VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В статье рассмотрены вопросы экологической опасности производства древесного угля. Приведена сравнительная оценка влияния различных технологий углежжения на экологию. Предложена наиболее эффективная с точки зрения экологической безопасности технология получения угля из древесины горельников.

Актуальность темы обусловлена повышенной пожарной и экологической опасностью горельников, поскольку лесные пожары наносят большой ущерб экосистеме страны, увеличивают площадь непродуцирующих земель и снижают потенциальную возможность их использования. Проведенными ранее исследованиями [1, 2] показано, что древесина горельников может быть пригодна к использованию в качестве сырья для получения древесного угля.

Современная технология древесного угля заключается в термическом разложении (пиролизе) древесины  разложении древесины без доступа воздуха под действием высокой температуры. Выбор технологии пиролиза древесины горельников определяется особенностями используемого древесного сырья и экологической опасностью производства.

До недавнего времени технология древесного угля в стране была ориентирована на переработку крупномерной древесины. В настоящее время в России разработаны технологии, предусматривающие переработку неликвидной древесины, то есть тонкомера, сучьев и т.п. [3].

Экологические проблемы производства древесного угля связаны с выделением вредных веществ в атмосферу в виде парогазовой фазы и угольной пыли.

В процессе получения древесного угля основная часть древесины образует парогазовую смесь, которая представляет собой дисперсную систему, состоящую из паровой фазы (водяной пар, газы пиролиза, пары органических веществ – эфиров, альдегидов, кетонов, спиртов, углеводородов, кислот и летучих с паром фенолов) и капельной фазы («смоляной туман» – кислоты, фенолы, нейтральные вещества). В состав ПГС входит более 300 индивидуальных соединений, которые в разной мере являются опасными для окружающей среды. Наиболее вредными выбросами производства ДУ являются фенолы, входящие в состав пиролизных смол. Часть из этих фенолов (фенол, гваякол, диметиловый эфир метилпирогаллола) обладает летучестью с водяным паром, поэтому они находятся не только в капельной, но и в паровой фазе. При углежжении фенолы выбрасываются в атмосферу, представляя опасность для человека и окружающей среды, т.к. в обычных условиях весьма медленно разрушаются, обладают канцерогенным действием на организм.

Уровень выделения вредных веществ в атмосферу в процессе производства древесного угля связан с уровнем технологии. С точки зрения экологической опасности все технологии производства древесного угля условно можно разделить на три группы.

К первой группе относятся технологии углежжения, распространенные в развивающихся странах, т.е. ямное и кучное углежжение [4]. В России к этой группе можно отнести технологии производства угля в печах типа УВП и т.п. Вся парогазовая смесь в этих установках выбрасывается в атмосферу (9 т на 1 т угля). Выброс вредных веществ составляет около одной тонны на 1 т производимого угля.

Ко второй группе относятся технологии, распространенные в Бразилии и во многих других странах (Аргентина, Таиланд). В России к этой группе относятся технологии производства древесного угля в шахтных ретортах, ретортах Ламбиотта и т.п. [4]. При этом часть парогазовой смеси подвергают конденсации с целью получения жидких продуктов пиролиза. В этом случае выброс вредных веществ составляет около 0,2 т на 1 т производимого угля. Для установок этого типа ширина санитарно-защитной зоны составляет 1500 м. Сточные воды, образующиеся при переработке пиролизных смол, содержат фенолы и имеют высокую экологическую опасность. Обычная биохимическая очистка их неэффективна, т.к. фенолы угнетающе действуют на активный ил, применяемый на очистных сооружениях.

К третьей группе относятся технологии, где предусмотрено эффективное сжигание всей образующейся ПГС. К ним относятся в России установки типа МПРУ (модульная пиролизная ретортная установка), «ЭКОЛОН» и т.д. В этом случае выброс вредных веществ составляет около 8 кг на 1 т производимого угля. При сжигании ПГС в этих установках не возникает трудностей, поскольку данные технологии пиролиза предусматривают внешний подвод тепла, при этом газы пиролиза не разбавляются транзитным теплоносителем, что обуславливает высокую теплотворную способность образующейся ПГС. Так, разработанная на кафедре Химической технологии древесины Уральского лесотехнического университета принципиальная схема технологического процесса пиролиза щепы из неликвидной древесины, предусматривает полное сжигание парогазовой смеси, образующейся при пиролизе [3]. Согласно расчетам, тепло, выделяющееся от сжигания парогазовой смеси, может быть эффективно использовано для проведения процессов сушки и пиролиза древесины. Концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны соответствует санитарным нормам, а уже на расстоянии 100 м от установки концентрация их в воздухе не превышает 0,1∙ПДК.

Таким образом, приоритетными, на наш взгляд, технологиями переработки древесины горельников являются технологии третьей группы, как наиболее эффективные для пиролиза неликвидной древесины и наименее экологически опасные. Освоение горельников позволит исключить возможность повторного пожара в них, тем самым способствуя возобновлению лесных ресурсов.

Список литературы

1. Штеба Т.В., Халимов Е. В. Толканов О.С. Исследование возможности получения древесных углей из древесины горельников. Актуальные проблемы обеспечение безопасности в Российской Федерации – материалы недели науки 27-31 мая. 2013 г – с. 229-231.

2. Штеба Т.В., Толканов О.С. Экспериментальные и технологические аспекты получения угля из древесины лесов, поврежденных пожаром. «Актуальные проблемы обеспечение безопасности в Российской Федерации». Материалы Дней Науки (апрель 2014). – Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2014 . – с.171-174.

3. Т.В. Штеба Получение активных углей из березовой щепы различного качества. Дис. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Екатеринбург. Урал. гос. лесотехн. ун-т, Екатеринбург, 2004. – 168 с.

4. Ю.Л. Юрьев Древесный уголь. Справочник. Екатеринбург: издательство «Сократ», 2007. – 184 с.

Код для цитирования: Скопировать