Химический состав
Древесный уголь - макропористый высокоуглеродистый продукт, получаемый
пиролизом древесины без доступа воздуха. Структура и св-ва угля
определяются т-рой пиролиза. Пром. древесный уголь, получаемый при
конечной т-ре 450-550 °С, - аморфный высокомолекулярный продукт,
включающий алифатические и ароматические структуры; состав: 80-92% С,
4,0-4,8% Н, 5-15% О. древесный уголь содержит также 1-3% минер.
примесей, гл. обр. карбонатов и оксидов К, Na, Ca, Mg, Si, Al, Fe.
Кажущаяся плотность елового угля составляет 0,26, осинового - 0,29,
соснового - 0,30, березового - 0,38 г/см3; истинная плотность древесный
уголь 1,43 г/см3; пористость 75-80%; уд. теплоемкость 0,69 и 1,21
кДж/(кг.К) соотв. при 24 и 560 °С; теплопроводность 0,058 Вт/(м.К),
теплота сгорания 31500-34000 кДж/кг, уд. электрич. сопротивление
0,8.108 0,5.102 Ом.см. древесный уголь обладает парамагнитными
свойствами, обусловленными присутствием стабилизирующих макрорадикалов
(парамагнитных центров ПМЦ) - высокореакционноспособных концевых
радикалов Rк* и менее реакционноспособных срединных радикалов Rcp*,
макс. концентрации к-рых достигаются соотв. при 550 и 325 °С. При
термообработке древесный уголь (400-900 °С) без доступа воздуха в
результате реакций Rк + RH : RкH + Rcр*, Rср* : Rк + CO + CО2 + H2 +
СmНn и R* + R* : R-R происходит уплотнение его структуры,
сопровождаемое убылью массы (до 18%) и выделением смеси газов,
содержащей (в % по объему) от 12,7 до 0,7 СО, от 8,5 до 4,5 СО2, от
36,5 до 67,5 Н2, от 45,0 до 24,0 углеводородов (преимущественно, СН4).
Снижаются доля алифатических структур, водорода (до 1,5%), кислорода
(до 4,5%), концентрация ПМЦ (до 1,7.1018 спин/г), удельное
электрическое сопротивление (до 0,5 Ом.см). Повышаются доля
ароматических структур и углерода (до 95%), степень кристалличности,
истинная плотность (до 1,97 г/см3). Присутствие макрорадикалов
обусловливает высокую реакционную способность древесного угля по
отношению к кислороду. Так, свежеприготовленный древесный уголь
при 30-90 °С за 1 ч хемосорбирует из воздуха 0,5-2% (от массы угля)
кислорода; одновременно из угля выделяются низкомол. продукты, гл. обр.
вода (0,3-1,5%). На воздухе развивается цепной разветвл. процесс
автоокисления древесный уголь: Rк* + О2 : RкOO*; RкOO* + RH : RкOOH +
Rср*, Rср* + О2 : RсрОО*, RсрОО* + RH : RcpOOH + Rсp*, RcpOOH + RH :
RO* + R* + H2O и R* + R* : R-R. В результате может произойти
самовозгорание древесный уголь, если к.-л. из параметров процесса
(концентрация ПМЦ, т-ра, концентрация О2 и геом. размеры массы угля)
превысит нек-рую критич. величину. Чтобы избежать этого, древесный
уголь стабилизируют, выдерживая слой угля высотой не более 60 мм при
50-80°С не менее 10 мин, т. е. в условиях, когда ни один из параметров
не превышает критическую величину, древесный уголь
получают пиролизом древесины в стальных вертикальных непрерывно
действующих ретортах производительностью 100-2200 кг/ч, а также в
различных печах. Выход древесного угля в пересчете на нелетучий углерод составляет 21-25% от безводной древесины.
|
