Корисно . Виробництво деревного вугілля

14.11.2015

Корисно

Піроліз деревини

Для того, щоб з деревини вийшов вугілля, їй потрібно пройти процес піролізу, розкладання без доступу повітря.

Деревина розкладається в газовій безкисневій атмосфері, в реторті, під впливом нагрівання. Реторта — це замкнутий посудину, нагрівання проводять через її стінки. Парогази, 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 у реторту, закривають завантажувальний отвір 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 сушіння деревини. При температурі до 150°С із 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 реакційне тепло, це відбувається при температурі близько 280°С.

Третій етап, прокалювання. Якщо на попередньому етапі утворився вугілля, то на цьому відбувається відділення від нього смол в невеликій кількості і великої кількості 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 молекулярний вагу, тому що протікають між ними в 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 низькомолекулярних летких 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. Отримані в результаті нові речовини починають взаємні реакції. Роки лабораторних досліджень та отриманий на виробництві досвід дали можливість встановити зв’язок між процесами, що протікають, між хімічними складовими деревини і 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

Існує безліч апаратів для термічного розкладання деревини. Деякі з них користувалися популярністю в минулому, але тепер втратили свою актуальність. Інші функціонують і зараз. Є категорія апаратів, які не були втілені в життя і залишилися на папері, на рівні конструкторських розробок.

На сьогоднішній день стало можливим побудувати апарат, ґрунтуючись на знаннях, накопичених протягом кількох поколінь, не вигадуючи нових технологій. Можна виходити виключно з побажань замовника та особливостей попиту і сировини, його кількості і складу. Найоптимальніші рішення углевыжигания в умовах виробництва сьогодні — це ті, які можуть бути використані на території лісопромислового підприємства і в змозі переробити відходи. Необхідні умови для подібного обладнання:

1. Рідкі продукти переробки повинні спалюватися, тому що відсутня необхідність їх використання в інших цілях.

2. Обсяг продуктивності обладнання по сировині повинен відповідати обсягу підприємства по відходам. У такому разі перевезення сировини виключається через непотрібність, на транспортуванні економляться гроші.

3. Простота конструкції установки. У разі переміщення лісозаготівель, вона повинна бути транспортабельної і зручною у переміщенні

4. Екологічність обладнання потрібна для того, щоб звести до мінімуму забруднення навколишнього середовища

5. Простота в управлінні, відповідність нормам пожежної безпеки.

Довгі роки углежжением було екологічно небезпечним. А з урахуванням того, що споживання вугілля постійно зростала, чистота навколишнього середовища опинилася під питанням. І промисловість, і населення користувалися результатами роботи вуглевипалювальних ям і бочок. Зростав попит на продукцію і товари, які виготовляли за допомогою вугілля. Трохи пізніше винайшли печі для виробництва вугілля, вони потребували величезних трудовитрат і вкладення сировини. При цьому вони виробляли багато викидів в атмосферу. Не маючи ізоляції, ці печі нагріваються до 300°С, що є порушенням норм техніки безпеки та ставить під загрозу здоров’я та життя людей, які обслуговують обладнання.

У 1992 році була винайдена піч, в якій одночасно в різних секціях відбуваються процеси сушіння, піролізу та прокалки вугілля. Парогази, що утворюються в процесі, вигорають всередині печі. В результаті задовольняється потреба в додатковому теплі в тому випадку, якщо у дров знижена вологість. Дана установка в змозі переробити не тільки сировину з деревини, але і різні відходи, сільськогосподарські залишки. Ефективність цієї печі полягає в тому, що в ній знижені тепловтрати. Для охолодження вугілля не потрібно охолоджувати всю установку, достатньо всього лише вийняти реторту, в якій вже завершився процес.

Поряд з цими революційними печами, попитом також користуються компактні, здатні до транспортування до місця виробництва або скупчення сировини. Наприклад, вони можуть використовуватися для переробки відходів лісгоспів, при прокладці доріг у многолесных районах. Тирса — це невикористані сировину на багатьох лісопилках. Для їх обробки потрібні великі енерговитрати, несумірні з прибутком. Для цих цілей можна використати метод виготовлення вугілля з тирси, спресованих в брикети.

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 сажкою і використовували як паливо, яке не викликає чаду.

В 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. Росія, незважаючи на велику кількість лісу, виробляє близько 350 тисяч тонн в рік. Пропозиція не покриває попит, тому в Росії імпортують вугілля з України, Китаю, Білорусі.

Споживання деревного вугілля на душу населення в Росії становить менше 100 грам в рік. У той же час, середньостатистичний європеєць витрачає більше 20 кг вугілля в рік, японець — більше 60 кг в рік.

При виготовленні деревного вугілля перевага віддається сировини з твердолистяних порід дерев. Вугілля з них виходить щільний і міцний. Проте, в сучасних умовах вугілля також виготовляють з відходів хвойних порід, чагарникових і осики. З них теж можна зробити хороший якісний вугілля, якщо не відхилятися від відпрацьованої технології і брикетувати продукцію.

З-за того, що існують різну сировину і технології виготовлення, в результаті обробки виходить кілька різновидів деревного вугілля. Наприклад, існує сорт палива для грилів, камінів, званий «червоний вугілля». Його виробляють шляхом м’якого вуглевипалювання при невисокій температурі. У 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 та газоподібні.

Рідкі продукти згоряння виходять в крапельної фази, і частково — в пароподібному вигляді. Разом з неконденсірующаяся газами вони утворюють парогазову суміш. Ці продукти були затребувані, як і вугілля, до середини ХХ століття. Згодом їх витіснили продукти нового покоління, більш дешеві, виготовлені з природного газу та нафтопродуктів.

Важливою умовою одержання якісного деревного вугілля є дотримання тонкощів технології виробництва. Вона досить проста, але якщо знехтувати її умовами, то вугілля вийде дрібним, трещиноватым, недожженным, на виході його буде менше.

Користь від деревного вугілля

Сьогодні стає очевидним, що з кожним роком масштаби використання деревного вугілля ростуть. 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 та полум’я, даючи при цьому необхідну температуру;

— висока тепловіддача – 31000кДж/кг;

— відсутність яких-небудь 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 надає 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 обдается не відкритим вогнем, а жаром, що робить таке приготування найбільш безпечним і нешкідливим для здоров’я. В якості сировини для такого вугілля найкраще підходить березовий або дубовий деревина

Деревне вугілля відноситься до малозольным матеріалів із-за відсутності в ньому сторонніх хімічних домішок. Він володіє високою теплостійкістю і питомим електричним опором. Якщо вугілля проколоти, то його електропровідність підвищитися і за рахунок цього можна одержувати продукти з встановленими діелектричними властивостями. Для виготовлення другорядних виробів часто використовують такі відходи древесноугольного виробництва як вугільна 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 у 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 у промисловому виробництві

Деревне вугілля – це паливо, яким люди користувалися з давніх часів. Пізніше його почали використовувати в кузнях, плавильних печах і медицині. В даний час вугілля все більше знаходить своє застосування в промисловості та інших сферах виробництва.

У промисловості деревному вугіллю відведена роль відновника. З-за унікального складу його почали застосовувати у цій сфері ще на початку двадцятого століття. Наприклад, у Бразилії завдяки деревному вугіллю виробляють чавун. Такий чавун не містить елементи фосфору і сірки, які потрапляють в нього при використанні кам’яновугільного коксу, а витрата вугілля складає всього 0,5 тонни на одну тонну чавуну. Чавун, отриманий за допомогою деревного вугілля, більш міцний і не піддається руйнуванню. Ці переваги сьогодні широко використовують у Росії, де з чавуну роблять решітки, скульптури і настільні фігури.

Деревне вугілля широко популярний як покривний флюс для виплавки бронзи, латуні, нікелевих сплавів, марганцю та інших цінних металів. В радіоелектронній промисловості деревне вугілля незамінний при створенні кристалічного кремнію і виплавлення кременистих сплавів.

Вдало застосовують деревне вугілля м’яколистяних порід деревини в приладобудуванні і поліграфічному виробництві для шліфування й полірування деталей. За рахунок низького вмісту в ньому золи і забруднень, вугілля використовують для виробництва твердого мастила, в якій сильно потребують підприємства машинобудування.

Вугілля з деревини вільхи знайшов своє застосування у виробництві димних порохів. Вміст вуглецю в такому вугіллі становить від 72 до 80 відсотків, що дає високу швидкість горіння на відміну від вугілля, заснованого на інших породах деревини, який занадто довго займається.

у наш час В багатьох галузях народного господарства знайшли застосування электороугольные вироби. Їх виробляють з чистих вуглецевих матеріалів, таких як деревне вугілля, нафтовий і пековий кокс. Такі вироби діють в електрообладнанні різноманітних двигунів, в електромашин і т. д.

В пластмасовому виробництві деревне вугілля дозволяє замінити дорогий і дефіцитний граніт. Тут його використовують як наповнювач пластмас.

У Західній Європі деревне вугілля можна знайти в продажу практично в будь-якому магазині. Поступово дане нововведення приходить і до нас. Набувають його найчастіше дачники, любителі заміського відпочинку, шашличні, ресторани. Приготоване на вугіллі страва володіє приємним ароматом димку і підсмаженою скоринкою, що робить його смак незабутнім.

Переробка відходів

Проблема утилізації двервесных відходів була і залишається однією з найважливіших для підприємств з лісозаготівлі і переробки. Тільки при заготівлі деревини втрачається до 25% біомаси, яка залишається в лісі. При подальшій переробці відходів утворюється не менше: тирса, стружки, зрізки, горбилі.

Однією з головних тенденцій у цьому напрямку зараз є спалювання для отримання теплової та електричної енергії. Однак незручності транспортування і складування ряду відходів роблять цей процес досить витратним. Але все зростаюче використання деревного вугілля в якості альтернативи традиційним видам палива, спонукає людей до пошуків нових напрямків боротьби з лісовими відходами. Останнім досягненням у цій сфері є отримання так званого деревного вугілля-сирцю. При цьому методі відбувається переробка відходів від вирубки і ведеться зачистка ліси, а головне – утилізується деревина м’яколистяних порід дерев.

За вимогами Госту існує кілька деревного вугілля марок: «А», «Б» і «В». Відрізняються вони типом деревини, розкладається без доступу повітря в спеціальних апаратах. Так, марку «А» отримують з твердолиственной деревини, «Б» — з суміші твердо — і мягколиственной деревини, «В» — з суміші твердо-, мягколиственной і хвойної деревини.

Саме вугілля марки «Б» і «В» дозволяє виготовляти древесноугольные брикети, які відносяться до одних з найбільш дієвих методів підготовки вугілля до утилізації. На підприємствах, зайнятих виробництвом деревного вугілля, утворюється досить велика кількість дрібних відходів, у яких немає подальшого застосування, але які можна утворювати в брикети. Такі древесноугольные брикети є досить якісним сортом палива, вони володіють високою механічною міцністю і щільністю. Паливні брикети являють собою ідеальний вид біопалива, вироблена з найчистіших деревних відходів без використання яких-небудь хімічних добавок. В Європі такі брикети стали буденною справою і одним з найбільш дешевих і екологічно чистих видів палива. Їх застосовують в домашніх умовах для печей і камінів, а також на котельнях і ТЕЦ. У паливних брикетах відсутня сірка, із-за цього при згорянні не утворюється її окислів, а вміст вуглецю є мінімальним.

Утилізація відходів – справа не з дешевих і потребує високих капіталовкладень на вивезення відходів як сміття, до того ж завдає великої шкоди навколишньому середовищу. Тому оптимальний варіант – це переробка відходів. Вона приносить підприємству додатковий прибуток і не несе забруднення для навколишнього середовища.

Область застосування деревного вугілля

Дереві ный вугілля є вуглецевої масою, що складається з великої кількості кам’яновугільних матеріалів. Деревне вугілля проводився на протязі багатьох тисячоліть, а сьогодні він є основним джерелом енергії в усьому світі. Виробляють 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 сполук 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 вельми 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, решта ж 70% виявляються непридатними. У країнах з холодним кліматом для максимізації використання виділяється при згорянні тепла, ці непридатні 70% направляють на обігрів приміщення.

Проте використовувати його треба досить раціонально, тоді деревне вугілля збереже свою цінність на довгі століття. Ефективність застосування деревного вугілля полягає в передачі як можна більшої кількості високої температури об’єкта, 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 сталеливарної і хімічної промисловості. Слід врахувати, що ще вугілля застосовується в кулінарії і барбекю.

Завдяки своїм корисним фізичним та 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, але і попіл, що утворюється після спалювання. Попіл є таким же мінералом, як глина, кварц і окису кальцію, тому він знайшов своє застосування в лісовому і сільському господарстві в якості добрива.

Вуглевипалювальні апарати

В даний час відомо кілька видів деревного вугілля, що пов’язані з різною технологією виробництва та особливостями сировини. Так в Японії великою популярністю користується так званий «білий» вугілля. Його випалюють з далекосхідного дуба. Для камінів та грилів за кордоном використовують «червоний» вугілля, що виготовляється м’яким углежжением на низькій температурі.

В якості сировини для вуглевипалювання основна перевага віддається твердолиственной деревині. Вугілля з неї виходить міцний і щільний. Останнім часом багато уваги приділяють використанню відходів хвойних порід для виробництва деревного вугілля, однак, щоб зробити з них якісний вугілля його необхідно брикетувати.

На сьогоднішній день створено величезну кількість апаратів для термічного розкладання деревини. Дані вуглевипалювальні апарати повинні відповідати таким умовам:

— продуктивність по сировині дорівнює обсягу відходів на підприємстві, зазвичай це 3-20 тис. м3 в рік, що дозволяє виключити далекі перевезення сировини, які здорожують виробництво;

— при низькій продуктивності рідкі продукти необхідно спалювати, а не переробляти. Таким чином, покриваються потреби процесу в теплі;

— апарат повинен бути екологічно чистим і не виробляти викиди в атмосферу;

— апарат повинен бути простим у виготовленні і транспортабельним;

— апарат повинен бути простий в управлінні, вибухо — і пожежобезпечний.

Історично склалося так, що углежжением завжди було екологічно брудним процесом. І те, що за останні сто років зріс попит на товари, для виготовлення яких потрібна деревне вугілля, надає все більший вплив на екологію, ставлячи під загрозу виживання самої природи. Але попит на деревне вугілля продовжує збільшуватися. Підприємців цікавить тільки прибуток, тому в поле їх зору потрапили дешеві печі УВП-5. Вони не вимагають багато ручної праці, але викидають в атмосферу дуже багато парів газів. Біля печей немає ізоляції, тому мчать величезні втрати тепла. Температура на поверхні печі при экзотерме досягає 300 0С, що порушує нормативи техніки безпеки. З одного кубометра дров вугілля виходить в два рази менше, ніж у раціонально спроектованих установок, але завдяки щільній укладці дров дані печі є високоефективними по виходу вугілля на одиницю об’єму установки і на тонну витраченого металу. Використання печі УВП-5 сходить до радянської системи, в якій знищення природи виправдовувалося виробничими потребами.

Альтернативою стала розроблена в 1992 році піч. У 1997 році вона отримала патент Росії №2115689. У цій печі реторти встановлені таким чином, що якщо в одній йде сушка, то в інший відбувається піроліз, а в третій – прокалювання вугілля. Пари газів виводяться через спеціальні канали в топковий об’єм і там догорають. Потреба в теплі покривається при вологості дров менше 50%, якщо вологість більше, то в топку додають ще дров. Топка працює без перерви, а при закінченні процесу реторти виймаються і ставляться на охолодження в спеціальні підставки. У вільний отвір вставляється наступна реторта, заповнена новими дровами. У підсумку топковий простір не охолоджується, а втрати тепла зменшуються.

Виробництво деревного вугілля традиційними і індустріальними методами

Виробляти і використовувати деревне вугілля люди почали ще в кам’яному столітті. Тоді він використовувався у сільському господарстві, а також як паливо для приготування їжі. У країнах, що розвиваються, і сьогодні у 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 напрям використання деревного вугілля дещо змінилося. В даний час його застосовують в мідному і цинковій виробництві, а також як паливо для барбекю.

Одержують деревне вугілля за допомогою нагрівання деревини, при якому відбувається виділення смоли і суміші газів. Важливим показником якості деревини є рівень вмісту вологи. Чим її більше, тим менше вугілля можна провести. Всі відомі на сьогодні способи виробництва деревного вугілля поділяються на традиційні та індустріальні.

Традиційними способами виробляли вугілля до початку двадцятого століття. Деревину слаживали в ями, які викопували у вигляді човнів. У земляних ямах робили отвори, через які підпалювали деревину. Із-за своєї дешевизни, такий спосіб використовують і до сьогоднішнього дня у країнах, 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 у цьому напрямку стало обладнання земляних печей димоходами, які робили з нафтових барабанів. Завдяки цьому відбувається часткове згоряння дерев’яної окантовки для забезпечення високої температури, необхідної для коксування. У підсумку 1 кг деревного вугілля вдається отримати з 8 кг лісу.

У 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 керуванням, що підняло продуктивність до 1 кг деревного вугілля з 5-7 кг лісу. Однак заводи з даним способом виробництва викидають у 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 викладений цеглою піч, яка попередньо нагріта до 900 0С. Нагріті разом з лісом смоли та газ надходять в спеціальну високотемпературну камеру згоряння. Газ у цій камері використовується для нагрівання печей коксування і попередньої сушки лісу. При правильному управлінні температурою, у такому сучасному обладнанні 1 кг деревного вугілля можна отримати з 3-4 кг лісу.

Короткий опис статті: піроліз деревини Піроліз деревини Для того, щоб з деревини вийшов вугілля, їй потрібно пройти процес піролізу, розкладання без доступу повітря. Деревина розкладається в газовій безкисневій атмосфері, в реторті, під впливом нагрівання. Реторта — це замкнутий посудину, нагрівання проводять через її стінки. Парогази, які утворюються в процесі піролізу, виводяться через патрубок в реторті. Далі в пристрої для конденсації…

Джерело: Корисно | Виробництво деревного вугілля

Також ви можете прочитати