Режимные факторы пиролиза
На основании лабораторных опытов можно сделать вывод, что скорость процесса оказывает заметное влияние в основном на стадию распада, проходящую в интервале температур 260 — 290 Со.
Интенсивная подача тепла в это время при измельченной древесине ведет к повышению выхода смолы и снижению выхода угля при практически не меняющихся выходах низкомолеклярных продуктов: кислоты, метанола, альдегидов. Можно предположить, что при медленном нагреве часть смолы коксуется на поверхности угля, увеличивая его выход, и одновременно кислород, находящийся в древесине, ассимилируется с водородом, давая воду, и с углеродом — СО2.
При быстрой гонке резко увеличивается выход газов и уменьшается выход угля и жидких дистиллятов.
Большое влияние на выходы оказывает повышенное давление, образующееся при интенсивном нагреве внутри аппарата.
Еще сильнее влияет в этом случае скорость вывода продуктов пиролиза из сферы реакции. Чем быстрее выводится смола, тем больше ее выход.
Давление в аппарате. Оно оказывает большое влияние на ход процесса термического распада. Например, при изменении давления от 200 атм до 5 мм рт.ст выходы (на абсолютно сухую лиственную древесину) угля и метанола падают от 34 до 20% и от 3,1 до 1,2% соответственно, но возрастает выход уксусной кислоты и смолы .
Одновременно при вакууме резко изменяется состав жижки: в ней появляется большое количество редуцирующих веществ о совершенно отсутствует осадочная смола.
Эти зависимости в аппаратах промышленного типа не используются, так как экономический эффект от их осуществления не окупит технические осложнения, возникающие при организации высокотемпературного процесса в металлических аппаратах в условиях давления или вакуума.
Конечная температура процесса. Продукты, выделяющиеся при пиролизе древесины, образуются в широком диапазоне температур. Каждый из продуктов имеет определенную температуру начала образования, свой максимум и конец образования. Максимумы подавляющего числа продуктов термического распада древесины относятся к температурному интервалу, соответствующему экзотермической реакции (выделение избыточного тепла). При этом существуют важные температурные точки:
260 Со, когда древесина становится бурой, отдав конституционную и некоторое количество реакционной влаги, СО2, муравьиной и уксусной кислот. 400 Со, когда отделение основной массы жидких продуктов уже закончено.
Дальнейшее повышение темпратуры процесса (прокалка) приводит к отделению небольшого количества (1,5 — 2%) тяжелых смол, значительно увеличивает выход неконденсируемых газов и дает уголь с повышенным содержанием углерода — до 90 — 95%.
Среда. Ход и результаты пиролиза в значительной степени зависят от среды, в которой находится нагреваемая древесина.
Обычной, наиболее часто встречающейся на практике средой является газовая, или точнее парогазовая. в реторте древесина подвергается пирогенному распаду в слабом токе благодаря естественной конвекции продуктов ее же распада.
В установках типа УВП-5 (распространенных у малого предпринимательства), древесина нагревается дымовыми газами, содержание кислорода в которых сильно понижено, газы проходя через толщу древесины отдают тепло до начала экзотермической реакции, после чего важным критерием является недопущение кислорода в пиролизную камеру во избежании перегрева и разрушения печи.
Несколько обособленно стоят процессы пиролиза, протекающие в среде перегретого водяного пара, водной и высококипящих нейтральных жидкостей. Разложение древесины в токе перегретого водяного пара приводит к отщеплению метоксильных групп, резкому повышению выхода летучих кислот и альдегидов, появлению в дистилляте веществ углеводного характера, снижению выхода угля и полному отсутствию осадочной смолы. Такие технологии используются преимущественно для изучения химических процессов.