Пиролиз древесины в домашних условиях

Производим древесный уголь в домашних условиях

Древесный уголь используется человечеством уже много веков. Он имеет высокое содержание чистого углерода (от 80 до 90%) и благодаря этому относится к наиболее эффективным видам топлива. Древесный уголь активно используется как в промышленной, так и в бытовой сфере.

В данной статье подробно рассмотрим, как получить древесный уголь в домашних условиях. Это позволит вам значительно сэкономить на покупке готового бездымного топлива.

Как изготовляют древесный уголь в домашних условиях

Основные преимущества

Древесный уголь получают методом пиролиза, сырьем для котoрого выступает древесина. В процессе пиролиза древесину в бескислородной среде нагревают до высоких температур. Готовый продукт поставляется на предприятия и на полки магазина для массового потребления. Он продается расфасованном виде и используется в быту для замены дров при готовке на мангале или в качестве топлива для биокамина.

Покупаем готовый древесный уголь в магазине

К преимуществам продукта относятся:

• отсутствие в его составе вредных веществ (серы, фосфора);
• практически полное отсутствие выбросов в атмосферу: именно поэтому использовать топливо можно в декоративных каминах без дымохода;
• полное сгорание: не образуется большого количества золы;
• высокая теплотворность;
• возобновляемость: растительное сырье восстановимо в природе.

Сфера применения

Древесный уголь используется в промышленности в следующих целях:

• для применения в составе фильтров;
• для плавки кристаллического кремния;
• для использования в металлургии (насыщение стали углеродом, получение чистых сплавов);
• для производства стекла, некоторых видов пластмасс, красок;
• для изготовления натурального красителя для пищевой промышленности;
• для изготовления активированного угля;
• для использования в сельском хозяйстве;
• для применения в качестве удобного бытового топлива для печей, каминов, мангалов.

При сжигании в печах и каминах данный вид топлива сгорает практически без языков пламени, обеспечивая ровный и интенсивный жар. Наиболее высоко ценится продукт марки А, который изготавливается из твердых пород древесины.

Важно! Если древесный уголь используется в помещении (для отопления или приготовления пищи), то разжигать его рекомендуется без применения химических средств для растопки. Это позволит избежать появления неприятного запаха и падания в пищу вредных веществ. Розжиг углей в таком случае ведется с использованием бумаги и сухих лучинок.

Технология производства

Широкое применение древесного угля в промышленности требует его заготовки в больших объемах. Сырьем для этого служат крупные отходы деревообрабатывающего производства. Именно поэтому печи для пережигания угля устанавливают на территории деревообрабатывающих предприятий или в непосредственной близости от них.

Организация производства угля рядом с деревообрабатывающими предприятиями

Технология углежжения позволяет из сырой древесины получить продукт с максимально высоким содержанием углерода. С этой целью посредством пиролиза из сырья удаляют все остальные вещества органического и неорганического происхождения.

Пиролиз — это процесс термического разложения материала в условиях дефицита кислорода.

Производство угля из древесины включает следующие этапы:

• Предварительная подготовка древесного сырья.
• Сушка древесины. Пиролиз требует минимального содержания влаги в сырье и обязательную сушку древесины при температуре не выше 150°С.
• Процесс пиролиза. Древесный полуфабрикат нагревают до 150-350°С, ограничив при этом приток кислорода в камеру. В результате термического разложения древесины начинается процесс образования угля с выделением пиролизных (горючих) газов.
• Процесс прокалки. Для выделения из угля газообразных остатков лишних веществ (в первую очередь смол) нагрев повышают до 500-550°С.
• Процесс восстановления. Производят охлаждение полученного угля.

Соблюдая все технологические требования, в промышленных масштабах можно получить древесный уголь высокого качества с 90% содержанием углерода.

Промышленная печь для углежжения состоит из:

• цилиндрического или прямоугольного корпуса,
• топочной камеры.

Как изготовляют древесный уголь в промышленной печи

• поверх камеры установить две реторты (емкости закрытого типа);
• заполнить реторты сырьем;
• нагреть древесину извне;
• стенки емкостей передадут тепло содержимому, помимо этого в процессе пиролиза задействуется выделяемое древесиной в ходе термической реакции тепло.

Изготовление угля из дерева в промышленной печи:

• в одной из реторт промышленной печи проходит процесс пиролиза;
• во второй реторте производится сушка сырья;
• дожигаются выделяющиеся при пиролизе горючие газы;
• выделенная тепловая энергия тратится на сушку сырой древесины;
• производится прокаливание готового продукта;
• осуществляется выгрузка и подготовка к фасовке: для этого крупные куски дробят до требуемой фракции;
• уголь ссыпается в мешки или пакеты;
• при необходимости выполняется брикетирование продукта.

Кроме промышленной существует также печь непрерывного действия. В этом случае все операции по превращению древесного сырья в топливо проходят в одной емкости одновременно. По высоте эта емкость разбита сверху вниз на разные температурные зоны: сушка, пиролиз, прокалка, восстановление.

Изготовление древесного угля своими силами

Если вы располагаете подходящим сырьем и желаете сэкономить на покупке этого недешевого топлива, то вам будет интересна информация о том, как сделать древесный уголь своими руками.

В качестве древесного сырья лучше использовать тот материал, который имеется в наличии в большем количестве или который проще достать.

Качество полученного топлива зависит от характеристик древесины:

• марка А — из дерева твердых пород (берёза, вяз, дуб, граб);
• марка Б — хвойная древесина (пихта, сосна, ель) + древесина из списка А;
• марка В — дерево мягких пород (ива, ольха, липа, тополь и т.д.).

Наиболее доступное и распространенное сырье — березовые дрова. Полученное из них по технологии пиролиза топливо характеризуется высокой теплотой сгорания и ровным жаром. Такой уголь идеально подходит для мангала.

Чтобы сделать древесный уголь в домашних условиях прибегают к одному из двух методов:

• с помощью самодельной печи для углежжения, которая изготавливается из металлической бочки;
• с помощью пережигания в яме (классическая технология).

Изготовление в печи из металлической бочки

Используется металлическая бочка с толстыми стенками, объем которой подбирается в соответствии с количеством перерабатываемого сырья. Обычно используется емкость на 200 л. Если в бочке хранился бензин или иные нефтепродукты, ее предварительно выжигают.

Важно! Резервуары из-под химических веществ ни в коем случае нельзя использовать, так как процесс пиролиза может быть при этом нарушен. Кроме того, велик риск проникновения в топливо или полученное во время пережигания образование опасных для здоровья соединений.

Способ изготовления №1:

• Установить на дно бочки объемом 100-200 литров на ребро шесть огнеупорных или обычных полнотелых кирпичей.
• Развести между ними огонь с использованием бумаги, щепок или лучинок.
• Аккуратно добавить куски древесины, чтобы по мере сгорания угли заполнили промежутки между ними.
• Поставить на кирпичи металлическую решетку.
• Положить на решетку до самого верха плотными слоями ряд за рядом дрова.
• Заполнить бочку и подождать появления языков пламени на поверхности.
• Закрыть бочку куском листового железа, оставив с краю небольшую щель для минимального притока воздуха. О том, что процесс близится к завершению, можно узнать по цвету дыма: когда дрова прогорят, их цвет поменяется на сизый.
• Сдвинуть крышку бочки таким образом, чтобы емкость оказалась герметично закрытой.
• После полного остывания закрытой бочки можно выгрузить готовое биотопливо.

Обратите внимание! Ускорить процесс пережигания древесины поможет принудительная подача воздуха в заранее выполненное отверстие в нижней части емкости. Для наддува используют садовый пылесос-воздуходувку или обычный бытовой агрегат, включенный «на выдох».

Способ изготовления №2:

• Подготовить платформу, изолированную от грунта. Платформу делают из кирпичей, уложенных на кусок листового железа.
• Уложить дрова между кирпичами и развести огонь для нагрева бочки.
• Установить бочку на платформе.
• Бочку наполнить плотно уложенными кусками дерева и практически герметично закрыть металлической крышкой. Небольшие щели или отверстия необходимы для выхода газов.
• Когда температура внутри бочки поднимется до 350 градусов, начнется термическое разложение дров из березы или иной древесины. При этом из бочки будет выходить газ. Прекращение выхода газов означает завершение процесса окисления.
• Еще некоторое время оставить бочку на костре.
• Снять с огня и закупорить газоотводные отверстия в крышке.
• Оставить емкость до полного остывания.
• Открыть крышку и проверить качество собственноручно сделанного древесного угля.

Изготовление с помощью пережигания в яме

Этому способу уже несколько веков.

Изготовление древесного угля в яме

• В грунте делается яма цилиндрической формы с вертикальными стенками. При глубине приямка 50 см и диаметре около 80 см можно получить пару мешков углей.
• Плотно утрамбовать дно, чтобы избежать попадания грунта в готовое топливо.
• Развести в яме костер из щепок и веток.
• Плотными слоями подкладывать подготовленную древесину в хорошо разгоревшийся по всему дну огонь. Дрова добавляют по мере прогорания до тех пор, пока вся яма не заполнится углями (на это требуется порядка 3-4 часов).
• Прикрыть яму зелеными листьями и травой.
• Засыпать слоем земли и утрамбовать.
• Через двое суток яму можно раскрыть, извлечь, просеять готовое топливо, после чего расфасовать его по мешкам.

Расфасованный в мешках готовый древесный уголь

Внимание! Для получения древесного угля хорошего качества, нужно использовать дрова без коры. Это значительно снизит количество дыма в процессе. Имейте в виду, что куски древесины длиной более 30 см неудобны в использовании и для их прогорания требуется больше времени.

Заключение по теме

Имея представление, как сделать кусковой древесный уголь самому, можно заготовить качественное биотопливо и значительно сэкономить средства. Сырьем для этого могут послужить срубленные при расчистке участка деревья или закупленные дрова. При определенном опыте и сноровке можно получить древесный уголь хорошего качества без недожога или пережога.

Видео по теме:

Пиролиз древесины и режимные факторы процесса пиролиза

все о биотопливе и твердотопливных котлах

• Биотопливо

• все категории
• Общая информация 243
• Брикеты из торфа 8
• Брикеты топливные 61
• Древесный уголь 36
• Дрова 34
• Пеллеты древесные 92
• Пеллеты из лузги 16
• Пеллеты из соломы 22
• Пеллеты из торфа 13
• Щепа, стружка, отходы 45
• Дымоходы 45
• Енергетические комплексы 10
• Камины, печи для дома 208
• Комплектующие 17
• Пиролизные котлы (печи) 25
• Твердотопливные котлы 111
• Отопление, энергосбережение 125
• Проекты и услуги 4
• Сбор и утилизация отходов 20

Пиролиз древесины (сухая перегонка древесины) — разложение древесины при нагревании до 450 °C без доступа воздуха с образованием газообразных и жидких (в т. ч. древесной смолы) продуктов, а также твердого остатка — древесного угля.

Сухая перегонка древесины — один из первых процессов химической технологии. Начиная с XII в. ее широко использовали в России для выработки сосновой смолы (служит для просмолки деревянных судов и пропитки канатов); этот промысел носил название смолокурение. С развитием металлургии возник другой промысел, также основанный на сухой перегонке древесины, — углежжение с получением древесного угля. Начало промышленного применения пиролиза древесины относится к XIX в., сырьем являлась только древесина лиственных пород, главным продуктом — уксусная кислота.

Для осуществления процесса в настоящее время обычно применяют древесину лиственных пород (напр., березы), реже (главным образом при комплексной переработке сырья) — древесину хвойных пород. При пиролизе древесины березы (влажность 10-15%) получают 24-25% древесного угля, 50-55% жидких (так называемая жижка) и 22-23% газообразных продуктов. Чем больше размер кусков древесины, взятой для пиролиза, тем крупнее твердый остаток, хотя в результате неравномерной усадки сырья и бурного выделения летучих продуктов происходит растрескивание обугливающегося материала и образуется до 20% мелкого угля с размером частиц менее 12 мм. Полученный древесный уголь после сортировки по размеру кусков направляют непосредственно потребителю или на переработку.

При хранении и переработке жижки отстаивается древесная смола (7-10%) и одновременно протекают многочисленные превращения ее компонентов; из смолы выделяют широкий ассортимент ценных продуктов. Отстоявшаяся жижка имеет плотность 1,025-1,050 г/см ³ и содержит 6-9% по массе уксусной кислоты и ее гомологов, 2,5-4,5% метанола, 5-6% соединений разных классов (альдегидов, кетонов, сложных эфиров и т.д.), 4,5-14% растворимой древесной смолы и 67-81% воды. Уксусную кислоту извлекают из жижки чаще всего экстракцией и путем ректификации и химической очистки перерабатывают в пищевой продукт.

Газообразные продукты (неконденсирующиеся газы) включают диоксид (45-55% по объему) и оксид (28-32%) углерода, водород (1-2%), метан (8-21%) и другие углеводороды (1,5-3,0%). Состав неконденсирующихся газов зависит от конечной температуры пиролиза, скорости и способа нагрева (с внутренней или наружной циркуляцией теплоносителя — обычно топочных газов, получаемых при сжигании топлива и неконденсирующихся газов); теплота их сгорания колеблется от 3,05 до 15,2 МДж/м ³ .

Перечисленные факторы, а также порода, качество и влажность древесины определяют выход продуктов ее пиролиза. С повышением температуры возрастают выходы древесной смолы и неконденсирующихся газов, но снижаются выходы древесного угля, уксусной кислоты и спиртовых продуктов; уголь образуется с более высоким содержанием углерода. Средний выход основных продуктов пиролиза древесины составляет (в расчете на сухую древесину): уксусная кислота 5-7%, древесная смола 10-14%, древесный уголь (в расчете на нелетучий углерод) 23-24%.

В основе пиролиза древесины лежат свободнорадикальные реакции термодеструкции гемицеллюлоз, целлюлозы и лигнина, протекающие соответственно при 200-260, 240-350 и 250-400°C; соотношение констант скоростей при 320°C составляет 10:1:0,25. Кинетические характеристики пиролиза древесины и ее компонентов, найденные разными авторами, заметно различаются. Реакции распада древесины, гемицеллюлоз, целлюлозы и лигнина имеют первый порядок, а энергии активации этих реакций изменяются в значительных пределах; для упомянутых компонентов древесины соответственно 70-80, 135-210 и 55-110 кДж/моль. Константа скорости пиролиза древесины выше, чем у целлюлозы, и, например, при 350°C для различных пород находится в диапазоне (2,8-8,3) 10 -3 с -1 . Пиролиз древесины — экзотермический процесс, при котором выделяется большое кол-во теплоты (1150кДж/кг).

Принципиальная технологическая схема пиролиза древесины: разделка сырья на куски (тюльку); сушка разделанной древесины; собственно пиролиз в специальных печах или ретортах; охлаждение угля и его стабилизация (для предотвращения самовозгорания); конденсация паров летучих продуктов. Наиболее продолжительная и энергоемкая стадия — сушка древесины с влажностью 45% до влажности 15%.

Техника пиролиза древесины разнообразна, но большинство применяемых в мировой практике печей и реторт устарело и не отвечает современным требованиям. Наиболее совершенна технология пиролиза древесины с использованием непрерывно действующего оборудования. В последние, порциями загружают древесину и периодически выгружают уголь.

Переходя к режимным факторам, мы рассмотрим зависимость процесса от скорости обугливания, давления в аппарате, конечной температуры и среды, окружающей элемент древесины.

Скорость. На основании лабораторных опытов можно сделать вывод, что скорость процесса оказывает заметное влияние в основном на стадию распада, проходящую в интервале температур 260-290°C. Интенсивная подача тепла в это время при измельченной древесине ведет к повышению выхода смолы и снижению выхода угля при практически не меняющихся выходах низкомолекулярных 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 °C — когда древесина становится бурой, отдав конституционную и некоторое количество реакционной влаги, СО2, муравьиной и уксусной кислот.
• 400 °C — 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.

Особенности бизнеса по производству древесного угля

Углежжение – одно из старинных русских ремесел, которое появилось вместе с необходимостью снабжать кузницы древесным углем. Именно этот вид топлива был основным в те далекие времена, когда человек не имел доступа к другим источникам энергии. Родиной углежжения как вида производства является Урал. Как и любое ремесло, оно имеет свои премудрости, которыми должен владеть предприниматель, решивший организовать производство древесного угля как бизнес.

В чем суть процесса

Превращение древесины в уголь – процесс разложения древесных тканей на более легкие органические и неорганические соединения под воздействием высоких температур (термическое разложение). Этот процесс носит название пиролиза. Он применим не только к древесине, но и к нефтепродуктам, и к некоторым другим сложным соединениям.

Основными продуктами разложения древесины являются:

• древесный уголь;
• метиловый спирт;
• уксусная кислота;
• ацетон;
• смола.

В присутствии кислорода процесс пиролиза древесины сопровождается горением пиролизных газов. Эти газы в некоторых печах служат основным топливом для термической обработки древесины.

Задача углежога (именно так называют специалиста, который занимается углежжением) – минимизировать доступ кислорода к камерам, в которых перегоняется древесина. На обеспечении этого процесса и основана технология производства древесного угля.

Технологии

Сегодня применяются две основные технологии производства древесного угля, требующие, соответственно, различного оборудования:

• перегонка древесины в печах непрерывного действия;
• перегонка древесины в печах периодического действия.

Выбор комплекса технологического оборудования зависит от того, как будет организован процесс переработки древесины, а также от того, какое сырье планируется использовать для получения конечного продукта и как будет это сырье поставляться на перегонку.

Оборудование

Еще несколько лет назад на российском рынке сильно ощущалась нехватка углевыжигательного оборудования. Оно было представлено в двух основных категориях:

• дешевые китайские углевыжигательные печи для производства, которые российские углежоги боялись приобретать из-за сомнительного качества;
• дорогое европейское оборудование, которое было не по карману начинающим предпринимателям.

Сегодня есть альтернатива этим двум позициям – оборудование российского производства, которое и по цене, и по качеству оптимально подходит для российского рынка.

Поэтому купить в современных условиях оборудование для производства древесного угля несложно. Гораздо более серьезной задачей является организация комплексного прибыльного бизнеса.

Как организовать производство

Процесс изготовления древесного угля предполагает наличие:

• помещения;
• углевыжигательной печи;
• работников, способных обслуживать печь;
• постоянного притока отходов древесины;
• рынка сбыта.

Разработав мероприятия по обеспечению бизнес-процесса этими необходимыми составляющими, предприниматель может всерьез задумываться о составлении бизнес-плана и о запуске производства.

Сразу нужно предупредить, что древесный уголь, производство в домашних условиях которого выглядит довольно простым делом, не является продуктом, хоть сколько-нибудь отвечающим качествам, предъявляемым соответствующим ГОСТом. Такие угольки можно использовать для каких-то личных целей.

Промышленное же производство является сложным и опасным процессом, который необходимо осуществлять подальше от жилья человека и уж точно не заниматься этим в своем доме.

Помещение

В идеале цех по перегонке древесины можно оборудовать в неоснащенных промышленных помещениях, состояние которых при этом может быть не самым хорошим (что значительно снизит арендную плату).

К производственному блоку есть только несколько требований:

• он должен быть просторным, чтобы поместилась печь и к ней были свободные широкие подходы;
• к помещению блока должен быть свободный подъезд;
• территория перед блоком тоже должна быть просторной.

Наличие свободных и просторных подъездов обусловлено необходимостью складировать, сортировать и разбирать древесные отходы перед тем, как загружать их в печь. Пространство перед печью нужно для удобной закладки сырья в ее камеры.

Выбор и приобретение оборудования

Купить углевыжигательные печи для производства древесного угля сегодня не сложно. В России есть несколько специализированных фирм, которые выпускают соответствующие установки для термической перегонки древесины. На их сайтах можно посмотреть подробную информацию об используемых технологиях и о тех печах, которые позволяют осуществлять максимально эффективный пиролиз древесины.

Консультанты посоветуют начинающему углежогу, какое купить оборудование для производства древесного угля в тех условиях, в которых предприниматель планирует начинать и развивать бизнес.

В зависимости от того, какое сырье планируется использовать для изготовления угля, может использоваться либо ретортная, либо шахтная печь для производства древесного угля.

Шахтная печь рассчитана на использование в качестве сырья мелких древесных отходов. Технология производства древесного угля из опилок предусматривает:

• засыпание опилок в вертикальные шахты (аналог горизонтальных реторт);
• высушивание опилок;
• разогрев высушенных опилок пиролизными газами до температуры образования древесного угля (до 500 °С);
• остывание угля.

В зависимости от того, прерывный процесс или непрерывный, шахты могут быть сменными или стационарными. Сменные шахты снимаются с печи, и остывание готового древесного угля не мешает процессу закладки нового сырья в шахту и продолжению производственного процесса.

Ретортные печи для производства древесного угля работают практически по такой же схеме, только вместо установки в печь вертикальных шахт в нее горизонтально вкатывают несколько вагонеток (реторт).

Перед этим вагонетки закладывают материалом (дровами), который укладывают как можно плотнее. После закладки двери вагонетки замуровывают раствором на основе глины, и уже в таком виде вагонетка направляется в перегоночную камеру.

Такое производство сильно зависит от наличия дешевой древесины. Поэтому устанавливать печь целесообразно недалеко от деревообрабатывающего производства. Хотя зачастую сами деревообрабатывающие заводы устанавливают на своей территории углевыжигательные печи с целью получать дополнительный доход. В данном случае задачей предпринимателя будет убедить завод выгодно продавать на сторону отходы производства и не тратить силы на дополнительные производственные процессы.

У некоторых предпринимателей возникают опасения, что сам продукт не пользуется большой популярностью и не является товаром первой необходимости, и это значительно усложнит поиск рынков сбыта. Это не совсем так. Возможности применения древесного угля значительно расширились с выпуском твердотопливных отопительных котлов. Как известно, древесный уголь обладает очень высокой теплоотдачей и при этом не загрязняет воздух продуктами горения, что делает его очень удобным и выгодным топливом для обогрева жилых помещений.

Производство древесного угля: Видео

Как сделать древесный уголь своими руками

Когда возникает необходимость в естественном биотопливе, то люди бросаются в магазин за покупкой древесного угля. Но цена этого продукта весьма высока, одно дело купить пару пакетов для мангала, а другое обеспечить таким топливом камин в городском доме.

Почему именно в городском? Потому что в сельском доме или в коттедже камины можно топить дровами, поскольку они оборудованы дымоходами и прочими необходимыми элементами. А в городской квартире можно сделать только электрический камин или на древесном угле, который не нуждается в дымоходе, но будет выполнять больше декоративную функцию. Однако если знать, как делают древесный уголь, то можно в значительной мере уменьшить финансовое бремя.

Сделать этот вид топлива своими руками не так уж сложно, в этой статье мы раскроем способы его изготовления в домашних условиях.

Преимущества древесного угля

Древесный уголь получают методом пиролиза, что подразумевает нагрев древесины без доступа к ней кислорода. Используется он в разных областях деятельности человека и обладает целым рядом замечательных свойств:

• не загрязняет атмосферу, что весьма существенно в наше время;
• не содержит фосфора и серы и не выделяет угарного газа;
• выделяет много тепла;
• полностью сгорает практически не оставляя отходов;
• является восстанавливаемым ресурсом.

Именно по этим причинам люди все чаще задумываются над тем, как сделать древесный уголь своими руками. И многие достигают поразительных результатов.

Дедовский способ производства

Этот способ далеко не нов. Им пользовались еще наши деды. Ничего сложного в таком производстве нет, да и дополнительных вложений не требуется. Все, что вам понадобится – заготовить дрова и выкопать цилиндрическую яму. Стенки ямы должны получиться максимально отвесными, ее диаметр – около 80 см, а глубины достаточно 50 см.

Дно ямы тщательно утрамбовывают, чтобы рыхлая почва не перемешивалась с готовым древесным углем. В яме раскладывают костер из сухих веток и бересты, без химических средств для розжига. Когда все дно покрывается горящими ветками, начинается закладка подготовленных дров, очищенных от коры.

По мере прогорания, в яму докладываются новые порции древесины, это делается до полного заполнения ямы. Как правило, процесс занимает более трех часов. До краев наполненную яму накрывают листьями или зеленой травой и засыпают землей, которую тоже надо утрамбовать. На остывание уходит не менее двух суток, затем готовый материал просеивают и расфасовывают для хранения. Именно так и происходит изготовление древесного угля в домашних условиях.

Из одной закладки в такую яму можно получить почти два мешка готового продукта. На всякий случай надо заметить, что качество древесного угля зависит от породы древесины. Древесное биотопливо марки А получают из твердых пород, таких как:

• клен;
• береза;
• дуб и другие.

Древесный уголь марки Б получают из древесины мягких пород:

• ива;
• тополь;
• осина и другие.

Это наиболее простой вариант получения древесного угля, но известны еще и другие.

Применение металлической бочки

Существует еще один вариант, как сделать древесный уголь в домашних условиях. Для него понадобится бочка из толстого металла. Очень важно помнить, что бочка должна быть чистая, если в ней хранились химикаты, то она не подходит для наших целей. После хранения нефтепродуктов бочку обычно выжигают, чтобы очистить.

На дно бочки ставятся огнеупорные кирпичи, а между ними разводится костер, который поддерживается до тех пор, пока угли полностью не покроют высоту кирпичей. Теперь нужно уложить решетку и на нее плотными рядами древесину. Наполняете емкость до верха, и ждете появления языков пламени. Теперь сверху накрываете тяжелым листом железа, оставив маленькую щель.

Если хотите ускорить процесс, то заранее проделайте внизу бочки маленькое отверстие и поддуваете туда понемногу воздух (пылесосом). Однако это не слишком важно. Ваша задача следить за изменением цвета дыма. Как только он становится сизым, щель сверху надо закрывать. После этого закрытая бочка спокойно стоит до полного остывания.

Изготовление небольшого количества древесного угля

Если вам не нужен древесный уголь мешками, но вы используете его при пересадке цветов, например, то можно обойтись без хитроумных способов. При условии, конечно, что у вас есть дача или домик в деревне с дровяной печью.

Вооружитесь печными (каминными) щипцами для углей и металлической емкостью с плотной крышкой. Теперь вытягивайте из печи прогоревшие, но неразвалившиеся угольки красного цвета и складывайте их в емкость. Плотно закройте крышкой и не трогайте до полного остывания. Вот и все, уголь для дренажа в цветочные вазоны у вас уже есть.

Сферы использования древесного угля

Древесный уголь применяют для фильтрации, в редких для нашей страны случаях — в металлургии, для производства активированного угля и плавки кристаллического кремния. Кроме того, применяется в аграрном хозяйстве и медицине. Но для этих целей древесный уголь производится в промышленных масштабах.

Для бытового использования применим как топливо для каминов и печей, поскольку дает равномерный жар без языков пламени. В этом случае предпочтительнее древесный уголь марки А из твердой древесины. Ну и, конечно, мангалы, и цветочные вазоны, для которых изготовить биотопливо в домашних условиях совсем просто.

Разжигать, лучше всего без применения химии. Это избавит от неприятного запаха в процессе горения. Скомкайте лист бумаги и сложите вокруг шалашиком тонкие щепки. По мере разгорания конструкции добавьте немного дров, а затем выложите горкой древесный уголь. После того как он разгорелся, распределите по дну мангала и дождитесь, пока пропадут язычки пламени. Угольки при этом покроются серым налетом. Все, можно готовить мясо.

В этой статье мы рассказали вам как делать биотопливо своими руками. Надеемся эта информация поможет вам изготовить их в домашних условиях.

Что такое пиролиз древесины и угля, процесс пиролиза

Мало кто из домовладельцев хорошо понимает, что такое пиролиз и каким образом он происходит. Зато все наслышаны о пиролизных котлах, чьи невероятно высокие показатели нам неустанно рекламируют их производители и продавцы. Но рядовые пользователи уже стали привыкать к подобного рода рекламным кампаниям, сопровождающим пpaктически любой товар, и относятся к ним с настороженностью. Цель данной статьи – объяснить, как на самом деле протекает процесс пиролиза, в каких сферах применяется, а также оценить его использование в твердотопливных котлах.

Пиролиз древесины

Как химический процесс это явление сопровождает горение любой биомассы. В этом нетрудно убедиться, если провести простой опыт: положить на раскаленную металлическую поверхность небольшой кусок сухой древесины. Многим из нас и так известно, что будет дальше, даже опыт проводить не нужно. Сначала дерево обуглится, станет дымиться, а потом может вспыхнуть и сгореть либо просто истлеет.

От воздействия высокой температуры происходит термическое разложение (деструкция) древесины, в результате которого выделяются различные горючие газы. Их количество зависит от температуры нагрева, вот почему лучина на горячей поверхности возгорается далеко не всегда. Когда температура не превышает 450 °С, газов выделяется немного, они не достигают нужной концентрации и не вспыхивают. Процесс разложения щепки затянется на длительное время и закончится горсткой пепла.

Оптимальная температура пиролиза древесины, при которой образуется большое количество горючих газов, лежит в диапазоне 600—900 °С. Если поверхность под щепкой разогрета до такой степени, то возгорание древесины неизбежно благодаря высокой концентрации газов. После вспышки процесс резко ускорится, поскольку теперь он подпитывает теплом сам себя и лучина быстро истлеет. Если же ограничить к ней доступ кислорода, то возгорания не произойдет, а разложение будет идти с прежней скоростью. Это дает возможность отвести образующиеся газы и использовать для разных целей.

Надо понимать, что дерево никогда не горит само по себе, возгораются образующиеся пиролизные газы, для чего нужна высокая температура. Вот почему от спички не удастся разжечь толстое полено, слишком мало подводится тепла. Для тонкой щепки его будет достаточно, реакция с выделением газа начнется быстро, что и приведет к появлению пламени.

Итак, пиролиз – это химическая реакция деструкции вещества, вызываемая воздействием высокой температуры. В естественных условиях она протекает совместно с горением. Последовательность хода процесса покажем на примере древесины:

• нагрев вещества от внешнего источника тепла;
• при температуре около 300 °С начинается процесс разложения вещества и выделения горючих углеводородов;
• так как доступ кислорода не ограничивается, а тепло подводится в виде открытого пламени, при достижении 500 °С количество газов возрастает и происходит их возгорание;
• реакция горения протекает самостоятельно, без внешнего источника тепла. Сжигаемые углеводороды обеспечивают нужное количество теплоты для дальнейшего термического разложения древесины.

Сфера применения пиролиза

В идеальном варианте пиролиз древесины происходит в закрытом прострaнcтве без поступления кислорода и с постоянным подведением тепла извне. Чтобы не расходовать для этой цели дорогие энергоносители, для поддержания процесса используют часть конечного продукта – смесь горючих газов. В состав смеси входит метан, угарный газ (СО) и водород, из негорючих веществ в ней присутствуют углекислый газ и азот.

Получение газообразного горючего из различных отходов деревообработки – это и есть основная сфера применения пиролиза древесины в промышленности.

Основное оборудование для технологического процесса — это пиролизные печи (газогенераторы), блоки охладителей и фильтров. Сырье в виде опилок, щепы и прочих отходов загружается в печь и там сжигается при минимальной подаче воздуха. Поскольку производительность установки напрямую зависит от температуры, то в промышленности зачастую применяют так называемый быстрый пиролиз, когда сырье разогревается с высокой скоростью. Смесь газов проходит охлаждение и фильтрацию, после чего закачивается в резервуары для дальнейшей обработки.

С точки зрения получения полезных химических соединений дерево не так интересно, как уголь. Если последний подвергнуть обработке таким же способом, то можно получить множество ценных веществ. Правда, чтобы вызвать полноценный пиролиз угля, необходимо обеспечить более высокую температуру. Зато после проведения определенных технологических процессов выpaбатываются следующие продукты:

• кокс: незаменимый компонент, участвующий в плавке стали;
• аммиак: необходим для производства удобрений;
• толуол: исходный элемент для изготовления разных красителей, а еще – взрывчатки (тринитротолуола);
• анилин: входит в состав красок и эмалей, изготавливаемых химическим путем.

Перечисленные продукты пиролиза угля – лишь малая часть списка, более полная картина показана на иллюстрации:

О пиролизных котлах

Эта группа твердотопливных агрегатов отличается от традиционных котлов прямого горения наличием двух камер вместо одной. По задумке, в первичной камере сжигания идет процесс газификации твердого топлива при подаче недостаточного количества кислорода, а во второй – дожигание выделяющихся пиролизных газов при добавлении вторичного воздуха. Но так ли это происходит технология сжигания на самом деле? Чтобы это понять, надо рассмотреть конструкцию теплогенератора.

На данный момент существует 2 вида пиролизных котлов, разберем устройство каждого подробнее. Самая популярная конструкция – когда первичная топка находится над вторичной. Между ними имеется форсунка прямоугольного сечения, сделанная из огнеупopного кирпича. А теперь внимание: воздух в главную топку нагнетается с помощью вентилятора, частично попадая и в нижнюю камеру для дожигания газов. То есть, принцип пиролиза нарушен изначально, так как вместо ограничения по кислороду вентилятор создает его избыток.

Что это дает? Полное и эффективное сжигание дров, так что и золы не остается. Но этому есть объяснение: сухое дерево не оставляет после себя золы, а только легкий пепел, половина которого просто выдувается вентилятором через форсунку в дымоход. По всем признакам данной конструкции можно присвоить название «котел верхнего дутья», поскольку вентилятор нагнетает воздух в верхнюю камеру. За счет этого возрастает температура горения, увеличивается выход газа, но он тут же сгорает, проходя через форсунку. Подобный алгоритм работы имеет мало общего с химической реакцией пиролиза.

Котел с естественной подачей кислорода

В другом типе теплогенераторов камеры расположены наоборот: главная топка снизу, вторичная – над ней. Форсунки нет, вместо нее устроен обычный газоход, соединяющий камеры между собой. Вентилятора здесь нет, воздух в обе топки подается естественным путем – за счет тяги дымохода. Причем подача осуществляется по раздельным каналам. Следует отметить, что в данном случае процесс пиролиза древесины организован лучше, горение в топливнике происходит с малым расходом воздуха, его поступление ограничено заслонкой.

Проблема здесь в другом: при закрытой воздушной заслонке падает и температура процесса, выход газа снижается. Воздуха для вторичной камеры тоже не хватает, так что она превращается в обычный газоход, где продукты горения отдают свое тепло стенкам водяной рубашки. Если же заслонку открыть, горючих газов образуется больше, но они станут гореть в основной топке, попадая во вторую лишь частично. Подобные пиролизные котлы больше напоминают агрегаты прямого горения, где дымовые газы делают несколько ходов для лучшей теплоотдачи. Да и по отзывам пользователей они не могут похвастать повышенной эффективностью.

Выводы

Химическая реакция термического распада углеводородов широко применяется в промышленности не только для получения газообразного топлива, но и с целью синтеза всяких полезных веществ. Организовать пиролиз древесины в домашних условиях вполне реально, но целесообразность этого мероприятия крайне низка. А вот дровяные котлы, называемые пиролизными, имеют к этому процессу весьма посредственное отношение, хотя стоят гораздо дороже обычных.

Как происходит пиролиз древесины?

Пиролиз – разложение органических материалов в условиях высокой температуры и отсутствия воздуха (чтобы не происходило окисления и горения). Это процесс получения углеводородных продуктов. Пиролиз древесины – сухая перегонка сырья, способ переработки твердых категорий топлива (уголь, дерево) с образованием горючих газов, углеродных остатков и смол от пиролиза.

Техника пиролиза

Процесс разложения древесины происходит в аппаратах для воспроизведения тепловых реакций – ретортах. Они различаются:

1) Принципом действия:

• Непрерывное.
• Полунепрерывное.
• Периодическое

2) Способом обогрева:

• Внутренний.
• Внешний.

Аппараты полунепрерывного цикла действий активно применяются в промышленности.

Древесину в них помещают малыми порциями через промежутки времени.

Виды процессов разложения

Существует медленный и быстрый пиролиз древесины (МП и БП). Скорость нагрева материала при первом процессе – градусы в мин./ч., при втором температура пиролиза составляет сотни градусов в миллисекунды. МП сравнивается с процессом закипания воды, БП ­аналогичен моменту попадания воды в уже нагретое вещество (взрывное закипание).

Быстрое нагревание разрушает структуру частиц на молекулярном уровне.

Это возвращает вещество в твердое или газообразное состояние, его первоначальную стадию, позволяя извлечь больше продуктов переработки (синтетические газ, нефть; пирокарбон, энергия тепла).

• Снижает производственные затраты энергии на >30%.
• Получение химически чистых продуктов вследствие малого времени нахождения вещества в условиях высокой температуры. Отсутствует риск материала подвергнуться термообработке вторично.
• Облегчение изменения температуры. Не нужно вмешиваться в устройство конструкции.
• Возможность обработки разных материалов на одной и той же установке.

Чертежи установки быстрого пиролиза древесины подразумевают наличие газогенераторов (печей для термической обработки), охладительных систем и фильтров и прочих составляющих.

Продукты переработки

Для сухой перегонки используются в основном лиственные породы деревьев, но в период массовой утилизации лесных ресурсов перерабатывают и хвойные. Путем термической обработки, из древесины получаются твердые (25% от конечного материала), жидкие (50%) и газообразные (25%) продукты.

От размера исходного материала зависит величина твердого остатка.

Далее уголь поставляется потребителю, или отправляется на дальнейшую переработку.

Выход основных продуктов в процентах (примерно):

• Уголь (24%).
• Смола (12%).
• Уксусная кислота (6%).

Из суммарного пироконденсата (жижки), вследствие обработки, получается смола древесины. Она содержит: фенол (компонент дезинфицирующих средств), кислоты (уксусная, абиентиновая, янтарная) и нейтральные вещества.

Газообразные соединения пиролиза:

• Двуокись углерода СО2 (50%).
• Монооксид СО (30%).
• Метан СН4 (10-20%).
• Прочие (водород Н2, углеводороды, в сумме не более 5%).

Пиролиз древесины в домашних условиях

Выполняя сухую перегонку лесных ресурсов дома, конечным продуктом можно получить только древесный уголь. Зато для процесса не требуются специальные средства.

Необходима большая чистая металлическая бочка (будет в качестве реторты) с 2-3 отверстиями по бокам или на крышке, через которые выводятся газы. Бочку заполняют деревом и герметично закрывают.

На землю устанавливают железный лист. На него кладут сухой хворост, по краю – 2 огнеупорных кирпича и разводят огонь. Далее закрепляют бочку над костром, и ждут приготовления угля. Выходящий из отверстий газ вреден, рядом находиться нежелательно.

Выполнить сухую перегонку древесины в домашних условиях несложно. Это не трудоемкий процесс, бОльшую часть которого составляет ожидание результата.

Утилизация опилок

Срок эксплуатации у большинства аппаратов, используемых для сухой перегонки дерева в промышленности, заканчивается, и появляется необходимость обновлять технический инвентарь на предприятиях. Все более популярной технологией пиролиза становится переработка древесных опилок. Компании устанавливают для этого специальное оборудование.

Постоянно утилизировать деревья – расточительное занятие, а перерабатывать опилки – рациональное использование ресурса.

Получаемый от пиролиза продукт – дешевое топливо, которое при достаточном количестве древесины можно получать регулярно.