Jak se pyrolýza liší od spalování?

Pyrolýza v domácích kotlích na tuhá paliva – mýty a realita

Jev pyrolýzy vždy doprovází spalování pevných paliv v topných pecích a kotlích. Rozsah procesu závisí na dvou faktorech – režimu spalování a návrhu domácí tepelné elektrárny.

Obsah článku

• 1 Co je pyrolýza – popis procesu
• 2 Vliv vysoké vlhkosti
• 3 K čemu slouží termický rozklad?
• 4 Použití v každodenním životě
• 5 Mýty o pyrolýzních kotlích TT
• 6 Závěr

Navrhujeme podrobně zvážit pyrolýzu dřeva nebo uhlí, možnosti jeho použití v průmyslových a domácích podmínkách. terč — vyvrátit mýty, které vymysleli prodejci a výrobci řemeslných výrobků o drahých „pyrolýzních“ zařízeních určených k vytápění soukromých domů.

Co je pyrolýza – popis procesu

Teoreticky můžete spálit jakoukoli látku, která obsahuje sloučeniny uhlíku a vodíku, například:

• uhlí;
• zemní plyn (metan, propan atd.);
• biomasa – čerstvá, suchá;
• dřevěné výrobky, celulóza, běžné palivové dřevo;
• různé druhy plastů;
• kaučuk vyrobený z přírodního nebo umělého kaučuku;
• ropa, její deriváty;
• jiný odpad obsahující uhlík.

Na výstupu obdržíte určité množství tepelné energie v závislosti na počáteční vlhkosti spálené hmoty. K popisu procesů používáme chemický vzorec:

Spalování je rychlá oxidační reakce. Za ideálních podmínek se každý atom uhlíku spojí se dvěma částicemi kyslíku a 2 atomy vodíku interagují s 1 částicí kyslíku. V důsledku toho vznikají neškodné sloučeniny – oxid uhličitý CO₂ a voda. Ten se při zahřívání odpařuje a odebírá část uvolněného tepla.

Důležitý bod. V reálných podmínkách ne všechny atomy vodíku a uhlíku najdou pár kvůli nedostatku molekul kyslíku. Proto složení zplodin hoření zahrnuje malý podíl škodlivých hořlavých sloučenin – oxid uhelnatý (CO), volný vodík (H₂) a uhlík ve formě sazí.

Pyrolýza je rozkladná reakce látky, ke které dochází při zahřátí a nedostatku volného kyslíku. Tento princip se používá v zařízeních na výrobu plynu:

1. Palivo (zejména dřevo) je umístěno uvnitř uzavřené kovové nádoby – reaktoru.
2. Nádoba je zvenčí ohřívána na 500. 900 stupňů a dávkované množství vzduchu je přiváděno speciálními otvory – dmychadly.
3. Vlivem vysoké teploty se látka rozkládá na 3 hlavní složky – oxid uhelnatý (CO), vodík (H₂) a pevný nebo kapalný uhlíkový zbytek. Zároveň se tvoří malé množství oxidu uhličitého a vodní páry.
4. Těkavé produkty tvoří pyrolýzní plyn, hořlavá směs vodíku a oxidu uhelnatého, která opouští nádobu samostatným potrubím. Oddělené plynné palivo je čištěno, ochlazeno a následně čerpáno do nádrže.

Odkaz. Za výrobních podmínek se výsledný syntézní plyn posílá k ohřevu stejné nádrže generátoru plynu.

Spalování a pyrolýza jsou 2 různé procesy, které mohou probíhat současně. Příklad: při intenzivním spalování dřeva vzniká v topeništi kotle malé množství oxidu uhelnatého, neškodného CO₂ mnohem víc. A naopak, v doutnajícím režimu uvolňuje palivové dřevo velké množství vodíku a oxidu uhličitého, z nichž některé se přemění na CO₂ – oxidovat. To znamená, že vše závisí na množství kyslíku zahrnutého do reakce.

Vliv vysoké vlhkosti

Vysoký obsah vlhkosti ve výchozím materiálu má stejně škodlivý vliv na spalovací a pyrolýzní reakce. Podívejme se jako příklad na procesy využívající spalování dřeva:

1. Při spalování se uvolněná energie vynakládá na odpařování vody obsažené ve dřevě. Množství tepla na výstupu je výrazně sníženo a palivo je spalováno zbytečně.
2. Vlhkost značně zpomaluje tepelný rozklad látky. Část tepla vynaloženého na vytápění je odebírána odpařováním vody a není dosaženo požadované teploty (minimálně 500 °C). Pyrolýza dřeva obsahujícího více než 50 % vlhkosti je prakticky nemožná.

Nejlepší ukazatel vlhkosti pro plodné spalování nebo rozklad dřeva v plynovém generátoru je 8. 15%. Doma je nemožné dosáhnout takových ukazatelů dlouhodobé sušení palivového dřeva pod baldachýnem vám umožní dosáhnout 20-25% vlhkosti.

Odkaz. Při výrobě palivových pelet a briket v závodě jsou piliny vysušeny na 8-10%. Maximální obsah vlhkosti hotových granulí je 15 %.

K čemu slouží tepelný rozklad?

Rozsah použití pyrolytických procesů je poměrně široký:

1. Výroba propylenu a etylenu pro chemický průmysl zpracováním kapalných uhlovodíkových surovin (oleje).
2. Příprava dřevěného uhlí metodou bezkyslíkatého rozkladu dřevního odpadu.
3. Stejný technologický postup, ale s omezeným přívodem vzduchu, umožňuje vyrábět ze dřeva hořlavý syntézní plyn – směs metanu, vodíku, oxidu uhelnatého a neutrálního dusíku.
4. Pyrolýza uhlí – hnědého a tvrdého – je celá oblast zpracování. Výslednými sloučeninami jsou syntetický benzín, koks, čpavek a černouhelný dehet. Z posledně jmenovaných se získává toluen, benzen, naftalen a různé fenoly používané v chemickém průmyslu.
5. Novinky – komerční recyklace tuhého komunálního odpadu, pneumatik automobilů, plastů, organických látek.

Poznámka. Zde jsou uvedena nejznámější použití pyrolytických reakcí. Ve skutečnosti existuje mnohem více případů použití. Wikipedia uvádí, že procesy pyrolýzy nebyly plně prozkoumány, mnoho projektů je ve fázi vývoje.

Pro tepelný rozklad v průmyslu se používají pyrolýzní pece a různé reaktory. Výše uvedené schéma ukazuje generátor plynu, který zpracovává dřevěný odpad a piliny na plynné palivo. Hlavní roli zde hraje reaktor přímé suché destilace, kde se připravené suroviny pomalým spalováním zpracovávají na syntézní plyn.

Důležitá nuance. Před vložením do pyrolýzní pece nebo plynového generátoru je dřevo vždy rozdrceno a vysušeno na obsah vlhkosti 10 % nebo méně.

V průmyslové chemii se využívá i technologie rychlé pyrolýzy, kdy se reaktor během krátké doby zahřeje na teplotu 700. 900 °C. Cílem je zvýšit produktivitu zařízení a zrychlit zpracování.

Použití v domácnosti

Na úrovni domácností pomáhá pyrolýza řešit následující problémy:

• čištění trouby nebo fritézy od lepivých tukových usazenin, které nelze mechanicky odstranit;
• výroba dřevěného uhlí;
• vytápění soukromého domu pomocí pyrolýzního kotle na tuhá paliva.

Nejlepší způsob, jak vyčistit pánev, je vložit ji do trouby, nastavit teplotu na 200. 250 °C a nechat půl hodiny odležet. Bez přístupu kyslíku budou usazeniny zničeny, zůstane jen popel a pyrolýzní plyny budou odváděny digestoří.

Odkaz. Existují modely trouby s vestavěnou funkcí pyrolytického čištění. Na konci „pražení“ zbývá pouze setřít vnitřní plochy a vzniklý popel vyhodit.

Dřevěné uhlí se používá ke grilování, kovářství a exotičtějším účelům – doplňování paliva do plynového generátoru auta. Způsobem výroby je spalování dřevního odpadu v uzavřené nádobě, tedy pomalá pyrolýza.

Proveditelnost nákupu a provozu pyrolýzních kotlů je poměrně kontroverzní otázkou. Co je alarmující: ani prodejci, kteří na slavné výstavě Aquatherm představují topná plynová zařízení, nedokážou jasně vysvětlit, co je pyrolýza.

Pokud mi nevěříte, podívejte se na video:

Nabízíme podrobnou analýzu problémů spojených s pyrolýzními generátory tepla na dřevo.

Mýty o pyrolýzních kotlích TT

Hlavním konstrukčním rozdílem mezi ohřívačem plynového generátoru a tradičním kotlem s přímým spalováním jsou 2 komory místo jedné. Mezi oběma topeništi je instalována keramická tryska a vzduch je vytlačován do vzduchu ventilátorem. Kovové stěny pyrolýzní jednotky jsou chráněny vyzdívkou ze žáruvzdorných cihel. Jak to funguje:

1. Palivové dřevo nebo uhlí se umístí do horní (primární) komory a zapálí.
2. Automatizace spustí posilovací ventilátor.
3. Když teplota v topeništi stoupne na 500 stupňů, začne se uvolňovat pyrolýzní plyny.
4. Tyto těkavé sloučeniny, strhávané obecným proudem spalin, vstupují do dolní sekundární komory, kde jsou spáleny v přítomnosti kyslíku (údajně).

Výsledný syntézní plyn ve skutečnosti začíná hořet v primární spalovací komoře, protože ventilátor dodává přebytečný vzduch. Do druhé komory míří pouze pochodeň plamene. a to je vše. Poté se produkty spalování pohybují plamennými trubicemi výměníku tepla, ohřívají chladicí kapalinu a odlétají do komína.

Přidání. Existuje další provedení ohřívačů – bez ventilátoru, sekundární komora je umístěna nahoře. Koncepce je z hlediska pyrolýzy nepoužitelná, jednotka funguje jako běžný teplovodní kotel na dřevo, i když stojí dvakrát více než jeho klasické protějšky.

Příznivci pyrolýzních generátorů tepla (včetně výrobců tohoto zařízení, prodejců a domácích řemeslníků) připisují svým kotlům TT následující výhody:

• palivo je zcela spáleno, zbytek v popelníku je prakticky nulový;
• doba hoření – 10 hodin nebo více;
• nízký objem škodlivých emisí do atmosféry;
• vysoká účinnost díky účinnosti 86. 90 % (ukazatele výrobců) ve srovnání s tradičními kotli s účinností 75 %.

Pokusme se pochopit pravdivost těchto tvrzení. Bod jedna: pokud je topeniště zatíženo suchým dřevem (to je nutné dle návodu k obsluze topidla), tak po spálení zůstane jemný popel. Proud vzduchu vytvořený ventilátorem a zrychlený v trysce jednoduše vyfoukne lehký zbytek do komína.

Výsledkem je téměř prázdný popelník, iluze úplného spálení. Pokud dáte suché dřevo do klasického kotle TT s turbodmychadlem, vznikne vám podobný zbytek – trocha popela na dně. To znamená, že úplnost spalování závisí na kvalitě paliva, nikoli na konstrukci generátoru tepla.

Komentář. Skládání surového palivového dřeva s vlhkostí nad 50% bude mít negativní výsledek v každém kotli. O takových možnostech nemá smysl uvažovat.

Odpovězme stručně na zbývající tvrzení:

1. Doba hoření 10-12 hodin odpovídá skutečnosti. Další věc je, že tohoto ukazatele je dosaženo díky velikosti palivové komory (100 litrů nebo více), kde je umístěno hodně palivového dřeva. Pyrolýza s tím nemá absolutně nic společného.
2. Ujištění o šetrnosti kotle k životnímu prostředí jsou pravdivá. Ventilátor pumpuje vzduch v přebytku a vytváří velmi málo toxických plynů. V pohotovostním režimu se do topeniště nedostává kyslík, dřevo pomalu doutná a zvyšuje se množství škodlivých emisí.
3. Účinnost kotle 90% je pohádka. V režimu aktivního spalování je princip činnosti kotle podobný jako u přeplňovaných verzí tradičních jednotek, jejichž účinnost nepřesahuje 75 %. Po vypnutí ventilátoru plamen zhasne a doutnající uhlíky vydávají málo tepla.

Výstup. Nákup modelu plynového generátoru kotle na tuhá paliva je velmi pochybný podnik. Jednotka je třikrát dražší než běžné verze a dvakrát těžší kvůli obložení. Domácí generátory tepla jsou zpravidla spolehlivější a levnější než tovární, ale jsou příliš objemné. Účinností a dalšími vlastnostmi nepřekonají klasické kotle TT s turbínovým nebo řetězovým regulátorem tahu.

Náš názor potvrdí i známý odborník z praxe ve svém videu:

Závěr

Obecně je pyrolýza docela užitečný jev, široce používaný v průmyslové chemii. Na domácí úrovni se pyrolytické procesy používají zřídka, i když ke vzniku hořlavých plynů dochází v každém kamna nebo kotli na dřevo. Nemá tedy smysl kupovat drahé pyrolýzní modely.