Производство древесного угля: технология, оборудование

Одним из наиболее специфических материалов, используемых множеством людей в повседневной жизни, является древесный уголь, его еще называют активированным углем. Использование такого сырья в качестве топлива практиковалось с давних времен. Тогда при его производстве применялись простые, затратные по времени способы изготовления, объемы производства угля были невелики. Но как известно – спрос рождает предложение!

Сейчас, особенно в лесных регионах развито промышленное производство древесного угля. Технология, оборудование, новые идеи и решения, используемые сегодня, отличает современность и широкое многообразие. В комплексе – такая ситуация позволяет быстро получить сырье высокого качества, такой бизнес является прибыльным, имеет большие перспективы.

Что такое древесный уголь

Об уникальных свойствах древесного угля было известно давно. О том что человечество стало использовать уголь древесный для своих нужд известно из археологических раскопок. Целые древние города и поселения использовали промысел по получению древесного угля как основную статью своего дохода. Собственно первые экологические катастрофы и были связаны с массовой вырубкой деревьев для получения этого продукта. Например, в Крыму, ради изготовления амфор для пшеницы караимами и генуэзцами были вырублены реликтовые леса. Из-за чего в некоторые районы Крыма до сих пор считаются малопригодными для жизни. Подобное положение стало началом разработок каменного угля в Англии и Франции.

Древесный уголь получают путем сжигания древесины различных пород. Особенностью процесса выступает то, что в результате высокотемпературного воздействия структура тканей древесины меняется – выжигаются химические элементы, а углерод остается. Химическая формула полученного продукта показывает, что в его составе в среднем содержится до 84% нелетучего углерода. Это топливо при сгорании, позволяет избежать выделение самого опасного для человека продукта горения – угарного газа. Из химии известно, что именно этот газ без цвета и запаха выделяется при сгорании летучих веществ без доступа кислорода.

Кроме того, свойства древесного угля позволяют применять его и в других важных для человека процессах – очистке воды и воздуха, в качестве медицинского препарата, даже художники нашли применение для этого материала.

Но все-таки состав материала, в котором углерод главный элемент наибольшее применение нашел в промышленности:

• металлургия — катализатор и восстановитель при производстве чугуна и стали;
• химическая промышленность — фильтры для опасных производств;
• энергетика — топливо, наполнители для фильтрационных установок.

Сегодня известна масса способов добычи этого продукта начиная от способа в котором древесный уголь выжигается в яме, и заканчивая высокотехнологичными способами получения брикетов. При этом в качестве сырья используется не цельные массивы деревьев ценных пород, а прессованные опилки деревьев.

Таким образом, получаемая ценность древесного угля заключается:

• В большом содержании нелетучего углерода и отсутствии в составе фосфора и серы;
• Высокой теплоотдачей при горении;
• Длительном периоде горения;
• Возможностью использования как возобновляемого ресурса;
• Практически в полном его сгорании без остатка.

Основные покупатели

Учитывая высокую потребность, производство и продажа готового угля может превратиться в респектабельный бизнес с весьма высоким процентом доходности. Одни только объекты общественного питания за один сезон потребляют более четырех миллионов тонн древесного угля. Если добавить к этому остальные предприятия и объекты жизнедеятельности (школы, детские сады, ВУЗы, и т.д.), а также частное потребление (охота, рыбалка, дачные хозяйства), то получится и вовсе гигантская цифра. При этом необходимо учесть, что данная форма бизнеса не требует каких-либо высокотехнологических и затратных форм производства.

Виды и сорта древесного топлива

Самая распространенная классификация этого вида топлива,разделяет его по типу материала происхождения. Такая классификация дает возможность подобрать продукт по степени его теплотворности. В зависимости от окраски топливо можно разделить на виды:

• Черный – изготавливается из мягких лиственных пород деревьев (ольха, тополь, осина);
• Белый – выжигается из твердых пород дерева(дуб, граб, береза);
• Красный –получается из хвойных пород деревьев по технологии мягкого углежжения.

Согласно государственному стандарту ГОСТ 7657-84 уголь древесный делится на три класса – А,Б, В. Высшим сортом ГОСТ определяет топливо марки А – в нем массовая доля нелетучего углерода составляет 90%- 78%. Для марки Б массовая доля составляет 88-77%, Марка В, должна иметь в своем составе от 77 до 67 % углерода.

ГОСТ 7657-84 Уголь древесный. Технические условия

1 файл(ы) 446.94 KB
Кроме этого на древесный уголь имеется и другие стандарты качества, например,удельный вес древесного угля, масса 1 дм3, массовая доля золы, и наличие в объеме определенных по размеру фракций. Правда, эти стандарты распространяются в основном на продукты промышленного производства. Производство древесного угля в домашних условиях обычно пользуется для оценки качества изучением цвета продукта и наличием в составе разных фракций – количества больших кусков, средних, малых и древесной пыли.

Правила безопасности

В соответствии с техникой безопасности минимальный объем угля, который может быть подвержен самовозгоранию – 100 дециметров кубических. При работе с объемами, которые выше обозначенного необходимы меры по исключению самовозгорания сырья.

Недопустимо строго ограничить сырье от взаимодействия с окисляющими веществами. Также важно предотвратить накопление пыли из угля.

При производстве древесного угля необходимо придерживаться правил охраны труда Р О-00-97.

При перемещении готового сырья используют бочки из стали, мешки из бумаги, полипропилена. Хранят уголь на закрытых складских помещениях, особых емкостях, назначение которых – защитить сырье от попадания осадков. Перевозку осуществляют в упаковках, или просто насыпью в закрытых вагонах или грузовиках.

Свойства

Полезные свойства этого топлива определяются несколькими показателями. Прежде всего, они определяются температурой горения древесного угля. Так прессованное топливо активно используется при плавке чугуна и стали. Достигая высокой температуры горения во время плавления (свыше 1350 градусов), химический состав древесного угля выступает катализатором реакции в металле. В доменном производстве при выплавке чугуна сегодня доля использования топлива невелика, всего 7-8%, но при этом чугун получается самого высокого качества. Это достигается за счет свойств древесного угля – в нем не содержатся вещества, которые при нагреве образуют летучие газы, а при сгорании примеси веществ ухудшающие характеристики и структуру металла. Высокая плотность и удельный вес древесного угля, используемого в металлургии, позволяют сохранить однородность процесса плавки без применения дополнительных технологий.

Среди полезных свойств древесного угля выступает его высокая температура горения и длительное выделение тепла высокой температуры. Особенно ярко это демонстрируется при приготовлении блюд в мангале. После разжигания, топливо быстро достигает высокой температуры и поддерживает горение на протяжении нескольких часов.

Важным показателем для топлива выступает и такой показатель, как зольность. Согласно ГОСТ, высший класс древесного угля при сгорании имеет зольность от 2,5 до 3 %. Для бытовых нужд, обычно используется класс Б он подходит как для отопления так и для приготовления пищи. В отличие от высшего класса с более высокой температурой горения, использование углей класса Б, таит в себе меньше опасности, прежде всего из-за более низкой температуры горения – она примерно на 300 градусов ниже. Такая разница между температурой горения двух видов древесного угля связывается со структурой, размерами головней и типом приготовления топлива. Более высокая температура получается при сгорании углей из более плотных слоев древесины. К тому же хранение материала класса А, предусматривает возрастание до 20% наличия воды в объеме всей массы.

Важным показателем для древесного угля выступает однородность массы, так, в общей массе сорта А, фракции 25 и 12 мм должно быть не более 12% суммарно, в то же время головней в составе объема быть вообще не должно. При кустарном производстве древесного угля своими руками свойства определяются по цвету, размерам головней и количеству пыли. Считается, что чем крупнее фракция и насыщеннее его цвет, тем качество его выше. Во многом такой метод оправданный, поскольку косвенно указывает на химический состав топлива, и наличие в нем большого количества углерода. Более глубокий лабораторный химический анализ может показать наличие или отсутствие в его составе серы, фосфора, солей тяжелых металлов и отдельные соединения на основе смол. При лабораторном анализе проверяется и зольность материала. Для топлива высшего качества зольность составляет 2,5-3%, для среднего качества определяется 3,5-4%.

Плотность зависит от марки и типа древесины, из которого он сделан. Вес стандартного объема топлива в 1 куб. метр составляет:

• Из еловой древесины – 100-120 кг;
• Соснового – 130-140 кг;
• Березового – 175-185 кг;
• Букового – 187-195;
• Дубового – 200-215.

Сам по себе материал очень пористый, если брать отношение объема пор к общему объему вещества, то для березового угля она составит 72%, для елового 80%. Из-за этого удельная плотность древесного угля в зависимости от материала происхождения может быть:

• Елового – 0,26 гр/см3;
• Соснового – 0,29 гр/см3;
• Березового – 0,38 гр/см3;

Именно высокая пористость материала и требует при розжиге в мангале и барбекю особой осторожности. Прежде всего перед розжигом нужно обработать угли спиртосодержащей жидкостью, и дать немного времени для того, чтобы она впиталась и проникла как можно глубже в поры.

Еще один показатель топлива – теплоемкость зависит от температуры и влажности материала. Для сухого (с влажностью 7-15%) топлива средняя теплоемкость составляет 0,18 ккал/кг, для абсолютно сухого с влажностью 2-4% теплоемкость составляет 0,2 ккал/кг.

Теплотворная способность, то есть способность выделения тепла составляет при температуре 380-500 градусов около 7500-8170 ккал/кг.

Применение

Сегодня применение древесного угля в быту в основном сводится к трем основным сферам. Прежде всего, нужен уголь для мангала или барбекю, длительный период горения, отсутствие вредных составляющих дыма и равномерный жар позволяют использовать его как топливо.

Вторым важным моментом его использования является очистка воды и воздуха. Зачем нужен древесный уголь в фильтре кухонной вытяжки – все очень просто, он является отличным сорбентом, впитывающим в себя все продукты сгорания, пыль и копоть. Такие фильтры,устанавливаются в вытяжках циркуляционного типа.

Не менее интересное использование его в качестве фильтра для воды, он эффективен на стадии тонкой очистки, когда речь идет о химических реагентах и биологических загрязнителях.

Третий вид использования – это отопление и топливо для домашних мастерских. Высоко ценится топливо у тех, кто занимается гончарным и кузнечным ремеслом. Это просто незаменимый вид топлива для горна и печи для обжига.

Правда, при покупке, нужно обращать внимание на срок годности – чем дольше хранится материал, тем больше впитывает влаги и тем меньше его теплоотдача, при горении он может не выдавать нужной температуры.

Что требуется для начала?

После изучения процесса производства, анализа рынка и принятия окончательного решения о начале бизнеса, предприниматель должен составить бизнес-план, включающий в себя все этапы создания собственного предприятия.

Регистрация

Положительным является тот момент, что деятельность по производству древесного угля не относится к подлежащим обязательному лицензированию.

Однако предпринимателю нужно пройти процесс обязательной государственной регистрации:

1. В качестве организационной формы можно выбрать ИП или ООО (на усмотрение предпринимателя).
2. Подходящим режимом обложения налогом является Упрощенная Система Налогообложения. Выбор объекта для налога (Выручка — 6% или Прибыль – 15%) зависит от маржинальной политики. Если вы собираетесь ставить большую наценку, то выгоднее выбрать в качестве объекта «прибыль». Но если вы собираетесь брать рынок за счёт низкой наценки, то выгоднее выбирать «выручку».

Цеха и помещения

Хотя современные технологии и обеспечивают высокий уровень экологической безопасности, размещать производство необходимо за чертой города. Лучше размещать его вблизи заводов, занимающихся заготовкой и обработкой древесины, что снизит расходы времени и денег на транспортировку сырья.

Основные рекомендации таковы:

1. Цех должен находиться далее 300 метров от жилых помещений .
2. Производственные площади (земельный участок) должен быть не меньше 200 м2.
3. Печи размещают на земельном участке, на свежем воздухе.
4. На участке необходимо подготовить место под склад сырья и склад готовой продукции.
5. Также необходимо подготовить помещение для персонала.

В целях экономии текущих расходов земельный участок лучше приобретать в собственность.

Читайте, как запустить бизнес по производству мыла ручной работы. Требования к помещению. В новой публикации мы выясним, какие документы необходимы для открытия расчетного счета компании.

По ссылке https://svoy-biznes.com/biznes-planyi/proizvodstvo/profnastil.html вы найдете образец бизнес плана на производство профнастила.

Оборудование

Для того чтобы организовать цех по производству угля необходим следующий комплект оборудования:

1. Углевыжигательная печь – 120 000 р. Является основным элементом производственного процесса, с помощью которого отходы древесины перерабатываются в древесный уголь. На рынке доступны стационарные (устанавливаются на одном месте) и мобильные (могут передвигаться из места в место) печи.
2. Дозаторы весовые – 20 000 р.
3. Электрические генераторы – 30 000 р.
4. Дровокол (гидравлический) – 90 000 р.
5. Бензопила – 15 000 р.
6. Машина для упаковки – 100 000 р.

Выше приведён полный комплект оборудования, необходимый для организации цеха. На начальном этапе можно обойтись без упаковочной машины и дровокола, что позволит сэкономить существенные ресурсы на этапе начала бизнеса.

Сырьё

Вопрос о породах используемой древесины был рассмотрен выше.

Здесь мы приведём таблицу расхода древесины и выхода древесного угля.

Как видно из таблицы средний «выход» угля из древесины составляет примерно 28%.

Исходя из этого показателя, и нормы выпускаемой продукции можно планировать запасы сырья. Стоит учесть и то, что расход сырья зависит от используемого оборудования.

Если для 1 тонны угля, произведённой в однокамерной печи, расход составляет 7 кубических метров древесины, то для трёхкамерных печей расход составит намного меньше.

Технология процесса производства

Технология изготовления древесного угля с самого зарождения промысла не претерпела больших изменений. Основной технологией того как производят древесный уголь до сих пор остается выжигание в печи. Сегодня выжигательные печи изменили конструкцию, сделав процесс более технологичным. Но принцип того как делать древесный уголь остался прежним – сгорание древесного сырья без доступа кислорода, это главное условие. Технологический процесс состоит из нескольких циклов:

• Сушки сырья;
• Процесса пиролиза;
• Охлаждение.

В принципе, этот вариант схож с тем, как делают древесный уголь в домашних условиях. Разница состоит лишь в том, что изготовить древесный уголь в домашней установке можно используя подручные средства, а в промышленных установках каждая фаза строго контролируется. В итоге получается топливо, соответствующие описанию в государственных стандартах.

Подготовка материала

Уголь не от каждой деревяшки можно использовать для приготовления пищи. Это фруктовые деревья (груша, яблоня вишня), лиственные деревья (ольха, дуб, клён) и распространённая берёза. Совсем не подходят хвойные породы. Такое сырьё содержит смолы (это испортит вкус мяса).

Строительные обрезки для изготовления угля для мангалов не используются: пропитки и клеи при сгорании оставят канцерогенные вещества в угле.

Берёза – не самый лучший вариант, но дерево распространённое. Уголь получается чуть жарче чем надо. Хотя, зная такую особенность, можно приноровиться и делать классный шашлык.

Второе требование – сухие дрова. Для пиролиза влага вредна. В промышленном производстве сырьё сушат в специальных печах газами до 150 °С, а при выжиге «для себя» нужно или дать дровам просохнуть или взять сушину.

Гнилое дерево на уголь не пережигается.

Кора ухудшает качество угля и по возможности её нужно удалить с дров.

Выбор сырья

Оптимально подбирать для выжигания деревья твердых пород. Иногда советуют подбирать строго деревья одной породы. В таком случае удастся получить горение при одной температуре, и в результате получается однородный продукт хорошего качества. Однако в процессе работы часто случается так, что в производстве используется сырье разных пород. Это не проблема просто при заполнении вертикальной печи сначала делается закладка из твердых пород, а потом из мягкой древесины.

Сушка древесины

Сушка проводится в камере обжига при температуре 140-160 градусов. Применение более высокой температуры приводит к растрескиванию головней и как результат получение углей мелкой фракции. Сушка проводится в атмосфере дымовых газов и по окончании ее должна получиться древесина с влажностью 4-5%.

Пиролиз

Вторым этапом изготовления древесного угля выступает пиролиз. Этот этап состоит из сухой перегонки, когда для удаления всей оставшейся влаги температура поднимается до 150-300 градусов. По достижении 300-301 градусов начинается процесс экзотермического пиролиза. Древесина начинает изменять цвет, внутренняя температура растет, и в течение некоторого времени она превышает температуру в камере. В этот момент не требуется подача дополнительно тепла, поскольку начинается процесс испарения летучих веществ. По достижении 400 градусов древесина меняет окончательно цвет и становится черной. Очищенная при пиролизе древесина содержит 65-70% углерода.

Прокалка

По истечении некоторого времени, когда реакция начинает сходить на нет, температура начинает падать и возрастает риск самовоспламенения. Для того чтобы не допустить этого при промышленном производстве применяется прокалка – поддержание нужной температуры путем внешнего нагрева. Для этого извне емкость с древесиной дополнительно нагревают, вследствие этого доля нелетучего углерода повышается до 85-90%. Также путем регулирования внешнего нагрева осуществляется снижение температуры до отметки, когда самовозгорание уже невозможно, после этого начинается процесс остывания.

Сфера применения

Древесный уголь используется в промышленности в следующих целях:

• для применения в составе фильтров;
• для плавки кристаллического кремния;
• для использования в металлургии (насыщение стали углеродом, получение чистых сплавов);
• для производства стекла, некоторых видов пластмасс, красок;
• для изготовления натурального красителя для пищевой промышленности;
• для изготовления активированного угля;
• для использования в сельском хозяйстве;
• для применения в качестве удобного бытового топлива для печей, каминов, мангалов.

При сжигании в печах и каминах данный вид топлива сгорает практически без языков пламени, обеспечивая ровный и интенсивный жар. Наиболее высоко ценится продукт марки А, который изготавливается из твердых пород древесины.

Важно! Если древесный уголь используется в помещении (для отопления или приготовления пищи), то разжигать его рекомендуется без применения химических средств для растопки. Это позволит избежать появления неприятного запаха и падания в пищу вредных веществ. Розжиг углей в таком случае ведется с использованием бумаги и сухих лучинок.

Оборудование для производства древесного угля

Изготавливать топливо в домашних условиях можно при помощи подручных средств и даже в земляной яме. Для промышленного производства используются выжигательные печи ретортного типа. Это могут быть как стационарные, так и мобильные установки. Основным элементом таких установок выступает емкость для выжигания. Пиролизная бочка это самый дорогой элемент установки. Сегодня для производителей предлагается несколько вариантов промышленных установок, в состав которых входит полный набор оборудования для работы.

Как сделать уголь в домашних условиях

Изготовление древесного угля в домашних условиях производится с применением подручных средств. Это наиболее простая технология, правда, не гарантирующая получение высококачественного древесного угля.

Перед тем, как сделать древесный уголь своими руками проводятся подготовительные работы, в число которых обязательно входят мероприятия по обеспечению пожарной безопасности. Для получения качественного древесного угля подбираются поленья одного вида древесины, они очищаются от коры и рубятся на примерно одинаковые головни.

Перед тем как начать делать древесный уголь своими руками определяется способ выжигания. Наиболее популярные способы получить древесный уголь в домашних условиях это выжигание дерева:

• в земляной яме;
• в бочке;
• в печи.

Первые два выполняются на улице, последний осуществляется в два этапа – первый в печке (оптимально, если бы печь была построена на открытом воздухе), а второй на улице.

В яме

Это самый дешевый способ получить древесный уголь в домашних условиях. Для этого в земле отрывается яма глубиной 0,8-1,0 м., диаметром 0,5-0,6 м. На дне делается закладка дров для разведения огня. После того как будет разведен огонь в яму делается закладка сырья. Дрова укладываются доверху. После того как огонь охватит весь объем ямы, и дрова понемногу начнут прогорать, яма закрывается металлическим листом, а сверху насыпается влажная земля, так, чтобы полностью перекрыть доступ кислорода.

Через 12-16 часов после закрытия ямы, осторожно открывается крышка. Примерно через 1-1,5 часа головни можно вынимать. При таком способе получения древесного угля в яме выход готового продукта составляет от 25 до 35% объема заложенных дров.

В бочке

Делать древесный уголь в домашних условиях можно и в бочке. Для этого берется металлическая бочка. Для большого объема потребуется большая 200 литровая бочка, для угля объемом 3-4 кг достаточно и 50 литровой. Для работы желательно выбирать бочку с толстыми стенками, с большой горловиной и по возможности с крышкой, закрываемой на замок. Чтобы получить древесный уголь в бочке технология особо не меняется, единственное, что рекомендуется поставить ее на кирпичи, чтобы после осуществить прогрев.

Бочка заполняется дровами, разжигается и после того как она разгорится, закрывается крышкой. Примерно через 12-18 часов для 200 литровой емкости рекомендуется разжечь огонь под бочкой и прогреть ее в течение 3-4 часов. После прогрева бочку можно оставить остывать.

Снимать крышку нужно осторожно, чтобы не вдохнуть угарный газ. Вынимать материал можно через 4-6 часов. При полной загрузке бочки можно получить до 40-50% объема готового топлива.

В печке

Изготовлять древесный уголь можно и в печке. Процесс состоит из двух этапов. Первый этап — это сжигание дров в печи. Это делается до того момента пока дрова полностью не прогорят. Дальше головни вынимаются из топки печи и перекладываются в ведро или керамическую емкость и закрываются крышкой. Выход при таком способе древесного угля небольшой, всего 2-2,5 кг.

Виды угля

Почти все думают, что уголь, продаваемый в магазинах и на автозаправках, схож, но на самом деле присутствует большое количество видов.

Многие индивидуальные предприниматели создают только традиционный уголь, который имеет чёрный цвет, но, если вдруг пытаетесь захватить экономический рынок, тогда перечень обязан быть расширен. Вам надлежит руководствоваться тем, какие материалы вы можете получить: если в данном регионе произрастают дубовые леса, вам придется применять данный материал.

Помимо прочего следует помнить, что по ГОСТу существует 3 вида, А, B и C. Чем качественнее вид, тем лучше уголь и тем больше будет желание его получить, потому делайте исключительно высококачественный продукт.

Затем проанализируем технологию добычи данного угольного изделия. В этом нет ничего трудного — во главе процесса стоит такой процесс как пиролиз. Необходимые материалы, приобретенные при установленной температуре без доступа воздуха, готовится и преобразуется в древесный уголь. Необходимо следовать методике:

• Необходимое сырье укладывается в печь собственными силами.
• Печь зажигается, можно наблюдать сгорание.
• Уголь выгружается, проходит процесс охлаждения, упаковывается и отправляется на складское помещение.

Как видно, в процессе нет ничего трудоемкого, но процедуры по технике безопасности обязаны строго соблюдаться в период производства. Непременно соблюдайте пожарную технику безопасности, поставьте сигнализационное приспособление и держите в свободном доступе хотя бы несколько огнетушителей, чтобы в случае пожара его действительно возможно было устранить.

Маркировка продукции

При промышленном производстве нужно учитывать некоторые моменты. Перед фасовкой материал должен быть охлажден и расфасован (в зависимости от требований заказчика). В упаковочном листе или на самом пакете должна быть указана следующая информация:

• производитель;
• указано наименование продукта;
• информация о происхождении топлива;
• указан номер сертификата;
• вес нетто;
• должна быть информация о 4 классе пожарной опасности;
• указаны правила хранения и указания по применению.