Термическое разложение древесины

Термическое разложение древесины — это ее разложение под действием высокой температуры без доступа или с ограниченной подачей воздуха.

Термическое разложение древесины включает пиролиз древесины в специальных ретортах, углежжение костровое и с использованием углевыжигательных печей. Главным и основным продуктом в данном случае является древесный уголь, который остается в аппарате, а остальные жидкие и газообразные продукты выделяются совместно в виде парогазовой смеси.

К области термического разложения древесины относится и ее газификация — безостаточное (не считая золу) разложение в газогенераторах с ограниченной подачей воздуха. В результате образовавшийся уголь сгорает и газифицируется.

Пиролиз древесины

Процесс пиролиза можно разделить на четыре стадии:

• 1) сушка древесины (120—150 °С) за счет подвода тепла извне, химический состав древесины почти не меняется;
• 2) начало распада древесины и изменения химического состава за счет подвода тепла извне. Образуются углекислый газ, окись углерода, уксусная кислота (150—275 °С);
• 3) бурное выделение тепла (экзотермическая реакция, температура 275—450 °С). Образуются основные продукты разложения древесины;
• 4) прокаливание угля за счет подвода тепла извне при температуре 450—550 °С и удаление остатков летучих веществ.

В аппаратах периодического действия древесина проходит все четыре стадии последовательно, одну за другой. В непрерывно действующих вертикальных аппаратах в одно и то же время древесина проходит все четыре стадии: в верхней зоне — сушка, ниже — разложение сырья, внизу — прокаливание угля.

Сырье. Сырьем для пиролиза является специально заготовленная технологическая древесина — дрова и древесные отходы. Дрова на складах сырья лесохимических заводов хранятся уложенными в поленницы, штабеля или кучи. При этом дрова лиственных пород лучше хранить в окоренном и расколотом виде.

Выход лесохимических продуктов из древесины различных пород неодинаков: выход уксусной кислоты и метилового спирта из твердолиственных пород в два раза больше, чем из хвойных, а выход угля из лиственных пород несколько меньше, чем из хвойных.

Дрова для сухой перегонки разделяются по породам на две группы: твердолиственные и мягколиственные, а для углежжения — на твердолиственные, мягколиственные и хвойные. Технологические дрова всегда содержат влагу. При этом в свежесрубленных дровах содержится влаги 40—60%. По влажности дрова делятся на три группы: 1) воздушно-сухие, абсолютная влажность 25%; 2) полусухие — 26—50%; 3) сырые — более 50%. Влажность сырья менее 25% можно получить только искусственной сушкой.

Аппараты для термического разложения древесины. Применяемые для сухой перегонки древесины аппараты (реторты) подразделяются по принципу действия и принципу обогрева. В первом случае — на периодически и непрерывно действующие, а во втором — на аппараты с наружным и внутренним обогревом.

Периодически действующие аппараты используют в основном в уксусно-кислотном производстве. Чтобы предприятие работало непрерывно, необходимо несколько периодически действующих аппаратов. Например, в одном идет сушка древесины, во втором — разложение, в третьем — тушение угля, в четвертом — выгрузка угля и загрузка древесины, и все это осуществляется поочередно.

Непрерывно действующие аппараты термического разложения древесины более совершенны, но в то же время и более сложны. Аппарат представляет собой стальной цилиндр с внутренним диаметром до 2,8 м и высотой 26 м. В верхней части аппарата имеется загрузочное отверстие, а в нижней — устройство для выгрузки угля. Кроме того, имеется четыре штуцера: один для ввода теплоносителя, второй — для вывода парогазовой смеси, третий — для ввода газов, охлаждающих уголь, и четвертый — для их вывода.

В аппаратах с наружным обогревом тепло от теплоносителя древесине передается через железные стенки реторт, обогреваемые горячими дымовыми газами. Вследствие этого часть сырья прогревается неравномерно: у стенок больше, а в центре меньше. При этом топочные газы в недостаточной мере отдают свое тепло и выходят из печи недостаточно охлажденными.

В аппаратах с внутренним нагревом древесина соприкасается с теплоносителем, принудительно подаваемым в аппарат. Здесь температура ниже, чем в аппаратах с наружным обогревом, и выход продуктов разложения выше. Недостаток — малая концентрация продуктов разложения в парогазовой смеси.

Первичные продукты разложения. Продукты термического разложения древесины состоят, как и сама древесина, из трех основных элементов: углерода, водорода и кислорода. При термическом разложении древесины более 50% углерода остается в виде твердого древесного угля. Кроме того, часть углерода удаляется при прокаливании угля в виде так называемого летучего углерода.

Газы, получаемые при разложении древесины, содержат много С0₂ (до 60%) и СО (до 33%) и мало метана (4%) и водорода (3%).

Жидкие продукты представлены в виде жижки или подсмольной воды. Жижка перерабатывается для выделения уксусной кислоты, спиртов, растворителей, смол.