Піроліз деревини (суха перегонка деревини) - розкладання деревини при нагріванні до 450 ° C без доступу повітря з утворенням газоподібних і рідких (в т. ч. деревної смоли) продуктів, а також твердого залишку - деревного вугілля.



Суха перегонка деревини - один з перших процесів хімічної технології. Починаючи з XII в. її широко використовували для вироблення соснової смоли (служить для просмолювання дерев'яних суден і просочення канатів); цей промисел носив назву смолокуріння. З розвитком металургії виник інший промисел, також заснований на сухій перегонці деревини, - вугілля печіням з отриманням деревного вугілля. Початок промислового застосування піролізу деревини відноситься до XIX в. Сировиною була тільки деревина листяних порід, головним продуктом - оцтова кислота.


help ukraine

Для здійснення процесу в даний час зазвичай застосовують деревину листяних порід (напр., берези), рідше (головним чином при комплексній переробці сировини) - деревину хвойних порід. При піролізі деревини берези (вологість 10-15%) отримують 24-25% деревного вугілля, 50-55% рідких (так звана жижка) і 22-23% газоподібних продуктів. Чим більше розмір шматків деревини, взятої для піролізу, тим крупніше твердий залишок, хоча в результаті нерівномірної усадки сировини і бурхливого виділення летких продуктів відбувається розтріскування обвуглюється матеріалу і утворюється до 20% дрібного вугілля з розміром частинок менше 12 мм. Отриманий деревне вугілля після сортування за розміром шматків направляють безпосередньо споживачу або на переробку.

При зберіганні і переробці жижки відстоюється деревна смола (7-10%) і одночасно протікають численні перетворення її компонентів; зі смоли виділяють широкий асортимент цінних продуктів. Відстояна жижка має щільність 1,025-1,050 г/см³ і містить 6-9% по масі оцтової кислоти та її гомологів, 2,5-4,5% метанолу, 5-6% з'єднань різних класів (альдегідів, кетонів, складних ефірів і т.д.), 4,5-14 % розчинної деревної смоли і 67-81% води. Оцтову кислоту витягують з жижки найчастіше екстракцією і шляхом ректифікації і хімічного очищення переробляють в харчовий продукт.

Газоподібні продукти (неконденсовані гази) включають діоксид (45-55% за об'ємом) і оксид (28-32%) вуглецю, водень (1-2%), метан (8-21%) та інші вуглеводні (1,5-3 , 0%). Склад неконденсованих газів залежить від кінцевої температури піролізу, швидкості і способу нагрівання (з внутрішньої або зовнішньої циркуляцією теплоносія - зазвичай топкових газів, одержуваних при спалюванні палива і неконденсованих газів); теплота їх згоряння коливається від 3,05 до 15,2 МДж / м³.

Перераховані фактори, а також порода, якість і вологість деревини визначають вихід продуктів її піролізу. З підвищенням температури зростають виходи деревної смоли і газів, але знижуються виходи деревного вугілля, оцтової кислоти і спиртових продуктів; вугілля утворюється з більш високим вмістом вуглецю. Середній вихід основних продуктів піролізу деревини становить (в розрахунку на суху деревину): оцтова кислота 5-7%, деревна смола 10-14%, деревне вугілля (з розрахунку на нелетких вуглець) 23-24%.

В основі піролізу деревини лежать вільнорадикальні реакції термодеструкції гемицеллюлоз, целюлози та лігніну, що протікають відповідно при 200-260, 240-350 і 250-400 ° C; співвідношення констант швидкостей при 320 ° C становить 10:1:0,25. Кінетичні характеристики піролізу деревини та її компонентів, знайдені різними авторами, помітно різняться. Реакції розпаду деревини, геміцелюлози, целюлози та лігніну мають перший порядок, а енергії активації цих реакцій змінюються в значних межах; для згаданих компонентів деревини відповідно 70-80, 135-210 і 55-110 кДж / моль. Константа швидкості піролізу деревини вище, ніж у целюлози, і, наприклад, при 350 ° C для різних порід знаходиться в діапазоні (2,8-8,3)10-3с-1. Піроліз деревини - екзотермічний процес, при якому виділяється велика кількість теплоти (1150кДж/кг).

Принципова технологічна схема піролізу деревини: оброблення сировини на шматки (тюльку); сушка розпиленої деревини; власне піроліз в спеціальних печах або ретортах; охолодження вугілля і його стабілізація (для запобігання самозапалювання); конденсація парів летких продуктів. Найбільш тривала і енергоємна стадія - сушіння деревини з вологістю 45% до вологості 15%.

Техніка піролізу деревини різноманітна, але більшість застосовуваних у світовій практиці печей і реторт застаріло і не відповідає сучасним вимогам. Найбільш досконала технологія піролізу деревини з використанням безперервно діючого устаткування. В останні, порціями завантажують деревину і періодично вивантажують вугілля.

Переходячи до режимних факторів, ми розглянемо залежність процесу від швидкості обвуглювання, тиску в апараті, кінцевої температури і середовища, що оточує елемент деревини.

Швидкість. На підставі лабораторних дослідів можна зробити висновок, що швидкість процесу справляє помітний вплив в основному на стадію розпаду, що проходить в інтервалі температур 260-290 °C. Інтенсивна подача тепла в цей час при подрібненої деревині веде до підвищення виходу смоли і зниження виходу вугілля при практично не мінливих виходах низькомолекулярних продуктів: кислоти, метанолу, альдегідів. Можна припустити, що при повільному нагріванні частина смоли коксується на поверхні вугілля, збільшуючи його вихід і, одночасно, кисень, що знаходиться в деревині, асимілюється з воднем, даючи воду, і з вуглецем - СО2.

При швидкій гонці різко збільшується вихід газів і зменшується вихід вугілля і рідких дистилятів. Великий вплив на виходи надає підвищений тиск, що утворюється при інтенсивному нагріванні всередині апарату. Ще сильніше впливає в цьому випадку швидкість виведення продуктів піролізу зі сфери реакції. Чим швидше виводиться смола, тим більше її вихід.

Тиск в апараті. Має великий вплив на хід процесу термічного розпаду. Наприклад, при зміні тиску від 200 атм до 5 мм рт.ст., виходи (на абсолютно суху листяну деревину) вугілля та метанолу падають від 34 до 20% і від 3,1 до 1,2% відповідно, але зростає вихід оцтової кислоти і смоли.

Одночасно при вакуумі різко змінюється склад жижки: у ній з'являється велика кількість редукуючих речовин про абсолютно відсутній осадова смола.

Ці залежності в апаратах промислового типу не використовуються, оскільки економічний ефект від їх здійснення не окупить технічні ускладнення, що виникають при організації високотемпературного процесу в металевих апаратах в умовах тиску або вакууму.

Кінцева температура процесу.
Продукти, що виділяються при піролізі деревини, утворюються в широкому діапазоні температур. Кожен з продуктів має певну температуру початку утворення, свій максимум і кінець утворення. Максимуми переважного числа продуктів термічного розпаду деревини відносяться до температурного інтервалу, відповідного екзотермічної реакції (виділення надлишкового тепла). При цьому існують важливі температурні точки:
  • 260 ° C - коли деревина стає бурою, віддавши конституційну і деяку кількість реакційної вологи, СО2, мурашиної та оцтової кислот.
  • 400 ° C - коли відділення основної маси рідких продуктів вже закінчено.
Подальше підвищення темпратури процесу (прогартовує) призводить до відділення невеликої кількості (1,5-2%) тяжких смол, значно збільшує вихід неконденсованих газів і дає вугілля з підвищеним вмістом вуглецю - до 90-95%.

Середовище. Хід і результатів піролізу в значній мірі залежать від середовища, в якому знаходиться деревина що нагрівається. Звичайною, найбільш частим середовием що зустрічається на практиці є газове, або, точніше, парогазове. В реторті деревина піддається пірогенному розпаду в слабкому струмі завдяки природній конвекції продуктів її ж розпаду.

В установках типу УВП-5 (розповсюджених у малого підприємництва) деревина нагрівається димовими газами, вміст кисню в яких сильно знижений, гази проходячи через товщу деревини віддають тепло до початку екзотермічної реакції, після чого важливим критерієм є недопущення кисню в піролізну камеру під уникнення перегріву і руйнування печі.

Трохи відокремлено стоять процеси піролізу, що протікають в середовищі перегрітої водяної пари, водної і висококиплячих нейтральних рідин. Розкладання деревини в струмі перегрітої водяної пари приводить до відщеплення метоксільних груп, різкого підвищення виходу летких кислот і альдегідів, появі в дистиляті речовин вуглеводного характеру, зниження виходу вугілля і повній відсутності осадової смоли. Такі технології використовуються переважно для вивчення хімічних процесів.


Купити біопаливо

Пелети
з дерева, лузги, соломи
Брикети
з дерева, торфу, соломи
Дрова
кругляк, колоті
Щепа
технологічна, паливна
Деревне вугілля
фасоване, для гриля
Торф
торфобрикет, руф




Написати коментар (0)


Потрібен котел? Заповнити анкету

Заповніть анкету та виробники запропонують вам ціни та послуги самі!



Потрібне біопаливо? Заповнити анкету

Заповніть анкету та виробники запропонують вам ціни та послуги самі!


Популярні статті цієї рубрики: