Піроліз деревини - статті - фотон

Для того, щоб з деревини вийшов вугілля, їй потрібно пройти процес піролізу, розкладання без доступу повітря.
Деревина розкладається в газовій безкисневому атмосфері, в реторті, під впливом нагрівання. Реторта - це замкнутий посудину, нагрівання виробляють через її стінки. Парогаза, які утворюються в процесі піролізу, виводяться через патрубок в реторті. Далі в пристрої для конденсації газ відділяється від рідини.
Технічний процес починається з того, що деревину кладуть в реторту, закривають на пластину і нагрівають апарат до 400-500 ° С. Пірометр, розташований в рекреаційному отворі, допомагає регулювати температуру.

Процес піролізу складається з трьох основних стадій, які різняться між собою за контрольними вимірами і зовнішніми ознаками.
Перший етап - це сушка деревини. При температурі до 150 ° С з сировини виділяється волога.
Другий етап - власне піроліз, суха перегонка. При температурі 150-350 ° С виділяється газ, і в дистилляте утворюються органічні продукти. На цьому етапі протікає важливий для всього процесу період, званий екзотермічним. Він полягає в тому, що піроліз проходить енергійно, виділяється реакційний тепло, це відбувається при температурі близько 280 ° С.
Третій етап, прогартовує. Якщо на попередньому етапі утворилося вугілля, то на цьому відбувається відділення від нього смол в невеликій кількості і безлічі неконденсованих газів. Температура на цьому етапі починається з 350 ° С і доходить до 550 ° С.
Процес розпаду деревини дуже складний, так як вона складається з цілого комплексу органічних сполук. Вони мають різний молекулярна вага, тому що протікають між ними хімічні реакції теж різні. Розрахувати або детально описати всі ці реакції буде важко. Однак, в загальних рисах це можливо. Першим, при температурі 150 ° С, починається розпад ксилана, процес триває при 250 ° С і більше. В результаті утворюються такі речовини, як оцтова кислота, фурфулол і гази. При температурі 200 ° С починається розпад лігніну, що призводить до вивільнення летючих низькомолекулярних сполук. А при 300 ° С розкладається целюлоза.
У процесі піролізу протікають хімічні реакції, послідовні і паралельні, які супроводжуються появою нових і розривом старих зв'язків, які існували до термічної обробки. Утворені в результаті нові речовини починають взаємні реакції. Роки лабораторних досліджень та отриманий на виробництві досвід дали можливість встановити зв'язок між протікають процесами, між хімічними складовими деревини та продуктами, що виходять в результаті її розпаду. А також встановити фактори, які впливають на ці процеси. Головні показники, які визначають хід процесу піролізу, - це сировина і технічні умови його обробки.

Вимоги до апаратів для піролізу деревини

Виготовлення деревного вугілля

Одна з найдавніших технологій виробництва в історії людства - це виготовлення продуктів горіння деревини. Судячи з результатів археологічних розкопок, печерні люди вже знали, що таке деревне вугілля. Його могли робити спеціально або збирати на місцях пожеж. У бронзовому столітті деревне вугілля став одним із стовпів розвивається культури. Його виготовляли з тліючих головешок і використовували як паливо, яке не викликає чаду.
У кожній російській селі в давнину була своя кузня. Тільки в кузні можна було виготовити безліч предметів, таких як підкови, соха, коса. І кузні працювали на деревному вугіллі. Ковкий і пластичний чавун чудової якості можна виготовити виключно на деревному вугіллі.
Ще одне історично склалося застосування деревини - це виробництво соснової смоли і дьогтю як продукту термічної переробки дерева.
Деревне вугілля - один з важливих продуктів промисловості. Він екологічний, тому що не містить сірки, фосфору, важких металів. Виготовлення сорбентів - ще один варіант застосування вугілля.
На сьогоднішній день у всьому світі виробляють близько 9 млн тонн деревного вугілля в рік. Левова частка виробництва припадає на Бразилію, близько 7,5 млн тонн. Україна, незважаючи на велику кількість лісу, виробляє близько 350 тисяч тонн в рік. Пропозиція не покриває попит, тому в Україну імпортують вугілля з України, Китаю, Білорусі.
Споживання деревного вугілля на душу населення вУкаіни становить менше 100 грам на рік. У той же час, середньостатистичний європеєць витрачає більше 20 кг вугілля на рік, японець - понад 60 кг на рік.
При виготовленні деревного вугілля перевага віддається сировини з твердолистяних порід дерев. Вугілля з них виходить щільний і міцний. Однак, в сучасних умовах вугілля також виготовляють з відходів хвойних порід, з чагарникових і осики. З них теж можна зробити хороший якісний вугілля, якщо не відхилятися від відпрацьованою технологією і брикетувати продукцію.
Через те, що існують різну сировину і технології виготовлення, в результаті обробки виходить кілька різновидів деревного вугілля. Наприклад, існує сорт палива для грилів і камінів, званий «червоний вугілля». Його виробляють шляхом м'якого вуглевипалювання при невисокій температурі. В Японії популярний «білий вугілля», його випалюють з далекосхідного білого дуба.
Під час термічної обробки деревини при її розпаді утворюється деревне вугілля та інші продукти - рідкі і газоподібні.
Рідкі продукти згоряння виходять в крапельної фазі, і частково - в пароподібному вигляді. Разом з неконденсірующаяся газами вони утворюють парогазову суміш. Ці продукти були так само затребувані, як і вугілля, до середини ХХ століття. Пізніше їх витіснили продукти нового покоління, більш дешеві, виготовлені з природного газу і нафтопродуктів.
Важливою умовою отримання якісного деревного вугілля є дотримання тонкощів технології виробництва. Вона досить проста, але якщо знехтувати її умовами, то вугілля вийде дрібним, тріщинуватих, недопаленої, на виході його буде менше.

Користь від деревного вугілля

Сьогодні стає очевидним, що з кожним роком масштаби використання деревного вугілля зростають. Це не дивно, деревне вугілля - найбільш екологічно чистий вид палива, відповідає найвищим вимогам на відміну від дров, торфу і кам'яного вугілля. Головні переваги деревного вугілля полягають в наступному:
- готове паливо високої якості, екологічно чисте і безпечне;
- при горінні не утворює диму і полум'я, даючи при цьому необхідну температуру;
- висока тепловіддача - 31000кДж / кг;
- відсутність будь-яких шкідливих речовин;
- нездатність до самозаймання;
- хороша піджарка продуктів завдяки рівному горінню і тривалому збереженню спека;
- можливість використання для гриля, барбекю, камінів і відкритих вогнищ.
Якщо вугілля спресувати в брикети, то це додає йому зручну форму, в результаті чого при горінні виділяється в 1,5 рази більше тепла, а саме горіння тривати набагато довше, що дає можливість приготувати більшу кількість їжі.

Перевага використання деревного вугілля для приготування м'яса полягає в тому, що воно обдається НЕ відкритим вогнем, а жаром, що робить таке приготування найбільш безпечним і нешкідливим для здоров'я. В якості сировини для такого вугілля найкраще підходить березова або дубова деревина
Деревне вугілля відноситься до малозольних матеріалами через відсутність в ньому сторонніх хімічних домішок. Він має високу теплостійкістю і питомим електричним опором. Якщо вугілля проколоти, то його електропровідність підвищитися і за рахунок цього можна отримувати продукти з встановленими діелектричними властивостями. Для виготовлення другорядних виробів часто використовують такі відходи древесноугольного виробництва як вугільний пил і вугільна дрібниця, яким не скрізь можна знайти застосування.
Сьогодні в Європі і азіатських країнах все більш популярним стає виробництво вугілля з використанням брикетних тирси. Таких тирси на будь-якому виробництві утворюється велика кількість, і перетворення їх в товарну продукцію дає можливість підприємству отримати додатковий прибуток. Щільність брикетів досягає 1100-1200 кг / м, що дає можливість використовувати їх як високоякісне паливо.
Нещодавно японські вчені зробили ще одне відкриття на користь деревного вугілля. Виявляється, він здатний поглинати неприємні запахи і шкідливі елементи в приміщенні, покращуючи тим самим самопочуття людини.

Деревне вугілля в промисловому виробництві

Область застосування деревного вугілля

Дереві ний вугілля є вуглецевої масою, що складається з великої кількості кам'яновугільних матеріалів. Деревне вугілля проводився протягом багатьох тисячоліть, а сьогодні він є основним джерелом енергії в усьому світі. Проводять його з таких природних матеріалів, як дуб, клен і фруктові дерева. Вони дають кращий сорт деревного вугілля.
Зараз область застосування деревного вугілля збільшується. Він використовується при фільтрації органічних складів хлору, бензину, пестицидів та інших отруйних хімікатів, як паливо його можна застосовувати для приготування стейків, гамбургерів і взагалі для будь-якого пікніка деревне вугілля буде дуже до речі. Деревне вугілля повністю безпечний для приготування їжі на відкритому вогні. При цьому тільки 30% температури, що виділяється при згорянні, йде безпосередньо на приготування їжі, інші ж 70% виявляються непридатними. У країнах з холодним кліматом для максимізації використання виділяється при згорянні тепла, ці непридатні 70% направляють на обігрів приміщення.
Однак використовувати його треба дуже раціонально, тоді деревне вугілля збереже свою цінність на довгі століття. Ефективність застосування деревного вугілля складається в передачі якомога більшої кількості високої температури об'єкту, який треба нагріти і залежить від того, наскільки раціонально використовується вугілля.
Якість деревного вугілля встановлюють різними методами і способами. Для отримання деревного вугілля високої якості іноді доводиться піднімати ціну. Спалювання деревного вугілля в побуті дає дуже високі результати, що дозволяє говорити про його раціональне застосування в домашніх умовах. Тому, вважається, що внутрішній ринок менш вимогливий до якості вугілля, ніж зовнішній. На зовнішній ринок вугілля експортують для використання в сталеливарній і хімічної промисловості. Слід врахувати, що ще вугілля застосовується в кулінарії і барбекю.
Завдяки своїм корисним фізичним і хімічним властивостям вугілля стали застосовувати в сталеплавильної промисловості. Він є найдорожчим сировиною для доменних печей і тому повинен бути сильно спресованим.
Корисні властивості має не тільки сам деревне вугілля, а й попіл, який утворюється після його спалювання. Попіл є таким же мінералом, як глина, кварц і окису кальцію, тому він знайшов своє застосування в лісовому та сільському господарстві як добриво.

Виробництво деревного вугілля традиційними і індустріальними методами

Виробляти і використовувати деревне вугілля люди почали ще в кам'яному столітті. Тоді він використовувався в сільському господарстві, а також як паливо для приготування їжі. У країнах, що розвиваються і сьогодні в використанні деревного вугілля нічого не змінилося. Його все ще продовжують використовувати для приготування їжі, оскільки як паливо він має високу теплотворну здатність. У розвинених країнах напрямок використання деревного вугілля трохи змінився. В даний час його застосовують в мідному і цинковій виробництві, а також як паливо для барбекю.
Отримують деревне вугілля за допомогою нагрівання деревини, при якому відбувається виділення смоли і суміші газів. Важливим показником для якості деревини є рівень вмісту вологи. Чим її більше, тим менше вугілля можна зробити. Всі відомі на сьогодні способи виробництва деревного вугілля діляться на традиційні і індустріальні.

Традиційними способами виробляли вугілля до початку двадцятого століття. Деревину складав в ями, які викопували у вигляді човнів. У земляних ямах робили отвори, через які підпалювали деревину. Через свою дешевизну, такий спосіб використовують і до сьогоднішнього дня в країнах, що розвиваються, проте продуктивність виходить дуже низька: всього 1 кг деревного вугілля з 10-12 кг лісу. У 70-х роках минулого століття люди почали покращувати традиційні методи виробництва. Першим кроком в цьому напрямку стало обладнання земляних печей димоходами, які робили з нафтових барабанів. Завдяки цьому відбувається часткове згорання дерев'яної окантовки для забезпечення високої температури, необхідної для коксування. У підсумку 1 кг деревного вугілля вдається отримати з 8 кг лісу.
В кінці двадцятого століття відкриваються індустріальні технології, що дозволяють підвищити результат і якість виробництва деревного вугілля, яких неможливо досягти при традиційних методах. Були створені нові типи печей з автоматичним і напівавтоматичним управлінням, що підняло продуктивність до 1 кг деревного вугілля з 5-7 кг лісу. Однак заводи з даними способом виробництва викидають в навколишнє середовище занадто багато диму, сажі і брудного повітря, що є небезпечним для здоров'я людини. Тому останньою тенденцією в індустріальному виробництві деревного вугілля є удосконалення обладнання для мінімізації впливу його роботи на екологію, зберігаючи при цьому якість і кількість деревного вугілля на високому рівні. Для цього сталеві ємності заповнюють висушеним лісом і поміщають в викладену цеглою піч, яка попередньо нагріта до 900 0С. Нагріті разом з лісом смоли і газ надходять в спеціальну високотемпературну камеру згоряння. Газ в цій камері застосовується для нагріву печей коксування і попередньої сушки лісу. При правильному управлінні температурою, в такому сучасному обладнанні 1 кг деревного вугілля можна отримати з 3-4 кг лісу.