Пиролиз древесины — процесс деструкции высокомолекулярных компонентов
древесины с образованием низкомолекулярных продуктов, сопровождающийся
вторичными реакциями конденсации, рекомбинации и т. п. реакциями
усложнения молекул с образованием нелетучего остатка, под воздействием
тепла в среде, практически не содержащей кислорода.
Процесс пиролиза древесины можно разделить на
четыре стадии:
1. Стадия сушки древесины, заканчивающаяся примерно при 150 °С. На этой
стадии из древесины удаляется содержащаяся в ней влага, химический
состав древесины почти не изменяется и летучих продуктов практически не
образуется.
2. Начальная стадия распада древесины, протекающая
при температуре от 150 до 270—275 °С. В этот период
начинается разложение менее термостойких компонентов древесины с
выделением реакционной воды, углекислоты, окиси углерода, уксусной
кислоты и некоторых других продуктов, изменяется химический и элементный
состав.
Обе стадии эндотермичны и идут лишь при подводе тепла.
3. Стадия собственно пиролиза — бурного распада древесины с выделением
тепла (экзотермический процесс) и образованием основной массы продуктов
разложения. Начинается она при 270—275 °С и заканчивается примерно при
400 °С.
4. Стадия прокалки угля (не считая охлаждения угля), заканчивающаяся в
зависимости от аппарата и способа пиролиза при температуре 450—600 °С.
При этом выделяется небольшой объем жидких продуктов и значительный
газов. Осуществляется снова за счет подвода тепла извне.
Общая характеристика процесса пиролиза древесины в аппарате (реторте)
периодического действия с внешним нагревом наглядно показана на рис. 38.
Кривые изменения температур показывают, что, несмотря на начальное
значительное повышение температуры снаружи реторты, температура внутри
ее долгое время остается в пределах 150 °С (пока не закончится процесс
сушки). Затем температура внутри реторты быстро поднимается и, когда
начинается бурное экзотермическое разложение, становится выше
температуры снаружи реторты. После завершения выделения основного объема
жидких и газообразных продуктов температуру снаружи повышают, начинают
прокалку угля, выделение жидких продуктов в этот период уменьшается, а
под конец почти полностью прекращается.
В результате пиролиза древесины образуются следующие первичные продукты:
нелетучий остаток — древесный уголь и
парогазовая смесь, которая после охлаждения в
конденсационной системе делится на водный конденсат, называемый жижкой,
и неконденсируемые в этих условиях газы.
Неконденсируемые газы. Газы пиролиза
древесины содержат двуокись и окись углерода, метан, непредельные
углеводороды и водород. Состав газов, выделяющихся в ходе пиролиза,
сильно меняется. В начальный период выделяются газы с преимущественным
содержанием двуокиси (до 75 %) и окиси углерода. По мере повышения
температуры содержание двуокиси углерода падает и увеличивается
содержание горючих компонентов — вначале окиси углерода, а затем метана,
непредельных углеводородов и водорода; теплотворная способность газа
повышается.