Древесный уголь

Charcoal sticks 051907.jpg
Древесный уголь (частично тлеющий).
Charcoal pile 05.jpg
Charcoal pile 06.jpg
Видео горения древесного угля

Древе́сный у́голь — микропористый высокоуглеродистый продукт, образующийся при пиролизе древесины без доступа воздуха.

Binchōtan
Ogatan

Содержание

Пиролиз древесины

Пиролизом, или сухой перегонкой, называется разложение органических веществ путём нагревания без (или с ограничением) доступа воздуха, чтобы предотвратить горение[1]. Также пиролиз — первый процесс, происходящий при горении древесины. Языки пламени образуются за счёт горения не самой древесины, а газов — летучих продуктов пиролиза. При пиролизе древесины (450—500 °C) образуется ряд веществ: древесный уголь, метанол, уксусная кислота, ацетон, смолы и другие.

 
Углежжение кучным способом

Этот процесс используется в пиролизных котлах. Процесс газификации древесины (пиролиз) происходит в верхней камере котла (загрузочном пространстве) под действием жары и при ограниченном доступе воздуха. Возникающий древесный газ протекает через слой жары, достигает сопла и смешивается там с вторичным воздухом.

Свойства

При пиролизе древесины сохраняется структура её проводящих тканей, поэтому в образующемся древесном угле имеется большое количество капилляров и пор, обладающих большой суммарной поверхностью, что способствует его большой адсорбционной способности. При обычной температуре древесный уголь может адсорбировать различные вещества из их растворов, а также различные газы, в том числе инертные. При этом чем легче сжижается газ, тем лучше его адсорбирует древесный уголь. При нагревании адсорбировавший вещества древесный уголь выделяет их, вновь приобретая способность адсорбировать. Чтобы увеличить адсорбционную способность угля, его активируют нагреванием без доступа воздуха[2].

Способность к поглощению газов углём почти одновременно описали в 80-х годах XVIII века шведский химик Карл Вильгельм Шееле и итальянский учёный Феличе Фонтана. В России в 1785 году академик Товий Егорович Ловиц открыл и подробно исследовал явление адсорбции углём в жидкой среде, предложив применить его для очистки органических веществ.[3]

Применение

Древесный уголь классифицирован в системе стандартов — ГОСТ 7657-84 «Уголь древесный».

Применяется для очистки, разделения, извлечения различных веществ, в качестве антисептика, очистителя, поглотителя воды. Например, в производстве кристаллического кремния, сероуглерода, чёрных и цветных металлов, активированного угля, как бытовое топливо, в садоводстве, в комнатном цветоводстве и для производства органического удобрения терра прета.

Зарегистрирован в качестве пищевого красителя под кодом E153.

История

В России древесный уголь производили издревле. Кузнечные горны работали именно на древесном угле. Наиболее распространёнными способами получения были кучное и ямное углежжение. Вариантами кучного были «стог» и «кабан». Эти технологии были примитивными, процесс продолжался до месяца и требовал периодического контроля и обслуживания. Все газообразные и жидкие (в парах) продукты распада (а это около двух третей от исходной массы абсолютно сухой древесины) выбрасывались в атмосферу. Массовое производство угля по таким технологиям было возможно только в XVII—XVIII веке, когда плотность населения была низкой и многие территории не освоены. Уже с XIX века в России предпочитали простейшие кирпичные печи для изготовления угля.

Родиной промышленного производства древесного угля следует считать Урал. Демидовское чугунно-литейное производство поднялось именно на древесном угле. Грум-Гржимайло, Владимир Ефимович предпочитал для использования в металлургии именно древесный уголь.

Возврат к кучному углежжению имел место в первые годы Советской власти на фоне развала промышленности. Затем были построены крупные углевыжигательные заводы (Аша, Сява, Амзя, Молома, Верхняя Синячиха), которые обеспечивали относительно экологически чистое производство угля. Одновременно, особенно на Северном Урале, продолжали работать разные модификации простейших кирпичных печей.

В 21 веке произошёл возврат к этой старой и вредной технологии. Хищническая вырубка тайги китайцами сопровождается переработкой древесины в древесный уголь, порой нелегальной. В Уярском р-не (Красноярский край) выявлено строительство печей для производства древесного угля по технологии, запрещённой в КНР (Экологически очень опасная, работы ведутся в РФ нелегально, вблизи такого производства засыхают деревья и болеют люди из-за загрязнения воздуха фенолами и др.[4]); протесты местных жителей заставили приостановить работу[5]. Запланировано развитие такого производства и в Тайшетском р-не (Иркутская обл.)[6].

См. также

Примечания

  1. Ходаков Ю. В., Эпштейн Д. А., Глориозов П. А. § 42. Аллотропные видоизменения углерода // Неорганическая химия. Учебник для 9 класса. — 7-е изд. — М.: Просвещение, 1976. — С. 82—83. — 2 350 000 экз.
  2. Ходаков Ю. В., Эпштейн Д. А., Глориозов П. А. § 43. Адсорбция // Неорганическая химия. Учебник для 9 класса. — 7-е изд. — М.: Просвещение, 1976. — С. 84—85. — 2 350 000 экз.
  3. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. — Москва: Химия, 1981. — 632 с.
  4. Юрий Юдкевич. Производство древесного угля. Биоэнергетика. Журнал «ЛесПромИнформ» №3 (69) (2010). Дата обращения 8 мая 2019.
  5. Виктор Решетень. Печи на полях (Нарушение норм и правил) (рус.) // Охрана труда и техника безопасности в строительстве. — Москва: Издательский дом «Панорама», 2016. — Ноябрь (№ 11). — С. 46-47. — ISSN 2074-8795.
  6. Производство древесного угля для Китая запустят в Тайшетском районе. Новости. www.snews.ru. Иркутская обл.: Информационное агентство «Сибирские новости» (16 марта 2018). Дата обращения 8 мая 2019.

Литература

  • Уголь древесный // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Козлов В. Н., Нимвицкий А. А. Технология пирогенетической переработки древесины. — М.-Л.: Гослесбумиздат, 1954.
  • Древесный уголь. — Лесная промышленность. — М.: 1979.
  • Корякин В. И. Термическое разложение древесины. — Гослесбумиздат, — М.: 1962.
  • Юдкевич Ю. Д., Васильев С. Н., Ягодин В. И. Получение химических продуктов из древесных отходов — изд. ЛТА, С.-Пб., 2002.
  • Юрьев Ю. Л. Древесный уголь. Справочник. — Екатеринбург: Сократ, 2007. — 184 с. — ISBN 978-5-88664-298-8.

Ссылки