Глава 4 – Процеси на карбонизация
4.1. Как дървото се превръща в въглен
4.2. Промишлена безопасност при карбонизация
4.3. Стимули и управление на труда
4.1. Как дървото се превръща в въглен
Етапът на карбонизация може да бъде решаващ при производството на дървени въглища, въпреки че не е най-скъпият. Освен ако не се извършва възможно най-ефективно, това излага на риск цялата операция на производството на дървени въглища, тъй като ниските добиви при карбонизацията се отразяват обратно през цялата производствена верига като увеличени разходи и загуба на ресурси.
Дървесината се състои от три основни компонента: целулоза, лигнин и вода. Целулозата, лигнинът и някои други материали са здраво свързани и образуват материала, който наричаме дърво. Водата се адсорбира или задържа като водни молекули върху структурата целулоза/лигнин. Изсушената на въздух или “подправена” дървесина все още съдържа 12-18% адсорбирана вода. Растящата, прясно отсечена или “неподправена” дървесина съдържа в допълнение течна вода, за да се получи общо водно съдържание от около 40 до 100%, изразено като процент от сухото тегло на дървесината в пещ.
Цялата вода в дървесината трябва да бъде изгонена като пара, преди да може да се извърши карбонизация. Изпаряването на водата изисква много енергия, така че използването на слънце за предварително изсушаване на дървесината колкото е възможно повече преди карбонизиране значително подобрява ефективността. Водата, останала в дървесината, която трябва да бъде карбонизирана, трябва да се изпари в пещта или ямата и тази енергия трябва да бъде осигурена чрез изгаряне на част от самата дървесина, която иначе би се превърнала в полезен въглен.
Първата стъпка в карбонизацията в пещта е изсушаването на дървото при 100°C или по-ниска до нулево съдържание на влага. След това температурата на сухото дърво се повишава до около 280°C. Енергията за тези стъпки идва от частично изгаряне на част от дървесината, заредена в пещта или шахтата, и това е ендотермична или абсорбираща енергия реакция.
Когато дървото е сухо и се нагрее до около 280°C, то започва спонтанно да се разгражда, за да произвежда въглен плюс водна пара, метанол, оцетна киселина и по-сложни химикали, главно под формата на катрани и некондензиращ газ, състоящ се главно от водород , въглероден оксид и въглероден диоксид. Въздухът се пропуска в карбонизиращата пещ или яма, за да позволи изгарянето на малко дървесина и азотът от този въздух също ще присъства в газа. Кислородът на въздуха се изразходва при изгарянето на част от зареденото дърво.
Спонтанното разграждане или карбонизиране на дървесината над температура от 280°C освобождава енергия и следователно тази реакция се нарича екзотермична. Този процес на спонтанно разграждане или карбонизация продължава, докато остане само карбонизираният остатък, наречен въглен. Освен ако не се осигури допълнителна външна топлина, процесът спира и температурата достига максимум от около 400°C. Този въглен обаче все още ще съдържа значителни количества катранени остатъци, заедно с пепелта от оригиналното дърво. Пепелното съдържание на дървените въглища е около 3-5%; катраненият остатък може да възлиза на около 30% тегловни, а балансът е фиксиран въглерод около 65-70%. По-нататъшното нагряване увеличава съдържанието на фиксиран въглерод чрез изгонване и разлагане на повече от катраните. Температура от 500°C дава типично съдържание на фиксиран въглерод от около 85% и съдържание на летливи вещества от около 10%. Добивът на дървени въглища при тази температура е около 33% от теглото на карбонизираната дървесина, изсушена в пещ – без да се брои дървесината, която е изгорена, за да се карбонизира остатъкът. По този начин теоретичният добив на дървени въглища варира в зависимост от температурата на карбонизация поради промяната в съдържанието му на летливи катранени материали. (24, 26, 31). Таблица 4 показва ефекта на крайната температура на карбонизация върху добива и състава на дървения въглен.
Таблица 4. Ефект на температурата на карбонизация върху добива и състава на дървените въглища
|
Температура на карбонизация |
Химичен анализ на дървени въглища |
Добив на дървени въглища на базата на изсушена в пещ дървесина |
|
|
°C |
% нелетливи въглища |
% летлив материал |
(0% влага) |
| 300 | 68 | 31 | 42 |
| 500 | 86 | 13 | 33 |
| 700 | 92 | 7 | 30 |
Ниските температури на карбонизация дават по-висок добив на дървени въглища, но тези въглища са нискокачествени, корозивни са поради съдържанието на кисели катрани и не горят с чист пламък без дим. Добрият търговски въглен трябва да има фиксирано съдържание на въглерод от около 75% и това изисква крайна температура на карбонизиране от около 500°C.
Добивът на дървени въглища също показва известна вариация в зависимост от вида на дървото. Има доказателства, че съдържанието на лигнин в дървесината има положителен ефект върху добива на дървени въглища. Високото съдържание на лигнин дава висок добив на дървени въглища. Ето защо за производството на дървени въглища се предпочита зряла дървесина в добро състояние. Плътната дървесина също има тенденция да дава плътен, силен въглен, което също е желателно. Въпреки това, много гъстата дървесина понякога произвежда ронлив въглен, тъй като дървесината е склонна да се натроши по време на карбонизация. Трохливостта на дървените въглища се увеличава с повишаване на температурата на карбонизация и съдържанието на фиксиран въглерод се увеличава с намаляване на съдържанието на летливи вещества. Температура от 450 до 500°C дава оптимален баланс между ронливостта и желанието за високо съдържание на фиксиран въглерод.
Многото възможни променливи при карбонизацията затрудняват определянето на оптимална процедура – обикновено най-добрите резултати ще бъдат получени при използване на здрава твърда дървесина със средна до висока плътност. Дървото трябва да е възможно най-сухо и обикновено се нацепва, за да се елиминират парчета с дебелина над 20 см. Дървата за огрев, които ще бъдат изгорени в пещта или ямата, за да изсъхнат и да започнат карбонизацията на остатъците, могат да бъдат с по-ниско качество и с по-малко напречно сечение. Единствената му функция е да произвежда топлина за изсушаване и да загрява останалата част до температура на карбонизиране. Човек трябва да се опита да достигне крайна температура от около 500°C през цялото зареждане. При ями това е трудно, тъй като циркулацията на въздуха и охлаждащите ефекти са неравномерни и се появяват студени петна. Те произвеждат “марки” от некарбонизирана дървесина. Опитът да се достигне крайна обща температура от 500°C с яма или пещ с лоша и неравномерна циркулация на въздуха обикновено води до изгаряне на част от дървените въглища до пепел, докато други части от шихтата остават само частично овъглени. Оттук и значението на използването на добре проектирани пещи, работещи правилно за ефективна работа с дървени въглища. Повече информация за техническите аспекти на карбонизацията можете да намерите в препратки 6 и 7.
4.2. Индустриална безопасност при карбонизация
Карбонизацията произвежда вещества, които могат да се окажат вредни и трябва да се вземат прости предпазни мерки за намаляване на рисковете.
Газът, получен от карбонизацията, има високо съдържание на въглероден окис, който е отровен при вдишване. Следователно, когато работите около пещта или шахтата по време на работа и когато пещта се отваря за разтоварване, трябва да се внимава да се осигури подходяща вентилация, за да се позволи на въглеродния окис, който също се произвежда по време на разтоварването чрез спонтанно запалване на горещите въглища, да бъдат разпръснати.
Катраните и димът, получени от карбонизацията, въпреки че не са директно отровни, могат да имат дългосрочни увреждащи ефекти върху дихателната система. Жилищните зони трябва, когато е възможно, да бъдат разположени така, че преобладаващите ветрове да отвеждат дима от операциите с дървени въглища далеч от тях и батериите на пещите не трябва да се намират в непосредствена близост до жилищните райони.
Дървесните катрани и пиролигновата киселина могат да бъдат дразнещи за кожата и трябва да се внимава да се избегне продължителен контакт с кожата, като се осигури защитно облекло и се приемат работни процедури, които минимизират експозицията.
Катраните и пиролиновите течности също могат сериозно да замърсят потоците и да повлияят на доставките на питейна вода за хора и животни. Рибите също могат да бъдат неблагоприятно засегнати. Течните отпадъчни води и отпадъчните води от средни и големи операции с дървени въглища трябва да се улавят в големи утаителни езера и да се оставят да се изпарят, така че тази вода да не премине в местната дренажна система и да не замърси потоците.
За щастие пещите и ямите, за разлика от ретортите и други сложни системи, обикновено не произвеждат течни отпадъчни води – страничните продукти се разпръскват предимно във въздуха като пари. Предпазните мерки срещу въздушно замърсяване на околната среда са от по-голямо значение в този случай.
4.3. Стимули и управление на труда
Изгарянето на дървени въглища е отговорна работа, която изисква умения, търпение, опит и готовност за спазване на правилни методи на работа по всяко време и при всякакви метеорологични условия. Добивът, постигнат в етапа на изгаряне, влияе върху икономиката на цялата операция. Следователно си заслужава да се плати на екипажа за изгаряне на дървени въглища стимул над нормалната им заплата въз основа на качеството и количеството на дървените въглища, които произвеждат. Такава схема изисква правилно измерване на дървесината, която влиза и въглищата, които излизат от системата. Измерването може да бъде по обем или по тегло, но във всеки случай трябва да се извърши сериозно, за да функционира правилно и да задоволи всички страни.
Производството на дървени въглища често е сезонна дейност. Дъждовният сезон може да прекрати операциите или работната сила може традиционно да бъде наета в определени моменти при операции по прибиране на реколтата или засаждане в селското стопанство. Това затруднява привличането и задържането на работна сила, която е добре обучена и мотивирана. Но добрите резултати зависят от стабилна и доволна работна сила. Ето защо е важно да се стремим да изградим стабилен режим на труд при производството на дървени въглища. Тази характеристика ще бъде отбелязана като характеристика на всички успешни широкомащабни операции с дървени въглища.
Процеси на карбонизация
карбонизация
|
РЕЗЮМЕ
Процеси на карбонизация |
|
**************************************************
Можете да закупите дървени въглища - Mr. PER на:
- Пишете в WhatsApp като натиснете ТУК!
- Пишете ни във Вайбър като натиснете ТУК!
- ел. поща: [email protected]
- +359 886 66 79 79
- Интернет сайт: www.darvenivaglishta.bg
