Uhlie - škola chémie
Drevené uhlie
Drevené uhlie je tuhé palivo a vzniká, keď sa drevo suché na vzduchu (vysušené na 13 až 18% vody) zahreje na nedostatok vzduchu a bez kyslíka (pyrolýza) na teplotu 275 ° C. Teplota sama o sebe stúpne na 350 až 400 ° C (zuhoľnatenie, podobné ako pri koksovaní uhlia). Prchavé zložky dreva horia. Okrem plynných produktov rozkladu (pozri metanol) sa získa asi 35% dreveného uhlia ako zvyšku. Pri neskoršom horení nedôjde k zasiahnutiu plameňa a k popáleniu pri vyššej teplote ako pri dreve.
Rovnakou technikou môžete pridať aj rašelinu Rašelinové uhlie konvertovať. Rašelinové uhlie, ktoré má podobné vlastnosti ako drevené uhlie, bolo v 18. a na začiatku 19. storočia pomerne bežné kvôli nedostatku dreva, dnes sa však vyskytuje zriedka.
Vlastnosti a zloženie
Drevené uhlie je zmes organických zlúčenín s 81 až 90% uhlíka, 3% vodíka, 6% kyslíka, 1% dusíka, 6% vlhkosti a 1 až 2% popola.
Drevené uhlie vytvára sypký čierny produkt so zdanlivou hustotou 450 kg/m³ (pórovitý) a skutočnou hustotou 1400 kg/m³ (bez pórov). Vďaka množstvu mikroskopických výklenkov, priehlbín, kanálikov a podobne (objem pórov 70 až 85%, vnútorný povrch 50 až 80 m²/gram) má vysokú adsorpčnú kapacitu.
Uhlie sa dá ľahko zapáliť (200 až 250 ° C) a naďalej horí bez plameňa, pretože plyny tvoriace plameň už počas zuhoľnatenia unikli. Teplota spaľovania dreveného uhlia je 800 ° C. [1]
Pri spaľovaní sa uvoľní okolo 28 až 34 megajoulov energie na kilogram dreveného uhlia. Spaľuje bez síry.
Výroba
Drevené uhlie sa vyrába zahriatím dreva bez prístupu vzduchu. Rôzne fázy procesu pyrolýzy sa rozlišujú v závislosti od teploty.
V počiatočnej fáze vedú teploty do 220 ° C hlavne k zahrievaniu a sušeniu materiálu, pričom sa uvoľňuje vodík a stopy oxidu uhličitého, kyseliny octovej a kyseliny mravčej. Uvoľňovanie týchto látok sa zvyšuje až na asi 280 ° C vo fáze pyrolytického rozkladu, ktorá je rovnako ako počiatočná fáza endotermická. Pri teplote vyššej ako 280 ° C dochádza k silnej exotermickej reakcii, pri ktorej sa ako energia uvoľní asi 880 kJ/kg dreva ako taká a proces sa zahreje na viac ako 500 ° C. Tak vznikajú horľavé plyny (pozri tiež pod drevným plynom), najmä oxid uhoľnatý, metán, formaldehyd, kyselina octová a kyselina mravčia, ako aj metanol a vodík, ktoré horia a vystupujú ako dym. Štruktúra dreva sa mení z fibrilárnej štruktúry nad 400 ° C. dreva do kryštalickej štruktúry grafitu. Pri poslednom endotermickom procese sa dymové plyny štiepia na horľavý oxid uhoľnatý a vodík pri prechode vrstvami, ktoré už boli zuhoľnatené; drevené uhlie zostáva ako zvyšok. [2]
Zuhoľnatenie na hromadách a hromadách
Najstaršou metódou výroby dreveného uhlia (liehovar na uhlie) je starodávna pecná prevádzka (spaľovanie dreveného uhlia), pri ktorej sa drevo stavalo na takmer pologuľovitých alebo kužeľovitých hromadách (peciach) vo veľkých guľatinách pravidelne (stojaceho alebo ležiaceho) okolo troch v strede Kôlky (Quandel) sa položia a pokryjú pokrývkou trávnika, zeminy a uhlia. Pod touto prikrývkou sa spaľovanie uskutočňuje pomocou starostlivo regulovaného prístupu vzduchu tak, aby pokiaľ je to možné, nespálilo sa viac dreva, ako je nevyhnutne potrebné na to, aby sa celá drevná hmota zahriala na zuhoľnatenú teplotu.
Mali by horieť v podstate iba plyny a pary, ktoré sa vytvárajú z ohriateho dreva. Farba unikaného dymu naznačuje, či je zuhoľnatenie dokončené. Potom necháte pec vychladnúť a rozoberiete ju (ťahanie uhlia, dĺžka uhlia).
V minulosti, najmä v južnom Nemecku, Rusku a Švédsku, sa drevo zuhoľňovalo na hromadách alebo v ležiacich rastlinách. Zuhoľnatenie stratifikovaného dreva bolo postupné od jedného konca predĺženej hromady k druhému. Zuhoľnatené kúsky sa postupne vytiahli.
Zuhoľnatenie v peciach
Veľmi podobným spôsobom ako na hromadách alebo hromadách sa zuhoľnatenie uskutočňuje v kruhových alebo štvorcových peciach na tehly, ktoré umožňujú ľahšiu a úplnejšiu extrakciu vedľajších produktov (decht, drevný ocot, ktoré sa zvyčajne pri peci stratia), ale poskytujú nižší výťažok a horšie uhlie. . V týchto peciach, rovnako ako v hromadách a hromadách, prichádza do dreva na zuhoľnatenie vzduch a jeho časť spaľovaním generuje potrebnú teplotu.
Proces zuhoľnatenia je však lepšie pod kontrolou, ak je drevo zuhoľnatené v nádobách, ktoré sú vyhrievané zvonka, to znamená bez prístupu vzduchu. Robí sa to v retortách, rúrach alebo valcoch niekedy s ohrievaným vzduchom, s plynmi z vysokej pece, s prehriatou parou alebo s použitím núteného vzduchu.
Z dreveného uhlia sa vyrábal čierny prášok
Opatrná karbonizácia tohto druhu je zvlášť potrebná pri ťažbe uhlia na výrobu čierneho prášku. Na to sa používajú veľké železné valce, ktoré sú plnené mimo rúry, uzavreté vekom a zatlačené do rúry. Veľké pohyblivé veko uzatvára priestor, v ktorom sa nachádza valec. Plyny vyvíjajúce sa z dreva sa privádzajú do pece. Teplota sa stanoví pomocou pyrometra. Červené uhlie na lovecký prášok sa vyrába prehriatou parou. Drevené uhlie sa získava ako vedľajší produkt pri výrobe svetelného plynu z dreva, pri výrobe dreveného octu a pri tavení dechtu. Pri zahriatí na 150 ° C vydáva drevo iba hygroskopickú vodu; potom sa vytvárajú kyslé pary, od 300 ° C vyššie stále hustejšie žlté alebo žltohnedé pary a plyny. Po ochladení unikajúcich produktov sa získa decht a drevný ocot (ktorý obsahuje aj metanol). Výťažok uhlia klesá s rastúcimi teplotami. Súčasne uhlie neustále bohatne na uhlík a popol a zodpovedajúcim spôsobom chudobnejšie na vodík a kyslík.
Produkt vytvorený pri 270 ° C až 300 ° C je hnedočierny (červené uhlie, pražené drevené uhlie) a má takmer rovnakú výhrevnosť ako čierne uhlie vyrobené nad 340 ° C, s výťažkom o polovicu vyšším. Červené uhlie sa preto často vyrába na metalurgické účely a pre určité vlastnosti aj na výrobu strelného prachu. So zvyšovaním teploty karbonizácie sa zvyšuje aj tesnosť a vodivosť uhlia pre teplo a elektrinu; ale zároveň klesá horľavosť uhlia a jeho tendencia priťahovať vlhkosť.
Výsledky zuhoľnatenia s rôznymi druhmi dreva
Na základe skutočného objemu je priemerný výnos uhlia 47,6 percenta.