У статті подано короткий огляд технологій виробництв паливних гранул на основі деревної сировини. Наведено порівняльний аналіз гранул, отриманих за розглянутими технологічних процесів. Зроблено висновки про економічну і технологічної доцільності використання представлених технологій з використанням в якості сировини деревних відходів

Анотація наукової статті по промисловим біотехнологій, автор наукової роботи - Медведєв Сергій Олегович, Терентьєв Іван Ігорович


ANALYSIS OF TECHNOLOGIES FOR THE PRODUCTION OF FUEL PELLETS BASED ON RAW WOOD

The article presents a brief overview of the technologies for the production of wood-based pellets. The work gives disadvantages and advantages of the products manufactured using the surveyed technologies. A comparative analysis of the granules obtained by the considered technological processes is given. The conclusions are made about the economic and technological feasibility of using the presented technologies using wood waste as a raw material


Область наук:
  • промислові біотехнології
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Політематичний мережевий електронний науковий журнал Кубанського державного аграрного університету

    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ виробництв паливних ГРАНУЛ НА ОСНОВІ ДЕРЕВНОГО СИРОВИНИ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ виробництв паливних ГРАНУЛ НА ОСНОВІ ДЕРЕВНОГО СИРОВИНИ»

    ?УДК 630.181

    06.01.01 Загальне землеробство, рослинництво

    АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ виробництв паливних ГРАНУЛ НА ОСНОВІ ДЕРЕВНОГО СИРОВИНИ

    Медведєв Сергій Олегович Кандидат економічних наук, доцент SPIN-код (РИНЦ): 1652-1042

    UDC 630.181

    General agriculture and crop production

    ANALYSIS OF TECHNOLOGIES FOR THE PRODUCTION OF FUEL PELLETS BASED ON RAW WOOD

    Medvedev Sergey Olegovich

    Candidate of Economic Science, associate professor

    SPIN-code (RSCI): 1652-1042

    Терентьєв Іван Ігорович

    магістрант

    e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Сибірський державний університет науки і технологій імені академіка М. Ф. Решетньова (філія СібГІУ в м Лесосибирска), 662543, Російська Федерація, місто Лесосібірск, вул.Перемоги, будинок 29

    У статті подано короткий огляд технологій виробництв паливних гранул на основі деревної сировини. Наведено порівняльний аналіз гранул, отриманих за розглянутими технологічних процесів. Зроблено висновки про економічну і технологічної доцільності використання представлених технологій з використанням в якості сировини деревних відходів

    Ключові слова: АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ, паливні ГРАНУЛИ, ТОРРЕФІКАЦІЯ, Біовугілля, гідротермальні карбонізації, БІОЕНЕРГЕТИКА

    Doi: 10.21515 / 1990-4665-149-018

    Terentyev Ivan Igorevich master student e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Siberian State University of Science and Technology

    named after M.F.Reshetnev

    662543, Lesosibirsk, Russian Federation

    The article presents a brief overview of the technologies for the production of wood-based pellets. The work gives disadvantages and advantages of the products manufactured using the surveyed technologies. A comparative analysis of the granules obtained by the considered technological processes is given. The conclusions are made about the economic and technological feasibility of using the presented technologies using wood waste as a raw material

    Keywords: TECHNOLOGY ANALYSIS, FUEL PELLETS, WOOD TORREFACTION, BIO-COAL, HYDROTHERMAL CARBONIZATION, BIO-ENERGY

    Біоенергетика вносить істотний внесок в глобальну енергетику, забезпечуючи при цьому скорочення викидів парникових газів та інші екологічні переваги [1]. На сьогоднішній день за рахунок переробки біомаси в паливо забезпечується близько 10% загальносвітового енергоспоживання [2]. При цьому багатьма дослідниками визнається тенденція до збільшення впливу біоенергетики на світове господарство.

    За підсумками 2018 року обсяг експортованих деревних паливних гранул з Росії в Європу і Азію досяг 1,44 млн. Тонн, в 2017 році цей показник дорівнював 1,345 млн. Тонн. Даний факт свідчить на

    користь затребуваності даної продукції і бурхливому розвитку виробництва деревних паливних гранул не тільки в Росії, але і в світі [3-5].

    Технологія виробництва деревних паливних гранул з моменту її виникнення в 1947 році не зазнала істотних змін і до цього дня. Весь процес виробництва можна умовно розділити на кілька етапів: попереднє подрібнення деревної сировини, сушка до необхідної вологості, доізмельченіе сировини, кондиціювання, пресування, охолодження готових гранул, їх фасування й упакування.

    Поряд з розвитком традиційного пеллетного виробництва, з'явилася тенденція вивчення і впровадження технології випуску торрефіцірованних пелет, відомих в світі під назвою «bюcoal». Основні потужності виробництва біовугілля зосереджені в США і Канаді [6]. Це пов'язано з тим, що основним споживачем пеллет є Євросоюз. Даний факт веде до того, що транспортна складова витрат виробників з Америки дуже суттєва. У той же час, пелети, вироблені за коштами випалу, мають велику насипну

    3

    щільність (750-850 кг / м), що дозволяє цим країнам скоротити витрати на транспортування продукції до споживача. Серед достоїнств торрефіцірованних гранул також можна відзначити збільшення теплотворної здатності, менші витрати енергії на помел сировини перед гранулювання [7], невибагливість в способах зберігання обумовлену високу стійкість до поглинання вологи і розкладанню, можливість спалювання з викопним вугіллям. В Євросоюзі також вивчають даний метод виробництва, і сьогодні вже існують заводи-виробники торрефіцірованних гранул на території окремих Європейських країн [8]. У Росії в 2015 році був відкритий перший і єдиний на даний момент часу завод з виробництва торрефіцірованних гранул з лігніну в Архангельській області

    компанією ВАТ «Біонет» із заявленою продуктивністю 70000 тонн в рік [9].

    Технологія торрефікаціі в основі своїй схожа з технологією виробництва деревного вугілля. Процес проходить в умовах відсутності кисню при повільному нагріванні підготовленої сировини до діапазону температур від 250 до 300 ° С в залежності від використовуваного сировини і інших нюансів технологічного процесу. Необхідно відзначити, що різне співвідношення часу нагріву, температури, а також видів і якості деревини, створює унікальний торрефікат, при цьому деревина втрачає до 30% маси, і зберігає від 80 до 90% її початкової енергоємності [10].

    Недоліками даного технологічного процесу є необхідність ретельної підготовки сировини, обробка викидів, необхідність жорсткого контролю протягом усього процесу торрефікаціі, небезпека самозаймання біоугольной пилу, складності гранулювання і великі енергетичні витрати [11].

    Крім технології торрефікаціі, біовугілля можна отримувати і на основі процесу гідротермальної карбонізації (НТС). Принцип гідротермальної карбонізації полягає в збагаченні органічної речовини вуглецем під тиском 20 бар і температурою 180-220 ° С. Такі показники тиску і температури сприяють максимальному виходу твердого речовини з використовуваної сировини [12]. Для більшого прискорення процесу в реактор додають лимонну кислоту. Кінцевий продукт реакції - це вугільна суспензія, яку піддають механічному віджиму до змісту вологості в 50-60% від вихідного змісту. Далі продукт сушиться до необхідної замовнику вологості (зазвичай 5-25%) або ж до вологості оптимальної для гранулювання продукту. Сушка може здійснюватися за рахунок теплової енергії, що виділяється в ході реакції.

    Головним достоїнством технології є високий корисний вихід продукції. Справа в тому, що вуглецева ефективність гидротермической карбонізації дуже близька до 100%, тобто майже весь вуглець міститься в сировині переходить в кінцевий продукт. Крім цього, варто відзначити, що процес є екзотермічним, це означає, що енергія, витрачена на запуск реакції, буде частково компенсована. В якості сировини можна використовувати будь-яку органіку, навіть найнижчої якості.

    До мінусів даної технології можна віднести недостатню вивченість, складність процесу карбонізації, відсутність обладнання з продуктивністю, що дозволяє вийти на промисловий рівень, висока собівартість продукції, що випускається.

    У табл. 1 представлена ​​порівняльна характеристика показників вугілля і паливних гранул на основі деревної сировини.

    Таблиця №1

    Порівняння показників вугілля і паливних гранул

    Показни ь Вугілля буре Вугілля кам'яно ий Вугілля деревне ий Гранули класичні ие Гранули торрефіці-рова Гранули карбонизовані

    Теплота згоряння, мДж / кг 12 25 27 17-18 21-25 До 30

    Зола% 20-45 20-30 5 05-15 0,5-1,5 0,5-1,5

    ККД,% 45 55 65-75 70-80 80-85 85-90

    Питома вага кг / м3 12001500 12001500 360 650 850 900

    Екологічн ський збиток Високий Високі й Ні Ні Ні Ні

    Якісні характеристики торрефіцірованних і карбонизовані гранул поліпшуються, проте, доцільність використання цих технологій з економічної точки зору піддається сумніву.

    Гідротермальна карбонізує явно програє традиційної технології виробництва пелет, так як обсяг продукції, що випускається за технологією НТС незрівнянно малий, що погано позначається на окупності вкладених коштів.

    З технологією торрефікаціі деревних відходів не все так однозначно. Якщо порівняти питомі капітальні витрати на одну тонну потужності заводів з випуску звичайних пелет і заводів з випуску пелет торрефіцірованних в США, то побачимо, що витрати цілком порівнянні. Так, наприклад, витрати одного заводу компанії Бпу1уа потужністю 500 тис. Т в рік традиційних пелет становлять $ 107 млн. Або $ 214 (12 344 руб.) На одну тонну, а витрати заводу торрефіцірованних гранул від компанії ВютаББ потужністю 450

    тис. т в рік оцінюються в $ 90 млн, тобто в $ 200 або 11 536 руб. на одну тонну потужності. У норвезькій компанії АЬайате завод торрефіцірованних пелет потужністю 200 тис. Т планується побудувати за 36,8 млн. Євро. На одну тонну потужності доводиться 12 758 руб. Виходячи з того, що капітальні вкладення в великі проекти з виробництва гранул обох типів приблизно однакові можна з упевненістю сказати, що виробники торрефіцірованного палива виграють, тому що їхня продукція більш калорійна і вимагає менше витрат на транспортування однієї одиниці енергії [13-15].

    Виробництво торрефіцірованних гранул в Росії доцільно при певних умовах (великі обсяги виробництва, суттєве видалення заводу від споживачів і т.д.). рентабельність

    торрефіцірованних пелет може бути вище, ніж звичайних при порівнянних обсягах виробництва.

    Дослідження виконано за фінансової підтримки Російського фонду фундаментальних досліджень, Уряду Красноярського краю, Красноярського крайового фонду науки в рамках наукового проекту: «Дослідження і моделювання процесів розвитку економіки лісової промисловості регіону в контексті природно-кліматичних умов і ресурсного потенціалу», № 18-410-240003.

    бібліографічний список

    1. Шегельман І. Р., Щукін П. О., Морозов М.А. Ресурсні виклики в області регіональної енергетики та шляхи їх подолання // Інженерний вісник Дона. - 2012. №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/819.

    2. Рябова Т.Г., Безруких Ю.А., Медведєв С.О., Алашкевіч Ю.Д. Лісопромисловий комплекс Росії на сучасному етапі // У збірнику: Соціально-економічний розвиток організацій та регіонів Білорусі: ефективність та інновації Матеріали доповідей Міжнародної науково-практичної конференції. Вітебський державний технологічний університет. 2015. С. 311-315.

    3. Шегельман І. Р. Щукін П. О. Аналіз ринку споживачів деревного палива // Інженерний вісник Дона. - 2012. №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/913.

    4. Зростання експорту деревних паливних гранул в РФ URL: infobio.ru/news/4422.html.

    5. Медведєв С.О. Ефективність діяльності підприємств лісопереробного комплексу // Російський економічний інтернет-журнал. 2010. № 2. С. 213-220.

    6. Куницька О. А., Тюрікова Т. В. Виробництво торрефіцірованних пелет // Лісова індустрія - 2017, №9. URL: lesindustry.ru/issues/li_113/Proizvodstvo_torrefitsirovannih_pellet_1505.

    7. Manunya Phanphanich Impact of torrefaction on the grindability and fuel characteristics of forest biomass / Manunya Phanphanich, Sudhagar Mani // Bioresource Technology. - Num. 102. - 2011. - рр. 1246 - 1253.

    8. Передерій С. В. Перспективи світового ринку торрефіцірованной біомаси URL: lesprominform. ru / j archive / arti cles / item show / 4410.

    9. Dozagran. Торрефікація пелет: перспективи використання способу обробки біомаси за кордоном і в Росії URL: https://agrobook.ru/blog/user/dozagran/torrefikaciya-pellet-perspektivy-ispolzovaniya-sposoba-obrabotki-biomassy-za

    10. Медведєв С.О., Лукін В.А. Ефективне використання сировинних ресурсів як фактор конкурентоспроможності підприємств лісового комплексу // Лісовий економічний вісник. 2009. № 3. С. 33.

    11. Мохірев А.П., Медведєв С.О., Безруких Ю.А., Герасимова М.М. Застосування економіко-математичного моделювання для вибору оптимального

    варіанти використання вторинних деревних ресурсів // Російський економічний інтернет-журнал. 2016. № 4. С. 40.

    12. Мохірев А.П., Горяєва Є.В., Медведєв С.О. Оцінка технологічних процесів лісозаготівельних підприємств // Лісотехнічний журнал. 2016. Т. 6. № 4 (24). С. 139-147.

    13. Zozulya V.V., Sakhanov V.V., Medvedev S.O., Bezrukih Y.A., Romanchenko O.V. The features of industrial modernization management in forest complex // У збірнику: International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM 17, Ecology, Economics, Education and Legislation. 2017. рр. 927-934.

    14. Judy A Libra, Kyoung S Ro, Claudia Kammann, Axel Funke, Nicole D Berge, York Neubauer, Maria-Magdalena Titirici, Christoph Fuhner, Oliver Bens, Jurgen Kern, KarlHeinz Emmerich. Hydrothermal carbonization of biomass residuals: a comparative review of the chemistry, processes and applications of wet and dry pyrolysis // Biofuels. -Num. 2 (1). -2011. - рр. 89-124

    15. Юдкевич Ю. Д., Овсянко А. Д. На піку моди: біовугілля, торрефікат // Леспромінформ 2012, №8. URL: lesprominform.ru/jarticles.html?id=2991.

    References

    1. Shegel'man I. R., Shchukin P. O., Morozov M.A. Resursnye vyzovy v oblasti regional'noj ehnergetiki i puti ih preodoleniya. Inzenernyj vestnik Dona (Rus) 2012, no. 2. URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/819

    2. Ryabova T.G., Bezrukih Yu.A., Medvedev S.O., Alashkevich Yu.D. Lesopromyshlennyj kompleks Rossii na sovremennom ehtape. In the collection: Social'no-ehkonomicheskoe razvitie organizacij i regionov Belarusi: ehffektivnost 'i innovacii Materialy dokladov Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Vitebskij gosudarstvennyj tekhnologicheskij universitet, 2015-го, pp. 311-315.

    3. Shegel'man I. R. Shchukin P. O. Analiz rynka potrebitelej drevesnogo topliva. Inzenernyj vestnik Dona (Rus) 2012, no. 3. URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/913

    4. Rost ehksporta drevesnyh toplivnyh granul v RF [Export growth of wood pellets in the Russian Federation], URL: infobio.ru/news/4422.html.

    5. Medvedev S.O. Ehffektivnost 'deyatel'nosti predpriyatij lesopererabatyvayushchego kompleksa. Russian economic online magazine 2010, no. 2, pp. 213-220.

    6. Kunickaya O. A., Tyurikova T. V. Proizvodstvo torreficirovannyh pellet. Forest industry 2017, no. 9. URL: lesindustry.ru/issues/li_113/Proizvodstvo_torrefitsirovannih_ pellet_1505.

    7. Manunya Phanphanich Impact of torrefaction on the grindability and fuel characteristics of forest biomass. Manunya Phanphanich, Sudhagar Mani. Bioresource Technology, 2011, no. 102, pp. 1246 - 1253.

    8. Perederij S. V. Perspektivy mirovogo rynka torreficirovannoj biomassy [Prospects for the global market for torrefied biomass], URL: l esprominform. ru / j archive / arti cles / item show / 4410.

    9. Dozagran. Torrefikaciya pellet: perspektivy ispol'zovaniya sposoba obrabotki biomassy za rubezhom iv Rossii [Torrefication of pellets: prospects for using the method of processing biomass abroad and in Russia], URL: https://agrobook.ru/blog/user/dozagran/torrefikaciya -pellet-perspektivy-ispolzovaniya-sposoba-obrabotki-biomassy-za

    10. Medvedev S.O., Lukin V.A. Ehffektivnoe ispol'zovanie syr'evyh resursov kak faktor konkurentosposobnosti predpriyatij lesnogo kompleksa. Forest Economic Gazette, 2009 no. 3, 33 p.

    11. Mohirev A.P., Medvedev S.O., Bezrukih Yu.A., Gerasimova M.M. Primenenie ehkonomiko-matematicheskogo modelirovaniya dlya vybora optimal'nogo varianta ispol'zovaniya vtorichnyh drevesnyh resursov. Russian economic internet magazine, 2016, no, 4, 40 p.

    12. Mohirev A.P., Goryaeva E.V., Medvedev S.O. Ocenka tekhnologicheskih processov lesozagotovitel'nyh predpriyatij. Forestry magazine, 2016, vol. 6, no. 4 (24), pp. 139-147.

    13. Zozulya V.V., Sakhanov V.V., Medvedev S.O., Bezrukih Y.A., Romanchenko O.V. The features of industrial modernization management in forest complex. In the collection: International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM 17, Ecology, Economics, Education and Legislation 2017, pp. 927-934.

    14. Judy A Libra, Kyoung S Ro, Claudia Kammann, Axel Funke, Nicole D Berge, York Neubauer, Maria-Magdalena Titirici, Christoph F'hner, Oliver Bens, Jurgen Kern, KarlHeinz Emmerich. Hydrothermal carbonization of biomass residuals: a comparative review of the chemistry, processes and applications of wet and dry pyrolysis. Biofuels, no. 2 (1), 2011, pp. 89-124.

    15. Yudkevich Yu. D., Ovsyanko A. D. Na pike mody: biougol ', torrefikat [At the height of fashion: biochar, torreficate], Lesprominform 2012, no. 8. URL: lesprominform.ru/jarticles.html?id=2991.


    Ключові слова: АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ /Паливні ГРАНУЛИ /ТОРРЕФІКАЦІЯ /біовугілля /гідротермальні карбонізації /БІОЕНЕРГЕТИКА /TECHNOLOGY ANALYSIS /FUEL PELLETS /WOOD TORREFACTION /BIOCOAL /HYDROTHERMAL CARBONIZATION /BIOENERGY

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити