Анализ технологий производств топливных гранул на основе древесного сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева (филиал СибГУ в г. Лесосибирске)

Анализ технологий производств топливных гранул на основе древесного сырья

Медведев Сергей Олегович

кандидат экономических наук, доцент

Терентьев Иван Игоревич

магистрант

Биоэнергетика вносит существенный вклад в глобальную энергетику, обеспечивая при этом сокращение выбросов парниковых газов и другие экологические преимущества [1]. На сегодняшний день за счет переработки биомассы в топливо обеспечивается около 10% общемирового энергопотребления [2]. При этом многими исследователями признается тенденция к увеличению влияния биоэнергетики на мировое хозяйство.

По итогам 2018 года объем экспортированных древесных топливных гранул из России в Европу и Азию достиг 1,44 млн. тонн, в 2017 году этот показатель равнялся 1,345 млн. тонн. Данный факт свидетельствует в пользу востребованности данной продукции и бурном развитии производства древесных топливных гранул не только в России, но и в мире [3-5].

Технология производства древесных топливных гранул с момента ее возникновения в 1947 году не претерпела существенных изменений и по сей день. Весь процесс производства можно условно разделить на несколько этапов: предварительное измельчение древесного сырья, сушка до необходимой влажности, доизмельчение сырья, кондиционирование, прессование, охлаждение готовых гранул, их фасовка и упаковка.

Наряду с развитием традиционного пеллетного производства, появилась тенденция изучения и внедрения технологии выпуска торрефицированных пеллет, известных в мире под названием «biocoal». Основные мощности производства биоугля сосредоточены в США и Канаде [6]. Это связано с тем, что основным потребителем пеллет является Евросоюз. Данный факт ведет к тому, что транспортная составляющая расходов производителей из Америки весьма существенна. В то же время, пеллеты, произведенные по средствам обжига, имеют большую насыпную плотность (750-850 кг/м³), что позволяет этим странам сократить издержки на транспортировку продукции до потребителя. Среди достоинств торрефицированных гранул также можно отметить увеличение теплотворной способности, меньшие затраты энергии на размол сырья перед гранулированием [7], неприхотливость в способах хранения обусловленную высокой устойчивостью к поглощению влаги и разложению, возможность сжигания с ископаемым углем. В Евросоюзе также изучают данный метод производства, и сегодня уже существуют заводы-производители торрефицированных гранул на территории отдельных Европейских стран [8]. В России в 2015 году был открыт первый и единственный на данный момент времени завод по производству торрефицированных гранул из лигнина в Архангельской области компанией ОАО «Бионет» с заявленной производительностью 70000 тонн в год [9].

Технология торрефикации в основе своей схожа с технологией производства древесного угля. Процесс проходит в условиях отсутствия кислорода при медленном нагреве подготовленного сырья до диапазона температур от 250 до 300 єС в зависимости от используемого сырья и других нюансов технологического процесса. Необходимо отметить, что разное соотношение времени нагрева, температуры, а также видов и качества древесины, создает уникальный торрефикат, при этом древесина теряет до 30% массы, и сохраняет от 80 до 90 % ее первоначальной энергоёмкости [10].

Недостатками данного технологического процесса являются необходимость тщательной подготовки сырья, обработка выбросов, необходимость жесткого контроля на протяжении всего процесса торрефикации, опасность самовоспламенения биоугольной пыли, сложности гранулирования и большие энергетические затраты [11].

Помимо технологии торрефикации, биоуголь можно получать и на основе процесса гидротермальной карбонизации (HTC). Принцип гидротермальной карбонизации заключается в обогащении органического вещества углеродом под давлением 20 бар и температурой 180-220 єС. Такие показатели давления и температуры способствуют максимальному выходу твердого вещества из используемого сырья [12]. Для большего ускорения процесса в реактор добавляют лимонную кислоту. Конечный продукт реакции -- это угольная суспензия, которую подвергают механическому отжиму до содержания влажности в 50-60% от исходного содержания. Далее продукт сушится до необходимой заказчику влажности (обычно 5-25%) или же до влажности оптимальной для гранулирования продукта. Сушка может осуществляться за счет тепловой энергии выделяемой в ходе реакции.

Главным достоинством технологии является высокий полезный выход продукции. Дело в том, что углеродная эффективность гидротермической карбонизации очень близка к 100%, то есть почти весь углерод содержащийся в сырье переходит в конечный продукт. Помимо этого, стоит отметить, что процесс является экзотермическим, это значит, что энергия, затраченная на запуск реакции, будет частично компенсирована. В качестве сырья можно использовать любую органику, даже самого низкого качества.

К минусам данной технологии можно отнести недостаточную изученность, сложность процесса карбонизации, отсутствие оборудования с производительностью, позволяющей выйти на промышленный уровень, высокая себестоимость выпускаемой продукции.

В табл. 1 представлена сравнительная характеристика показателей углей и топливных гранул на основе древесного сырья.

Таблица 1. Сравнение показателей углей и топливных гранул

Качественные характеристики торрефицированных и карбонизированных гранул улучшаются, тем не менее, целесообразность использования этих технологий с экономической точки зрения подвергается сомнению.

Гидротермальная карбонизация явно проигрывает традиционной технологии производства пеллет, так как объем выпускаемой продукции по технологии HTC несопоставимо мал, что плохо сказывается на окупаемости вложенных средств.

С технологией торрефикации древесных отходов не все так однозначно. Если сравнить удельные капитальные затраты на одну тонну мощности заводов по выпуску обычных пеллет и заводов по выпуску пеллет торрефицированных в США, то увидим, что затраты вполне сопоставимы. Так, например, расходы одного завода компании Enviva мощностью 500 тыс. т в год традиционных пеллет составляют $107 млн. или $214 (12 344 руб.) на одну тонну, а расходы завода торрефицированных гранул от компании Zilkha Biomass мощностью 450 тыс. т в год оцениваются в $90 млн, то есть в $200 или 11 536 руб. на одну тонну мощности. У норвежской компании Arbaflame завод торрефицированных пеллет мощностью 200 тыс. т планируется построить за 36,8 млн. евро. На одну тонну мощности приходится 12 758 руб. Исходя из того, что капитальные вложения в крупные проекты по производству гранул обоих типов примерно одинаковые можно с уверенностью сказать, что производители торрефицированного топлива выигрывают, так как их продукция более калорийна и требует меньше затрат на транспортировку одной единицы энергии [13-15].

Производство торрефицированных гранул в России целесообразно при определенных условиях (большие объемы производства, существенное удаление завода от потребителей и т.д.). Рентабельность торрефицированных пеллет может быть выше, чем обычных при сопоставимых объемах производства.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Правительства Красноярского края, Красноярского краевого фонда науки в рамках научного проекта: «Исследование и моделирование процессов развития экономики лесной промышленности региона в контексте природно-климатических условий и ресурсного потенциала», № 18-410-240003.

Библиографический список

топливный гранула пеллетный

1. Шегельман И.Р., Щукин П.О., Морозов М.А. Ресурсные вызовы в области региональной энергетики и пути их преодоления // Инженерный вестник Дона. - 2012. № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/819.

2. Рябова Т.Г., Безруких Ю.А., Медведев С.О., Алашкевич Ю.Д. Лесопромышленный комплекс России на современном этапе // В сборнике: Социально-экономическое развитие организаций и регионов Беларуси: эффективность и инновации Материалы докладов Международной научно-практической конференции. Витебский государственный технологический университет. 2015. С. 311-315.

3. Шегельман И.Р. Щукин П.О. Анализ рынка потребителей древесного топлива // Инженерный вестник Дона. - 2012. № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/913.

4. Рост экспорта древесных топливных гранул в РФ URL: infobio.ru/news/4422.html.

5. Медведев С.О. Эффективность деятельности предприятий лесоперерабатывающего комплекса // Российский экономический интернет-журнал. 2010. № 2. С. 213-220.

6. Куницкая О.А., Тюрикова Т.В. Производство торрефицированных пеллет // Лесная индустрия - 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. Передерий С.В. Перспективы мирового рынка торрефицированной биомассы URL: lesprominform.ru/jarchive/articles/itemshow/4410.

9. Dozagran. Торрефикация пеллет: перспективы использования способа обработки биомассы за рубежом и в России URL: https://agrobook.ru/blog/user/dozagran/torrefikaciya-pellet-perspektivy-ispolzovaniya-sposoba-obrabotki-biomassy-za.

10. Медведев С.О., Лукин В.А. Эффективное использование сырьевых ресурсов как фактор конкурентоспособности предприятий лесного комплекса // Лесной экономический вестник. 2009. № 3. С. 33.

11. Мохирев А.П., Медведев С.О., Безруких Ю.А., Герасимова М.М. Применение экономико-математического моделирования для выбора оптимального варианта использования вторичных древесных ресурсов // Российский экономический интернет-журнал. 2016. № 4. С. 40.

12. Мохирев А.П., Горяева Е.В., Медведев С.О. Оценка технологических процессов лесозаготовительных предприятий // Лесотехнический 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 // В сборнике: 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 Fьhner, Oliver Bens, Jьrgen Kern, Karl-Heinz 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 пике моды: биоуголь, торрефикат // Леспроминформ, 2012, № 8. URL: lesprominform.ru/jarticles.html?id=2991.

Размещено на Allbest.ru