Zjawisko pirolizy zawsze towarzyszy spalaniu paliwa stałego w piecach grzewczych i kotłach. Skala procesu zależy od dwóch czynników - trybu spalania i projektu domowej elektrowni cieplnej. Oferujemy szczegółowe spojrzenie na pirolizę drewna lub węgla, opcje jego zastosowania w warunkach przemysłowych i domowych. Celem jest obalenie mitów wymyślonych przez sprzedawców i rzemieślników drogiego sprzętu do „pirolizy” zaprojektowanego do ogrzewania domów prywatnych.
Co to jest piroliza - opis procesu
Teoretycznie można spalać dowolną substancję, w tym związki węgla z wodorem, na przykład:
- węgiel;
- gaz ziemny (metan, propan itp.);
- biomasa - świeża, sucha;
- produkty z drewna, celuloza, zwykłe drewno;
- różne rodzaje tworzyw sztucznych;
- guma z gumy naturalnej lub sztucznej;
- ropa naftowa, jej pochodne;
- inne odpady zawierające węgiel.
Na wyjściu uzyskaj pewną ilość energii cieplnej, w zależności od początkowej zawartości wilgoci w spalonej masie. Aby opisać procesy, używamy wzoru chemicznego:
Spalanie to szybka reakcja utleniania. W idealnych warunkach każdy atom węgla łączy się z dwiema cząsteczkami tlenu, a 2 atomy wodoru oddziałują z 1 cząsteczką tlenu. W rezultacie powstają nieszkodliwe związki - dwutlenek węgla CO2 i woda. Ten ostatni paruje po podgrzaniu, odbierając część uwolnionego ciepła.
Ważny punkt. W rzeczywistych warunkach nie wszystkie atomy wodoru i węgla znajdują partnera ze względu na brak cząsteczek tlenu. Dlatego skład produktów spalania obejmuje niewielką część szkodliwych związków palnych - tlenek węgla (CO), wolny wodór (N2) i węgiel w postaci sadzy.
Piroliza to reakcja rozkładu substancji zachodząca po podgrzaniu i braku wolnego tlenu. Wskazana zasada jest stosowana w agregatach wytwarzających gaz:
- Paliwo (w szczególności drewno) umieszcza się w zamkniętym metalowym naczyniu - reaktorze.
- Wydajność jest podgrzewana zewnętrznie do 500 ... 900 stopni, poprzez specjalne otwory - tuy dostarczana jest odmierzona ilość powietrza.
- Pod wpływem wysokiej temperatury substancja rozkłada się na 3 główne składniki - tlenek węgla (CO), wodór (N2) oraz stałe lub ciekłe pozostałości węgla. Niewielka ilość dwutlenku węgla i pary wodnej powstaje równolegle.
- Produkty lotne tworzą gaz pirolityczny - palną mieszaninę wodoru i tlenku węgla, opuszczającą zbiornik osobnym rurociągiem. Uwolnione paliwo gazowe jest czyszczone, chłodzone, a następnie pompowane do zbiornika.
Odniesienie. W warunkach produkcji powstały gaz syntezowy jest wysyłany do ogrzania tej samej wydajności generatora gazu.
Spalanie i piroliza to 2 różne procesy, które mogą zachodzić jednocześnie. Przykład: podczas intensywnego spalania drewna opałowego w piecu kotłowym powstaje niewielka ilość tlenku węgla, nieszkodliwego CO2 znacznie większy. I odwrotnie, w tlącym się reżimie drewna opałowego uwalnia się wiele wodoru i dymów, z których część zamienia się w CO2 - utlenia się. Oznacza to, że wszystko zależy od ilości tlenu zaangażowanego w reakcję.
Wpływ wysokiej wilgotności
Wysoka zawartość wilgoci w materiale wyjściowym wpływa również na reakcje spalania i pirolizy. Jako przykład rozważ procesy spalania drewna:
- Podczas spalania uwolniona energia jest zużywana na odparowanie wody zawartej w drewnie. Ilość ciepła na wylocie jest znacznie zmniejszona, paliwo jest marnowane.
- Wilgoć znacznie spowalnia rozkład termiczny substancji.Odparowana woda bierze część ciepła zużytego na ogrzewanie; wymagana temperatura (minimum 500 ° C) nie jest osiągana. Piroliza drewna zawierającego ponad 50% wilgoci jest prawie niemożliwa.
Najlepszy wskaźnik wilgotności dla owocnego spalania lub rozkładu drewna w generatorze gazu wynosi 8 ... 15%. W domu nierealistyczne jest osiąganie takich wskaźników, długotrwałe suszenie drewna opałowego pod baldachimem pozwala osiągnąć wilgotność 20-25%.
Odniesienie. Podczas produkcji pelletu i brykietów w zakładzie trociny są suszone do wskaźnika 8-10%. Maksymalna wilgotność gotowych granulek wynosi 15%.
Dlaczego warto stosować rozkład termiczny
Zakres procesów pirolitycznych jest dość szeroki:
- Produkcja propylenu i etylenu dla przemysłu chemicznego poprzez przetwarzanie surowców ciekłych węglowodorów (olej).
- Otrzymywanie węgla drzewnego metodą beztlenowego rozkładu odpadów z obróbki drewna.
- Ten sam proces technologiczny, ale z ograniczonym dopływem powietrza pozwala na wytwarzanie palnego gazu syntezowego z drzewa - mieszaniny metanu, wodoru, tlenku węgla i obojętnego azotu.
- Piroliza węgla - brąz i kamień - cały obszar przetwarzania. Powstałe związki to benzyna syntetyczna, koks, amoniak, smoła węglowa. Toluen, benzen, naftalen i różne fenole stosowane w przemyśle chemicznym są wydobywane z tego ostatniego.
- Nowe osiągnięcia - komercyjne wykorzystanie odpadów komunalnych, opon samochodowych, tworzyw sztucznych, substancji organicznych.
Uwaga. Najbardziej znane metody wykorzystania reakcji pirolitycznych są wymienione tutaj. W rzeczywistości istnieje wiele innych przypadków użycia. Wikipedia twierdzi, że procesy pirolizy nie są w pełni zrozumiałe, wiele projektów jest w fazie rozwoju.
Do rozkładu termicznego w przemyśle stosuje się piece pirolityczne i różne reaktory. Powyższy schemat pokazuje generator gazu przetwarzający odpady drzewne i trociny na paliwo gazowe. Główną rolę odgrywa tutaj bezpośredni suchy reaktor destylacyjny, w którym przygotowane surowce przetwarzane są w gaz syntezowy przez powolne spalanie.
Ważny niuans. Przed załadowaniem do pieca pirolitycznego lub generatora gazu drewno jest zawsze kruszone i suszone do wilgotności 10% lub mniejszej.
W chemii przemysłowej stosowana jest również technologia szybkiej pirolizy, gdy reaktor jest ogrzewany do temperatury 700 ... 900 ° C przez krótki okres czasu. Celem jest zwiększenie wydajności sprzętu i przyspieszenie przetwarzania.
Użytek krajowy
Na poziomie gospodarstwa domowego piroliza pomaga rozwiązać następujące problemy:
- czyszczenie piekarnika lub frytownicy z lepkich osadów tłuszczu, których nie można usunąć mechanicznie;
- produkcja węgla drzewnego;
- ogrzewanie prywatnego domu za pomocą kotła na paliwo stałe do pirolizy.
Najlepszą metodą czyszczenia patelni jest umieszczenie jej w piekarniku, ustawienie temperatury na 200 ... 250 ° C i odstawienie na pół godziny. Bez tlenu nastąpi niszczenie osadów, pozostanie tylko popiół, a okap kuchenny usunie gazy pirolityczne.
Odniesienie. Istnieją modele piekarników z wbudowaną funkcją czyszczenia pirolitycznego. Pod koniec „prażenia” pozostaje jedynie wytrzeć wewnętrzne powierzchnie i odrzucić powstały popiół.
Węgiel drzewny służy do smażenia grilla, kowalstwa i bardziej egzotycznych celów - tankowania samochodowego generatora gazu (jak to działa, przeczytaj w osobnym materiale). Metoda pozyskiwania - spalania odpadów drzewnych w zamkniętym pojemniku, czyli powolna piroliza.
Oferujemy szczegółową analizę problemów związanych z generatorami ciepła z drewna do pirolizy.
Mity na temat kotłów pirolizy TT
Główną różnicą strukturalną między generatorem gazu a tradycyjnym kotłem z bezpośrednim spalaniem są 2 komory zamiast jednej.Ceramiczna dysza jest umieszczona między obiema komorami ogniowymi; powietrze jest wymuszane przez wentylator. Metalowe ściany jednostki pirolizy są chronione ogniotrwałą okładziną z cegły. Jak on działa:
- Drewno opałowe lub węgiel kładzie się w górnej (pierwotnej) komorze i podpala.
- Automatyzacja uruchamia wentylator wspomagający.
- Kiedy temperatura w palenisku wzrasta do 500 stopni, rozpoczyna się uwalnianie gazów pirolitycznych.
- Unoszone przez ogólny przepływ produktów spalania, te lotne związki wchodzą do dolnej komory wtórnej, gdzie są spalane w obecności tlenu (podobno).
W rzeczywistości powstały gaz syntezowy zaczyna się palić nawet w głównym piecu, ponieważ wentylator dostarcza nadmiar powietrza. Tylko pochodnia ognia jest skierowana do drugiej komory ... i to wszystko. Ponadto produkty spalania przemieszczają się przez rury cieplne wymiennika ciepła, podgrzewają chłodziwo i wlatują do komina.
Dodanie. Istnieje inna konstrukcja grzejników - bez wentylatora komora wtórna znajduje się u góry. Z punktu widzenia pirolizy koncepcja nie działa, urządzenie działa jak zwykły kocioł na gorącą wodę opalany drewnem, chociaż kosztuje dwa razy więcej niż klasyczne odpowiedniki.
Zwolennicy generatorów ciepła do pirolizy (tacy jak producenci tego sprzętu, sprzedawcy i rzemieślnicy) przypisują następujące zalety swoim kotłom TT:
- paliwo jest spalane całkowicie, pozostała część w popielniczce jest praktycznie zerowa;
- czas spalania - 10 godzin lub więcej;
- niska ilość szkodliwych emisji do atmosfery;
- wysoka wydajność dzięki wydajności 86 ... 90% (wskaźniki producentów) w porównaniu z tradycyjnymi kotłami o wydajności 75%.
Spróbujmy dowiedzieć się prawdziwości tych stwierdzeń. Pierwszy moment: jeśli palenisko jest załadowane suchym drewnem (jest to wymagane zgodnie z instrukcją użytkowania grzejnika), to po spaleniu pozostanie drobny popiół. Przepływ powietrza wytwarzany przez wentylator i przyspieszający w dyszy po prostu wpuszcza lekką pozostałość do komina.
Rezultatem jest prawie pusta popielniczka, złudzenie całkowitego spalania. Jeśli położysz suche drewno w klasycznym kotle z turbodoładowaniem TT, otrzymasz podobną pozostałość - trochę popiołu na dole. Oznacza to, że kompletność spalania zależy od jakości paliwa, a nie od konstrukcji generatora ciepła.
Komentarz. Układanie surowego drewna opałowego o wilgotności ponad 50% da negatywny wynik w każdym kotle. Rozważanie takich opcji jest bezcelowe.
Podaj krótko odpowiedzi na pozostałe stwierdzenia:
- Czas spalania 10-12 godzin odpowiada rzeczywistości. Inną rzeczą jest to, że wskaźnik osiąga się ze względu na wielkość komory paliwowej (100 litrów lub więcej), w której umieszcza się dużo drewna opałowego. Piroliza nie ma z tym absolutnie nic wspólnego.
- Gwarancja środowiskowa kotła jest prawdziwa. Wentylator pompuje nadmiar powietrza; powstaje bardzo niewiele toksycznych gazów. W trybie czuwania tlen nie dostaje się do pieca, drewno opałowe powoli tli się, a ilość szkodliwych emisji wzrasta.
- Sprawność kotła wynosząca 90% to bajka. W trybie aktywnego spalania zasada działania kotła jest podobna do turbodoładowanych wersji tradycyjnych jednostek, których sprawność nie przekracza 75%. Gdy wentylator jest wyłączony, płomień umiera, żar emituje niewiele ciepła.
Wniosek. Nabycie generującego gaz modelu kotła na paliwo stałe jest bardzo wątpliwym przedsięwzięciem. Urządzenie jest trzy razy droższe niż zwykłe wersje i dwa razy cięższe ze względu na podszewkę. Domowe generatory ciepła z reguły są bardziej niezawodne i tańsze niż fabryczne, ale zbyt duże. Pod względem wydajności i innych właściwości nie przewyższają klasycznych kotłów TT z kontrolą trakcji turbiny lub łańcucha.
Znany ekspert-ekspert potwierdzi naszą opinię w swoim filmie:
Wniosek
Ogólnie piroliza jest dość użytecznym zjawiskiem, które jest szeroko stosowane w chemii przemysłowej.Na poziomie gospodarstwa domowego procesy pirolityczne są rzadko stosowane, chociaż wytwarzanie gazów palnych występuje w każdym piecu lub kotle opalanym drewnem. Dlatego nie ma sensu kupować drogich modeli pirolizy.