Пиролиз древесины – один из первых химических процессов, взятых на вооружение людьми. Начиная с 12 века, его широко использовали в России для выработки сосновой смолы (служит для просмолки деревянных судов и пропитки канатов), этот процесс назывался смолокурение.

   Считается, что в Швеции в 16 веке впервые началось применение технологии пиролиза в промышленных масштабах. Шведы использовали технологию пропитки корабельной древесины дубильными сосновыми смолами, получаемыми в результате простейшего пиролиза. В медный чан закладывались поленья хвойных пород древесины, чан герметично закрывался, чем достигалось отсутствие доступа воздуха внутрь. Чаном на открытом пламени разогревали до температуры 400°С-500°С, и при этом на дне скапливались маслянистые смолы, которые сливались через отверстие в дне. С развитием металлургии возник другой промысел, основанный на технологии пиролиза древесины, – углежжение. При сжигании древесины без доступа воздуха получался древесный уголь.

    Российские химики Юлия Всеволодовна Лермонтова и Александр Александрович Летний впервые в истории химической науки обратили внимание на то, что каменный уголь дает светильный газ (смесь водорода, метана, окиси углерода и других горючих газов, получаемая при пиролизе каменного угля или нефти), худший по качеству, чем газ нефтяного происхождения. А уже в 1877 году эффект пиролиза углеводородов был запатентован Александром Александровичем Летним.

Ещё в 1875 он обнаружил, что при температуре выше 300° С тяжёлые нефтяные остатки частично разлагаются на более лёгкие продукты — бензин, керосин, газы. это В 1877 впервые выделил из нефти ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол, антрацен и др.); установил важные закономерности процесса пиролиза нефти. Практически в это же время были построены первые заводы в Киеве и Казани. Для получения газа для освещения, пиролизу подвергали керосин. Большой толчок к развитию промышленного применения технологии пиролиза дала Первая мировая война, когда возникла большая потребность в толуоле – сырье для производства тротила. В 20 веке существенный вклад в разработку новых направлений пиролиза древесины внес профессор Тищенко Д. В.

В нашей стране на протяжении долгого времени (когда ещё не начали использовать природный газ) пиролиз твердого топлива был весьма важным направлением в энергетике. На многих предприятиях было установлено мощное газогенераторное оборудование, а автомобили оснащались двигателями, работающими на генерируемом в процессе пиролиза газе.

В 30-е годы XX века индустриализация в СССР проходила очень стремительно. Для обеспечения таких темпов требовался огромный парк автомобильной техники, для работы которого в свою очередь требовалось громадное количество углеводородного топлива – бензина и солярки. Нефтепродуктов постоянно не хватало.

Для того чтобы решить эту проблему широко применялись мобильные газогенераторы, которые были изобретены еще во время первой мировой войны. Схема газогенераторной установки проста. Загруженное в газогенератор топливо поджигается через воздушный клапан при помощи факела. Воздух, необходимый для газификации, засасывается в камеру через фурменные отверстия благодаря разрежению, создаваемому всасывающим действием двигателя. Причем его количество должно быть недостаточно для полного сгорания топлива. При этом углерод топлива соединяется с кислородом воздуха, образуя углекислый газ (СО2) и окись углерода (СО). Далее они попадают в зону восстановления, где проходит через слой раскаленного угля, лежащего на колосниковой решетке.

В результате негорючий СО2 превращается в горючий СО. Входящий в состав топлива водород частично соединяется с кислородом, образуя воду, которая присоединяется к влаге топлива, а остальной выделяется в чистом виде. Под влиянием высоких температур в камере газификации часть влаги соединяется с углеродом, образуя окись углерода и водород. Окись углерода, вместе с ранее образованной и полученной в результате восстановления углекислого газа, переходит в состав генераторного газа. Водород же, полученный в результате разложения воды, суммируется со свободным водородом, причем часть этого водорода переходит в состав генераторного газа, а другая часть вступает в химическую реакцию с углеродом топлива, образуя метан.

Теоретически весь кислород воздуха должен израсходоваться при газификации, однако в действительности часть его сохраняется и переходит в состав генераторного газа. Вода, не разложившаяся при газификации, переходит в генераторный газ в виде пара. В слое топлива, находящегося непосредственно над зоной горения, происходит процесс пиролиза топлива (или сухой перегонки), то есть нагрев без доступа воздуха. Продуктами сухой перегонки являются древесный уголь или кокс, а также летучие вещества, смолы и влага, выходящие в газо- и парообразном состоянии. Все продукты сухой перегонки в описанном типе генератора целиком проходят через зону горения и восстановления, где подвергаются процессам газификации, несколько более сложным, чем описано, но дающим те же основные продукты. Над зоной сухой перегонки находится зона подсушки, где происходит высыхание топлива. При выходе из генератора газ имеет высокую температуру и засорен золой и частицами угля. В таком виде он не может использоваться в двигателе и перед поступлением в цилиндры должен быть очищен и охлажден.

По всему миру пиролизный газ начинают использовать как альтернативный источник энергии, прежде всего тепловой. Во многих европейских странах пиролизный газ давно стал обычным топливом, на котором десятками лет вырабатывается электроэнергия, пар и горячая вода. В настоящее время процесс термического пиролиза углеводородного сырья является главным способом получения этилена и пропилена.

   Пиролиз твердого топлива имеет ту же сущность, что и жидкообразного, о котором писал Летний. При расщеплении молекул твердого топлива образуется обогащенная углеродом твердая фаза (кокс, уголь) и газовая, содержащая пары углеводородов (пиролизный газ). Пиролизный газ получается в процессе термохимических превращений твердого топлива как в условиях без доступа воздуха при нагревании до 500°С-1000°С с теплотой сгорания 3000-4000 ккал/нм3, так и в процессе горения при недостатке воздуха по реакции С+О2=СО2+Q , далее СО2+С=2СО-Q , С+Н2О=СО+Н2-Q с теплотой сгорания 900-1600 ккал/нм3.

   В основу работы пиролизного (газогенераторного) котла как раз и положен принцип пиролизного сгорания топлива, смысл которого заключается в том, что под действием высокой температуры и в условиях отсутствия воздуха древесина распадается на летучую часть - пиролизный газ и твердый остаток (золу). После сжигания в топке котла твердого топлива, которое протекает в виде его тления, выделившийся пиролизный газ поступает в камеру для дожига газа, после чего он сгорает очень чистым пламенем. Энергия сгорания пиролизного газа из камеры дожига отбирается через теплообменник и используется для нагрева теплоносителя, участвующего в процессе горения. Таким образом, пиролизные котлы на твердом топливе имеют больший КПД и позволяют регулировать мощность.

В условиях удорожания таких энергоносителей как газ и жидкое топливо, становится более актуальным вопрос газификации твердого топлива, в частности, древесины и угля. Россия является одной из самых богатых лесом стран. У нас работали лучшие в мире ученые, занимающимся пиролизом, в том числе пиролизом древесины. Пиролизные котлы - это выгодное, эффективное, и очень экономичное теплооборудование для любого помещения!