Cea mai mare parte a lemnului este formată din compuși organici. Sub influența temperaturilor ridicate în vid sau a unui debit minim de aer, acestea se descompun în componente solide, semilichide și gazoase. Acest proces se numește distilare uscată, acoperire de gudron, piroliză. Diferă de ardere în conservarea mai mare a componentelor descompuse. Reacțiile chimice au loc foarte repede și fără formarea de flacără și fum.
Tehnologia de distilare a apărut în secolul XII. Apoi, pinul și alte conifere au fost utilizate ca materii prime. Rășină a fost obținută din ele pentru impregnarea părților de lemn ale corăbilor și a funiei și a cărbunelui. În secolul XIX, cu ajutorul distrugerii masei care conține carbon, a început să se obțină acid acetic.
Esența procesului
Arderea obișnuită a lemnului cu participarea oxigenului duce la aprinderea și evaporarea gazelor eliberate, distrugerea completă a componentelor solide, transformarea lor în fum, funingine, cenușă și cenușă. Temperatura flăcării în acest caz atinge 1000 ° C. Piroliza este de asemenea o degradare termică. Distilarea uscată se realizează într-un spațiu limitat la o temperatură constantă de 250-450 ° C, gazele rezultate și componentele emise de lichid sunt îndepărtate și răcite imediat. Procesul este însoțit de o pierdere mare de căldură, dar nu se formează fum și funingine. Reziduurile rezultate pot fi apoi utilizate în scopuri industriale sau în gospodărie.
Recoltarea materiilor prime
Ca material de pornire, se folosește lemn nepotrivit pentru alte nevoi, deșeuri de producție, inclusiv rumeguș. Se obișnuiește să se distingă mai multe grupuri de materii prime:
- frunze tari: fag, mesteacăn, ulm, stejar, carpen, arțar, frasin;
- cu frunze moi: tei, arin, aspen, plop;
- conifere: zada, pin, cedru, brad, molid.
Există o reglementare strictă a producției, conform căreia toată lemnul care vine la fabricile de prelucrare este tăiat, tăiat și colectat în grămezi de o anumită lățime și înălțime în depozitele speciale. Sunt așezate pe zone plane, asigură acces la aer și iluminat.
Pregătirea pentru piroliză presupune uscarea prealabilă. Acest proces poate fi dificil, mai ales atunci când lucrați cu o serie de aspen sau plop, care, odată cu umiditatea crescută, este predispus la deteriorarea din cauza ciupercii și a dezvoltării cariilor.
Uscarea se face în mod natural în zona ventilată a depozitelor. Pentru a accelera procesul, materialul este împărțit în bucăți mici. Lemnul în stare uscată cu aer este considerat potrivit pentru prelucrarea ulterioară: aproximativ 12-15%.
Uneori se folosește uscarea rapidă: tabloul este zdrobit, introdus într-un cuptor sau turnat cu aer cald uscat.
Echipament
Descompunerea lemnului se realizează în cuptoare de replică. Carcase - containere cilindrice sudate din metal. Grosimea pereților lor este de aproximativ 15 mm. În partea de sus se găsește o gaură de încărcare, în interior se află grile pentru plasarea materiilor prime, un sistem de alimentare cu lichide de răcire, îndepărtarea și răcirea produselor lichide emise, gaze și cărbune, în partea inferioară se află un orificiu de descărcare pentru componentele rezultate.
Echipamentele industriale au diverse dimensiuni. Cel mai adesea folosesc cuptoare mari, ale căror camere de combustie au diametrul de aproximativ 2-2,5 m. Se folosesc următoarele sisteme de încălzire:
- externe: pereții metalici ai contrafortului sunt încălziți, începând procesul de descompunere a lemnului;
- alimentarea cu căldură internă: temperatura este menținută de un amestec de gaze degajate, eficiența acestora este de obicei de câteva ori mai mică decât cea a încălzitorilor externi.
Echipamentul este continuu, semi-continuu și lot. În primul caz, toate etapele ciclului au loc simultan. Când intră un alt lot de lemn, cărbunele finit este descărcat din priză. Pentru dispozitivele semi-continue, procesul este eficient. În primul rând, primul lot de materii prime suferă o prelucrare completă, după descărcare, urmează una. Tipul de echipament afectează viteza cu care se produce descompunerea lemnului.
Există cazane similare cu cele industriale, dar mai compacte. Sunt destinate pirolizei la scară mică.
Rezultatul distilării este influențat de condițiile în care are loc procesul și de starea materialului care intră.
Procesul de distilare
Dacă lotul de lemn încărcat nu este suficient de uscat, după măcinare, acesta este uscat într-o cameră închisă la o temperatură de 130 ° C. Această etapă este cea mai consumatoare de energie, deoarece necesită o sursă de căldură externă obligatorie. Evaporarea umidității este însoțită de descompunerea primară a unor componente din lemn.
Încălzirea suplimentară până la 155–200 ° С duce la începutul eliberării și evaporării substanțelor gazoase.
Descompunerea directă a întregii mase de material are loc la încălzirea ulterioară la 280-420 ° C. În acest caz, rășinile, acidul acetic, compușii carbonilici sunt eliberate și evacuate. În același timp, se formează cărbune.
Etapa finală este calcinarea. Temperatura din replică crește până la 500 ° C și mai mare. Rasini grele, compusi de carbon sunt eliminate din reziduurile de lemn. Apoi produsele sunt răcite și evacuate din cameră.
Cantitatea de material obținută, viteza procesului și costurile energetice depind de tipul și dimensiunea pieselor de lemn, sistemele de echipamente. Piroliza rapidă folosind surse exterioare de căldură duce la creșterea cărbunelui și a purității sale ridicate la costuri energetice relativ mici.
Produse de piroliză
Principalele componente pentru care lemnul este distilat sunt cărbunele și acidul acetic.
Cărbune
Cantitatea de reziduuri solide obținute depinde de tipul de lemn. Pentru fag tare și mesteacăn, randamentul este de aproximativ 25% din materialul primar. În conifere este puțin mai mare. Plantele de rasinoase dau cea mai mică cantitate de cărbune. Piroliza rumegușului vă permite să obțineți făină de cărbune. Mai mult, randamentul reziduurilor lichide este mai mare.
Cărbunele de înaltă calitate nu are fisuri, depozite brune sau albicioase, arde fără fum. Produsul defect este obținut prin încălcarea tehnologiei pirolizei: temperatură insuficientă, penetrare a aerului în cuptor.
Cărbunele este un tip de combustibil ecologic și accesibil, care este utilizat pentru sobe industriale și casnice, șeminee de casă. Emite o cantitate mare de căldură, în timpul combustiei practic nu formează subproduse și miros, are un cost redus. Cărbunele este utilizat în industria metalurgică, agricultură, pentru producerea de filtre, materiale plastice, coloranți, sticlă și medicamente.
Condensul
Produsele de piroliză lichidă sau condensul conțin compuși rășinoși numiți lichide. Cantitatea sa atinge 50% din totalul reziduurilor și depinde de specia și umiditatea lemnului, tipul de piroliză. Compoziția fluidului include cetone, rășini, aldehide, alcooli, esteri, apă. Ca urmare a reacțiilor în mai multe etape, din acesta se formează acid acetic - un compus utilizat în industria chimică, textilă, farmaceutică, cosmetică și alimentară.
Acizii formici și butirici, acetona, metilul și izopropilul, formaldehida, rășinile sunt obținute din suspensie.
Gaze
Compușii gazoși eliberați ca urmare a distilării sunt formați într-o cantitate de 20-25%. Compoziția gazelor de piroliză include:
- CO: 40-50%;
- CO2: 28–38%;
- CH4: 8–20%;
- H2: 1–2%;
- impuritățile carbonului: aproximativ 1%.
În medie, aproximativ 70–80 m³ de compuși gazoși sunt eliberați în timpul distilării uscate de 1 m³ de lemn.
Distilarea lemnului acasă
Piroliza lemnului sau a deșeurilor acestuia se poate face acasă. În acest caz, se poate obține numai cărbune.
Ca replică, se folosesc butoaie metalice cu volum mare.. Nu luați containerele din substanțe chimice. Este necesar un recipient curat cu mai multe deschideri mici pentru evacuarea gazelor.
Mai întâi, pregătiți platforma:
- O foaie mare de fier este așezată pe pământ.
- Acestea instalează mai multe cărămizi refractare pe margine, între care este așezat lemn de foc.
- Faceți un foc.
Butoiul este umplut cu lemn tocat uscat, bine închis. După aceea, este instalat pe o platformă cu un foc. Când recipientul devine fierbinte și începe oxidarea, gazul va curge din orificii. Procesul poate dura câteva ore.
Atunci când debitul de gaz se oprește, butoiul este lăsat în joc timp de 30 de minute. După răcire, scoateți capacul și îndepărtați cărbunele finisat. Poate fi folosit pentru băi de foc, sobe de casă, șeminee. După distilarea rumegușului, făina obținută este adăugată în solul din grădină, folosită pentru prelucrarea secțiunilor de plante.