Учебное пособие для студентов бакалавриата направлений подготовки

 

---

54 
4.3. Отходы биохимической промышленности 
Для биохимических предприятий характерен сравнительно невысо-
кий выход основных целевых продуктов, который составляет лишь около 
20 % от массы абсолютно сухого сырья. Остальное количество органиче-
ской биомассы растительного сырья переходит в состав побочных продук-
тов производства и отходов, таких как, гидролизный лигнин, гуминопо-
добные вещества и др. За счет использования отходов можно получать 
прибыль, равную прибыли от реализации основной продукции [6]. 
Гидролизный лигнин – является сложным продуктом, состав которо-
го непостоянен и зависит от условий технологического режима, что за-
трудняет его переработку. Гидролизные лигнины в среднем содержат
48–72 % лигнина, 13–32 % трудногидролизуемых полисахаридов, 7,6–19,0 
% смолистых веществ и лигногуминового комплекса и 0,7–9,6 % зольных 
элементов. Технические лигнины различных гидролизных заводов харак-
теризуются нестабильностью по содержанию в них влаги (58–80 %), что 
оказывает существенное влияние на их сыпучесть и теплофизические 
свойства. Разработано четыре основных направления промышленного ис-
пользования лигнина: в натуральном виде; после термической обработки; 
после химической переработки; и в качестве топлива. 
В натуральном виде гидролизные лигнины используются в черной и 
цветной металлургии как заменители древесного и каменного углей и кок-
са. В производстве стройматериалов они используются в процессе получе-
ния теплоизоляционных, кровельных и облицовочных материалов, кирпи-
ча, цемента. Гидролизные лигнины нашли применение в сталеплавильной 
промышленности для науглероживания металла; в производстве легковес-
ных огнеупорных материалов в качестве выгорающей добавки и топлива; в 
химической промышленности в качестве наполнителя в различных компо-
зициях. 
При термической деструкции лигнина (пиролиз) без доступа воздуха 
получают: уголь (полукокс); жидкие продукты (смола и жижка); смесь га-
зообразных продуктов. Уголь, полученный из гидролизного лигнина, бли-
зок по свойствам к древесному; характеризуется высокой реакционной 
способностью и электросопротивлением. 
Одним из способов практического использования лигнина с влажно-
стью 65 % является газификация его смеси с торфом или щепой в газоге-
нераторах. Согласно технологической схеме лигнин в смеси со щепой или 
торфом подвергается газификации в газогенераторе. Полученный газ после 
охлаждения и сушки в скруббере нагнетается в котельную для сжигания. 

---

55 
Осажденная в приемнике скруббера смола отстаивается, после чего может 
быть отправлена на переработку или возвращена в газогенератор. Утили-
зация уксусной кислоты, выделяющейся при газификации лигнина. не 
представляет практического интереса, поэтому кислые воды после обез-
вреживания сбрасываются в канализацию. 
Установлено, что при добавке лигнина в количестве 12–14 % от об-
щего количества топлива (в пересчете на сухое вещество) выход газа уве-
личивается до 1,93 м
3
/кг (из 1 кг а.с. топлива) для смеси щепы с лигнином 
и до 2,25 м
3
/кг для смеси торфа с лигнином. Чтобы избежать уноса лигнина 
из газогенератора, скорость должна превышать 2 м/с. КПД газогенератора 
при газификации смеси равен 74 %. Общий КПД установки при газифика-
ции лигнина и последующей газа под паровыми котлами 63 %. 
В результате процесса термического разложения гидролизного лигни-
на без доступа воздуха (сухая перегонка) можно получить уголь с выходом 
до 45–50 % от а. с. лигнина, который содержит 8–20 % летучих продуктов, 
определяемых прокаливанием при 850–900 
о
С. В состав жижки, получаемой 
при сухоперегонном процессе с выходом 26–27 %, входят следующие ком-
поненты: уксусная кислота, муравьиная кислота, метанол, ацетон. 
Полученная при карбонизации лигнина смола – легковоспламеняю-
щаяся жидкость светло-коричневого цвета. Смола полностью растворяется в 
эфире. Результаты исследований показывают, что лигниновая смола пред-
ставляет собой продукт, богатый фенолами, которые могут быть выделены в 
виде технически чистых препаратов путем фракционной разгонки. 
Путем брикетирования лигнина в чистом виде или с мелкозернисты-
ми рудными материалами с последующим термолизом или без него можно 
получить для нужд металлургии высококачественный кусковой углероди-
стый восстановитель. В абсолютно сухом лигнине содержится до 30 % 
твердого углерода с высокой реакционной способностью. Для получения 
прочных брикетов, сырых и пиролизованных, необходимы следующие ус-
ловия: давление прессования 75–100 МПа; влажность сушеной крошки
8–12 %; размеры частиц – до 5 мм; температура обжига 700 °С для лиг-
нинных брикетов и 350 °С для шихтовых. 
При соблюдении условий получается кусковой лигнинный уголь с 
высокой прочностью (сопротивление сжатию до 10–13 МПа), пористый 
термостойкий, с высоким электросопротивлением. При пиролизе брикетов 
выход кускового угля 40–45 %, содержание фенолов в смоле 50–55 %, вы-
ход газа 15 %. Применение лигно-углебрикетов при выплавке высоко-
кремнистых сплавов существенно улучшает работу электропечей: увели-

---

56 
чивается скорость и полнота восстановления, уменьшается удельный рас-
ход электроэнергии, обеспечивается лучший сход шихты. Обычно исполь-
зуют две основные технологические схемы переработки лигнина. Первая 
схема предполагает производство лигнобрикетов и лигноуглебрикетов на 
гидролизных заводах, включающие сушку лигнина до 8–10 %, брикетиро-
вание на прессах высокого давления и пиролиз. Вторая схема предусмат-
ривает изготовление шихтовых лигноугольных брикетов на металлургиче-
ских заводах и включает транспортировку сырого лигнина на металлурги-
ческий завод, сушку его до 8–10 %, сушку рудных компонентов до 4 %, 
дозировку, смешение, брикетирование, пиролиз, плавку.
Потребность в брикетированном лигнинном восстановителе для чер-
ной и цветной металлургии может составить до 3,5 млн т в год при исполь-
зовании лигнина, имеющего влажность 65 %. Лигниновые брикеты ис-
пользуются так же, как бытовое топливо. Их производство освоено на 
Краснодарском и Бендерском гидролизных заводах. Использование лигни-
на как бытового топлива представляет значительный интерес и эффектив-
но в районах, плохо обеспеченных углем и газом. 
Методами химической переработки гидролизного лигнина получают 
коллактивит, нитролигнин, лигностимулирующие удобрения, полифепан, 
лактофильтрум и пр. 
Наиболее технически простым и экономически оправданным являет-
ся сжигание гидролизного лигнина в топках паровых котлов. Рациональ-
ность такого пути утилизации обусловлена тем, что при этом уменьшается 
потребность заводов в привозном топливе. 
Шламовые отходы гидролизно-дрожжевого производства образуют-
ся при инверсии и нейтрализации гидролизатов, на стадии аэрации сусла, а 
также при приготовлении раствора питательных солей. На стадии инвер-
сии происходит образование осадка из гидролизатов, который состоит из 
мелкодисперсного лигнина, гидролизных смол и веществ лигно-
гуминового комплекса. Под действием кислотности среды и высокой тем-
пературы шлам с течением времени полимеризуется и образует твердый 
смолоподобный осадок, состоящий на 99 % из органических веществ, и 
может быть использован в качестве топлива. 
При вакуум-осаждении нейтрализата и аэрации сусла также проис-
ходит образование осадка, который отделяется методом отстаивания. Дан-
ный осадок состоит на 95–97 % из органических веществ: из лигно-
гуминового комплекса, гуминовых и дубильных веществ.
Для выращивания дрожжей в гидролизный субстрат вводят ряд пи-
тательных солей с целью обеспечения достаточного количества азота, 

---

57 
фосфора, калия и магния. В результате этого в отходах находятся, кроме 
осадка из инвертора, в усвояемой форме соединения азота, фосфора и ка-
лия, а также целый ряд микроэлементов, которые обладают биологически 
активными свойствами. Присутствие в шламовых отходах гидролизного 
производства биологически активных элементов открывают широкие воз-
можности по использованию их в качестве составной части органо-
минеральных удобрений. 
Для ликвидации данной экологической угрозы необходимо разрабо-
тать безопасные и экономически рентабельные методы утилизации техни-
ческих лигнинов, накопленных в производственных отвалах, так и выраба-
тываемых на действующих предприятиях. Данные методы должны обеспе-
чить не только утилизацию данного промышленного отхода в масштабах 
его образования, но и наиболее эффективно использовать потенциальную 
ценность технического лигнина как ароматического соединения, а также 
второго в мире по распространенности природного полимера [6].