Сухой перегонкой дерева называется процесс разложения древесины (уголь -34.8%, жидкость, уксус, деготь и газы) при нагревании  ее без доступа воздуха в особых аппаратах (печах, ретортах, казанах).

Ход процесса сухой перегонки дерева

В процессе сухой перегонки дерево непрерывно убывает в весе и проходит различные стадии разложения. Первая стадия (примерно до 170°С) заключается в отгонке гигроскопической воды. Она требует значительного подвода тепла извне. За сушкой начинается период выделения кислородных газов. При нагревании до 270—280° начинается процесс бурного разложения древесины, сопровождающийся выделением тепла («экзотермический период»). На перегонку 1 кг абсолютно сухой древесины березы при 275° и атмосферном давлении требуется — 258,0 калорий. В этот период выделяется наибольшее количество газа и жидких дестиллатов.

При дальнейшем нагревании выделение газов и паров уменьшается. В газах преобладают углеводороды. К 400° разложение заканчивается. Остаток в виде угля составляет около 3 0 % по отношению к весу абсолютно сухой древесины. Чем выше температура, при которой производится сухая перегонка, тем больше содержание углерода в древесном угле. На процесс сухой перегонки оказывают большое влияние условия ведения процесса: темпа, скорость перегонки,  давление, влажность дерева, предварительна я пропитка  его разными веществами,  способствующими образованию уксусной  кислоты или метанола.

При быстрой перегонке увеличивается выход газов, понижается  выход  угля, уксусной кислоты, метанола. Предварительная пропитка слабым раствором соды, фосфорной кислоты и другими веществами увеличивает выходы метанола.

Первичные продукты сухой перегонки

Газообразные

Продукты сухой перегонки дерева состоят главным образом из СО, и СО с небольшими количествами CH и ненасыщенных углеводородов жирного ряда . Различные исследователи дают весьма различные данные о количественном составе газа. Вы ход газа при сухой перегонке в реторте 1 5 —2 0 % от веса древесины. Приводимые цифры выходов газа вычислены по отношению к сухому веществу древесины. В настоящее время неконденсируемые газы используются почти исключительно как горючее в топках углевыжигательных печей или реторт.

Уксус

Древесный уксус (называется также «подсмольной водой» и «жижкой») представляет красно- бурую жидкость, удельный вес 1,025—1,050,  кислой реакции. Древесный уксус состоит на 8 0 —9 0 % из воды, в которой растворены: уксусная кислота и ее гомологи (муравьиная, пропионован, нормальная масляная и др. кислоты), метанол и др. спирты, ацетон и др. кетоны, альдегиды (уксусный, муравьиный), эфиры кислот, основания и проч. органические соединения. Древесный уксус, получающийся при сухой перегонке лиственных пород, служит исходным материалом дл я получения уксусной кислоты и метанола. Что касается древесного уксуса из хвойных пород, то ввиду значительно меньшего содержания в нем этих веществ переработка его в настоящее время считается невыгодной.

Деготь

Древесный деготь, или смола, густая тяжелая маслянистая жидкость, отделяющаяся при отстаивании полученного из холодильников углевыжигательного аппарата конденсата от водного слоя древесного уксуса.

Древесный уголь

Нелетучий остаток при сухой перегонке дерева не представляет собой элементарного углерода и содержит всегда кроме С еще H, О, N и неорганические соли золу (0,6—I ,5%). Он весьма гигроскопичен и во влажном воздухе насыщается влагой до 10—12% . Найдено, что состав угля, полученного при 400°, может быть условно выражен формулой Ci H ( .Уд. в. плотной массы угля > 1. В тонком порошке, его плотность 1,5—2,0. Вследствие большой пористости угля удельный вес кусков значительно меньше. Вес м 3 сухого угля = 110—180 кг, причем для березового угля он =160—170 кг, для елового угля =110—120 кг, для соснового = 130—140 кг.

Калориметрическая теплопроизводительность 1 кг кучного угля с 9 0 % С = 8.100 калорий, а печного с 8 3 % С = 7.900 калорий.

Сухая перегонка дерева в промышленности

Процесс сухой перегонки дерева в промышленном масштабе может производиться с несколькими целями:

1. С целью пол учения угля для металлургического производства («углежжение»). Как побочные продукты могут получаться: древесный уксус и деготь (или смола), но используются они при углежжении лишь в редких случаях. Дл я углежжения применяются как лиственные, так и хвойные породы;
2. С целью получения древесного уксуса для извлечения из него уксусной кислоты и метанола (собственно «сухая перегонка»). Уголь при этом получается как ценный побочный продукт. Для собственно сухой перегонки дерево употребляются почти исключительно лиственные породы, как дающие большие выходы уксусной кислоты и метанола. Этот вид сухой перегонки носил в России название «спиртопорошкового производства», ибо уксусная кислота раньше получалась на заводах в виде кальциевой соли («древесного порошка»).
3. В настоящее время по экономическим причинам (конкуренция синтетических методов, дороговизна леса) спиртопорошковое производство вытесняется другими более совершенными методами переработки древесного уксуса. Углеокисление и спиртопорошковое производство отличаются условиями ведения процесса, выбором аппаратуры и свойствами продуктов;
4. С целью получения смолы и низкосортных скипидаров (сухая перегонка хвойных пород). Сюда относится смолокурение и скипидарное производство.

Способы переугливания дерева

Ямное

Ямное углежжение являлось примитивной формой добывания древесного угля и применялось у нас на Урале в 17—18 вв., как об этом свидетельствуют раскопки. При этом способе вырывают в земле коническую яму диаметром около 2 м и глубиной 1,2—1.8 м. Стенки ямы обкладывают дерном или берестой, закладывают яму дровами, оставляя внутри канал со щепой. Щепу зажигают и, когда она разгорится, закрывают яму дерном и засыпают землей. В яме происходит медленное горение, за счет тепла которого и происходит обугливание остальной части. Стоячая куча для переугливания дерева или лежачая куча для переугливания дерева облают разной теплотворной способностью. Отрицательные стороны кучного углежжения: необходимость наличия опытных углежогов и зависимость от погоды. Уголь получается неравномерно выложенным и засоренным землей. Выход угля по весу 23—26%.

Костровое

Костровое или кучное углежжение является до сих пор господствующей формой углежжения. По способу укладки дров различают стоячие и лежачие кучи. Дл я устройства вертикальной кучи на очищенном ровном месте с хорошим грунтом вбивают 4 шеста, составляющих канал, и вокруг них укладывают на помосте с некоторым уклоном дрова. Дрова ставятся в три яруса. Над третьим ярусом укладывают «чепец» из мелко расколотых дров для придания куче нужной формы (чаще параболоида). Сверху куча покрывается листвой, ветвями хвойных деревьев или другим подходящим материалом и засыпается землей.

Цель такой покрышки—воспрепятствовать свободному доступу воздуха. Продолжительность выжига кучи зависит от сухости дров, погоды, породы дерева и от опытности углежога. В среднем кучу из 100 м3 дров твердых лиственных пород выжигают в 14 дней, а из мягких—в 17. Процесс кучного углежжения совершается за счет горения части дров путем осторожного впуска воздуха через особые отверстия у помоста. Температура переугливания в куче лежит в пределах 500—700°. Кучной уголь отличается большим содержанием С. Само собой разумеется, что при кучном углежжении нельзя говорить об утилизации летучих продуктов.

Печное углежжение

Печи для сухой перегонки дерева различаются:

• По способу передачи тепла—печи с прямой передачей (топочные газы непосредственно нагревают дрова) и с непрямой (обогрев через стенку);
• По способу действия—периодические и непрерывно действующие. К печам с прямой передачей тепла относится господствующая на Урале печь Шварца. Печь представляет кирпичный ящик с кирпичным сводом. Сверху печь перекрыта деревянной крышей. Отопление печи производится из топки. Топочные газы выходят через отверстия и нагревают своим теплом переугливаемые дрова. Вы ход топочных газов с летучими продуктами сухой перегонки производится через вытяжные деревянные трубы.

Двери служат для загрузки дров и представляют длинный кирпичный наклонный коридор, разделенный на три камеры: приемную,  переугливания и изоляционную, которые отделяются друг от друга спускными железными задвижками. К камере сжигания примыкает тушильник, сделанный из листового железа, и выводная камора. Дрова поступают в печь в вагонетках емкостью около 9 м3 и постепенно проходят все три камеры. Навстречу им двигаются нагретые до 500° в особых нагревательных устройствах — регенераторе R — газообразные продукты сухой перегонки. Эти газы служат передатчиком тепла.

Аппараты из железа

Аппараты из железа для сухой перегонки дерева известны под названием реторт, котлов, казанов. Делаются из толстого листового железа и устанавливаются в обмуровке дл я защиты от непосредственного действия пламени, развиваемого в специальных топках. Процесс сухой перегонки в ретортах происходит вне доступа воздуха. Вместе с тем здесь исключаются потери летучих продуктов через неплотности, всегда возможные в кирпичных аппаратах, и потому ретортами пользуются всегда, когда на первом плане стоит получение древесного уксуса («спиртопорошковое производство»).

В Европе наибольшим  распространением  пользовались горизонтальные реторты емкостью 1,5— 5 м3. Недостатком таких реторт была дороговизна их обслуживания вследствие малой производительности и большого расхода рабочей силы и топлива. Предварительно дрова подсушиваются в особых канальных сушилках отходящими топочными газами до влажности в 15—20%. Процесс обугливания продолжается около 24 час., и полученный уголь затем охлаждается в тушилышках—железных каналах такого же сечения, как и реторты.