28.03.18

Виробництво деревного вугілля. Частина 1

Отримання продуктів з деревини шляхом впливу на неї високої температури належить до найдавніших технологій в історії людства. Археологічні розкопки свідчать про те, що ще печерні люди знали деревне вугілля.

Його збирали на згарищах або робили спеціально, засинаючи золою тліючі головешки і, ховаючись в печерах від негоди, використовували потім як паливо, що не викликає чаду. Напевно, перший метал було виплавлено випадково, коли камені, якими обклали вогнище з вугіллям, що горить, виявилися рудою. З початку бронзового століття деревне вугілля став однією з основ розвивається цивілізації. Ковалі вміли отримувати вугілля для своїх потреб вже в XV-XVI століттях. До середини XIX століття металургія розвивалася в значній мірі на основі деревного вугілля.

Фактично європейські країни, насамперед Англія і Франція, позбулися своїх лісів заради вуглевипалювання.

Сьогодні Бразилія головує у виробництві високоякісного чавуну, використовуючи деревне вугілля в якості відновлювача. Воно застосовується в десятках технологій і в різних сферах життя. Унікальна особливість деревного вугілля – відсутність чадного газу у продуктах згорання – зробила його кращим у багатьох випадках видом побутового палива. У своїй попередній публікації автор вже вказував на той факт, що в розвинених країнах в останні роки інтенсивно зростає використання деревного вугілля в сільському господарстві. З його застосуванням фахівці пов’язують нову «зелену революцію» – черговий прорив в інтенсифікації виробництва сільськогосподарської продукції.

ЯК РОБЛЯТЬ ДЕРЕВНЕ ВУГІЛЛЯ?

Вибір технології виробництва деревного вугілля повинен грунтуватися на прогнозуванні кон’юнктури ринку та обліку сировинних чинників. Апаратурне оформлення розробляється на основі знання сутності процесів, що протікають і економічного порівняння варіантів обладнання. Різні економічні умови потребують різніх технологічних рішеннь. Тут криється відповідь на питання: «Чому при такій великій кількості конструкцій вуглевипалювального обладнання треба створювати нові?» Важливий момент – вимоги.

Пред’являються споживачами до продукту. Перш єдиним критерієм якості вугілля в нашій країні був ДСТУ 7657-84, який визначав вимоги до різних сортів вугілля. Цей ГОСТ складений за часів, коли головними і майже єдиними споживачами деревного вугілля були металургія та виробництво активованого вугілля. Сьогодні цей продукт найчастіше використовується в побуті (наприклад, для смаження шашликів на природі).

Високий вміст нелетучого вуглецю і низька зольність деревного вугілля були необхідні споживає його промисловості. Основних споживачів влаштовувало високий вміст дрібної фракції. Зараз структура попиту і технології змінилися. Для побутових цілей потрібне вугілля більшого розміру з високим показником летучості – таке вугілля краще розгорається.

Останнім словом техніки у вуглевипальвальній сфері протягом другої половини XX століття була вертикальна реторта. Це дійсно один з найбільш досконалих апаратів для вуглевипалювання. Але вертикальні реторти створювалися під промислове споживання вугілля й якість продукції, що випускається ними продукції не повною мірою відповідає побутовим вимогам. Можна навести й інші приклади, що пояснюють необхідність розробляти нові конструктивні рішення в мінливих умовах. Пропонуємо увазі читачів розроблену автором схему (рис. 1), яка вже завоювала популярність в ЗМІ та Інтернеті. Завдання цієї схеми – показати, що накопичений поколіннями виробників вугілля досвід дозволяє усвідомлено вибрати варіант технічного рішення. Вибір перестає бути результатом осяяння. Сьогодні накопичено достатньо інформації, щоб мати можливість грамотно розрахувати гідравліку і теплопередачу, массообмінні процеси та удосконалити обладнання.

Окремо слід розглянути проблему екологічності апаратів вуглевипалювання. У журналах і газетах іноді стверджується, що процес вуглевипалювання взагалі не може бути екологічно чистим. Чи не володіють питанням журналісти отримують таку інформацію від малокомпетентних виробників вугілля і поширюють через пресу. Власники і виробники всіляких «екологічно брудних» апаратів іноді наводять наступний аргумент: мовляв, споконвіку вугілля робили в купах, ямах, і нічого. Відомо, однак, що чоловіки, які обслуговували ті купи за часів Демидових, вмирали рано. Просто ніхто не з’ясовував, чому помер той чи інший кріпак. Населеність територій, де проводився вугілля, була в ті часи незрівнянно нижчою за нинішню. І шкода, що наноситься природі, була менш помітною. До того ж ще не був усвідомлений зв’язок між роботою вуглевипалювання й винищенню навколишніх лісів.

ПРОЦЕС ОТРИМАННЯ ВУГІЛЛЯ

Створенния деревного вугілля – це відщеплення від речовин, що складають деревину, більш низькомолекулярних сполук. У твердому залишку збільшується концентрація вуглецю. З летючими компонентами видаляються кисень і водень, що містяться в речовинах деревини. Але і вуглець теж. У складі летючої частини вміст вуглецю нижче, ніж у вихідній деревині. В результаті твердий залишок піролізу становить близько третини маси дров на виході, але містить близько половини вуглецю усіх дров. Приклад розподілу елементів у вихідній деревині і продуктах розпаду наведено в табл. 1. Дані наведені в перерахунку на абсолютно суху деревину. Такого в природі не буває, але для розрахунків зручно користуватися цим поняттям. Для розрахунку за фактичною вологості достатньо додати певну частку води.

Приклад з табл. 1 відноситься до глибини розжарювання, в результаті якої зміст нелетучего вуглецю в вугіллі становить 84% (27,2 х 100 / 32,4). Вихід вугілля при цьому – 32,4%. Вугілля може містити і 76, і 96% нелетучего вуглецю – це залежить від того, як довго і при якій температурі його прожарюють.

У табл. 2 наведено вихід і склад вугілля і парогаза при прокалке, яка довела зміст нелетучего вуглецю в вугіллі до 94%. Вихід вугілля становить при цьому 24,7%.

При зіставленні даних табл. 1 і 2 видно, як суттєво (приблизно на чверть) зменшується вихід вугілля при збільшенні вмісту нелетучего вуглецю. З цього можна зробити висновок, що прожарювати вугілля потрібно тільки до ступеня, який необхіден замовнику. Прожарювання, що призводить до отримання вугілля з більш високим вмістом нелетучего вуглецю, збиткове і через більшу тривалість процесу й через зниження виходу вугілля. Вихід вугілля трохи підвищується, якщо процес протікає повільно. Однак зустрічаються іноді дані про вихід на рівні 60% – явне непорозуміння. Тривалість процесу розкладання деревини з відщепленням летючих з’єднань і освітою вуглецевого залишку становить зазвичай від кількох секунд до кількох хвилин. Тривалість технологічного процесу, обчислюється годинами, залежить виключно від умов передачі тепла. Створення вугілля під впливом тепла – складний процес. Його стадії схематично показані на рис. 2

Автор даної статті: Юрій Юдкевич, канд. техн. наук. Даний матеріал опубліковано з дозволу дочки автора.

Статті
28.03.18
Виробництво деревного вугілля. Частина 2
Абсолютно сухої деревини практично не буває. Волога деревина повинна висохнути, перш ніж почнеться її розкладання. Поки в її поверхневих прошарках
28.03.18
Виробництво деревного вугілля. Частина 1
Отримання продуктів з деревини шляхом впливу на неї високої температури належить до найдавніших технологій в історії людства. Археологічні розкопки свідчать