Перспективы развития гидролизного производства



Дата23.10.2018
өлшемі87.49 Kb.

С.О. Медведев (аспирант)



ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГИДРОЛИЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА

г. Лесосибирск, ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», Лесосибирский филиал


Современное состояние лесной промышленности России требует структурных изменений практически во всех направлениях своей деятельности. Одними из важнейших подотраслей при этом являются лесохимическая и химическая. Среди таких производств выделяется гидролизное, способное стать в ближайшей перспективе крупным источником поступлений в бюджеты различных уровней за счет производства разнообразной продукции. В гидролизном производстве в качестве сырья используются разнообразные древесные и сельскохозяйственные отходы, низкокачественная стволовая древесина. Данный факт позволяет считать гидролиз одним из наиболее оптимальных и эффективных способов утилизации древесных отходов [1].

Гидролизное производство представлено следующими направлениями:



  • дрожжевое – переработка сахаров в белковые кормовые дрожжи;

  • спиртодрожжевое – гексозные сахара перерабатывают на этанол, пентозные – на дрожжи;

  • ксилитно-дрожжевое – получение ксилозы из пентозанов, дрожжей – из гексозанов;

  • фурфурольно-дрожжевое – получение фурфурола из гемицеллюлоз, белковых кормовых дрожжей – из целлюлозной части.

Древесное сырье (хвойное и лиственное) пригодно для производства дрожжей. В его общем балансе хвойная древесина составляет примерно 70 %, лиственная – 30 %. Для переработки из хвойных пород используются ель, сосна и лиственница, из лиственных – береза и осина.

Такие отходы, как опилки, стружки, щепа, после экстракции не нуждаются в дополнительной обработке для использования в гидролизном производстве. Другие отходы (горбыль, рейки, шпон, «карандаш», лесосечные отходы) требуют сортировки, измельчения, промывки, удаления инородных включений и т.д. Согласно стандартам щепа для гидролизного производства должна иметь следующие размеры (мм): длина вдоль волокна 3–3,5, толщина до 5. Размер опилок не нормируется. Сырье может содержать минеральных примесей (пыль, песок) до 1,0 %; гнили до 6 %; коры до 12 %. Не допускается присутствие обугленных частиц.

Существует ряд сложившихся гидролизных схем, две из которых рассмотрены в таблице 1 [2].
Таблица 1. Выход товарной продукции из 1 т хвойной древесины

Продукция

Схема 1 (получение спирта и дрожжей)

Схема 2 (получение дрожжей)

Этиловый спирт (абс. алкоголь), л

175-182

-

Дрожжи кормовые (влажность 10 %), кг

32

225-235

Метанол, кг

2,0

2,0

Фурфурол-сырец (94%), кг

5,6

5,6

Сивушные масла, кг

0,3

-

Углекислота (жидкая), кг

70




Эстрихгипс, кг

225

225

Лигнин (абс. сухой), кг

380

380

При гидролизе древесного сырья первостепенное значение имеет его углеводный состав. В зависимости от состава выделяется два основных вида сырья: древесина хвойных пород и пентозансодержащее сырье. Последнее включает: древесину и отходы лиственных пород, одубину, отходы переработки сельскохозяйственного сырья, малоразложившийся торф [3].

Возможность переработки мягких древесных отходов Лесосибирского промышленного узла, являющегося крупнейшим деревоперерабатывающим центром Красноярского края, в гидролизном производстве указывает на приоритетность его направления с получением этилового спирта и дрожжей, т.е. спиртодрожжевого. Требование производства, вырабатывающего как минимум два основных продукта, диктуется состоянием и развитием рынка, финансовыми условиями хозяйствования. В этой связи менее оправдано дрожжевое монопроизводство, с выпуском одних белковых кормовых дрожжей. В условиях финансовой нестабильности, затруднений с реализацией и организацией потребления данной продукции наличие высоких рисков указывает на сложность принятия проектов, предусматривающих производство одного вида товара. Более обоснованным представляется внедрение гидролизных предприятий спиртодрожжевого, фурфурольно-дрожжевого и ксилитно-дрожжевого профилей.

Каждое из этих направлений базируется на использовании специфических видов сырья, обеспеченность которым играет ключевую роль в выборе специфики гидролизного производства для реализации в Лесосибирском лесопромышленном комплексе. Основным видом потребляемого древесного сырья в ксилитном производстве является древесина березы, фурфурольном – березы и осины, спиртовом – хвойных пород. По этой причине при утилизации мягких древесных отходов, основную массу которых составляют опилки, стружка и пыль древесины хвойных пород, оптимальным вариантом реализации гидролизного производства служит спиртодрожжевое направление. Не исключается также, что при потребности в продукции двух других направлений и наличия достаточного количества сырья лиственных пород возможность организации и других профилей гидролизной промышленности.

В данном случае более перспективным выглядит фурфурольно-дрожжевое направление, предусматривающее использование более широкого вида сырья. Оно позволяет существенно варьировать качественные и количественные показатели производственных процессов, сырья и готовой продукции.

Принятие решения о реализации фурфурольно-дрожжевого направления возможно также при детальной проработке его экономической составляющей. Основными факторами, влияющими на принятие решения, являются востребованность, рентабельность и перспектива реализации фурфурола. Широкий перечень дополнительных условий для его организации обусловлен получением, хотя и в небольшом объеме (5,6 кг/т абс. сухой древесины) фурфурола-сырца в спиртодрожжевом производстве. Это означает, что при функционировании последнего устраняется потребность в фурфуроле.

Гидролизное производство многостадийно. При этом каждый технологический этап сопровождается изменением качественных показателей используемого сырья, включением новых и удалением образующихся продуктов. Принципиальная схема спиртодрожжевого производства представлена на рисунке 1 [2].

Гидролизное производство характеризуется относительно невысоким выходом основной товарной продукции. Остающаяся часть биомассы и используемых материалов превращается в отходы. Выход побочной продукции из 1 т абс. сухого сырья следующий: технический лигнин – 350-400, диоксид углерода – 70-90, шламовые отходы – 150-225, вещества отработанной культуральной жидкости – 100-150 кг. Важно обеспечить их рациональное применение. Представляется, что эффективным потреблением углекислоты в условиях Лесосибирского комплекса может стать получение СО2-экстрактов из древесной зелени – достаточно дорогостоящего и востребованного продукта. Возможности переработки других отходов могут быть оценены при их детальном рассмотрении.



Рис. 1. Принципиальная схема спиртодрожжевого производства


Гидролизный лигнин является наиболее крупнотоннажным отходом спиртодрожжевого производства, который на российских предприятиях пока не находит должного потребления. Его практическое использование является важной частью мало- и безотходных технологий с обеспечением прибыльности предприятия. В частности, гидролизный лигнин может утилизироваться как топливо с улавливанием сернистого газа, использоваться для производства пьезотермопластиков, служить сырьем в биогазовом производстве с получением газа и удобрений и непосредственно в качестве удобрения [4].

Технический гидролизный лигнин представляет собой препарат в виде рыхлой коричневой массы, которая состоит из частиц размером от 1 мкм до 20 мм. Его основные физические характеристики: влажность – до 70 %, плотность – 1,35-1,4 г/см3, насыпная плотность – 0,27-0,46 г/см3, зольность – 0,7-12,0 %. В состав гидролизного лигнина входят: серная кислота – 0,5-2, редуцирующие вещества – 1,1-10,0, смолистые продукты – 7,6-19,1, полисахариды – 12,6-31,9, лигнин – 48,3-72,0 %. Основные возможные пути его переработки в Лесосибирском комплексе рассмотрены ниже.

Древесина практически целиком состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Первые два вида представляют углеводороды, последний – полимерное фенольное соединение. Лигнин содержит значительное количество углерода и водорода, являющимися основными носителями производства теплоты. Вследствие этого он обладает высокой теплотворной способностью.

Использование гидролизного лигнина в качестве топлива улучшает общую экономическую эффективность производства, снижает образование отходов, позволяет экономить до трети альтернативных источников топлива. Его брикетирование улучшает общие потребительские свойства и способствует более качественному использованию в качестве энергетического топлива.

Производство плитных и прессованных материалов является быстрорастущим сегментом мировой деревоперерабатывающей отрасли. Превосходя по ряду показателей материалы из натуральной древесины, они могут получаться из отходов ее производства и использоваться во многих направлениях. Расширение ассортимента продукции, внедрение современных технологий, отвечающих мировым тенденциям, необходимо для успешного существования и развития деревоперерабатывающих предприятий, в частности, расположенных в Лесосибирском узле. Однако в условиях отлаженного здесь крупного производства древесноволокнистых плит использование исходных древесных отходов для получения альтернативных материалов представляется затруднительным. В этой связи получение пьезотермопластиков из гидролизного лигнина является оптимальным решением, позволяющим решить проблему утилизации этого отхода и получать плитную продукцию с возможностью реализации по отлаженным схемам совместно с ДВП.

Рациональным способом потребления гидролизного лигнина и его производных является их утилизация в сельском хозяйстве. Негативными факторами, затрудняющими его использование в данном направлении, служат повышенная устойчивость к разложению и наличие остаточной серной кислоты. Активизация микробиологических процессов и обогащение питательными веществами лигнина может осуществляться путем нейтрализации известью, щелочью, аммиаком; обогащением солями калия и фосфора; компостированием; посредством различных модификаций и т.д. Два основных направления – приготовление компостов и различных удобрений на основе лигнина [5].

Известны и другие направления потребления гидролизного лигнина: как топливно-выгорающей добавки в производстве керамических материалов; сырья для получения феноллигниновых полимеров; различных строительных материалов и др. [6]. Однако в условиях Лесосибирского промышленного узла без дополнительного совершенствования технологии и решения ряда экономических проблем последние из видов утилизации лигнина вряд ли будут целесообразными. Тем не менее, при наличии потребности в этой продукции и соблюдении условия экономической рентабельности и заинтересованности со стороны предприятия в производстве, отдельные направления могут быть реализованы на практике.

Таким образом, развитие современного гидролизного производства должно сопровождаться одновременным использованием образующихся отходов, в частности гидролизного лигнина. Это способствует улучшению экономического положения как предприятий, так и населения, оздоровлению экологической ситуации в местах размещения предприятий.


Список литературы.

  1. Медведев, С.О. Возможности рационального использования древесных отходов в Лесосибирском лесопромышленном комплексе: монография / С.О. Медведев, С.В. Соболев, Р.А. Степень. – Красноярск: СибГТУ, 2010. – 85 с.

  2. Зингель, Т.Г. Автоматизация биотехнологических производств [Текст] / Т.Г. Зингель. – Красноярск: СибГТУ, 2008. – 270 с.

  3. Холькин, Ю.И. Технология гидролизных производств [Текст] / Ю.И. Холькин. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. – 496 с.

  4. Левин, Б.Д. Об утилизации гидролизного лигнина [Текст] / Б.Д. Левин, Т.В. Борисова, С.М. Воронин // Достижения науки и техники – развитию города Красноярска. - Красноярск: КГТУ , 1997. - С. 38-39.

  5. Хмелинин, И.Н. Эколого-биологические основы включения гидролизного лигнина в почвообразование [Текст] / И.Н. Хмелинин, В.М. Швецова. – СПб.: Наука, 2000. – 144 с.

  6. Мосягин, В.И. Экономические проблемы использования лигнина [Текст] / В.И. Мосягин. – Л.: ЛГУ, 1981. – 196 с.



Достарыңызбен бөлісу:


©stom.tilimen.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет