Pirolīzes parādība vienmēr ir saistīta ar cietā kurināmā dedzināšanu apkures krāsnīs un katlos. Procesa mērogs ir atkarīgs no diviem faktoriem - sadegšanas režīma un mājas termoelektrostacijas dizaina. Mēs piedāvājam detalizētu pārskatu par koksnes vai akmeņogļu pirolīzi, iespējām to izmantošanai rūpniecības un sadzīves apstākļos. Mērķis ir kliedēt mītus, ko izgudroja pārdevēji un amatnieku ražotāji par dārgu "pirolīzes" aprīkojumu, kas paredzēts privātmāju sildīšanai.
Kas ir pirolīze - procesa apraksts
Teorētiski var sadedzināt jebkuru vielu, ieskaitot oglekļa savienojumus ar ūdeņradi, piemēram:
- ogles;
- dabasgāze (metāns, propāns un tā tālāk);
- biomasa - svaiga, sausa;
- koka izstrādājumi, celuloze, parastais koks;
- dažāda veida plastmasa;
- gumija no dabiskas vai mākslīgas gumijas;
- eļļa, tās atvasinājumi;
- citi oglekli saturoši atkritumi.
Pie izejas iegūstiet noteiktu siltumenerģijas daudzumu atkarībā no sākotnējā sadedzinātās masas mitruma. Lai aprakstītu procesus, mēs izmantojam ķīmisko formulu:
Degšana ir ātra oksidācijas reakcija. Ideālos apstākļos katrs oglekļa atoms apvienojas ar divām skābekļa daļiņām, un 2 ūdeņraža atomi mijiedarbojas ar 1 skābekļa daļiņu. Tā rezultātā veidojas nekaitīgi savienojumi - oglekļa dioksīds CO2 un ūdens. Pēdējais iztvaiko, karsējot, noņemot daļu no atbrīvotā siltuma.
Svarīgs punkts. Reālos apstākļos ne visi ūdeņraža un oglekļa atomi atrod palīgu skābekļa molekulu trūkuma dēļ. Tāpēc sadegšanas produktu sastāvs satur nelielu daļu no kaitīgiem degošiem savienojumiem - oglekļa monoksīdu (CO), brīvo ūdeņradi (N2) un oglekli kvēpu veidā.
Pirolīze ir vielas sadalīšanās reakcija, kas notiek karsējot un brīva skābekļa trūkuma dēļ. Norādītais princips tiek izmantots gāzes ražošanas iekārtās:
- Degvielu (īpaši koksni) ievieto slēgtā metāla traukā - reaktorā.
- Tilpums tiek uzkarsēts ārēji līdz 500 ... 900 grādiem, caur īpašām atverēm - tiek piegādāts noteikts gaisa daudzums.
- Augstas temperatūras ietekmē viela sadalās 3 galvenajos komponentos - oglekļa monoksīdā (CO), ūdeņradī (N2) un cieta vai šķidra oglekļa atlikums. Paralēli veidojas neliels daudzums oglekļa dioksīda un ūdens tvaiku.
- Gaistošie produkti veido pirolīzes gāzi - degošu ūdeņraža un oglekļa monoksīda maisījumu, atstājot tvertni caur atsevišķu cauruļvadu. Izdalītā gāzveida degviela tiek iztīrīta, atdzesēta un pēc tam iesūknēta tvertnē.
Atsauce. Ražošanas apstākļos iegūto sintēzes gāzi nosūta, lai sildītu tādu pašu gāzes ģeneratora jaudu.
Sadegšana un pirolīze ir 2 dažādi procesi, kas var notikt vienlaicīgi. Piemērs: intensīvas malkas dedzināšanas laikā katla krāsnī veidojas neliels daudzums oglekļa monoksīda, nekaitīga CO2 daudz lielāks. Un otrādi, malkojošās malkas režīmā izdalās daudz ūdeņraža un izgarojumu, no kuriem daļai izdodas pārvērsties CO2 - oksidēt. Tas ir, tas viss ir atkarīgs no reakcijā iesaistītā skābekļa daudzuma.
Augsta mitruma ietekme
Augstais mitruma saturs izejvielā vienādi ietekmē sadegšanas un pirolīzes reakcijas. Apsveriet koka dedzināšanas procesus kā piemēru:
- Dedzinot, izdalītā enerģija tiek iztērēta, iztvaicējot kokā esošo ūdeni. Siltuma daudzums izejā ir ievērojami samazināts, degviela tiek izšķiesta.
- Mitrums ievērojami palēnina vielas termisko sadalīšanos.Iztvaicēts ūdens uzņem daļu no siltumam patērētā siltuma, nepieciešamā temperatūra (vismaz 500 ° C) netiek sasniegta. Koka, kas satur vairāk nekā 50% mitruma, pirolīze ir gandrīz neiespējama.
Labākais mitruma rādītājs augļu auglīgai sadedzināšanai vai sadalīšanai gāzes ģeneratorā ir 8 ... 15%. Mājās ir nereāli sasniegt šādus rādītājus, ilgstoša malkas žāvēšana zem nojumes ļauj sasniegt 20-25% mitruma saturu.
Atsauce. Ražojot rūpnīcā kurināmo granulas un briketes, zāģu skaidas žāvē līdz 8-10% rādītājam. Gatavo granulu maksimālais mitrums ir 15%.
Kāpēc izmantot termisko sadalīšanos?
Pirolītisko procesu loks ir diezgan plašs:
- Propilēna un etilēna ražošana ķīmiskajā rūpniecībā, pārstrādājot šķidras ogļūdeņraža izejvielas (eļļu).
- Kokogles iegūšana, izmantojot kokapstrādes atkritumu bezskābekļa sadalīšanas metodi.
- Tas pats tehnoloģiskais process, bet ar ierobežotu gaisa padevi ļauj no koka ģenerēt degošu sintēzes gāzi - metāna, ūdeņraža, oglekļa monoksīda un neitrāla slāpekļa maisījumu.
- Akmeņogļu - brūnās un akmens - pirolīze - visa pārstrādes zona. Iegūtie savienojumi ir sintētiskais benzīns, kokss, amonjaks, akmeņogļu darva. No pēdējiem iegūst toluolu, benzolu, naftalīnu un dažādus fenolus, ko izmanto ķīmiskajā rūpniecībā.
- Jaunumi - sadzīves atkritumu, automašīnu riepu, plastmasas, organisko atkritumu komerciāla izmantošana.
Piezīme. Šeit uzskaitītas slavenākās pirolītisko reakciju izmantošanas metodes. Patiesībā ir daudz vairāk gadījumu. Wikipedia apgalvo, ka pirolīzes procesi nav pilnībā izprotami, daudzi projekti tiek izstrādāti.
Termiskai sadalīšanai rūpniecībā izmanto pirolīzes krāsnis un dažādus reaktorus. Augšējā diagramma parāda gāzes ģeneratoru, kas koksnes atkritumus un zāģu skaidas pārstrādā gāzveida degvielā. Galveno lomu šeit spēlē tiešās sausās destilācijas reaktors, kur sagatavotās izejvielas lēnas sadedzināšanas rezultātā tiek pārstrādātas sintēzes gāzē.
Svarīga nianse. Pirms iekraušanas pirolīzes krāsnī vai gāzes ģeneratorā koksni vienmēr sasmalcina un žāvē līdz 10% vai mazākam mitruma saturam.
Rūpnieciskajā ķīmijā tiek izmantota arī ātras pirolīzes tehnoloģija, kad reaktoru uz īsu brīdi karsē līdz 700 ... 900 ° C temperatūrai. Mērķis ir palielināt iekārtu produktivitāti un paātrināt apstrādi.
Sadzīves vajadzībām
Sadzīves līmenī pirolīze palīdz atrisināt šādas problēmas:
- cepeškrāsns vai cepšanas ierīces tīrīšana no lipīgām tauku atliekām, kuras nevar mehāniski noņemt;
- kokogļu ražošana;
- privātmājas sildīšana ar pirolīzes cietā kurināmā katlu.
Vislabākā pannas tīrīšanas metode ir ievietot cepeškrāsnī, iestatīt temperatūru līdz 200 ... 250 ° C un ļaut nostāvēties pusstundu. Bez skābekļa nogulumu iznīcināšana notiks, paliks tikai pelni, un plīts pārsegs noņems pirolīzes gāzes.
Atsauce. Ir krāsniņu modeļi ar iebūvētu pirolītiskās tīrīšanas funkciju. Pēc "grauzdēšanas" beigām atliek tikai noslaucīt iekšējās virsmas un atbrīvoties no iegūtajiem pelniem.
Kokogles tiek izmantotas bārbekjū cepšanai, kalšanai un eksotiskākiem mērķiem - automašīnas gāzes ģeneratora uzpildīšanai (kā tas darbojas, mēs lasām atsevišķā materiālā). Iegūšanas metode - koksnes atkritumu sadedzināšana slēgtā traukā, tas ir, lēna pirolīze.
Mēs ierosinām detalizēti analizēt problēmas, kas saistītas ar koksnes siltuma pirolīzes ģeneratoriem.
Mīti par pirolīzes TT katliem
Galvenā strukturālā atšķirība starp gāzes ģeneratora sildītāju un tradicionālo tiešās sadedzināšanas katlu ir 2 kameras, nevis viena.Starp abām ugunsdzēšanas kamerām ir novietota keramikas sprausla, gaisu piespiež ventilators. Pirolīzes vienības metāla sienas aizsargā ar ugunsizturīgu ķieģeļu oderi. Kā viņš strādā:
- Malku vai ogles ieklāj augšējā (primārajā) kamerā un aizdedzina.
- Automatizācija iedarbina pastiprināšanas ventilatoru.
- Kad temperatūra kurtuvē paaugstinās līdz 500 grādiem, sākas pirolīzes gāzu izdalīšanās.
- Šie gaistošie savienojumi, kurus aizvada vispārējā sadegšanas produktu plūsma, nonāk apakšējā sekundārajā kamerā, kur tos sadedzina skābekļa klātbūtnē (domājams).
Faktiski iegūtā sintēzes gāze sāk degt pat primārajā krāsnī, jo ventilators piegādā lieko gaisu. Otrajā kamerā tiek virzīta tikai lāpas lāpa ... un tas ir. Tālāk sadegšanas produkti pārvietojas pa siltummaiņa siltuma caurulēm, silda dzesēšanas šķidrumu un lido skurstenī.
Papildinājums. Ir vēl viens sildītāju dizains - bez ventilatora sekundārā kamera atrodas augšpusē. No pirolīzes viedokļa šī koncepcija nedarbojas, iekārta darbojas kā parasts karstā ūdens katls, kas kurināms ar malku, kaut arī tas maksā divreiz dārgāk nekā klasiskie analogi.
Pirolīzes siltuma ģeneratoru atbalstītāji (piemēram, šo iekārtu ražotāji, pārdevēji un mājas amatnieki) saviem TT katliem piešķir šādas priekšrocības:
- degviela tiek pilnībā sadedzināta, atlikums pelnu traukā ir praktiski nulle;
- degšanas laiks - 10 stundas vai vairāk;
- zems kaitīgo izmešu daudzums atmosfērā;
- augsta efektivitāte, pateicoties efektivitātei 86 ... 90% (ražotāju rādītāji), salīdzinot ar tradicionālajiem katliem ar efektivitāti 75%.
Mēģināsim izdomāt šo paziņojumu patiesumu. Pirmais brīdis: ja kurtuvē ir iekrauta sausa koksne (tāda ir nepieciešama saskaņā ar sildītāja lietošanas instrukcijām), pēc sadedzināšanas paliks smalki pelni. Gaisa plūsma, ko rada ventilators un paātrinās sprauslā, vienkārši skurstenī izpūš vieglu atlikumu.
Rezultāts ir gandrīz tukša pelnu trauks, ilūzija par pilnīgu sadegšanu. Ja jūs gulējat sausu malku klasiskā TT katlā ar turbokompresoru, iegūstat līdzīgu atlikumu - nedaudz pelnu apakšā. Tas ir, sadegšanas pilnīgums ir atkarīgs no degvielas kvalitātes, nevis no siltuma ģeneratora konstrukcijas.
Komentārs. Neapstrādātas malkas ieklāšana ar mitrumu virs 50% dos negatīvu rezultātu jebkuram apkures katlam. Šādu iespēju apsvēršana ir bezjēdzīga.
Īsi sniedziet atbildes uz atlikušajiem paziņojumiem:
- Dedzināšanas laiks 10-12 stundas atbilst realitātei. Cita lieta, ka indikators tiek sasniegts degvielas kameras lieluma dēļ (100 litri vai vairāk), kur tiek ievietots daudz malkas. Pirolīzei tam nav absolūti nekāda sakara.
- Katla vides garantija ir patiesa. Ventilators sūknē lieko gaisu, veidojas ļoti maz toksisku gāzu. Gaidīšanas režīmā skābeklis neieplūst krāsnī, malka lēnām gruzd un palielinās kaitīgo izmešu daudzums.
- Katla efektivitāte 90% ir pasaka. Aktīvā sadegšanas režīmā katla darbības princips ir līdzīgs tradicionālo agregātu ar turbokompresoru versijām, kuru efektivitāte nepārsniedz 75%. Izslēdzot ventilatoru, liesma mirst, putekļi izstaro maz siltuma.
Secinājums. Cietā kurināmā katla ar gāzi ģenerējoša modeļa iegāde ir ļoti apšaubāms pasākums. Vienība ir trīs reizes dārgāka nekā parastās versijas un divreiz smagāka oderes dēļ. Pašmāju siltuma ģeneratori, kā likums, ir uzticamāki un lētāki nekā rūpnīcā ražoti, bet pārāk apjomīgi. Efektivitātes un citu īpašību ziņā tie nepārspēj klasiskos TT katlus ar turbīnas vai ķēdes vilces kontroli.
Plaši pazīstams praktiķis eksperts apstiprinās mūsu viedokli savā video:
Secinājums
Kopumā pirolīze ir diezgan noderīga parādība, ko plaši izmanto rūpnieciskajā ķīmijā.Sadzīves līmenī pirolītiskos procesus izmanto reti, kaut arī degošas gāzes rodas jebkurā malkas krāsnī vai katlā. Tāpēc nav jēgas pirkt dārgus pirolīzes modeļus.