Пиролизный газ

Содержание

Пиролизный газ: получение, температура горения, применение

Пиролизный газ

Необходимость в использовании экономичных видов топлива назрела в мире достаточно давно. К примеру, в Европе уже сегодня довольно-таки широко используется пиролизный газ. На таком топливе может работать разного рода кухонное оборудование, отопительные установки и даже автомобили.

Определение

Собственно, под самим понятием «пиролиз» химики понимают распад вещества на молекулярном уровне под действием высокой температуры, обычно при отсутствии воздуха. Сложные соединения при таких условиях разлагаются на более простые. При этом в среде образуются разного рода новые элементы. По сути, пиролиз, таким образом, представляет собой обычный процесс сухой перегонки.

Газ от дров

При сжигании топлива при высоких температурах в бескислородной среде образуются следующие продукты сгорания:

  • пиролизный газ;
  • смола пиролиза (жидкий продукт).

Первый из списка продукт имеет, помимо всего прочего, ту особенность, что может образовываться и при сгорании топлива в кислородной среде. Однако получить газ в данном случае можно только при условии сжигания топлива при температуре не ниже 500 °С.

Какие продукты могут использоваться

Пиролизные котлы в домах могут работать на обычных дровах или специальных паллетах, к примеру, из опилок или прессованной стружки. Также подвергаться пиролизу могут и разного рода бытовые и промышленные отходы.

Сжигается подобным образом, к примеру, резина, старые автомобильные покрышки, пластиковые, отслужившие свое, вещи и пр. В данном случае пиролиз позволяет не только получить определенную долю тепла, но и сохранить в чистоте окружающую среду. Ведь, как известно, пластик не разлагается в земле долгое время.

Разного рода же нефтесодержащие материалы очень сильно загрязняют как сами грунты, так и водоемы.

Также сжигаться подобным образом могут:

  • бумага, картон, текстиль;
  • метан;
  • углеводороды;
  • торф;
  • нетоварная древесина (в том числе и с химической пропиткой);
  • солома, листва, скорлупа орехов, сорняки.

Помимо этого, перерабатываться посредством реакции пиролиза могут остатки лакокрасочной продукции, масла и пр. Это также позволяет сохранить в чистоте окружающую среду.

Состав

Получаемый в результате пиролиза газ содержит, помимо всего прочего, множество твердых частиц, обычно в виде сажи. Также в его состав входят разного рода химические компоненты, к примеру, водород. Однако основной состав пиролизного газа выглядит все же следующим образом:

  • летучие углеводороды;
  • угарный газ.

Очень опасный для здоровья человека и даже его жизни СО при такой реакции образуется из-за неполного сгорания древесного угля.

Виды пиролиза

На данный момент различают всего два основных типа подобных реакций. Пиролиз может быть:

Первая разновидность реакций, в свою очередь, подразделяется на:

  • низкотемпературную;
  • высокотемпературную.

Каким образом получают газ: окислительный пиролиз

Такую реакцию на сегодняшний день называют самой экологически чистой и продуктивной. Происходит пиролиз в данном случае при очень высоких температурах.

К примеру, при сжигании подобным образом метана к нему подмешивается определенный процент кислорода. При частичном сгорании вещество в данном случае выделяет огромное количество энергии.

В результате остатки смеси разогреваются до температуры в 16000 °С.

Используется реакция окислительного пиролиза в основном для сжигания разного рода промышленных материалов, содержащих нефть, а также пластика и резины. Газ в данном случае может идти, к примеру, на отопление цехов самого предприятия, занимающегося утилизацией отходов.

Сухой пиролиз

Такая реакция происходит без участия кислорода и, как уже упоминалось, в свою очередь, может быть низко- или высокотемпературной. В первом случае топливо разогревается максимум — до 1000 °С, во втором — выше 1000 °С. Для получения большого количества собственно пиролизного газа используют в основном высокотемпературные реакции.

При сжигании топлива в среде до 800 °С получается довольно-таки много газа с малой теплотой сгорания. Также в этом случае остается достаточно небольшое количество кокса и жидких смол.

Наиболее целесообразным считается получение пиролизного газа при температуре от 900 до 1000 °С. В данном случае наблюдается уже максимальный процент его выработки. При этом газ, полученный подобным образом, имеет минимальную теплоту сгорания. Такой продукт считается, помимо всего прочего, высококачественным горючим, пригодным для транспортировки на далекие расстояния.

При сжигании топлива при температуре от 450 до 500 °С на выходе получается очень мало как твердых остатков, так и газа. Последний при этом не отличается высоким качеством, поскольку имеет максимальную теплоту сгорания.

Где может использоваться газ

Процесс пиролиза, таким образом, позволяет отапливать разного рода помещения с наименьшими потерями топлива. Также, благодаря использованию этой реакции, сохраняется в чистоте окружающая среда. Но где же может применяться образующийся при сжигании топлива в бескислородной среде пиролизный газ?

Этот продукт сгорания сегодня во всем мире рассматривается в первую очередь как альтернативный экономичный источник тепловой энергии. В некоторых европейских странах пиролизный газ давно стал обычным топливом, на котором работает оборудование, подогревающее воду (для систем отопления и ГВ), электроэнергию, пар.

Котлы

С древних времен человек отапливал свои жилища с использованием обычных печей, функционирующих на дровах и на угле. Позднее дома начали оборудовать современными твердотопливными котлами, функционирующими на том же виде топлива. Такие агрегаты используются для обогрева жилищ и в наше время.

Стоят они недорого и для их монтажа не нужно получать разрешения в разного рода инстанциях. Однако у обычных твердотопливных котлов есть один довольно-таки серьезный недостаток. Топливо они потребляют крайне неэкономично. В камерах таких агрегатов остается много остатков сгорания.

К тому же часть тепла, вырабатываемого таким оборудованием, попросту вылетает «в трубу» вместе с дымом.

Инженеры, решившие исправить этот минус твердотопливных котлов, и придумали в конечном итоге пиролизные нагревательные экономичные и удобные в эксплуатации агрегаты. В таких котлах есть, помимо всего прочего, дополнительные камеры, в которых происходит дожиг пиролизного газа.

Реакция в агрегатах этой разновидности протекает при сильном дефиците кислорода (15 %). Древесина или любое другое топливо в оборудовании этого типа распадается на газы и небольшое количество неорганических остатков. У пиролизных газов температура горения в камере дожига может доходить до 110-1200 °С.

Где еще используется газ

Самое широкое применение пиролиз, таким образом, получил в системах отопления и нагрева воды. Также эта реакция широко используется:

  • в перерабатывающей промышленности;
  • в химической;
  • при дезинфекции.

Иногда пиролизный газ в наше время используют и в качестве топлива для разного рода оборудования или, как уже упоминалось, автомобилей.

Газогенераторные установки

Оборудование этого типа используется для получения высококачественного пиролизного топлива, которым в некоторых случаях можно заменять, к примеру, традиционный природный газ. Представляют собой такие установки герметичные печи с регулируемой подачей воздуха. Дымоход у оборудования этого типа может, помимо всего прочего, перекрываться.

Получают пиролизный газ в таких установках следующим образом:

  1. Нагнетают воздух в печь посредством насоса.

  2. После разогрева содержимого установки до определенной температуры подачу воздуха прекращают.

  3. Густой черный дым, выходящий из установки, очищают от сажи с помощью циклонов.

  4. Удаляют из пиролизного газа водяной пар для повышения температуры его сгорания (проводят через охладитель).

  5. Подают газ в фильтр тонкой очистки, конструкция которого включает в себя емкость с водой, электростатическую установку и картонные картриджи.

Очистка пиролизных газов перед их использованием в промышленности, а иногда и в быту, должна производиться обязательно. Твердые частицы и разного рода химические примеси могут стать причиной поломки оборудования, работающего на таком виде топлива. Далее может закачиваться, к примеру, пиролизный газ в баллон.

Использование топлива из газогенератора в быту

Установки этого типа чаще всего применяются, конечно же, на производстве. Но иногда они приобретаются и для частных домов. Получение пиролизного газа в домашних условиях — дело относительно несложное. Некоторые умельцы зачастую даже изготавливают газогенераторы своими руками.

Применяться полученный из бытовых установок газ может с разными целями. Очень часто, к примеру, к газогенераторам частники подключают обычные кухонные плиты. Горение пиролизного газа не отличается такой интенсивностью, как природного. Однако использовать плиту по назначению при его применении все-таки достаточно удобно.

Также к газогенераторам в быту часто подключают, к примеру, автоген. При подаче кислорода при использовании приролизного газа температура пламени в таком оборудовании достигает 2000 °С.

Как уже упоминалось, в домашних условиях пиролизный газ может использоваться и в качестве автомобильного топлива. Для такого его применения двигатель машины нужно будет лишь слегка модифицировать. При этом работать на таком топливе могут как бензиновые, так и дизельные моторы. Используется такой газ в домашних условиях зачастую и в электрогенераторах.

Особенности применения

Таким образом, пиролизный газ имеет несколько меньшую степень теплоотдачи, чем природный или сжиженный. Поэтому для корректной работы разного рода нагревательного и кухонного оборудования при его использовании для правильного более интенсивного сгорания необходимо увеличивать его подачу.

В кухонном оборудовании для этого, к примеру, могут рассверливаться жиклеры. Печь на пиролизном газе в этом случае будет работать так же, как и на природном. То есть интенсивность горения топлива будет такой же. Также для перевода разного рода оборудования на другой вид газа зачастую меняется и его прошивка. В автомобилях для работы на таком топливе полностью заменяют топливную систему.

Машины на дровах

В Советском Союзе в начале 1920-х годов газогенераторные грузовики использовались очень широко. В те годы у нас в стране даже проводились конкурсные испытания таких автомобилей.

Первым газогенераторный двигатель на машину у нас в СССР установил профессор В. С. Наумов в 1927 г. В 1928 г. конструированием таких автомобилей начал заниматься в России Научный автотракторный институт. Специалистами этого учреждения тогда были проведены опыты с иностранными машинами “Имберт-Дитрих” и “Пип”.

Первый построенный у нас в стране газогенератор НАТИ-1 работал на обычных дровах. В 1932 г. была создана также установка НАТИ-3, предназначенная для моторного катера. В то же время в России появился и первый автомобильный газогенератор, созданный при поддержке общества «Автодор». Название он получил “Автодор-1”.

Еще позднее в СССР было разработано несколько более совершенных установок этого типа. Состав пиролизного газа, получаемого с их использованием, был на самом деле очень качественным. Автомобили, работающие на этом топливе, отличались надежностью, превосходными эксплуатационными качествами и долгим сроком службы.

Во время ВОВ на фронтах и в тылу в СССР активно использовались газогенераторные грузовики ЗИС-5 и ГАЗ-АА. К концу войны в стране эксплуатировалось уже около 200 тыс. автомобилей с двигателями на пиролизном газе.

Конечно же, использование такого топлива было вызвано в первую очередь нехваткой в стране в те времена нефтепродуктов. Однако не стоит думать, что пиролизный газ применялся только из-за дефицита бюджета государства. Такое топливо в те времена считалось достаточно эффективным и перспективным и использовалось не только в России.

К примеру, в 20-30 годы прошлого века автотехника на пиролизе получила широкое распространение в таких странах, как Франция, Германия, Великобритания, Финляндия, Швеция. Также машины, работающие на таком газе, широко использовались и в некоторых странах Азии.

К примеру, автомобили этого типа с успехом эксплуатировались в те времена в Китае, Японии и Индии.

Историческая справка

Пиролиз дерева — один из первых химических процессов, начавших активно использоваться людьми. В России, к примеру, такую реакцию еще в XII в широко применяли для выработки сосновой смолы.

Последнюю далее использовали для пропитки канатов, а также для обработки речных и морских судов. В промышленных же масштабах применять пиролиз для пропитки древесины первыми начали шведы.

В этой стране такая реакция также использовалась для получения пропиточной смолы.

В начале XX века в России сформировалось несколько лучших в мире школ по пиролизу древесины. Связано это было, конечно же, в первую очередь с тем, что на территории нашей страны растет множество лесов.

До начала использования природного газа у нас в России на многих предприятиях было установлено мощное газогенераторное оборудование.

Использовались такие установки до появления работающих на природном газе достаточно долго.

Конечно, в последующем такое оборудование было признано устаревшим. Газогенераторные установки с заводов убрали. И до настоящего момента, к сожалению, пиролиз как вид альтернативного экономичного вида топлива, в отличие от европейских стран, в РФ не получил широкого распространения.

Однако этот вид топлива в России на данный момент признан достаточно перспективным. Поэтому, возможно, в скором времени пиролизный газ будет использоваться у нас в стране намного шире. Ведь применение такого топлива позволяет не столько сэкономить деньги, но и сохранить окружающую среду.

Что такое пиролиз Определение, понятие о процессе

Пиролизный газ

Для получение желаемого результата пиролиза древесины, должен проходить в замкнутом пространстве, обязательное условие – невозможность поступление кислорода и непрерывная подача необходимых температур из вне. Для того, что б не подключать дорогие носители тепла, для поддержки данного явления часто пользуются итогами конечного результата – горючие газы.

Основная сфера, где актуально использование процесса пиролиза в промышленности – всевозможные отходы обработки дерева, они хорошо поддаются пиролизу, и из них получают газообразное горючие. Так же очень распространенно использование пиролиза для оборудования технического процесса.

Это могут быть, пиролизные печи, газогенераторы, блоки охладителей и фильтры. Для этого берут опилки, щепки и т.д., которые погружают в печь и там сжигают без доступа кислорода. В промышленной сфере очень часто используют быстрый пиролиз – это, когда сырье нагревается максимально оперативно.

Полученная смесь газов проходит охлаждение, фильтрацию, топом попадает в специальные резервуары для следующих этапов.

Схема работы пиролизного котла

Но стоит сказать, что древесина не совсем оправдывает надежды, возложенные на нее, для целей получения полезных газов, тут лучше показывает себя уголь, из него можно получить большое количество полезных веществ.

Но для их максимального получения из угля, необходимо его подвергать более высоким температурам, чем дерево. Уголь во время полноценного пиролиза, будет выделять такие вещества, как: анилин, аммиак, толуол, кокс.

1.1 ЧТО ТАКОЕ ПИРОЛИЗ?

Пиролиз (от др.-греч.— огонь, жар и разложение, распад) — термическое разложение органических и многих неорганических соединений. В узком смысле, разложение органических природных соединений при недостатке кислорода. В более широком смысле — разложение любых соединений на составляющие менее тяжёлые молекулы или элементы под действием повышения температуры.

Пиролиз также можно назвать сухой перегонкой, а в качестве сырья могут быть различные газообразные углеводороды (этан, пропан), сырая нефть, соединения, содержащие органические компоненты, такие как древесины, уголь, торф и т. д.

Пиролиз древесины — первая стадия горения древесины. Всем знакомые языки пламени на горящих дровах, сучьях в костре, образуются за счёт горения не углерода самой древесины, а газов — летучих продуктов пиролиза.

При пиролизе древесины (450—500 °C) образуется очень много различных веществ, наибольшие концентрации в газообразных продуктах пиролиза имеют: метиловый спирт, (поэтому метанол носит устаревшее название «древесный спирт»), уксусная кислота, ацетон, бензол, фуран и др. Нелетучие продукты неполного пиролиза — жидкие и пастообразные смолы.

Конечным продуктом полного пиролиза древесины является почти чистый углерод  — древесный уголь. Для осуществления процесса пиролиза в настоящее время обычно применяют древесину лиственных пород, реже – древесину хвойных пород.

Пиролиз твердого топлива имеет ту же сущность, что и жидкообразного. При расщеплении молекул твердого топлива образуется обогащенная углеродом твердая фаза (кокс, уголь) и газовая, содержащая пары углеводородов (пиролизный газ).

Пиролизный газ получается в процессе термохимических превращений твердого топлива как в условиях без доступа воздуха при нагревании до 500-1000 ° С, так и в процессе горения при недостатке воздуха.

Продукты пиролиза каменного угля

Итак, в самом начале своей статьи мы упоминали о том, что путем пиролиза из каменного угля можно получить продукты следующих типов:

  • Твердые
  • Жидкие
  • Газообразные

Теперь рассмотрим каждую разновидность продуктов пиролиза подробнее.

При пиролизе каменного угля получают твердый кокс, который сегодня используется в основном в таких отраслях как черная и цветная металлургия. Кокс является более совершенным твердым топливом, чем каменный уголь, поэтому именно его используют для выплавки металлов.

Однако кокс, хотя он и является основным продуктом пиролиза каменного угля, это далеко не самое ценное, что можно извлечь из этого природного ископаемого.

Побочным продуктом данного процесса является парогазовая смесь, которая содержит множество химических соединений.

Данную смесь путем конденсации разделяют на жидкую и газообразную составляющую, из которых, в свою очередь, можно получить более чем 250 химических соединений.

Основным жидким продуктом пиролиза каменного угля является каменноугольная смола — черный жидкий продукт, представляющий собой сложную смесь органических соединений. Из каменноугольной смолы путем дальнейшей переработки получают такие вещества как:

  • Фенолы
  • Нафталин
  • Антрацен
  • Различные гетероциклические соединения
  • Технические масла
  • Синтетическое топливо

Однако стоит отметить тот факт, что получаемые путем пиролиза каменного угля масла и жидкое топливо являются непригодными для использования в двигателях внутреннего сгорания, поскольку они содержат в своем составе много примесей. По этой причине данные продукты пиролиза для дальнейшего использования нуждаются в дополнительной очистке. А это существенно увеличивает себестоимость данных продуктов пиролиза, делая их производство не очень рентабельным.

Газообразным продуктом пиролиза каменного угля является так называемый пиролизный газ, представляющий собой смесь горючих газов и различных химических соединений. Во многих странах мира пиролизный газ сегодня используется как альтернативный источник энергии, в первую очередь, тепловой.

Если для нас эта технология достаточно новая, то в некоторых европейских странах пиролизный газ уже давно стал привычным топливом. Помимо этого, пиролизный газ также как и каменноугольную смолу можно использовать и для получения различных химических соединений. Так, из данного газа выделяют бензол, фенол и другие вещества.

Пиролизный газ

Газофракционирующий агрегат питается пиролизным газом.

При пиролизе углеводородов получается пиролизный газ, смола и кокс.

Пиролизный газ представляет собой смесь этилена, пропилена, водорода, метана, этана, пропана, углеводородов с большим числом атомов углерода.

Кроме указанных веществ, пиролизный газ содержит воду, сероводород, сернистые соединения, примеси ацетиленовых соединений, окись и двуокись углерода и кислород. Этилен получают разделением пиролизного газа.

После выделения олефинов жидкие продукты пиролиза ( пироконденсат) используются для получения ароматических углеводородов и диенов.

При пиролизе углеводородов получается пиролизный газ, смола и кокс.

Кроме указанных веществ, пиролизный газ содержит воду, сероводород, сернистые соединения, примеси ацетиленовых соединений, окись и двуокись углерода и кислород. Этилен получают разделением пиролизного газа.

После выделения олефинов жидкие продукты пиролиза ( пироконденсат) используются для получения ароматических углеводородов и диенов.

Пройдя водяной гидравлик, промытый пиролизный газ поступает в систему очистителей — скрубберов, где производится очистка от оставшейся жидкой смолы и паров.

В отделении газоразделения из очищенного пиролизного газа выделяют метано-водородную фракцию ( используется как топливо для печей пиролиза), этилен, пропилен, этан, пропан, бутилен-ди-винильную фракцию.

При этом исключается разбавление продуктового пиролизного газа и ухудшение его качества. В связи с применением газообразных теплоносителей повышается запыленность продуктового пиролизного газа. В то же время, внутренний обогрев конвекцией позволяет существенно интенсифицировать процесс пиролиза и сократить габариты реакторов по сравнению с внешним обогревом за счет теплопроводности.

Детали, цементированные одним пиролизным газом, наряду с малой глубиной науглероживания, имеют низкую концентрацию углерода в цементированном слое, поэтому цементация одним пиролизным газом не производится.

Характерные для наших опытов выхода пиролизного газа значительно превышают количество газа, полученного И. П. Нихамовым при разложении сходного по составу с применявшимся нами кускового общесыр-товского сланца в стальной реторте с внешним обогревом.

Способ заключается в применении рециркуляции пиролизного газа с вводом его в зону реакции. Некоторое снижение коксообразова-ния достигается также вводом водяного пара в зону реакции.

Для исключения образования взрывоопасной смеси пиролизного газа и воздуха, попадающего в форкамеру во время загрузки в нее горячего кокса, в нижнюю часть форкамеры подают подогретый технический азот из подогревателя азота. Теплоносителем в ПА служат продукты сжигания части пиролизного газа, прошедшего через котельную установку.

Предназначены для обработки содержащего водород неочищенного пиролизного газа в присутствии соединений серы.

Как видно из этих данных, пиролизный газ содержит большое количество предельных и непредельных углеводородов, водорода и малое количество окиси углерода, кислорода и углекислоты.

Как видно из выходных кривых компонентов пиролизного газа ( рис. 49) и данных табл. 44, разделительная способность силикагеля тем больше, чем меньше диаметр его пор.

Метод окислительного пиролиза с последующим сжиганием пиролизных газов универсален в отношении фракционного состава и фазового состояния отходов, их влажности и зольности. Окислительному пиролизу могут быть подвергнуты многие производственные отходы, неудобные для сжигания или газификации.

Смешанный в ретортах крекинга при температуре 960 пиролизный газ с парами воды образует новый газ, крекированный с большим содержанием СО ( до 15 — 20 %), водорода и малым содержанием углеводородов.

В полученном газе имеются группы углеводородов, водород, окись углерода, углекислота, кислород и в незначительном количестве азот.

Кроме того, в нем содержатся также пары смол, которые частично коксуются еще в реторте.

( пока нет)
Загрузка…

Пиролиз древесины и пиролизный газ – суть химического процесса

Пиролизный газ

Явление пиролиза всегда сопровождает горение твердого топлива в отопительных печах и котлах. Масштаб процесса зависит от двух факторов – режима сжигания и конструкции домашней теплосиловой установки.

Предлагаем детально рассмотреть пиролиз древесины либо каменного угля, варианты его применения в промышленных и бытовых условиях.

Цель — развеять мифы, придуманные продавцами и кустарными изготовителями дорогостоящего «пиролизного» оборудования, предназначенного для обогрева частных домов.

Что такое пиролиз — описание процесса

Теоретически можно сжечь любое вещество, включающее соединения углерода с водородом, например:

  • уголь;
  • природный газ (метан, пропан и так далее);
  • биомасса – свежая, сухая;
  • изделия из дерева, целлюлозы, обычные дрова;
  • различные виды пластмасс;
  • резина из натурального либо искусственного каучука;
  • нефть, ее производные;
  • прочие углеродосодержащие отходы.

На выходе получите определенное количество тепловой энергии, зависящее от первоначальной влажности сжигаемой массы. Для описания процессов воспользуемся химической формулой:

Горение – это реакция быстрого окисления. В идеальных условиях каждый атом углерода соединяется с двумя частицами кислорода, а 2 атома водорода взаимодействует с 1 частицей кислорода. В результате образуются безвредные соединения – углекислый газ СО2 и вода. Последняя испаряется при нагреве, отнимая часть выделяющейся теплоты.

Важный момент. В реальных условиях далеко не все атомы водорода и углерода находят себе пару из-за недостатка молекул кислорода. Поэтому в состав продуктов горения входит небольшая доля вредных горючих соединений – угарный газ (СО), свободный водород (Н2) и углерод в виде сажи.

Даже в костре выделяются пиролизные газы — они сгорают над основным пламенем, соединяясь со свободным кислородом

Пиролиз — это реакция разложения вещества, протекающая при нагреве и нехватке свободного кислорода. Указанный принцип используется в газогенераторных установках:

  1. Топливо (в частности, дерево) помещают внутрь закрытого металлического сосуда – реактора.
  2. Емкость подогревается извне до 500…900 градусов, сквозь специальные отверстия — фурмы подается дозированное количество воздуха.
  3. Под воздействием высокой температуры вещество разлагается на 3 основных компонента – угарный газ (СО), водород (Н2) и твердый или жидкий углеродный остаток. Параллельно образуется небольшое количество углекислого газа и водяного пара.
  4. Летучие продукты составляют пиролизный газ – горючую смесь водорода и окиси углерода, покидающую емкость через отдельный трубопровод. Выделенное газообразное топливо очищается, охлаждается, потом закачивается в резервуар.

Схема простейшей газогенераторной установки с водяным затвором

Справка. В условиях производства полученный синтез-газ направляется на подогрев той же емкости газогенератора.

Горение и пиролиз – 2 разных процесса, могущих протекать одновременно.

Пример: во время интенсивного сжигания дров в топке котла образуется малый объем угарного газа, безвредного СО2 значительно больше.

И наоборот, в режиме тления дрова выделяют много водорода и угара, часть которого успевает превратиться в СО2 — окислиться. То есть, все зависит от количества участвующего в реакции кислорода.

Влияние повышенной влажности

Большое содержание влаги в исходном материале одинаково пагубно влияет на реакции горения и пиролиза. Рассмотрим процессы на примере сжигания древесины:

  1. При горении выделяемая энергия тратится на испарение воды, содержащейся в дровах. Количество теплоты на выходе существенно уменьшается, топливо сжигается впустую.
  2. Влага сильно замедляет термическое разложение вещества. Часть затрачиваемой на прогрев теплоты отнимает испаряющаяся вода, нужная температура (минимум 500 °C) не достигается. Пиролиз древесины, содержащей свыше 50% влаги, практически невозможен.

Лучший показатель влажности для плодотворного сжигания либо разложения древесины в газогенераторе – 8…15%. В домашних условиях нереально добиться таких показателей, длительная сушка дров под навесом позволяет достичь 20—25% влагосодержания.

Справка. При изготовлении топливных пеллет и брикетов на заводе древесные опилки высушиваются до показателя 8—10%. Максимальная влажность готовых гранул – 15%.

Сырые дрова плохо горят и сильно дымят, потому что от нагрева выделяется водяной пар и сажа

Для чего используют термическое разложение

Сфера применения пиролитических процессов довольно широка:

  1. Производство пропилена и этилена для химической промышленности путем переработки жидкого углеводородного сырья (нефти).
  2. Получение древесного угля методом бескислородного разложения отходов деревообработки.
  3. Тот же технологический процесс, но с ограниченной подачей воздуха позволяет вырабатывать из дерева горючий синтез-газ – смесь метана, водорода, угарного газа и нейтрального азота.
  4. Пиролиз угля – бурого и каменного – целое направление переработки. Получаемые соединения – синтетический бензин, кокс, аммиак, каменноугольная смола. Из последней добывают толуол, бензол, нафталин и различные фенолы, использующиеся в химической промышленности.
  5. Новые разработки – коммерческая утилизация твердых бытовых отходов, автомобильных шин, пластмасс, органики.

Примечание. Здесь перечислены самые известные способы применения пиролитических реакций. В действительности вариантов использования гораздо больше. Википедия утверждает — процессы пиролиза до конца не изучены, многие проекты находятся на стадии разработки.

Для термического разложения в промышленности используются пиролизные печи и разнообразные реакторы. Выше на схеме показана газогенераторная установка, перерабатывающая деревянные отходы и опил в газообразное топливо. Главную роль здесь играет реактор прямого процесса сухой перегонки, где подготовленное сырье перерабатывается в синтез-газ путем медленного сжигания.

Важный нюанс. Перед загрузкой в пиролизную печку или газогенератор древесина всегда измельчается и просушивается до влажности 10% и менее.

В промышленной химии также используется технология быстрого пиролиза, когда реактор разогревается до температуры 700…900 °C в течение малого промежутка времени. Цель – увеличение производительности оборудования и ускорение переработки.

Применение в быту

На бытовом уровне пиролиз помогает решить следующие задачи:

  • очистка духовки либо жаровни от липких жировых отложений, не поддающихся удалению механическим способом;
  • получение древесного угля;
  • отопление частного дома с помощью пиролизного твердотопливного котла.

Лучший метод вычистить сковороду – поместить ее в духовой шкаф, установить температуру 200…250 °C и выдержать в течение получаса. Без доступа кислорода произойдет деструкция отложений, останется лишь пепел, а пиролизные газы заберет кухонная вытяжка.

Справка. Существуют модели духовых шкафов со встроенной функцией пиролитической очистки. По окончании «прожарки» остается лишь протереть внутренние поверхности и выбросить образовавшуюся золу.

Древесные угли применяются для жарки барбекю, кузнечного дела и более экзотичных целей – заправки автомобильного газогенератора (как он работает, читаем в отдельном материале). Способ получения – выжигание древесных отходов внутри закрытой емкости, то есть, медленный пиролиз.

Целесообразность покупки и эксплуатации пиролизных котлов – вопрос довольно спорный. Что настораживает: даже продавцы, представляющие отопительное газогенераторное оборудование на известной выставке «Акватерм», неспособны толком разъяснить, что же такое пиролиз. Не верите – посмотрите видео:

Предлагаем подробно разобрать проблемы, связанные с пиролизными дровяными теплогенераторами.

Мифы о пиролизных ТТ-котлах

Главное конструктивное отличие газогенераторного отопителя от традиционного котла прямого горения – 2 камеры вместо одной. Между обеими топками устроена керамическая форсунка, воздух принудительно нагнетается вентилятором. Металлические стенки пиролизного агрегата защищены футеровкой из огнеупорного кирпича. Как он работает:

  1. Дрова либо уголь закладывается в верхнюю (первичную) камеру и поджигается.
  2. Автоматика запускает вентилятор наддува.
  3. Когда температура в топливнике повышается до 500 градусов, начинается выделение пиролизных газов.
  4. Увлекаемые общим потоком продуктов горения, эти летучие соединения попадают в нижнюю вторичную камеру, где дожигаются в присутствии кислорода (якобы).

Устройство газогенераторного отопителя в разрезе

В действительности, образовавшийся синтез-газ начинает гореть еще в первичной топке, поскольку вентилятор подает избыточный воздух. Во вторую камеру направлен лишь факел пламени…и все. Дальше продукты горения движутся по жаровым трубам теплообменника, нагревают теплоноситель и улетают в дымоход.

Дополнение. Есть другая конструкция отопителей – без вентилятора, вторичная камера расположена вверху. С точки зрения пиролиза концепция неработоспособна, агрегат функционирует как обычный водогрейный котел на дровах, хотя стоит вдвое дороже классических аналогов.

Сторонники пиролизных теплогенераторов (к таковым относятся производители данного оборудования, продавцы и домашние мастера-умельцы) приписывают своим ТТ-котлам следующие преимущества:

  • топливо сжигается полностью, остаток в зольнике практически нулевой;
  • длительность горения – 10 часов и более;
  • малый объем вредных выбросов в атмосферу;
  • высокая экономичность за счет КПД 86…90% (показатели производителей) по сравнению с традиционными котлами эффективностью 75%.

Попытаемся разобраться в правдивости перечисленных утверждений. Момент первый: если топливник загружать сухими дровами (такие требуются согласно инструкции по эксплуатации отопителя), то после сжигания останется мелкий пепел. Создаваемый вентилятором и ускоряющийся в форсунке воздушный поток попросту выдует легкий остаток в дымоход.

Из-за принудительного нагнетания газов со стороны топки во вторичной камере остается лишь крупная фракция золы

Результат – практически пустой зольник, иллюзия полноты сгорания. Если заложить сухую древесину в классический ТТ-котел с турбонаддувом, получите аналогичный остаток – немного пепла на дне. То есть, полнота сжигания зависит от качества топлива, а не конструкции теплогенератора.

Замечание. Закладка сырых дров влажностью свыше 50% даст негативный результат в любом котле. Рассматривать подобные варианты бессмысленно.

Кратко дадим ответы на оставшиеся утверждения:

  1. Продолжительность горения 10—12 часов соответствует действительности. Другое дело, что показатель достигается за счет размеров топливной камеры (100 литров и больше), куда помещается много дров. Пиролиз абсолютно ни при чем.
  2. Заверения об экологичности котла правдивы. Вентилятор нагнетает воздух с избытком, токсичных газов образуется очень мало. В режиме ожидания кислород в топку не поступает, дрова медленно тлеют и количество вредных выделений увеличивается.
  3. КПД котла 90% — сказки. В режиме активного горения принцип работы котла аналогичен турбированным версиям традиционных агрегатов, чья эффективность не превышает 75%. При отключении вентилятора пламя затухает, тлеющие угли выделяют мало теплоты.

Вывод. Приобретение газогенераторной модели твердотопливного котла – затея весьма сомнительная. Агрегат втрое дороже обычных версий и вдвое тяжелее из-за футеровки.

Самодельные теплогенераторы, как правило, надежнее и дешевле заводских, но чересчур громоздкие.

По экономичности и другим характеристикам они не выигрывают у классических ТТ-котлов с турбиной либо цепным регулятором тяги.

Наше мнение подтвердит известный эксперт–практик в своем видеоролике:

Заключение

В целом пиролиз – явление довольно полезное, широко применяемое в промышленной химии. На бытовом же уровне пиролитические процессы используются нечасто, хотя генерация горючих газов происходит в любой дровяной печи или котле. Так что покупать дорогущие пиролизные модели бессмысленно.

Пиролиз: что это такое, его виды, сферы применение, описание процесса

Пиролизный газ

Пиролитическое разложение, или пиролиз — это термохимический процесс распада органических и ряда неорганических соединений.

Под воздействием высоких температур связи в больших молекулах разрываются, и образуются молекулы меньшего размера. В отличие от газификации и горения процесс протекает при отсутствии кислорода.

Однако при распаде соединений с высоким содержанием O2 происходят реакции с участием кислородных атомов.

Методы пиролиза

Существует два основных метода: сухой и окислительный, которые используются для утилизации разных видов сырья и отличаются по способу нагрева.

Сухой метод

Пиролиз протекает без доступа кислорода, чтобы предотвратить горение или окисление. При необходимости добавляют дегидрирующие или дегидратирующие средства. Емкости с сырьем нагреваются снаружи. Лабораторные установки оборудованы системами электрического теплоснабжения.

Различают три температурных режима:

  • низкотемпературный, или полукоксование (до 550 °C)
  • среднетемпературный (550-800 °C);
  • высокотемпературный, или коксование (выше 800 °C).

Сухой метод подходит для переработки и обезвреживания углеводородных отходов. Полученные продукты — сырье для химической промышленности.

Окислительный метод

Пиролизуемое сырье нагревается до 600-900 °C путем подачи в закрытый контейнер горячих дымовых газов или частично сжигается. Окислительный метод пиролиза применяется для уничтожения твердых отходов промышленных предприятий и сточных вод, переработки пластика, резины и других материалов, которые нельзя сжигать или газифицировать.

Современные методы

  1. Каталитический низкотемпературный пиролиз. Новая технология переработки волокнистых композиционных материалов на основе смол, которую американская компания Adherent Technologies разрабатывает для получения углеродных волокон.

    Используется катализаторы и температура ниже 200 °C, поэтому вторичные волокна не распадаются и мало уступают по качеству первичным.

  2. Инициированный пиролиз. Разработан для переработки углеводородного сырья. При использовании определенных веществ (инициаторов) увеличивается выход конечных продуктов.

    Например, участие в реакциях галогенсодержащих и пероксидных соединений приводит к образованию большего количества этилена и пропилена.

  3. Термоконтактный пиролиз.

    Углеводороды сырья вступают в прямой контакт с катализатором — частицами нагретого огнеупорного материала, расплавленным металлом или другим теплоносителем. Основные преимущества метода — непрерывное устранение нежелательных накоплений кокса, возможность подвода тепловой энергии в любом количестве.

  4. Гидропиролизный пиролиз.

    Соединения нагреваются до высоких температур в присутствии воды. Давление достигает 100 бар, температура — 900 °C. Вместо кокса, доля которого обычно составляет около 80%, выделяется больше газообразных углеводородов и около 20% смолы.

Условия для проведения

Для протекания реакций необходима высокая температура (от 200 до 900 °C), поскольку пиролиз — эндотермический процесс. Для обеспечения прямого и непрямого нагрева используются разные теплоносители: электроэнергия или энергия процессов горения, пиролизный газ и т. д. Давление во время пиролитического разложения приближено к атмосферному.

Для снижения скорости реакций сырье обрабатывают водяным паром.

Виды установок

Пиролизные установки для переработки бытовых и промышленных отходов существуют давно. Они преобразуют твердые материалы в горючие газы. Наряду с крупными устройствами производительностью несколько тысяч тонн в год имеются небольшие, которые генерируют электроэнергию.

В 2000-е годы появились модели, предназначенные для получения биоугля.

Комплекс обращения с отходами, оборудованный пиролизной установкой, Канада

Технические комплексы собирают из разных модулей. Например, устройство, перерабатывающее пластмассы и резиновые изделия, может состоять из печи пиролиза, расположенной выше системы вытяжки отработанных газов, линии химосинтеза, вентилятора, дымососов, силовой части.

Описание процесса переработки

Сырье загружают в емкости и помещают в печь, где оно нагревается горелками до нужной температуры. С началом реакции пиролиза установка полностью переходит на автономное обеспечение газовым топливом. После завершения пиролитического разложения конечные продукты остывают. Процесс охлаждения ускоряет перегретый водяной пар, поступающий в емкости из парогенераторов по трубопроводу.

Промышленное применение

  1. Переработка ТБО. Пиролиз твердых бытовых отходов — важная альтернатива сжиганию, так как в процессе разложения образуется гораздо меньше вредных веществ. При переработке не сортированного мусора виды и количество конечных продуктов зависят от его состава.
  2. Утилизация промышленных отходов.

    Удается переработать не только твердые материалы (нефтешлам, отходы производства резин и пластмасс), но также ликвидировать сточные воды.

  3. Получение углеводородов. На пиролиз приходится почти 100% мирового производства этилена, 67% — пропилена, 80% — бутадиена и 37% — бензола. Их источники — углеводороды и нефтепродукты.

    Из газового сырья и жидкостей получают полимеры, необходимые для изготовления синтетических материалов, включая пластмассы.

  4. Получение ацетилена из метана. Этот углеводород сразу перерабатывается в другие продукты: пластмассы, синтетический каучук, растворители, этиловый спирт.
  5. Переработка древесины.

    Процесс пиролиза — источник получения древесного угля.

Продукты пиролитического разложения

Конечные продукты — это газы, твердые продукты, жидкости. Их количество и состав зависят от вида пиролизуемого сырья, температуры, вспомогательных добавок, давления, продолжительности обработки. При разложении полимеров во многих случаях получается пиролитический газ, основную часть которого составляют мономеры. Дополнительно выделяется тепловая энергия.

Использование в быту

На бытовом уровне технологии пиролиза применяются для получения тепла и древесного угля, эффективной очистки духовок от трудно удаляемого нагара.

Пиролизные котлы для отопления

Благодаря особой конструкции у пиролизных котлов с естественной подачей кислорода высокий КПД. Сырьем служат древесина и древесный газ. При их сжигании образуется мало вредных для окружающей среды веществ. Количество производимого тепла зависит от качества топлива. Некоторые котлы рассчитаны на щепу, топливные гранулы, уголь, кокс.

часть устройства — две камеры сгорания, у каждой из которых своя функция. В верхней сырье высушивается, превращается в древесный газ. Там же сгорают некоторые составляющие газа.

Трудно сжигаемые попадают в нижнюю камеру, где преобразуются в тепло при температуре выше 1000 °C.

Очистка духового шкафа

Большинство новых моделей духовок способны самоочищаться. Происходит это за счет высокой температуры. Грязь внутри духового шкафа карбонизируется, отпадает сама или легко удаляется.

Этот процесс, занимающий около трех часов, относительно энергоемкий: расход электроэнергии в среднем составляет 3-4 кВт⋅ч. Пепел устраняется влажной губкой после охлаждения устройства.

Перед пиролитическим самоочищением убирают решетки, кастрюли, противни.

Для получения древесного угля

При переработке древесины лиственных или хвойных пород образуются древесные:

  • уголь,
  • уксус,
  • газы,
  • смола.

В зависимости от температуры выделяют несколько фаз процесса. Когда она поднимается выше 280 °C, начинается сильная экзотермическая реакция, высвобождается много энергии. В последней фазе (t>500 °C) из дымовых газов при их прохождении через обугленные слои выделяются горючий монооксид углерода и водород. Твердый остаток — красный, черный или белый уголь.

Перспективы применения

Разные методы пиролиза будут применяться все чаще, так как это экологически чистый способ утилизации мусора, получения ценного химического сырья, электрической и тепловой энергии. Климатологи обсуждают возможность их использования для пирогенного улавливания и хранения углерода (PyCCS) с целью преодоления климатического кризиса.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.