Древесный уголь

редактировать
Легкий черный углеродный остаток после пиролиза веществ животного или растительного происхождения

Сжигание древесного угля Файл: Red charcoal.ogv Воспроизвести медиа Сжигание мангрового угля видео Древесная куча перед ее покрытием дерном или почвой и обжигом (около 1890 г.)

Древесный уголь представляет собой легкий черный углерод остаток, образовавшийся при сильном нагревании древесина (или другие материалы животных и растений ), чтобы удалить всю воду и другие летучие компоненты. В традиционной версии этого процесса пиролиза, называемого сжиганием древесного угля, тепло подается за счет сжигания части самого исходного материала с ограниченным поступлением кислорода. Древесный уголь также может быть произведен путем нагрева материала в закрытой реторте.

. Этот процесс также происходит при сжигании дров, как в камине или дровяной печи. Видимое пламя в этом случае на самом деле связано с сгоранием летучих веществ, выделяемых при превращении древесины в древесный уголь. сажа и дым, обычно выделяемые при дровах, возникают в результате неполного сгорания этих летучих веществ. Сам древесный уголь горит при более высокой температуре, чем древесина, при этом почти не видно пламени и практически не выделяется дыма, сажи или несгоревших летучих веществ.

Содержание
  • 1 История
  • 2 Методы производства
  • 3 Типы
  • 4 Использование
    • 4.1 Металлургическое топливо
    • 4.2 Промышленное топливо
    • 4.3 Топливо для варки и нагрева
    • 4.4 Восстановление агент
    • 4.5 Производство синтез-газа, автомобильное топливо
    • 4.6 Пиротехника
    • 4.7 Косметическое использование бамбукового угля
    • 4.8 Источник углерода
    • 4.9 Очистка и фильтрация
    • 4.10 Искусство
    • 4.11 Садоводство
    • 4.12 Животноводство
    • 4.13 Медицина
  • 5 Экологическая устойчивость
  • 6 В популярной культуре
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки
История

The производство древесного угля в местах, где много древесины, восходит к древним временам. Обычно он начинается с укладки деревянных заготовок на концах в виде конической кучи. Внизу оставлены отверстия для впуска воздуха, а центральная шахта служит дымоходом. Вся куча покрыта дерном или увлажненной глиной. Обжигание начинается в нижней части дымохода и постепенно распространяется наружу и вверх. Успех операции зависит от скорости сгорания . В средних условиях из древесины получается около 60% древесного угля при объеме или 25% при весе ; Методы мелкомасштабного производства часто дают только около 50% от объема, в то время как методы крупномасштабного производства позволяют повысить урожайность примерно на 90% к 17 веку. Операция настолько тонкая, что ее обычно оставляли на усмотрение угольщиков (профессиональных угольных горелок). Часто они жили одни в маленьких хижинах, чтобы ухаживать за грудой дров. Например, в горах Гарца в Германии, угольщики жили в конических хижинах под названием Köten, которые являются

Заброшенная печь для обжига древесного угля недалеко от Уокера, штат Аризона, США.

Массовое производство древесного угля (на его пике занято сотни тысяч человек, в основном в альпийских и соседних лесах) было основной причиной вырубка лесов, особенно в Центральной Европе. В Англии многие леса обрабатывались как поросль, которые циклически вырубались и отращивались, чтобы обеспечить стабильные поставки древесного угля. Жалобы (еще в период Стюарта ) на дефицит могут относиться к результатам временной чрезмерной эксплуатации или невозможности увеличения производства для удовлетворения растущего спроса. Возрастающий дефицит легко заготовляемой древесины был основным фактором перехода на эквиваленты ископаемого топлива, в основном уголь и бурый уголь для промышленного использования.

Современный процесс обугливания древесины мелкими кусками или опилками в чугунных ретортах широко практикуется там, где древесины мало., а также для извлечения ценных побочных продуктов (древесный спирт, пиролиновая кислота, древесная смола ), что позволяет процесс. Вопрос о температуре карбонизации является важным; Согласно Дж. Перси, древесина становится коричневой при 220 ° C (428 ° F), темно-коричнево-черной через некоторое время при 280 ° C (536 ° F) и легко измельчаемой массой при 310 ° C (590 ° F).). Древесный уголь, приготовленный при 300 ° C (572 ° F), коричневый, мягкий и рыхлый, легко воспламеняется при 380 ° C (716 ° F); Изготовленный при более высоких температурах, он твердый и хрупкий и не воспламеняется, пока не нагреется до температуры около 700 ° C (1292 ° F).

В Финляндии и Скандинавии древесный уголь считался побочным продуктом производства древесной смолы. Лучшая смола была получена из сосны, поэтому сосновые леса вырубали для пиролиза смолы . Остаточный древесный уголь широко использовался в качестве замены металлургического кокса в доменных печах для плавки. Производство смолы привело к быстрой вырубке местных лесов. Прекращение производства смолы в конце 19 века привело к быстрому лесовосстановлению пострадавших территорий.

Американская форма угольного брикета была впервые изобретена и запатентована Эллсуортом Б. А. Звойером из Пенсильвании в 1897 году и произведена компанией. Этот процесс получил дальнейшую популяризацию благодаря Генри Форду, который использовал древесину и опилки из автомобилестроения в качестве сырья. Ford Charcoal впоследствии стал Kingsford Company.

Методы производства
Древесный уголь под микроскопом.

Древесный уголь производился различными методами. Традиционный метод в Великобритании использовал зажим. По сути, это груда деревянных бревен (например, выдержанного дуба), прислоненная кругом к дымоходу. Дымоход состоит из 4 деревянных кольев, удерживаемых веревкой. Бревна полностью засыпаны землей и соломой, поэтому воздух не проникает внутрь. Его необходимо зажечь, заправив в дымоход немного горящего топлива; поленья горят очень медленно и превращаются в древесный уголь за 5 дней горения. Если почвенное покрытие порвется или потрескается в результате пожара, на трещины закладывают дополнительный грунт. По окончании горения дымоход перекрывают, чтобы в него не попал воздух. Истинное искусство этого метода производства состоит в том, чтобы управлять выделением достаточного количества тепла за счет сжигания части древесного материала и его передачи деревянным частям в процессе карбонизации. Сильный недостаток этого способа производства - огромное количество вредных для здоровья человека и окружающей среды выбросов (выбросы несгоревшего метана). В результате частичного сгорания древесного материала эффективность традиционного метода невысока.

Современные методы используют технологию автоклавирования, в которой технологическое тепло рекуперируется и обеспечивается исключительно за счет сгорания газа, выделяющегося во время карбонизации. Выход автоклавирования значительно выше, чем при обжиге в печи, и может достигать 35-40%.

Свойства получаемого древесного угля зависят от обугленного материала. Температура обугливания также важна. Древесный уголь содержит различные количества водорода и кислорода, а также золу и другие примеси, которые вместе со структурой определяют его свойства. Примерный состав древесного угля для пороха иногда эмпирически описывается как C 7H4O. Чтобы получить уголь высокой чистоты, исходный материал не должен содержать нелетучих соединений.

Древесный уголь получают в виде остатка деструктивной перегонкой древесины, в результате чего получают следующие продукты:

Типы
Бинчотан, японский древесный уголь высокого качества, изготовленный из дуба убаме Огатан, брикеты древесного угля, изготовленные из опилок Файл: BurningOgatan (JapaneseBriquetteCharcoal).theora.ogv Игровая среда Горящий огатан
  • Обычный древесный уголь изготавливается из торфа, угля, дерева, скорлупы кокосовых орехов или нефти.
  • Сахарный уголь получают из карбонизация сахара и особо чистый. Его очищают кипячением с кислотами для удаления любых минеральных веществ, а затем долго сжигают в потоке хлора, чтобы удалить последние следы водорода. Его использовал Анри Муассан в своей ранней попытке создать синтетические алмазы.
  • Активированный уголь похож на обычный древесный уголь, но производится специально для медицинского использования. Для производства активированного угля обычный древесный уголь нагревается примерно до 900 ° C (1650 ° F) в присутствии газа (обычно пара), в результате чего уголь образует множество внутренних пространств или «пор», которые помогают активированному углю образовывать множество внутренних пространств. улавливать химические вещества. Примеси с поверхности древесного угля также удаляются во время этого процесса, что значительно увеличивает его адсорбционную способность.
  • Кусковой древесный уголь - это традиционный древесный уголь, изготовленный непосредственно из материала твердой древесины. Обычно он производит гораздо меньше золы, чем брикеты.
  • Японский древесный уголь был удален пиролиновой кислотой во время производства древесного угля; поэтому при горении он почти не производит запаха или дыма. Традиционный древесный уголь Японии подразделяется на три типа:
    • Белый уголь (Бинчотан ) очень твердый и издает металлический звук при ударе.
    • [ja ]
    • Огатан - это более новый тип, изготовленный из затвердевших опилок.
  • брикеты в форме подушки изготавливаются путем прессования древесного угля, обычно производимого из опилок и других побочных продуктов древесины, со связующим и другими добавками. Связующим веществом обычно является крахмал. Брикеты могут также включать бурый уголь (источник тепла), минеральный углерод (источник тепла), бура, нитрат натрия (средство для воспламенения), известняк (средство для отбеливания золы), сырые опилки (воспламеняющие вещества) и другие добавки.
  • Древесный уголь из древесных брикетов производится прессованием опилок без связующих и добавок. Это предпочтительный древесный уголь на Тайване, в Корее, Греции и на Ближнем Востоке. Он имеет круглое отверстие в центре с шестиугольным пересечением. Он используется в первую очередь для барбекю, так как не производит запаха, дыма, мало золы, сильно нагревается и долгое время горения (более 4 часов).
  • Экструдированный древесный уголь изготавливается путем экструдирования либо необработанной измельченной древесины, либо обугленной древесины в бревна без использования связующего. Тепло и давление во время процесса экструзии удерживают уголь вместе. Если экструзия производится из необработанного древесного материала, экструдированные бревна впоследствии обугливаются.
Используется
Уголь для гриля, сделанный из скорлупы кокосового ореха

Древесный уголь использовался с давних времен для большого диапазона Его можно использовать в различных целях, включая искусство и медицину, но, безусловно, наиболее важным его применением было металлургическое топливо. Древесный уголь - традиционное топливо кузнечной кузницы и других применений, где требуется сильное тепло. Древесный уголь также исторически использовался как источник черного пигмента путем его измельчения. В этой форме древесный уголь был важен для ранних химиков и входил в состав формул таких смесей, как черный порошок. Благодаря своей высокой площади поверхности древесный уголь может использоваться как фильтр, как катализатор или как адсорбент.

Металлургическое топливо

Древесный уголь горит при температуре, превышающей 1100 градусов Цельсия (2010 градусов Фаренгейта). Для сравнения, температура плавления железа составляет приблизительно от 1200 до 1550 ° C (от 2190 до 2820 ° F). Из-за своей пористости он чувствителен к потоку воздуха, и выделяемое тепло можно уменьшить, контролируя поток воздуха к огню. По этой причине древесный уголь до сих пор широко используется кузнецами. Древесный уголь использовался для производства железа со времен Римской империи и стали в наше время, где он также давал необходимый углерод. Брикеты древесного угля могут гореть примерно до 1260 ° C (2300 ° F) с помощью кузницы с принудительной подачей воздуха.

В 16 веке Англия была вынуждена принять законы, чтобы предотвратить полное избавление страны от деревьев из-за производство железа. В 19 веке древесный уголь был в значительной степени заменен коксом в производстве стали из-за стоимости.

Промышленное топливо

Исторически древесный уголь использовался в больших количествах для выплавки железа в брумерных цехах, а позже доменных печах и кузница украшений. Это использование было заменено углем в 19 веке в рамках Промышленной революции.

Топливо для приготовления пищи и отопления

До промышленной революции древесный уголь иногда использовался в качестве топлива для приготовления пищи. Считается бездымным топливом ; то есть углерод достаточно чистый, чтобы его сжигание приводило к значительно меньшему загрязнению воздуха, чем при сжигании исходного негарбонизированного органического материала. В 20-м веке законодательство о чистом воздухе предписывало использование бездымного топлива (в основном кокс или древесный уголь) во многих регионах Европы. В 21 веке древесный уголь пропагандируется как способ улучшить здоровье людей, сжигающих сырую биомассу для приготовления пищи и / или обогрева. Современные «брикеты из древесного угля », широко используемые для приготовления пищи на открытом воздухе, изготавливаются из древесного угля, но могут также включать уголь в качестве источника энергии, а также ускорители, связующие вещества и наполнитель.

Восстановитель

Определенные типы древесного угля, например древесный уголь, используются для восстановления нагретых оксидов металлов до соответствующих металлов:

  • ZnO + C → Zn + CO
  • Fe2O3+ 3C → 2Fe + 3CO

Древесный уголь также может использоваться для восстановления перегретого пара до водорода (наряду с образованием монооксида углерода):

Производство синтез-газа, автомобильное топливо

Как и многие другие источники углерода, древесный уголь может использоваться для производства различных синтетических газов. составы, то есть различные смеси CO + H 2 + CO 2 + N 2. Синтез-газ обычно используется в качестве топлива, включая автомобильные двигатели, или в качестве химического сырья.

Во времена дефицита нефти автомобили и даже автобусы были переоборудованы для сжигания древесного газа (газовая смесь, состоящая в основном из разбавителя атмосферного азот, но также содержащий горючие газы, в основном окись углерода ), выделяемые сжигание древесного угля или древесины в древесном газогенераторе. В 1931 Тан Чжунмин разработал автомобиль, работающий на древесном угле, и эти автомобили были популярны в Китае до 1950-х годов, а в оккупированной Франции во время Второй мировой войны (так называемые газогены

Пиротехника

Древесный уголь используется для производства черного пороха, который широко используется при производстве фейерверков. Обычно его измельчают в мелкий порошок, причем размер частиц аэродинамического качества является самым мелким из имеющихся на рынке. При использовании в композициях черного порошка его часто измельчают в шаровой мельнице с другими ингредиентами, так что они тщательно смешиваются друг с другом. Некоторые древесные угли работают лучше, когда их используют для изготовления черного порошка, например, из ели, ивы, павловнии и виноградной лозы. Древесный уголь дает мелкие темно-оранжевые / золотые искры. Обычно порошок с размером ячеек от 10 до 325 используется для получения дождя золотых искр в пиротехнических композициях.

Использование бамбукового угля в косметике

Древесный уголь также входит в состав многих косметических продуктов. Может производиться на складе. из обычного бамбука нарезать небольшими кусочками и отварить в воде для удаления растворимых соединений. Необработанный бамбуковый уголь получают после сушки и карбонизации в печи при повышенной температуре. Роль древесного угля в косметике основана на его высокоэффективных абсорбирующих свойствах в микроскопическом масштабе.

Источник углерода

Древесный уголь может использоваться в качестве источника углерода в химических реакциях. Одним из примеров этого является производство сероуглерода посредством реакции паров серы с горячим углем. В этом случае древесину следует обжечь при высокой температуре, чтобы уменьшить остаточные количества водорода и кислорода, которые приводят к побочным реакциям.

Очистка и фильтрация

Активированный уголь

Древесный уголь может быть активирован для повышения его эффективности в качестве фильтра. Активированный уголь легко адсорбирует широкий спектр органических соединений, растворенных или взвешенных в газах и жидкостях. В некоторых промышленных процессах, таких как очистка сахарозы от тростникового сахара, примеси вызывают нежелательный цвет, который можно удалить с помощью активированного угля. Он также используется для поглощения запахов и токсинов из газов, таких как воздух. Угольные фильтры также используются в некоторых типах противогазов . В медицине активированный уголь используется в основном для абсорбции ядов. Активированный уголь доступен без рецепта, поэтому его используют для различных целей, связанных со здоровьем. Например, его часто используют для уменьшения дискомфорта и смущения из-за чрезмерного газообразования (метеоризм ) в пищеварительном тракте.

Уголь для животных или костная сажа представляет собой углеродистый остаток Получено путем сухой перегонки костей. Он содержит только около 10% углерода, остальные - это фосфаты кальция и магния (80%) и другие неорганические вещества, изначально присутствующие в костях. Обычно его производят из остатков, полученных при производстве клея и желатина. Его обесцвечивающая способность была применена в 1812 году Деросном для осветления сиропов, полученных при рафинировании сахара ; но его использование в этом направлении в настоящее время значительно уменьшилось из-за введения более активных и легко управляемых реагентов. Он до сих пор в некоторой степени используется в лабораторной практике. Обесцвечивающая способность непостоянна, теряется после некоторого использования; однако его можно оживить путем промывки и повторного нагрева. Древесный уголь также в некоторой степени удаляет красящие вещества из растворов, но древесный уголь, как правило, более эффективен.

Искусство

Четыре палочки виноградного угля и четыре палочки прессованного угля Два угольных карандаша в бумажных футлярах которые разворачиваются, когда используется карандаш, и два угольных карандаша в деревянных футлярах

Уголь используется в искусстве для рисования, делая грубые наброски в живописи и является одним из возможных носителей для создания синтаксического анализа. Обычно его необходимо сохранить с помощью фиксатора . Художники обычно используют древесный уголь в трех формах:

  • древесный уголь создается путем сжигания виноградных лоз.
  • ивовой уголь создается путем сжигания палок.
  • древесный уголь часто используется для " тон »или покрыть большие участки поверхности рисунка. Рисование на тонированных участках еще больше затемняет их, но художник также может осветлить (или полностью стереть) в тонированных областях, чтобы создать более светлые тона.
  • Прессованный уголь порошок древесного угля, смешанный с камедью связующее сжатое в круглые или квадратные палочки. Количество связующего определяет твердость карандаша. Прессованный древесный уголь используется в древесном угле карандаши.

Садоводство

Одно дополнительное использование древесного угля недавно было повторно открыто для садоводства. Хотя американские садоводы использовали древесный уголь в течение короткого времени, исследование на Terra preta почвах в Амазонии обнаружило широкое распространение древесного угля. пиролизом в отсутствие кислорода, т.е. е. biochar, от доколумбовых туземцев для улучшения непродуктивной почвы в почву, богатую углеродом. Этот метод может найти современное применение как для улучшения почвы, так и в качестве средства связывания углерода.

Животноводство

Древесный уголь смешивают с кормом, добавляют в подстилку или используют при обработке навоза. Птица получает выгоду от использования древесного угля таким образом.

Обеспокоенность тем, что активированный уголь может использоваться недобросовестно, чтобы позволить домашнему скоту переносить некачественные корма, загрязненные афлатоксинами, привела к созданию Ассоциации американских чиновников по контролю кормов. запрет на его использование в коммерческих кормах в 2012 году.

Медицина

Куча древесного угля

Древесный уголь в прошлом употреблялся в качестве пищевой добавки при желудочных проблемах в виде угольного печенья. Теперь его можно употреблять в виде таблеток, капсул или порошка для улучшения пищеварения. Исследования относительно его эффективности противоречивы.

Древесный уголь использовался в сочетании с сахарином в исследованиях для измерения мукоцилиарного времени транспортировки.

Древесный уголь также использовался. был включен в формулы зубной пасты ; однако нет никаких доказательств, позволяющих определить его безопасность и эффективность.

Красный колобус обезьяны в Африке были замечены в употреблении древесного угля в целях самолечения. Их листовая диета содержит высокий уровень цианида, который может привести к расстройству желудка. Так они научились употреблять древесный уголь, который поглощает цианид и облегчает расстройство желудка. Эти знания о дополнении их рациона передаются от матери к младенцу.

Экологическая устойчивость

Производство и использование древесного угля, как и любое использование древесной биомассы в качестве топлива, обычно приводит к выбросам и может способствовать вырубка леса.

Использование древесного угля в качестве топлива для плавки снова стало популярным в Южной Америке, что привело к серьезным экологическим, социальным и медицинским проблемам. Производство древесного угля на субиндустриальном уровне является одной из причин вырубки лесов. Производство древесного угля в настоящее время обычно незаконно и почти всегда не регулируется, как, например, в Бразилии, где производство древесного угля является крупной незаконной отраслью для производства чугуна.

Массовое уничтожение лесов было зарегистрировано в таких областях, как Национальный парк Вирунга в Демократической Республике Конго, где он считается основной угрозой выживанию горных горилл. Подобные угрозы обнаружены в Замбии. В Малави нелегальная торговля древесным углем дает работу 92 800 рабочим и является основным источником тепла и топлива для приготовления пищи для 90 процентов населения страны. Некоторые эксперты, такие как Дункан Маккуин, главный научный сотрудник лесной группы, Международный институт окружающей среды и развития (IIED), утверждают, что, хотя незаконное производство древесного угля вызывает вырубку лесов, регулируемая угольная промышленность требовала пересадки и устойчивого использования леса «дадут людям экологически чистую и эффективную энергию, а их энергетика - сильное конкурентное преимущество».

Недавние оценки древесного угля, импортируемого в Европу, показали, что многие древесные угольные продукты производятся из тропической древесины, зачастую незадекларированного происхождения. В ходе анализа древесного угля для барбекю, продаваемого в Германии, Всемирный фонд дикой природы обнаружил, что большинство продуктов содержат тропическую древесину. В качестве заметного исключения делается ссылка на импорт древесного угля для барбекю из Намибии, где древесный уголь обычно производится из избыточной биомассы в результате вторжения кустарников.

В популярной культуре

Последний Раздел фильма Le Quattro Volte (2010) дает хорошую и длинную, хотя и поэтическую, документацию традиционного метода изготовления древесного угля. Артур Рэнсом детский сериал Ласточки и амазонки (в частности, вторая книга, Суоллоудейл ) показывает тщательно нарисованные виньетки из жизней и техник угольщиков в начале 20 века в Озерном крае Великобритании. Опера Антонина Дворжака опера Король и угольщик основана на чешской легенде о короле, который заблудился в лесу и был спасен угольщиком.

См. Также
Ссылки
Внешние ссылки
Найдите charcoal в Викисловаре, бесплатном словаре.
Последняя правка сделана 2021-05-14 06:15:31
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте