Karbonizációs folyamatok
4. fejezet
Karbonizációs folyamatok
4.1 Hogyan alakul át a fa szénné
A szén-dioxid-kibocsátás fázisa meghatározó lehet a szén előállításában, bár ez nem a legdrágább. Hacsak a lehető leghatékonyabban nem fejezik be, kockázatot jelenthet a széntermelés általános működésére nézve, mivel az alacsony karbonizációs hozamok a teljes termelési láncban hatással vannak, magasabb költségek és erőforrások pazarlása formájában.
A fa három fő összetevőből áll: cellulózból, ligninből és vízből. A cellulóz, a lignin és néhány más anyag erősen kötődik egymáshoz, és a fának nevezett anyagot alkotják. A víz vízmolekulaként felszívódik vagy visszatartja a cellulóz/lignin struktúrát. A levegőben szárított vagy "parkoló" fa még mindig 12-18% felszívódó vizet tartalmaz. A nemrég kivágott vagy "nem álló" fa növekvő fa folyékony vizet is tartalmaz, így az összes víztartalom a kemencében szárított fa tömegének százalékában kifejezve körülbelül 40-100%.
A szénsavasodás megkezdése előtt a fa vízét gőzként teljesen el kell távolítani. Nagyon sok energiára van szükség a víz elpárologtatásához, így a fa lehető legszélesebb körű felhasználása a fa előszárításához az elszenesedés előtt nagyban javítja a hatékonyságot. A fában megmaradt vizet el kell párologtatni akár a gödörben, akár a kemencében, és ezt az energiát a fa egy részének elégetésével kell biztosítani, amelyet ehelyett felhasználható szénné lehet átalakítani.
A kemence karbonizálásának első lépése az, hogy a fát 100 ° C-on vagy ennél alacsonyabb hőmérsékleten szárítsa nullára, majd a kemencében szárított fa hőmérsékletét kb. 280 ° C-ra emelje. Az e szakaszok energiája a kemencébe vagy a gödörbe töltött fa egy részének részleges elégetéséből származik, és energiaelnyelő vagy endoterm reakció.
Amikor a fa száraz és 280 ° C körüli hőmérsékletre melegszik, spontán hasadni kezd, szénnel és vízgőzzel, reggelekkel, ecetsavval és összetettebb kémiai vegyületekkel, főleg kátrányok és nem kondenzálódó gázok formájában, amelyek főleg hidrogénben, monoxidban és szén-dioxidban. A kemencébe vagy az elszenesedő gödörbe levegőt engednek be, hogy a fa egy része megégjen, és ebben a levegőben lévő nitrogén is jelen lesz a gázban. A levegőben lévő oxigén a fa egy részének elégetésében fog elkölteni, 280 ° C fölé. energiát szabadít fel, ezért ezt a reakciót exotermnek mondják.
4. táblázat: A karbonizációs hőmérséklet hatása a szén kitermelésére és összetételére
Az alacsony karbonizálási hőmérséklet magasabb szénhozamot eredményez, de alacsony minőségű, maró hatású, mivel savas kátrányokat tartalmaz, és füst nélkül nem ég tiszta lánggal. A jó kereskedelmi szénnek körülbelül 75% fix szénat kell tartalmaznia, amelynek végső karbonizációs hőmérséklete körülbelül 500 ° C szükséges.