Что такое пиролиз?

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?

Одним из основных методов термической обработки отходов является пиролиз, который проводится при высокой температуре в отсутствие кислорода, т.е. сгорания отходов не происходит. Пиролиз (утилизация отходов) приводит к распаду молекул (крекинг) на мономерные и олигомерные органические соединения, которые используются при проведении химических синтезов.

Наиболее целесообразно применять этот метод для разложения пластмасс (даже несортированных, которые нельзя использовать для вторичной переработки) и отработанных автомобильных шин.

После проведения пиролиза (разложения больших молекул органических веществ на более мелкие) в принципе получают два основных продукта: — твердые остатки; — коксовый газ, который после охлаждения разделяется на две фракции: а) пиролизный конденсат из сложной жидкой смеси различных дегтеподобных и маслянистых веществ;

б) пиролизный газ, оставшийся после конденсации.

Так как пиролиз не требует кислорода (воздуха), то подлежащие очистке газы (сероводород, органические соединения серы, циано- водород, галогеноводороды) имеют сравнительно незначительный объем, а их сжигание приводит к образованию диоксида серы, оксидов азота, органических и неорганических веществ и выделению неприятных запахов. Сточные воды от установок для пиролиза сильно загрязняются органическими веществами (фенолы, хлорированные углеводороды). В твердых продуктах пиролиза наблюдаются в высоких концентрациях поликонденсированные углеводороды.

Из сказанного можно сделать вывод, что пиролиз отходов нельзя считать экологически безопасным методом переработки отходов.

В реакторах электрической мощностью 1 ГВт за год образуется до 500 м3 твердых РАО, а от переработки ТВЭЛов (тепловыделяющих элементов АЭС) еще 10 м3 высокоактивных, 40 м3 среднеактивных и 130 м3 малоактивных РАО. В процессе переработки производится разрушение топливных элементов и растворение их в сильных кислотах с выделением газов и летучих продуктов деления.

Эти газообразные отходы отфильтровываются и поглощаются водой (удаляется полностью радиоактивный йод, а также некоторое количество трития и криптона-85, которые выбрасываются в атмосферу), т.е. при значительном количестве РАО сохраняется угроза заражения биосферы тритием и криптоном.

За 40 лет деятельности ПО «Маяк» в его санитарно-защитной зоне площадью 270 км2 сосредоточено продуктов радиохимического производства суммарной активностью в 1 млрд Ки (из них более 120 млн Ки депонированы в открытых водоемах и донных отложениях), а в районе захоронения РАО сформировалась линза загрязненных радионуклидами подземных вод площадью до 10 км2, объемом 4 млн м3, суммарной акгивностью 6000 Ки.

Первоначально технологическая схема обращения с РАО предусматривала получение нитратацетатных растворов, но при высыхании они оказались взрывоопасными.

Захоронение РАО в местах их образования удобно, снижает затраты на перевозки, но при огромных объемах РАО придется создавать большое количество опасных зон захоронения, а обеспечение их безопасной эксплуатации потребует огромных затрат и вывода из оборота значительных площадей.

Схема пиролиза

Главным элементом в любой пиролизной установке является реактор, состоящий из швельшахты и шахтной печи.

В верхнюю часть данного реактора поступают твердые бытовые отходы, которые в процессе пиролиза спускаются ниже через швельшахту. В верхних слоях реактора происходит подсушивание сырья, которое поступает в реактор.

Затем сырье под действием собственного веса продвигается в среднюю часть реактора, где и происходит непосредственно сам процесс пиролиза.

Здесь, в бескислородной среде, происходит коксование мусора и его термическое разложение.

Для защиты атмосферного воздуха от загрязнения делается следующее — из пиролизного реактора дымовые газы проходят через котел-утилизатор, затем они направляются в распылительную сушилку и после этого попадают в абсорбер.

После очистки дымовых газов в абсорбере суспензией известкового молока, отработанная суспензия отправляется в распылительную сушилку, а газы выбрасываются в атмосферу.

Во время данного процесса происходит высокоэффективное обезвреживание твердых бытовых отходов, которые затем попадают в нижнюю часть реактора, и выводятся наружу.

Полученный в результате данного процесса шлам, представляющий собой смесь золы и солей, собирают в контейнеры и отправляют потребителю, либо направляют в специальный отвал для хранения.

Продукты пиролиза являются абсолютно безопасными с экологической точки зрения и впоследствии могут быть использованы в качестве топлива или ценного сырья для промышленности и народного хозяйства.

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%.

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.

Виды и практическое применение пиролиза

В зависимости от процесса разложения пиролиз может идти при различных температурах. При этом полученные в конце процесса вещества будут отличаться по своему химическому составу. Различается:

• термическое разложение при низкой температуре;
• высокотемпературный пиролиз.

Пиролиз с температурой до 900 градусов считается низкотемпературным и при его проведении получают преимущественно вещества в твёрдом состоянии с небольшой массовой долей газов. При возгонке на высоких температурах, конечным продуктом в основном станут газы. С точки зрения протекания процесса, чем больше получено энергии, тем большей свободой связи обладают молекулы. А чем больше свободы, тем вещество легче, так как расстояния между молекулами увеличиваются.

Перерабатываемые продукты

Использование пиролиза широко. Так, получение продуктов нефтехимии возможно только с применением данного метода. Используемый в металлургии кокс является продуктом пиролиза. Разработаны полигоны бытовых отходов, где их уничтожение происходит с помощью термического разложения. Метод хорош тем, что является безотходным, это в условиях загрязнённой атмосферы Земли актуально.

Получение продуктов нефтехимии

Когда органические сложные соединения разлагаются под воздействием температуры, то происходит получение простых углеводородов. При таком процессе получают этилен и пропилен, а из них разнообразные производные. На их основе получают впоследствии различные ВМС методом полимеризации и синтеза. Крекинг в нефтехимии идёт при 800–900 градусах.

Применение процесса пиролиза древесины

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.

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.

Уничтожение бытового мусора

Использование пиролиза для уничтожения бытовых отходов и получения за счёт этого энергии перспективно. Главным препятствием является содержание в отходах ядовитых летучих составляющих – хлора, фосфора и серы. Это активные элементы, которые могут связываться с другими продуктами пиролиза и создавать опасные соединения. Переработка шин и полимерных материалов позволяет получить вторичные продукты и экономически оправдана.

Во время пиролиза в аппарате продукт переработки проходит следующие стадии:

• процесс сушки;
• крекинг;
• дожёг остатка в атмосфере;
• очистка газа в поглотителях.

При этом мусоросжигательный завод имеет разные режимы и установки, рассчитанные на тот или иной процесс.

Для полной переработки отходов газовые продукты направляются в специальные поглотительные установки, где происходит их очистка от токсинов. Полученный в результате пиролиза шлам представляет собой ценный продукт, так как содержит редкие элементы, которые используются для дальнейшей переработки.

При этом на мусороперерабатывающем предприятии можно получить:

• тепловую энергию;
• электрическую энергию;
• продукты переработки шин и полимеров.

Экономичным станет производство по утилизации при сортировке мусора. Пока же на полигоны вывозится всё, попадают даже ртутные отходы.

Пиролиз шин

При обработке покрышек используют низкотемпературный режим – до 900 градусов.

В результате можно получить сразу несколько полезных веществ:

• технический углерод – он используются при производстве транспортерных лент, технических пластин, а также добавляется в состав красок. Также он применяется в строительстве при производстве тротуарной плитки, кирпича и бетонных изделий;
• термолизный газ – из него получают большую тепловую и электрическую энергию;
• прессованный металлокорд – его применяют в металлургической промышленности;
• синтетическая нефть – по своему составу практически не отличима от настоящей.

Все перечисленные продукты на сегодняшний день крайне востребованы. И поэтому пиролиз резины является весьма прибыльным бизнесом.

Пиролиз пластика

Пластмассы – на сегодняшний день самые популярные материалы. Из них делают практически все – от одноразовой посуды до сложных электронных и медицинских приборов. Но главная проблема полимерных соединений в том, что их нельзя утилизировать. При сжигании выделяется масса вредных веществ, а при захоронении на полигоне они буду разлагаться больше 100 лет. Поэтому самый лучший и единственный способ – пиролиз.

Термическая обработка происходит при 600 градусах. При этом уничтожаются почти все вредные примеси, которые использовали при производстве того или иного предмета. При этом выделяется большое количество тепловой энергии и газ, из которого можно сделать мазут. Технология эта не новая, ее активно использовали в фашистской Германии для получения топлива.

Есть, правда, и минус. При пиролизе выделяется немало вредных газообразных примесей. И чтобы они не попали в атмосферу, нужна сложная система фильтрации. Поэтому такая утилизация пластика обходится очень недешево.

Преимущества пиролизного способа утилизации

В процессе пиролиза древесины помимо синтез-газа образуются древесный уголь, уксусная и другие органические кислоты, фурфурол, метанол, ацетон.

Переработка резины и полимерных материалов на выходе дает технический углерод, синтетическую нефть, металлокорд (при утилизации шин).

В связи с ростом цен на энергоносители все больше наших соотечественников приобретают газогенераторные котлы на твердом топливе, в частности пиролизные. КПД пиролизного котла приближается к 90 %, отходов при сгорании топлива образуется ничтожно мало. В долгосрочной перспективе бытовой газогенераторный котел значительно выгоднее классического. Промышленные пиролизные котлы применяются для теплоснабжения крупных объектов.

Пиролизные котлы отопления

Самое главное отличие пиролизного котла, о котором стоит сказать сразу, от привычных для нас котлов прямого горения – это то, что они имеют две топки. В первой камере будет протекать процесс газификации твердых топлив, во время подачи минимального количества кислорода. Во второй камере проходит догорание полученных пиролизом газов, с поступлением дополнительного воздуха.

Первый вид – это котел, у которого первая топка будет расположена над вторичной. Между ними находится форсунка, которая изготовлена из огнеупорного кирпича. Работа котла протекает так: в первичную топку попадает кислород благодаря работе вентилятора, и только частично во вторичную, с целью дальнейшей обработке газов.

Парадокс, который тут отслеживается, это то, что поступление кислорода не перекрыто, как это предусмотрено в пиролизе, а совсем наоборот, вентилятор способствует его проникновению.

Но такая последовательность пиролиза, даст полное и эффективное сгорание древесины, не оставив даже золы, только небольшое количество пепла. И пепла вы тоже можете не найти, поскольку вентилятор, будет выдувать его через форсунку в дымоход.

Но данная последовательность работы котла, практически ничего общего с пиролизом не имеет.

Второй вид – это котел с природным попаданием кислорода. Здесь уже камеры топки расположены противоположно первому виду – первичная внизу, вторая над ней.

Еще одно отличие от первого вида – это отсутствие форсунки. Тут ее заменяет банальный газоход, который и соединяет обе камеры между собой.

И вентилятор тут тоже отсутствует – кислород поступает сюда естественным путем, а именно, с помощью дымохода и отдельной подачей воздуха в топке.

Здесь сам процесс пиролиза отслеживается четче, поскольку ограниченно попадание кислорода, с помощью перегородки, а не создание его избытка. Но эта перегородка и создает проблему.

Если ее закрыть, упадет температура, соответственно выделение газа значительно снизится, и вторичная камера превратиться в самый обычный газоход.

Если вы откроете перегородку, то лучше не станет – газов будет выделяться максимальное количество, и в скорее они начнут гореть в первичной камере, при этом попадание во вторичную будет минимальным.

Если говорить об отзывах такого вида котлов, то они не совсем положительные, для многих такой котел не оправдал ожиданий.

Конструкция пиролизных печей

В промышленности распространение получили трубчатые пиролизные реакторы. Они состоят из двух частей, отличающихся характером теплообмена — радиационной и конвекционной. Именно в радиационной секции находятся трубчатые реакторы пиролиза (пирозмеевики), обогреваемые теплом сгорания внешне подаваемого горючего газа в горелках этой секции.

В радиационной секции пирозмеевики обогреваются не непосредственно пламенем горелок, а тепловым излучением (радиацией) от факела пламени (см. Формула Планка). и от теплового излучения внутренней огнеупорной кладки радиационной секции установки, непосредственно нагреваемой пламенем горелок.

В конвекционной части установки теплообмен между греющим газом — продуктами горения происходит за счет конвективного теплообмена. В этой части установки пиролиза происходит предварительный нагрев сырья, водяного пара, и нагрев до температуры начала пиролиза (600—650 °C). Газы в конвективную часть поступают из радиационной секции.

Для точной регулировки температуры в обеих секциях на выходе из установки установлен дымосос с регулирующим шибером для управления расходом дымовых газов.

Для энергетической эффективности пиролизные установки дополнительно оборудуют теплоутилизационными системами — котлами-утилизаторами. Кроме нагрева сырья и разбавляющего его водяного пара, в конвекционной части происходит нагрев питательной воды котла-утилизатора, и далее эта вода используется для охлаждения продуктов пиролиза, сама при этом подогревась. Полученная в результате частичного испарения воды пароводяная смесь, подается в барабан котла-утилизатора. В барабане происходит сепарация пара от жидкости. Насыщенный пар из барабана далее дополнительно перегревается в пароперегревателе этой же установки, в результате получается перегретый пар среднего давления, затем используемый в качестве рабочего тела паровой турбины, являющейся приводом компрессора-нагнетателя для сырья пиролиза — пирогаза.

В современных пиролизных установках в конвекционной части её располагают поверхности нагрева перегрева насыщенного пара до технологически приемлемой температуры (550 °C, при снижении температуры перегретого пара падает тепловой КПД, при высоких температурах снижается надёжность и безопасность установки из-за снижения прочности конструкционных сталей при высоких рабочих температурах). Эти меры позволили повысить КПД использования тепла в современных моделях печей пиролиза до 91—93 %.

Пиролиз — этан

Пиролиз этана и пропана с целью получения этилена осуществляют аналогично изложенному выше, но при различных термических условиях.

Пиролиз этана на этой установке проводят при начальной температуре — песка 850 С. В настоящее время строится ряд установок этого типа.

Пиролиз этана, прогана и бутанов ( а также и смесей последних) с целью получения ароматических углеводородов послужил предметом важного исследования, которое предприняли Frey и Нерр36, обратившие особое внимание на фактор времени. Пиролиз осуществлялся в кварцевых реакционных трубках, которые нагревались электрическим током до желаемой температуры, причем продукты крекинга пропускались через электроосадитель, где собирался суспендированный в газе деготь.

Этот анализ приводит к выводу, что реакция протекает по механизму свободных радикалов и имеет кинетически первый порядок; энергия акти-вапии ее равна около 74 ккал / моль. Скорость в предположении кажущегося первого порядка реакции уменьшается при высоких степенях превращения. Обнаружено, что реакция в сильной степени тормозится присутствием окиси азота. Этилен и водород образуются примерно в одинаковых молярных количествах, наряду с ними получается лишь небольшое количество ( 2 — 5 % от количества этилена) метана и следы высококипящей жидкости.

Пиролиз этана в реакторах обычного типа изучался весьма широко. Этот анализ приводит к выводу, что реакция протекает по механизму свободных радикалов и имеет кинетически первый порядок; энергия акти-вапии ее равна около 74 ккал / моль. Скорость в предположении кажущегося первого порядка реакции уменьшается при высоких степенях превращения. Обнаружено, что реакция в сильной степени тормозится присутствием окиси азота. Этилен и водород образуются примерно в одинаковых молярных количествах, наряду с ними получается лишь небольшое количество ( 2 — 5 % от количества этилена) метана и следы высококипящей жидкости.

Пиролиз этана с полной рециркуляцией углеводородов С3 — Cs, образующихся в процессе, позволяет повысить селективность разложения этана на этилен на 3 % абс.

Пиролиз этана, получаемого в данном процессе, позволяет получить дополнительно еще 4 % этилена. Фракция Сз содержит 90 — 95 % пропилена, благодаря чему устраняется необходимость разделения пропана и пропилена. Фракция С4 содержит более 95 % ненасыщенных углеводородов и, в частности, большое количество бутадиена.

Пиролиз этана и пропана проводят в раздельных печах, поддерживая в каждой оптимальные условия, обеспечивающие максимальный выход и требуемую продолжительность реакции.

Пиролизом этана в печах Копперс-Хаше 1781 было получено этилена до 50 % по массе при конверсии 84 %, а из пропана при температуре пиролиза около 1000 С — 34 % этилена, 8 4 % пропилена и до 2 1 % ацетилена.

Пиролизом этана 96 % — ной концентрации ( остальное метан) при температуре 829 G и давлении 1 2 am был получен газ следующего состава ( в % объемн.

Процесс пиролиза этана сопровождается параллельно протекающими побочными превращениями, приводящими к уменьшению выхода целевого продукта. Проведение реакции с глубиной превращения, близкой к точке максимума выхода целевого продукта за один проход, приводит к селективности, уступающей значению этого параметра при более низких степенях превращения.

При пиролизе этана основная доля газа ( около 90 %) приходится на фракцию Сг. Концентрация каждой из фракций Cs и выше меньше 1 %, а начиная с фракций Си составляет 0 01 % и ниже.

При пиролизе этана образуются этилен и водород, из которых первый при соблюдении известных условий, особенно при малой продолжительности пребывания в зоне пиролиза, очень стоек. При пиролизе бутана образуются метан, этан, этилен, пропен, бутен и водород, причем пропен менее стабилен чем этилен. Поэтому в таком случае вторичные реакции проявляются в большей мере.

При пиролизе этана образуется этилен — важное исходное сырье для органического синтеза, главным образом окиси этилена, этилового спирта, иолиэтилена, стирола п других полупродуктов. В результате окислительного пиролиза этапа получается ацетилен

Из этана вырабатывается также хлористый этил, являющийся сырьем для изготовления ТЭС, спиртов, пластических масс и полимерных материалов. При нитровании этана могут быть получены нптроэтаи и пптрометан, широко используемые в качестве растворителей.

Области применения пиролиза метана

Раньше ацетилен использовали для освещения улиц, устанавливая лампы с этим веществом. Сейчас газ применяют в химической промышленности. Из ацетилена изготавливают каучук, пластмассы, растворители, волокна химического происхождения – вот, для чего используют пиролиз метана.

Этилен добывают как мономер для полиэтилена, сополимеров. Их применяют в следующих областях:

• автомобилестроении;
• изготовлении транспортных лент;
• производстве оболочек для кабелей;
• изготовлении резины, шлангов.

Пиролиз метана – реакция, с помощью которой получают важные углеводороды ацетилен и этилен. Их используют в химической промышленности, автомобилестроении, производстве резины.

Как работает пиролизный котел?

В основе работы котла лежит принцип пиролиза, суть которого заключается в термическом разложении твердого топлива при высокой температуре в условиях искусственно созданного дефицита кислорода. В результате топливо тлеет, разлагаясь на твердый остаток и пиролизный газ. Образующиеся газы также сгорают, что повышает теплоэффективность оборудования и делает расход топлива более рациональным.

Устройство котла

Дополнительным преимуществом рассматриваемых отопительных котлов является экологическая безопасность. В процессе пиролизного сжигания топлива выделяющиеся вредные компоненты смешиваются с углекислым газом и утилизируются. В результате в атмосферу выводится дым, не содержащий канцерогенов и прочих вредных веществ. Эта особенность позволяет топить котлы даже резиной, обрезками древесно-стружечных плит и прочими подобными материалами.

Как движется воздух в котле

Работа пиролизных котлов состоит из 4 основных этапов.

1. На первом этапе топливо дополнительно сушится и разлагается на твердый остаток и газы.
2. На втором этапе пиролизные газы сжигаются.
3. На третьем этапе продувается пламя и тепло возвращается к топливу, что способствует выделению дополнительного количества тепла.
4. На четвертом этапе оставшиеся продукты сгорания выводятся через дымоход.

Пиролизный котел

Разобравшись в особенностях работы котла, приступаем к его изготовлению. Начнем с подготовки необходимых материалов и инструментов.

Котел с естественной подачей кислорода

В другом типе теплогенераторов камеры расположены наоборот: главная топка снизу, вторичная – над ней. Форсунки нет, вместо нее устроен обычный газоход, соединяющий камеры между собой. Вентилятора здесь нет, воздух в обе топки подается естественным путем – за счет тяги дымохода. Причем подача осуществляется по раздельным каналам. Следует отметить, что в данном случае процесс пиролиза древесины организован лучше, горение в топливнике происходит с малым расходом воздуха, его поступление ограничено заслонкой.

Проблема здесь в другом: при закрытой воздушной заслонке падает и температура процесса, выход газа снижается. Воздуха для вторичной камеры тоже не хватает, так что она превращается в обычный газоход, где продукты горения отдают свое тепло стенкам водяной рубашки. Если же заслонку открыть, горючих газов образуется больше, но они станут гореть в основной топке, попадая во вторую лишь частично. Подобные пиролизные котлы больше напоминают агрегаты прямого горения, где дымовые газы делают несколько ходов для лучшей теплоотдачи. Да и по отзывам пользователей они не могут похвастать повышенной эффективностью.

Безопасное использование

Функционирование пиролизного котла подразумевает работу на максимально высоких температурах. Поэтому каждый производитель предъявляет высокие требования к монтажу и эксплуатации оборудования.

Установку проводит специалист, имеющий необходимую компетенцию. Котёл размещается в отдельном помещении с хорошей вентиляцией, на агрегат устанавливается дымоход.

Учитывают также следующие правила эксплуатации:

• При отсутствии достаточной тяги или необходимого теплоносителя котёл нельзя эксплуатировать.
• Загрузку и розжиг оборудования запрещено доверять детям или каким-либо посторонним лицам.
• Температура воды в системе труб, идущих через котёл, не должна превышать 95 °C. Если показатель превышен, пламя в камере агрегата на время ослабляют с помощью песка. Параллельно с этим открывают все возможные заслонки дымохода.
• Котёл сильно нагревается во время работы, поэтому возле него не должны находиться легковоспламеняющиеся материалы и предметы.
• Модифицировать конструкцию котла и использовать не по назначению категорически запрещено.

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.

Необходимость в пиролизных установках

Главная проблема утилизации мусора и других отходов ТБО обсуждаемым методом, это найти эффективный и недорогостоящий способ для улавливания испарений, возникающих во время сжигания. При горении выделяются хлор, фосфор, сера. Более того, некоторые отдельно взятые случаи сжигания отличаются присутствием реакции взаимодействия хлора с другими продуктами сжигания, в результате чего могут образовываться просто ядовитые соединения.

Современные установки решают ряд описанных трудностей. Например, ограниченность доступа кислорода сокращает вероятность образования токсинов: фуран, бензапирен, прочих.

Возможность создания циклических комплексов переработки отходов ведет к почти безотходному производству. Достигается максимальная экономия энергетических ресурсов. Кроме того, образующийся в результате шлак идет на ремонт дорог, что дополнительно повышает экономическую значимость переработки.

Расширяется круг вероятных мест размещения заводов (даже на территории городов). Поскольку в идеале не должно быть выбросов в окружающую среду: отсутствие газообразных ядовитых испарений, исключение образования производственных стоков (все собирается и циклически перерабатывается).

Последнее преимущество, все перечисленные возможности выполняются на довольно компактном оборудовании, без огромных труб, высоких устрашающих зданий. Организовать производство вторичных отходов вполне реально в небольшом ангаре.

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).

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.

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.

Источники:

• https://FB.ru/article/462772/piroliznyiy-gaz-poluchenie-temperatura-goreniya-primenenie
• https://vd-tv.ru/content/chto-takoe-piroliz-i-kakovy-ego-osnovnye-metody
• https://expo-sib.ru/piroliz-drevesiny-i-piroliznyj-gaz-sut-ximicheskogo-processa/
• https://ETanchiki.ru/kotly/chto-takoe-piroliz.html
• https://pechi.guru/pechi/proekty/chto-takoe-piroliz-opisanie-processa.html
• https://rusinfo.info/cto-takoe-piroliz
• https://www.kudagradusnik.ru/novosti-ekologii-kratko/piroliz-chto-eto-obyasnyaem-prostymi-slovami/
• https://ekoin.ru/ekologicheskie-problemy/chto-takoe-piroliz-i-kakovy-ego-osnovnye-metody.html
• https://dymohod-msk.ru/piroliz-etana/
• https://ug-plastics.ru/pererabotka/reakciya-piroliza.html
• https://cotlix.com/chto-takoe-piroliz
• https://aniko-gas.ru/kotly/piroliz-eto-v-himii.html
• https://TeploTekCorp.ru/kotly/piroliz-uglya.html