Как происходит пиролиз древесины?

Пиролиз древесины: понятие и продукты

Пиролиз древесины (сухая перегонка древесины) это разложение древесины при ее нагревании до температуры 450 °C без доступа кислорода. В результате данного процесса образуются газообразные и жидкие (в том числе древесная смола смолы) продукты, а также твердый остаток — древесный уголь.
Технология и процесс пиролиза древесины это один из первых технологических химических процессов, известных человечеству. Начиная с середины XII века, данную технологию широко использовали в нашей стране для выработки сосновой смолы (которая использовалась для пропитки канатов и просмолки деревянных судов). Данный промысел тогда носил название смолокурение.

Когда начала развиваться металлургия, возник другой промысел, который также был основан на сухой пиролизе древесины, — углежжение. В данном случае конечным продуктом пиролиза был древесный уголь.

Начало распространения промышленного применения пиролиза древесины можно считать XIX век.

Главным продуктом пиролиза тогда была уксусная кислота, а в качестве сырья использовалась только древесина лиственных пород.

В основе процесса пиролиза древесины лежат различные свободнорадикальные реакции термодеструкции целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз, протекающие при температурах от 200 до 400°C. Пиролиз древесины это экзотермический процесс, при котором образуется довольно большое количество теплоты (около 1150кДж/кг).

Технологическая схема пиролиза древесины включает в себя следующие этапы:

• разделка древесного сырья на куски
• сушка разделанной древесины
• непосредственно пиролиз
• охлаждение и стабилизация угля (для предотвращения самовозгорания);
• полная конденсация паров летучих продуктов.

Самой продолжительной и энергоемкой стадией из всех перечисленных выше является сушка древесины до влажности 15%.

Продукты пиролиза древесины

В настоящее время для осуществления процесса пиролиза древесины обычно применяют лиственные породы, но иногда (главным образом во время комплексной переработки сырья) используют и древесину хвойных пород. Современные технологии пиролиза позволяют получить из древесины березы:

• древесный уголь — 24-25% древесного угля,
• жидкие отходы (так называемая жижка) — 50-55%
• газообразные продукты — 22-23%

Чем больше будет размер взятых для пиролиза кусков древесины, тем крупнее получится твердый остаток. Полученный в результате пиролиза древесный уголь после процедуры сортировки по размеру кусков направляется непосредственно потребителю, либо на переработку.

При переработке жижки, полученной в результате пиролиза, отстаивается древесная смола (которой примерно 7-10%) и одновременно с этим протекают многочисленные превращения компонентов.

Из смолы можно выделить широкий ассортимент ценных продуктов. Как правило, из жижки выделяют уксусную кислоту.

Ее как правило извлекают из жижки экстракцией, и затем, путем ректификации и тщательной химической очистки перерабатывают в готовый к реализации пищевой продукт.

Газообразные продукты пиролиза древесины (неконденсирующиеся газы) включают в себя:

• диоксид углерода CO2 (примерно 45-55%)
• оксид углерода CO (28-32%)
• водород H2 (1-2%)
• метан CH4 (8-21%)
• другие углеводороды (1,5-3,0%).

Состав газообразных продуктов пиролиза древесины зависит от температуры пиролиза, скорости и от способа нагрева. Теплота сгорания газообразных продуктов колеблется в диапазоне величин от 3,05 до 15,2 МДж/м³. Все перечисленные выше факторы, а также порода древесины, ее качество и влажность определяют конечный выход продуктов пиролиза.

С увеличением температуры возрастает выход древесной смолы и газообразных продуктов, но снижается выход древесного угля, спиртовых продуктов и уксусной кислоты. Уголь в результате увеличения температуры образуется с более высоким процентным содержанием углерода. Средний выход главных продуктов пиролиза древесины составляет (из расчета на сухую древесину):

• древесный уголь — 23-24%
• древесная смола — 10-14%
• уксусная кислота — 5-7%

Техника пиролиза древесины достаточно разнообразна, однако большинство используемых в мировой практике устройств безнадежно устарело и не отвечает всем современным требованиям.

Кроме этого, необходимость в пиролизе древесины постоянно падает, поскольку уничтожать такое экологически чистое сырье достаточно расточительно.

Однако, технология пиролиза древесных опилок начинает пользоваться все большей популярностью.

Пиролиз древесных опилок

Пиролиз древесных опилок является наиболее выгодным способом утилизации древесных отходов. Благодаря данной технологии, отходы деревообрабатывающей промышленности можно не везти на полигон отходов для захоронения, а использовать для выработки тепло и электроэнергии.

В последние годы подобное использование древесных отходов начало рассматриваться как великолепная альтернатива традиционным видам топлива. Все это напрямую связано с тем, что древесные опилки в качестве топлива обладают рядом преимуществ:

• они относятся к возобновляемым источникам тепловой энергии
• являются абсолютно CO2-нейтральными
• в составе опилок практически нет серы
• существует возможность сжигать влажные отходы (содержащие до 55 — 60% влаги)
• коррозионная агрессивность дымовых газов довольно низка
• низкая, в сравнении с ископаемым топливом, цена сырья

Использование древесных отходов в качестве топлива не только гораздо меньше вредит окружающей среде, а еще и служит источником экономии средств.

Этот путь экономии невосстанавливаемых природных ресурсов способен позволить России приблизиться к более развитым странам по такому показателю как удельная энергоемкость промышленного производства, что делает его крайне привлекательным.

И все это ведет к тому, что технологии пиролиза древесных опилок в последние годы постоянно развиваются и совершенствуются.

Утилизация опилок

Срок эксплуатации у большинства аппаратов, используемых для сухой перегонки дерева в промышленности, заканчивается, и появляется необходимость обновлять технический инвентарь на предприятиях. Все более популярной технологией пиролиза становится переработка древесных опилок. Компании устанавливают для этого специальное оборудование.

Постоянно утилизировать деревья – расточительное занятие, а перерабатывать опилки – рациональное использование ресурса.

Получаемый от пиролиза продукт – дешевое топливо, которое при достаточном количестве древесины можно получать регулярно.

Пиролиз древесины: описание процесса, сырье, состав газа

Большую часть древесины составляют органические соединения.

Под воздействием высоких температур в условиях вакуума или минимального притока воздуха они распадаются на твердые, полужидкие и газообразные составляющие.

Этот процесс называют сухой перегонкой, смолокурением, пиролизом. Он отличается от горения большей сохранностью разлагаемых компонентов. Химические реакции проходят очень быстро и без образования пламени и дыма.

Технология перегонки появилась в XII веке. Тогда в качестве сырья использовались сосновые и другие хвойные породы. Из них добывали смолу для пропитки деревянных частей судов и канатов, древесный уголь. В XIX веке с помощью деструкции углеродсодержащей массы стали получать уксусную кислоту.

Суть процесса

Обычное горение древесины с участием кислорода приводит к воспламенению и испарению выделяющихся газов, полному разрушению твердых составляющих, превращению их в дым, копоть, золу и пепел. Температура пламени при этом достигает 1000°С. Пиролиз — тоже термодеструкция.

Результат этого процесса — образование продуктов распада лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы. Сухая перегонка осуществляется в замкнутом пространстве при постоянной температуре в 250–450°С, образующиеся газы и жидкие выделяемые компоненты сразу отводятся и охлаждаются. Процесс сопровождается большой отдачей тепла, но дым и копоть не образуются.

Полученные остатки затем можно использовать в промышленных целях или домашнем хозяйстве.

Заготовка сырья

В качестве исходного материала применяют малопригодную для других нужд древесину, отходы производства, в том числе опилки. Принято выделять несколько групп сырья:

• твердолиственные: бук, береза, ильм, дуб, граб, клен, ясень;
• мягколиственные: липа, ольха, осина, тополь;
• хвойные: лиственница, сосна, кедр, пихта, ель.

Существует строгий производственный регламент, согласно которому все поступающие на перерабатывающие заводы лесоматериалы распиливаются, нарезаются и собираются в кучи определенной ширины и высоты на специальных складах. Их размещают на ровных участках, обеспечивают доступ воздуха и освещения.

Подготовка к пиролизу предполагает предварительное высушивание. Этот процесс может быть затруднен, особенно в случае работы с массивом осины или тополя, которые при повышенной сырости склонны к поражению грибком и развитию гниения.

Сушка производится на проветриваемой территории складов естественным образом. Для ускорения процесса материал раскалывают на мелкие отрезки. Подходящей для дальнейшей обработки считается древесина воздушно-сухого состояния: около 12–15%.

Иногда применяют быструю сушку: массив измельчают, помещают в печи или обдают сухим горячим воздухом.

Оборудование

Разложение древесины осуществляется в ретортных печах. Корпуса — цилиндрические емкости, сваренные из металла. Толщина их стенок — около 15 мм. у находится загрузочное отверстие, внутри — решетки для размещения сырья, система подачи теплоносителей, отведения и охлаждения выделяемых жидких продуктов, газов и древесного угля, внизу — порт выгрузки получаемых компонентов.

Промышленное оборудование имеет различные размеры. Чаще используют большие печи, камеры сгорания которых около 2–2,5 м в диаметре. Применяют следующие системы разогрева:

• наружная: металлические стенки реторты раскаляются, запуская процесс разложения древесины;
• внутренняя подача тепла: температура поддерживается смесью выделяемых газов, их КПД обычно в несколько раз ниже, чем у нагреваемых извне.

Оборудование бывает непрерывного, полунепрерывного и периодического действия. В первом случае все этапы цикла происходят одновременно.

Когда очередная партия древесины поступает внутрь, из выходного отверстия выгружают готовый уголь. У полунепрерывных устройств процесс упорядочен. Сначала полную обработку проходит первая партия сырья, после выгрузки поступает следующая.

Вид оборудования влияет на скорость, с которой происходит разложение древесины.

Существуют котлы, сходные с промышленными, но более компактные. Они предназначены для пиролиза в небольших масштабах.

На результат перегонки влияют условия, в которых происходит процесс, и состояние поступающего материала.

Процесс перегонки

Если загружаемая партия древесины недостаточно сухая, после измельчения ее сушат в закрытой камере при температуре 130°С. Этот этап самый энергоемкий, т. к. требует обязательного внешнего источника тепла. Испарение влаги сопровождается первичным распадом некоторых компонентов древесины.

Дальнейшее нагревание до 155–200°С приводит к началу выделения и испарения газообразных веществ.

Непосредственное разложение всей массы материала происходит при последующем нагреве до 280–420°С. При этом выделяются и отводятся смолы, уксусная кислота, карбонильные соединения. В это же время образуется древесный уголь.

Финальный этап — прокаливание. Температура внутри реторты поднимается до 500°С и выше. Из древесного остатка удаляются тяжелые смолы, углеродистые соединения. Затем продукты охлаждают и выгружают из камеры.

Количество получаемого материала, скорость процесса и затраты энергии зависят от вида и размера кусков древесины, систем оборудования. Быстрый пиролиз с использованием внешних источников тепла приводит к получению большего количества угля и высокой его чистоте при относительно небольших затратах энергии.

Продукты пиролиза

Главные составляющие, ради которых осуществляют перегонку древесины, — уголь и уксусная кислота.

Уголь

Количество получаемого твердого остатка зависит от породы дерева. У твердолиственных бука и березы выход составляет около 25% от первичного материала. У хвойных пород он несколько выше. Меньше всего угля дают мягколиственные растения. Пиролиз опилок позволяет получать угольную муку. При этом выше выход жидкого остатка.

Качественный уголь не имеет трещин, бурого или белесого налета, горит без дыма. Бракованный продукт получается при нарушении технологии пиролиза: недостаточная температура, проникновение воздуха в печи.

Древесный уголь — экологичный и доступный вид топлива, который используется для промышленных и бытовых печей, домашних каминов.

Он выделяет большое количество тепла, при сгорании практически не образует побочных продуктов и запаха, имеет низкую себестоимость.

Уголь применяют в металлургической отрасли, сельском хозяйстве, для производства фильтров, пластмассы, красителей, стекла, медицинских препаратов.

Конденсат

Жидкие продукты пиролиза, или конденсат, содержат смолистые соединения, называемые жижкой. Количество ее достигает 50% от всего остатка и зависит от породы и влажности древесины, вида пиролиза.

В состав жижки входят кетоны, смолы, альдегиды, спирты, сложные эфиры, вода.

В результате многоэтапных реакций из нее образуется уксусная кислота — соединение, используемое в химической, текстильной, фармацевтической, косметологической, пищевой отраслях.

Из жижки получают муравьиную и масляную кислоты, ацетон, метиловый и изопропиловый спирты, формальдегид, смолы.

Газы

Газообразные соединения, выделяющиеся в результате перегонки, образуются в количестве 20–25%. В состав пиролизных газов входят:

• CO: 40–50%;
• CO2: 28–38%;
• CH4: 8–20%;
• H2: 1–2%;
• углеродные примеси: около 1%.

В среднем во время сухой перегонки 1м³ древесины выделяется около 70–80 м³ газообразных соединений.

Перегонка древесины в домашних условиях

Выполнить пиролиз древесины или ее отходов можно и в домашних условиях. При этом удастся получить только уголь.

В качестве реторты используют металлические бочки большого объема. Нельзя брать емкости из-под химикатов. Необходим чистый контейнер с несколькими маленькими отверстиями для выведения газов.

Вначале готовят платформу:

1. На землю кладут большой лист железа.
2. Устанавливают на ребро несколько огнеупорных кирпичей, между которыми раскладывают дрова.
3. Разводят костер.

Бочку наполняют высушенной нарубленной древесиной, герметично закрывают. После этого ее устанавливают на платформу с костром. Когда емкость раскалится и начнется окисление, из отверстий пойдет газ. Процесс может занять несколько часов.

Когда выход газа прекратится, бочку в течение 30 минут оставляют на костре. После остывания снимают крышку и достают готовый древесный уголь. Его можно использовать для растопки бань, домашних печек, каминов. После перегонки опилок полученную муку добавляют в садовый грунт, используют для обработки срезов растений.

Что такое пиролиз — описание процесса

Теоретически можно сжечь любое вещество, включающее соединения углерода с водородом, например:

• уголь;
• природный газ (метан, пропан и так далее);
• биомасса – свежая, сухая;
• изделия из дерева, целлюлозы, обычные дрова;
• различные виды пластмасс;
• резина из натурального либо искусственного каучука;
• нефть, ее производные;
• прочие углеродосодержащие отходы.

На выходе получите определенное количество тепловой энергии, зависящее от первоначальной влажности сжигаемой массы. Для описания процессов воспользуемся химической формулой:

Горение – это реакция быстрого окисления. В идеальных условиях каждый атом углерода соединяется с двумя частицами кислорода, а 2 атома водорода взаимодействует с 1 частицей кислорода. В результате образуются безвредные соединения – углекислый газ СО2 и вода. Последняя испаряется при нагреве, отнимая часть выделяющейся теплоты.

Важный момент. В реальных условиях далеко не все атомы водорода и углерода находят себе пару из-за недостатка молекул кислорода. Поэтому в состав продуктов горения входит небольшая доля вредных горючих соединений – угарный газ (СО), свободный водород (Н2) и углерод в виде сажи.

Даже в костре выделяются пиролизные газы — они сгорают над основным пламенем, соединяясь со свободным кислородом
Пиролиз — это реакция разложения вещества, протекающая при нагреве и нехватке свободного кислорода. Указанный принцип используется в газогенераторных установках:

1. Топливо (в частности, дерево) помещают внутрь закрытого металлического сосуда – реактора.
2. Емкость подогревается извне до 500…900 градусов, сквозь специальные отверстия — фурмы подается дозированное количество воздуха.
3. Под воздействием высокой температуры вещество разлагается на 3 основных компонента – угарный газ (СО), водород (Н2) и твердый или жидкий углеродный остаток. Параллельно образуется небольшое количество углекислого газа и водяного пара.
4. Летучие продукты составляют пиролизный газ – горючую смесь водорода и окиси углерода, покидающую емкость через отдельный трубопровод. Выделенное газообразное топливо очищается, охлаждается, потом закачивается в резервуар.

Схема простейшей газогенераторной установки с водяным затвором

Справка. В условиях производства полученный синтез-газ направляется на подогрев той же емкости газогенератора.

Горение и пиролиз – 2 разных процесса, могущих протекать одновременно. Пример: во время интенсивного сжигания дров в топке котла образуется малый объем угарного газа, безвредного СО2 значительно больше. И наоборот, в режиме тления дрова выделяют много водорода и угара, часть которого успевает превратиться в СО2 — окислиться. То есть, все зависит от количества участвующего в реакции кислорода.

Пиролиз древесины

Пиролиз древесины еще называют сухой перегонкой. Этот процесс представляет собой разложение древесины в условиях высокой температуры в пределах 450 °C без доступа кислорода. Вследствие такого процесса получаются газообразные и жидкие (в том числе древесная смола) продукты, а также твердый материал — древесный уголь.

Технология пиролиза древесины

Пиролиз является одним из первых технологических химических процессов, которые известны человечеству. Еще в середине XII века этой технологией активно пользовались для получения сосновой смолы, которую применяли для пропитки канатов и просмолки деревянных кораблей. Этот процесс тогда называли смолокурением.

С началом развития металлургической отрасли, возник иной промысел, основанный на сухом пиролизе лесоматериалов, — углежжение. В этом процессе конечным материалом являлся древесный уголь.

Началом распространения промышленного использования пиролиза дерева можно называть XIX век. Основным продуктом пиролиза в те времена была уксусная кислота.

Сырьем служили лишь лесоматериалы лиственных сортов.

Процесс пиролиза основывается на разных свободно-радикальных реакциях термодеструкции целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз. Эти реакции происходят в условиях температур от 200 до 400°C. Пиролиз древесины является экзотермическим процессом, в ходе которого получается большой объем тепла (примерно 1150кДж/кг).

Технологическая схема пиролиза лесоматериалов состоит из таких этапов:

• измельчение древесины
• высушивание измельченной древесины
• пиролиз
• охлаждение и стабилизация угля, чтобы предотвратить самовозгорания
• процесс конденсации паров летучих продуктов.

Наиболее длительной и энергозатратной стадией можно назвать сушку древесины до уровня влажности 15%. Сушка осуществляется в условиях температуры 130-155°C при помощи подвода внешнего тепла. При этом из лесоматериалов удаляется вода, а также меняются некоторые компоненты древесины.

После этого древесина уже начинает разлагаться. Происходит это в пределах температуры от 155 до 280°С. На этой стадии распадаются наименее стойкие ее составные части. При этом выделяются углекислый газ, окись углерода, уксусная кислота.

Далее температура поднимается до отметки 280-455°С. В этих условиях начинается испарение и образование основного объема продуктов разложения лесоматериалов.

При этом происходит активное высвобождение тепла (экзотермический процесс) с выделением большого количества CO2, СО, CH4, эфиров, карбонильных соединений, углеводородов, уксусной кислоты, ее гомологов и метанола. В самом конце удаляется смола.

Затем начинается прокаливание древесного остатка. Температура поднимается более 500°С. Во время этого процесса выделяется и удаляется тяжелая смола, а также СО2, Н2, СО и углеводороды. Это и есть окончание пиролиза, а полученный остаток является древесным углем.

Объем полученных продуктов пиролиза древесины очень различается, все зависит от размера кусков лесоматериалов, температуры процесса, его длительности, а также уровня влажности сырья.

Устройства для осуществления пиролиза

Этот процесс протекает в ретортах. Реторта – это цельносварной металлический сосуд цилиндрической формы. Внутри он имеет диаметр от 2,5 до 2,9 м, а толщина стенок составляет 15 мм.

Вверху аппарата есть загрузочное устройство для сырья, а снизу располагается конусная часть и выгрузочное устройство для угля. Реторта имеет высоту около 25 м. Реторта оборудована четырьмя патрубками.

Через верхний патрубок выводится парогазовая смесь, через второй вводится теплоноситель, третий отводит нагретые газы из области охлаждения угля, а по четвертому, самому нижнему, вводятся холодные газы, которые охлаждают уголь.

Реторты бывают:

• непрерывного действия
• периодического действия
• полунепрерывного действия.

Кроме этого по принципу обогрева бывают:

• устройства с внутренним обогревом. В таких аппаратах тепло подается к лесоматериалам от теплоносителя в ходе прямого контакта. В качестве теплоносителя выступают горячие топочные газы, которые принудительно загружаются в устройство. В таком случае процесс пиролиза осуществляется более мягко, но объем продуктов разложения примерно в 7-10 раз меньше
• устройства с наружным обогревом. В таких аппаратах тепло подводится посредством металлических стенок реторт, которые обогреваются горячими дымовыми газами.

Самыми распространенными являются устройства полунепрерывного действия. В них древесина загружается периодически, малыми количествами через равные отрезки времени. Парогазовая смесь отбирается непрерывно, а выгрузка угля происходит периодически, порционно.

В устройствах непрерывного действия все стадии процесса происходят одновременно: в верхней части происходит сушка, далее — лесоматериалы прогреваются до температуры разложения, в средней части древесина разлагается, а в нижней — прокаливается и охлаждается уголь.

Быстрый пиролиз древесины

Довольно распространенной разновидностью пиролиза можно назвать быстрый пиролиз, в ходе которого тепловая энергия подводится к исходной смеси на высокой скорости. Весь процесс протекает без доступа кислорода.

Процесс медленного пиролиза сравним доведением воды до точки кипения, а вот метод быстрого пиролиза можно сравнить с попаданием в раскаленное масло капли воды, которое иначе называется взрывное вскипание.

Главные особенности быстрого пиролиза лесоматериалов:

• возможность формирования замкнутого непрерывно текущего технологического производственного процесса
• значительная «чистота» конечных продуктов пиролиза, которая достигается вследствие отсутствия стадии осмоления
• низкая энергоемкость подобного процесса, по сравнению с прочими видами пиролиза
• в этой процессе выделяется большое количество тепловой энергии (экзотермические реакции при быстром пиролизе превосходят эндотермические).

Выход продуктов термораспада

СырьеПродукты термораспада, масс. % от массы а. с. д.угольсмолылегколетучиекомпонентыгазывода

Мастер на все руки

В чем состоит самая сущность сухой перегонки дерева.

Сущность сухой перегонки дерева состоит в том, чтобы отделить от древесины требуемые ве­щества. Для этого древесину, запружают в аппарат и подвергают ее нагреванию без доступа огня и воздуха. Под влиянием нагревания, иногда очень – высокого, древесина разлагается т выделяет тре­буемые продукты. Продукты эти бывают легкие — газообразные, летучие и тяжелые — жидкие. Значит, нужен аппарат, т.-е. .помещение для дре­весины. Аппарат, само собою, очевидно, должен быть железный, хорошо закрывающийся, чтобы воздух и огонь не проникали в него. Аппарат дол­жен иметь два выходные отверстия — трубки: од­ну вверх для легких газообразных продуктов, а другую внизу для тяжелых, жидких продуктов. Газообразные летучие продукты нужно потом охладить. Вследствие охлаждения они превращающиеся в капельки и будут вытекать из трубки в виде жидкости. Значит, верхнюю трубку нужно ввести в другой аппарат — холодильник. Холодильник может быть деревянным. Чем длиннее будет трубка, выводящая летучие продук­ты, тем полнее будет охлаждение их, они полно­стью превратятся в жидкость, и ни капли их не улетит в воздух. Поэтому выводящую трубку де­лают коленчатой или винтообразной. Такую трубку называют змеевиком. В холодильник должна поступать холодная вода для охлаждения стенок трубки змеевика.Чем вода холоднее, тем лучше. Вода будет нагреваться. Нагретую воду придется удалятыиз холодильника. Следовательно, в нем должен быть кран для спу­ска воды или деревянная пробка (затычка). Змеевик охладит газообразные продукты. Они превратятся в жидкость. Жидкость потечет по змеевику. Значит, чтобы собрать ее, конец змее­вика нужно, вывести из холодильника наружу. Под выходящий из холодильника конец змее­вика нужно подставить сосуд для приема жид­кости. Тяжелые продукты будут собираться внизу на дне аппарата, в котором запружена древесина. Для выпуска их – оттуда должно быть в дне аппарата отверстие о выводящей трубкой. Под эту трубку должен быть подставлен, сосуд для собирания их.

Каким основным требованиям должен отвечать аппарат для сухой перегонки дерева.

Аппарат, в который загружается древесина, должен сильно прогреваться огнем. Поэтому его нужно обложить кирпичом так, чтобы пламя охва­тывало его но возможности весь. Внизу устраи­вается топка для дров. На стенки топки ставится аппарат. Со всех сторон аппарата нужно сделать щели — дымоходы для дыма и пламени. Эти ды­моходы должны выходить в общий дымоход — трубу. Сам аппарат не должен выпускать на волю газообразных продуктов. Он должен быть хорошо склепан из толстого железа. Для загрузки мате­риала в нем должно быть отверстие— крышка. Когда аппарат загружен, крышка должна быть хорошо промазана, чтобы газообразные продукты не улетучивались в воздух. Трубка для вывода газообразных продуктов должна быть хорошо пропаяна, чтобы эти про­дукты не улетучивались через ее швы. Чем длиннее трубка, тем лучше она охладит таз. Холодильник должен быть настолько помести­тельным, чтобы трубка-змеевик уложилась в ней свободно и чтобы вода охватывала змеевик тол­стым слоем со всех сторон.

Как приступить к производству опытов. Само собою понятно, что для устройства ап­парата нужны средства. Затратить эти средства не всякий может. Да кроме того у каждого человека может быть сомнение: деньги я затрачу, а выйдет ли что из этой затеи? Поэтому попробуйте сначала обойтись теми средствами, которые можно найти всюду, в каждом хозяйстве, без особых затрат. Возьмите чугунный котелок, в котором нагре­вают воду в бане, и приспособьте его для загрузки древесины.

Рис. 1. Слева чугунный котел в разрезе. На дне кирпич. На кирпиче железная решетка. Справа решетка.

Тяжелые продукты должны собираться внизу, на дне котелка. Следовательно, нужно сделать так, чтобы дно котелка было свободно. Для этого на дно котелка положите- в середине его кирпич на ребро. Из листа старого кровельного железа сде­лайте круг такого размера, чтобы он ложился на кирпич. В этом круге пробейте дыры, чтобы тя­желые продукты могли протекать через них на дно котелка (рис. 1). На железный, круг-решетку загружайте мате­риал. Укладывайте его плотнее (рис. 2). К котелку сделайте деревянную крышку так, чтобы она плотно входила в края котелка. В крыш­ке сделайте круглое отверстие для выхода газооб­разных продуктов. Отверстие должно быть диаме­тром 4 1/2 сантиметра (1 вершок). Для холодильника,возьмите обыкновенную кад­ку— ведер на 6 воды. Кадку возьмите старую, по­держанную. Не беда, если она будет немного про­пускать воду. В кадке сделайте две дыры. Одна дыра нужна для выпуска нагревшейся воды. Диаметр ее не обязателен.

Рис. 2. Слева в разрезе котел, загруженный материалом и покрытый деревянной крышкой. Справа крышка.

К этой дыре подгоните де­ревянную затычку. Другая дыра должна быть в крышке кадки чуть-чуть больше диаметра конца трубки-змеевика, выводящего газообразные про­дукты (рис. 3). Трубка, выводящая, газообразные продукты, должна состоять из двух составных частей. Первая часть должна иметь форму, указанную на рис. 4.

Та часть трубки, которая соединяется с крыш­кой котелка, должна быть расширена и иметь ото­гнутые края, чтобы ее можно было прикрепить гвоздочками, а еще лучше шурупами к крышке котелка. В отогнутых краях должны быть про­биты три отверстия для гвоздей или шурупов (рис. 4). Диаметр трубки-змеевика должен равняться 2 сантиметрам (рис. 5). Трубки нужно заказать кровельщику или же­стянику. Хорошо бы сделать их из белого железа. Холодильник нужно отставить от печки, в ко­торую вмазан котелок, на 1 метр, чтобы он не про­гревался от печки. Поэтому длина обеих трубок будет зависеть от установки всего аппарата. Трубки должны быть хорошо пропаяны, в ме­стах соединения плотно входить одна в другую. Холодильник следует поставить на подставку, чтобы удобнее было поставить приемник для про­дукта. Приемником может служить любая посуда: гор­шок, плошка или ведерко. Когда все готово, нужно все собрать в одно це­лое, в одну систему. После загрузки древесины крышку котелка нужно промазать мятой глиной. Чтобы промазка была, крепче, в глину следует прибавить просеян­ной золы.

Рис. 6. Весь аппарат в собранном виде. Налево печка для вмазки котла. Выводящую трубку хорошо бы поста­вить на стекольную замажу. Замазку можно приготовить самому: взять мела в порошке и месить его, как месят тесто, на варе­ном льняном масле (олифе). Как все расставить, показано на рис. 6. Этот аппарат будет страдать некоторыми недо­статками. Во-первых, жидкие продукты будут пригорать на дне котелка, и от этого, их качество ухуд­шается. Змеевик и холодильник могут не охладить всех газов, и выход продукта будет меньше, чем сле­дует. Но с этими недостатками придется прими­риться для первого опыта.

На сайте есть:
Стили декупажа Виды ванн и уход за ними Ремонтируем самостоятельно Устанавливаем вентиляционные решётки самостоятельно Напольное покрытие из кварцвиниловой плитки Каким сделать пол на кухне Способы добывания эфирных масел Как добыть деготь из коры березы (бересты)

Применяем пиролиз опилок в домашних условиях для получения топлива

Любые древесные отходы можно использовать для получения горючего пиролизного газа.

По соотношению объем/выделение тепла пиролизный газ уступает природному газу (разница в 25–50 % в пользу природного), поэтому его можно использовать в обычных котлах, но в большем объеме.

Кроме того, пиролизный газ можно использовать в качестве топлива для автомобильных двигателей, однако мощность будет ниже на:

• 20–40% по сравнению со сжиженным природным газом (пропан, метан, бутан);
• 30–50% по сравнению с бензином.

Тем не менее, машина будет ехать, а затраты на горючее окажутся существенно ниже. Ведь при езде в обычных режимах мотор никогда не используют на полную мощность.

Единственным минусом использования пиролизного газа окажется меньшее ускорение во время разгона, то есть сложней будет обгонять машины на трассе.

В статье мы расскажем о том:

• что такое пиролиз;
• какое оборудование используют для пиролиза;
• как очищают пиролизные газы;
• как применяют пиролизные газы.

Что такое пиролиз?

Пиролиз – это термическое разложение древесины, в результате которого целлюлоза распадается на:

• водород;
• угарный газ (СО);
• азот;
• водяной пар;
• углекислый газ (СО2).

Пиролиз начинается при температуре 300–400 градусов и протекает при отсутствии кислорода.

Однако для самоподдерживающей реакции необходимо небольшое количество кислорода, чтобы часть древесины горела и поддерживала высокую температуру. Поэтому в пиролизных установках процесс протекает при сильном дефиците кислорода (15–30 % от необходимого).

Если же подать больше кислорода, то пиролизные газы сгорят прямо в установке.

В процессе пиролиза
древесина распадается на различные газы и небольшое количество неорганических остатков, поэтому образование золы в пиролизных установках в десятки раз меньше, чем при обычном сжигании отходов древесины.
Эффективность пиролиза напрямую зависит от влажности древесины – чем влажней древесина, тем больше тепла нужно для термического разложения и тем больше в пиролизном газе водяного пара.

Поэтому отходы древесины предварительно сушат в специальных установках, о которых вы можете прочитать в статье Оборудование для переработки древесины.

Процесс пиролиза может протекать в любой органике, однако чаще всего для получения газа используют древесные отходы, ветки и другой аналогичный материал.

На теплотворную способность готового топлива влияют плотность и влажность исходного материала, причем под плотностью подразумевают именно удельный вес древесины.

Чем влажней топливо, тем больше энергии будет расходоваться на поддержание процесса пиролиза и тем выше окажется содержание водяного пара на выходе.

Вместе с опилками в газогенератор можно загружать стружку и щепу из здоровой или больной древесины, а также любые отходы обработки и переработки древесины в сухом виде.

Кроме того, в качестве топлива можно использовать даже опавшую листву и древесную кору, однако их теплотворная способность гораздо ниже, чем у здоровой древесины, поэтому время работы газогенератора на одной закладке топлива будет гораздо меньше.

Газогенераторные установки

Аппараты и устройства для получения пиролизного газа называют газогенераторными установками.

Они представляют собой герметичную печь с регулируемой подачей воздуха и возможностью перекрытия дымохода.

Чтобы снизить требования к дымоходу, воздух в них подают принудительно, используя для этого центробежные насосы.

Причем либо используют насос с изменяемой производительностью (это делают с помощью частотного преобразователя), либо устанавливают несколько насосов, чтобы обеспечить максимальную подачу воздуха в режиме розжига.

Когда содержимое установки разгорается,
подачу воздуха сокращают, оставляя лишь минимум, необходимый для поддержки оптимальной температуры.
В результате из установки начинает выходить густой черный дым, который содержит несгоревший углерод (сажу) и пиролизные газы.

Сразу использовать этот газ нельзя из-за большого количества сажи, поэтому его очищают с помощью различных устройств, наиболее популярные из которых циклоны.

Собранную циклоном сажу можно или загружать вместе с отходами древесины в газогенераторную установку или продавать производителям шин. Ведь сажа – один из основных компонентов, доля которого доходит до 30 %.

Кроме того, из пиролизного газа удаляют водяной пар, что повышает температуру его сгорания. Для этого газ проводят через охладитель, где водяной пар конденсируется в виде капелек воды.

По мере накопления воды ее сливают через специальный кран, расположенный внизу охладителя.

После этого газ подают в фильтр тонкой очистки, в качестве которого используют электростатические устройства, картонные картриджи и емкость с водой.

Электростатические устройства работают за счет различной электрической емкости газа и любых твердых частиц.

Под воздействием статического электричества твердые частицы прилипают к положительному или отрицательному электроду (зависит от электрического потенциала частицы), а газ проходит без препятствий.

Электроды необходимо периодически
очищать от налипшей на них сажи.
Картонные фильтры работают по принципу сетки – они пропускают через себя газы и твердые частицы, которые меньше размера пор, пронизывающих весь картридж, поэтому его приходится регулярно менять, что обходится недешево.

Вода в емкости не задерживает газ, но улавливает мельчайшие твердые частицы сажи. По мере загрязнения воду сливают и заливают новую. Слитую воду выпаривают, чтобы получить сажу, которую затем либо отправляют в газогенераторную установку, либо продают производителям покрышек.

Несмотря на то, что опилки – это тоже древесина и основные принципы получения газа из них такие же, для их переработки нельзя использовать обычные газогенераторы.

Это связано с особенностями движения воздуха через массив топлива.

Крупные древесные отходы прилегают друг ко другу неплотно, поэтому воздух между ними легко проходит в любую сторону.

Когда топливная емкость заполнена опилками, то воздух между ними проходит очень слабо, равно как не может пройти и пиролизный газ.

Поэтому в установках, предназначенных для получения пиролизного газа из опилок и стружки, воздух подается в нескольких местах, а отверстие для выхода газа расположено сверху.

Собираясь покупать газогенератор, не забудьте уточнить, предназначен ли он для работы на опилках и стружке. Ведь генераторы, предназначенные для переработки крупных отходов, плохо работают с мелкими, а предназначенные для мелких отходов могут перерабатывать и крупные.

Стоимость газификаторов

Мы подготовили таблицу, в которую включили наиболее популярные модели газогенераторных установок.

Большинство из них предназначены для совместного использования с отопительными котлами, однако их можно приспособить и для других целей.

Кроме того, в список мы включили полупромышленный газогенератор для автомобиля. Чтобы уточнить его параметры и подобрать наиболее подходящий для вашего автомобиля, необходимо связаться с поставщиком по ссылке, которая указана в таблице.

Высокая стоимость промышленных и полупромышленных газогенераторов вынуждает многих делать эти устройства самостоятельно. Тем более, ничего особо сложного в этом нет.

Мы подготовили ссылки на тематические форумы, где обсуждают изготовление различных моделей газогенераторов.

Там же вы найдете советы, облегчающие поиск материалов для изготовления этого устройства, а также различные рекомендации, которые помогут выбрать ту или иную модель для самостоятельного изготовления.

Вот ссылки на тематические форумы:

1. Форумхаус – изготовление автомобильного газогенератора.
2. Форум самогонщиков – изготовление газогенератора из пиролизного котла.
3. Вашдом – изготовление газогенератора и обсуждение различных моделей.
4. ОстметаллИнфо – изготовление газогенератора для кузнечного горна и рассуждения о его преимуществах и недостатках.

Способы использования пиролизного газа

Этот газ используют для различных нужд.

К газогенератору можно подключить кухонную печь и огонь на ней будет лишь немногим меньше того, который получают, сжигая пропан или бутан.

К нему можно подключить автоген (потребуется более качественная очистка) и при подаче кислорода температура пламени достигнет двух тысяч градусов.

На таком газе хорошо работают газовые электрогенераторы и автомобильные двигатели.

Бензиновый автомобильный мотор, после небольшой переделки, неплохо работает на газе, вырабатываемом газогенераторной установкой.

Дизельный двигатель также может работать на таком газе, но потребуется более серьезная переделка топливной системы.

Полной мощности от такого двигателя не получить, но от ¼ до ½ он выдаст, если хватит производительности газогенератора.

В условиях постоянного роста цен на топливо газогенератор, установленный в багажнике машины позволит серьезно снизить расходы на горючее. Это особенно актуально для тракторов, моторы которых работают в одном режиме.

Однако чаще всего пиролизный газ используют для отопления. Ведь 3–4 килограмма опилок дают ту же тепловую энергию, что и 1 м3 природного газа.

Если есть возможность бесплатно или дешево доставать опилки, то экономия получается весьма ощутимой. Поэтому деревоперерабатывающие предприятия, цеха и пилорамы можно отапливать, не тратя денег на покупку энергоресурсов, ведь стружка, щепа и опилки на таких предприятиях появляются постоянно и в огромных объемах.

Из-за большого содержания азота теплотворная способность пиролизного газа ниже, чем любого природного или сжиженного газа.

Для правильного сгорания и выделения нужного количества тепла необходимо увеличивать подачу газа.

Для этого в кухонных печах и отопительных котлах без электронного управления рассверливают жиклеры.

В котлах с электронным управлением увеличивают диаметр жиклеров и меняют прошивку (программное обеспечение).

В автомобилях необходимо полностью переделывать топливную систему, поэтому проще всего перевести на пиролизный газ карбюраторные машины.

Мы рекомендуем переводить на пиролизный газ лишь недорогую технику, которая не находится на гарантии.

Использование неподходящего под какие-то стандарты топлива нередко является основанием для отказа в гарантийном ремонте.

Кроме того, переводить любое оборудование на приролизный газ необходимо только после тщательного изучения форумов, на которых пользователи делятся опытом подобных работ.

Также мы рекомендуем максимально серьезно отнестись к очистке топлива, это не только повысит его теплотворную способность, но и снизит риск засорения топливной системы отопительного прибора.

по теме

О пиролизе отходов переработки древесины смотрите в этом видео:

Заключение

Пиролизный газ, который получают из опилок и других отходов древесины, является эффективным и недорогим топливом.

Поэтому использование пиролизных газогенераторов оправдано в тех случаях, когда есть доступ к очень дешевым или бесплатным отходам древесины.

Процесс пиролиза древесины

Пиролиз древесины представляет собой процесс, который обеспечивает разложение дерева на две составляющие. Одой из них является сухой остаток, который именуют древесный уголь. Вторая представляет собой пиролизный газ.

Он является необходимым для того, чтобы обеспечивать процесс функционирования таких устройств, как котлы длительного горения.

Такие котлы являются популярными и отлично справляются с задачей поддержания оптимального температурного уровня даже в самую холодную зиму.

Виды пиролизных котлов

Пиролиз древесины — это процесс, который возможен только в определенных условиях. Первым требованием является то, что в камере, которой осуществляется данное действие, не должно быть доступа кислорода. Второе требование заключается в том, что весь процесс происходит при достаточно высоких температурах.

В качестве сырья, чтобы получить пиролизный газ, используют лиственные породы дерева.

Их свойства являются наиболее оптимальными для осуществления данного действия. Однако не исключением являются и хвойные породы, хоть их КПД на порядок ниже.

В качестве конструкции, в которой осуществляется данной действие, выступает реторт. Он имеет замкнутую форму, а уровень содержания кислорода в нем крайне низкий. Имеет оснащение патрубком, через который происходит отвод образовавшегося газа. В дальнейшем, пиролизный газ поддается сгоранию и обеспечивает работу котла длительного горения.

• 1 Стадии процесса
• 2 Продукты пиролиза

Стадии процесса

Пиролизное топливо образуется вследствие череды процессов, последовательность которых нельзя нарушать. Если пренебречь хотя бы одним из них, то вся проделанная работа не принесет никаких результатов. Стоит выделить основные этапы данного процесса:

1. Сушка. На данном этапе древесина лишается полностью всего содержания влаги. Данное действие осуществляется при температуре от 0 до 150ºC.
2. Сам пиролизный процесс. Именно на этом этапе происходит выделение газа и образование отходов производства. Данная стадия колеблется в температурных показателях от 150 до 350ºС. При температуре в 280ºС наблюдается наиболее эффективная стадия, при которой образуется более половины всего сырья.
3. Прокалка. На этой стадии более четко происходит отделение смол, от древесного угля. Кроме того, происходит выделение определенных газов, которые ранее были не подвластны температурным показателям. Данная стадия протекает в два этапа, а температурный показатель составляет 350-550ºС.

Сама древесина представляет собой достаточной сложный компонент, который содержит огромное количество различных веществ. Пиролизный процесс позволяет произвести их разделение и получить каждый в чистом виде.

Каждая температурная стадия характеризуется выделением определенного вещества. Именно поэтому, чтобы получить абсолютно все компоненты в чистом виде, необходимо осуществлять пиролизный процесс от начала и до конца.