Het fenomeen pyrolyse gaat altijd gepaard met het verbranden van vaste brandstof in verwarmingsovens en ketels. De schaal van het proces is afhankelijk van twee factoren: de verbrandingsmodus en het ontwerp van de warmtekrachtcentrale in huis. We bieden een gedetailleerd overzicht van de pyrolyse van hout of kolen, het gebruik ervan in industriële en huishoudelijke omstandigheden. Het doel is om de mythen die zijn uitgevonden door verkopers en ambachtelijke fabrikanten van dure 'pyrolyse'-apparatuur die zijn ontworpen om privéwoningen te verwarmen, te verdrijven.
Wat is pyrolyse - procesbeschrijving
Theoretisch kan elke stof, inclusief koolstofverbindingen met waterstof, worden verbrand, bijvoorbeeld:
- steenkool;
- aardgas (methaan, propaan enzovoort);
- biomassa - vers, droog;
- houtproducten, cellulose, gewoon hout;
- verschillende soorten kunststoffen;
- rubber van natuurlijk of kunstrubber;
- olie, zijn derivaten;
- overig koolstofhoudend afval.
Zorg bij de uitgang voor een bepaalde hoeveelheid thermische energie, afhankelijk van het aanvankelijke vochtgehalte van de verbrande massa. Om de processen te beschrijven, gebruiken we de chemische formule:
Verbranding is een snelle oxidatiereactie. Onder ideale omstandigheden combineert elk koolstofatoom met twee zuurstofdeeltjes en werken 2 waterstofatomen samen met 1 zuurstofdeeltje. Als gevolg hiervan worden onschadelijke verbindingen gevormd - koolstofdioxide CO2 en water. Deze laatste verdampt bij verhitting en neemt een deel van de vrijkomende warmte af.
Een belangrijk punt. Onder reële omstandigheden vinden niet alle waterstof- en koolstofatomen een partner vanwege een gebrek aan zuurstofmoleculen. Daarom bevat de samenstelling van de verbrandingsproducten een klein deel van de schadelijke brandbare verbindingen - koolmonoxide (CO), vrije waterstof (N2) en koolstof in de vorm van roet.
Pyrolyse is een ontledingsreactie van een stof die optreedt bij verhitting en gebrek aan vrije zuurstof. Het aangegeven principe wordt gebruikt in gasgenererende eenheden:
- Brandstof (in het bijzonder hout) wordt in een gesloten metalen vat geplaatst - reactor.
- De capaciteit wordt extern verwarmd tot 500 ... 900 graden, door speciale openingen - blaaspijpen wordt een afgemeten hoeveelheid lucht toegevoerd.
- Onder invloed van hoge temperatuur valt de stof uiteen in 3 hoofdcomponenten: koolmonoxide (CO), waterstof (N2) en residu van vaste of vloeibare koolstof. Parallel wordt een kleine hoeveelheid kooldioxide en waterdamp gevormd.
- Vluchtige producten vormen pyrolyse-gas - een brandbaar mengsel van waterstof en koolmonoxide, dat de tank verlaat via een aparte pijpleiding. De vrijkomende gasvormige brandstof wordt gereinigd, gekoeld en vervolgens in de tank gepompt.
Referentie. Onder productieomstandigheden wordt het resulterende synthesegas gestuurd om dezelfde capaciteit van de gasgenerator te verwarmen.
Verbranding en pyrolyse zijn 2 verschillende processen die tegelijkertijd kunnen plaatsvinden. Voorbeeld: tijdens intensief branden van brandhout wordt een kleine hoeveelheid koolmonoxide, een onschadelijke CO, gevormd in de keteloven2 veel groter. En vice versa, in het regime van smeulend brandhout komen veel waterstof en dampen vrij, waarvan een deel CO verandert2 - oxideren. Dat wil zeggen, het hangt allemaal af van de hoeveelheid zuurstof die bij de reactie is betrokken.
Het effect van een hoge luchtvochtigheid
Het hoge vochtgehalte in het uitgangsmateriaal heeft evenzeer invloed op de verbrandings- en pyrolysereacties. Beschouw de processen van houtverbranding als voorbeeld:
- Bij verbranding wordt de vrijgekomen energie besteed aan het verdampen van het water in het hout. De hoeveelheid warmte aan de uitlaat wordt aanzienlijk verminderd, brandstof wordt verspild.
- Vocht vertraagt de thermische afbraak van een stof enorm.Het verdampte water neemt een deel van de warmte die aan de verwarming wordt besteed, de vereiste temperatuur (minimaal 500 ° C) wordt niet bereikt. Pyrolyse van hout met meer dan 50% vocht is bijna onmogelijk.
De beste vochtigheidsindicator voor vruchtbare verbranding of ontbinding van hout in een gasgenerator is 8 ... 15%. Thuis is het onrealistisch om dergelijke indicatoren te bereiken, door langdurig drogen van brandhout onder een luifel kunt u een vochtgehalte van 20-25% bereiken.
Referentie. Bij de productie van brandstofpellets en briketten in de fabriek wordt zaagsel gedroogd tot een indicator van 8-10%. De maximale vochtigheid van de afgewerkte korrels is 15%.
Waarom thermische ontbinding gebruiken
De reikwijdte van pyrolytische processen is vrij groot:
- Productie van propyleen en ethyleen voor de chemische industrie door verwerking van vloeibare koolwaterstofgrondstoffen (olie).
- Houtskool verkrijgen door de methode van zuurstofvrije afbraak van houtbewerkingsafval.
- Hetzelfde proces, maar met een beperkte luchttoevoer, maakt de productie van brandbaar synthesegas mogelijk uit een boom - een mengsel van methaan, waterstof, koolmonoxide en neutrale stikstof.
- Pyrolyse van steenkool - bruin en steen - een heel verwerkingsgebied. De resulterende verbindingen zijn synthetische benzine, cokes, ammoniak, koolteer. Van deze laatste worden gewonnen tolueen, benzeen, naftaleen en verschillende fenolen die in de chemische industrie worden gebruikt.
- Nieuwe ontwikkelingen - commercieel gebruik van vast stedelijk afval, autobanden, kunststoffen, organische stoffen.
Notitie. De bekendste methoden voor het gebruik van pyrolytische reacties worden hier vermeld. In werkelijkheid zijn er veel meer use-cases. Wikipedia beweert dat pyrolyseprocessen niet volledig worden begrepen, veel projecten zijn in ontwikkeling.
Voor thermische ontleding worden in de industrie pyrolyseovens en verschillende reactoren gebruikt. Het diagram hierboven toont een gasgenerator die houtafval en zaagsel verwerkt tot gasvormige brandstof. De hoofdrol wordt hier gespeeld door de directe droge destillatiereactor, waar de bereide grondstoffen door langzame verbranding tot synthesegas worden verwerkt.
Een belangrijke nuance. Voordat het in een pyrolyseoven of gasgenerator wordt geladen, wordt het hout altijd fijngemaakt en gedroogd tot een vochtgehalte van 10% of minder.
In de industriële chemie wordt ook snelle pyrolyse-technologie gebruikt, wanneer de reactor korte tijd wordt verwarmd tot een temperatuur van 700 ... 900 ° C. Het doel is om de productiviteit van apparatuur te verhogen en de verwerking te versnellen.
Huishoudelijk gebruik
Op huishoudelijk niveau helpt pyrolyse de volgende problemen op te lossen:
- de oven of friteuse reinigen van kleverige vetafzettingen die niet mechanisch kunnen worden verwijderd;
- houtskoolproductie;
- het verwarmen van een privéwoning met een pyrolyse-ketel op vaste brandstof.
De beste manier om de pan schoon te maken is door hem in de oven te plaatsen, de temperatuur in te stellen op 200 ... 250 ° C en een half uur te laten staan. Zonder zuurstof zal er sedimentvernietiging plaatsvinden, blijft er alleen as over en zal de afzuigkap de pyrolysegassen afvoeren.
Referentie. Er zijn modellen van ovens met een ingebouwde pyrolytische reinigingsfunctie. Aan het einde van het "roosteren" blijft het alleen om de interne oppervlakken af te vegen en de gevormde as weg te gooien.
Houtskool wordt gebruikt voor het bakken van barbecue, smeden en meer exotische doeleinden - het bijvullen van een autogasgenerator (hoe het werkt, lees in een apart materiaal). De methode om houtafval te verbranden in een gesloten container, dat wil zeggen langzame pyrolyse.
We bieden u de mogelijkheid om de problemen in verband met pyrolyse-houtwarmtegeneratoren in detail te analyseren.
Mythes over pyrolyse TT-ketels
Het belangrijkste structurele verschil tussen een gasgeneratorverwarming en een traditionele ketel met directe verbranding is 2 kamers in plaats van één.Tussen beide vuurkamers is een keramisch mondstuk aangebracht, de lucht wordt door een ventilator naar binnen geperst. De metalen wanden van de pyrolyse-eenheid worden beschermd door een vuurvaste stenen bekleding. Hoe werkt hij:
- Brandhout of kolen wordt in de bovenste (primaire) kamer gelegd en in brand gestoken.
- Automatisering start de boost-fan.
- Wanneer de temperatuur in de vuurkist oploopt tot 500 graden, begint het vrijkomen van pyrolysegassen.
- Weggevoerd door de algemene stroom van verbrandingsproducten, komen deze vluchtige verbindingen in de onderste secundaire kamer, waar ze worden verbrand in aanwezigheid van zuurstof (zogenaamd).
In feite begint het resulterende synthesegas zelfs in de primaire oven te branden, omdat de ventilator overtollige lucht toevoert. Alleen een fakkel wordt in de tweede kamer geleid ... en dat is alles. Verder bewegen de verbrandingsproducten door de warmtepijpen van de warmtewisselaar, verwarmen ze het koelmiddel en vliegen ze de schoorsteen in.
Toevoeging. Er is nog een ander ontwerp van kachels - zonder ventilator bevindt de secundaire kamer zich bovenaan. Vanuit het oogpunt van pyrolyse werkt het concept niet, het apparaat functioneert als een gewone houtgestookte warmwaterketel, hoewel het twee keer zoveel kost als klassieke tegenhangers.
Voorstanders van pyrolyse-warmtegeneratoren (zoals de fabrikanten van deze apparatuur, verkopers en thuisvakmensen) kennen de volgende voordelen toe aan hun TT-ketels:
- de brandstof is volledig verbrand, de rest in de aslade is praktisch nul;
- brandtijd - 10 uur of meer;
- lage hoeveelheid schadelijke emissies in de atmosfeer;
- hoog rendement door het rendement van 86 ... 90% (fabrieksindicatoren) vergeleken met traditionele ketels met een rendement van 75%.
Laten we proberen de waarheidsgetrouwheid van deze verklaringen te achterhalen. Het eerste moment: als de vuurkist is gevuld met droog hout (dit is vereist volgens de instructies voor het gebruik van de kachel), blijft er na verbranding fijne as achter. De luchtstroom die door de ventilator wordt gecreëerd en versnelt in het mondstuk, blaast eenvoudig een licht residu de schoorsteen in.
Het resultaat is een bijna lege aslade, een illusie van volledige verbranding. Als je droog hout legt in een klassieke TT-ketel met turbocompressor, krijg je een soortgelijk residu - een beetje as aan de onderkant. Dat wil zeggen, de volledigheid van de verbranding hangt af van de kwaliteit van de brandstof en niet van het ontwerp van de warmtegenerator.
Commentaar. Het leggen van ruw brandhout met een luchtvochtigheid van meer dan 50% geeft een negatief resultaat in elke ketel. Dergelijke opties overwegen is zinloos.
Geef in het kort antwoorden op de overige uitspraken:
- De brandtijd van 10-12 uur komt overeen met de werkelijkheid. Een ander ding is dat de indicator wordt bereikt door de grootte van de brandstofkamer (100 liter of meer), waar veel brandhout wordt geplaatst. Pyrolyse heeft er absoluut niets mee te maken.
- De milieubescherming van de ketel is waar. De ventilator pompt overtollige lucht; er worden zeer weinig giftige gassen gevormd. In de standby-modus komt er geen zuurstof in de oven, brandt het brandhout langzaam en neemt de hoeveelheid schadelijke emissies toe.
- Het ketelrendement van 90% is een sprookje. In actieve verbrandingsmodus is het werkingsprincipe van de ketel vergelijkbaar met de turboversies van traditionele units, waarvan het rendement niet hoger is dan 75%. Wanneer de ventilator is uitgeschakeld, dooft de vlam, geven de sintels weinig warmte af.
Conclusie. De aanschaf van een gasgenererend model van een ketel op vaste brandstof is een zeer twijfelachtige onderneming. De unit is driemaal duurder dan reguliere versies en twee keer zo zwaar door de voering. Zelfgemaakte warmtegeneratoren zijn in de regel betrouwbaarder en goedkoper dan in de fabriek, maar te omvangrijk. In termen van efficiëntie en andere kenmerken presteren ze niet beter dan klassieke TT-ketels met een turbine- of kettingtractiecontrole.
Een bekende deskundige zal onze mening bevestigen in zijn video:
Conclusie
Over het algemeen is pyrolyse een tamelijk nuttig fenomeen dat veel wordt gebruikt in de industriële chemie.Op huishoudelijk niveau worden pyrolytische processen niet vaak gebruikt, hoewel de productie van brandbare gassen plaatsvindt in elke houtkachel of ketel. Het heeft dus geen zin om dure pyrolyse-modellen te kopen.