Карбонизация - Carbonization

Карбонизация - это превращение органических веществ, таких как растения и останки мертвых животных, в углерод путем деструктивной перегонки .

Сложность карбонизации

Серия процессов, включающих карбонизацию.

Карбонизация является пиролитической реакцией, поэтому считается сложным процессом, в котором одновременно протекают многие реакции, такие как дегидрирование, конденсация, перенос водорода и изомеризация.

Карбонизация отличается от углефикации тем, что она происходит намного быстрее из-за того, что скорость ее реакции на много порядков выше.

Для конечной температуры пиролиза количество приложенного тепла контролирует степень карбонизации и остаточное содержание посторонних элементов. Например, при T ∼ 1200 K содержание углерода в остатке превышает массовую долю 90 мас.%, Тогда как при T ∼ 1600 K обнаруживается более 99 мас.% Углерода. Карбонизация часто является экзотермической , что означает, что в принципе ее можно сделать самоподдерживающейся и использовать в качестве источника энергии, не производящего углекислый газ . (См.) В случае глюкозы реакция высвобождает около 237 калорий на грамм.

Когда биоматериал подвергается внезапному обжигающему нагреву (как, например, в случае ядерного взрыва или пирокластического потока из вулкана ), он может очень быстро обугливаться, превращая его в твердый углерод. При разрушении Геркуланума вулканом многие органические предметы, такие как мебель, были обуглены сильной жарой.

Как дерево превращается в древесный уголь

Обугливание древесины в промышленных условиях обычно требует температуры выше 280 ° C, что высвобождает энергию, и, следовательно, эта реакция считается экзотермической . Эта карбонизация, которую также можно рассматривать как спонтанное разрушение древесины, продолжается до тех пор, пока не останется только карбонизированный остаток, называемый древесным углем . Если не будет обеспечено дополнительное внешнее тепло, процесс останавливается, и температура достигает максимум около 400 ° C. Однако этот древесный уголь по-прежнему будет содержать заметное количество остатков смолы вместе с золой исходной древесины.

Промышленная безопасность при карбонизации

При карбонизации образуются вещества, которые могут оказаться вредными, и для снижения рисков следует принимать простые меры предосторожности.

Газ, образующийся при карбонизации, содержит большое количество окиси углерода, которая при вдыхании ядовита. Следовательно, при работе вокруг печи или ямы во время работы и когда печь открыта для разгрузки, необходимо позаботиться о том, чтобы была обеспечена надлежащая вентиляция, позволяющая монооксиду углерода, который также образуется во время разгрузки из-за самовоспламенения горячего топлива, проникать. быть рассредоточенным.

Смолы и дым, образующиеся при карбонизации, хотя и не являются непосредственно ядовитыми, могут оказывать долгосрочное вредное воздействие на дыхательную систему. Жилые районы должны, по возможности, располагаться так, чтобы преобладающие ветры уносили дым от угольных операций, а батареи печей не должны располагаться в непосредственной близости от жилых районов.

Древесные смолы и пиролиновая кислота могут вызывать раздражение кожи, поэтому следует соблюдать осторожность, чтобы избежать длительного контакта с кожей, обеспечив защитную одежду и соблюдая рабочие процедуры, которые минимизируют воздействие.

Смолы и пиролизные жидкости также могут серьезно загрязнять водотоки и влиять на снабжение питьевой водой людей и животных. Рыба также может пострадать. Жидкие сточные воды и сточные воды от средних и крупных предприятий по добыче древесного угля должны улавливаться в больших отстойниках и испаряться, чтобы эта вода не попадала в местную дренажную систему и не загрязняла потоки. Печи и ямы, в отличие от реторт и других сложных систем, обычно не производят жидких стоков - побочные продукты в основном рассеиваются в воздухе в виде паров. В этом случае большее значение имеют меры предосторожности против загрязнения окружающей среды воздушным путем.

Карбонизация и биодизельное топливо

В одном исследовании карбонизация была использована для создания нового катализатора производства биодизельного топлива из этанола и жирных кислот . Катализатор был создан карбонизацией простых сахаров, таких как глюкоза и сахароза . Сахара обрабатывали в течение 15 часов при 400 ° C в токе азота до черного углеродного остатка, состоящего из сложной смеси полициклических ароматических углеродных листов. Затем этот материал обрабатывали серной кислотой , которая функционализировала листы сульфонитными , карбоксильными и гидроксильными каталитическими центрами.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки