Fenomen pirolize uvijek prati izgaranje krutog goriva u pećima i bojlerima. Opseg postupka ovisi o dva čimbenika - načinu izgaranja i dizajnu kućne termoelektrane. Nudimo detaljan pregled pirolize drva ili ugljena, mogućnosti njegove upotrebe u industrijskim i kućnim uvjetima. Cilj je rastjerati mitove koje su izmislili prodavci i majstori proizvođača skupe opreme "piroliza" namijenjene grijanju privatnih domova.
Što je piroliza - opis procesa
Teoretski, bilo koja tvar, uključujući ugljikove spojeve s vodikom, može se spaliti, na primjer:
- ugljen;
- prirodni plin (metan, propan i tako dalje);
- biomasa - svježa, suha;
- proizvodi od drva, celuloza, obično drvo;
- razne vrste plastike;
- guma od prirodne ili umjetne gume;
- ulje, njegovi derivati;
- ostali otpad koji sadrži ugljik.
Na izlazu nabavite određenu količinu toplinske energije, ovisno o početnom udjelu vlage izgorjele mase. Da bismo opisali procese, koristimo kemijsku formulu:
Izgaranje je brza reakcija oksidacije. U idealnim uvjetima, svaki atom ugljika kombinira se s dvije čestice kisika, a 2 vodikova atoma međusobno djeluju s 1 česticom kisika. Kao rezultat toga nastaju bezopasni spojevi - ugljični dioksid CO2 i vode. Potonji isparava pri zagrijavanju, oduzimajući dio oslobođene topline.
Važna točka. U stvarnim uvjetima, nisu svi atomi vodika i ugljika pronašli pare zbog nedostatka molekula kisika. Stoga sastav produkata izgaranja uključuje mali dio štetnih zapaljivih spojeva - ugljični monoksid (CO), slobodni vodik (N2) i ugljik u obliku čađe.
Piroliza je reakcija raspadanja tvari koja nastaje pri zagrijavanju i nedostatku slobodnog kisika. Navedeni princip koristi se u jedinicama za proizvodnju plina:
- Gorivo (posebno drvo) se stavlja u zatvorenu metalnu posudu - reaktor.
- Kapacitet se izvana zagrijava na 500 ... 900 stupnjeva, kroz posebne otvore - dovodi se dozirana količina zraka.
- Pod utjecajem visoke temperature tvar se razgrađuje na 3 glavne komponente - ugljični monoksid (CO), vodik (N2) i čvrsti ili tekući ostatak ugljika. Mala količina ugljičnog dioksida i vodene pare formira se paralelno.
- Isparljivi proizvodi čine pirolizni plin - zapaljivu mješavinu vodika i ugljičnog monoksida, ostavljajući spremnik kroz poseban cjevovod. Oslobođeno plinovito gorivo čisti se, hladi, a zatim se pumpa u spremnik.
Reference. Pod proizvodnim uvjetima, dobiveni sintezni plin šalje se na grijanje istog kapaciteta generatora plina.
Izgaranje i piroliza su dva različita procesa koja se mogu istovremeno dogoditi. Primjer: tijekom intenzivnog gorenja ogrjevnog drva, u peći kotla formira se mala količina ugljičnog monoksida, bezopasnog CO.2 puno veći. I obrnuto, u režimu dimljenja drva za ogrjev oslobađa se puno vodika i isparenja, čiji se dio uspije pretvoriti u CO2 - oksidira. Odnosno, sve ovisi o količini kisika koja je uključena u reakciju.
Učinak visoke vlažnosti
Visoki udio vlage u polaznom materijalu jednako utječe na reakcije izgaranja i pirolize. Uzmite u obzir postupke sagorijevanja drva:
- Pri gorenju, oslobođena energija troši se na isparavanje vode sadržane u drvu. Količina topline na izlazu je znatno smanjena, gorivo se troši.
- Vlaga jako usporava toplinsko raspadanje materije.Isparena voda uzima dio topline trošene na zagrijavanje, a ne postiže se potrebna temperatura (minimalno 500 ° C). Piroliza drveta koja sadrži više od 50% vlage gotovo je nemoguća.
Najbolji pokazatelj vlažnosti za plodno gorenje ili raspadanje drva u plinskom generatoru je 8 ... 15%. Kod kuće je nerealno postići takve pokazatelje, produljeno sušenje ogrjevnog drveta pod nadstrešnicom omogućuje vam postizanje 20-25% sadržaja vlage.
Reference. U proizvodnji gorivih peleta i briketa u postrojenju, piljevina se suši do pokazatelja od 8-10%. Maksimalna vlažnost gotovih granula je 15%.
Zašto koristiti termičku razgradnju
Opseg pirolitičkih procesa je prilično širok:
- Proizvodnja propilena i etilena za kemijsku industriju preradom tekućih sirovina ugljikovodika (nafte).
- Dobivanje drvenog ugljena metodom raspada drvnog otpada bez kisika.
- Isti tehnološki postupak, ali s ograničenom opskrbom zraka, omogućuje stvaranje zapaljivog sintetskog plina iz stabla - mješavine metana, vodika, ugljičnog monoksida i neutralnog dušika.
- Piroliza ugljena - smeđa i kamena - čitavo područje obrade. Rezultirajući spojevi su sintetički benzin, koks, amonijak, katran. Iz potonjeg se vade toluen, benzen, naftalen i razni fenoli koji se koriste u kemijskoj industriji.
- Novi razvoj - komercijalno korištenje čvrstog komunalnog otpada, automobilskih guma, plastike, organskih materijala.
Bilješka. Ovdje su navedene najpoznatije metode upotrebe pirolitičkih reakcija. U stvarnosti, postoji mnogo više slučajeva upotrebe. Wikipedia tvrdi da procesi pirolize nisu u potpunosti razumljivi, mnogi projekti su u fazi izrade.
Za termičko razgradnju u industriji se koriste peći za pirolizu i različiti reaktori. Dijagram gore prikazuje generator plina koji prerađuje drveni otpad i piljevinu u plinovito gorivo. Glavnu ulogu ovdje igra reaktor za izravnu suhu destilaciju, gdje se pripremljene sirovine sporo pregađaju u sintetički plin.
Važna nijansa. Prije utovara u pirolizatorsku peć ili generator plina, drvo se uvijek drobi i suši do sadržaja vlage od 10% ili manje.
U industrijskoj se kemiji koristi i tehnologija brze pirolize, kada se reaktor kratko vrijeme zagrijava na temperaturu od 700 ... 900 ° C. Cilj je povećati produktivnost opreme i ubrzati obradu.
Kućna uporaba
Na razini kućanstva, piroliza pomaže u rješavanju sljedećih problema:
- čišćenje pećnice ili friteze od ljepljivih masnih naslaga koje se ne mogu mehanički ukloniti;
- proizvodnja drvenog ugljena;
- grijanje privatne kuće s piroliznim kotlom na kruto gorivo.
Najbolja metoda čišćenja posude je da je stavite u pećnicu, postavite temperaturu na 200 ... 250 ° C i ostavite stajati pola sata. Bez pristupa kisiku doći će do uništavanja sedimenata, ostat će samo pepeo, a napa za kuhanje oduzet će plinove pirolize.
Reference. Postoje modeli pećnica s ugrađenom pirolitičkom funkcijom čišćenja. Na kraju "pečenja" ostaje samo obrisati unutarnje površine i odbaciti nastali pepeo.
Drveni ugljen koristi se za prženje roštilja, kovaštvo i egzotičnije svrhe - dolijevanje automobila automobilskim plinom (kako to radi, pročitajte u zasebnom materijalu). Način dobivanja - spaljivanje drvnog otpada unutar zatvorenog spremnika, to jest spora piroliza.
Predlažemo da detaljno analiziramo probleme povezane s piroliznim generatorima topline drva.
Mitovi o piroliznim TT kotlovima
Glavna strukturna razlika između grijača generatora plina i tradicionalnog kotla s izravnim izgaranjem je 2 komore umjesto jedne.Između obje komore je postavljena keramička mlaznica, a zrak dovodi ventilator. Metalni zidovi jedinice za pirolizu zaštićeni su vatrostalnom oblogom od opeke. Kako radi:
- Ogrevno drvo ili ugljen postavljaju se u gornju (primarnu) komoru i pale se.
- Automatizacija pokreće pojačani ventilator.
- Kad temperatura u ložištu poraste na 500 stupnjeva, počinje ispuštanje piroliznih plinova.
- Ako se nose sa općim protokom produkata izgaranja, ti isparljivi spojevi ulaze u donju sekundarnu komoru, gdje se sagorijevaju u prisustvu kisika (navodno).
U stvari, rezultirajući sintezni plin počinje sagorijevati čak i u primarnoj peći, jer ventilator dovodi višak zraka. U drugu komoru usmjerena je samo baklja plamena ... i to je to. Nadalje, proizvodi izgaranja kreću se kroz toplinske cijevi izmjenjivača topline, zagrijavaju rashladnu tekućinu i odlaze u dimnjak.
Dodatak. Postoji još jedan dizajn grijača - bez ventilatora, sekundarna komora nalazi se na vrhu. S gledišta pirolize, koncept ne radi, jedinica funkcionira poput običnog bojlera s toplom vodom na drva, iako košta dvostruko više od klasičnih uređaja.
Pristalice piroliznih generatora topline (poput proizvođača ove opreme, prodavača i kućnih majstora) svojim TT bojlerima pripisuju sljedeće prednosti:
- gorivo se u potpunosti sagorijeva, ostatak u pepelu je praktički nula;
- vrijeme gorenja - 10 sati ili više;
- niska količina štetnih emisija u atmosferu;
- visoka učinkovitost zbog učinkovitosti od 86 ... 90% (pokazatelji proizvođača) u usporedbi s tradicionalnim bojlerima s učinkovitošću od 75%.
Pokušajmo ustanoviti istinitost tih izjava. Prvi trenutak: ako je ložište napunjeno suhim drvom (potrebno je prema uputama za uporabu grijača), fini pepeo ostaje nakon izgaranja. Protok zraka koji stvara ventilator i ubrzava se u mlaznici jednostavno puše svjetlosni ostatak u dimnjak.
Rezultat je gotovo prazna posuda za pepeo, iluzija potpunog izgaranja. Ako položite suho drvo u klasični TT bojler, dobivate sličan ostatak - malo pepela na dnu. Odnosno, potpunost izgaranja ovisi o kvaliteti goriva, a ne o dizajnu generatora topline.
Komentar. Polaganje sirovog ogrevnog drveta s vlagom većom od 50% dat će negativan rezultat u bilo kojem kotlu. Razmatranje takvih opcija je besmisleno.
Ukratko dajte odgovore na preostale tvrdnje:
- Vrijeme gorenja od 10-12 sati odgovara stvarnosti. Druga stvar je da se pokazatelj postiže zahvaljujući veličini komore za gorivo (100 litara ili više), gdje se postavlja puno drva za ogrjev. Piroliza nema apsolutno nikakve veze s tim.
- Sigurnost okoliša kotla je istinita. Ventilator pumpa višak zraka, stvara se vrlo malo otrovnih plinova. U stanju čekanja kisik ne ulazi u peć, ogrjev se polako razgrađuje i količina štetnih emisija raste.
- Učinkovitost kotla od 90% je bajka. U režimu aktivnog sagorijevanja, princip rada kotla sličan je turbo-inačicama verzija tradicionalnih jedinica, čija učinkovitost ne prelazi 75%. Kad se ventilator ugasi, plamen umire, plamenici emitiraju malo topline.
Zaključak. Nabava modela plina za proizvodnju kotla na kruto gorivo vrlo je sumnjiv posao. Uređaj je trostruko skuplji od uobičajenih verzija i dvostruko teži zbog obloge. Domaći generatori topline u pravilu su pouzdaniji i jeftiniji od tvorničkih, ali previše glomazni. U pogledu učinkovitosti i drugih karakteristika, oni ne nadmašuju klasične TT kotlove s upravljanjem turbine ili lanca.
Poznati stručnjak potvrdit će naše mišljenje u svom videu:
Zaključak
Općenito, piroliza je prilično koristan fenomen koji se široko koristi u industrijskoj kemiji.Na razini kućanstva pirolizni procesi se koriste rijetko, iako se stvaranje zapaljivih plinova događa u bilo kojoj peći na drva ili kotlu. Dakle, kupovina skupih modela pirolize besmislena je.