 |
Отходы химической переработки древесины
|
|
|
|
Отходы химической переработки древесины образуются в двух основных производствах: гидролизном и целлюлозно-бумажном.
Отходы гидролизного производства
На гидролизных заводах при химической каталитической переработке отходов древесины (щепы, опилок) и сельскохозяйственного сырья (кукурузной кочерыжки, лузги подсолнечника и риса, хлопковой шелухи и т. п.) получают белковые дрожжи, этиловый спирт, фурфурол и его производные (сырье для выпуска фунгицидов), ксилит, многоатомные спирты и карбонаты.
Отходы гидролизного производства крупнотоннажны и включают: технологический гидролизный лигнин (ТГЛ), шламы, осадки сточных вод в первичных отстойниках, избыточный активный ил после биологической очистки сточных вод и производственные стоки. Особенно в больших количествах образуется ТГЛ, выход которого составляет 30-40 % массы перерабатываемого сырья, или 3,5 млн. т/год.
Известны два способа производства нитролигнина: мокрый и сухой. В первом случае его получают окислением и нитрированием смесью из 8-10 % азотной и 2-4 % серной кислот. По сухому, более производительному, способу ТГЛ обрабатывают концентрированной азотной кислотой или меланжем (смесь кислот) при перемешивании. Продукт используется в нефтегазовой промышленности в качестве регулятора структурно-механических свойств глинистых растворов при бурении нефтяных скважин.
Коллактивит - активный адсорбент, аналогичный по своим свойствам активному углю марки Б. Его получают, обрабатывая абсолютно сухой лигнин олеумом, а затем 40-45 %-ной серной кислотой. После промывки обессоленной водой до содержания кислоты в смывах 0,2 % коллактивитная суспензия (20-25 % взвешенных) направляется в шаровую мельницу на измельчение до крупности 100-10 мкм.
|
|
|
Коллактивит выпускают в виде суспензии или массы с содержанием 15- 40 % сухих веществ при его выходе 70 % от массы ТГЛ. Основной потребитель коллактивита - гидролизная промышленность, где он используется для очистки ксилозных сиропов и в производствах, где требуется осветление продуктов.
На основе модифицированного гидролизного лигнина производятся два типа преобразователей ржавчины. Преобразование последней в стабильные водонерастворимые продукты происходит примерно через 24 ч.
Отходы целлюлозно-бумажных комбинатов
Наиболее распространены сульфитный (кислотный) и сульфатный (щелочной) способы производства целлюлозы. Комбинированные технологии практикуют сравнительно редко. Сульфитную целлюлозу производят главным образом из древесины малосмолистых пород (ель, пихта, бук и др.), а сульфатную - из смолистых (сосна).
В сульфитном методе применяют так называемую варочную кислоту, которую получают при поглощении сернистого ангидрида в башнях с насадкой из известняка, орошаемых водой. Вследствие этого варочная кислота содержит не только биосульфит кальция, но и сернистую кислоту. Варку выполняют в футерованных кислотоупорным бетоном стальных котлах (автоклавах) с крышкой. На 1 т 92-97 %-ной целлюлозы расходуется примерно 5 м3 еловой древесины. В отходы поступает прежде всего сульфитный щелок, который содержит около 90 % органических соединений (свыше половины органического вещества древесины) и до 10 % золы.
При сульфатном (щелочном) способе варки древесины ее в течение 3,5-8,0 ч обрабатывают смесью каустической соды и сульфида натрия в котлах-автоклавах. Основной отход сульфатной варки - черный щелок, массовая доля сухих веществ в котором составляет 10-15%. Образующийся щелок упаривают на многокорпусных выпарных установках до концентрации примерно 60 % и затем сжигают в содорегенерационном котлоагрегате.
|
|
|
Кроме рассмотренных выше отходов варки древесины, целлюлозно-бумажные предприятия (ЦБП) являются источником и других некондиционных материалов, в частности крупноволокнистой древесной массы и древесных спутанных и слипшихся волокон. Их используют при изготовлении древесноволокнистых плит (ДВП).
К отходам относятся также короткие волокна целлюлозы, не задерживаемые на сетках бумагоделательных машин и уходящие со сточными водами (скоп). Выход скопа значителен (~90 т/сут). До недавних пор его направляли в шламонакопители. Однако в последние годы внедрены промышленные методы переработки этого материала.
Другие отходы ЦБП (кора, осадки первичных отстойников, осадки обесцвечивания макулатурной массы, избыточный активный ил биоочистных сооружений и т. д.) рекомендуется компостировать, обеззараживать по методу Biomix и применять в качестве удобрений и для отсыпки площадок.
Осадки сточных вод можно использовать и как топливо, сжигая их в печи КС. Процесс автогенен, его температура составляет 870-950 оС. Дымовые газы направляют в теплообменники для подогрева воздуха, поступающего на горение. Зольный остаток пригоден для производства портландцемента.
Древесные отходы
Под древесными в данном разделе понимаются отходы, образующиеся в лесном хозяйстве при уходе за деревьями, лесозаготовках и первичной обработке древесины, а также отходы деревоперерабатывающей промышленности, за исключением целлюлозно-бумажной.
При уходе за деревьями производится рубка и осветление в молодняках, прочистка насаждений, прореживание древесной формы ствола, проходные рубки для увеличения лучших деревьев. Образующиеся отходы: пни, корни, ветки, сучья, вершины, хвоя, листья.
При лесозаготовках осуществляются вырубка древесины на делянках, разделках хлыстов на складах, первичная заготовка пиломатериалов и готовой продукции. Отходами являются пни, корни, ветки сучья, хвоя, листья, щепа и опилки при вырубке древесины, горбыли, рейки, срезки торцов, опилки, кора, стружка, щепа при разделке хлыстов на складах, первичной заготовке пиломатериалов и готовой продукции.
|
|
|
Отходами лесопильного производства, в частности при выработке длинномерных обрезных досок, являются, %: горбыли – 6-10, рейки – 10-13, обрезки досок – 2-4, кора - 10-12, опилки – 11-12, вырезки дефектных участков, а также стружка – 2-3. Кроме того, при сушке теряется 5-7 и распыляется 1-2 % массы материалов.
В деревопереработке при раскрое необрезных досок на заготовки образуется 7-10 % опилок и 10-15 % обрезков. В строгальных цехах стружка составляет 12-20 % объема поступающих материалов.
В целом объем использования древесины при лесопилении и деревопереработке находится на уровне 40 %.
Отметим основные направления переработки древесных отходов в народном хозяйстве России.
Одно из них утилизиационные технологии, рассматриваемые далее. Древесная зелень (ветки, хвоя, листья) отделяется еще на лесосеке и не поступает на лесопиление и деревопереработку. Ее используют как сырье для производства хвойно-соляного лечебного экстракта, хвойного натурального экстракта, хвойных эфирных масел, хвойной хлорофилло-каротиновой пасты, витаминной муки, натурального клеточного сока, веточного корма, древесного силоса и других лекарственных препаратов и кормов. Часть древесных отходов отправляют на производство топливных брикетов.
Кора является ценным сырьем для производства дубильных веществ, широко применяемых при выделке кож. Высушенная и измельченная до частиц размером 2-3 мм, она подается в специальные аппараты - диффузоры, в которых дубильные вещества экстрагируются водой. Полученный раствор этих веществ фильтруется и в специальных аппаратах упаривается до необходимой концентрации, включая пастообразное и даже твердое состояние.
Кору используют и для изготовления удобрений. Технология их получения включает измельчение коры до размера порядка 10 мм, смешивание с минеральными добавками, вызревание в компостной яме. Для повышения активности удобрений в смесь добавляют аммиачную селитру, фосфатную муку и хлористый кальций в количестве 5, 10 и 2 кг на 100 кг коры соответственно.
К химическим способам переработки древесных отходов относятся технологии сухой перегонки (пиролиз), углежжения и гидролиза.
|
|
|
Пиролиз древесины проводят в замкнутых сосудах (ретортах) различной конструкции при нагревании, по определению, без доступа воздуха. При 120-150 оС удаляется вода, при 250-270 °С частично разлагается целлюлоза, при повышении температуры до 450 °С наблюдается распад других веществ древесины с бурным выделением тепла. При 450-550 °С происходит прокаливание образующегося угля и удаление остатка летучих веществ. При разложении сосновой, еловой, березовой и буковой древесины в продолжении 8 ч и при конечной температуре 400 °С получают около 32-38 % угля, 15-20 % газов и 45 - 50 % жижки. Последняя представляет собой раствор продуктов разложения древесины, содержащий, % 6-12 кислот, 3-5 спиртов и 5-7 смол. Ее используют для получения метилового спирта и уксусной кислоты. Смолы применяют для консервирования древесины, изготовления кровельного толя и других материалов. Газы направляют для обогрева реторт сухой перегонки.
В сухой перегонке древесины обычно реализуют технологии смолоскипидарного и дегтекуренного производств.
Цель другого способа химической переработки древесины, углежжения, -получение древесного угля. Наиболее широко распространено углежжение в печах стационарного передвижного типов. Одной из наиболее известных является печь системы проф. В. Н. Козлова непрерывно действующая, двухканальная, вагонеточная, противоточная. Она состоит из камеры сушки, приемного тамбура (шлюза), камеры обугливания, камеры пиролиза, среднего тамбура, камеры охлаждения угля и выводного тамбура.
Печь имеет рекуперационную установку с двумя топками, в которых сжигаются дрова, древесные отходы и некондиционные газы. Нагретые в ней и далее в калорифере до 400-450 °С циркуляционные газы направляются навстречу вагонеткам, частично охлаждаются, обогащаются продуктами пиролиза древесины и выходят в конденсационную систему. Тушение и охлаждение угля длится 16-20 ч. при общей продолжительности цикла 40-50 ч.
Выход древесного угля из березовых дров составляет 37 % при содержании углерода 70-76 %. Кроме угля, из 1 м древесины получают 36 кг черного уксусно-кальциевого порошка и около 23 кг смолы.
Гидролиз представляет собой взаимодействие полисахаридной части (сложных углеводов) с водой или водными 0,5-0,6 %-ми растворами кислот.
Исходным сырьем обычно служат отходы лесопиления и деревообработки. Гидролиз с участием растворов кислот сопровождается образованием моносахаридов (простых углеводов типа глюкозы, фруктозы и т. п.), неспособных к дальнейшей гидролизации. Отходы в виде опилок и стружек загружают в гидролизатор (автоклав). Крупную их фракцию предварительно измельчают в щепу толщиной до 5 и длиной 5-35 мм. В автоклав подают водный раствор серной кислоты и пар. При 140-160 °С происходит гидролиз гемицеллюлозы, при 180-190 °С и более - гидролиз целлюлозы. Одновременно с подачей раствора серной кислоты производят отбор гидролизата - водных растворов простых Сахаров. В конце варки вместо раствора кислоты подают горячую воду для отделения гидролизного лигнина.
|
|
|
Заметное место в ряду гидролизных технологий утилизации древесных отходов занимает производство кормовых продуктов для животноводства. Источником получения этих продуктов, смесей и добавок пищевого назначения часто служит кора некоторых древесных пород, прежде всего осины. Она содержит ряд ценных биологических и питательных веществ: аскорбиновую кислоту, легкорастворимые углеводы, сырой протеин, каротин, сырой жир, водо-растворимые и зольные вещества, сырую клетчатку и лигнин.
Одним из способов повышения питательной ценности коры является ее осахаривание гидролизом гемицеллюлозы до моносахаридов в водной среде. Налажено также производство кормовых дрожжей из технологической щепы и опилок. Питательной средой для их выращивания служат: нейтрализованные гидролизат или барда. Полученную дрожжевую суспензию сгущают, обезвоживают и высушивают.
Находит применение кормовая осахаренная древесноволокнистая масса. Ее получают размолом технологической щепы в дефибраторах на волокно, с добавлением 15-30 % кормового гидролизного сахара.
В индустриальных технологиях одним из основных методов является получение строительных материалов: древесно-цементных масс, древесно-стружечных, древесно-олокнистых и древесно-корьевых плит, древесно-слоистых пластиков, теплоизоляционных изделий.
Технологическую щепу, помимо изготовления строительных материалов и изделий, используют в качестве сырья при производстве сульфитной и сульфатной целлюлозы, полуфабриката тарного картона, гидролизного спирта и т. п.
Применяют также технологии сжигания и газификации древесных отходов в кипящем слое.
Отходы древесины могут утилизироваться и непосредственно, без переработки. Так, сосновая стружка применяется для доочистки промышленных нефтесодержащих сточных вод в кассетных фильтрах отстойников. Их загрузка может быть целиком из стружки или комбинированной: стружка-сипрон, стружка-керамзит и т. п.
Макулатура
Макулатура - один из распространенных видов отходов, производственных и бытовых. Она включает различные типы упаковки: бумагу, картон, типографскую продукцию (газеты, журналы, плакаты, книги), чертежи, писчую бумагу и т. п. Макулатура состоит, главным образом, из целлюлозы, вырабатываемой из древесины, и является вторичным сырьем для ряда отраслей промышленности, прежде всего целлюлозно-бумажной.
Основными потребителями макулатуры являются предприятия целлюлозно-бумажной промышленности, перерабатывающие более 50 % ее массы, промышленность стройматериалов и др. Она входит в состав многих сортов картона (многослойный, переплетный, серый упаковочный, гофрированный), обоев и бумаги (газетная, офсетная, копировальная, туалетная, упаковочная и т. д.).
Технология утилизации отходов бумаги включает несколько основных стадий их подготовки к переработке: измельчение до необходимых размеров; прессование измельченной бумажной массы в прямоугольные кипы; увязку кип с созданием поверх них проволочного каркаса.
На первой операции применяют специальные измельчители бумаги, наиболее мощные из которых - машины типа Рино (Нидерланды). Они универсальны и пригодны для любых видов бумажных отходов.
Основные технологические операции переработки макулатуры в бумагу и картон включают:
- дезагрегацию исходного сырья на отдельные кусочки и пучки волокон;
- очистку целлюлозно-бумажной массы от посторонних примесей;
- роспуск агрегированных кусочков и пучков на отдельные волокна;
- сортировку и сгущение волокнистой массы;
- облагораживание целлюлозной массы.
Дезагрегация макулатуры производится с помощью роторных гидроразбавителей вертикального и горизонтального типов. Ее измельчают до состояния, обработки и удалять крупные механические включения. Гидроразбавители при диаметре ротора до 3500 мм и частоте его вращения 400 мин-1 имеют производительность до 240 т/сут. Диаметр ванны аппарата достигает 6,5 м.
Облагораживание целлюлозной массы при переработке газетной, книжной, журнальной и другой типографской макулатуры предполагает удаление из нее печатных красок и повышение белизны масс после диспергирования.
Процесс удаления краски начинается с отделения ее частиц от волокна при воздействии на них химических веществ (сода, пероксид натрия или водорода).
В качестве отбеливающих химикатов используют гипохлорит натрия NaClO и гидросульфит натрия NaHSO3 пероксид водорода, кислород. Разрушение связи между краской и волокном ускоряется при повышении температуры во время роспуска массы в гидроразбаввителе.
Удаление отделившейся от волокон краски осуществляют обычно двумя способами: промывкой и флотацией. Последняя более распространена, так как характеризуется меньшим (на 20-25%) расходом электроэнергии и, особенно, воды (5 м3/т) вместо 90). К недостаткам флотации относится необходимость применения загрязняющих окружающую среду флотореагентов.
Распущенная, очищенная и отбеленная волокнистая масса является сырьем для производства разнообразной бумажной продукции и картона.
Еще одна область применения макулатуры - ее использование при производстве строительных материалов. В частности, налажено промышленное получение «эковаты», экологически чистого теплоизоляционного материала, состоящего из 80 % бумажной макулатуры и 20 % нелетучих антипиренов, например борной кислоты и буры. Она может выпускаться в насыпном виде (объемная плотность 35-70 кг/м3) в виде матов, жидких составов с клеем КМЦ.
Технология получения теплоизоляционных плит включает измельчение сырья (макулатура, опилки, стружка, кора деревьев) и перемешивание с вяжущими (магнезиальным, пеногипсом, вспененным стеклом и др.).
Контрольные вопросы
1. Назовите наиболее распространенные способы утилизации лакокрасочных отходов.
2. Пластмассы и методы их переработки.
3. Переработка резиновых и резино-тканевых отходов.
4. Основные методы переработки и утилизации изношенных шин.
5. Переработка отходов гидролизного производства.
6. Переработка отходов целлюлозно-бумажных комбинатов.
7. Методы утилизации древесных отходов.
8. Переработка макулатуры.
|
|
|
