Вугілля - хімічна школа
Вугілля
Вугілля є твердим паливом і виробляється, коли суха на повітрі деревина (висушена до 13-18% води) нагрівається до 275 ° C за відсутності повітря і без кисню (піроліз). Температура сама по собі підвищується до 350 - 400 ° C (обвуглення, подібно до коксування вугілля). Летючі компоненти деревини горять. На додаток до газоподібних продуктів розпаду (див. Метанол) у вигляді залишку отримують близько 35% деревного вугілля. При згорянні пізніше це не спричиняє полум’я та горіння при більш високій температурі, ніж деревина.
За допомогою тієї ж техніки ви також можете додати торф Торф'яне вугілля конвертувати. Торф'яне вугілля, яке має властивості, схожі на вугілля, було досить поширеним у 18 - на початку 19 століть через брак деревини, але сьогодні рідко зустрічається.
Властивості та склад
Вугілля - це суміш органічних сполук з 81 до 90% вуглецю, 3% водню, 6% кисню, 1% азоту, 6% вологи та 1-2% золи.
Вугілля утворює пухкий чорний продукт із очевидною щільністю 450 кг/м3 (пориста) та справжньою щільністю 1400 кг/м³ (без пор). Через безліч мікроскопічних ніш, западин, каналів тощо (об'єм пор від 70 до 85%, внутрішня поверхня від 50 до 80 м²/грам) він має високу адсорбційну здатність.
Деревне вугілля легко запалюється (від 200 до 250 ° C) і продовжує горіти без полум’я, оскільки полум’яутворюючі гази вже вийшли під час обвуглювання. Температура горіння деревного вугілля становить 800 ° C. [1]
При спалюванні виділяється близько 28 - 34 мегаджоулів енергії на кілограм деревного вугілля. Він спалює без сірки.
Виробництво
Деревне вугілля виробляється нагріванням деревини за відсутності повітря. Різні фази процесу піролізу диференціюють залежно від температури.
У початковій фазі температури до 220 ° C в основному призводять до нагрівання та висихання матеріалу, при цьому виділяються водень та сліди діоксиду вуглецю, оцтової кислоти та мурашиної кислоти. Виділення цих речовин збільшується приблизно до 280 ° C у фазі піролітичного розкладання, яка, як і початкова фаза, є ендотермічною. Вище 280 ° C відбувається сильна екзотермічна реакція, при якій близько 880 кДж/кг деревини виділяється як енергія і нагріває процес до понад 500 ° C. Це створює легкозаймисті гази (див. Також під деревними газами), особливо оксид вуглецю, метан, формальдегід, оцтову та мурашину кислоти, а також метанол і водень, які згоряють і виходять у вигляді диму. Структура деревини змінюється від фібрилярної структури вище 400 ° C деревини в кристалічну структуру графіту. В останньому ендотермічному процесі димові гази розбиваються на легкозаймистий окис вуглецю та водень, проходячи через шари, які вже обвуглені; вугілля залишається як залишок. [2]
Обвуглювання в палях і купах
Найдавнішим способом видобутку деревного вугілля (винокурне виробництво вугілля) є операція по випалюванню печі (спалення деревного вугілля), яка сягає глибокої давнини, коли деревину зводили приблизно в напівсферичні або конічні палі (палі) у великі колоди регулярно (стоячи або лежачи) близько трьох посередині Коли (Квандель) ставлять і покривають ковдрою з газону, землі та вугілля. Під цією ковдрою горіння проводиться з ретельно регульованим доступом повітря таким чином, що, якщо це можливо, не спалюється більше деревини, ніж це абсолютно необхідно для нагрівання всієї деревної маси до температури обвуглення.
По суті, повинні спалювати лише гази та пари, які утворюються із нагрітої деревини. Колір диму, що виходить, вказує на те, чи завершено обвуглення. Потім ви даєте печі охолонути і розбираєте її (тягання вугілля, довжина вугілля).
У минулому, особливо в південній Німеччині, Росії та Швеції, деревину обвуглили купами або лежачими рослинами. Обвуглювання шаруватих порід дерев здійснювалось поступово від одного кінця витягнутої купи до іншого. Обвуглені шматки поступово витягували.
Обвуглення в печах
Дуже подібним чином, як у палях або палях, обвуглення відбувається в круглих або кутових цегляних печах, які дозволяють легше, повніше витягувати побічні продукти (смолу, деревний оцет, які зазвичай втрачаються в процесі роботи печі), але забезпечують менший урожай і менш хороше вугілля . У цих печах, як і в палі і палі, повітря надходить у деревину для обвуглення, і частина його створює необхідну температуру своїм згорянням.
Однак процес обвуглювання краще контролювати, якщо деревина обвуглена в посудинах, які нагріваються зовні, тобто без доступу повітря. Це робиться в ретортах, трубках або балонах, іноді з нагрітим повітрям, з пічними газами з доменної печі, з перегрітою парою або з використанням примусового повітря.
Вугілля, з якого виготовляють чорний порошок
Ретельна карбонізація цього виду особливо необхідна для видобутку вугілля для виробництва чорного порошку. Для цього використовуються великі залізні балони, які наповнюються зовні печі, закриваються кришкою і штовхаються в піч. Велика рухома кришка закриває простір, в якому знаходиться циліндр. Гази, що утворюються з деревини, подаються в піч. Температуру визначають за допомогою пірометра. Червоне вугілля для мисливського порошку виготовляється з перегрітою парою. Вугілля отримують як побічний продукт при виробництві світлового газу з деревини, при виробництві деревного оцту та при виплавці смоли. При нагріванні до 150 ° C деревина видає лише гігроскопічну воду; тоді розвиваються кислі пари, починаючи з 300 ° C і все більше густі пари та гази жовтого або жовто-коричневого кольору. Коли продукти, що витікають, охолоджуються, отримують смолу і деревний оцет (який також містить метанол). Вихід вугілля зменшується з підвищенням температури. У той же час вугілля постійно збагачується вуглецем та попелом і відповідно бідніє воднем та киснем.
Продукт, створений при температурі від 270 до 300 ° C, має коричнево-чорний колір (червоне вугілля, смажене вугілля) і має майже ту саму теплотворну здатність, що і чорне вугілля, вироблене при температурі вище 340 ° C, із врожаєм, що вдвічі більшим. Тому червоне вугілля часто виробляють для металургійних цілей і, завдяки певним властивостям, для виготовлення пороху. З підвищенням температури карбонізації підвищується герметичність та провідність вугілля для тепла та електроенергії; але в той же час горючість вугілля та його тенденція до залучення вологи зменшуються.
Результати обвуглювання з різних порід деревини
Виходячи з фактичного обсягу, середня видобуток вугілля становить 47,6 відсотка.