15.1. Піроліз деревини

Піроліз деревини – одне з найдавніших виробництв. Його здійснюють для виробництва деревного вугілля. Цей процес не втратив свого значення та у наш час, оскільки деревне вугілля має дуже цінні властивості: малий вміст сірки і фосфору, високу реакційну здатність, можливість використання у транспортних газогенераторах. Деревне вугілля застосовують як відновник різних металів, каталізатор та для виготовлення активованого вугілля. Для вуглевипалювання використовують стовбури дерев. Поряд з вуглевипалюванням здійснюють суху перегонку деревини для переробки відходів деревообробної промисловості та добування метанолу і оцтової кислоти. Механізми цих процесів однакові.

Розкладання деревини починається при температурі, вищій за 100 °С, до 155 °С воно відбувається повільно, а потім прискорюється. До 270‑280 °С відбувається ендотермічний процес, а при 280‑380 °С – екзотермічний процес, під час якого виділяється найбільша кількість летких продуктів, що містять метанол, оцтову кислоту і смолу. З підвищенням температури збільшується кількість несконденсованих газів і зменшується вихід смоли за рахунок піролізу.

Вихід вугілля і летких продуктів залежить від режиму піролізу і породи деревини (табл. 15.1).

Для вуглевипалювання використовують деревину листяних і хвойних дерев, а для сухої перегонки тільки деревину листяних.

Табл. 15.1. Вихід продуктів сухої перегонки деревини, %

Продукт	Породи
	береза	смерека	сосна
Деревне вугілля	32	38	38
Несконденсовані гази	14	15	15
Відстійна смола	8	8	12
Розчинена у воді смола	8	8	8
Вода	28	27	22
Оцтова кислота	7	3	3,5
Метанол	1,6	1,0	0,9
Ацетон	0,9	0,2	0,2

Вуглевипалювання здійснюють у тунельних печах (див. рис. 14.4). У піч подається 35 вагонеток, з яких 15 перебувають у камері висушування, 5 – у камері піролізу (екзотермічних реакцій) і 15 – у камері охолодження. Кожна вагонетка вміщує 8 м³ дров. У камеру висушування подаються паливні гази, а у камеру піролізу – нагріті несконденсовані гази, які виносять леткі продукти піролізу деревини. Через кожні 2 год. потік переміщується на одну вагонетку. Весь процес триває близько трьох діб.

Суху перегонку деревини здійснюють у ретортах безперервної дії (рис. 15.1). Деревина за допомогою шнека 4 безперервно подається у реторту, де вона проходить зони висушування і нагрівання (І), екзотермічних реакцій (II) і охолодження (III). Висушують деревину та охолоджують деревне вугілля циркулюючими несконденсованими газами. Утворене деревне вугілля має погану механічну міцність і високу реакційну здатність. Реторта, висота якої 13 м і діаметр 2,75‑3,00 м, працює в автотермічному режимі.

Рис. 15.1. Реторта безперервної дії для сухої перегонки деревний: 1 – реторта; 2 – холодильник; 3 – вентилятор; 4 – шне­ки для завантаження трісок і вивантаження вугілля

Рис. 15.2. Установка для екстрагування оцтової кислоти з парогазової суміші: 1 – перегонний куб; 2 – перегрівач; 3 – екстракційна колона

Переробка летких продуктів. Після охолодження летких продуктів утворюються смола, надсмольна або підсмольна вода (густина смоли листяних дерев більша за густину водного конденсату, а хвойної деревини – менша) і несконденсовані гази. Смола містить феноли, їх метилові похідні, спирти, кислоти, вуглеводні і гетероциклічні сполуки (фуран і сильван).

Водний конденсат містить спирти (метанол, етанол, пропанол), кетони (ацетон, метилетилкетон) і кислоти (оцтову, мурашину, пропіонову). Несконденсовані гази містять близько 50 % СО₂, 34 % CO, 14 % СН₄ і 1,5‑2 % Н₂.

На сучасних підприємствах леткі продукти розділяють у парогазовій фазі. Для цього їх охолоджують до температури, при якій ще не утворюється водний конденсат, і пропускають через електрофільтр для уловлювання смоли. Потім очищені пари пропускають через екстракційну колону (рис. 15.2), зрошувану висококиплячою фракцією перегонки нафти або смоли, у результаті чого утворюється розчин оцтової кислоти в екстрагенті. Після її відгонки екстрагент знову придатний для використання. Із водного конденсату відганяють метанол і ацетон.

Раніше оцтову кислоту переробляли порошковим методом. Для цього її відганяли і поглинали вапняним молоком з утворенням ацетату кальцію:

Са (ОН)₂ + 2СН₃СООН = Са (СН₃СОО)₂ + 2Н₂О.

Після випаровування утворювався порошок (деревний) ацетату кальцію, який переробляли на оцтову кислоту, обробляючи порошок сульфатною кислотою, або на ацетон, нагріваючи його до 350 – 400 °С без доступу повітря:

Са (СН₃СОО)₂ + H₂SO ₄ = CaSO₄+ 2CH₃CОOH;

Несконденсовані гази повертаються у камеру піролізу деревини, а надлишок використовується як паливо.