A maior parte da madeira é composta de compostos orgânicos. Sob a influência de altas temperaturas no vácuo ou um fluxo mínimo de ar, eles se decompõem em componentes sólidos, semi-líquidos e gasosos. Este processo é chamado de destilação seca, revestimento de alcatrão, pirólise. Difere da queima na maior preservação de componentes decomponíveis. As reações químicas ocorrem muito rapidamente e sem a formação de chamas e fumaça.
A tecnologia de destilação apareceu no século XII. Em seguida, pinheiros e outras coníferas foram usados como matéria-prima. A resina foi obtida para a impregnação das peças de madeira de navios e cordas e carvão. No século XIX, com a ajuda da destruição da massa contendo carbono, o ácido acético começou a ser obtido.
Essência do processo
A queima habitual de madeira com a participação de oxigênio leva à ignição e evaporação dos gases liberados, à completa destruição de componentes sólidos, sua transformação em fumaça, fuligem, cinzas e cinzas. A temperatura da chama neste caso atinge 1000 ° C. A pirólise também é uma degradação térmica. A destilação a seco é realizada em um espaço confinado a uma temperatura constante de 250 a 450 ° C, os gases resultantes e os componentes emitidos por líquidos são imediatamente removidos e resfriados. O processo é acompanhado por uma grande perda de calor, mas fumaça e fuligem não são formadas. Os resíduos resultantes podem então ser utilizados para fins industriais ou domésticos.
Colheita de matérias-primas
Como material de partida, é utilizada madeira inadequada para outras necessidades, resíduos de produção, incluindo serragem. É habitual distinguir vários grupos de matérias-primas:
- folhas duras: faia, bétula, olmo, carvalho, hornbeam, bordo, cinza;
- folhas macias: tília, amieiro, álamo tremedor, álamo;
- coníferas: larício, pinheiro, cedro, abeto, abeto.
Existe um rígido regulamento de produção, segundo o qual toda a madeira que chega às plantas de processamento é serrada, cortada e recolhida em pilhas de certa largura e altura em armazéns especiais. Eles são colocados em áreas planas, fornecem acesso ao ar e iluminação.
A preparação para pirólise envolve secagem preliminar. Esse processo pode ser difícil, especialmente quando se trabalha com uma variedade de álamo ou álamo, que, com maior umidade, é propenso a danos pelo fungo e ao desenvolvimento de decomposição.
A secagem é realizada naturalmente na área ventilada dos armazéns. Para acelerar o processo, o material é dividido em pedaços pequenos. A madeira seca ao ar é considerada adequada para processamento posterior: cerca de 12-15%.
Às vezes, é usada uma secagem rápida: a matriz é esmagada, colocada no forno ou derramada com ar quente e seco.
Equipamento
A decomposição da madeira é realizada em fornos de retorta. Caixas - recipientes cilíndricos soldados em metal. A espessura de suas paredes é de cerca de 15 mm. No topo, há um orifício de carga; no interior, existem grades para a colocação de matérias-primas, um sistema para fornecimento de refrigerantes, remoção e resfriamento dos produtos líquidos emitidos, gases e carvão vegetal; no fundo, há uma porta de descarga para os componentes resultantes.
O equipamento industrial possui vários tamanhos. Na maioria das vezes, eles usam fornos grandes, cujas câmaras de combustão têm cerca de 2 a 2,5 m de diâmetro. Os seguintes sistemas de aquecimento são usados:
- externo: as paredes metálicas da retorta são aquecidas, iniciando o processo de decomposição da madeira;
- fornecimento interno de calor: a temperatura é mantida por uma mistura de gases liberados, sua eficiência é geralmente várias vezes menor que a dos aquecedores externos.
O equipamento é contínuo, semi-contínuo e em lote. No primeiro caso, todos os estágios do ciclo ocorrem simultaneamente. Quando outro lote de madeira entra, o carvão acabado é descarregado da saída. Para dispositivos semi-contínuos, o processo é simplificado. Primeiro, o primeiro lote de matérias-primas passa por um processamento completo; após o descarregamento, chega o próximo. O tipo de equipamento afeta a velocidade com que a decomposição da madeira ocorre.
Existem caldeiras semelhantes às industriais, mas mais compactas. Eles são destinados à pirólise em pequena escala.
O resultado da destilação é influenciado pelas condições nas quais o processo ocorre e pelas condições do material recebido.
Processo de destilação
Se o lote carregado de madeira não estiver seco o suficiente, após a moagem é seco em uma câmara fechada a uma temperatura de 130 ° C. Este estágio é o que consome mais energia, porque requer uma fonte de calor externa obrigatória. A evaporação da umidade é acompanhada pela deterioração primária de alguns componentes da madeira.
Um aquecimento posterior a 155–200 ° С leva ao início da liberação e evaporação de substâncias gasosas.
A decomposição direta de toda a massa do material ocorre após o aquecimento subsequente a 280–420 ° C. Neste caso, resinas, ácido acético, compostos carbonílicos são liberados e descarregados. Ao mesmo tempo, o carvão é formado.
O estágio final é a calcinação. A temperatura dentro da retorta aumenta para 500 ° C ou mais. Resinas pesadas, compostos de carbono são removidos do resíduo de madeira. Em seguida, os produtos são resfriados e descarregados da câmara.
A quantidade de material obtido, a velocidade do processo e os custos de energia dependem do tipo e tamanho das peças de madeira, sistemas de equipamentos. A pirólise rápida usando fontes de calor externas leva a mais carvão e sua alta pureza a custos de energia relativamente baixos.
Produtos de pirólise
Os principais componentes para os quais a madeira é destilada são carvão e ácido acético.
Carvão
A quantidade de resíduo sólido obtido depende do tipo de madeira. Para faias e bétulas, o rendimento é de cerca de 25% do material primário. Nas coníferas é um pouco maior. As plantas de madeira macia fornecem a menor quantidade de carvão. A pirólise da serragem permite obter farinha de carvão. Além disso, o rendimento do resíduo líquido é maior.
O carvão de alta qualidade não possui rachaduras, depósitos marrons ou esbranquiçados, queima sem fumaça. O produto defeituoso é obtido em violação da tecnologia de pirólise: temperatura insuficiente, penetração de ar no forno.
O carvão vegetal é um tipo de combustível ecológico e acessível, usado para fogões industriais e domésticos, lareiras domésticas. Emite uma grande quantidade de calor, durante a combustão praticamente não forma subprodutos e odores, tem baixo custo. O carvão é usado na indústria metalúrgica, na agricultura, para a produção de filtros, plásticos, corantes, vidro e medicamentos.
Condensado
Os produtos de pirólise líquida, ou condensado, contêm compostos resinosos chamados líquidos. Sua quantidade atinge 50% do resíduo total e depende da espécie e da umidade da madeira, tipo de pirólise. A composição do fluido inclui cetonas, resinas, aldeídos, álcoois, ésteres, água. Como resultado de reações em vários estágios, o ácido acético é formado a partir dele - um composto usado nas indústrias química, têxtil, farmacêutica, cosmética e alimentícia.
Ácidos fórmicos e butíricos, acetona, álcoois metil e isopropil, formaldeído e resinas são obtidos da pasta.
Gases
Os compostos gasosos liberados como resultado da destilação são formados em uma quantidade de 20 a 25%. A composição dos gases de pirólise inclui:
- CO: 40-50%;
- CO2: 28–38%;
- CH4: 8–20%;
- H2: 1–2%;
- impurezas de carbono: cerca de 1%.
Em média, cerca de 70 a 80 m³ de compostos gasosos são liberados durante a destilação a seco de 1 m³ de madeira.
Destilação de madeira em casa
A pirólise da madeira ou de seus resíduos pode ser feita em casa. Nesse caso, apenas o carvão pode ser obtido.
Como réplica, são utilizados barris de metal de grande volume.. Não retire recipientes de produtos químicos. É necessário um recipiente limpo com várias pequenas aberturas para a exaustão de gases.
Primeiro, prepare a plataforma:
- Uma grande folha de ferro é colocada no chão.
- Eles instalam vários tijolos refratários na borda, entre os quais a lenha é colocada.
- Faça uma fogueira.
O barril é preenchido com madeira picada seca, bem fechada. Depois disso, ele é instalado em uma plataforma com fogueira. Quando o recipiente fica quente e a oxidação começa, o gás flui dos orifícios. O processo pode demorar várias horas.
Quando o fluxo de gás para, o barril fica na estaca por 30 minutos. Após o resfriamento, remova a tampa e remova o carvão acabado. Pode ser usado para banhos de inflamação, fogões domésticos, lareiras. Após a destilação da serragem, a farinha obtida é adicionada ao solo do jardim, usada para processar as seções das plantas.