Pojav pirolize vedno spremlja zgorevanje trdnega goriva v ogrevalnih pečeh in kotlih. Obseg postopka je odvisen od dveh dejavnikov - načina zgorevanja in zasnove domače toplotne elektrarne. Ponujamo podroben ogled pirolize lesa ali premoga, možnosti njegove uporabe v industrijskih in domačih razmerah. Cilj je razbliniti mite, ki so jih izumili prodajalci in obrtni proizvajalci drage opreme za pirolizo, namenjene ogrevanju zasebnih domov.
Kaj je piroliza - opis postopka
Teoretično je mogoče spaliti katero koli snov, vključno z ogljikovimi spojinami z vodikom, na primer:
- premog;
- zemeljski plin (metan, propan in tako naprej);
- biomasa - sveža, suha;
- izdelki iz lesa, celuloza, navadni les;
- različne vrste plastike;
- guma iz naravne ali umetne gume;
- olje, njegovi derivati;
- drugi odpadki, ki vsebujejo ogljik
Na izhodu dobite določeno količino toplotne energije, odvisno od začetne vsebnosti vlage v zgoreli masi. Za opis postopkov uporabljamo kemijsko formulo:
Izgorevanje je hitro oksidacijsko reakcijo. V idealnih pogojih se vsak atom ogljika kombinira z dvema delcema kisika, 2 vodikova atoma pa delujeta z 1 delcem kisika. Posledično nastanejo neškodljive spojine - ogljikov dioksid CO2 in vodo. Slednji se pri segrevanju izhlapi in tako odvzame del sproščene toplote.
Pomembna točka. V resničnih razmerah niso vsi vodikovi in ogljikovi atomi našli mate zaradi pomanjkanja molekul kisika. Zato sestava produktov zgorevanja vključuje majhen del škodljivih gorljivih spojin - ogljikov monoksid (CO), prosti vodik (N2) in ogljik v obliki saje.
Piroliza je reakcija razgradnje snovi, ki se pojavi pri segrevanju in pomanjkanju prostega kisika. Navedeno načelo se uporablja v enotah za proizvodnjo plina:
- V zaprti kovinski posodi - reaktorju se nahaja gorivo (zlasti les).
- Zunanjost segreva na 500 ... 900 stopinj, skozi posebne odprtine - dovajamo odmerjeno količino zraka.
- Pod vplivom visoke temperature se snov razgradi na 3 glavne sestavine - ogljikov monoksid (CO), vodik (N2) in ostanki trdnega ali tekočega ogljika. Vzporedno se tvori majhna količina ogljikovega dioksida in vodne pare.
- Hlapni proizvodi sestavljajo pirolizni plin - gorljiva mešanica vodika in ogljikovega monoksida, ki rezervoar zapusti skozi ločen cevovod. Sproščeno plinsko gorivo se očisti, ohladi in nato črpa v rezervoar.
Referenca V proizvodnih pogojih nastali sintetični plin pošlje, da segreje enako zmogljivost generatorja plina.
Izgorevanje in piroliza sta dva različna procesa, ki se lahko zgodita hkrati. Primer: med intenzivnim kurjenjem drva se v peči kotla tvori majhna količina ogljikovega monoksida, neškodljivega CO2 veliko večji. In obratno, v režimu taljenja kurilnega lesa se sprošča veliko vodika in hlapov, katerih del se uspe spremeniti v CO2 - oksidira. Se pravi, vse je odvisno od količine kisika, ki sodeluje v reakciji.
Učinek visoke vlažnosti
Visoka vsebnost vlage v izhodnem materialu enako vpliva na reakcije zgorevanja in pirolize. Kot primer si oglejte postopke gorenja lesa:
- Pri gorenju se sproščena energija porabi za izhlapevanje vode, ki jo vsebuje les. Količina toplote na izstopu se znatno zmanjša, gorivo se zapravi.
- Vlaga močno upočasni toplotno razpadanje snovi.Izparela voda prevzame del toplote, porabljene za ogrevanje; zahtevana temperatura (najmanj 500 ° C) ni dosežena. Piroliza lesa, ki vsebuje več kot 50% vlage, je skoraj nemogoča.
Najboljši indikator vlažnosti za plodno gorenje ali razpadanje lesa v plinskem generatorju je 8 ... 15%. Doma je nerealno doseči takšne kazalnike, dolgotrajno sušenje drva pod krošnjami vam omogoča, da dosežete 20-25% vsebnosti vlage.
Referenca Pri izdelavi gorivnih kroglic in briketov v obratu se žagovina suši do kazalca 8-10%. Najvišja vlažnost končnih zrnc je 15%.
Zakaj uporabljati termično razpadanje
Obseg pirolitičnih procesov je precej širok:
- Proizvodnja propilena in etilena za kemično industrijo s predelavo tekočih surovin iz ogljikovodikov (olje).
- Pridobivanje oglja s postopkom razgradnje lesnoobdelanih odpadkov brez kisika.
- Isti tehnološki postopek, vendar z omejenim dovodom zraka omogoča ustvarjanje gorljivega sintetičnega plina z drevesa - mešanice metana, vodika, ogljikovega monoksida in nevtralnega dušika.
- Piroliza premoga - rjavega in kamnitega - celotno območje predelave. Nastale spojine so sintetični bencin, koks, amonijak, premogov katran. Iz slednjih se pridobivajo toluen, benzen, naftalen in različni fenoli, ki se uporabljajo v kemični industriji.
- Novost - komercialna uporaba trdnih komunalnih odpadkov, avtomobilskih pnevmatik, plastike, organske opreme.
Opomba. Tu so navedeni najbolj znani načini uporabe pirolitičnih reakcij. V resnici je veliko več primerov uporabe. Wikipedija trdi, da pirolizni procesi niso popolnoma razumljeni, številni projekti so v pripravi.
Za toplotno razpadanje se v industriji uporabljajo pirolizne peči in različni reaktorji. Zgornji diagram prikazuje generator plina, ki predela lesne odpadke in žagovino v plinasto gorivo. Glavno vlogo pri tem igra reaktor neposredne suhe destilacije, kjer pripravljene surovine s počasnim zgorevanjem predelajo v sintetični plin.
Pomemben odtenek. Pred nalaganjem v pirolizatorsko peč ali plinski generator se les vedno drobi in posuši do vsebnosti vlage 10% ali manj.
V industrijski kemiji se uporablja tudi tehnologija hitre pirolize, ko reaktor za kratek čas segrejemo na temperaturo 700 ... 900 ° C. Cilj je povečati produktivnost opreme in pospešiti obdelavo.
Domača uporaba
Na ravni gospodinjstva piroliza pomaga rešiti naslednje težave:
- čiščenje pečice ali cvrtnika iz lepljivih maščob, ki jih ni mogoče mehansko odstraniti;
- proizvodnja oglja;
- ogrevanje zasebne hiše s piroliznim kotlom na trda goriva.
Najboljši način čiščenja ponve je, da jo postavite v pečico, temperaturo nastavite na 200 ... 250 ° C in pustite stati pol ure. Brez dostopa do kisika bo prišlo do uničenja usedlin, ostal bo le pepel, kuhalna plošča pa bo odvzela pirolizne pline.
Referenca Obstajajo modeli pečic z vgrajeno pirolitično funkcijo čiščenja. Na koncu "praženja" ostane samo, da obrišete notranje površine in zavržete nastali pepel.
Oglje se uporablja za cvrtje žara, kovaštvo in bolj eksotične namene - dolivanje avtomobilskega generatorja plina (kako deluje, preberite v ločenem gradivu). Način pridobivanja - kurjenje lesenih odpadkov znotraj zaprtega zabojnika, torej počasna piroliza.
Predlagamo, da podrobno analiziramo težave, povezane s piroliznimi generatorji toplote na lesu.
Miti o piroliznih kotlih TT
Glavna konstrukcijska razlika med grelnikom generatorja na plin in tradicionalnim kotlom z neposrednim zgorevanjem je 2 komori namesto ene.Med obema kuriščema je nameščena keramična šoba, zrak pa izpuhuje ventilator. Kovinske stene enote za pirolizo so zaščitene z ognjevzdržno opečno oblogo. Kako deluje:
- Drva ali premog se položijo v zgornjo (primarno) komoro in se kurijo.
- Avtomatizacija zažene ventilator za povečanje.
- Ko temperatura v kurišču naraste na 500 stopinj, se začne sproščanje piroliznih plinov.
- Te hlapne spojine, odnesene s splošnim tokom zgorevalnih produktov, vstopijo v spodnjo sekundarno komoro, kjer se zgorejo v prisotnosti kisika (menda).
Pravzaprav nastali sintetični plin začne goreti že v primarni peči, saj ventilator dovaja odvečen zrak. V drugo komoro je usmerjena samo bakla plamena ... in to je to. Nadalje se produkti zgorevanja premikajo skozi toplotne cevi toplotnega izmenjevalnika, segrejejo hladilno tekočino in letijo v dimnik.
Dodatek. Obstaja še ena zasnova grelnikov - brez ventilatorja je sekundarna komora nameščena na vrhu. Z vidika pirolize koncept ne deluje, enota deluje kot navadni toplovodni kotel na drva, čeprav stane dvakrat toliko kot klasični.
Podporniki piroliznih generatorjev toplote (kot so proizvajalci te opreme, prodajalci in domači obrtniki) pripisujejo svojim TT kotlom naslednje prednosti:
- gorivo je popolnoma zgorelo, preostanek v posodi za pepel je praktično nič;
- čas gorenja - 10 ur ali več;
- majhna količina škodljivih emisij v ozračje;
- visoka učinkovitost zaradi učinkovitosti 86 ... 90% (kazalniki proizvajalcev) v primerjavi s tradicionalnimi kotli z izkoristkom 75%.
Poskusimo ugotoviti resničnost teh izjav. Prvi trenutek: če je kurišče napolnjeno s suhim lesom (takšen je potreben v skladu z navodili za uporabo grelnika), bo po gorenju ostal fini pepel. Pretok zraka, ki ga ustvari ventilator in pospeši v šobi, preprosto odpihne svetlobni ostanek v dimnik.
Rezultat je skoraj prazna posoda za pepel, iluzija popolnega zgorevanja. Če položite suh les v klasični TT kotel s turbopolnilnikom, dobite podoben ostanek - malo pepela na dnu. Se pravi, popolnost zgorevanja je odvisna od kakovosti goriva in ne od zasnove generatorja toplote.
Komentar. Polaganje surovega drva z vlago nad 50% bo dalo negativen rezultat v katerem koli kotlu. Upoštevanje takšnih možnosti je nesmiselno.
Na kratko odgovorite na preostale trditve:
- Čas gorenja 10-12 ur ustreza resničnosti. Druga stvar je, da je indikator dosežen zaradi velikosti komore za gorivo (100 litrov ali več), kamor je postavljeno veliko drva. Piroliza s tem nima nobene zveze.
- Okoljevarstveno zagotovilo kotla je resnično. Ventilator črpa odvečen zrak, nastaja zelo malo strupenih plinov. V stanju pripravljenosti kisik ne vstopi v peč, drva počasi talijo in količina škodljivih emisij se poveča.
- 90-odstotni izkoristek kotla je pravljica. V načinu aktivnega zgorevanja je princip delovanja kotla podoben različicam s turbinskim polnjenjem tradicionalnih enot, katerih izkoristek ne presega 75%. Ko se ventilator ugasne, plamen umre, žerjavico oddajajo malo toplote.
Zaključek. Nakup modela plinskega kotla na trda goriva je zelo dvomljiv. Enota je trikrat dražja od običajnih izvedb in zaradi obloge dvakrat težja. Domači generatorji toplote so praviloma bolj zanesljivi in cenejši od tovarniških, vendar so preveč zajetni. Glede na učinkovitost in druge značilnosti ne presegajo klasičnih kotlov TT s krmiljenjem turbine ali verige.
Znani strokovnjak bo v svojem videu potrdil naše mnenje:
Zaključek
Na splošno je piroliza precej koristen pojav, ki se široko uporablja v industrijski kemiji.Na ravni gospodinjstev se pirolitični procesi uporabljajo redko, čeprav nastajanje vnetljivih plinov poteka v kateri koli peči na drva ali kotlu. Zato je nesmiselno kupovati drage modele pirolize.