Краткие сведения о термических методах
переработки древесного сырья
Смолокурение — процесс получения сосновой смолы
при термическом разложении соснового пневого осмола. Возникновение
смолокурения на Руси относится к XII в. Долгое время сосновая смола была
одним из основных предметов русского экспорта. В 1912 г. за границу
вывезено около 22 000 т сосновой смолы, при общем производстве около 90
000 т. После первой мировой войны спрос на сосновую смолу постоянно
падал, и к настоящему времени смолокурение почти исчезло.
Дегтекурение—процесс получения дегтя при термическом разложении бересты.
Дегтекурение — также весьма старинный русский промысел. Берестовый
деготь, как и сосновая смола, в больших объемах вывозился за границу.
Производство дегтя сохранилось до сих пор, однако потребности сельского
хозяйства в нем удовлетворяются не полностью.
Углежжение — одно из типичных лесохимических производств прошлого. Уже в
глубокой древности древесный уголь применяли для выплавки металлов и в
качестве топлива. Еще Теофраст (372—287 гг. до н. э.) писал о выжигании
древесного угля. Об углежжении на Руси впервые упоминается в
Новгородской таможенной грамоте в 1571 г. Единственным продуктом
углежжения является уголь. Объем выработки угля в России был весьма
значителен, максимум производства — около 1 млн. т в год — был достигнут
перед первой мировой войной. Подавляющая часть угля использовалась в
металлургии для выплавки чугуна. В период гражданской войны и разрухи
выработка древесного угля резко упала, но в период восстановления и
развития народного хозяйства увеличилась и в 1934 г. приблизилась к
довоенному уровню. Однако затем древесный уголь в черной металлургии был
заменен более дешевым коксом и выработка его резко сократилась. В
настоящее время древесный уголь в этой промышленности практически не
применяется. По мере общего развития техники менялся и сам процесс
углежжения: ямное и кучное углежжение постепенно заменялось углежжением
в разного рода печах, вначале периодического, а затем и полунепрерывного
действия.
Начало использования жидких продуктов при углежжении в России относится
к концу XVIII — началу XIX в. В 1793 г. президент Вольного
экономического общества А. А. Нартов доложил об использовании «кислой
влажности из угольных куч» и о возможности применять «пригорелую
древесную кислоту» в ситценабивном деле, для протрав, получения
ярь-медянки и т. д. Уксусную кислоту из «сырого древесного уксуса»
выделяли так называемым порошковым способом в виде кальциевой соли. Для
выделения уксусной кислоты из кальциевой соли вначале использовали
следующий способ. Уксусно-кислый кальций растворяли в воде и
обрабатывали сульфатом натрия, гипс отделяли, а из раствора получали
уксусно-кислый натрий, очищали его кристаллизацией, разлагали серной
кислотой, и уксусную кислоту отгоняли. Позднее процесс получения
уксусной кислоты значительно упростили и серной кислотой стали
обрабатывать непосредственно уксусно-кальциевый порошок.
Процесс термической переработки древесины, при котором наряду с
древесным углем утилизируют жидкие продукты, в русской литературе
назывался сухой перегонкой древесины. Сейчас это название считается
устаревшим и заменено пиролизом древесины, а название сухоперегонного
производства — пиролизным производством.
Вслед за уксусной кислотой в середине прошлого века началось
производство метилового спирта из жидких продуктов сухой перегонки.
Метиловый спирт шел на приготовление лаков и политур, а смесь трех
частей спирта и одной части скипидара под названием «камфин» применялась
в лампах для освещения. Позднее метанол служил в производстве формалина.
В конце XIX в. в связи с появлением производства нитроцеллюлозы возникло
производство ацетона из уксусно-кальциевого порошка. Долгое время
лесохимия была единственным производителем уксусной кислоты и
этилацетата, метанола, ацетона и формалина. В настоящее время
лесохимические ацетон и формалин не вырабатываются, метанол выпускается
в небольшом объеме. Ацетатные растворители производятся в основном из
синтетической и лишь в незначительном объеме из лесохимической уксусной
кислоты, формалин — полностью из синтетического метанола.
Прежде заводы сухой перегонки представляли собой мелкие, полукустарные
предприятия. Создание современного индустриального пиролизного
производства началось в годы первых пятилеток с пуска Ашинского (1932
г.) и Сявского (1937 г.) лесохимических заводов.
В настоящее время пиролизные заводы — это индустриальные предприятия с
высокой концентрацией производства, важная составная часть
лесохимической подотрасли промышленности. Металлургия и технология пиролиза
древесины, однако, неоднородны. Наряду с современными аппаратами —
вертикальными непрерывнодействующими ретортами — в отрасли сохранились
морально устаревшие реторты и печи с худшими условиями труда и более
низкими технико-экономическими показателями работы. Все построенные в
послевоенное время заводы, реконструируемые и вновь строящиеся,
оснащаются вертикальными ретортами. Единичная мощность таких реторт
достигает 70 тыс. м3 плотного объема перерабатываемой древесины в год.
Все лесохимические предприятия работают по схеме полной конденсации
жидких продуктов. Применявшийся в спиртопорошковом производстве
порошковый способ выделения уксусной кислоты, как более сложный и
дорогостоящий, изживает себя, и сейчас уксусная кислота извлекается
непосредственно из водного конденсата пиролиза древесины (жижки)
преимущественно методом экстракции этилацетатом. Технология переработки
жижки постоянно совершенствуется, сейчас это почти непрерывный процесс с
локальными системами автоматического регулирования на отдельных стадиях.
Техническая лесохимическая уксусная кислота в основном перерабатывается
в пищевую. В СССР создано не имеющее аналогов за рубежом
смолоперерабатывающее производство, продукция которого широко
используется в народном хозяйстве.
Газификация древесины — это процесс получения из древесины газооб^
разного топЛйва. В России газификация древесины в газогенераторах
прямого процесса появилась в середине XIX в. для обеспечения горючим
генераторным газом печей в черной металлургии и в стекольном
производстве. Крупные газогенераторные станции, например Ижевская,
оборудованные газогенераторами производительностью 30 тыс. пл. м3
перерабатываемой древесины в год, работали до конца 50-х годов текущего
столетия. Долгое время жидкие продукты, образовавшиеся при газификации,
не использовались. Лишь в 1932—1935 гг. была разработана и внедрена
технология утилизации жидких продуктов с получением уксусно-кальциевого
порошка и древесной газогенераторной смолы. За это группа работников
лесохимической промышленности во главе с А. А. Деревягиным — А. А.
Ливеровский, Н. В. Чалов, В. А. Лямин и В. И. Корякин — была удостоена
Государственной премии СССР.
Большое распространение в 1930—1946 гг. получили газогенераторы
обращенного процесса. Они устанавливались для обеспечения газообразным
топливом двигателей внутреннего сгорания на автомашинах, тракторах,
катерах. В 1950—1960 гг. интенсивно разрабатывались техника и технология
газификации различных древесных отходов, прежде всего от лесозаготовок,
с получением энергетического газа (для котельных или газодизе-лей) и
смолы. Однако энергохимия, как ее тогда называли, вследствие обеспечения
леспромхозов дешевой электроэнергией от государственных энергосистем не
получила развития. В настоящее время во многих странах мира снова возрос
интерес к - газификации древесины с целью получения или энергетического
газа, или синтез-газа для последующего превращения его в метанол —
полупродукт для органического синтеза.
Последним из известных методов термической переработки древесины назовем
энергохимическое использование топливной древесины. Сущность его
заключается в предварительном термическом разложении поступающей в топку
древесины, с отбором парогазов и утилизацией жидких продуктов и в
последующем сжигании (но не газификации) твердого остатка — древесного
угля. Энергохимическое использование древесной щепы — обессмолен-ной
щепы канифольно-экстракционного производства — на практике
осущё-ствляется в скоростной топке — генераторе В. В. Померанцева,
работающей на Вахтанском канифольно-экстракционном заводе с 1950 г.
Из всех описанных методов термической переработки
древесины наиболее важное народнохозяйственное значение имеет пиролиз
древесины. Поэтому при изложении последующего
материала основное внимание будет уделено химии и технологии пиролизного
производства.