Gaz do pirolizy: produkcja, temperatura spalania, zastosowanie

Zapotrzebowanie na oszczędne paliwa istnieje od dawna. Gaz z pirolizy jest już dość szeroko stosowany w Europie, np. Wszelkiego rodzaju urządzenia kuchenne, systemy grzewcze, a nawet samochody mogą być zasilane takimi paliwami.

Definicja

W rzeczywistości przez samą pirolizę chemicy rozumieją rozkład substancji na poziomie molekularnym pod wpływem wysokiej temperatury, zwykle przy braku powietrze. W tych warunkach związki złożone ulegają rozpadowi na prostsze. W środowisku powstają różne rodzaje nowych pierwiastków. Piroliza jest więc w istocie normalnym procesem suchej destylacji.

Gaz z drewna opałowego

Podczas spalania paliw w wysokiej temperaturze w środowisku anoksycznym powstają następujące produkty spalania:

• gaz do pirolizy;

• żywica pirolityczna (produkt płynny).

Pierwszy produkt z listy ma m.in. tę cechę, że może być wytwarzany również przez spalanie w atmosferze tlenu. Jednakże uzyskanie gazu w tym przypadku jest możliwe tylko wtedy, gdy paliwo jest spalane w temperaturze co najmniej 500 °C.

Jakie produkty mogą być stosowane

Kotły do pirolizy w domach mogą pracować na zwykłym drewnie opałowym lub na specjalnych paletach np. z trocinami lub prasowanymi wiórami. Różne rodzaje odpadów domowych i przemysłowych mogą być również poddawane pirolizie. W ten sposób można spalać na przykład gumę, stare opony samochodowe, plastik, zużyte materiały itp. piroliza nie tylko wytwarza pewną ilość ciepła, ale także pomaga utrzymać środowisko w czystości. Wiadomo przecież, że plastik nie rozkłada się w ziemi przez długi czas. Wszelkiego rodzaju materiały zawierające olej są bardzo zanieczyszczające sobie gleby, a także cieki wodne.

Może być również spalany w ten sam sposób:

• papier, karton, tekstylia;

• metan;

• węglowodorów;

• torf;

• drewno nietowarowe (w tym drewno impregnowane chemicznie)

• słoma, liście, łupiny orzechów, chwasty.

Ponadto resztki farb, olejów itp. mogą być przetwarzane w reakcji pirolizy. Pomaga to również w utrzymaniu czystości środowiska.

Skład

Gaz powstały w wyniku procesu pirolizy zawiera między innymi dużą ilość cząstek stałych, najczęściej w postaci sadzy. Zawiera również różne składniki chemiczne, jak np. wodór. Jednak podstawowy skład gazu pirolitycznego jest nadal następujący:

• lotne węglowodory;

• tlenek węgla.

Bardzo niebezpieczne dla zdrowie ludzkie a nawet jego życie CO w tej reakcji powstaje w wyniku niepełnego spalania węgla drzewnego.

Rodzaje pirolizy

W tej chwili wyróżnia się tylko dwa rodzaje typy podstawowe podobne reakcje. Piroliza może być:

• suche;

• utleniające .

Z kolei pierwszy rodzaj reakcji dzieli się na

• niska temperatura;

• wysoka temperatura.

Jak powstaje gaz: piroliza utleniająca

Ta reakcja jest zdecydowanie najczystsza i najbardziej wydajna. Piroliza zachodzi w bardzo wysokich temperaturach. pirolizy, np. przy takim spalaniu metanu dodaje się pewien procent tlenu. W przypadku spalania częściowego, substancja w tym przypadku uwalnia ogromną ilość energii. W efekcie mieszanka resztkowa jest podgrzewana do temperatury 16 000 °C.

Wykorzystywana jest reakcja pirolizy oksydacyjnej głównie dla spalanie wszystkich rodzajów materiałów przemysłowych zawierających olej, a także tworzyw sztucznych i gumy. Gaz w tym przypadku mógłby być na przykład wykorzystany do ogrzewania warsztatów samego przedsiębiorstwa zajmującego się gospodarką odpadami.

Piroliza sucha

Reakcja ta przebiega bez udziału tlenu i jak już wspomniano może być nisko- lub wysokotemperaturowa. W pierwszym przypadku paliwo jest podgrzewane do maksymalnej temperatury 1 000 °C, a w drugim przypadku paliwo jest podgrzewane powyżej 1 000 °C. Do produkcji dużych ilości gazu pirolitycznego właściwego stosuje się głównie reakcje wysokotemperaturowe.

podczas spalania paliw w temperaturze do 800 °C powstaje dość dużo gazu o niskiej wartości opałowej. Również w tym przypadku pozostaje dość mała ilość koksu i płynnej smoły.

Wytwarzanie gazu do pirolizy w temperaturze od 900 do 1000 °C uważa się za najbardziej wykonalne. W tym przypadku obserwuje się już maksymalny procent produkcji. Otrzymany w wyniku tego procesu gaz ma minimalną wartość opałową. Takim produktem jest między innymi wysokiej jakości paliwo, które może być transportowane na duże odległości.

Podczas spalania paliw w temperaturze od 450 do 500 °C powstaje bardzo mało gazów resztkowych i pozostałości. Ten ostatni nie jest wysokiej jakości, ponieważ ma najwyższą wartość kaloryczną.

Gdzie można stosować gaz

Proces pirolizy umożliwia ogrzewanie różnego rodzaju budynków przy najmniejszych stratach paliwa. Ponadto, dzięki zastosowaniu tej reakcji, jest ona utrzymywana w czystości środowisko. Ale gdzie wykorzystuje się gaz pirolityczny ze spalania paliw anoksycznych??

Ten produkt spalania jest obecnie postrzegany na całym świecie przede wszystkim jako alternatywne, opłacalne źródło energia cieplna. W niektórych krajach europejskich gaz z pirolizy już dawno stał się powszechnym paliwem, które jest wykorzystywane do podgrzewania wody (do ogrzewania i zaopatrywania w ciepłą wodę), energii elektrycznej i pary.

Kotły

W dawnych czasach ludzie ogrzewali swoje domy konwencjonalnymi kuchenkami opalanymi drewnem i węglem. Późniejsze domy zaczęto wyposażać w nowoczesne kotły na paliwo stałe, działające na ten sam rodzaj paliwa. Takie urządzenia są do dziś używane do ogrzewania domów. Są tanie i nie wymagają żadnych pozwoleń od władz na instalację. Jednak zwykłe kotły na paliwa stałe mają dość poważną wadę. Są one wyjątkowo nieekonomiczne pod względem zużycia paliwa. W komorach takich jednostek znajduje się duża ilość pozostałości po spalaniu. A część ich ciepła wylatuje przez okno wraz z dymem.

Inżynierowie, którzy postanowili poprawić tę wadę kotłów na paliwa stałe, w końcu wymyślili urządzenia grzewcze z pirolizą, które są ekonomiczne i łatwe w obsłudze. Kotły te posiadają m.in. dodatkowe komory, w których następuje dopalanie gazu pirolitycznego.

Reakcja w jednostkach tego typu przebiega w przypadku silnego deficytu tlenowego (15%). Drewno lub jakiekolwiek inne paliwo w tego typu urządzeniach rozpada się na gazy i niewielkie ilości nieorganicznych pozostałości. Temperatura spalania gazu pirolitycznego w komorze dopalania może osiągnąć 110-1200 °C.

Gdzie jeszcze wykorzystuje się gaz?

piroliza jest więc najczęściej stosowana w systemach ogrzewania i podgrzewania wody. Reakcja ta jest również szeroko stosowana

• W branży recyklingu;

• w przemyśle chemicznym;

• w dezynfekcji.

Niekiedy gaz z pirolizy jest również wykorzystywany w dzisiejszych czasach jako paliwo do różnego rodzaju urządzeń czy też, jak wspomniano wyżej, samochodów.

Instalacje generatorów gazu

Urządzenia tego typu służą do produkcji wysokiej jakości paliwa z pirolizy, które w niektórych przypadkach może zastąpić np. tradycyjny gaz ziemny. Urządzenia te są hermetycznie zamkniętymi, ciśnieniowymi piecami z kontrolowanym dopływem powietrza. Komin w tego typu urządzeniach może być zamknięty, m.in.

W urządzeniach tych gaz pirolityczny wytwarzany jest w następujący sposób:

1. Nadmuchuje powietrze do pieca za pomocą pompy.

2. Po osiągnięciu przez zawartość systemu określonej temperatury, dopływ powietrza zostaje przerwany.

3. Gęsty czarny dym z elektrowni jest oczyszczany z sadzy za pomocą cyklonów.

4. Z gazu pirolizy usuwana jest para wodna w celu podniesienia temperatury spalania (poprowadzenie jej przez chłodnicę).

5. Gaz podawany jest do filtra dokładnego, który zbudowany jest ze zbiornika wodnego, systemu elektrostatycznego i wkładów kartonowych.

Gazy z pirolizy muszą być oczyszczone, zanim będą mogły być wykorzystane w przemyśle, a czasem w domu. Cząstki stałe i wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia chemiczne mogą stać się przyczyna awarii sprzęt, który wykorzystuje ten rodzaj paliwa. Gaz z pirolizy może być również podawany do butli, np.

Wykorzystanie paliw domowych z generatora gazowego

Jednostki tego typu są najczęściej stosowane, oczywiście, w produkcji. Ale bywają też kupowane do domów prywatnych. Produkcja gazu do pirolizy w warunkach domowych jest stosunkowo łatwa. Niektórzy rzemieślnicy często nawet własnoręcznie wykonują generatory gazowe.

Gaz uzyskiwany z urządzeń domowych może być wykorzystywany do różnych celów. Bardzo powszechne jest na przykład wykorzystywanie przez prywatne gospodarstwa domowe generatorów gazowych do gotowania na kuchenkach. Gaz z pirolizy nie spala się tak intensywnie jak gaz ziemny. Jednak mimo to, korzystanie z kuchenki zgodnie z jej przeznaczeniem jest dość wygodne.

Domowe generatory gazu są również często podłączane do np. autogeneratora. Gdy tlen jest dostarczany za pomocą gazu ziemnego, temperatura płomienia w takich urządzeniach osiąga 2.000°C.

Jak już wspomniano, w w domu Gaz z pirolizy może być również stosowany jako paliwo do pojazdów. Aby móc ją wykorzystać w taki sposób, należy nieco zmodyfikować silnik pojazdu. Na takich paliwach mogą być eksploatowane zarówno silniki benzynowe, jak i wysokoprężne. Taki gaz jest wykorzystywany w gospodarstwach domowych często w generatorach elektrycznych.

Specjalne zastosowania

Gaz do pirolizy ma zatem nieco niższą moc cieplną niż gaz naturalny lub skroplony. Dla prawidłowej pracy różnych urządzeń grzewczych i kuchennych konieczne jest więc zwiększenie przepływu gazu, gdy używamy go do prawidłowego, bardziej intensywnego spalania.

W tym celu można nawiercić dysze w urządzeniu kuchennym, np. W tym przypadku piec na gaz z pirolizy będzie działał tak samo jak piec na gaz ziemny. Oznacza to, że intensywność spalania paliwa będzie taka sama. Często też zmienia się firmware różnego rodzaju urządzeń w celu przestawienia ich na inny rodzaj gazu. W samochodach do pracy na tym paliwie całkowicie wymienić układ paliwowy.

Maszyny na drewno opałowe

W Związku Radzieckim na początku lat dwudziestych XX wieku bardzo szeroko stosowano wózki z generatorami gazu. W tamtych latach w naszym kraju odbywały się nawet konkurencyjne testy takich samochodów.

Pierwszą osobą w ZSRR, która zainstalowała w samochodzie silnik z generatorem gazowym był prof. V. С. Naumov w 1927 r. W 1928 r. Naukowy Instytut Samochodów i Traktorów rozpoczął budowę takich pojazdów w Rosji. Eksperymenty z maszynami produkcji zagranicznej przeprowadzili specjaliści tego zakładu "Imbert-Dietrich" и "Pip".

Pierwszy zbudowany w naszym kraju NGV NATI-1 pracował na zwykłym drewnie opałowym. W 1932 r. NATI-3 został zbudowany również dla motorówki. W tym samym czasie, przy wsparciu firmy Avtodor, zbudowano w Rosji pierwszy pojazd z generatorem gazu. Nadano jej nazwę "Avtodor-1". Jeszcze później w ZSRR opracowano kilka bardziej zaawansowanych zakładów tego typu. Skład gazu pirolitycznego uzyskanego przy ich użyciu był faktycznie bardzo wysokiej jakości. Pojazdy korzystające z tego paliwa były znane z niezawodności, doskonałych osiągów i długiej żywotności długowieczność.

W czasie II wojny światowej w ZSRR na frontach i w kraju aktywnie wykorzystywano gazogeneratory ZIS-5 i GAZ-AA. Do końca wojny było ich około 200 tys. samochody z silnikami na gaz z pirolizy.

Oczywiście stosowanie takiego paliwa było spowodowane przede wszystkim brakiem produktów naftowych w kraju w tym czasie. Nie należy jednak sądzić, że gaz do pirolizy został użyty tylko z powodu deficytu budżetu państwa. Paliwo to było wówczas postrzegane jako dość wydajne i obiecujące i było stosowane nie tylko w Rosji. Przykładowo, w 20-30 latach ubiegłego wieku pojazdy napędzane pirolizą były rozpowszechnione w takich krajach jak Francja, Niemcy, Wielka Brytania, Finlandia, Szwecja. Takie maszyny zasilane gazem były również 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 jest jednym z pierwszych procesów chemicznych, które zostały aktywnie wykorzystane przez człowieka. Na przykład w Rosji reakcja taka była powszechnie stosowana do produkcji smoły sosnowej już w XII wieku. Ten ostatni był dalej stosowany do impregnacji lin, jak również do obróbki statków rzecznych i morskich. Ale to Szwedzi zaczęli stosować pirolizę do impregnacji drewna na skalę przemysłową. W tym kraju taka reakcja została również wykorzystana do produkcji żywicy impregnacyjnej.

Na początku XX wieku w Rosji powstało kilka najlepszych na świecie szkół myślenia o pirolizie drewna. Oczywiście jest to przede wszystkim zasługa wielu lasów, które rosną na terenie naszego kraju. Zanim w Rosji zaczęto stosować gaz ziemny, wiele zakładów miało potężne urządzenia wytwarzające gaz. Takie instalacje były stosowane przed pojawieniem się paliw działających na gaz ziemny od dłuższego czasu.

Oczywiście później takie zakłady uznano za przestarzałe. Zakłady pirolizy nie były już eksploatowane. I jak na razie, niestety, piroliza jako paliwo alternatywne, w przeciwieństwie do krajów europejskich, nie jest w Rosji rozpowszechniona. Jednak ten rodzaj paliwa w Rosji jest obecnie uznawany za dość obiecujący. Dlatego możliwe jest, że w najbliższym czasie gaz z pirolizy będzie znacznie szerzej wykorzystywany w naszym kraju. Wszakże stosowanie takiego paliwa pozwala nie tylko zaoszczędzić pieniądze, ale i środowisko naturalne.