Метиловый спирт, уксусная кислота, смола

В результате этого процесса пиролиза древесины получаются твердые, жидкие и газообразные продукты. Твердые продукты остаются в виде древесного угля в аппарате, в котором ведется пиролиз, а жидкие и газообразные продукты выделяются совместно в виде парогазовой смеси. Парогазовую смесь разделяют путем охлаждения на конденсат (жижку) и некон­денсирующиеся газы. Жижку перерабатывают на уксусную кис­лоту, метиловый спирт, смолу и другие продукты, а неконденсирующиеся газы сжигают как топливо.

Процесс разложения древесины при пи­ролизе можно подразделить на четыре стадии: 1) сушку; 2) на­чало разложения; 3) образование, испарение и возгонку основ­ного количества продуктов разложения древесины, протекающие при 270—450 °С с бурным выделением тепла (экзотерми­ческий процесс); 4) прокаливание угля до конечной темпера­туры обычно не выше 550—600 °С и удаление остатков лету­чих веществ. Кроме третьей стадии, все стадии процесса тре­буют подвода тепла извне.

Тепловой эффект процесса термораспада древесины зависит от условий проведения пиролиза и мало зависит от типа и кон­струкции аппарата. Величина низшего теплового эффекта со­ставляет 1000—1250 кДж/кг, или 5—6 % от теплоты сгорания исходной древесины.

В аппаратах периодического действия стадии процесса про­текают последовательно во времени, тогда как в непрерывно- действующем аппарате в одно и то же время в верх­ней зоне происходит сушка, ниже — нагревание древесины до температуры экзотермической реакции, в средней зоне — разло­жение древесины и прокаливание угля и в нижней — охлажде­ние угля перед выгрузкой. Поэтому при работе периодически действующего аппарата состав парогазовой смеси по ходу про­цесса изменяется, а при непрерывном процессе остается во вре­мени практически постоянным.

Первым из компонентов древесины, уже при температуре не­сколько ниже 150 °С, начинает распадаться ксилан, но в основ­ном его распад идет при 250—260 °С с образованием фурфу­рола, уксусной кислоты и газов. Начинается распад лигнина.

Схема прямого процесса газификации древесины

1 - зона подсушки;

2 - зона пиролиза;

3 - зона горения;

4 - зона восстановления;

5 - зольник.

Этот процесс вследствие гетеро- и гемоли­тической диссоциации химических связей между структурными единицами лигнина и внутри их приводит к образованию низкомолекулярных летучих соединений и полной пере­стройке первичной структуры лиг­нина. Процесс деполимеризации цел­люлозы протекает при температуре выше 300 °С. Как целлюлоза, так и лигнин при пиролизе дают уголь, газы и смолу. Однако из целлюлозы выход угля равен 35%, а из лигни­на— около 50%. Газы, полученные при разложении лигнина, содержат около 50 % СО, 35—40 % СН4 и лишь немного СО₂, тогда как целлю­лоза дает низкокалорийный газ, со­держащий более 60 % СО₂. Образо­вание метана (СН4) происходит в ос­новном за счет метоксильных групп лигнина.

Ароматические соединения, содержащиеся в древесных смо­лах (фенолы и др.), образуются при термическом разложении лигнина, алифатические соединения — в основном из целлю­лозы и других полисахаридов.

Уксусная кислота получается из целлюлозы в количестве 2—3 %, из лигнина — около 1 %. Основным ее источником яв­ляются ацетильные группы древесины, содержание которых больше в древесине лиственных пород, поэтому выход уксусной кислоты из пород лиственной древесины выше, чем из хвой­ной. Древесина лиственных пород особенно береза и бук, пред­почтительна для пиролиза, так как из нее получают более хо­роший уголь.

Метиловый спирт образуется в основном из метоксильных групп метилглюкуроновой кислоты, входящей в состав гемицел­люлоз. Немного метилового спирта образуется из лигнина.

Фурфурол целиком получается в результате деструкции пен­тозанов и дегидратации образующихся при этом пентоз. Если древесину перед пиролизом пропитать разбавленной серной кислотой, то выход фурфурола в несколько раз увеличится.

Проводя термическое разложение древесины с одновремен­ным ее окислением, например путем обработки в водной среде кислородом под давлением и при высокой температуре, можно- получить из нее уксусную кислоту с выходом около 15 %„ а также муравьиную кислоту.

Газификация древесины. К области термического разложе­ния древесины относится также и ее газификация, т. е. безос­таточное (если не считать золы) разложение древесины в га­зогенераторах. Различают два основных процесса газифика­ции— прямой и обратный. При прямом процессе поток газов направлен снизу вверх, воздух вводится ниже ко­лосниковой решетки (на которой располагается древесное сырье — поленья, чурки или щепа), а образовавшийся генера­торный газ отводится сверху. При прямом про­цессе (рис. 1.) движение газов происходит сверху вниз, воз­дух подводится немного выше колосниковой решетки, а генера­торный газ отводится снизу.