Пиролиз — разложение органического материала при нагреве с ограниченным доступом воздуха. В углевыжигательной печи древесина превращается в твёрдый углеродистый остаток — древесный уголь. Одновременно выделяются жидкие и газообразные продукты. Этот процесс называют сухой перегонкой, или «варением угля».
Из древесины получают уголь, жидкость и газ
При переугливании берёзы ориентировочный выход составляет около 25% древесного угля, 50% жидких продуктов и 20–25% газообразных веществ. Соотношение зависит от породы и влажности исходного сырья. Выделяющийся газ горит, поэтому его используют для получения тепла и поддержания процесса в печи.
Пиролизную жидкость называют жижкой. В ней более 350 химических компонентов, которые можно выделять при дальнейшей переработке. Среди них — уксусная, муравьиная и валерьяновая кислоты, метанол, формальдегид, ацетон и эфирные соединения.
Основную долю жижки составляет вода — примерно 60–80% массы. На древесные смолы приходится 5–15%, на вещества кислотной группы — до 10%, на метанол — около 5%, на прочие соединения — также около 5%. Это ориентировочные диапазоны состава разных образцов.
Прокаливание повышает содержание углерода
При сходном режиме обработки органическая масса угля из разных пород имеет близкий состав, хотя плотность различается. Обычно это около 80–85% углерода, 4–5% водорода и 5–15% кислорода. Более глубокое прокаливание позволяет повысить содержание углерода почти до 99%, но уменьшает выход готового угля.
Отдельно нормируется зольность. В золу входят минеральные примеси древесины — главным образом карбонаты и оксиды натрия, калия, кальция, железа и алюминия. Требования к маркам и сортам товарного угля приведены в ГОСТ 7657-84: предел зольности для марок А и Б — не выше 3%, для марки В — 4%; у высших сортов требования строже.
Пиролиз древесины проходит четыре стадии
| Стадия | Температура, °C | Процесс |
|---|---|---|
| Сушка | 130–150 | Прогрев сырья и удаление воды |
| Начало термического распада | 150–275 | Разложение наименее стойких компонентов |
| Активный пиролиз | От 275–290 до 350 | Распад древесины с выделением тепла и парогазов |
| Прокаливание | От 350 до 450–550 | Удаление остаточных смол и газов |
Сушка подготавливает всю закладку
На первой стадии тепло поступает извне. Древесину равномерно прогревают, удаляя воду из всей массы сырья. Подсушивание при 130–150 °C влияет на дальнейшее протекание пиролиза и качество угля. Однородные по размеру поленья помогают вести эту стадию равномерно.
Термический распад начинается с внешним подводом тепла
После сушки, при 150–275 °C, разлагаются наименее стойкие компоненты древесины. Выделяются углекислый газ, уксусная кислота и другие вещества. Для поддержания процесса на этой стадии также требуется нагрев от источника тепла печи.
Активный пиролиз выделяет собственное тепло
При 275–290 °C начинается экзотермический период — реакции идут с выделением тепла. Температура повышается примерно до 350 °C. Распадаются основные компоненты древесины, выходит большое количество газов, углеводородов, эфирных соединений, кислот и метанола.
Прокаливание завершает обработку угольного остатка
Эта стадия начинается примерно при 350 °C и обычно заканчивается при 450–550 °C. Из угля удаляются тяжёлые смолы и неконденсируемые газы. Конечную температуру выбирают по технологии производства и требуемому содержанию углерода.
Печь использует тепло продуктов пиролиза
В углевыжигательных печах парогазовую смесь отводят из камеры и направляют на дожиг. Полученное тепло участвует в нагреве древесины. Подробнее об устройстве камер, источниках тепла и разных схемах цикла — в обзоре углевыжигательных печей.
Для своего производства выберите печь «Огненный Дракон»; цены — на bmpa.ru. Отдел продаж поможет подобрать комплектацию.