La mayor parte de la madera está compuesta de compuestos orgánicos. Bajo la influencia de altas temperaturas en el vacío o un flujo mínimo de aire, se descomponen en componentes sólidos, semilíquidos y gaseosos. Este proceso se llama destilación en seco, revestimiento de alquitrán, pirólisis. Se diferencia de la quema en la mayor conservación de los componentes descomponibles. Las reacciones químicas tienen lugar muy rápidamente y sin la formación de llamas y humo.
La tecnología de destilación apareció en el siglo XII.. Luego, el pino y otras coníferas se utilizaron como materias primas. Se obtuvo resina de ellos para la impregnación de las partes de madera de barcos y cuerdas, y carbón. En el siglo XIX, con la ayuda de la destrucción de la masa que contiene carbono, se comenzó a obtener ácido acético.
Esencia del proceso.
La quema habitual de madera con la participación de oxígeno conduce a la ignición y evaporación de los gases liberados, la destrucción completa de los componentes sólidos, su transformación en humo, hollín, cenizas y cenizas. La temperatura de la llama en este caso alcanza los 1000 ° C. La pirólisis es también una degradación térmica. La destilación en seco se lleva a cabo en un espacio confinado a una temperatura constante de 250-450 ° C, los gases resultantes y los componentes emitidos por líquido se eliminan y enfrían inmediatamente. El proceso se acompaña de una gran pérdida de calor, pero no se forman humo ni hollín.. Los residuos resultantes pueden ser utilizados para fines industriales o domésticos.
Cosecha de materias primas
Como material de partida, se utiliza madera inadecuada para otras necesidades, desechos de producción, incluido aserrín. Se acostumbra distinguir varios grupos de materias primas:
- de hoja dura: haya, abedul, olmo, roble, carpe, arce, fresno;
- de hoja blanda: tilo, aliso, álamo temblón, álamo;
- coníferas: alerce, pino, cedro, abeto, picea.
Existe una estricta regulación de producción, según la cual toda la madera que llega a las plantas de procesamiento se corta, corta y recoge en pilas de cierto ancho y alto en almacenes especiales. Se colocan en áreas planas, proporcionan acceso al aire y la iluminación.
La preparación para la pirólisis implica un secado preliminar.. Este proceso puede ser difícil, especialmente cuando se trabaja con una variedad de álamo temblón o álamo, que, con una mayor humedad, es propenso a daños por hongos y al desarrollo de caries.
El secado se lleva a cabo naturalmente en el área ventilada de los almacenes. Para acelerar el proceso, el material se divide en pedazos pequeños. La madera seca al aire se considera adecuada para su posterior procesamiento: alrededor del 12-15%.
A veces se usa un secado rápido: la matriz se tritura, se coloca en un horno o se vierte con aire caliente seco.
Equipo
La descomposición de la madera se lleva a cabo en hornos de retorta. Cajas: contenedores cilíndricos soldados de metal. El grosor de sus paredes es de unos 15 mm. En la parte superior hay un orificio de carga, en el interior hay rejillas para colocar las materias primas, un sistema para suministrar refrigerantes, eliminar y enfriar los productos líquidos emitidos, gases y carbón, en la parte inferior hay un puerto de descarga para los componentes resultantes.
El equipamiento industrial tiene varios tamaños. La mayoría de las veces usan hornos grandes, cuyas cámaras de combustión tienen un diámetro de aproximadamente 2–2.5 m. Se utilizan los siguientes sistemas de calefacción:
- externo: las paredes metálicas de la retorta se calientan, comenzando el proceso de descomposición de la madera;
- suministro de calor interno: la temperatura se mantiene mediante una mezcla de los gases liberados; su eficiencia suele ser varias veces menor que la de los calentadores externos.
El equipo es continuo, semicontinuo y por lotes.. En el primer caso, todas las etapas del ciclo ocurren simultáneamente. Cuando entra otro lote de madera, el carbón terminado se descarga de la salida. Para dispositivos semicontinuos, el proceso se simplifica. Primero, el primer lote de materias primas se somete a un procesamiento completo, después de la descarga llega el siguiente. El tipo de equipo afecta la velocidad a la que ocurre la descomposición de la madera.
Hay calderas similares a las industriales, pero más compactas. Están destinados a la pirólisis a pequeña escala.
El resultado de la destilación está influenciado por las condiciones en que ocurre el proceso y la condición del material entrante.
Proceso de destilación
Si el lote de madera cargado no está lo suficientemente seco, después de la molienda, se seca en una cámara cerrada a una temperatura de 130 ° C. Esta etapa es la más intensiva en energía, ya que requiere una fuente de calor externa obligatoria. La evaporación de la humedad se acompaña de la descomposición primaria de algunos componentes de la madera.
Un calentamiento adicional a 155–200 ° С conduce al comienzo de la liberación y evaporación de sustancias gaseosas.
La descomposición directa de toda la masa de material se produce con el posterior calentamiento a 280-420 ° C. En este caso, se liberan y descargan resinas, ácido acético, compuestos de carbonilo. Al mismo tiempo, se forma carbón vegetal.
La etapa final es la calcinación. La temperatura dentro de la retorta se eleva a 500 ° C y más. Resinas pesadas, los compuestos de carbono se eliminan del residuo de madera. Luego, los productos se enfrían y se descargan de la cámara.
La cantidad de material obtenido, la velocidad del proceso y los costos de energía dependen del tipo y tamaño de piezas de madera, sistemas de equipos. La pirólisis rápida usando fuentes de calor externas conduce a más carbón y su alta pureza a costos de energía relativamente bajos.
Productos de pirólisis
Los componentes principales para los que se destila la madera son el carbón y el ácido acético.
Carbón
La cantidad de residuo sólido obtenido depende del tipo de madera. Para madera de haya y abedul, el rendimiento es de aproximadamente el 25% del material primario. En coníferas es un poco más alto. Las plantas de madera blanda dan la menor cantidad de carbón. La pirólisis de aserrín le permite obtener harina de carbón. Además, el rendimiento del residuo líquido es mayor.
El carbón de alta calidad no tiene grietas, depósitos marrones o blanquecinos, se quema sin humo. El producto defectuoso se obtiene en violación de la tecnología de pirólisis: temperatura insuficiente, penetración de aire en el horno.
El carbón vegetal es un tipo de combustible ecológico y asequible que se utiliza para estufas industriales y domésticas, chimeneas domésticas. Emite una gran cantidad de calor, durante la combustión prácticamente no forma subproductos y olor, tiene un bajo costo. El carbón se utiliza en la industria metalúrgica, la agricultura, para la producción de filtros, plásticos, colorantes, vidrio y medicamentos.
Condensar
Los productos de pirólisis líquida, o condensado, contienen compuestos resinosos llamados líquidos. Su cantidad alcanza el 50% del residuo total y depende de la especie y la humedad de la madera, tipo de pirólisis. La composición del fluido incluye cetonas, resinas, aldehídos, alcoholes, ésteres, agua. Como resultado de reacciones en etapas múltiples, se forma ácido acético a partir de él, un compuesto utilizado en las industrias química, textil, farmacéutica, cosmética y alimentaria.
Los ácidos fórmicos y butíricos, acetona, metil e isopropil alcoholes, formaldehído, resinas se obtienen de la suspensión.
Gases
Los compuestos gaseosos liberados como resultado de la destilación se forman en una cantidad de 20-25%. La composición de los gases de pirólisis incluye:
- CO: 40-50%;
- CO2: 28–38%;
- CH4: 8–20%;
- H2: 1–2%;
- impurezas de carbono: alrededor del 1%.
En promedio, se liberan alrededor de 70–80 m³ de compuestos gaseosos durante la destilación en seco de 1 m³ de madera.
Destilación de madera en casa
La pirólisis de la madera o sus desechos se puede hacer en casa. En este caso, solo se puede obtener carbón.
Como retorta, se utilizan barriles metálicos de gran volumen.. No tome contenedores de productos químicos. Se necesita un recipiente limpio con varias aberturas pequeñas para gases de escape.
Primero, prepare la plataforma:
- Una gran hoja de hierro se coloca en el suelo.
- Instalan varios ladrillos refractarios en el borde, entre los cuales se coloca la leña.
- Haz una hoguera.
El barril está lleno de madera seca picada, bien cerrada. Después de eso, se instala en una plataforma con una hoguera. Cuando el recipiente se calienta y comienza la oxidación, el gas fluirá desde los agujeros. El proceso puede llevar varias horas.
Cuando el flujo de gas se detiene, el barril se deja en la estaca durante 30 minutos.. Después de enfriar, retire la tapa y retire el carbón terminado. Se puede usar para baños de leña, estufas domésticas, chimeneas. Después de la destilación del aserrín, la harina obtenida se agrega al suelo del jardín, utilizada para procesar secciones de plantas.