Fenomén pyrolýzy vždy sprevádza spaľovanie tuhého paliva vo vykurovacích peciach a kotloch. Rozsah procesu závisí od dvoch faktorov - spôsobu spaľovania a konštrukcie domácej tepelnej elektrárne. Ponúkame podrobný pohľad na pyrolýzu dreva alebo uhlia, možnosti jeho použitia v priemyselných a domácich podmienkach. Cieľom je rozptýliť mýty vynaložené predajcami a remeselníckymi výrobcami drahých zariadení na „pyrolýzu“ určených na vykurovanie súkromných domov.
Čo je pyrolýza - popis procesu
Teoreticky sa môže spáliť akákoľvek látka vrátane zlúčenín uhlíka s vodíkom, napríklad:
- uhlie;
- zemný plyn (metán, propán atď.);
- biomasa - čerstvá, suchá;
- výrobky z dreva, celulóza, obyčajné drevo;
- rôzne druhy plastov;
- kaučuk z prírodného alebo umelého kaučuku;
- olej, jeho deriváty;
- ostatný odpad obsahujúci uhlík.
Na výstupe získajte určité množstvo tepelnej energie v závislosti od počiatočného obsahu vlhkosti spálenej hmoty. Na opis procesov používame chemický vzorec:
Spaľovanie je rýchla oxidačná reakcia. Za ideálnych podmienok sa každý atóm uhlíka kombinuje s dvoma kyslíkovými časticami a 2 atómy vodíka interagujú s 1 kyslíkovou časticou. V dôsledku toho vznikajú neškodné zlúčeniny - oxid uhličitý CO2 a voda. Ten sa pri zahrievaní vyparuje a odvádza časť uvoľneného tepla.
Dôležitý bod. V skutočných podmienkach nie všetky atómy vodíka a uhlíka nájdu mate v dôsledku nedostatku molekúl kyslíka. Zloženie spalín preto obsahuje malú frakciu škodlivých horľavých zlúčenín - oxid uhoľnatý (CO), voľný vodík (N)2) a uhlík vo forme sadzí.
Pyrolýza je rozkladná reakcia látky, ktorá sa vyskytuje po zahriatí a pri nedostatku voľného kyslíka. Uvedený princíp sa používa v jednotkách na výrobu plynu:
- Palivo (najmä drevo) je umiestnené vo vnútri uzavretej kovovej nádoby - reaktora.
- Výkon je externe ohrievaný na 500 ... 900 stupňov, prostredníctvom špeciálnych otvorov - nasmeruje privádzané množstvo vzduchu.
- Pod vplyvom vysokej teploty sa látka rozkladá na 3 hlavné zložky - oxid uhoľnatý (CO), vodík (N)2) a pevný alebo kvapalný uhlíkový zvyšok. Paralelne sa tvorí malé množstvo oxidu uhličitého a vodnej pary.
- Prchavé produkty tvoria pyrolýzny plyn - horľavá zmes vodíka a oxidu uhoľnatého, ktorá opúšťa nádrž osobitným plynovodom. Uvoľnené plynné palivo sa vyčistí, ochladí a potom prečerpá do nádrže.
Referencie. Za výrobných podmienok sa výsledný syntézny plyn privádza na ohrev rovnakej kapacity generátora plynu.
Spaľovanie a pyrolýza sú 2 rôzne procesy, ktoré sa môžu vyskytovať súčasne. Príklad: Počas intenzívneho spaľovania palivového dreva sa v kotlovej peci vytvára malé množstvo oxidu uhoľnatého, neškodný CO.2 oveľa väčší. A naopak, v tlejiacom režime palivového dreva sa uvoľňuje veľa vodíka a výparov, z ktorých časť sa dokáže premeniť na CO2 - oxidovať. To znamená, že všetko závisí od množstva kyslíka zapojeného do reakcie.
Účinok vysokej vlhkosti
Vysoký obsah vlhkosti vo východiskovom materiáli rovnako ovplyvňuje reakcie horenia a pyrolýzy. Ako príklad uvážte procesy spaľovania dreva:
- Pri horení sa uvoľnená energia vynakladá na odparovanie vody obsiahnutej v dreve. Množstvo tepla na výstupe je výrazne znížené, palivo je zbytočné.
- Vlhkosť výrazne spomaľuje tepelný rozklad látky.Odparená voda je súčasťou tepla spotrebovaného na zohrievanie, nedosahuje sa požadovaná teplota (minimálne 500 ° C). Pyrolýza dreva obsahujúceho viac ako 50% vlhkosti je takmer nemožná.
Najlepším ukazovateľom vlhkosti pri plodnom spaľovaní alebo rozklade dreva v plynovom generátore je 8 ... 15%. Doma je nereálne dosiahnuť takéto ukazovatele, predĺžené sušenie palivového dreva pod baldachýnom umožňuje dosiahnuť 20-25% obsahu vlhkosti.
Referencie. Pri výrobe palivových peliet a brikiet v závode sa piliny sušia na indikátor 8 - 10%. Maximálna vlhkosť hotových granúl je 15%.
Prečo používať tepelný rozklad
Rozsah pyrolytických procesov je pomerne široký:
- Výroba propylénu a etylénu pre chemický priemysel spracovaním tekutých uhľovodíkových surovín (olej).
- Získanie aktívneho uhlia metódou rozkladu drevného odpadu bez obsahu kyslíka.
- Rovnaký technologický postup, ale s obmedzeným prívodom vzduchu, umožňuje zo spaľovacieho stromu vytvárať horľavý syntézny plyn - zmes metánu, vodíka, oxidu uhoľnatého a neutrálneho dusíka.
- Pyrolýza uhlia - hnedého a kameňa - celá oblasť spracovania. Výsledné zlúčeniny sú syntetický benzín, koks, amoniak, uhoľný decht. Toluén, benzén, naftalén a rôzne fenoly používané v chemickom priemysle sa ťažia z chemického priemyslu.
- Nový vývoj - komerčné využitie tuhého komunálneho odpadu, pneumatík pre automobily, plastov, organických látok.
Poznámka. Tu sú uvedené najznámejšie spôsoby použitia pyrolytických reakcií. V skutočnosti existuje oveľa viac prípadov použitia. Wikipedia tvrdí, že procesy pyrolýzy nie sú úplne pochopené, veľa projektov sa pripravuje.
Na tepelný rozklad sa v priemysle používajú pyrolytické pece a rôzne reaktory. Diagram vyššie zobrazuje plynový generátor, ktorý spracováva drevný odpad a piliny na plynné palivo. Hlavnú úlohu tu zohráva priamy suchý destilačný reaktor, kde sa pripravené suroviny spracúvajú na syntézny plyn pomalým spaľovaním.
Dôležitá nuancia. Pred vložením do pyrolýznej pece alebo generátora plynu sa drevo vždy rozdrví a vysuší na obsah vlhkosti 10% alebo menej.
V priemyselnej chémii sa používa aj technológia rýchlej pyrolýzy, keď sa reaktor krátkodobo zahrieva na teplotu 700 ... 900 ° C. Cieľom je zvýšiť produktivitu zariadenia a urýchliť spracovanie.
Domáce použitie
Na úrovni domácnosti pyrolýza pomáha riešiť tieto problémy:
- čistenie rúry alebo fritézy od usadenín lepkavého tuku, ktoré nie je možné mechanicky odstrániť;
- výroba dreveného uhlia;
- vykurovanie súkromného domu pyrolýznym kotlom na tuhé palivo.
Najlepšie je vyčistiť panvicu, umiestniť ju do rúry, nastaviť teplotu na 200 ... 250 ° C a nechať stáť pol hodiny. Bez kyslíka dôjde k deštrukcii sedimentu, zostane iba popol a odsávač pár odstráni pyrolytické plyny.
Referencie. Existujú modely pecí so zabudovanou pyrolytickou funkciou čistenia. Na konci „praženia“ ostáva iba zotrieť vnútorné povrchy a zlikvidovať výsledný popol.
Drevené uhlie sa používa na vyprážanie grilovacích, kováčskych a exotickejších účelov - tankovanie automobilového plynového generátora (ako to funguje, čítajte v samostatnom materiáli). Metóda získavania - spaľovania drevného odpadu vo vnútri uzavretej nádoby, to znamená pomalá pyrolýza.
Navrhujeme podrobne analyzovať problémy spojené s generátormi tepla z pyrolýzneho dreva.
Mýty o pyrolýznych kotloch TT
Hlavným štrukturálnym rozdielom medzi ohrievačom plynu a tradičným kotlom na priame spaľovanie sú dve komory namiesto jednej.Medzi oboma požiarnymi komorami je umiestnená keramická dýza, vzduch je tlačený ventilátorom. Kovové steny pyrolýznej jednotky sú chránené žiaruvzdorným obkladom z tehál. Ako pracuje:
- Palivo alebo uhlie sa ukladá do hornej (primárnej) komory a zapaľuje sa.
- Automatizácia spustí podporný ventilátor.
- Keď teplota v ohnisku stúpne na 500 stupňov, začne sa uvoľňovanie pyrolytických plynov.
- Tieto prchavé látky, odvádzané všeobecným tokom produktov spaľovania, vstupujú do dolnej sekundárnej komory, kde sú spálené v prítomnosti kyslíka (pravdepodobne).
Výsledný syntézny plyn sa v skutočnosti začína horieť dokonca aj v primárnej peci, pretože ventilátor dodáva prebytočný vzduch. Do druhej komory je nasmerovaná iba horák s plameňom ... a to je všetko. Ďalej sa produkty spaľovania pohybujú cez tepelné rúrky výmenníka tepla, ohrievajú chladivo a odletávajú do komína.
Sčítanie. Existuje iný dizajn ohrievačov - bez ventilátora je sekundárna komora umiestnená hore. Z hľadiska pyrolýzy je tento koncept nefunkčný, jednotka funguje ako bežný teplovodný kotol na drevo, hoci stojí dvakrát toľko ako klasické náprotivky.
Navrhovatelia pyrolýznych generátorov tepla (ako sú výrobcovia tohto zariadenia, predajcovia a domáci remeselníci) pripisujú svojim kotlom TT tieto výhody:
- palivo je úplne spálené, zvyšok v nádobe na popol je prakticky nulový;
- doba horenia - 10 hodín alebo viac;
- nízke množstvo škodlivých emisií do ovzdušia;
- vysoká účinnosť vďaka účinnosti 86 ... 90% (ukazovatele výrobcov) v porovnaní s tradičnými kotlami s účinnosťou 75%.
Pokúsme sa zistiť pravdu týchto tvrdení. Prvý okamih: ak je krbový kôš naložený suchým drevom (vyžaduje sa podľa pokynov na používanie ohrievača), po spálení zostane jemný popol. Prietok vzduchu vytváraný ventilátorom a zrýchlenie v dýze jednoducho fúka ľahký zvyšok do komína.
Výsledkom je takmer prázdna nádoba na popol, ilúzia úplného spálenia. Ak ukladáte suché drevo do klasického preplňovaného kotla TT, dostanete podobný zvyšok - trochu popola na dne. To znamená, že úplnosť spaľovania závisí od kvality paliva a nie od konštrukcie generátora tepla.
Komentár. Pokládka surového palivového dreva s vlhkosťou nad 50% poskytne negatívny výsledok v každom kotli. Zváženie takýchto možností je zbytočné.
Stručne odpovedzte na zostávajúce vyhlásenia:
- Čas horenia 10 - 12 hodín zodpovedá realite. Ďalšou vecou je to, že ukazovateľ sa dosahuje vďaka veľkosti palivovej komory (100 litrov alebo viac), na ktorej je umiestnené veľké množstvo palivového dreva. Pyrolýza s tým nemá nič spoločné.
- Environmentálne zabezpečenie kotla je pravdivé. Ventilátor prečerpáva vzduch, vytvára sa len veľmi málo toxických plynov. V pohotovostnom režime kyslík neprichádza do pece, palivové drevo pomaly tlejí a zvyšuje sa množstvo škodlivých emisií.
- Účinnosť kotla 90% je rozprávka. V režime aktívneho spaľovania je princíp činnosti kotla podobný ako u turbodúchadlových verzií tradičných jednotiek, ktorých účinnosť nepresahuje 75%. Keď je ventilátor vypnutý, plameň zomrie, žeravé uhlíky vydávajú malé teplo.
Záver. Obstaranie modelu plynového kotla na tuhé palivá na výrobu plynu je veľmi pochybným podnikom. Jednotka je trikrát drahšia ako bežné verzie a vďaka obloženiu je dvakrát ťažšia. Domáce tepelné generátory sú spravidla spoľahlivejšie a lacnejšie ako tie z výroby, ale sú príliš objemné. Pokiaľ ide o účinnosť a ďalšie vlastnosti, nevykonávajú klasické kotly TT s reguláciou trakcie s turbínou alebo reťazou.
Známy odborník v odbore potvrdí náš názor vo svojom videu:
Záver
Vo všeobecnosti je pyrolýza pomerne užitočným javom, ktorý sa v priemyselnej chémii bežne používa.Na úrovni domácnosti sa zriedkavo používajú pyrolytické procesy, hoci v každom kachle alebo kotle na drevo dochádza k tvorbe horľavých plynov. Je preto zbytočné kupovať drahé modely pyrolýzy.