Как получают древесный уголь
Это продукт сжигания разных пород древесины при отсутствии кислорода. В результате этого процесса меняется структура древесины — в ней остаётся максимальное содержание углерода, в то время как другие химические компоненты выгорают. Готовый древесный уголь содержит 84% нелетучего углерода — в зависимости от технологии производство и сорта древесины.
Главное преимущество древесного угля в том, что помимо других агрессивных химических веществ, при его горении происходит минимальное выделение угарного газа. Как известно, этот бесцветный газ, не имеющий запаха, обладает выраженными токсическими свойствами, а возникает при горении в бескислородной среде.
Свойства древесного угля
Получение древесного угля наиболее актуально для обогрева, приготовления пищи, высокотемпературной обработке металлов. Это стало возможным благодаря следующим эксплуатационным свойствам продукта:
- высокая температура горения и его длительность;
- небольшая зольность, составляющая всего от 2,5 до 3%;
- однородность, обеспечивающая равномерное горение с выделением тепла;
- плотность, напрямую зависимая от пористости материала и обеспечивающая лёгкий розжиг;
- высокая теплотворная способность порядка 7500–8170 ккал/кг при температуре горения 380–500 °C.
Наряду с экологичностью указанные свойства делают древесный уголь одним из наиболее востребованных продуктов в бытовых и профессиональных сферах, а также в промышленности.
Применение
Можно выделить три главных сферы, где древесный уголь очень востребован:
- использование в качестве топлива для грилей, мангалов и барбекю;
- использование в качестве фильтрующего компонента фильтров для воды и воздуха;
- использование в качестве топлива в горнах и гончарных печах.
Также древесные угли могут использоваться в очагах и каминах при их растопке в качестве источников дополнительного тепла.
Технология процесса производства
Технология получения древесного угля осталась практически неизменной с того дня, когда он был получен впервые. В её основе лежит пиролиз — горение сырья при недостатке кислорода. Хотя современные пиролизные установки претерпели ряд модернизаций, сама технология осталась прежней и включает в себя 4 главных этапа.
Выбор сырья
От того, из чего делают древесный уголь, напрямую зависят эксплуатационные характеристики конечного продукта. Оптимальным сырьём является древесина твёрдых пород, причём желательно, чтобы в одной партии продукта была только односортная древесина — так обеспечивается равномерное горение угля с выделением тепла. Если используется разная древесина, то в печь сначала укладываются твёрдые породы, а сверху — мягкие.
Сушка древесины
Перед тем как получают древесный уголь в пиролизной печи, сырьё предварительно высушивают. Для этого берут большую ёмкость (бочку), наполняют её древесиной, затем нагревают до температуры 140–160 °C. На этом этапе очень важно соблюдать температурный режим:
- при недостаточном нагреве не получится полноценно просушить древесину;
- при избыточном нагреве головни растрескаются, что приведёт к получению угля мелкой фракции.
Обычно сушка проводится с помощью дымовых газов, а для отведения выпаренной из древесины влаги ёмкость устанавливается под наклоном. Итоговая влажность высушенной таким способом древесины составляет не более 4–5%.
Пиролиз
Пиролитическое разложение — это основной этап того, как делается древесный уголь. На этом этапе высушенную древесину помещают в герметичную ёмкость, либо герметизируют при помощи глины текущую бочку. Затем температуру поднимают до 150–300 °C. Когда температура достигает 300 °C и выше, начинается экзотермический пиролиз древесины. Сырьё изменяет свой цвет, в результате протекающих процессов его внутренняя температура растёт и превышает температуру в камере. Затем начинают испаряться летучие вещества, а при достижении древесиной температуры 400 °C она окончательно приобретает чёрный окрас, избавляется от летучих веществ и уже содержит в своём составе до 65–70% углерода.
Прокалка
На заключительном этапе осуществляется дожиг (прокалка) древесного угля путём внешнего повышения температуры до 500 °C. Этот процесс удаляет остатки смол и исключает риск самовоспламенения древесины. Затем нагрев понижается до температуры, исключающей риск самовозгорания, после чего готовый древесный уголь оставляют для остывания естественным путём.
Если рассматривать, как делают берёзовый уголь или продукт на основе любой другой древесины в промышленных условиях, то для этой цели используют выжигательные печи ретортного типа. Наиболее дорогостоящим элементом этих печей являются пиролизные установки, от качества которых напрямую зависит стабильность и предсказуемость процесса.
Древесный уголь
Древесный уголь (charcoal), твёрдый пористый высокоуглеродистый продукт, получаемый при пиролизе (разложении при высокой температуре) древесины без доступа воздуха. Теплота сгорания древесного угля зависит от вида исходного сырья и обычно находится в диапазоне 30 … 35 МДж/кг (7000—8100 ккал/кг). Это его качество в сочетании с практически полным отсутствием пламени и дыма, при горении, обусловило повсеместное использование древесного угля в быту – в каминах, мангалах и барбекю. Благодаря большой пористости древесный уголь имеет очень высокие адсорбционные свойства. В сравнении с каменным углем он имеет минимальную зольность, содержит минимальное количество вредных примесей (особенно серы и фосфора). По этим причинам древесный уголь широко применяется: в металлургии, в химической промышленности, для производства стекла, красок, пластмасс, изоляционных материалов и т.д. Также древесный уголь применяется в приборостроении и полиграфическом производстве для шлифовки и полировки деталей, в производстве дымного пороха. Кроме того, он служит сырьём для активированного угля и его используют в качестве кормовой добавки в животноводстве. Однако, наиболее перспективным с точки зрения бизнеса является использование древесного угля при производстве кристаллического кремния. XXI век – век электроники, которая немыслима без чистого кристаллического кремния. Соответственно, поскольку производство кремния будет неуклонно расти, также будет неуклонно расти спрос на древесный уголь. В настоящее время в России создается несколько крупных производств кристаллического кремния. Потребность каждого из них в древесном угле на несколько порядков больше существующих в России объемов его изготовления. В этой связи создание производства древесного угля как самостоятельного бизнеса является высокоперспективным. При этом необходимо учитывать, что древесный уголь можно получать не только из цельной древесины, но и из мелких её отходов, таких как опилки, стружки, щепа. Для этого необходимо мелкие сыпучие отходы предварительно переработать в брикеты. Технология производства брикетов из древесных и сельскохозяйственных отходов на сегодняшний день отработана до мелочей. Нами создан целый ряд таких производств. Цифры, необходимые для расчетов: 1. Из 1 м3 древесины в зависимости от её вида можно изготовить 140 … 180 кг древесного угля. 2. Плотность древесного угля прямо зависит от плотности древесины, из которой он изготовлен (уголь из ели имеет плотность до 260 кг/м3, из сосны – до 300 кг/м3, берёзы – до 380 кг/м3). 3. Влажность древесного угля: при выгрузке из печей и реторт составляет 2 … 4%, при хранении она повышается до 7 … 15% . 4. Зольность древесного угля должна быть не более 3%. 5. Оптовая закупочная цена на древесный уголь по состоянию на начало 2011 года – 10 … 15 руб/кг (цена продажи мелким оптом – 16 … 22 руб/кг, розница ~ 30 … 34 руб/кг).
Почему древесный уголь лучше обычных дрова и как его производить
Одна из древнейших технологий производства в истории человечества — изготовление древесного угля, это подтверждают находки археологов. Это топливо, которое не дает угарного газа. Традиционным использованием древесного угля были кузницы, для высокопрочного и пластичного чугуна тоже нужно исключительно древесный уголь. С этого угля изготавливают сорбенты. Это топливо является экологичным, так как не содержит серы, фосфора, тяжелых металлов.
Для получения из древесины угля необходимо организовать процесс пиролиза, разложения без доступа воздуха. Для этого используют реторту — замкнутый бак, нагревая его через стенки. Парогазовые, которые образуются в процессе пиролиза, выводятся через патрубок в реторте. Далее в устройстве для конденсации газ отделяется от жидкости.
Процесс начинается с закладки древесины в реторту, которую после этого закрывают и нагревают до 400-600 ° С. Пирометр, который размещают в рекреационном отверстии, помогает регулировать температуру. Сам процесс пиролиза имеет три стадии.
Первый этап — это вывод влаги из древесины при температуре 150 ° С.
Второй — собственно пиролиз, при температуре 150-350 ° С из древесины выделяется газ и образуется уголь, а в дистилляте образуются органические продукты.
На третьем этапе происходит разделение угля от смолы и неконденсованих газов — температура от 350 ° С до 550 ° С.
При правильном управлении температурой, можно получить 1 кг древесного угля с 3-4 кг древесины.
Существует много вариантов для термического разложения древесины — есть оборудование, которое может работать на территории лесхоза и может перерабатывать отходы. Пирогаза, которые образуются в при производстве древесного угля, в этой печи выгорают внутри — получается дополнительное тепло для поддержания процесса. Можно перерабатывать не только сырье из древесины, но и различные отходы, сельскохозяйственные остатки.
Мировое производство древесного угля оценивается в 9000000 тонн в год, причем основное производство в Бразилии — 7,5 миллиона тонн. В основном для производства используют твердолиственные породы, хотя и используют отходы хвойных пород и кусты — здесь нужно брикетирования.
Древесный уголь является экологически чистым топливом и имеет следующие преимущества:
— При горении не образует дыма и пламени, держа при этом необходимую температуру;
— Высокая теплоотдача — 31 МДж / кг;
— Отсутствие каких-либо вредных веществ;
— Неспособность к самовозгоранию;
— Равномерная температура позволяет хорошо прожаривать продукты;
— Возможность использования для гриля, барбекю, каминов.
В Европе и Азии становится популярным производство угля с использованием опилок. Брикетированное древесный уголь имеет плотность 1100-1200 кг / м3 и его можно использовать в качестве высококачественного топлива.
Проблема утилизации древесных отходов остается насущной для лесозаготовительных предприятий. Около 25% биомассы остается в лесу после вывоза технологической древесины. Но и на стадии обработки древесины являются отходы: стружка, опилки, сучки и т.п. Есть способ для использования этих «отходов» для получения древесного угля-сырца. Уголь получается мелким, но его можно измельчение и использовать для печей и каминов, а также для котельных и ТЭЦ.
Древесный уголь, и всё про него!
Древесный уголь — это твердый продукт, содержащий высокую долю углерода, который образуется при нагревании древесины до нужной температуры без доступа к воздуха в печах. Это уникальный материал, который люди использовали еще с древних времен.
У угля такого типа есть масса преимуществ — безопасный для окружающей среды, в его составе нет никаких вредных примесей, который могли бы нанести вред здоровью человека.
Производство материала постоянно совершенствуется, что позволяет на выходе получить качественный конечный продукт, готовый к использованию. Если все рекомендации в процессе производства соблюдены правильно, то древесный уголь можно считать чистым и в энергетическом плане.
Древесный уголь может использоваться для приготовления продуктов на мангале. Для дачного отдыха это просто незаменимая вещь.
Также древесный уголь отлично подойдет для отопления помещений, которые оборудованы камином. Причем использовать этот продукт можно круглый год.
Известно три вида древесного угля — черный (производится из мягких пород древесины — ива, липа, тополь), белый ( производится из твердых пород — дуб, береза), красный (производится из хвойных пород). При производстве красного угля используется невысокая температура.