Древесный уголь формула химическая – Формула горения угля. Химическая формула угля, процесс его образования и использование в промышленности

Применение древесного угля в качестве топлива

В экономически развитых странах древесный уголь широко используется для разжигания мангалов при приготовлении барбекю, шашлыка и т.д.
В других странах мира древесный уголь используется ежедневно для приготовления пищи. Это является серьезной угрозой для здоровья человека, так как приготовление пищи происходит не на открытом воздухе, а в помещении. Респираторные инфекции, которые появляются вследствие разжигания древесного угля в помещении, являются причиной смертности детей в возрасте до 5 лет во всех странах третьего мира. Это почти 2 миллиона случаев смерти в год. Окись углерода к тому же загрязняет атмосферу.

Как правильно использовать

Так как удобрение обладает свойством снижать кислотность почвы, перед его применением нужно определить состав грунта на садовом участке. Если земля на огороде окажется с содержанием большого количества щелочи, от древесного угля стоит отказаться. Удобрение подходит для нейтральной почвы. Сожженная древесина помогает делать землю рыхлее, мягче. На такой почве гораздо лучше всходят семена. Поэтому золу используют также перед посадкой, не только в качестве подкормки. Стимулирует рост микроорганизмов способность жженой древесины улучшать газообмен.

В грунт вносится удобрение специальным образом. Вещество разбавляют водой, в пропорции на каждый квадратный метр до 3 стаканов. В неразбавленном виде использовать уголь просто: нужно подсыпать его вокруг растения, кустарника. В дальнейшем совместно с осадками он спустится глубоко в землю. Используют золу и для рассады. Для этого насыпают слой в 2-3 см в поддон ящика, сверху засыпают почвой. Получается своеобразный дренаж, обеспечивающий растения подкормкой постоянно. Применять древесный уголь лучше в мае, начале июня, когда культуры только начинают расти. Это позволит им быстрее цвести, развиваться и плодоносить.

Угольная кроша – универсальная подкормка, может использоваться для различных культур. В итоге урожайность повышается в разы, человек использует экологически чистый продукт, без вреда для окружающей среды и здоровья.

Применение древесного угля в качестве автомобильного топлива

Во времена дефицита нефтепродуктов автомобили были переконструированы для езды на смешанном газе – газовой смеси, содержащей в основном окись углерода СО. Смешанный газ производили при сжигании угля или дров в газогенераторах. В Китае, например, до 1950 года были популярны автомобили, в которых в качестве топлива использовали уголь. Во время Второй мировой войны в странах Европы производство древесины и древесного угля в качестве топлива для автомобилей увеличилось примерно в 10 раз.

Древесный уголь

Подробности Категория:

ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ

, продукт, получаемый из древесины путем ее нагревания до высоких температур (350—600°) без доступа или при незначительном доступе воздуха. Чем больше доступ воздуха при углежжении, тем ниже выход угля из древесины, тем рыхлее и легче самый уголь. Настоящий черный древесный уголь, вполне пригодный для употребления, получается при температуре 350° и выше. Содержание углерода в древесном угле зависит не от породы дерева, а исключительно от температуры переугливания. Влияние температуры на разложение древесины и химический состав получающегося угля представлены в табл. 1, по новейшим данным В. А. Коробкина.

Отсюда видно, что даже при 1500° нельзя нацело освободить уголь от газовых составных частей древесины — водорода и кислорода, в обычном же угле их содержание немногим меньше 25%. Из этой таблицы следует, что поднимать температуру углежжения выше 600° нерационально, т. к. последующие интервалы в 100° незначительно увеличивают содержание ценного углерода. Объемный удельный вес значительно колеблется в зависимости от способа, температуры и скорости обжига, составляя в среднем для угля из печей Шварца Нижнетагильского округа на Урале: елового 0,235, соснового 0,267, осинового 0,289 и березового 0,365 с колебаниями до 50%.

Истинный удельный вес, определенный на мелкой столченном угле, дает для тех же углей величины около 1,3—1,4. Вычисленная пористость угля составила 70—80%. В табл. 2 приведены соотношения между содержанием углерода, пористостью и удельным весом угля из разных пород леса.

При прямом соприкосновении с водой уголь впитывает ее от 200 до 300%, считая по весу высушенного при 105° угля. Вес лежалого угля из печей Шварца составляет в среднем: елового 120 кг, соснового 140 кг, осинового 150 кг на один складочный м3. Механическая прочность угля (из печей Шварца) на сжатие приблизительно в четыре раза меньше первоначальной крепости соответственного дерева. Теплопроизводительность древесного угля вдвое выше теплопроизводительности древесины, из которой он получен, и для хороших сортов превышает 7000 Cal. Пирометрический эффект сжигания угля тоже значительно выше дров. В табл. 3 приведены химический состав и физические свойства печного угля.

На тепловых свойствах древесного угля и на его химическом составе (отсутствие примесей, вредящих качеству продукта, низкое содержание неспекающейся и не требующей флюса золы) основано употребление угля в доменных печах для выплавки чугуна из железных руд, для вагранок при чугунном литье, для производства цементной стали, для кузнечных горнов при горячей обработке и сварке железа. Лучшим углем для доменной плавки считается сметничный уголь — смесь березового, соснового и елового углей. Хороший древесный уголь по внешнему виду отличается блестящим черным цветом, плотностью, издает при падении звенящий звук, горит без пламени и дыма и не пачкает рук.

По способу получения различают: 1) ямный древесный уголь, 2) костровый, или кучной, 3) печной и 4) ретортный, или казанный. Эти угли значительно отличаются друг от друга по своим химическим, физическим и механическим свойствам.

Ямный способ

. В сухом грунте вырывается круглая яма диаметром около 2 м и глубиной 1,5 м. На дно забрасывают мелкие сухие сучья и зажигают костер. Когда сучья разгорятся, на них наваливают обугливаемый материал и, постепенно подбавляя его, наполняют всю яму горящей древесиной. После этого сверху накидывают дерн и землю, уплотняют покрышку трамбованием и оставляют яму закрытой. Через сутки можно уже выгребать готовый уголь. Сохранившиеся очаги тлеющего угля заливают при выгребе водой. Уголь получается мелкий, рыхлый с низким удельным весом. Выходы по весу составляют 10—12%, а по объему 30—35%. Такой уголь употребляется для деревенских кузниц и для домашних надобностей. Кустари-углежоги в южных частях РСФСР употребляют для ямного способа только сучья и вершины деревьев. В Ленинградской области и в Центрально-промышленном районе на углежжение идут дрова, причем здесь ямный способ видоизменен: дрова укладывают плотными рядами в продолговатую яму, покрывают их ветвями и дерном и уже после этого зажигают через оставленное в покрышке отверстие. Под конец процесса отверстие засыпают, поверхность ямы утрамбовывают и, когда уголь остыл, выгребают его. При этом способе улучшается качество угля и увеличивается выход.

Костровый способ

углежжения дает промышленный металлургический уголь лучших качеств. Тем не менее, на Урале костровый уголь в настоящее время выжигается только в размере 5%, тогда как в Швеции, где потребление древесного угля металлургией немногим уступает Уралу, до сих пор еще более двух третей всего угля производится костровым способом. Костры, или кучи, бывают стоячие, с вертикальным положением дров, или лежачие, с горизонтальным расположением. Наиболее распространенными и более совершенными являются стоячие костры. На Урале очень часто встречается тип костра, изображенный в разрезе на фиг. 1. На специально выбранном сухом участке выравнивают ток и в центре его забивают высокий кол. Если место сыровато, то необходимо обрыть место костра канавой, а под самый костер устроить настил из расколотых дров – мостовник (а) (фиг. 1 и 2), во избежание получения большого количества плохо обугленного копытника.

В одну сторону от кола дрова укладывают так, чтобы образовался зажигательный канал (б). Дрова для костра берутся сухие, годовалые, длиной в 1 м. Самый верхний ярус (в) носит название чепца, но иногда его не делают, укладывая дрова третьего яруса с большим наклоном к центру костра. По укладке дров поверхность костра покрывают хвойными ветвями и на них укладывают еще земляную покрышку. Вверху слой покрышки тоньше, чем на боках. От состава покрышки зависит успех углежжения и наилучшим — считается суглинистая земля, смешанная с золой и мелким углем, оставшимися от предыдущего углежжения.

Глинистая земля растрескивается, а песчаная при высыхании осыпается с боков. Обычно уральский костер вмещает 100—120 м3 дров. Зажигание костра производится через канал (б). В первое время из дров обильно выделяется влага, которая частично оседает на покрышке (потение костра). Если высыхание дров совершается медленно, то углежог снимает часть земляной покрышки с чепца, а внизу у мостовника пробивает с подветренной стороны отверстия (подвалы, или пороги) для увеличения доступа воздуха. Когда желтый дым сменяется прозрачным, синеватым и вершина костра начинает оседать, процесс углежжения в вершине костра закончен; углежог увеличивает здесь слой покрышки, стремясь прекратить доступ воздуха к готовому углю. Огонь переводят во второй ярус дров, уменьшая здесь слой покрышки или пробивая в ней ряд мелких отверстий. Здесь тоже сначала получается желтый дым, который постепенно синеет, и тогда огонь переводят в нижний ярус, регулируя ход углежжения в последней стадии открыванием или засыпкой подвалов. В первой стадии процесса в разных частях костра могут образоваться взрывчатые смеси газов, и костер «стреляет», сбрасывая местами покрышку и выкидывая иногда дрова. При неправильной кладке костра или при недостатке надзора уголь в некоторых местах выгорает, и получаются провалы. Во всех таких случаях углежог должен тотчас же заполнить свежими дровами образовавшиеся пустоты (кормление костра) и возобновить полностью первоначальный слой покрышки. По окончании обжига засыпают все подвалы, дают куче охладиться, на что требуется 1—2 суток, и приступают к разборке кучи, начиная с чепца. Разборка производится только в сухую погоду, чтобы не испачкать готового угля. Когда уголь окончательно охладится, на грохоте отсеивают мелочь (патья) и укладывают уголь либо в рогожные кули, либо в плетеные из прутьев короба для отвозки на чугуноплавильные заводы. Короб на Урале служит учетной единицей, вмещая 2 м3 угля. Углежжение продолжается, в зависимости от погоды, 8—10 дней, да еще столько же уходит на устройство кучи, ломку и уборку угля. Всего для костра в 120 м3 требуется до 50 человеко-дней.

В 3ападной Европе стоячие костры устраиваются немного иначе (фиг. 3). Ток делается на искусственном возвышении с подъемом к центру, причем мостовник (а) устраивается при всяком грунте.

Зажигательный канал (б) делают вертикальный из четырех вбитых на некотором расстоянии кольев. В центре костра складывается значительное количество зажигательного материала (в), для того чтобы сразу дать энергичный ход углежжению. Чепец (г) выкладывается с особой тщательностью, т. к. его правильная форма способствует нормальному ходу процесса. Вместимость такого костра вдвое больше уральского (250 м3). Ведение углежжения, в общем, аналогично уральскому, но, благодаря особенностям устройства костра, распространение процесса образования угля идет по параболоиду (фиг. 4).

Надзор за ходом «немецкого» костра ведется более внимательно, и особенно часто практикуется кормление костра. Выход угля в уральских стоячих кострах составляет 20—22% по весу и 50—55% по объему от воздушно-сухих годовалых дров; выход в немецких кострах выше, составляя 24% по весу и 60—65% по объему. Хвойные породы, особенно ель, дают более высокие выходы; береза же дает около 18% по весу и 45% по объему. Температура углежжения в кострах 500—600°, и в соответствии с этим костровый уголь содержит около 90% углерода по элементарному составу, причем количество нелетучего углерода составляет 82—84%. Последняя цифра особенно важна для доменного процесса, т. к. именно содержание нелетучего углерода обусловливает количественный выход чугуна, летучий же углерод способствует увеличению выхода и улучшению состава лишь колошниковых газов. Если эти последние не находят использования, то выход чугуна является единственным критерием для оценки качеств угля, и в этом отношении костровый уголь имеет наилучшие показатели. Объемный удельный вес кострового угля и механические свойства его выше, чем у других сортов древесного угля.

Лежачие костры (фиг. 5) устраивают между вбитыми по краям кольями. Ширина костра немного более длины поленьев, а длина м. б. произвольной (в 3—5 раз больше ширины); высота около 2 м. К кольям прислоняют доски и одновременно с укладкой поленьев между досками и торцами поленьев делают земляную засыпку. К одному концу костра дрова укладывают выше, чтобы создать направление тяги. Зажигание костра начинают с низкого края (а), который носит название подошвы, и направляют огонь к высокому краю (б) — парусу, путем пробивания отверстий в верхней покрышке костра. При ведении процесса руководствуются теми же признаками, что и в стоячих кострах. Выходы угля получаются немногим меньше, чем в стоячих кострах, но самый уголь оказывается более измельченным, т. к. крепость его в направлении, перпендикулярном волокнам, приблизительно в 5 раз меньше по сравнению с крепостью в направлении, параллельном волокнам, и при горизонтальном расположении поленьев много готового угля раздавливается в нижних рядах.

Трудность управления ходом процесса при костровом углежжении, зависимость от погоды, краткость углевыжигательного сезона, необходимость каждый раз устраивать покрышку для костра, поддерживать ее в исправности во время углежжения и разбирать по окончании побудили техников ввести углевыжигательные печи. Примером такой печи может служить печь Шварца (фиг. 6), которая представляет собою прямоугольную продолговатую камеру с топкой, расположенной под серединой продольной стенки.

Топка без колосников находится под кирпичным подом печи, и топочные газы поступают в углевыжигательную камеру через отверстие в центре пода. Против топки в другой продольной стенке имеется загрузочное отверстие, вместо которого для ускорения загрузки иногда устраивают два отверстия в поперечных стенках печи. По углам печи имеются 4 вытяжных деревянных трубы. Печь перекрыта легкой крышей на деревянных столбах, которые вместе с тем служат и для связи печи. Плотно загрузив печь дровами, расположенными внизу вертикально (став), а под сводом горизонтально (забойка), закрывают загрузочное отверстие железной заслонкой и швы промазывают глиной. В топке разводят огонь, и горячие топочные газы, проникнув в печь, постепенно повышают температуру углевыжигательной камеры. Через вытяжные трубы сначала идет белый дым, потом желтый, а появление синеватого прозрачного дыма служит признаком окончания процесса, после чего топочные и вытяжные отверстия плотно закрываются, и печь стынет несколько дней. После выгрузки угля печь готова для новой загрузки. При емкости печи в 50 м3 дров она делает З,5 оборота в месяц; печь в 70 м3 делает 3 оборота и печь в 100—120 м3 – 2,5 оборота. Производительность выше у печей малого объема, но обслуживание и затрата топлива на печах большого объема дают более экономичные результаты, почему наиболее выгодными в среднем являются печи в 60—80 м3. Для топлива можно употреблять самые плохие дрова, сучья, щепу и т. п. Расход топлива составляет 6—10% от объема загружаемых дров, и выходы угля, включая подтопочные дрова, достигают в печах Шварца для ели 88% по объему и 26% по весу, для сосны соответственно — 80 и 25% и для березы — 58 и 23%. Учет объемного выхода производится коробами, в которых, однако, между кусками угля остается много пустот. Содержание общего углерода — 76—80% при 67% нелетучего углерода. Такое низкое содержание углерода в угле всецело обусловливается, как впервые указал Юон, низкой температурой в печах Шварца, составляющей только 350—400°, против 500—600°, достигаемых в кострах.

Для повышения температуры обжига в печах и улучшения качества угля прибегают к газовому топливу, имеющему более высокий пирометрический эффект, при помощи газовиков, направляющих газообразные продукты разложения в топку, или устраивая газогенераторные топки. Ф. Н. Суханов усовершенствовал топку Шварца и ввел приспособление для дутья воздуха, благодаря чему газообразные продукты разложения древесины сгорают на месте их образования и тем сильно поднимают температуру процесса; температура под сводом в этих печах превышает 700°, уголь получается качеством не ниже хорошего кострового, но объемные и весовые выходы значительно ниже, чем в печах Шварца.

Тот же принцип утилизации образующихся горючих газов на нагрев древесины осуществлен в ретортных печах (см. Дерево, сухая перегонка).

Для увеличения массового выхода угля и удешевления его вводятся печи непрерывного действия с утилизацией жидких продуктов. На Урале стоимость угля из печей непрерывного действия превысила вдвое стоимость угля из печей Шварца, а утилизация спирта и уксусной кислоты была бы рентабельной только при березовых дровах. До 1914 г. Урал расходовал для выжигания древесного угля почти 12 млн. м3 древесины, и в 1928/29 г. потребление металлургического угля составит уже около 85% этого количества. Если учесть, что сухая перегонка дерева лиственных пород по всей РСФСР потребляет только 400000 м3 древесины, то становится понятным все значение древесного угля в народном хозяйстве Союза. Древесноугольный чугун при переработке дает специальные сорта железа и стали, которые по качеству значительно превосходят таковые из коксового чугуна.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 7 — 1929 г.

• < Назад
• Вперёд >

Применение древесного угля в оборудовании для очистки и фильтрации

Активированный уголь обладает высокой адсорбцией благодаря большому количеству пор и большой удельной поверхности на единицу массы. Активированный уголь быстро адсорбирует широкий спектр органических соединений, растворенных в газах или жидкостях. Древесный уголь часто используется для фильтрации воды, чтобы удалить вредные бактерии. На Востоке, в таких странах как Китай, Япония, Корея, вода, очищенная с помощью древесного угля или бамбука, используется для приготовления чая.

В некоторых промышленных производствах, таких как очистка сахара при производстве из сахарного тростника, примеси, вызывающие нежелательные цвета, могут быть удалены с помощью активированного угля.

Активированный уголь используется для поглощения запахов и токсинов из воздуха. Фильтры, сделанные из древесного угля, также применяются в некоторых видах противогазов.

Применение активированного угля в медицине заключается в основном в адсорбции ядов, попадающих в организм человека. Также он используется для уменьшения дискомфорта в пищеварительном тракте.

Оборудование для производства древесного угля

Изготавливать топливо в домашних условиях можно при помощи подручных средств и даже в земляной яме. Для промышленного производства используются выжигательные печи ретортного типа. Это могут быть как стационарные, так и мобильные установки. Основным элементом таких установок выступает емкость для выжигания. Пиролизная бочка это самый дорогой элемент установки. Сегодня для производителей предлагается несколько вариантов промышленных установок, в состав которых входит полный набор оборудования для работы.

Из чего состоит уголь? Какова химическая формула угля

Уголь — это один из самых древних видов топлива, известных человеку. И даже сегодня он занимает лидирующие позиции по объему использования. Причиной тому служит его распространенность, легкость добычи, переработки и использования. Но что он собой представляет? Какова химическая формула угля?

На самом деле данный вопрос не совсем корректен. Уголь — это не вещество, это смесь различных веществ. Их целое множество, поэтому полностью определить состав угля невозможно. Поэтому под химической формулой угля в этой статье мы будем подразумевать скорее его элементный состав и некоторые другие особенности.

Но что мы можем узнать о состоянии этого вещества? Уголь образуется из останков растений в течение многих лет вследствие воздействия большой температуры и давления. А так как растения имеют органическую природу, то и в составе угля будут преобладать органические вещества.

В зависимости от возраста и иных условий происхождения угля его делят на несколько видов. Каждый вид отличается элементарным составом, наличием примесей и другими немаловажными характеристиками.

Бурый уголь

Является самым молодым видом угля. В нем даже наблюдается растительная древесная структура. Образуется напрямую из торфа на глубине порядка 1 километра.

Этот вид угля содержит достаточно большое количество влаги: от 20 до 40%. При попадании на воздух она испаряется, а уголь рассыпается в порошок. Далее речь пойдет о химическом составе именно этого сухого остатка. Количество неорганических примесей в буром угле также велико и составляет 20-45%. В качестве этих примесей выступают диоксид кремния, оксиды алюминия, кальция и железа. Также в нем могут содержаться оксиды щелочных металлов.

Много в этом угле и летучих органических и неорганических веществ. Они могут составлять до половины массы этого вида угля. Элементарный состав за вычетом неорганических и летучих веществ следующий:

• Углерод 50-75%.
• Кислород 26-37%.
• Водород 3-5%.
• Азот 0-2%.
• Сера 0,5-3%.

Каменный уголь

По времени образования этот вид угля идет следующим после бурого. Он имеет черный или серо-черный цвет, а также смоляной, иногда металлический блеск.

Влажность каменного угля значительно меньше бурого: всего 1-12%. Содержание летучих веществ в каменном угле очень колеблется в зависимости от места добычи. Оно может быть минимальным (от 2%), но может и достигать значений, аналогичных бурому углю (до 48%). Элементарный состав следующий:

• Углерод 75-92%.
• Водород 2,5-5,7%.
• Кислород 1,5-15%.
• Азот до 2,7%.
• Сера 0-4%.

Отсюда можно сделать вывод, что химическая формула угля каменного состоит из большего числа углерода, чем у бурого. Это делает данный вид угля более качественным топливом.

Антрацит

Антрацит — это самая древняя форма ископаемого угля. Ему присущ темно-черный цвет, и он имеет характерный металлический блеск. Это самый лучший уголь по количеству тепла, которое он выделяет при горении.

Количество влаги и летучих веществ в нем очень мало. Около 5-7% на каждый показатель. А элементарный состав характеризуется крайне высоким содержанием углерода:

• Углерод более 90%.
• Водород 1-3%.
• Кислород 1-1,5%.
• Азот 1-1,5%.
• Сера до 0,8%.

Больше угля содержится лишь в графите, который является дальнейшей стадией углефикации антрацита.

Древесный уголь

Этот тип угля не является ископаемым, поэтому он имеет некоторые особенности своего состава. Производят его путем нагрева сухой древесины до температуры 450-500 oC без доступа воздуха. Этот процесс называют пиролизом. В ходе него из древесины выделяется ряд веществ: метанол, ацетон, уксусная кислота и другие, после чего она превращается в уголь. Кстати, горение древесины — это тоже пиролиз, но из-за наличия кислорода воздуха загораются выделяющиеся газы. Именно этим и обуславливается наличие языков пламени при горении.

Древесина не является однородной, в ней очень много пор и капилляров. Подобная структура отчасти сохраняется и полученном из нее угле. По этой причине он обладает хорошей адсорбционной способностью и применяется наряду с активированным углем.

Влажность этого типа угля совсем небольшая (около 3%), но при длительном хранении он поглощает влагу из воздуха и процентное содержание воды повышается до 7-15%. Содержание неорганических примесей и летучих веществ регламентируется ГОСТами и должно составлять не более 3% и 20% соответственно. Элементный состав зависит от технологии получения, и примерно выглядит так:

• Углерод 80-92%.
• Кислород 5-15%.
• Водород 4-5%.
• Азот ~0%.
• Сера ~0%.

Химическая формула угля древесного показывает, что по содержанию углерода он близок к каменному, но вдобавок имеет лишь незначительное количество ненужных для горения элементов (серы и азота).

Активированный уголь

Активированный уголь — это тип угля с высокой удельной поверхностью пор, из-за чего он обладает даже большей адсорбционной способностью, чем древесный. В качестве сырья для его получения используются древесный и каменный угли, а также скорлупа кокосовых орехов. Исходный материал подвергают процессу активации. Суть его состоит в том, чтобы вскрыть закупоренные поры действием высокой температуры, растворами электролитов или водяным паром.

В ходе процесса активации меняется лишь структура вещества, поэтому химическая формула активированного угля идентична составу сырья, из которого тот был изготовлен. Влажность активированного угля зависит от удельной поверхности пор и обычно составляет менее 12%.

fb.ru