จับประเด็น ทฤษฏีเกี่ยวกับการเผาถ่าน_๐๐๑

การเปลี่ยนไม้กลายเป็นถ่าน หรือแม้แต่เปลี่ยนสารอินทรีย์อื่นๆ ให้กลายเป็นถ่าน คือ การย่อยสลายสารอินทรีย์ด้วยความร้อน (ปฏิกิริยาเคมีความร้อน)  ความรู้พื้นฐานที่สำคัญ ควรจะรู้ได้แก่ 

• หลักการเผาถ่านคือ   คือ   การย่อยสลายสารอินทรีย์ในที่ที่ไม่มีออกซิเจนด้วยความร้อน เพื่อแยกก๊าซ ของเหลว และน้ำมันดิน ออกจากคาร์บอน หรือก็คือ "ถ่าน" นั่นเอง 
  
• ปฏิกิริยาในห้องเผาหรือห้องเชื้อเพลิง เกิดกระบวนการเผาไหม้อย่างสมบูรณ์ ได้ผลผลิตเป็นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ อุณหภูมิในโซนของการสันดาปนี้อยู่ในช่วง ๑,๑๐๐ - ๑,๕๐๐ องศาเซลเซียส
  • C + O2  ---->  CO2 + ความร้อน   ออกซิเจนไหลเข้าไปรวมกับ ไฟ และไม้ ทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ และคายความร้อนออกมา 
  • 2H2 + O2 ----> 2H2O + ความร้อน ไฮโดรเจนรวมกับออกซิเจน กลายเป็นน้ำระเหยออกมากับควัน
  • N + O2 ----> NO2 + ความร้อน  ไนโตรเจนรวมกับออกซิเจน กลายเป็นไนโตรเจนออกไซด์ ก๊าซนี้มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม 
  • S + O2 ----> SO2 + ความร้อน ซัลเฟอร์รวมกับออกซิจเจน กลายเป็นซัลเฟอร์ออกไซด์ เป็นก๊าซพิษ
• ปฏิกิริยาในห้องอบไม้ ความร้อนจากห้องเชื้อเพลิงจะถูกดูดเข้าไปเปลี่ยนแปลงให้คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ กลายเป็นก๊าซติดไฟ คือ คาร์บอนมอนน็อคไซด์ CO และไฮโดรเจน H2  อุณหภูมิ
  • C + CO2 + ความร้อน ----> 2CO   ในขั้นตอนการโหมไฟในห้องเชื้อเพลิง คาร์บอนไดออกไซด์จะไปทำปฏิกิริยากับคาร์บอนที่ถูกแยกออกจากการสะสมความร้อนในขั้นตอนการอบ กลายเป็นคาร์บอนมอนน็อคไซด์ติดไฟ  ทำให้กระบวนการเผาไหม้ดำเนินไปได้ด้วยตนเอง โดยไม่ต้องเติมฟืนเชื้อเพลิงอีก  ปฏิกิริยานี้เรียกว่า ปฏิกิริยาบูดูยาร์ด (Boudouard reaciton) เกิดขึ้นในช่วง ๖๐๐ - ๙๐๐ องศาเซลเซียส
  • C + H2O + ความร้อน  ----> CO + H2  พันธะที่ต่อกันเป็นโซ่ยาวจะถูกแยกออกเป็นโมเลกุลย่อย ๆ แล้วฟอร์มเป็นโมเลกุลใหม่ สมการนี้บอกว่า คาร์บอนกับน้ำที่ถูกแยกออกจากสารอินทรีย์ จะทำปฏิกิริยากัน เกิดผลเป็น คาร์บอนมอนน็อคไซด์และไฮโดรเจน ซึ่งเป็นก๊าซติดไฟ ปฏิกิริยานี้เรียกว่า ปฏิกิริยาวอเตอร์แก๊ส (water gas reaction) เกิดขึ้นในช่วง ๖๐๐ - ๙๐๐ องศาเซลเซียส
  • C + 2H2O + ความร้อน ----> CO2 +2H2   สมการนี้รวมคาร์บอนอิสระกับน้ำและความร้อน เกิดเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจน ปฏิกิริยานี้เกิดในช่วง ๕๐๐ - ๖๐๐ องศาเซลเซียส เรียกว่า ปฏิกิริยาวอเตอร์ชิป (water shift reaction)  นี่คือเหตุผลว่า ทำไมจึงไม่ควรเผาถ่านในวันที่ฝนตก  ความชื้นที่สูงไหลปนเข้าไปในเตาทำให้เกิดปฏิกิริยาดูดความร้อน สูญเสียความร้อนไป
  • C + 2H + ความร้อน ----> CH4  คาร์บอนรวมกับไฮโดรเจนกลายเป็นก๊าซมีเทน เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนที่เกิดขึ้นที่ ๕๐๐ องศาเซลเซียส 

• กระบวนการย่อยสลายไม้เป็นถ่าน (ให้ความร้อนโดยปราศจากออกซิเจน เรียกว่า ไพโรไรซีส)  ให้ทำความเข้าใจว่า แบ่งออกเป็น ๒ ขั้นหลัก ๆ  ได้แก่ 
  • ขั้นการอบ  ช่วงแรก (๖๐ - ๑๒๐ องศาเซลเซียส) จะเป็นการไล่ความชื้นออกจากไม้  และสะสมความร้อนต่อไปจาก ๑๒๐ - ๒๐๐ องศา เรียกว่า พรี-ไพโรไรซีส (ก่อนย่อยสลาย) ส่วนประกอบที่เป็นน้ำระเหยออกไป มีการจัดองค์ประกอบใหม่ เริ่มเกิดอนุมูลอิสระ (free radical) เกิดหมู่คาร์บอนิล (carbonyl) หมู่คาร์บอกซิล (caboxyl) และหมู่ไฮเปอร์รอกไซด์ (hyper-oxide) ขึ้น 
  • ขั้นการเผา เปลี่ยนไม้ให้กลายเป็นถ่าน  ช่วง ๓๐๐ - ๖๐๐ องศาเซลเซียส โมเลกุลที่เป็นสายโซ่ยาว จะแตกตัวกลายเป็นพันธะต่าง ๆ ของธาตุไฮโดรคาร์บอน C-C, C-S, และ C-O ฯลฯ ปล่อยก๊าซ ของเหลว และฟอร์มตัวเป็นถ่าน (เรียก ชาร์) 

วันนี้ขอจบฮ้วน ๆ แบบนี้ล่ะครับ