Fenomenul de piroliză însoțește întotdeauna arderea combustibilului solid în cuptoarele de încălzire și cazanele. Scara procesului depinde de doi factori - modul de ardere și proiectarea centralei termice din casă. Oferim o privire detaliată asupra pirolizei lemnului sau a cărbunelui, opțiuni pentru utilizarea acestuia în condiții industriale și casnice. Scopul este de a risipi miturile inventate de vânzători și producători artizani de echipamente scumpe de „piroliză” concepute pentru încălzirea caselor private.
Ce este piroliza - descrierea procesului
Teoretic, orice substanță, inclusiv compuși de carbon cu hidrogen, poate fi arsă, de exemplu:
- cărbune;
- gaz natural (metan, propan și așa mai departe);
- biomasa - proaspata, uscata;
- produse din lemn, celuloză, lemn obișnuit;
- diverse tipuri de materiale plastice;
- cauciuc din cauciuc natural sau artificial;
- petrolul, derivații săi;
- alte deșeuri care conțin carbon.
La ieșire, obțineți o anumită cantitate de energie termică, în funcție de conținutul inițial de umiditate al masei arse. Pentru a descrie procesele, folosim formula chimică:
Combustia este o reacție rapidă de oxidare. În condiții ideale, fiecare atom de carbon se combină cu două particule de oxigen și 2 atomi de hidrogen interacționează cu 1 particulă de oxigen. Ca urmare, se formează compuși inofensivi - dioxid de carbon CO2 si apa. Acesta din urmă se evaporă atunci când este încălzit, îndepărtând o parte din căldura eliberată.
Un punct important. În condiții reale, nu toți atomii de hidrogen și carbon găsesc o pereche din cauza lipsei de molecule de oxigen. Prin urmare, compoziția produselor de ardere include o mică parte din compuși combustibili nocivi - monoxid de carbon (CO), hidrogen liber (N2) și carbon sub formă de funingine.
Piroliza este o reacție de descompunere a unei substanțe care apare atunci când este încălzită și lipsă de oxigen liber. Principiul indicat este utilizat în unitățile generatoare de gaz:
- Combustibilul (în special, lemnul) este plasat în interiorul unei nave metalice închise - reactor.
- Capacitatea este încălzită extern la 500 ... 900 grade, prin deschideri speciale - tuyeres este furnizată o cantitate de aer contorizată.
- Sub influența temperaturii ridicate, substanța se descompune în 3 componente principale - monoxid de carbon (CO), hidrogen (N2) și reziduuri de carbon solid sau lichid. În paralel se formează o cantitate mică de dioxid de carbon și vapori de apă.
- Produsele volatile alcătuiesc gaz piroliză - un amestec combustibil de hidrogen și monoxid de carbon, care lasă rezervorul printr-o conductă separată. Combustibilul gazos degajat este curățat, răcit și apoi pompat în rezervor.
Referinţă. În condiții de producție, gazul de sinteză rezultat este trimis la încălzire aceeași capacitate a generatorului de gaz.
Combustia și piroliza sunt 2 procese diferite care pot apărea simultan. Exemplu: în timpul arderii intense a lemnului de foc, în cuptorul cazanului se formează o cantitate mică de monoxid de carbon, un CO inofensiv.2 mult mai mare. Și invers, în regimul de ardere a lemnului de foc, se eliberează o mulțime de hidrogen și vapori, o parte din care reușește să se transforme în CO2 - oxidează. Adică totul depinde de cantitatea de oxigen implicată în reacție.
Efectul umidității ridicate
Conținutul ridicat de umiditate din materialul de pornire afectează în egală măsură reacțiile de ardere și piroliză. Luați în considerare procesele de ardere a lemnului ca exemplu:
- La ardere, energia eliberată este cheltuită pentru evaporarea apei conținute în lemn. Cantitatea de căldură la priză este semnificativ redusă, combustibilul irosit.
- Umiditatea încetinește mult descompunerea termică a unei substanțe.Apa evaporată are parte din căldura cheltuită la încălzire; temperatura necesară (minim 500 ° C) nu este atinsă. Piroliza lemnului care conține mai mult de 50% umiditate este aproape imposibilă.
Cel mai bun indicator de umiditate pentru arderea fructuoasă sau descompunerea lemnului într-un generator de gaz este de 8 ... 15%. Acasă, nu este realist să se realizeze astfel de indicatori, uscarea prelungită a lemnului de foc sub un baldachin vă permite să obțineți un conținut de umiditate de 20-25%.
Referinţă. La fabricarea peleților de combustibil și a brichetelor la uzină, rumegușul este uscat până la un indicator de 8-10%. Umiditatea maximă a granulelor finite este de 15%.
De ce se utilizează descompunerea termică
Domeniul de aplicare al proceselor pirolitice este destul de larg:
- Producția de propilenă și etilenă pentru industria chimică prin prelucrarea materiilor prime cu hidrocarburi lichide (ulei).
- Obținerea cărbunelui prin metoda descompunerii fără oxigen a deșeurilor de prelucrare a lemnului.
- Același proces tehnologic, dar cu o alimentare limitată de aer permite generarea de gaz de sinteză combustibil dintr-un copac - un amestec de metan, hidrogen, monoxid de carbon și azot neutru.
- Piroliza cărbunelui - maro și piatră - o direcție întreagă de prelucrare. Compușii rezultați sunt benzina sintetică, cocsul, amoniacul, gudronul de cărbune. Toluenul, benzenul, naftalenul și diferiții fenoli folosiți în industria chimică sunt extrași din aceștia din urmă.
- Noi dezvoltări - utilizarea comercială a deșeurilor solide municipale, a anvelopelor auto, materiale plastice, organice.
Notă. Cele mai faimoase metode de utilizare a reacțiilor pirolitice sunt enumerate aici. În realitate, există multe alte cazuri de utilizare. Wikipedia susține că procesele de piroliză nu sunt pe deplin înțelese, multe proiecte sunt în curs de dezvoltare.
Pentru descompunerea termică, în industrie se folosesc cuptoare de piroliză și diferite reactoare. Diagrama de mai sus arată un generator de gaz care prelucrează deșeurile de lemn și rumegușul în combustibil gazos. Rolul principal îl joacă aici reactorul de distilare directă, unde materiile prime preparate sunt prelucrate în gaz de sinteză prin combustie lentă.
O nuanță importantă. Înainte de a încărca într-un cuptor de piroliză sau generator de gaz, lemnul este întotdeauna strivit și uscat până la un conținut de umiditate de 10% sau mai puțin.
În chimia industrială se folosește și tehnologia rapidă a pirolizei, când reactorul este încălzit la o temperatură de 700 ... 900 ° C pentru o perioadă scurtă de timp. Scopul este creșterea productivității echipamentelor și accelerarea procesării.
Uz casnic
La nivelul gospodăriei, piroliza ajută la rezolvarea următoarelor probleme:
- curățarea cuptorului sau a frigiderului de depozitele de grăsime lipicioase care nu pot fi îndepărtate mecanic;
- producerea cărbunelui;
- încălzirea unei case particulare cu un cazan cu combustibil solid piroliză.
Cea mai bună metodă de curățare a tigaiei este să o introduceți în cuptor, să setați temperatura la 200 ... 250 ° C și să lăsați să stea o jumătate de oră. Fără acces de oxigen, se va produce distrugerea sedimentelor, va rămâne doar cenușă, iar o hota de aragaz va elimina gazele pirolizei.
Referinţă. Există modele de cuptoare cu funcție de curățare pirolitică încorporată. La sfârșitul „prăjirii”, rămâne doar să ștergeți suprafețele interne și să aruncați cenușa rezultată.
Cărbunele este folosit pentru prăjirea grătarului, a fierăriei și a scopurilor mai exotice - alimentând un generator de gaz auto (cum funcționează, citiți într-un material separat). Metoda de obținere - arderea deșeurilor de lemn într-un recipient închis, adică piroliza lentă.
Ne propunem să analizăm în detaliu problemele asociate cu generatoarele de căldură pirolize.
Mituri despre cazanele TT de piroliză
Principala diferență structurală între un încălzitor generator de gaz și un cazan tradițional de ardere directă este de 2 camere în loc de una.Între ambele camere de foc sunt dispuse o duză ceramică; aerul este forțat de un ventilator. Pereții metalici ai unității de piroliză sunt protejați de o căptușeală din cărămidă refractară. Cum funcționează:
- Lemn de foc sau cărbune este așezat în camera superioară (primară) și a dat foc.
- Automatizarea pornește ventilatorul de impuls.
- Atunci când temperatura din căminul de foc crește la 500 de grade, începe eliberarea gazelor de piroliză.
- Transportate de fluxul general al produselor de ardere, acești compuși volatili intră în camera secundară inferioară, unde sunt arși în prezența oxigenului (presupus).
De fapt, gazul de sinteză rezultat începe să ardă chiar și în cuptorul primar, deoarece ventilatorul furnizează aer în exces. Numai o torță de flacără este îndreptată în camera a doua ... și asta este. Mai departe, produsele de ardere se deplasează prin conductele de căldură ale schimbătorului de căldură, încălzesc lichidul de răcire și zboară în coș.
Plus. Există un alt design de încălzitoare - fără ventilator, camera secundară este situată în partea superioară. Din punctul de vedere al pirolizei, conceptul este nefuncțional, unitatea funcționează ca un cazan obișnuit cu apă caldă cu lemne, deși costă de două ori mai mult decât omologii clasici.
Susținătorii generatoarelor de căldură piroliză (cum ar fi producătorii acestui echipament, vânzătorii și meșterii de acasă) își atribuie următoarele avantaje cazanelor TT:
- combustibilul este ars complet, restul din cenusa este practic zero;
- timp de ardere - 10 ore sau mai mult;
- cantitate redusă de emisii nocive în atmosferă;
- eficiență ridicată datorită eficienței de 86 ... 90% (indicatori ai producătorilor) în comparație cu cazanele tradiționale cu o eficiență de 75%.
Să încercăm să ne dăm seama de veridicitatea acestor afirmații. Primul moment: dacă focarul este încărcat cu lemn uscat (este necesar conform instrucțiunilor de utilizare a încălzitorului), atunci cenusa fină va rămâne după ardere. Fluxul de aer creat de ventilator și care accelerează în duză, pur și simplu, suflă un reziduu ușor în coșul de fum.
Rezultatul este o cratiță aproape goală, o iluzie de ardere completă. Dacă așezați lemnul uscat într-un cazan TT cu turbocompresor clasic, veți obține un reziduu similar - puțină cenușă în partea de jos. Adică completitatea combustiei depinde de calitatea combustibilului și nu de proiectarea generatorului de căldură.
Cometariu. Punerea lemnului de foc brut cu o umiditate de peste 50% va duce la un rezultat negativ în orice cazan. Considerând astfel de opțiuni nu are rost.
Dați răspunsuri la declarațiile rămase:
- Timpul de ardere de 10-12 ore corespunde realității. Un alt lucru este că indicatorul este obținut datorită dimensiunii camerei de combustibil (100 litri sau mai mult), unde se așază multă lemne de foc. Piroliza nu are absolut nicio legătură cu ea.
- Asigurarea de mediu a cazanului este adevărată. Ventilatorul pompează aerul în exces, se formează foarte puține gaze toxice. În modul de așteptare, oxigenul nu intră în cuptor, lemnul de foc arde încet și cantitatea de emisii dăunătoare crește.
- Eficiența cazanului de 90% este un basm. În modul de ardere activă, principiul funcționării cazanului este similar versiunilor turboalimentate ale unităților tradiționale, a căror eficiență nu depășește 75%. Când ventilatorul este oprit, flacăra moare, brațele emit puțină căldură.
Concluzie. Achiziția unui model generator de gaz a unui cazan de combustibil solid este o întreprindere foarte dubioasă. Unitatea este de trei ori mai scumpă decât versiunile obișnuite și de două ori mai grea din cauza căptușelii. Generatoarele de căldură de casă, de regulă, sunt mai fiabile și mai ieftine decât cele din fabrică, dar sunt prea voluminoase. În ceea ce privește eficiența și alte caracteristici, acestea nu depășesc cazanele clasice TT cu o turbină sau un control al tracțiunii în lanț.
Un cunoscut practicant expert va confirma opinia noastră în videoclipul său:
Concluzie
În general, piroliza este un fenomen destul de util, care este utilizat pe scară largă în chimia industrială.La nivelul gospodăriei, procesele pirolitice sunt rareori utilizate, deși generarea de gaze combustibile are loc în orice sobă sau cazan de ardere a lemnului. Deci nu are rost să cumpărați modele de piroliză scumpe.