигнин, а в значительной степени измененные лигниносодержащие вещества или смеси веществ, обладающие большой химической и биологической активностью. Кроме того, они загрязнены другими веществами.
Некоторые технологии переработки, например, разложение лигнина на более простые химические соединения (фенол, бензол и т.п.) при сравнимом качестве получаемых продуктов обходятся дороже их синтеза из нефти или газа.

Проект по производству нового вида биотоплива - топливных гранул из лигнина запущен в Германии в Техническом университете г. Котбуса совместно с Научно-исследовательским Центром по изучению биомассы в г. Лейпциг и одной компанией, производящей технологическое оборудование.

По мнению специалистов, новый проект позволит, наконец, производить из гидролизного лигнина топливные гранулы (пеллеты) или брикеты высокого качества в промышленном масштабе.

Пилотный проект будет запущен в июне 2013 года. Финансирование осуществляется за счет грандов Евросоюза по программе защиты окружающей среды.

Многие годы сотни научных организаций во всем мире занимаются исследованиями и разработками в области утилизации гидролизного лигнина. Многие из них в разные годы уже внедрены в промышленности. В последнее время актуальность эти работы получают в связи с возросшим интересом к решению экологических проблем и к промышленному использованию в целом биомассы в энергетике. Но без серьезной государственной поддержки, скорее всего «воз (отвал) будет и ныне там».

Что касается России, то запасы гидролизного лигнина в РФ, составляющие десятки миллионов тонн, сопоставимы с другими отходами переработки древесины - корой, опилками и т. п.

Интересно, что лигнин отличается от древесных отходов большей однородностью и, главное, большей концентрированностью (например, отвалы вблизи гидролизных заводов). В связи с практически полным отсутствием его утилизации, создаются проблемы с экологической точки зрения и с его хранением.

На большинстве гидролизных и биохимических заводах лигнин вывозится в отвалы и загрязняет большие территории.

Многие европейские специалисты, посещая такие заводы подчеркивают, что нигде в Европе не видели такую колоссальную концентрацию неиспользуемого энергетического сырья.

Согласно имеющимся в литературе данным использование гидролизного лигнина в качестве химического сырья в СНГ не превышает 5 % . А по данным International Lignin Institute, в мире используется на промышленные, сельскохозяйственные и другие цели не более 2 % технических лигнинов. Остальное сжигается в энергетических установках или вывозится в отвалы.

Проблема

Проблема утилизации гидролизного лигнина еще с 30-х годов была основной для отрасли. И хотя ученые и практики давно доказали, что из лигнина можно получить прекрасное топливо, удобрения и многое другое, за долгие годы существования гидролизной промышленности и в СССР, и в СНГ, так и не удалось использовать лигнин в полном объеме.

Трудность промышленной переработки лигнина обусловлена сложностью его природы, а также нестойкостью этого полимера, необратимо меняющего свойства в результате химического или термического воздействия. В отходах гидролизных заводов содержится не природный лигнин, а в значительной степени измененные лигниносодержащие вещества или смеси веществ, обладающие большой химической и биологической активностью. Кроме того, они загрязнены другими веществами.

Некоторые технологии переработки, например, разложение лигнина на более простые химические соединения (фенол, бензол и т. п.) при сравнимом качестве получаемых продуктов обходятся дороже их синтеза из нефти или газа.