Рассматривая режимные факторы, мы имеем в виду зависимость процесса от скорости обугливания, давления в аппарате, конечной температуры и среды, окружающей элемент древесины.
Скорость обугливания
На основании лабораторных опытов можно сделать вывод, что скорость процесса оказывает заметное влияние в основном на стадию распада, проходящую в интервале температур 260—290°. Интенсивная подача тепла в это время при измельченной древесине ведет к повышению выхода смолы и снижению выхода угля при практически не меняющихся выходах низкомолекулярных продуктов: кислоты, метанола, альдегидов. Можно думать, что при медленном нагреве часть смолы коксуется на поверхности угля, увеличивая его выход, и одновременно кислород, находящийся в древесине, ассимилируется с водородом, давая воду, и с углеродом — СО2. При быстрой гонке резко увеличивается выход газов и уменьшается выход угля и жидких дистиллятов. Большое влияние на выходы оказывает повышенное давление, образующееся при интенсивном нагреве внутри аппарата. Еще сильнее влияет в этом случае скорость вывода продуктов пиролиза из сферы реакции. Чем быстрее выводится смола, тем выше ее выход.
Давление в аппарате
Оно оказывает большое влияние на ход процесса термического распада. Например, при изменении давления от 200 атм до 5 мм рт. ст. выходы (на абсолютно сухую лиственную древесину) угля и метанола соответственно падают от 34 до 20% и от 3,1 до 1,2%, но возрастает выход уксусной кислоты с 5,7 до 9,4% и смолы от 0 до 37%. Одновременно при вакууме резко изменяется состав жижки: в ней появляется большое количество редуцирующих веществ и совершенно отсутствует осадочная смола. Эти зависимости в аппаратах промышленного типа, в частности в ретортах, не используются, так как экономический эффект от их осуществления не окупит технологические осложнения, возникающие при организации высокотемпературного процесса в металлических аппаратах в условиях давления или вакуума. При переработке древесины в аппаратах с внутренним нагревом поток газов и паров быстро выносит продукты пиролиза из сферы реакции и создает условия, близкие к пиролизу под вакуумом. Конечная температура процесса. Продукты, выделяющиеся при пиролизе древесины, образуются в широком интервале температур. Каждый из продуктов имеет определенную температуру начала образования, свой максимум и конец образования. Максимумы подавляющего числа продуктов термического распада древесины относятся к температурному интервалу, соответствующему экзотермической реакции. Прерывая процесс, можно убедиться в этих соотношениях.
Следует отметить температурные точки.
260°, когда древесина становится бурой, отдав конституционную и некоторое количество реакционной влаги, СО2, муравьиной и уксусной кислот; часть уксусной кислоты древесина отдает главным образом вследствие отщепления ацетильных групп от гемицеллюлоз;
400°, когда отделение основной массы жидких продуктов уже закончено.
Дальнейшее повышение температуры процесса (прокалка) приводит к отделению небольшого количества (1,5—2%) тяжелых смол, значительно увеличивает выход неконденсируемых газов (от 0,15—0,20 до 0,3—0,4 м3 N на 1кг абс. сухой массы) и дает уголь с возрастающим содержанием углерода (от 80 до 90-95%). В газогенераторе прямого процесса и топке ЦКТИ коксовый остаток древесины газифицируется или сжигается до зольного остатка, при этом практически исчерпывающе прокаливается уголь при очень высоких конечных температурах.
Среда
Ход и результаты пиролиза в значительной степени зависят от среды, в которой находится нагреваемая древесина. Обычной, наиболее часто встречающейся на практике средой является газовая, или, точнее, парогазовая. В реторте древесина подвергается пирогенному распаду в слабом токе благодаря естественной конвекции продуктов ее же распада. В циркуляционных ретортах (печь Козлова, реторта Амзинского завода) средой являются неконденсируемые газы — продукты разложения древесины с примесью паров воды и небольшого количества органических веществ. Последние вещества присутствуют в газе вследствие неполного их извлечения в циркуляционно-конденсационной системе. В газогенераторах и топке ЦКТИ средой служит генераторный газ, в котором содержится перегретый водяной пар, частично оставшийся от паровоздушного дутья, и в верхних слоях шахты — продукты пиролиза древесины нижних слоев. Все, что сказано выше о режимных факторах, относится к перечисленным типам парогазовой среды.
Несколько обособленно стоят процессы пиролиза, протекающие в среде перегретого водяного пара; водной и высококипящих нейтральных жидкостей. Разложение древесины в токе перегретого пара приводит к отщеплению метоксильных групп, резкому повышению выхода летучих кислот и альдегидов, появлению в дистилляте веществ углеводного характера, снижению выхода угля и полному отсутствию осадочной смолы. Пиролиз древесины в водной среде характерен, по сравнению с обычной сухой перегонкой, некоторым повышением выхода. летучих кислот и угля. Выход смолы при этом резко падает. Предпиролиз в среде высококипящих углеводородов в комбинировании с дальнейшим высокотемпературным процессом характеризуется повышенным выходом уксусной кислоты.