Принцип технології піролізу

Типовий процес розкладання деревини під впливом нагріву в безкисневій газовій атмосфері (піроліз) здійснюється в замкнутій посудині (реторті), що нагрівається через стінки.

В реторті є патрубок для виведення  пар-газів що утворюються в конденсаційний пристрій з пристосуванням для відділення рідини від газу.
В реторту поміщають деревину, завантажувальний отвір закривають і апарат нагрівають, регулюють температуру за допомогою пірометра, поміщеного в рекреаційний простір.Нагрівання ведуть до температури 400-500 ° C.

За зовнішніми ознаками і контрольними замірами процес можна розділити на наступні стадії:

1. Сушка - з деревини виділяється тільки волога, практично 0-150 ° C.
2. Власне суха перегонка (піроліз). На цій стадії в дистилятне з'являється ряд органічних продуктів і виділяється газ. Зазвичай цю стадію відносять до температурного інтервалу 150-350 ° C. Для цієї стадії характерний ще так званий екзотермічний період, який спостерігається при Т 275-285 ° C, коли процес йде дуже енергійно, з явним виділенням реакційного тепла.
3. Стадія прокалки. Вона характерна відділенням від вугілля, що утворився в попередній стадії, невеликої кількості смол (1,5-2%) і значної кількості неконденсовних газів. Початок цій стадії 350-400 ° C, кінець же задається по виробничим умовам і звичайно не перевищує 400-550 ° C.

Першим з компонентів деревини, вже при температурі трохи нижче 150 ° C, починає розпадатися ксилан, але, в основному, його розпад йде при Т 250-260 ° C з утворенням фурфулола, оцтової кислоти і газів. Розпад лігніну починається при Т близько 200 ° C, цей процес внаслідок гетеро-і гомолітичної дисоціації хімічних зв'язків між структурними одиницями лігніну і всередині їх призводить до утворення низькомолекулярних летких з'єднань і повної перебудови первинної структури лігніну. При Т вище 300 ° C починає розкладатися целюлоза.

Деревина представляє собою дуже складний комплекс органічних сполук, що відрізняється в більшості своїй високою молекулярною вагою, тому і процес її розпаду надзвичайно складний і важко піддається опису і, тим більше, розрахунку. Безсумнівно, що в ході процесу має місце ряд послідовних і паралельних реакцій, що характеризуються розривом зв'язків, що існують у вихідному комплексі.

В результаті утворюються нові речовини, багато з яких за даних умов нестабільні, легко реагують між собою. В апаратах періодичної дії стадії процесу піролізу протікають послідовно в часі, тоді як у безперервно-чинному апараті в один і той же час у верхній зоні відбувається сушіння, нижче нагрівання деревини до температури екзотермічної реакції, в середній зоні - розкладання деревини та прожарювання вугілля, в нижній частини відбувається охолодження вугілля перед вивантаженням. Тому при роботі періодично діючого апарату склад парогазової суміші змінюється з часом, тоді як в безперервному процесі залишається у часі практично незмінним.

                                      
                      Схема піролізу в безперервно діючому апараті.
                       1 - зона сушіння
                       2 - зона нагріву до Т екзотермічної реакції
                       3 - зона піролізу і прокалки
                       4 - проміжна зона
                       5 - зона охолодження вугілля

Накопичений виробничий досвід і проведені в лабораторних умовах дослідження дозволили встановити ряд залежностей, що визначають вплив різних факторів на процес піролізу, а також зв'язок між хімічним складом деревини та продуктами її термічного розпаду. На процес піролізу впливають різні чинники, але в першу чергу сировинні та режимні, які будуть розглянуті нижче.

Продукти піролізу

В результаті процесу утворюються наступні первинні продукти:

• деревне вугілля близько 30%
• деревний сухоперегонний газ близько 20%
• дистилят (Жижка) близько 50%
• від ваги повітряно-сухої деревини.

Жижка одержувана при звичайній сухій перегонці з використанням конденсатора, це 15-20% розчин органічних речовин у воді. Питома вага 1,025-1,035.Кислотність Жижки коливається в межах від 7 до 12%.У складі Жижки виявлено близько 380 індивідуальних хімічних речовин.

Основні групи:

• кислотна, жирні кислоти гомологічного ряду оцтової кислоти (мурашина, пропіновая, масляна, валеріанова) з переважанням до 80% оцтової.
• спиртова - в основному метанол з домішкою аллилового спирту.
• ефірна - метилацетат, етилацетат та ін
• альдегідна - формальдегід, ацетальдегід і ін
• Кетони - ацетон, метилетилкетон.

Кількісно в середніх цифрах можна прийняти вміст в Жижко кислотної частини - 7-12%, деревноспиртовій (ефірна, альдегідна та кетонів група) 3-5%, розчинних смол - 5-7%.

Деревне вугілля - це пористе, тендітне тіло блискучого чорного кольору з синюватим відливом в зламі, що зберігає певною мірою структуру вихідної деревини.
Істинна питома вага 1,4; питома вага кускового вугілля з ялини 0,25, сосни 0,27, берези 0,3-0,4.
Випаленої при кінцевій температурі 400 С вугілля з усіх порід має приблизно однаковий склад органічної маси: C - 82,5%; H2 - 4%; O + H - 13,5%. Вміст вуглецю в деревному вугіллі в залежності від кінцевої температури випалу коливається в значних межах, досягаючи при дуже високій температурі (1600 ° C) 99,7% від органічної маси. Золи у вугіллі міститься 2,5-3,5%, в її складі переважають СаО, K2O, Na2O і що дуже характерно дуже мало фосфору і сірки. Теплотворна здатність деревного вугілля 7000 - 8000 кал / кг.

Неконденсовані гази.

Деревний сухоперегонний газ горючий, хоча містить в своєму складі до 50% CO2.
Теплотворна здатність сумарного газу, що виділяється при піролізі, 800-1200 кал / м ³.
Цей показник різко змінюється по ходу процесу, з підвищенням температури сухоперегонний газ поступово збагачується горючими компонентами.

Сучасні установки вуглевипалювання орієнтовані на одержання тільки деревного вугілля, при цьому екологічно чисті апарати забезпечують утилізацію деревного (піролізного) газу та рідини, така вуглевипалювальна піч стає енергонезалежною, одержуваного тепла вистачає на нагрівання нової порції сировини, процес йде безперервно і найбільш раціонально.