A gazdaságos üzemanyagok használatának igénye régóta esedékes a világon. Például a pirolízisgázt már ma is széles körben használják Európában. Ilyen tüzelőanyaggal mindenféle konyhai berendezés, fűtőberendezés és még az autók is működhetnek.
Definíció
Valójában a "pirolízis" fogalma alatt a kémikusok az anyagok molekuláris szintű bomlását értik magas hőmérséklet hatására, általában levegő hiányában. Az összetett vegyületek ilyen körülmények között egyszerűbbekre bomlanak. Ilyenkor különféle új elemek keletkeznek a közegben. A pirolízis tehát lényegében egy hagyományos száraz desztillációs eljárás.
Gáz tűzifából
A tüzelőanyag magas hőmérsékleten, oxigénmentes környezetben történő elégetésekor a következő égéstermékek keletkeznek:
- pirolízisgáz;
- pirolízisgyanta (folyékony termék).
A lista első terméke többek között azzal a tulajdonsággal rendelkezik, amely az üzemanyag oxigénes környezetben történő elégetésekor is kialakulhat. Ebben az esetben azonban gáz csak akkor nyerhető, ha az üzemanyagot 500 °C-nál nem alacsonyabb hőmérsékleten égetik el.
Mely termékek használhatók
Az otthoni pirolízis kazánok normál fán vagy speciális raklapokon működhetnek, például fűrészporból vagy préselt faforgácsból. Különféle háztartási és ipari hulladékok is pirolizálhatók. Hasonló módon égetik el például a gumit, a régi autógumit, a műanyagot, a régi dolgokat stb. Ebben az esetben a pirolízis nem csak egy bizonyos mennyiségű hő megszerzését teszi lehetővé, hanem a környezet tisztán tartását is. Végül is, mint tudod, a műanyag nem bomlik le sokáig a talajban. A különféle olajtartalmú anyagok magukat a talajt és a víztesteket is szennyezik.
Hasonló módon is égethető:
- papír, karton, textil;
- metán;
- szénhidrogének;
- tőzeg;
- árufa (beleértve a vegyileg impregnált fát is);
- szalma, levelek, dióhéjak, gyomok.
Ezenkívül a festékmaradványok, olajok stb. újrahasznosíthatók a pirolízis reakció során. Ez a környezet tisztán tartását is segíti.
Összetétel
A keletkező pirolízisgáz többek között sok részecskét tartalmaz, általában korom formájában. Különféle kémiai összetevőket is tartalmaz, például hidrogént. Azonban a főa pirolízisgáz összetétele továbbra is a következő:
- illékony szénhidrogének;
- szén-monoxid.
Nagyon veszélyes az emberi egészségre, sőt az életére is, az ilyen reakciók során a szén nem teljes égése miatt képződik.
A pirolízis típusai
Jelenleg az ilyen reakcióknak csak két fő típusa van. A pirolízis lehet:
- száraz;
- oxidatív.
Az első típusú reakciók a következőkre oszlanak:
- alacsony hőmérséklet;
- magas hőmérséklet.
A gázképződés módja: oxidatív pirolízis
Ez a reakció jelenleg a legkörnyezetbarátabb és legtermékenyebb. A pirolízis ebben az esetben nagyon magas hőmérsékleten megy végbe. Ha például metánt ily módon égetnek el, akkor bizonyos százalékban oxigén keveredik vele. Részleges égés esetén az anyag ebben az esetben hatalmas mennyiségű energiát szabadít fel. Ennek eredményeként a keverék maradványait 16000 °C hőmérsékletre melegítjük.
Az oxidatív pirolízis reakcióját elsősorban különféle olajtartalmú ipari anyagok, valamint műanyagok és gumik elégetésére használják. A gáz ebben az esetben mehet például magának a hulladékkezelő cég üzleteinek fűtésére.
Száraz pirolízis
Ez a reakció oxigén részvétele nélkül megy végbe, és amint már említettük, lehet alacsony vagy magas hőmérsékletű. Az első esetbenaz üzemanyagot maximumra - 1000 ° C-ra, a másodikban - 1000 ° C fölé melegítik. Magas mennyiségű pirolízisgáz előállításához főként magas hőmérsékletű reakciókat alkalmaznak.
Ha az üzemanyagot 800 °C-ig terjedő környezetben égetik el, elég sok alacsony fűtőértékű gáz keletkezik. Ebben az esetben is meglehetősen kis mennyiségű koksz és folyékony gyanta marad vissza.
A legmegfelelőbb a pirolízisgáz 900–1000 °C hőmérsékletű előállítása. Ebben az esetben már megvan a termelésének maximum százaléka. Ebben az esetben az így nyert gáz minimális fűtőértékkel rendelkezik. Egy ilyen termék többek között kiváló minőségű üzemanyagnak számít, amely alkalmas nagy távolságra történő szállításra.
Ha az üzemanyagot 450 és 500 °C közötti hőmérsékleten égetik el, a szilárd maradékanyag és gáz mennyisége is nagyon alacsony. Ez utóbbi azonban nem jó minőségű, mivel ennek van a maximális fűtőértéke.
Ahol használható gáz
A pirolízis eljárás így lehetővé teszi különféle helyiségek fűtését a legkisebb tüzelőanyag-veszteséggel. Ezenkívül a reakció használatával a környezet tisztán marad. De hol használható a tüzelőanyag oxigénmentes környezetben történő elégetése során keletkező pirolízisgáz?
Ezt az égésterméket ma világszerte elsősorban alternatív, gazdaságos hőenergia-forrásként tartják számon. Egyes európai országokban a pirolízisgáz régóta elterjedtvizet (fűtéshez és melegvíz-rendszerekhez), elektromos áramot, gőzt melegítő berendezések által használt üzemanyag.
Kazánok
Ősidők óta az emberek fával és szénnel működő hagyományos kályhákkal fűtik otthonaikat. Később a házakat modern szilárd tüzelésű kazánokkal kezdték felszerelni, amelyek azonos típusú tüzelőanyaggal működnek. Az ilyen egységeket korunkban otthonok fűtésére használják. Olcsóak, és telepítésükhöz nem szükséges különböző esetekben engedélyt kérni. A hagyományos szilárd tüzelésű kazánoknak azonban van egy meglehetősen komoly hátránya. Rendkívül gazdaságtalanul fogyasztanak üzemanyagot. Sok égési maradék marad az ilyen egységek kamráiban. Ráadásul az ilyen berendezések által termelt hő egy része egyszerűen "leszáll a kéményen" a füsttel együtt.
Mérnökök, akik úgy döntöttek, hogy kijavítják ezt a szilárd tüzelésű kazánok mínuszát, és végül olyan pirolízis fűtőegységekkel álltak elő, amelyek gazdaságosak és könnyen használhatók. Az ilyen kazánokban többek között további kamrák találhatók, amelyekben a pirolízisgáz utóégése történik.
E fajta aggregátumaiban a reakció erős oxigénhiánnyal (15%) megy végbe. Az ilyen típusú berendezésekben lévő fa vagy bármely más tüzelőanyag gázokra és kis mennyiségű szervetlen maradványra bomlik. Pirolízisgázok esetén az utóégető égési hőmérséklete elérheti a 110-1200 °C-ot is.
Hol használják még a gázt?
A legszélesebb körben használt pirolízis, ezért kapott fűtési és vízmelegítő rendszerekben. Ezt a reakciót is széles körben használják:
- a feldolgozóiparban;
- vegyianyagban;
- fertőtlenítéskor.
Néha a pirolízisgázt manapság különféle berendezések vagy, mint már említettük, autók üzemanyagaként is használják.
Gáztermelő üzemek
Az ilyen típusú berendezésekkel kiváló minőségű pirolízis üzemanyagot állítanak elő, amely bizonyos esetekben helyettesítheti például a hagyományos földgázt. Az ilyen berendezések hermetikus kemencék állítható levegőellátással. Az ilyen típusú berendezések kéménye többek között eltömődhet.
Az alábbi berendezésekben szerezzen be pirolízisgázt:
- Kényszerítse a levegőt a kemencébe egy szivattyún keresztül.
- Miután a berendezés tartalmát egy bizonyos hőmérsékletre melegítjük, a levegőellátás leáll.
- Az egységből kilépő sűrű fekete füstöt ciklonok segítségével tisztítják meg a koromtól.
- Távolítsa el a vízgőzt a pirolízisgázból, hogy növelje annak égési hőmérsékletét (engedje át egy hűtőn).
- A gáz a finomszűrőbe kerül, amelynek kialakítása víztartályt, elektrosztatikus beépítést és kartonpatronokat tartalmaz.
A pirolízisgázok tisztítását az iparban és néha a mindennapi életben való felhasználásuk előtt hiba nélkül kell elvégezni. A szilárd részecskék és mindenféle vegyi szennyeződés károsíthatja a berendezést,ilyen típusú üzemanyaggal működik. Továbbá például pirolízisgázt pumpálhatunk egy hengerbe.
Gázgenerátorból származó üzemanyag használata otthon
Az ilyen típusú telepítéseket leggyakrabban természetesen a termelésben használják. De néha magánlakásokhoz vásárolják őket. A pirolízisgáz otthoni beszerzése viszonylag egyszerű. Egyes kézművesek gyakran saját kezűleg is készítenek gázgenerátorokat.
A háztartási berendezésekből nyert gáz különböző célokra használható fel. Nagyon gyakran például a magánkereskedők a közönséges kályhákat gázgenerátorokhoz csatlakoztatják. A pirolízisgáz égése nem olyan intenzív, mint a földgázé. Mindazonáltal a tűzhelyet továbbra is nagyon kényelmes a rendeltetésének megfelelően használni.
Például, a mindennapi életben gyakran csatlakoznak egy autogén generátor a gázgenerátorhoz. Ha az oxigént földgázzal látják el, akkor az ilyen berendezésekben a láng hőmérséklete eléri a 2000 °C-ot.
Mint már említettük, otthon a pirolízis gáz autóüzemanyagként is használható. Egy ilyen alkalmazáshoz a gép motorját csak kis mértékben kell módosítani. Ugyanakkor mind a benzin-, mind a dízelmotorok működhetnek ilyen üzemanyaggal. Az ilyen gázt otthon használják, gyakran áramfejlesztőkben.
Alkalmazás jellemzői
Így a pirolízisgáz hőátadása valamivel alacsonyabb, mint a természetes vagy cseppfolyósított gázé. Ezért a különféle fűtési és fűtési rendszerek helyes működéséhezkonyhai berendezések, használatuk során a megfelelő, intenzívebb égetéshez az ellátottságát növelni szükséges.
A konyhai berendezésekben erre például fúvókákat lehet fúrni. A pirolízis gázkemence ebben az esetben ugyanúgy fog működni, mint a földgáznál. Vagyis az üzemanyag égésének intenzitása azonos lesz. Ezenkívül a különféle berendezések más típusú gázra való átviteléhez a firmware gyakran megváltozik. Az ilyen tüzelőanyaggal üzemelő járművekben az üzemanyagrendszert teljesen ki kell cserélni.
Faégető gépek
A Szovjetunióban az 1920-as évek elején a gázgenerátoros teherautókat nagyon széles körben használták. Azokban az években hazánkban még versenyvizsgákat is végeztünk ilyen autókkal.
Szovjetuniónk első gázgenerátoros motorját V. S. Naumov professzor szerelte be 1927-ben. 1928-ban a Tudományos Autóipari és Traktorintézet elkezdett ilyen autókat tervezni Oroszországban. Az intézmény szakemberei ezután külföldi „Imbert-Dietrich” és „Pip” gépekkel végeztek kísérleteket.
Az első hazánkban épített NATI-1 gázgenerátor közönséges fán működött. 1932-ben elkészült a NATI-3 installáció is, amelyet motorcsónakhoz terveztek. Ugyanakkor Oroszországban megjelent az első autógáz-generátor, amelyet az Avtodor társadalom támogatásával hoztak létre. Az "Avtodor-1" nevet kapta. A Szovjetunióban még később számos fejlettebb ilyen típusú telepítést fejlesztettek ki. A belőlük nyert pirolízisgáz összetételehasználat, valójában nagyon jó minőségű volt. Az ezzel az üzemanyaggal hajtott járművek megbízhatóságukról, kiváló teljesítményükről és hosszú élettartamukról ismertek.
A második világháború alatt a ZIS-5 és a GAZ-AA gázgenerátoros teherautókat aktívan használták elöl és hátul a Szovjetunióban. A háború végére már körülbelül 200 ezer pirolízises gázmotoros autó üzemelt az országban.
Természetesen az ilyen üzemanyag felhasználását elsősorban az akkori olajtermékek hiánya okozta az országban. Nem szabad azonban azt gondolni, hogy a pirolízisgázt csak az államháztartási hiány miatt használták. Az ilyen üzemanyagot akkoriban meglehetősen hatékonynak és ígéretesnek tartották, és nem csak Oroszországban használták. Például a múlt század 20-30-as éveiben a pirolízisjárművek széles körben elterjedtek olyan országokban, mint Franciaország, Németország, Nagy-Britannia, Finnország és Svédország. Ezenkívül néhány ázsiai országban széles körben használták az ilyen gázzal működő gépeket. Ilyen típusú autókat például akkoriban sikeresen üzemeltettek Kínában, Japánban és Indiában.
Történelmi háttér
A fa pirolízise az egyik első kémiai folyamat, amelyet az emberek elkezdtek aktívan alkalmazni. Oroszországban például már a 12. században széles körben alkalmaztak ilyen reakciót fenyőgyanta előállítására. Ez utóbbit a továbbiakban kötelek impregnálására, valamint folyami és tengeri hajók feldolgozására használták. Ipari méretekben a svédek voltak az elsők, akik pirolízist alkalmaztak fa impregnálására. Ebben az országban is van ilyen reakcióimpregnáló gyanta készítésére használják.
A 20. század elején Oroszországban megalakult a világ néhány legjobb fapirolízis iskolája. Ez természetesen elsősorban annak volt köszönhető, hogy hazánk területén sok erdő nő. A földgáz felhasználása előtt Oroszországban sok vállalatnál nagy teljesítményű gáztermelő berendezéseket telepítettek. Az ilyen berendezéseket hosszú ideig használták a földgázzal működő berendezések megjelenése előtt.
Természetesen később az ilyen berendezéseket elavulttá nyilvánították. A gázgenerátorokat eltávolították a gyárakból. És ez idáig sajnos a pirolízis mint alternatív gazdaságos üzemanyagtípus, az európai országokkal ellentétben, nem terjedt el széles körben az Orosz Föderációban. Ezt az üzemanyagtípust azonban Oroszországban jelenleg meglehetősen ígéretesnek tartják. Ezért elképzelhető, hogy a közeljövőben a pirolízisgázt sokkal szélesebb körben alkalmazzák hazánkban. Végül is az ilyen üzemanyag használata nemcsak pénzt takarít meg, hanem a környezetet is.
