Sucha destylacja drewna

Sucha destylacja (inaczej destylacja rozkładowa lub piroliza) to rozkład biomasy lub innego paliwa stałego (drewna) pod wpływem dostarczonego ciepła przy znacznym niedomiarze powietrza (tlenu), przeprowadzany w retortach ogrzewanych gazami spalinowymi.

Piroliza zachodzi w temperaturze 200-600C przy bardzo małym dostępnie tlenu. W jej trakcie następuje wyodrębnienie z drewna lotnych składników (drewno zawiera ich nawet do 80%). Jako odrębny, samodzielny proces, piroliza jest stosowana w przemyśle do produkcji różnych substancji.

Produktami pirolizy drewna są: węgiel drzewny, gaz drzewny (zawierający dwutlenek węgla, tlenek węgla, metan i wodór), destylat wodny (zawierający kwas octowy, metanol i aceton) oraz smoła drzewna (złożona z homologów fenolu, kreozotu, gwajakolu, terpentyny, paku i in. substancji).

Ponieważ piroliza to jeden z etapów zgazowania, pojęcia te są czasami mylone. Główną różnicą jest ilość powietrza (tlenu), która bierze udział w procesie. Różnica jest też w produktach obu procesów -- w przypadku zgazowania mamy tylko palny gaz (gaz drzewny) i popiół.

Sucha destylacja drewna, prowadząca do wytworzenia spirytusu drzewnego- metanolu
CO + 2H2 _ CH3OH . Uzyskamy zatem nie kwaśną wodę, lecz od razu surowy spirytus drzewny

W destylacji rozkładowej wyróżnia się cztery zasadnicze stadia:
do temp. 170 oC wydzielanie wody,
170 -270 oC wydzielanie gazów (CO i CO2), powstawanie małych ilości kondensujących par zawierających kwas octowy i metanol, zaczyna się również w małych ilościach wydzielać smoła,
270 - 280 oC proces nabiera charakteru egzotermicznego, następuje silne wydzielanie kwasu octowego, metanolu i smoły oraz węglowodorów,
280 - 400 oC jest to stadium najsilniejszego wydzielania się węglowodorów i początek powstawania wodoru.


Skład destylatów zależy przede wszystkim od gatunku i rodzaju drewna poddawanego destylacji rozkładowej. Największe ilości metanolu, ale i kwasu octowego można otrzymać z następujących drzew liściastych: buk, brzoza, dąb, lipa osika i grab, oraz iglastych: sosna i świerk. Skład produktów termicznego rozkładu drewna zestawiono w tabeli poniżej.





Nazwa produktu Brzoza Buk Sosna Świerk

Węgiel drzewny 31,80 34,97 37,83 37,81
Dwutlenek węgla 9,96 10,90 10,13 10,30
Tlenek węgla 3,32 4,22 3,74 3,76
Metan 0,54 0,47 0,23 0,20
Inne węglowodory 0,19 0,20 0,59 0,62
Kwas octowy 7,08 6,04 3,50 3,19
Metanol 1,60 2,07 0,88 0,96
Aceton 0,19 0,20 0,18 0,20
Smoła rozpuszczalna
w kw.octowym 8,15 5,89 8,03 7,75

Smoła osadowa 7,93 8,11 11,79 8,08
Woda 27,81 26,58 22,27 25,70

Obecność kory wpływa w znacznym stopniu na wydajność poszczególnych produktów. Zawartość metanolu, bo ten składnik nas głownie interesuje, w produktach termicznego rozkładu jest większy, gdy poddajemy destylacji drewno pozbawione kory, niż z nią. Udowodniono bowiem, że substancjami uwalniającymi metanol są ligniny zawarte w drewnie. Celuloza i chemicelulozy - główne składniki kory, metanolu nie wydzielają w ogóle.

Udowodniono również, że proces destylacji przebiega wolniej, gdy używa się wałków z korą niż okorowanych. Ilość wody zawartej w drewnie decyduje również o czasie trwania procesu termicznego rozkładu:

Wilgotność [%] 1 5 10 15 20 25 30 35 40
Czas [min] 110 140 180 210 250 285 320 360 400

Szybkość wzrostu temperatury destylacji wpływa również na wydajność poszczególnych produktów. Stwierdzono, że szybki wzrost temperatury, zwłaszcza w fazie egzotermicznej procesu zmniejsza ilość min. metanolu, a zwiększa ilość gazów. Zadbać zatem należy, aby pomiędzy 250 - 300 oC proces przebiegał możliwie powoli. A zatem wiemy już, że najlepszym surowcem do produkcji metanolu będzie okorowane drewno bukowe o możliwie małej wilgotności.

Suchą destylację drewna, w okresie świetności, prowadzono na skalę przemysłową w żelaznych retortach. Były to zbiorniki stalowe szczelnie zamykane o pojemnościach 1-2,5 m3, ogrzewane z zewnątrz. Były to urządzenia pracujące w sposób okresowy tzn. retortę ładowano drewnem, umieszczano nad paleniskiem i po kilku godzinach retortę wyjmowano, opróżniano z węgla drzewnego, a na jej miejsce nad palenisko wędrowała następna retorta. Do ogrzewania retort bardzo często wykorzystywano powstały w poprzedniej szarży węgiel drzewny. Znane również są urządzenia, wykorzystujące jako paliwo wspomagające powstające w trakcie destylacji palne gazy (tzw. holzgaz).