РЕЦЕПТ ПЕЛЛЕТ: ЧТО СКАЖУТ ХИМИКИ?

Чаще всего основное исходное сырье в производстве пеллет — отходы от переработки   древесины хвойных пород. Что неудивительно: хвойная древесина обеспечивает стабильно высокие значения показателей их прочности и теплотворной способности.

Однако это сырье и так широко востребовано, оно также пользуется спросом в плитном производстве и других отраслях промышленности. В то же время мировые запасы лиственной древесины  довольно высоки, а в Беларуси, по данным УП «Белгослес», они составляют порядка 40 % от общего лесного фонда.Не зря у крупнейших европейских производителей пеллет стремительно растет интерес к комбинированию древесины различных пород при производстве пеллет. Из лиственной древесины некоторые уже умеют производить не только пеллеты класса ENplus А2 и индустриальные, но и самые качественные — пеллеты, полностью отвечающие стандартам ENplus А1 и DIN+.В БГТУ была проведена серия научно-исследовательских работ для оценки возможности использования большей доли мягколиственных пород в составе пеллет.В каких пропорциях смешать древесину лиственных и хвойных пород без существенных затрат и переоборудования производств, чтобы пеллеты соответствовали уровню международных стандартов, говорим с учеными кафедры химической переработки древесины ­БГТУ — доктором технических наук, профессором Тамарой СОЛОВЬЕВОЙ и кандидатом технических наук Наталией ГЕРМАН.В период 2012 — 2016 гг. ученые занимались разработкой рецептурно-технологических решений по эффективному использованию древесины лиственных пород в композиции пеллет. В лабораторных условиях были изготовлены образцы пеллет из основных лесообразующих пород ­Республики Беларусь: березы, ольхи и сосны. Полученные положительные результаты лабораторных исследований апробированы в промышленных условиях по производству пеллет.

— Получается, существенно увеличив часть лиственной древесины в составе пеллет, тоже можно производить продукт самого высокого качества, вплоть до соответствия высоким требованиям международного стандарта?Наталия ГЕРМАН, кандидат технических наук, ассистент кафедры химической переработки древесины БГТУ:

— Да. Причем определенной композицией можно добиться значений влажности, зольности и даже прочности, сопоставимых с пеллетами, полученными из древесины сосны. При этом наивысших показателей качества пеллет с содержанием мягколиственного сырья мы достигли в композиции пеллет, состоящей из 35 % сосны, 23 % березы и 42 % ольхи.

— Но, скорее всего, в условиях производства так кропотливо дозировать компоненты не будут.

— Безусловно, идеально смешать компоненты непросто. Да мы и не призываем это делать. К примеру, наиболее высокие показатели предела прочности при сжатии пеллет — 4—4,5 МПа — достигаются при содержании в диапазонах композиции пеллет древесины сосны от 15 до 35 %, березы 20—40 %, ольхи 30—65 %. Приближаясь к такой схеме смешения, можно получать продукцию хорошего качества. Результаты наших исследований позволяют предположить наличие синергетического эффекта от использования различных пород древесины на качество пеллет, что подтверждено результатами физико-химических методов исследования.

— Режим гранулирования имеет существенное значение?

— Давление, температура прессования на механическую прочность пеллет, безусловно, оказывают серьезное влияние. Для сосны, ольхи, березы повышение температуры прессования от 100 до 125 0С приводит к существенному увеличению прочности. В этом интервале температур происходит пластифицирование высокореакционных компонентов древесины, таких как лигнин и гемицеллюлозы, которые приобретают свойства связующего древесных частиц. Однако дальнейшее повышение температуры прессования нецелесообразно, так как значения предела прочности пеллет при сжатии практически не изменяются. А далее, при достижении температуры гранулирования 130 0С, под действием начинающихся деструктивных процессов даже наблюдается снижение прочности для всех исследуемых пород. Увеличение давления создаваемого прессующими вальцами в пресс-грануляторе от 5 до 15 МПа закономерно приводит к увеличению прочности при сжатии пеллет от 1,1 до 4,3 МПа. Увеличение давления свыше 13 МПа для сосны и 15 МПа для ольхи и березы нецелесообразно, так как прирост прочности становится сравнительно незначительным.

— Исключительно лиственная древесина совсем непригодна для производства пеллет?

Тамара СОЛОВЬЕВА, доктор технических наук, профессор кафедры химической переработки древесины БГТУ:

«Теплота сгорания пеллет из многих лиственных пород сопоставима с низшей теплотой сгорания сосновых пеллет. Однако более твердую лиственную древесину сложнее прессовать в гранулы, нежели хвойную, создаются высокие нагрузки на оборудование, особенно на расходные части — матрицу и пресс-вальцы. К тому же у лиственных пород высокая зольность — в 3,5 раза превосходит зольность пеллет из хвойных. Гранулы, полученные из древесины ольхи и березы, получаются менее прочными из-за меньшего содержания лигнина (ниже прочности пеллет из сосны на 11 и 18 % соответственно). Чтобы достичь механической прочности, свойственной пеллетам, изготовленным из хвойных пород, мы, к примеру, предварительно обрабатывали лиственное сырье насыщенным паром.»

— Был результат?

— Даже в промышленных условиях достигли положительного результата путем обработки исходного древесного сырья перед гранулированием насыщенным паром. Причем состав сырья был следующий: береза — 35 %, ольха — 20 %, осина — 40 %, сосна — 5 %. Что интересно, использовали матрицу с длиной эффективного прессующего канала 33 мм вместо обычной 45 мм. Поскольку термическая обработка лиственной древесины занимает меньше времени, чем обработка хвойной, за счет этого снизилось и потребление электроэнергии. Плотность пеллет из композиции лиственных пород древесины после обработки паром была сопоставима с показателем плотности пеллет из древесины сосны. Действие насыщенного пара привело к активированию компонентов древесины, созданию новых функциональных групп, усиливающих адгезионные взаимодействия, то есть сцепление поверхностей разнородных тел, в процессе образования пеллет. Происходило дополнительное увлажнение древесных частиц паром, в результате чего температура в пресс-грануляторе увеличивалась со 110 до 120 0С. Высокая температура прессования поспособствовала быстрому протеканию реакций и накоплению все большего количества высокомолекулярных соединений, в основном за счет высокореакционной гемицеллюлозы. Расплавленные и размягченные компоненты заполнили пустоты между волокнами и капиллярную и субмикрокапиллярную системы клеточных стенок. При этом увеличивалось количество сшивок между молекулами компонентов древесины, в том числе и пространственных, которые и обеспечили формирование прочных изделий.

Наталия ГЕРМАН:

— Также хороший результат был получен по повышению механической прочности за счет введения в сырьевую композицию химического реагента альбумина — известной упрочняющей добавки в древесно-плитном производстве. Альбумин — природный белковый продукт, поэтому его использование не нарушает экологических требований, которые предъявляют к пеллетам за рубежом. По технологии, включающей частичную замену 30 % древесины сосны на лиственную древесину в композиции пеллет, была выпущена опытно-промышленная партия пеллет объемом более 50 тонн. Полученные по разработанной технологии пеллеты по всем показателям качества достигли требований СТБ 2027 и ЕN 14961-2. Механическая прочность (содержание древесной пыли при истирании гранул) в процессе получения пеллет не превысила 0,5 %. Это хороший результат.

— С влажностью вы тоже поработали?

— В современных технологических процессах получения пеллет всегда функционирует операция сушки исходной измельченной древесины до остаточной влажности 6—10 % (чаще всего 6—8), потому как повышенное содержание влаги в пеллетах под действием усиленного парообразования приводит к снижению их прочностных свойств. Проведенные нами совместно с работниками предприятия по производству пеллет исследования и промышленные испытания показали, что введение в композицию пеллет хлорида натрия, известного в быту под названием поваренной соли, предотвращает вскипание влаги в процессе прессования пеллет и позволяет использовать древесное сырье с повышенной влажностью. При этом расхода хлорида натрия (в виде технического продукта, а также в виде отхода калийного производства — галита) в количестве 0,3 к а.с.д оказалось достаточным для получения высококачественных пеллет из исходной древесины с влажностью от 15 до 18 %.

Тамара СОЛОВЬЕВА:

— Как показывает практика, производить пеллеты самого высокого качества из древесины лиственных пород или из смеси с хвойной целесообразно. Эффект будет зависеть главным образом от вида и обработки исходного древесного сырья и процентных соотношений его породного состава. Можно также использовать добавки или отказаться от них. У БГТУ имеются два патента на изобретение Республики Беларусь, в которых изложены разработанные нами рецептурно-технологические решения по эффективному получению пеллет.По мнению ученых, шире проработав эту тему, можно получить устойчивый экономический эффект, который при любом варианте будет значительным.