Сухая перегонка твердых веществ и получение дегтя из древесины.

Введение

Нагрев твердых веществ для получения газов. Получение древесного креозота из смолистых пород дерева.

Сухая дистилляция – это нагрев твердых материалов с целью получения газообразных продуктов (которые могут конденсироваться в жидкости или твердые вещества). Метод может включать пиролиз или термолиз, либо обходиться без них (например, простую смесь льда и стекла можно разделить, не разрывая химические связи, но органическое вещество содержит большее разнообразие молекул, некоторые из которых могут распадаться). Если происходят только фазовые изменения, без химических реакций, это напоминает классическую дистилляцию, хотя обычно требует более высоких температур. Сухая дистилляция, сопровождающаяся химическими изменениями, является разновидностью деструктивной дистилляции или крекинга.

Применение

Этот метод использовался для получения жидкого топлива из угля и древесины. Он также может быть использован для разложения минеральных солей, таких как сульфаты (SO42 ), посредством термолиза, в результате чего образуются диоксид серы (SO2) или триоксид серы (SO3), которые могут быть растворены в воде для получения серной кислоты. Именно этим методом серная кислота была впервые идентифицирована и получена искусственным путем. При нагревании веществ растительного происхождения, таких как уголь, нефтяной сланец, торф или древесина, в отсутствие воздуха (сухая перегонка), они разлагаются на газ, жидкие продукты и кокс/уголь. Выход и химический состав продуктов разложения зависят от природы исходного сырья и условий проведения сухой перегонки. Разложение в диапазоне температур от 450 °C до примерно 600 °C называется карбонизацией или низкотемпературной дегазацией. При температурах выше 900 °C процесс называется коксованием или высокотемпературной дегазацией. При газификации угля для получения угольного газа или карбонизации для получения кокса, одним из побочных продуктов является каменноугольная смола.

Дерево

Когда дерево нагревается выше 270 °C, оно начинает обугливаться. Если воздух отсутствует, конечным продуктом (поскольку кислорода, способного реагировать с древесиной, нет) является древесный уголь. Если воздух (содержащий кислород) присутствует, древесина воспламеняется и горит при достижении температуры около 400–500 °C, а топливным продуктом является древесная зола. Если дерево нагревают в отсутствие воздуха, сначала удаляется влага. До завершения этого процесса температура древесины остается примерно 100–110 °C. Когда древесина высыхает, ее температура повышается, и примерно при 270 °C она начинает самопроизвольно разлагаться. Это хорошо известная экзотермическая реакция, происходящая при сжигании древесного угля. На этом этапе начинается выделение побочных продуктов обугливания древесины. Эти вещества постепенно выделяются по мере повышения температуры, и примерно при 450 °C выделение завершается. Твердый остаток, древесный уголь, состоит в основном из углерода (около 70%) и небольшого количества смолистых веществ, которые могут быть удалены или полностью разложены только при повышении температуры выше примерно 600 °C. При обычном способе получения древесного угля путем внутреннего нагрева загруженной древесины за счет сжигания ее части, все побочные продукты в виде паров и газов уходят в атмосферу как дым. Побочные продукты могут быть извлечены путем пропускания отходящих газов через серию водяных ловушек для получения так называемого древесного уксуса (пиролигнеиновой кислоты), а неконденсируемый древесный газ проходит через конденсатор и может быть сожжен для получения тепла. Древесный газ пригоден только в качестве топлива и обычно состоит из 17% метана, 2% водорода, 23% монооксида углерода, 38% диоксида углерода, 2% кислорода и 18% азота. Его теплотворная способность составляет около 10,8 МДж/м³ (290 БТЕ/фут³), то есть примерно треть теплотворной способности природного газа. При дистилляции лиственной древесины образуются метанол (древесный спирт) и древесный уголь. Дистилляция сосновой древесины приводит к тому, что сосновая смола и живица вытекают из древесины, оставляя после себя древесный уголь. Березовая смола, получаемая из березовой коры, – это особенно ценная смола, известная как «русское масло», подходящая для защиты кожи. Побочными продуктами древесной смолы являются скипидар и древесный уголь. Тарные печи – это установки для сухой перегонки, исторически использовавшиеся в Скандинавии для производства смолы из дерева. Они строились вблизи леса из известняка или из более простых земляных ям. Дно имеет уклон к выходному отверстию для слива смолы. Древесина раскалывается на части размером с палец, плотно укладывается, а затем плотно покрывается землей и мхом. Если кислород может проникнуть внутрь, древесина может воспламениться, и производство будет испорчено. Сверху на это накладывается и разжигается костер. Через несколько часов смола начинает вытекать и продолжает это делать в течение нескольких дней.

When wood is heated above 270 °C it begins to carbonize. If air is absent, the final product (since there is no oxygen present to react with the wood) is charcoal. If air (which contains oxygen) is present, the wood will catch fire and burn when it reaches a temperature of about 400–500 °C and the fuel product is wood ash. If wood is heated away from air, first the moisture is driven off. Until this is complete, the wood temperature remains at about 100–110 °C. When the wood is dry its temperature rises, and at about 270 °C, it begins to spontaneously decompose. This is the well known exothermic reaction which takes place in charcoal burning. At this stage evolution of the by products of wood carbonization starts. These substances are given off gradually as the temperature rises and at about 450 °C the evolution is complete. The solid residue, charcoal, is mainly carbon (about 70%) and small amounts of tarry substances which can be driven off or decomposed completely only by raising the temperature to above about 600 °C. In the common practice of charcoal burning using internal heating of the charged wood by burning a part of it, all the by product vapors and gases escape into the atmosphere as smoke. The by products can be recovered by passing the off gases through a series of water to yield so called wood vinegar (pyroligneous acid) and the non condensible wood gas passes on through the condenser and may be burned to provide heat. The wood gas is only usable as fuel, and consists typically of 17% methane; 2% hydrogen; 23% carbon monoxide; 38% carbon dioxide; 2% oxygen and 18% nitrogen. It has a gas calorific value of about 10.8 MJ/m3 (290 BTU/cu. ft.) i. e. about one third the value of natural gas. When deciduous tree woods are subjected to distillation, the products are methanol (wood alcohol) and charcoal. The distillation of pine wood causes Pine tar and pitch to drip away from the wood and leave behind charcoal. Birch tar from birch bark is a particularly fine tar, known as "Russian oil", suitable for leather protection. The by products of wood tar are turpentine and charcoal. Tar kilns are dry distillation ovens, historically used in Scandinavia for producing tar from wood. They were built close to the forest, from limestone or from more primitive holes in the ground. The bottom is sloped into an outlet hole to allow the tar to pour out. The wood is split into dimensions of a finger, stacked densely, and finally covered tight with dirt and moss. If oxygen can enter, the wood might catch fire, and the production would be ruined. On top of this, a fire is stacked and lit. After a few hours, the tar starts to pour out and continues to do so for a few days.