Potrzeba korzystania z oszczędnych paliw jest na świecie od dawna spóźniona. Na przykład gaz pirolityczny jest już dziś szeroko stosowany w Europie. Na takim paliwie mogą jeździć wszelkiego rodzaju sprzęty kuchenne, instalacje grzewcze, a nawet samochody.
Definicja
Właściwie pod pojęciem „pirolizy” chemicy rozumieją rozkład substancji na poziomie molekularnym pod wpływem wysokiej temperatury, zwykle bez powietrza. Związki złożone w takich warunkach rozkładają się na prostsze. W tym przypadku w medium powstają różnego rodzaju nowe pierwiastki. Zasadniczo piroliza jest zatem konwencjonalnym procesem suchej destylacji.
Gaz z drewna opałowego
Gdy paliwo jest spalane w wysokich temperaturach w środowisku beztlenowym, powstają następujące produkty spalania:
- gaz pirolityczny;
- żywica do pirolizy (produkt płynny).
Pierwszy produkt z listy posiada między innymi cechę, która może powstać również podczas spalania paliwa w środowisku tlenowym. Jednak w tym przypadku gaz można uzyskać tylko wtedy, gdy paliwo jest spalane w temperaturze nie niższej niż 500 °C.
Jakie produkty mogą być używane
Kotły do pirolizy w domach mogą pracować na zwykłym drewnie lub specjalnych paletach, na przykład z trocin lub sprasowanych wiórów drewnianych. Pirolizie można również poddać różne rodzaje odpadów domowych i przemysłowych. W podobny sposób spala się np. gumę, stare opony samochodowe, plastik, stare rzeczy itp. W takim przypadku piroliza pozwala nie tylko na uzyskanie określonej ilości ciepła, ale także na utrzymanie środowiska w czystości. W końcu, jak wiadomo, plastik długo nie rozkłada się w ziemi. Różnego rodzaju materiały zawierające olej zanieczyszczają zarówno samą glebę, jak i zbiorniki wodne.
Można również spalić w podobny sposób:
- papier, tektura, tekstylia;
- metan;
- węglowodory;
- torf;
- drewno towarowe (w tym drewno impregnowane chemicznie);
- słoma, liście, łupiny orzechów, chwasty.
Ponadto pozostałości farb, oleje itp. można poddać recyklingowi w wyniku reakcji pirolizy. Pomaga to również w utrzymaniu czystości środowiska.
Skład
Powstały gaz pirolityczny zawiera między innymi dużo cząstek stałych, zwykle w postaci sadzy. Zawiera również różnego rodzaju składniki chemiczne, na przykład wodór. Jednak główneskład gazu pirolitycznego jest nadal następujący:
- lotne węglowodory;
- tlenek węgla.
Bardzo niebezpieczny dla zdrowia człowieka, a nawet jego życia, CO w takiej reakcji powstaje w wyniku niecałkowitego spalania węgla drzewnego.
Rodzaje pirolizy
Obecnie istnieją tylko dwa główne typy takich reakcji. Piroliza może być:
- suche;
- utleniacz.
Pierwszy typ reakcji dzieli się z kolei na:
- niska temperatura;
- wysoka temperatura.
Jak wytwarzany jest gaz: piroliza oksydacyjna
Ta reakcja jest obecnie nazywana najbardziej przyjazną dla środowiska i produktywną. Piroliza zachodzi w tym przypadku w bardzo wysokich temperaturach. Na przykład, gdy metan jest spalany w ten sposób, miesza się z nim pewien procent tlenu. Przy częściowym spalaniu substancja w tym przypadku uwalnia ogromną ilość energii. W rezultacie resztki mieszanki są podgrzewane do temperatury 16000 ° C.
Reakcja pirolizy oksydacyjnej jest wykorzystywana głównie do spalania różnych materiałów przemysłowych zawierających olej, a także plastiku i gumy. Gaz w tym przypadku może trafić na przykład do ogrzania sklepów samej firmy zajmującej się utylizacją odpadów.
Sucha piroliza
Ta reakcja zachodzi bez udziału tlenu i, jak już wspomniano, z kolei może mieć niską lub wysoką temperaturę. W pierwszym przypadkupaliwo nagrzewa się maksymalnie - do 1000 ° C, w drugim - powyżej 1000 ° C. Aby uzyskać dużą ilość samego gazu pirolitycznego, stosuje się głównie reakcje wysokotemperaturowe.
Podczas spalania paliwa w temperaturze do 800 °C uzyskuje się dość dużo gazu o niskiej wartości opałowej. Również w tym przypadku pozostaje dość niewielka ilość koksu i ciekłych żywic.
Najodpowiedniejszym jest otrzymanie gazu pirolitycznego w temperaturze od 900 do 1000 °C. W tym przypadku istnieje już maksymalny procent jego produkcji. W takim przypadku uzyskany w ten sposób gaz ma minimalną wartość opałową. Taki produkt uznawany jest m.in. za wysokiej jakości paliwo, nadające się do transportu na duże odległości.
Gdy paliwo jest spalane w temperaturach między 450 a 500 °C, wydajność jest bardzo niska zarówno w przypadku stałych pozostałości, jak i gazu. Ten ostatni nie jest jednak wysokiej jakości, ponieważ ma maksymalną kaloryczność.
Gdzie można używać gazu
W ten sposób proces pirolizy umożliwia ogrzewanie różnego rodzaju pomieszczeń przy najmniejszych stratach paliwa. Dzięki tej reakcji środowisko jest utrzymywane w czystości. Ale gdzie można wykorzystać gaz pirolityczny powstający podczas spalania paliwa w środowisku beztlenowym?
Ten produkt spalania jest dziś uważany na całym świecie przede wszystkim za alternatywne, ekonomiczne źródło energii cieplnej. W niektórych krajach europejskich gaz pirolityczny jest od dawna powszechnypaliwo używane przez urządzenia podgrzewające wodę (do systemów grzewczych i ciepłej wody), energię elektryczną, parę.
Kotły
Od czasów starożytnych ludzie ogrzewali swoje domy przy użyciu konwencjonalnych pieców opalanych drewnem i węglem. Później domy zaczęto wyposażać w nowoczesne kotły na paliwo stałe działające na ten sam rodzaj paliwa. Takie jednostki są używane do ogrzewania domów w naszych czasach. Są niedrogie, a do ich instalacji nie jest konieczne uzyskiwanie zezwoleń w różnych przypadkach. Jednak konwencjonalne kotły na paliwo stałe mają jedną dość poważną wadę. Zużywają paliwo wyjątkowo nieekonomicznie. W komorach takich jednostek pozostaje wiele pozostałości po spalaniu. Ponadto część ciepła generowanego przez takie urządzenia po prostu leci „w dół komina” wraz z dymem.
Inżynierowie, którzy postanowili skorygować ten minus kotłów na paliwo stałe i ostatecznie wymyślili urządzenia grzewcze do pirolizy, które są ekonomiczne i łatwe w użyciu. W takich kotłach znajdują się między innymi dodatkowe komory, w których następuje dopalanie gazu pirolitycznego.
Reakcja w agregatach tej odmiany przebiega z silnym niedoborem tlenu (15%). Drewno lub jakiekolwiek inne paliwo w tego typu sprzęcie rozkłada się na gazy i niewielką ilość pozostałości nieorganicznych. W przypadku gazów pirolitycznych temperatura spalania w dopalaczu może sięgać 110-1200 °C.
Gdzie jeszcze używany jest gaz
Najszerzej stosowana piroliza, w związku z tym, otrzymywana w systemach ogrzewania i ogrzewania wody. Również ta reakcja jest szeroko stosowana:
- w przemyśle przetwórczym;
- w chemii;
- podczas dezynfekcji.
Czasami gaz pirolityczny jest dziś również używany jako paliwo do różnego rodzaju urządzeń lub, jak już wspomniano, samochodów.
Wytwórnie gazu
Urządzenia tego typu służą do produkcji wysokiej jakości paliwa do pirolizy, które w niektórych przypadkach może zastąpić np. tradycyjny gaz ziemny. Takimi instalacjami są piece hermetyczne z regulowanym dopływem powietrza. Komin tego typu urządzeń może być między innymi zablokowany.
Uzyskaj gaz pirolityczny w takich instalacjach w następujący sposób:
- Wprowadź powietrze do pieca przez pompę.
- Po podgrzaniu zawartości instalacji do określonej temperatury, dopływ powietrza zostaje zatrzymany.
- Gęsty czarny dym wydobywający się z urządzenia jest oczyszczany z sadzy za pomocą cyklonów.
- Usuń parę wodną z gazu pirolitycznego, aby zwiększyć jego temperaturę spalania (przeprowadź przez chłodnicę).
- Gaz jest podawany do filtra dokładnego, którego konstrukcja obejmuje zbiornik na wodę, instalację elektrostatyczną i wkłady kartonowe.
Oczyszczanie gazów pirolitycznych przed ich użyciem w przemyśle, a czasem w życiu codziennym, musi być przeprowadzane bezbłędnie. Cząstki stałe i wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia chemiczne mogą spowodować uszkodzenie sprzętu,działa na tego rodzaju paliwie. Ponadto, na przykład, gaz pirolityczny można wpompować do cylindra.
Używanie paliwa z generatora gazu w domu
Instalacje tego typu najczęściej wykorzystywane są oczywiście w produkcji. Ale czasami są kupowane do domów prywatnych. Uzyskanie gazu do pirolizy w domu to stosunkowo prosta sprawa. Niektórzy rzemieślnicy często własnoręcznie wykonują nawet generatory gazu.
Gaz uzyskany z instalacji domowych może być wykorzystany do różnych celów. Bardzo często na przykład prywatni handlowcy podłączają zwykłe piece do generatorów gazu. Spalanie gazu pirolitycznego nie jest tak intensywne jak gazu ziemnego. Jednak nadal wygodnie jest używać pieca zgodnie z jego przeznaczeniem.
Ponadto, na przykład, generator autogeniczny jest często połączony z generatorami gazu w życiu codziennym. Gdy tlen jest dostarczany za pomocą gazu ziemnego, temperatura płomienia w takim sprzęcie osiąga 2000 °C.
Jak już wspomniano, w domu gaz pirolityczny może być również używany jako paliwo samochodowe. W przypadku takiego zastosowania silnik maszyny będzie wymagał jedynie niewielkiej modyfikacji. Jednocześnie na takim paliwie mogą pracować zarówno silniki benzynowe, jak i wysokoprężne. Taki gaz jest używany w domu, często w agregatach prądotwórczych.
Funkcje aplikacji
Tak więc gaz pirolityczny ma nieco niższy stopień wymiany ciepła niż naturalny lub skroplony. Dlatego dla prawidłowego działania różnego rodzaju ogrzewania iwyposażenie kuchni, przy jego użytkowaniu dla prawidłowego, intensywniejszego spalania konieczne jest zwiększenie jego podaży.
W sprzęcie kuchennym można na przykład wiercić dysze. Piec gazowy do pirolizy w tym przypadku będzie działał w taki sam sposób, jak na gaz ziemny. Oznacza to, że intensywność spalania paliwa będzie taka sama. Ponadto, aby przenieść różnego rodzaju sprzęt na inny rodzaj gazu, jego oprogramowanie układowe jest często zmieniane. W pojazdach pracujących na takim paliwie układ paliwowy jest całkowicie wymieniony.
Maszyny do spalania drewna
W Związku Radzieckim na początku lat 20. XX wieku ciężarówki z generatorami gazu były bardzo szeroko stosowane. W tamtych latach przeprowadzaliśmy nawet konkurencyjne testy takich aut w naszym kraju.
Pierwszy silnik generatora gazu do samochodu w naszym ZSRR został zainstalowany przez profesora V. S. Naumova w 1927 roku. W 1928 roku Naukowy Instytut Motoryzacji i Traktorów zaczął projektować takie samochody w Rosji. Specjaliści tej instytucji przeprowadzili wówczas eksperymenty z obcymi maszynami "Imbert-Dietrich" i "Pip".
Pierwszy generator gazu NATI-1 zbudowany w naszym kraju pracował na zwykłym drewnie. W 1932 roku powstała również instalacja NATI-3, przeznaczona do łodzi motorowej. W tym samym czasie w Rosji pojawił się pierwszy samochodowy generator gazu, stworzony przy wsparciu społeczeństwa Avtodor. Otrzymał nazwę „Avtodor-1”. Jeszcze później w ZSRR opracowano kilka bardziej zaawansowanych instalacji tego typu. Skład gazu pirolitycznego otrzymanego z ichużytkowania, był w rzeczywistości bardzo wysokiej jakości. Pojazdy zasilane tym paliwem są znane ze swojej niezawodności, doskonałych osiągów i długiej żywotności.
Podczas II wojny światowej ciężarówki ZIS-5 i GAZ-AA na gaz były aktywnie używane na frontach i na tyłach ZSRR. Do końca wojny w kraju jeździło już ok. 200 tys. samochodów z silnikami na gaz pirolityczny.
Oczywiście stosowanie takiego paliwa było spowodowane przede wszystkim brakiem produktów naftowych w ówczesnym kraju. Nie należy jednak sądzić, że gaz pirolityczny został wykorzystany tylko z powodu deficytu budżetu państwa. Takie paliwo w tamtych czasach było uważane za dość skuteczne i obiecujące i było używane nie tylko w Rosji. Na przykład w latach 20.-30. ubiegłego wieku pojazdy do pirolizy rozpowszechniły się w takich krajach jak Francja, Niemcy, Wielka Brytania, Finlandia i Szwecja. Również maszyny pracujące na takim gazie były szeroko stosowane w niektórych krajach azjatyckich. Na przykład samochody tego typu były z powodzeniem eksploatowane w tym czasie w Chinach, Japonii i Indiach.
Tło historyczne
Piroliza drewna to jeden z pierwszych procesów chemicznych, który zaczął być aktywnie wykorzystywany przez ludzi. Na przykład w Rosji taka reakcja była szeroko stosowana już w XII wieku do produkcji żywicy sosnowej. Ten ostatni był dalej używany do impregnacji lin, a także do przetwarzania statków rzecznych i morskich. Na skalę przemysłową Szwedzi jako pierwsi zastosowali pirolizę do impregnacji drewna. W tym kraju taka reakcja też jestużywany do produkcji żywicy impregnującej.
Na początku XX wieku w Rosji powstały jedne z najlepszych szkół pirolizy drewna na świecie. Wynikało to oczywiście przede wszystkim z tego, że na terenie naszego kraju rośnie wiele lasów. Przed użyciem gazu ziemnego w wielu przedsiębiorstwach zainstalowaliśmy w Rosji potężne urządzenia do wytwarzania gazu. Takie instalacje były używane przez długi czas przed pojawieniem się tych zasilanych gazem ziemnym.
Oczywiście później taki sprzęt uznano za przestarzały. Generatory gazu zostały usunięte z fabryk. I do tej pory niestety piroliza jako rodzaj alternatywnego ekonomicznego rodzaju paliwa, w przeciwieństwie do krajów europejskich, nie stała się powszechna w Federacji Rosyjskiej. Jednak ten rodzaj paliwa w Rosji jest obecnie uznawany za dość obiecujący. Niewykluczone zatem, że w niedalekiej przyszłości gaz pirolityczny będzie w naszym kraju wykorzystywany znacznie szerzej. W końcu stosowanie takiego paliwa pozwala nie tylko zaoszczędzić pieniądze, ale także chronić środowisko.
