«Нефть из соломы»: российские ученые доказали положительный эффект пиролиза

Основным недостатком соломы как топлива является быстрое сгорание, из-за которого она не успевает ничего нагреть, а догружать котел или печь новой партией такого горючего, пока еще не догорело старое, очень сложно из-за крайне низкой плотности.

Поэтому лучшим выходом становится прессование соломы, с помощью которого ее превращают в различной формы брикеты, обладающие гораздо более высокой плотностью.

Солома как топливо: теплотворная способность

Удельную теплотворную способность любого топлива измеряют в различных единицах, но проще всего это делать в киловаттах (кВт) на 1 кг веса, однако можно использовать мегаджоули (МДж) или килокалории (кКал).

Мы составили таблицу, в которую включили теплотворную способность различных видов соломы и тех материалов, которые чаще других используют для отопления дома или дачи:

Материал	Теплотворная способность
	кКал	кВт	МДж
Солома пшеничная свежая	3400	3,95	14,2
Солома пшеничная сухая	3750	4,4	15,7
Солома льняная свежая	3400	3,95	14,2
Солома льняная сухая	3805	4,4	16
Пеллеты/брикеты из свежей соломы (влажность 30–40%)	3500	4	14,65
Пеллеты/брикеты из соломы после высыхания (влажность 10–15 %)	4000	4,65	16,7
Дрова свежие (влажность 50–60%)	1940	2,2	8,1
Дрова сухие (влажность 20%)	3400	3,95	14,2
Уголь бурый	3100	3,6	13
Уголь черный (каменный)	6450	7,5	27
Щепа сухая (влажность 20–30%)	2610	3	11
Опилки (влажность 20–40%)	2100	2,4	8,8
Пеллеты/брикеты из опилок или щепы	4100	4,8	17,1

По своей теплотворной способности солома находится на одном уровне с высушенной древесиной, поэтому хорошо подходит для отопления.

Проблема лишь в том, что не спрессованный материал занимает слишком большой объем.

Поэтому для превращения этого материала в полноценное топливо необходимо каким-то способом повысить его плотность. Однако существуют отопительные печи, способные работать на не спрессованной соломе, но все они отличаются очень большими размерами и невысокой эффективностью.

Преимущества гранулирования сена

Гранулы изготавливаются из обычного сена, которое высушивается, измельчается до состояния муки и затем уже подается в аппарат для гранулирования.

Преимущества гранулированного сена:

1. Пригодно для
кормления многих видов
домашнего скота, а также подходит кроликам.

2. Продукт в пеллетах сохраняют больше полезных веществ

, чем россыпью, что доказали исследования ученых из Великобритании. Такой корм содержит необходимые животным вещества: мелассу, жир, гидрол, бентониты.

3. Корм соответствует типу пищеварения у скота, поскольку твердые гранулы перевариваются так же, как естественный корм. Более того, они усваиваются намного лучше

, чем мучнистый комбикорм, который сложно захватывать и жевать крупному рогатому скоту.

4. На качество корма почти не влияет влажность и температура. Продукт не смерзается

при низких температурах и
не слеживается
при долгом хранении.

5. Кормушки животных не загрязняются остатками корма, поскольку гранулы минимально крошатся. Использование гранулированного корма позволяет поддерживать чистоту

и санитарию в кормушках без больших усилий. Использование горячего пара в процессе грануляции предотвращает размножение патогенной микрофлоры в корме.

6. Продукт удобно транспортируется

по сравнению с рассыпным кормом, поскольку гранулы имеют плотную структуру и больший насыпной вес. Их сыпучесть позволяет использовать любой транспорт, при этом необязательно фасовать его в тару.

7. Благодаря компактности и тяжести травяных пеллет меньше корма теряется

при раздаче.

Итак, гранулированное сено – перспективный вид корма для с/х животных. Гранулы из стеблей растений могут использоваться в других целях. Так из соломы производятся пеллеты для отопления помещений и подстилки для содержания животных.

Какое оборудование необходимо для его производства в промышленных масштабах?

Топливные брикеты своими руками

Существует три основных способа изготовления брикетов:

• тюкование;
• склеивание;
• прессование.

Тюкование

Тюкование, равно как и скатывание в рулоны, производится с помощью специальных агрегатов, штатно установленных на комбайнах, а также выполненных в виде прицепных или навесных устройств (пресс-подборщики сена).

Такие устройства можно сделать и своими руками, что подтверждает обсуждение изготовления брикетов на различных форумах и отчеты о них.

Единственный минус тюкования в том, что достичь плотности, сопоставимой хотя бы с высушенной древесиной, невозможно, поэтому печь или котел должны быть достаточно большого размера, особенно, если нет желания подкидывать топливо каждый час.

Если сделать тюкователь из толстой древесины или металла, а давление создавать не вручную, а с помощью гидравлического или электрического привода, то можно достичь половины или трех четвертей плотности сухой древесины, что позволит сократить размеры отопительного прибора.

Вне зависимости от плотности тюка, его прочность напрямую зависит от размера, поэтому чем он крупней, тем более прочным получится.

Это связано с тем, что каждая соломинка не только сминается, но и переплетается с другими, поэтому, чем больше их переплетется, тем крепче получится тюк или рулон.

По этой же причине самыми прочными получаются большие рулоны весом в несколько центнеров. Сделать таким образом тюки размером с кирпич, да еще и достаточной прочности, невозможно, поэтому метод применим лишь для изготовления крупных брикетов.

Мы подготовили ссылки на наиболее интересные обсуждения и отчеты:

1. fermer.ru.
2. forum.fermeri.com.ua.
3. www.ya-fermer.ru.

Склеивание

Этот способ не сильно увеличивает плотность спрессованной соломы, зато позволяет делать брикеты любого размера, вплоть до пеллет диаметром в несколько мм.

Чтобы делать брикеты этим способом, вам потребуются:

• любое органическое вяжущее вещество;
• измельчитель травы;
• емкость для замачивания;
• пресс с формами, покрытыми веществом, обладающим нулевой адгезией к выбранному вяжущему.

Чтобы делать топливо этим способом, вам потребуется любой органический клей или клееподобное вяжущее вещество, например:

• просроченный или испорченный обойный клей;
• испорченные мука или крахмал;
• навоз или помет.

Наилучшие результаты дает последний материал, ведь экскременты после высыхания не только обладают высокой теплотворной способностью, а также хорошо связывают частицы соломы между собой, но и не образуют после сгорания сложных ядовитых веществ.

Не стоит использовать в качестве вяжущего ПВА и другие синтетические клеи, ведь во время сгорания они образуют токсичные и канцерогенные вещества, представляющие угрозу для человека.

Несмотря на то, что дым выходит в трубу, он не растворяется в атмосфере, а постепенно опускается на землю, поэтому сначала попадает на уровень вдыхаемого воздуха, а затем смешивается с грунтовыми водами и образует токсичные и канцерогенные растворы.

Чтобы изготовить топливо этим способом, действуйте так:

1. Измельчите солому, в этом вам помогут статьи Соломорезка и Соломорезка своими руками.
2. Смешайте измельченную растительность с вяжущим веществом (способ подготовки вяжущего, а также его количество, зависит от типа вещества, поэтому оптимальные пропорции приходят лишь с опытом).
3. Загрузите необходимое количество смеси в матрицы пресса и прессуйте их. В большинстве случаев приходится делать несколько загрузок, чтобы обойтись без этого, необходим большой ход пресса, то есть большой изначальный объем матрицы. Нормальной плотностью для такого топлива является четверть или половина от плотности сухой древесины, то есть 200–400 кг/м3. Если необходима более высокая плотность, то придется использовать неизмельченную солому, с которой гораздо трудней работать. Еще один способ – прессовать под более высоким давлением, но для этого придется удерживать давление до хотя бы начальной полимеризации вяжущего вещества.
4. Извлеките спрессованный брикет из матрицы и высушите до влажности 20%.
5. Храните топливо только в сухих проветриваемых помещениях.

Если у выбранного вяжущего высокая адгезия к форме, иными словами, если клей липнет к ней, то поверхность формы и матрицы пресса обработайте силиконовым спреем или другими препаратами, обладающими нулевой адгезией к выбранному вяжущему.

Прессование

Этот метод является самым сложным, но одновременно и самым эффективным, ведь плотность готового продукта сопоставима с плотностью высушенной древесины дуба или граба, а также обладает высокой теплотворной способностью.

Основой этого способа является одна из особенностей лигнина, который переходит в жидкое состояние при давлении в 100–150 атм.

При таком давлении солома сильно нагревается, но из-за отсутствия кислорода не окисляются, поэтому вместо сгорания, лигнин плавится и склеивает между собой соседние соломинки. Этот процесс происходит по всему сжимаемому объему соломы, поэтому после окончания прессования она представляет собой единую довольно прочную массу.

В домашних условиях сделать пресс или экструдер, которые не только создают необходимое давление, но еще и обладают более-менее приличной производительностью, довольно сложно.

Можно сделать пресс из мощного гидравлического домкрата, но для создания брикета толщиной 5 см потребуется усилие в 3 тонны, если же делать хотя бы 10 брикетов одновременно, то усилие должно быть минимум 30 тонн.

Кроме того, ход пресса должен быть как минимум в 4 раза больше длины готового брикета (лучше больше), а такой агрегат невозможно сделать небольшим и мобильным.

Если же делать винтовой пресс с внутренним диаметром 10 см, то он должен создавать давление минимум в 10 т, то есть потребуется не только двигатель в 5–10 кВт мощностью, но еще и довольно прочный червячный редуктор, способный выдержать такую нагрузку. Но, даже достав все это, придется серьезно вложиться, чтобы изготовить корпус и шнек, а ведь еще нужны будут сменные матрицы с отверстиями разного диаметра.

Кроме того, для прессования подходит солома, влажность которой находится в диапазоне 6–12%, то есть помимо измельчения ее придется еще и сушить с помощью вакуумной или тепловой сушилки. Все это оборудование потребляет довольно много электроэнергии, поэтому использовать его дома невозможно.

Более подробно о таком оборудовании и общих принципах организации производства мы рассказывали в этих статьях:

1. Брикеты из опилок.
2. Оборудование для переработки древесных отходов.
3. Бизнес по утилизации опилок.

Оборудование для изготовления пеллетов

Оборудование для производства пеллет включает в себя:

• дробилка для измельчения сырья.
• сушилка;
• пресс для пеллет;
• охлаждающее оборудование для готового сырья;
• фасовочное оборудование.

  

Линия по производству пеллет

Линия для производства пеллет в полной сборке обойдется не дешево. В ее полный комплект входит барабаны для сушки, конвейеры, весы, вентиляторы для обдува материала, мельницы молоткового типа. Главную роль здесь играет, конечно же, станок для пеллет. Изготовить его самостоятельно не получится, так как для создания матрицы потребуется фрезеровочный станок. Оборудование для гранулирования может отличаться по качеству производимых пеллет. Точность обработки может отличаться от стандартов.

Самодельная дробилка

Производство пеллет требует наличие дробилки, которую можно собрать своими руками. Если в сырье будут присутствовать ветки или иные вхождения типа горбыля, то потребуется дополнительное оборудования для их измельчения. Конечно, конструкций такого оборудования существует не мало. Некоторые из них измельчают сырье на не слишком крупные фракции.

Схема самодельной дробилки

Для самостоятельного изготовления дробящего станка потребуется один электродвигатель, достаточно мощный, несколько дисковых пил. Такой станок станет хорошим помощником, чтобы запустить свое производство пеллет. Они крепятся на одном валу. Фиксируются они таким образом, чтобы каждый последующий зуб пилы смещался относительно предыдущего. На этот вал ставится шкив и пара подшипников по бокам. Вал устанавливается на раму и фиксируется там. Следует иметь в виду, что двигатель должен обладать достаточной мощностью, чтобы быть способным раздробить ветки и доски до нужного размера опилки. Производительность у такого агрегата не самая высокая.

Сушилка для опилок

Изготовление пеллет предполагает сушку исходного сырья. Чтобы пеллеты не посыпались сразу на выходе из прессовочного станка, требуется, чтобы опилки были нужной влажности. На крупном производстве это делается в специальных камерах. В домашних условиях некоторые мастера изготавливают барабанные сушилки, так как эта конструкция наиболее простая.

Самодельная сушилка для опилок

Железные бочки привариваются друг к другу. Далее их ставят на раму. К внутренним стенкам приваривают лопасти, которые во время сушки мешают сырье. С одной стороны импровизированного барабана подается горячий воздух, с другой этот воздух уходит. Вращается барабан при помощи электрического двигателя через редукторы. Источником горячего воздуха может быть обычная тепловая пушка.

Следует знать, что этот технологический процесс самый продолжительный и энергозатратный. Поэтому расходы могут превысить доходы.

Что лучше для отопления?

Для отопления тюками требуются очень большие котлы.

К тому же, этот процесс невозможно автоматизировать, то есть хотя бы раз в сутки придется подходить к котлу и закладывать в него новую порцию горючего материала.

Кроме того, таскать достаточно крупные тюки не очень удобно, поэтому отопление соломой в брикетах даже в печах и котлах без автоматической подачи, гораздо более удобно, ведь объем топлива, необходимый для выделения того же количества тепла, получается во много раз меньше.

Несколько иная ситуация с пеллетами, ведь из-за небольшого размера их сложно загружать в обычные котлы или печи, зато они хорошо подходят для отопительных устройств длительного горения с вертикальной загрузкой топлива. Как и брикеты, они занимают гораздо меньше места, чем тюки, а значит, того же объема хватит либо для более сильного нагрева, либо для более долгой работы, чтобы позволит реже загружать топливо.

Однако, самые сильные различия появляются в том случае, если в доме установлен отопительный твердотопливный прибор с автоматической загрузкой горючего материала, ведь ни солома, ни дрова для таких устройств не подходят.

А вот брикеты, благодаря одинаковой форме, и пеллеты, благодаря небольшим размерам, хорошо подходят для таких устройств, поэтому после закладки в бункер горючего можно не беспокоиться о топливе в течение нескольких дней.

Оправдано ли изготовление брикетов?

Средняя стоимость неавтоматического, то есть требующего постоянного внимания, оборудования для изготовления брикетов или пеллет, включая сушилку, составляет миллион рублей, а для установки полностью автоматизированной линии потребуется как минимум 2 миллиона рублей.

Кроме того, даже полностью автоматизированная линия все равно нуждается в участии человека, ведь необходимо загрузить исходное сырье в бункеры, затем периодически проверять процесс и убирать в сторону готовый продукт.

Все это говорит об одном – изготовление брикетов или пеллет для отопления своего дома не имеет никакого смысла, разве что есть пару лишних миллионов рублей, которые можно потратить на такое развлечение.

Оборудование для гранулирования сена

Технология грануляции сена схожа с алгоритмом производства топливных пеллет, однако в нее включается еще один элемент – рубильная машина для рулонов соломы.

Основное оборудование для линии гранулирования сена перечислено ниже.

1. Измельчитель рулонов соломы

Устройство с большим круглым бункером, где происходит измельчение рулона соломы при вращении ротора с билами. Измельчитель рубит рулоны сена на сечку, которая далее повторно измельчается на роторной дробилке.

2. Роторная дробилка с пневмосистемой

Роторная дробилка настраивается специально под измельчение стеблевых культур. Она обеспечивает измельчение соломинок до фракции муки – не более 5 мм в длину. Система пневмотранспорта всасывает сеченую траву через заборный шланг и подает полученную травяную муку по разгрузочному шлангу в смеситель.

3. Смеситель кормов или бункер-ворошитель

Если вы хотите заниматься выпуском кормов на основе сена по рецептуре, вам необходим смеситель кормов – бункер со шнеком ввода добавок, обеспечивающий качественное перемешивание всех ингредиентов кормовой смеси. Если цель заводчика – просто прессовать сено и солому, то для этой задачи лучше выбрать бункер с ворошителем сырья. Смеситель и бункер-ворошитель равномерно дозируют сырье в приемный бункер гранулятора ОГМ.

4. Гранулятор сена

Гранулятор ОГМ используется в промышленных линиях гранулирования сена. Этот пресс с кольцевой матрицей рассчитан на производительность не менее 0,5 тонны пеллет в час. Сырье из приемного бункера поступает в шнековый дозатор, который продвигает массу далее к смесителю. Попадая туда, сырье обдается паром и промешивается при помощи лопастной мешалки. Оно двигается ко входу в прессовочную камеру. Когда пропаренная травяная масса падает в камеру, она зажимается в клиновидном пространстве между пресс-вальцами и быстро вращающейся кольцевой матрицей. Сырье под давлением проходит сквозь отверстия матрицы, и с внешней ее стороны выходят раскаленные гранулы.

5. Скребковый транспортер и колонна охлаждения

Поскольку гранулирование проходит при высокой температуре, гранулы нуждаются в принудительном охлаждении, чтобы сохранять плотную структуру. Они направляются в колонну охлаждения, где продукт просеивается, и вниз сквозь сито опадают несгранулированные частицы. Обычно гранулятор и охладитель соединяет скребковый транспортер, на который высыпаются гранулы.

6. Фасовка

После охлаждения продукт, опять же, с помощью транспортера направляются в узел фасовки. Это может быть фасовочный дозатор, который отсыпает пеллеты в мешки, установленные на весовой платформе. Также фасовать продукт можно в биг-бэги, под которые монтируется специальная рама.

7. Пульт управления линии и гранулятора

Запуск и контроль за работой всей линии осуществляется с пульта управления. Устройство отслеживает состояние всей системы, возникновение дисбалансов и останавливает работу при неисправностях. Для гранулятора ОГМ используется отдельный пульт контроля.

Все перечисленное оборудование производится на заводе АЛБ Групп с использованием комплектующих мирового класса.

Прибыльность бизнеса

Готовому продукту придется конкурировать с такими же брикетами или пеллетами из лузги подсолнечника, а их средняя стоимость составляет 6 рублей за 1 кг.

Если с учетом всех расходов вы сможете снизить цену хотя бы до четырех рублей, тогда ваш продукт будет успешно конкурировать с брикетами или пеллетами из лузги, ведь оптовые цены на это горючее составляют в среднем 5 рублей за 1 кг.

Добиться такой себестоимости можно лишь в том случае, когда солома вам достается бесплатно, причем ее не приходится далеко везти от места получения до места переработки, а электричество вам поставляют по низкому тарифу.

Кроме того, для покрытия всех издержек и получения сколько-нибудь заметной прибыли, необходим налаженный канал сбыта, способный принимать десятки тонн этого топлива ежедневно.

Если такого канала нет, то ни о какой прибыли говорить не приходится, ведь даже недолгое хранение готового топлива подразумевает его доставку в специально оборудованное помещение с принудительной вентиляцией и уровнем влажности 5–10%. А это значит, что придется тратиться на возведение и обслуживание такого помещения, что снижает без того невысокие доходы.

Оборудование по производству брикета из лузги семечки

Технология изготовления топливных брикетов из биомассы (к которой относится и шелуха подсолнуха, риса, гречихи и т.п.) такова:

• Сырье моют, сушат.
• Измельчают.
• Спрессовывают.
• Остужают.
• Пакуют.

Соответственно подбирается оборудование. Нужна будет сушилка и дробилка (молотковая или шредер), но главное – пресс (поршневой, экструзионный или шнековый). Может также понадобиться средства для транспортировки сырья и готовой продукции в цеху, установка охлаждения и упаковывающее оборудование.

Основное оборудование по производству любых брикетов — пресс