3.4.7.3Производство древесного угля.

Древесина является естественно возобновляемым источником углерода – ценного сырья для химической промышленности. Углерод получают переугливанием дров и древесных отходов. Твердым продуктом при переугливании является древесный уголь, который характеризуется плотностью и содержанием нелетучего углерода. Качество продукта считается хорошим, если масса 1 м³ березового угля при нормальной влажности 6 % будет не менее 175 кг, осинового 140, соснового 135, елового 120 кг. Плотность угля без пор постоянна и составляет 1350…1400 кг/м³. Под нелетучим углеродом понимают твердый углеродистый остаток, под летучим – углерод, содержащийся в летучих продуктах при кратковременном прокаливании угля в течение 7 мин в строго определенных условиях при температуре 860 °С. Выход угля и нелетучего углерода несколько выше из хвойных пород.

Древесный уголь широко используют в различных отраслях народного хозяйства. Одним из основных его потребителей является химическая промышленность, вырабатывающая различные виды активных, осветляющих и других специальных углей. Значительное количество древесного угля идет на получение сероуглерода в производстве искусственного волокна. В металлургической промышленности уголь применяют при выплавке чугуна специальных марок, производстве ферросплавов, получении марганца. Карбюризатор из березового угля, покрытого пленкой углекислого бария, используют для цементации стальных деталей. В цветной металлургии уголь находит применение в процессах получения меди и медных сплавов, его широко используют в производстве кристаллического кремния, который требуется для транзисторов, фотоэлементов, солнечных батарей и других полупроводниковых приборов.

Древесный уголь находит некоторое применение в приборостроении и полиграфическом производстве для шлифовки и полировки деталей и форм, в производстве дымного пороха, электроугольных изделий, твердых смазок и в качестве топлива. Перспективной областью использования древесного угля является сельское хозяйство, где он употребляется в качестве пищевой добавки к кормам животных.

Технология получения древесного угля включает ряд последовательных операций: подготовку древесного сырья, сушку древесины и ее термическое разложение, охлаждение, выгрузку и упаковку угля. Производство угля осуществляется в различных печах и ретортах. К наиболее передовым по конструкции, применяемой технологии и степени механизации относят вертикальные реторты непрерывного действия. На лесозаготовительных предприятиях получила распространение передвижная углевыжигательная реторта или печь УВП-4. Ее важным преимуществом является мобильность. Она смонтирована на одноосном прицепе и может быть доставлена непосредственно на лесосеку для переугливания отходов лесозаготовок.

Передвижная печь (рис. 131) состоит из поворотного барабана 2 диаметром 2,0 м и длиной 3,1 м. Отходы лесозаготовок с помощью бензопил предварительно распиливают на куски длиной 0,5…0,6 м и толщиной не более 0,15 м. Через люки 4 дрова в объеме 7,5 скл.м³ загружают в барабан и плотно укладывают. После загрузки люки герметизируют и в топке 3 разводят огонь с неполным горением. Топочные газы вначале проходят через дрова вверх и затем выходят к дымовой трубе 1, примыкающей к нижней части барабана. Через 1,5…2 ч воздух полностью вытесняется из барабана, а дрова прогреваются выходными топочными газами. После этого топку форсируют, по-прежнему не допуская избыточного кислорода в продуктах сгорания. Об окончании процесса переугливания судят по полному прогреву печи и изменению цвета дымовых газов: от желтоватого к синеватому – почти прозрачному. После переугливания древесины печь герметизируют и оставляют для охлаждения до 40…50 °С. Затем поворотом барабана относительно продольной оси люки 4 располагают в нижней части и разгружают уголь. В течение суток уголь охлаждают, оставляя его на воздухе. Если при выгрузке уголь загорается, его опрыскивают водой.

Процессу пиролиза подвергают не только цельную древесину, но и щепу. Использование измельченной древесины способствует равномерному прогреву частиц, более быстрому переугливанию и большему выходу продуктов. Пределы измельчения древесного сырья определяют размерами частиц угля, задаваемых потребителем. Одним из новых направлений переугливания древесины является ее пиролиз с катализаторами. Присутствие химических реагентов ускоряет процесс термораспада древесины и смягчает процесс пиролиза.

3.4.7.4Переработка коры и получаемая продукция. Кора деревьев может использоваться для производства дубильных веществ (таннидов), дегтя (дегтекурное производство), кормовых продуктов и органических удобрений.

Корье заготовляют окоркой свежесрубленной несплавной древесины ели и лиственницы механизированным или ручным способом. Заготовка корья с древовидных и кустарниковых ив возможна только ручным способом. Относительная влажность стандартного корья для производства дубильных экстрактов не должна превышать 16 %. В период с 1 октября по 1 мая допускаются поставки корья с более высоким содержанием влаги (до 22 %). Основным показателем качества корья является танидность. Содержание дубильных веществ при минимальной заданной влажности должно быть не менее 7 % для ивового и лиственничного корья и 8 % для елового.

Дубильных веществ (таннидов) содержится (в %): в еловом корье 7...18, в дубовом 6...18, в ивовом 2...15 и даже до 18, в коре лиственницы 8...12. Для дубления пригодно ивовое сырье (таловое, лозовое, ракитное), содержащее не менее 9 % таннидов. Древовидные ивы содержат таннидов больше, чем кустарниковые. Наиболее ценна кора молодых насаждений со следующими признаками: молодая ивовая кора снаружи гладкая, толщиной не более 1 мм; еловая также снаружи гладкая светло-бурая, толщиной 1...4 мм; дубовая – гладкая, блестящая, серебристо-серая. В коре деревьев, растущих на освещенных участках, содержится больше таннйдов, чем в коре деревьев, растущих в тени. Кора легко снимается в период сокодвижения. Корье сушат естественно-воздушным способом на вешалках или под навесом, обеспечивающим нормальную сушку в тени и предохраняющим корье от дождя и солнца. Хорошо высушенная кора твердая и хрупкая, ломается при небольшом усилии. Высушенное корье следует хранить в закрытом, хорошо вентилируемом с боков и снизу помещении. Для перевозки корье прессуют в тюки массой от 30 до 80 кг.

Кору лиственницы и ели можно заготавливать при механизированной окорке сортиментов роторными окорочными станками в технологическом процессе лесопиления, окорке балансов и рудничной стойки, а также лесоматериалов, хранящихся на складе, подлежащих окорке. Размер частиц коры вдоль волокон должен быть не менее 20 мм. Отходы барабанной окорки непригодны для производства экстрактного дубильного сырья. Они содержат не только мелкие истертые частицы коры, но и значительные примеси гнили и здоровой древесины.

Технологический процесс заготовки корья на лесных складах включает следующие операции: окорку древесного сырья роторными окорочными станками, сортировку отходов окорки, сушку коры, загрузку в контейнеры и отгрузку потребителю. Механизированная линия для заготовки корья ЛО-45 состоит из устройства для отбора еловой или лиственной коры от роторных окорочных станков, сортировочного барабана и 17 сетчатых контейнеров для складирования, атмосферной сушки и отгрузки корья потребителю. Отбор еловой или лиственничной коры осуществляется при помощи управляемого шибера (заслонки), установленного под роторным окорочным станком. Изменяя направление шибера в процессе окорки лесоматериалов различных пород, оператор направляет еловую кору на верхний конвейер, а на нижний – кору других пород. Для получения более мелких частиц коры один из короснимателей в роторном окорочном станке заменяют подрезающим ножом.

Другая линия для механизированной заготовки елового корья (рис. 132) разработана е конвективно-тепловой сушкой предварительно измельченной коры. Здесь отходы окорки от роторных станков 1, как и в линии ЛО-45, ленточным транспортером подаются в сортировочный барабан 2. Некондиционные мелкие частицы коры и древесины отсеиваются и с помощью вентиляторов 11 через циклон 10 подаются в бункер для топлива 9. Отсортированная кора ленточным транспортером подается в измельчитель 3 типа «Волгарь-5». С его помощью крупные куски коры измельчаются в частицы размерами 20…80 мм. Измельченная кора ленточным транспортером перемещается в бункер-накопитель 4. Отсюда частицы коры с помощью винтового конвейера непрерывно подаются в барабанную сушилку 7. Сушка коры до влажности 16 % осуществляется топочными газами, которые образуются при сжигании опилок и отсева коры в выносной топке 8. Отработанные топочные газы с помощью дымососа 5 подаются в циклон, где очищаются от взвешенных мелких частиц и выбрасываются в атмосферу. Высушенные частицы коры ленточным транспортером подаются в бункер-накопитель 6, откуда винтовым конвейером загружаются в мешки. Годовая производительность цеха 750 т корья.

В основу дегтекурного производства положен процесс сухой перегонки коры лиственных пород, в результате которой получают специфический лесохимический продукт – деготь. В качестве сырья для выработки дегтя используют главным образом бересту – опробковевший наружный слой коры березы и реже осины.

Бересту заготавливают в основном с растущих деревьев, снимают ее также с березовых дров, кряжей и валежника. Деготь лучшего качества и с большим выходом получается из соковой бересты, снятой с растущих деревьев в период сокодвижения в насаждениях, предназначенных в рубку в ближайшие 2 года, кроме деревьев, предназначенных для фанерного и других специальных производств. Сначала остро отточенным инструментом осторожно, чтобы не повредить луб и камбий, надрезают белый верхний слой коры. После надреза ее снимают пластинами без всякого напряжения. Береста с комлевой части ствола непригодна для переработки на деготь. Неполноценным сырьем является и тонкая береста с верхней части ствола. Лучшей считается береста со средней части, примерно на высоте 4 м. Заготавливают ее с деревьев диаметром на высоте груди не менее 10...12 см.

Заготовленное сырье подвергают воздушной сушке, для чего его укладывают в кучи (на подкладки) в сухих проветриваемых местах, сверху прикрывают от дождя большими пластинами бересты. Подсушенную бересту затем прессуют в тюки, применяя простейший станок (жом).

Для сухой перегонки бересты используют в основном казанные установки, имеющие 2, 4, 6 казанов. Казан делается из 3-миллиметровой листовой стали прямоугольной формы размером 1,4х0,7х0,7 м и объемом 0,7 м³. В задней стенке казана, в 150 мм от верха, делаются отверстия и патрубок для выхода парогазовой смеси. Передняя стенка казана – крышка. Казаны вмуровываются в кирпичную кладку. Каждый казан имеет отдельную топку. Обогрев стенок казана производится топочными газами. Для охлаждения парогазовой смеси в установке имеется холодильник, для сбора дегтя – деревянные чаны-отстойники.

Технологический процесс дегтекурения начинается с загрузки тюка прессованной бересты в казан. Затем казан закрывают внутренней крышкой на глиняном растворе, поджимают ее клиньями, промазывают снаружи глиной и после ее подсыхания ставят наружную заслонку. В начале перегонки в топке разводят сильный огонь. С появлением первых капель жидкости подачу топлива уменьшают, чтобы не пригорел. Процесс отгонки дегтя длится 18...20 ч. Полный оборот казана 24...26 ч. Деготь 2...3 суток отстаивается в чанах-отстойниках, затем через нижний кран сливается поддегтярная вода. Лучшая тара для хранения дегтя – осиновые и эмалированные бочки объемом 150...200 л.

Деготь – темная, густая, маслянистая жидкость с плотностью от 925 до 970 кг/м³, со специфическим запахом. Из 1–т соковой бересты можно получить 270...300 кг дегтя. На переработку 1 т бересты расходуется 6...7 скл.м³ топлива. Деготь применяется в кожевенной промышленности для жировки кож, в фармацевтической промышленности (дегтярное мыло, мази для лечения кожных заболеваний), для смазки обуви и сбруи. Поддегтярная вода может использоваться для получения уксусно-кальциевого порошка.

В коре содержится клетчатка, ряд ценных питательных, вкусовых и биологически активных веществ, что позволяет отнести ее к потенциальному источнику сырья для производства кормовых продуктов. Из коры можно приготовить кормовую муку, грубый корм, добавки и полуфабрикаты для различных кормосмесей.

Технологический процесс получения кормовой муки из коры сходен с процессом производства витаминной муки из древесной зелени. Для переработки на муку пригодны отходы окорки, однако содержание древесины в них должно быть ограничено. Предварительно, перед сушкой, отходы измельчают. Частицы коры должны иметь длину 5…30 мм, ширину 5…10 мм, толщину до 5 мм. Для измельчения коры можно использовать молотковые дробилки, специальные корорубки или измельчитель кормов «Волгарь-5». Измельченную кору сушат в агрегатах АВМ-065 и затем размалывают. Наиболее высокую питательную ценность имеет кормовая мука из осиновой коры, где содержание сырого жира достигает 7,3 %, протеина 2,8, сахара 2,2 %. Кормовую муку используют в качестве добавки в производстве комбикормов и кормосмесей.

Для приготовления грубых кормов предпочтительно использовать кору осины, березы и ели молодых и средневозрастных деревьев. Пробковый слой коры старых деревьев является нежелательной, хотя и безвредной примесью, которая снижает питательность и перевариваемость корма. Процесс приготовления грубых кормов включает измельчение коры, удаление из нее дубильных веществ и очистку от загрязнений. Отходы окорки после измельчения промывают водой и замачивают в холодной воде. Выдержка в течение суток позволяет существенно снизить содержание дубильных веществ. Обработка коры паром или горячей водой сокращает процесс выдержки до 4 ч. Допускается использование без замачивания отходов окорки сплавной древесины, а также осины и березы.

Для повышения плодородия почв, особенно нечерноземной зоны страны, большое значение имеет внесение органических удобрений. Недостаток таких удобрений сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур и отрицательно влияет на лесовозобновление. Дефицит органического вещества можно компенсировать не только торфом и навозом, ресурсы которых ограничены. Естественным источником органических удобрений являются отходы, образующиеся при заготовке и переработке древесины.

Известно положительное влияние периодического внесения опилок при выращивании малины. Однако широкое применение одних только опилок в качестве удобрения почвы малоэффективно. Внесение их в почву в первые годы вызывает азотное голодание растений. Лишь по истечении времени питательные элементы становятся доступными растениям.

Наибольшее распространение в практике получило приготовление компостов из коры, что объясняется более разнообразным ее химическим составом и лучшей гумусообразующей способностью. Кора богата углеродом, калием и кальцием, но в ней, как и в древесине, содержится мало азота – в пределах 0,27…0,40 % и фосфора 0,09 %. Более пригодной для удобрений кору делает высокое содержание в ней активных органических соединений и различных питательных веществ. Лубяная и прикамбиальная часть являются благоприятной питательной средой для микроорганизмов, которые активно заселяют кору. В результате процесс компостирования протекает у коры быстрее, чем у древесины.

Технология компостирования коры включает тонкое измельчение отходов окорки, смешивание измельченной массы с минеральными добавками, формирование буртов и хранение смеси в буртах от 1,5 до 4 месяцев. Для измельчения отходов окорки пригодны молотковые мельницы, корорубки или измельчители кормов типа «Волгарь-5». Размер частиц должен быть в пределах до 10 мм. Чем тоньше измельчение, тем быстрее протекает процесс компостирования. Измельченная кора перемешивается с минеральными добавками в серийных агрегатах для приготовления кормовых смесей.

Кора может быть использована в сельском и лесном хозяйстве и без предварительного компостирования. Благодаря естественной пористости, хорошим теплофизическим свойствам и высокой влагоемкости она используется для мульчирования почвы. Слой тонко измельченной коры-мульчи толщиной в несколько сантиметров препятствует росту сорняков, ослабляет испарение влаги, препятствует образованию почвенной корки и уменьшает суточные колебания температуры почвы. За рубежом распространена розничная торговля мульчей из коры для_; садоводов и цветоводов-любителей.

Сосновую кору – отходы окорки – успешно используют без дополнительного измельчения для удобрения лесных почв. Корой покрывают почву главным образом в молодых борах, двулетних сосновых культурах, а также на сплошных вырубках перед их вспашкой лесным плугом. Кора не только улучшает физические свойства и водный режим почв. Постепенно разлагаясь, она служит естественным органическим удобрением.