Пиролизный газ: получение, температура горения, применение
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:
-
сухим;
-
окислительным.
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:
-
Нагнетают воздух в печь посредством насоса.
-
После разогрева содержимого установки до определенной температуры подачу воздуха прекращают.
-
Густой черный дым, выходящий из установки, очищают от сажи с помощью циклонов.
-
Удаляют из пиролизного газа водяной пар для повышения температуры его сгорания (проводят через охладитель).
-
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.