Das Pyrolysephänomen geht immer mit der Verbrennung fester Brennstoffe in Heizöfen und Kesseln einher. Der Umfang des Prozesses hängt von zwei Faktoren ab - dem Verbrennungsmodus und dem Design des Wärmekraftwerks. Wir bieten einen detaillierten Blick auf die Pyrolyse von Holz oder Kohle, Optionen für den Einsatz unter industriellen und häuslichen Bedingungen. Ziel ist es, die Mythen zu zerstreuen, die von Verkäufern und Handwerkern teurer "Pyrolyse" -Ausrüstungen zur Beheizung von Privathäusern erfunden wurden.
Was ist Pyrolyse - Prozessbeschreibung
Theoretisch kann jede Substanz, einschließlich Kohlenstoffverbindungen mit Wasserstoff, verbrannt werden, zum Beispiel:
- Kohle;
- Erdgas (Methan, Propan usw.);
- Biomasse - frisch, trocken;
- Holzprodukte, Zellulose, gewöhnliches Holz;
- verschiedene Arten von Kunststoffen;
- Gummi aus Natur- oder Kunstkautschuk;
- Öl, seine Derivate;
- andere kohlenstoffhaltige Abfälle.
Holen Sie sich am Ausgang eine bestimmte Menge an Wärmeenergie, abhängig vom anfänglichen Feuchtigkeitsgehalt der verbrannten Masse. Um die Prozesse zu beschreiben, verwenden wir die chemische Formel:
Die Verbrennung ist eine schnelle Oxidationsreaktion. Unter idealen Bedingungen verbindet sich jedes Kohlenstoffatom mit zwei Sauerstoffpartikeln und 2 Wasserstoffatome interagieren mit 1 Sauerstoffpartikel. Dadurch entstehen harmlose Verbindungen - Kohlendioxid CO2 und Wasser. Letzteres verdampft beim Erhitzen und nimmt einen Teil der freigesetzten Wärme ab.
Ein wichtiger Punkt. Unter realen Bedingungen finden nicht alle Wasserstoff- und Kohlenstoffatome aufgrund des Mangels an Sauerstoffmolekülen einen Partner. Daher enthält die Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte einen kleinen Anteil schädlicher brennbarer Verbindungen - Kohlenmonoxid (CO), freier Wasserstoff (N.2) und Kohlenstoff in Form von Ruß.
Pyrolyse ist eine Zersetzungsreaktion einer Substanz, die beim Erhitzen und Mangel an freiem Sauerstoff auftritt. Das angegebene Prinzip wird in Gaserzeugungseinheiten angewendet:
- Brennstoff (insbesondere Holz) wird in einen geschlossenen Metallbehälter - Reaktor gegeben.
- Die Kapazität wird von außen durch spezielle Öffnungen auf 500 ... 900 Grad erwärmt - Düsen wird eine dosierte Luftmenge zugeführt.
- Unter dem Einfluss hoher Temperaturen zersetzt sich die Substanz in 3 Hauptkomponenten - Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (N.2) und feste oder flüssige Kohlenstoffrückstände. Parallel dazu entsteht eine geringe Menge Kohlendioxid und Wasserdampf.
- Flüchtige Produkte bilden Pyrolysegas - ein brennbares Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, das den Tank über eine separate Rohrleitung verlässt. Der freigesetzte gasförmige Kraftstoff wird gereinigt, gekühlt und dann in den Tank gepumpt.
Referenz. Unter Produktionsbedingungen wird das resultierende Synthesegas zur Erwärmung der gleichen Kapazität des Gasgenerators geschickt.
Verbrennung und Pyrolyse sind zwei verschiedene Prozesse, die gleichzeitig ablaufen können. Beispiel: Beim intensiven Verbrennen von Brennholz entsteht im Kesselofen eine geringe Menge Kohlenmonoxid, ein harmloses CO2 viel größer. Und umgekehrt werden im Regime des schwelenden Brennholzes viel Wasserstoff und Dämpfe freigesetzt, von denen ein Teil in CO umgewandelt werden kann2 - oxidieren. Das heißt, es hängt alles von der Menge an Sauerstoff ab, die an der Reaktion beteiligt ist.
Die Wirkung von hoher Luftfeuchtigkeit
Der hohe Feuchtigkeitsgehalt im Ausgangsmaterial beeinflusst gleichermaßen die Verbrennungs- und Pyrolysereaktionen. Betrachten Sie als Beispiel die Prozesse der Holzverbrennung:
- Beim Verbrennen wird die freigesetzte Energie zum Verdampfen des im Holz enthaltenen Wassers verwendet. Die Wärmemenge am Auslass wird deutlich reduziert, Kraftstoff wird verschwendet.
- Feuchtigkeit verlangsamt die thermische Zersetzung einer Substanz erheblich.Verdunstetes Wasser nimmt einen Teil der zum Heizen aufgewendeten Wärme auf, die erforderliche Temperatur (mindestens 500 ° C) wird nicht erreicht. Eine Pyrolyse von Holz mit mehr als 50% Feuchtigkeit ist nahezu unmöglich.
Der beste Indikator für die Luftfeuchtigkeit für eine fruchtbare Verbrennung oder Zersetzung von Holz in einem Gasgenerator ist 8 ... 15%. Zu Hause ist es unrealistisch, solche Indikatoren zu erreichen. Durch längeres Trocknen von Brennholz unter einem Baldachin können Sie einen Feuchtigkeitsgehalt von 20-25% erreichen.
Referenz. Bei der Herstellung von Brennstoffpellets und Briketts im Werk wird Sägemehl auf einen Indikator von 8-10% getrocknet. Die maximale Luftfeuchtigkeit des fertigen Granulats beträgt 15%.
Warum thermische Zersetzung verwenden
Der Umfang pyrolytischer Prozesse ist ziemlich breit:
- Herstellung von Propylen und Ethylen für die chemische Industrie durch Verarbeitung von flüssigen Kohlenwasserstoff-Rohstoffen (Öl).
- Gewinnung von Holzkohle durch die Methode der sauerstofffreien Zersetzung von Holzabfällen.
- Das gleiche Verfahren, jedoch mit begrenzter Luftzufuhr, ermöglicht die Erzeugung von brennbarem Synthesegas aus einem Baum - einem Gemisch aus Methan, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und neutralem Stickstoff.
- Pyrolyse von Kohle - Braun und Stein - ein ganzer Bereich der Verarbeitung. Die resultierenden Verbindungen sind synthetisches Benzin, Koks, Ammoniak, Kohlenteer. Aus letzterem werden Toluol, Benzol, Naphthalin und verschiedene in der chemischen Industrie verwendete Phenole gewonnen.
- Neue Entwicklungen - kommerzielle Nutzung von Siedlungsabfällen, Autoreifen, Kunststoffen, organischen Stoffen.
Hinweis. Die bekanntesten Methoden zur Verwendung pyrolytischer Reaktionen sind hier aufgeführt. In der Realität gibt es viel mehr Anwendungsfälle. Wikipedia behauptet, dass Pyrolyseprozesse nicht vollständig verstanden werden, viele Projekte sind in der Entwicklung.
Zur thermischen Zersetzung werden in der Industrie Pyrolyseöfen und verschiedene Reaktoren eingesetzt. Das obige Diagramm zeigt einen Gasgenerator, der Holzabfälle und Sägemehl zu gasförmigem Brennstoff verarbeitet. Die Hauptrolle spielt hier der direkte Trockendestillationsreaktor, in dem die vorbereiteten Rohstoffe durch langsame Verbrennung zu Synthesegas verarbeitet werden.
Eine wichtige Nuance. Vor dem Laden in einen Pyrolyseofen oder Gasgenerator wird das Holz immer zerkleinert und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 10% oder weniger getrocknet.
In der Industriechemie wird auch die Schnellpyrolysetechnologie eingesetzt, wenn der Reaktor für kurze Zeit auf eine Temperatur von 700 ... 900 ° C erhitzt wird. Ziel ist es, die Produktivität der Geräte zu steigern und die Verarbeitung zu beschleunigen.
Hausgebrauch
Auf Haushaltsebene hilft die Pyrolyse, die folgenden Probleme zu lösen:
- Reinigen des Ofens oder der Friteuse von klebrigen Fettablagerungen, die nicht mechanisch entfernt werden können;
- Holzkohleproduktion;
- Heizen eines Privathauses mit einem Pyrolyse-Festbrennstoffkessel.
Die beste Methode zum Reinigen der Pfanne besteht darin, sie in den Ofen zu stellen, die Temperatur auf 200 ... 250 ° C einzustellen und eine halbe Stunde stehen zu lassen. Ohne Sauerstoff tritt eine Sedimentzerstörung auf, es verbleibt nur Asche und die Dunstabzugshaube entfernt die Pyrolysegase.
Referenz. Es gibt Modelle von Öfen mit eingebauter pyrolytischer Reinigungsfunktion. Am Ende des "Röstens" bleibt nur noch die Innenfläche abzuwischen und die entstehende Asche zu verwerfen.
Holzkohle wird zum Braten von Grillen, Schmieden und für exotischere Zwecke verwendet - zum Auftanken eines Autogasgenerators (wie es funktioniert, lesen Sie in einem separaten Material). Die Methode zur Gewinnung - Verbrennung von Holzabfällen in einem geschlossenen Behälter, dh langsame Pyrolyse.
Wir schlagen vor, die mit Pyrolyse-Holzwärmegeneratoren verbundenen Probleme im Detail zu analysieren.
Mythen über Pyrolyse-TT-Kessel
Der strukturelle Hauptunterschied zwischen einer Gasgeneratorheizung und einem herkömmlichen Direktverbrennungskessel besteht in 2 Kammern anstelle von einer.Eine Keramikdüse ist zwischen beiden Feuerkammern angeordnet, Luft wird von einem Ventilator gedrückt. Die Metallwände der Pyrolyseeinheit sind durch eine feuerfeste Ziegelauskleidung geschützt. Wie arbeitet er:
- Brennholz oder Kohle wird in die obere (Primär-) Kammer gelegt und in Brand gesetzt.
- Die Automatisierung startet den Boost-Lüfter.
- Wenn die Temperatur im Feuerraum auf 500 Grad steigt, beginnt die Freisetzung von Pyrolysegasen.
- Diese flüchtigen Verbindungen werden durch den allgemeinen Fluss der Verbrennungsprodukte mitgerissen und gelangen in die untere Sekundärkammer, wo sie (angeblich) in Gegenwart von Sauerstoff verbrannt werden.
Tatsächlich beginnt das resultierende Synthesegas sogar im Primärofen zu brennen, da der Ventilator überschüssige Luft liefert. Nur eine Flammenfackel wird in die zweite Kammer gerichtet ... und das war's. Ferner bewegen sich die Verbrennungsprodukte durch die Wärmerohre des Wärmetauschers, erwärmen das Kühlmittel und fliegen in den Schornstein.
Zusatz. Es gibt eine andere Ausführung von Heizungen - ohne Lüfter befindet sich die Sekundärkammer oben. Unter dem Gesichtspunkt der Pyrolyse ist das Konzept nicht funktionsfähig. Das Gerät funktioniert wie ein normaler Holz-Warmwasserkessel, obwohl es doppelt so viel kostet wie klassische Gegenstücke.
Befürworter von Pyrolyse-Wärmeerzeugern (wie die Hersteller dieser Geräte, Verkäufer und Handwerker) schreiben ihren TT-Kesseln die folgenden Vorteile zu:
- der Brennstoff ist vollständig verbrannt, der Rest in der Aschenwanne ist praktisch Null;
- Brenndauer - 10 Stunden oder mehr;
- geringe Menge schädlicher Emissionen in die Atmosphäre;
- hoher Wirkungsgrad aufgrund des Wirkungsgrades von 86 ... 90% (Herstellerindikatoren) im Vergleich zu herkömmlichen Kesseln mit einem Wirkungsgrad von 75%.
Versuchen wir, die Richtigkeit dieser Aussagen herauszufinden. Der erste Moment: Wenn der Feuerraum mit trockenem Holz beladen ist (dies ist gemäß den Anweisungen für die Verwendung des Heizgeräts erforderlich), bleibt nach dem Verbrennen feine Asche zurück. Der vom Ventilator erzeugte und in der Düse beschleunigte Luftstrom bläst einfach einen leichten Rückstand in den Schornstein.
Das Ergebnis ist eine fast leere Aschenpfanne, eine Illusion einer vollständigen Verbrennung. Wenn Sie trockenes Holz in einen klassischen TT-Kessel mit Turbolader legen, erhalten Sie einen ähnlichen Rückstand - etwas Asche am Boden. Das heißt, die Vollständigkeit der Verbrennung hängt von der Qualität des Brennstoffs und nicht von der Auslegung des Wärmeerzeugers ab.
Kommentar. Das Verlegen von rohem Brennholz mit einer Luftfeuchtigkeit von über 50% führt bei jedem Kessel zu einem negativen Ergebnis. Solche Optionen in Betracht zu ziehen ist sinnlos.
Geben Sie kurz Antworten auf die verbleibenden Aussagen:
- Die Brenndauer von 10-12 Stunden entspricht der Realität. Eine andere Sache ist, dass der Indikator aufgrund der Größe der Brennkammer (100 Liter oder mehr) erreicht wird, in der viel Brennholz platziert wird. Pyrolyse hat absolut nichts damit zu tun.
- Die Umweltsicherheit des Kessels ist wahr. Der Ventilator pumpt überschüssige Luft, es entstehen nur sehr wenige giftige Gase. Im Standby-Modus gelangt kein Sauerstoff in den Ofen, Brennholz schwelt langsam und die Menge der schädlichen Emissionen steigt.
- Der Kesselwirkungsgrad von 90% ist ein Märchen. Im aktiven Verbrennungsmodus ähnelt das Funktionsprinzip des Kessels den turbogeladenen Versionen herkömmlicher Einheiten, deren Wirkungsgrad 75% nicht überschreitet. Wenn der Lüfter ausgeschaltet wird, erlischt die Flamme, die Glut gibt wenig Wärme ab.
Fazit. Die Anschaffung eines gaserzeugenden Modells eines Festbrennstoffkessels ist ein sehr zweifelhaftes Unterfangen. Das Gerät ist dreimal so teuer wie normale Versionen und aufgrund des Futters doppelt so schwer. Selbstgemachte Wärmeerzeuger sind in der Regel zuverlässiger und billiger als Werksgeneratoren, aber zu sperrig. In Bezug auf Effizienz und andere Eigenschaften übertreffen sie klassische TT-Kessel mit Turbinen- oder Kettentraktionskontrolle nicht.
Ein bekannter Experte wird unsere Meinung in seinem Video bestätigen:
Fazit
Im Allgemeinen ist die Pyrolyse ein ziemlich nützliches Phänomen, das in der Industriechemie weit verbreitet ist.Auf Haushaltsebene werden pyrolytische Verfahren nur selten angewendet, obwohl in jedem Holzofen oder Kessel brennbare Gase entstehen. Es ist also sinnlos, teure Pyrolysemodelle zu kaufen.