Торрефикация либо карбонизация?

Процесс карбонизации древесного сырья при температуре от 200 до 270 С открывает новые возможности в получении продукта уникального качества по сравнению с обычной древесиной. От параметров процесса, установленной температуры и продолжительности процесса зависят показатели получаемого продукта. Сфера его дальнейшего применения, от использования в деревообрабатывающей промышленности и строительства домов до обогрева помещений, зависит именно от характеристик самого процесса.

Остановимся на основных преимуществах:

Повышенная энергоёмкость по сравнению с традиционным сырьём — за счёт уменьшения общей массы после испарения влаги и прочих негорючих веществ.
Устойчивость к поглощению влаги, влажность сырья сохраняется на уровне 2%. В бытовом плане такая древесина не подвержена порче и гниению, а значит потере своих характеристик;
Не требует покрытия красками, лаками и различными химическими составами, что обращает внимание людей, которые заботятся о своем здоровье и предпочитают натуральный материал;
Увеличение энергоёмкости древесины (22,500 kJ/kg) приводит к снижению стоимости отопления;
Оптимальное соотношение прочности / хрупкости;
В процессе сжигания и отопления выделение дыма практически отсутствует;
Сырье становится практически однородным, как по влажности, так и размерам, что очень удобно для изготовления пеллет. Пеллеты из данного сырья отличаются тёмным цветом.

В английском языке подобная обработка сырья называется торрефикацией (torrefaction), в русском языке наиболее близкое по смыслу значение «обжаривание», другими словами – сушка сырья. Процесс схож с процессом получения древесного угля при низкотемпературном пиролизе без доступа кислорода. Для этих целей используются различные топливные реакторы. Идеальным является оборудование для производства древесного угля. Процесс карбонизации в углевыжигательных печах компании «GreenPower» полностью автоматизирован и позволяет отрегулировать как сам процесс, так и установить нужную температуру, чтобы получить продукцию с заданными параметрами. Углевыжигательные печи «ЕККО» и «БИО-ПЕЧЬ» не загрязняют окружающую среду выбросами, что является основной концепцией предприятия и большим плюсом при выборе оборудования.

При нагреве до температуры 160 0 С градусов древесина теряет влагу, при повышении температуры выделяется уксусная кислота и фенол, древесина начинает менять физические и химические свойства, в том числе древесина становиться более хрупкой и более гидрофобной.
Торрефикация изначально представляет собой мягкий пиролиз при температуре нагрева не более 270 С. В то время как обычный процесс пиролиза для получения древесного угля либо утилизации полимеров, различных бытовых отходов протекает при температурах от 400 – 800 С. При торрефикации скорость нагрева не более 50 С/мин, длительность процесса – 10-30 мин. Иногда может достигать нескольких часов,в зависимости от параметров заданного продукта.
В условиях процесса торрефикация происходит изменение структуры биомассы, что приводит к улучшению технологических показателей сырья в качестве топлива

В процессе торрефикации из биомассы уходит лишняя влага, частично разлагаются цепочки полимеров – целлюлозы и лигнина, что соответственно сопровождается выходом летучих веществ. Выход влаги приводит к уменьшению массы сырья на 20-30%, содержание энергии уменьшается на 10% из-за испарения летучих энергетических соединений.
Таким образом, соотношение большей потери массы и меньшей потерей энергии увеличивает удельную теплоту сгорания конечного продукта в сравнении с используемым сырьем. В итоге, повышение плотности энергии в обжаренном сырье увеличивает выход энергии полученного топлива.

Характерный баланс процесса торрефикации

по массе: биомасса (1) = газ (0.3) + биоуголь (0.7);
по энергии: биомасса (1) = газ (0.1) + биоуголь (0.9).

При высоких температурах торрефикации получаемый сухой остаток коричневого или темно-коричневого цвета называют «биоуглем» (bio coal, torrefied biomass, torrefied wood). Не путать с биочар (см. предыдущую статью). Биоуголь впоследствии растирается в порошок, который пеллетизируется для получения топливных гранул.

В качестве сырья для торрефикации могут использоваться:

древесные отходы и отходы лесозаготовки;
растительная биомасса;
целые части горелых деревьев после пожара;
энергетические фракции отходов.

Биоуголь является промежуточным продуктом между древесиной и древесным углем (char coal), и он обладает следующими характеристиками:

обладает лучшим показателем энергоемкости по сравнению с пеллетами: низшая теплота сгорания составляет 20-25 МДж/кг, в то время как для пеллет — 17,5-19,5 МДж/кг;
в заметно меньшей степени по сравнению с пеллетами подвержен биологическим процессам гниения;
гидрофобен, что позволяет хранить его на открытом воздухе;
уменьшает затраты на производство пеллет благодаря своей хрупкости.

Таким образом, можно выделить следующие преимущества процесса торрефикации:

длительность процесса ниже, чем при пиролизе, что значительно снижает затраты на производство и обслуживание;
позволяет использовать отходы древесины, в том числе и горелый лес, лес после пожаров, т.е возможна переработка горелого леса;
более высокая тепловая ёмкость полученного продукта, что снижает затраты на отопление;
высокие характеристики полученной древесины при использовании ее в деревообрабатывающей промышленности и строительстве;
минимальная влажность полученного продукта, что повышает эксплуатационную возможность и не требует особых условий для хранения.