Η ανάγκη για χρήση οικονομικών καυσίμων έχει καθυστερήσει εδώ και καιρό στον κόσμο. Για παράδειγμα, το αέριο πυρόλυσης χρησιμοποιείται ήδη ευρέως σήμερα στην Ευρώπη. Όλα τα είδη εξοπλισμού κουζίνας, εγκαταστάσεις θέρμανσης, ακόμη και αυτοκίνητα μπορούν να λειτουργούν με τέτοιο καύσιμο.
Ορισμός
Στην πραγματικότητα, κάτω από την ίδια την έννοια της «πυρόλυσης» οι χημικοί κατανοούν την αποσύνθεση μιας ουσίας σε μοριακό επίπεδο υπό την επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας, συνήθως απουσία αέρα. Οι σύνθετες ενώσεις υπό τέτοιες συνθήκες αποσυντίθενται σε απλούστερες. Σε αυτή την περίπτωση, στο μέσο σχηματίζονται διάφορα είδη νέων στοιχείων. Ουσιαστικά, η πυρόλυση είναι επομένως μια συμβατική διαδικασία ξηρής απόσταξης.
Αέριο από καυσόξυλα
Όταν το καύσιμο καίγεται σε υψηλές θερμοκρασίες σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο, σχηματίζονται τα ακόλουθα προϊόντα καύσης:
- αέριο πυρόλυσης;
- ρητίνη πυρόλυσης (υγρό προϊόν).
Το πρώτο προϊόν από τη λίστα έχει, μεταξύ άλλων, το χαρακτηριστικό που μπορεί επίσης να σχηματιστεί κατά την καύση καυσίμου σε περιβάλλον οξυγόνου. Ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση, το αέριο μπορεί να ληφθεί μόνο εάν το καύσιμο καίγεται σε θερμοκρασία όχι χαμηλότερη από 500 °C.
Ποια προϊόντα μπορούν να χρησιμοποιηθούν
Οι λέβητες πυρόλυσης στα σπίτια μπορούν να λειτουργήσουν σε συνηθισμένο ξύλο ή ειδικές παλέτες, για παράδειγμα, από πριονίδι ή πεπιεσμένα ροκανίδια. Διάφοροι τύποι οικιακών και βιομηχανικών απορριμμάτων μπορούν επίσης να υποβληθούν σε πυρόλυση. Καίγεται με παρόμοιο τρόπο, για παράδειγμα, καουτσούκ, παλιά λάστιχα αυτοκινήτου, πλαστικό, παλιά πράγματα κ.λπ. Σε αυτήν την περίπτωση, η πυρόλυση επιτρέπει όχι μόνο να πάρει μια συγκεκριμένη ποσότητα θερμότητας, αλλά και να διατηρήσει το περιβάλλον καθαρό. Εξάλλου, όπως γνωρίζετε, το πλαστικό δεν αποσυντίθεται στο έδαφος για μεγάλο χρονικό διάστημα. Τα υλικά διαφόρων ειδών που περιέχουν λάδι μολύνουν τόσο το ίδιο το έδαφος όσο και τα υδάτινα σώματα.
Μπορεί επίσης να καεί με παρόμοιο τρόπο:
- χαρτί, χαρτόνι, υφάσματα;
- μεθάνιο;
- υδρογονάνθρακες;
- τύρφη;
-
ξύλο εμπορευμάτων (συμπεριλαμβανομένης της χημικής εμποτισμένης ξυλείας);
- άχυρο, φύλλα, κέλυφος ξηρών καρπών, ζιζάνια.
Επιπλέον, υπολείμματα βαφής, λάδια κ.λπ. μπορούν να ανακυκλωθούν μέσω της αντίδρασης πυρόλυσης. Αυτό βοηθά επίσης να διατηρείται καθαρό το περιβάλλον.
Σύνθεση
Το αέριο πυρόλυσης που προκύπτει περιέχει, μεταξύ άλλων, πολλά σωματίδια, συνήθως με τη μορφή αιθάλης. Περιέχει επίσης διάφορα είδη χημικών συστατικών, για παράδειγμα, υδρογόνο. Ωστόσο, το κύριοη σύνθεση του αερίου πυρόλυσης εξακολουθεί να είναι η εξής:
- πτητικοί υδρογονάνθρακες;
- μονοξείδιο του άνθρακα.
Πολύ επικίνδυνο για την ανθρώπινη υγεία και ακόμη και τη ζωή του, το CO σε μια τέτοια αντίδραση σχηματίζεται λόγω ατελούς καύσης του άνθρακα.
Τύποι πυρόλυσης
Προς το παρόν, υπάρχουν μόνο δύο κύριοι τύποι τέτοιων αντιδράσεων. Η πυρόλυση μπορεί να είναι:
- dry;
- οξειδωτικό.
Ο πρώτος τύπος αντιδράσεων, με τη σειρά του, χωρίζεται σε:
- χαμηλή θερμοκρασία;
- υψηλή θερμοκρασία.
Πώς παράγεται το αέριο: οξειδωτική πυρόλυση
Αυτή η αντίδραση ονομάζεται επί του παρόντος η πιο φιλική προς το περιβάλλον και παραγωγική. Η πυρόλυση συμβαίνει σε αυτή την περίπτωση σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, όταν το μεθάνιο καίγεται με αυτόν τον τρόπο, ένα ορισμένο ποσοστό οξυγόνου αναμιγνύεται μαζί του. Με τη μερική καύση, η ουσία σε αυτή την περίπτωση απελευθερώνει τεράστια ποσότητα ενέργειας. Ως αποτέλεσμα, τα υπολείμματα του μείγματος θερμαίνονται σε θερμοκρασία 16000 ° C.
Η αντίδραση της οξειδωτικής πυρόλυσης χρησιμοποιείται κυρίως για την καύση διαφόρων βιομηχανικών υλικών που περιέχουν λάδι, καθώς και πλαστικό και καουτσούκ. Το αέριο σε αυτήν την περίπτωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, για τη θέρμανση των καταστημάτων της ίδιας της εταιρείας διάθεσης απορριμμάτων.
Ξηρή πυρόλυση
Αυτή η αντίδραση συμβαίνει χωρίς τη συμμετοχή οξυγόνου και, όπως ήδη αναφέρθηκε, με τη σειρά της, μπορεί να είναι χαμηλή ή υψηλή θερμοκρασία. Στην πρώτη περίπτωσητο καύσιμο θερμαίνεται στο μέγιστο - έως 1000 ° C, στη δεύτερη - πάνω από 1000 ° C. Για να ληφθεί μεγάλη ποσότητα αερίου πυρόλυσης, χρησιμοποιούνται κυρίως αντιδράσεις σε υψηλή θερμοκρασία.
Όταν καίγεται καύσιμο σε περιβάλλον έως 800 °C, λαμβάνεται αρκετά αέριο με χαμηλή θερμογόνο δύναμη. Επίσης σε αυτή την περίπτωση, παραμένει μια αρκετά μικρή ποσότητα κοκ και υγρών ρητινών.
Το καταλληλότερο είναι να ληφθεί αέριο πυρόλυσης σε θερμοκρασία 900 έως 1000 °C. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει ήδη ένα μέγιστο ποσοστό της παραγωγής του. Στην περίπτωση αυτή, το αέριο που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο έχει μια ελάχιστη θερμογόνο δύναμη. Ένα τέτοιο προϊόν θεωρείται, μεταξύ άλλων, καύσιμο υψηλής ποιότητας, κατάλληλο για μεταφορά σε μεγάλες αποστάσεις.
Όταν το καύσιμο καίγεται σε θερμοκρασίες μεταξύ 450 και 500 °C, η απόδοση είναι πολύ χαμηλή τόσο σε στερεά υπολείμματα όσο και σε αέριο. Το τελευταίο όμως δεν είναι ποιοτικό, αφού έχει τη μέγιστη θερμογόνο δύναμη.
Πού μπορεί να χρησιμοποιηθεί αέριο
Η διαδικασία πυρόλυσης επιτρέπει έτσι τη θέρμανση διαφόρων ειδών χώρων με τη μικρότερη απώλεια καυσίμου. Επίσης, με τη χρήση αυτής της αντίδρασης, το περιβάλλον διατηρείται καθαρό. Αλλά πού μπορεί να χρησιμοποιηθεί το αέριο πυρόλυσης που σχηματίζεται κατά την καύση του καυσίμου σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο;
Αυτό το προϊόν καύσης θεωρείται σήμερα παγκοσμίως ως μια εναλλακτική οικονομική πηγή θερμικής ενέργειας. Σε ορισμένες ευρωπαϊκές χώρες, το αέριο πυρόλυσης είναι από καιρό συνηθισμένοκαύσιμο που χρησιμοποιείται από εξοπλισμό που θερμαίνει νερό (για συστήματα θέρμανσης και ζεστού νερού), ηλεκτρική ενέργεια, ατμό.
Λέβητες
Από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι ζέσταναν τα σπίτια τους χρησιμοποιώντας συμβατικές σόμπες που λειτουργούν με ξύλο και κάρβουνο. Αργότερα, τα σπίτια άρχισαν να εξοπλίζονται με σύγχρονους λέβητες στερεών καυσίμων που λειτουργούσαν με τον ίδιο τύπο καυσίμου. Τέτοιες μονάδες χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση των σπιτιών στην εποχή μας. Είναι φθηνά και για την τοποθέτησή τους δεν απαιτείται η λήψη αδειών σε διάφορες περιπτώσεις. Ωστόσο, οι συμβατικοί λέβητες στερεών καυσίμων έχουν ένα αρκετά σοβαρό μειονέκτημα. Καταναλώνουν καύσιμα εξαιρετικά αντιοικονομικά. Πολλά υπολείμματα καύσης παραμένουν στους θαλάμους τέτοιων μονάδων. Επιπλέον, μέρος της θερμότητας που παράγεται από τέτοιο εξοπλισμό απλώς πετάει "κάτω από την καμινάδα" μαζί με τον καπνό.
Μηχανικοί που αποφάσισαν να διορθώσουν αυτό το μείον των λεβήτων στερεών καυσίμων και τελικά κατέληξαν σε μονάδες θέρμανσης πυρόλυσης που είναι οικονομικές και εύχρηστες. Σε τέτοιους λέβητες, μεταξύ άλλων, υπάρχουν επιπλέον θάλαμοι στους οποίους λαμβάνει χώρα η μετακαύση του αερίου πυρόλυσης.
Η αντίδραση στα συσσωματώματα αυτής της ποικιλίας προχωρά με έντονη ανεπάρκεια οξυγόνου (15%). Το ξύλο ή οποιοδήποτε άλλο καύσιμο σε αυτόν τον τύπο εξοπλισμού διασπάται σε αέρια και σε μικρή ποσότητα ανόργανων υπολειμμάτων. Για τα αέρια πυρόλυσης, η θερμοκρασία καύσης στον μετακαυστήρα μπορεί να φτάσει έως και 110-1200 °C.
Πού αλλού χρησιμοποιείται αέριο
Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη πυρόλυση, επομένως, λαμβάνεται σε συστήματα θέρμανσης και θέρμανσης νερού. Επίσης αυτή η αντίδραση χρησιμοποιείται ευρέως:
- στη μεταποιητική βιομηχανία;
- σε χημικό;
- κατά την απολύμανση.
Μερικές φορές το αέριο πυρόλυσης χρησιμοποιείται επίσης σήμερα ως καύσιμο για διάφορα είδη εξοπλισμού ή, όπως ήδη αναφέρθηκε, αυτοκίνητα.
Μονάδες παραγωγής αερίου
Ο εξοπλισμός αυτού του τύπου χρησιμοποιείται για την παραγωγή υψηλής ποιότητας καυσίμου πυρόλυσης, το οποίο σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να αντικαταστήσει, για παράδειγμα, το παραδοσιακό φυσικό αέριο. Τέτοιες εγκαταστάσεις είναι οι ερμητικοί φούρνοι με ρυθμιζόμενη παροχή αέρα. Η καμινάδα αυτού του τύπου εξοπλισμού μπορεί, μεταξύ άλλων, να είναι φραγμένη.
Λήψη αερίου πυρόλυσης σε τέτοιες εγκαταστάσεις ως εξής:
- Περάστε τον αέρα μέσα στον κλίβανο μέσω μιας αντλίας.
- Μετά τη θέρμανση του περιεχομένου της εγκατάστασης σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, η παροχή αέρα διακόπτεται.
- Πυκνός μαύρος καπνός που βγαίνει από τη μονάδα καθαρίζεται από αιθάλη με χρήση κυκλώνων.
- Αφαιρέστε τους υδρατμούς από το αέριο πυρόλυσης για να αυξήσετε τη θερμοκρασία καύσης του (περάστε από ένα ψυγείο).
- Το αέριο τροφοδοτείται στο λεπτό φίλτρο, η σχεδίαση του οποίου περιλαμβάνει δεξαμενή νερού, ηλεκτροστατική εγκατάσταση και φυσίγγια από χαρτόνι.
Ο καθαρισμός των αερίων πυρόλυσης πριν από τη χρήση τους στη βιομηχανία, και μερικές φορές στην καθημερινή ζωή, πρέπει να πραγματοποιείται χωρίς αποτυχία. Τα στερεά σωματίδια και κάθε είδους χημικές ακαθαρσίες μπορεί να προκαλέσουν ζημιά στον εξοπλισμό,λειτουργεί με αυτό το είδος καυσίμου. Περαιτέρω, για παράδειγμα, το αέριο πυρόλυσης μπορεί να αντληθεί σε έναν κύλινδρο.
Χρήση καυσίμου από γεννήτρια αερίου στο σπίτι
Οι εγκαταστάσεις αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται συχνότερα, φυσικά, στην παραγωγή. Αλλά μερικές φορές αγοράζονται για ιδιωτικές κατοικίες. Η λήψη αερίου πυρόλυσης στο σπίτι είναι σχετικά απλή υπόθεση. Μερικοί τεχνίτες συχνά κατασκευάζουν ακόμη και γεννήτριες αερίου με τα χέρια τους.
Το αέριο που λαμβάνεται από οικιακές εγκαταστάσεις μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διαφορετικούς σκοπούς. Πολύ συχνά, για παράδειγμα, ιδιώτες έμποροι συνδέουν συνηθισμένες σόμπες με γεννήτριες αερίου. Η καύση του αερίου πυρόλυσης δεν είναι τόσο έντονη όσο το φυσικό αέριο. Ωστόσο, εξακολουθεί να είναι πολύ βολικό να χρησιμοποιείτε τη σόμπα για τον προορισμό της.
Επίσης, για παράδειγμα, μια αυτογενής γεννήτρια συνδέεται συχνά με γεννήτριες αερίου στην καθημερινή ζωή. Όταν παρέχεται οξυγόνο με φυσικό αέριο, η θερμοκρασία φλόγας σε τέτοιο εξοπλισμό φτάνει τους 2000 °C.
Όπως αναφέρθηκε ήδη, στο σπίτι, το αέριο πυρόλυσης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο αυτοκινήτου. Για μια τέτοια εφαρμογή, ο κινητήρας του μηχανήματος θα χρειαστεί μόνο να τροποποιηθεί ελαφρώς. Ταυτόχρονα, τόσο οι κινητήρες βενζίνης όσο και οι πετρελαιοκινητήρες μπορούν να λειτουργήσουν σε τέτοιο καύσιμο. Τέτοιο αέριο χρησιμοποιείται στο σπίτι, συχνά σε γεννήτριες ενέργειας.
Λειτουργίες εφαρμογής
Έτσι, το αέριο πυρόλυσης έχει ελαφρώς χαμηλότερο βαθμό μεταφοράς θερμότητας από το φυσικό ή το υγροποιημένο. Επομένως, για τη σωστή λειτουργία διαφόρων ειδών θέρμανσης καιεξοπλισμό κουζίνας, όταν το χρησιμοποιείτε, για σωστή, πιο εντατική καύση, είναι απαραίτητο να αυξήσετε την παροχή του.
Στον εξοπλισμό κουζίνας, μπορούν να τρυπηθούν πίδακες για αυτό, για παράδειγμα. Ο κλίβανος αερίου πυρόλυσης σε αυτή την περίπτωση θα λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως στο φυσικό αέριο. Δηλαδή, η ένταση της καύσης του καυσίμου θα είναι η ίδια. Επίσης, για τη μεταφορά διαφόρων ειδών εξοπλισμού σε άλλο τύπο αερίου, αλλάζει συχνά το υλικολογισμικό του. Σε οχήματα που λειτουργούν με τέτοιο καύσιμο, το σύστημα καυσίμου αντικαθίσταται πλήρως.
Μηχανές καύσης ξύλου
Στη Σοβιετική Ένωση στις αρχές της δεκαετίας του 1920, τα φορτηγά γεννήτριες αερίου χρησιμοποιήθηκαν πολύ ευρέως. Εκείνα τα χρόνια, πραγματοποιούσαμε ακόμη και ανταγωνιστικές δοκιμές τέτοιων αυτοκινήτων στη χώρα μας.
Ο πρώτος κινητήρας γεννήτριας αερίου για ένα αυτοκίνητο στην ΕΣΣΔ μας εγκαταστάθηκε από τον καθηγητή V. S. Naumov το 1927. Το 1928, το Επιστημονικό Ινστιτούτο Αυτοκινήτων και Τρακτέρ άρχισε να σχεδιάζει τέτοια αυτοκίνητα στη Ρωσία. Οι ειδικοί αυτού του ιδρύματος στη συνέχεια πραγματοποίησαν πειράματα με ξένες μηχανές "Imbert-Dietrich" και "Pip".
Η πρώτη γεννήτρια αερίου NATI-1 που κατασκευάστηκε στη χώρα μας δούλευε σε συνηθισμένο ξύλο. Το 1932 δημιουργήθηκε και η εγκατάσταση NATI-3, σχεδιασμένη για μηχανοκίνητο σκάφος. Ταυτόχρονα, η πρώτη γεννήτρια αερίου αυτοκινήτου εμφανίστηκε στη Ρωσία, που δημιουργήθηκε με την υποστήριξη της κοινωνίας Avtodor. Έλαβε το όνομα "Avtodor-1". Ακόμη αργότερα, αρκετές πιο προηγμένες εγκαταστάσεις αυτού του τύπου αναπτύχθηκαν στην ΕΣΣΔ. Η σύνθεση του αερίου πυρόλυσης που λαμβάνεται από τουςχρήση, ήταν πραγματικά πολύ υψηλής ποιότητας. Τα οχήματα που κινούνται με αυτό το καύσιμο είναι γνωστά για την αξιοπιστία, την ανώτερη απόδοση και τη μεγάλη διάρκεια ζωής τους.
Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, τα φορτηγά με γεννήτριες αερίου ZIS-5 και GAZ-AA χρησιμοποιήθηκαν ενεργά στα μπροστινά και στο πίσω μέρος της ΕΣΣΔ. Μέχρι το τέλος του πολέμου, περίπου 200 χιλιάδες αυτοκίνητα με κινητήρες αερίου πυρόλυσης βρίσκονταν ήδη σε λειτουργία στη χώρα.
Φυσικά, η χρήση τέτοιων καυσίμων προκλήθηκε κυρίως από την έλλειψη προϊόντων πετρελαίου στη χώρα εκείνη την εποχή. Ωστόσο, δεν πρέπει να πιστεύουμε ότι το αέριο πυρόλυσης χρησιμοποιήθηκε μόνο λόγω του ελλείμματος του κρατικού προϋπολογισμού. Ένα τέτοιο καύσιμο εκείνες τις μέρες θεωρήθηκε αρκετά αποτελεσματικό και πολλά υποσχόμενο και χρησιμοποιήθηκε όχι μόνο στη Ρωσία. Για παράδειγμα, τη δεκαετία του 20-30 του περασμένου αιώνα, τα οχήματα πυρόλυσης έγιναν ευρέως διαδεδομένα σε χώρες όπως η Γαλλία, η Γερμανία, η Μεγάλη Βρετανία, η Φινλανδία και η Σουηδία. Επίσης, μηχανές που λειτουργούσαν με τέτοιο αέριο χρησιμοποιήθηκαν ευρέως σε ορισμένες ασιατικές χώρες. Για παράδειγμα, αυτοκίνητα αυτού του τύπου λειτουργούσαν με επιτυχία εκείνη την εποχή στην Κίνα, την Ιαπωνία και την Ινδία.
Ιστορικό υπόβαθρο
Η πυρόλυση του ξύλου είναι μια από τις πρώτες χημικές διεργασίες που άρχισε να χρησιμοποιείται ενεργά από τους ανθρώπους. Στη Ρωσία, για παράδειγμα, μια τέτοια αντίδραση χρησιμοποιήθηκε ευρέως ήδη από τον 12ο αιώνα για την παραγωγή ρητίνης πεύκου. Το τελευταίο χρησιμοποιήθηκε περαιτέρω για τον εμποτισμό σχοινιών, καθώς και για την επεξεργασία ποταμών και θαλάσσιων σκαφών. Σε βιομηχανική κλίμακα, οι Σουηδοί ήταν οι πρώτοι που χρησιμοποίησαν την πυρόλυση για να εμποτίσουν το ξύλο. Σε αυτή τη χώρα υπάρχει και μια τέτοια αντίδρασηχρησιμοποιείται για την κατασκευή ρητίνης εμποτισμού.
Στις αρχές του 20ου αιώνα, μερικές από τις καλύτερες σχολές πυρόλυσης ξύλου στον κόσμο δημιουργήθηκαν στη Ρωσία. Αυτό βέβαια οφειλόταν πρωτίστως στο γεγονός ότι στην επικράτεια της χώρας μας φυτρώνουν πολλά δάση. Πριν από τη χρήση φυσικού αερίου, εμείς στη Ρωσία είχαμε εγκατεστημένο ισχυρό εξοπλισμό παραγωγής αερίου σε πολλές επιχειρήσεις. Τέτοιες εγκαταστάσεις χρησιμοποιήθηκαν για πολύ καιρό πριν από την εμφάνιση αυτών που κινούνταν με φυσικό αέριο.
Φυσικά, αργότερα τέτοιος εξοπλισμός κηρύχθηκε απαρχαιωμένος. Οι γεννήτριες αερίου αφαιρέθηκαν από τα εργοστάσια. Και μέχρι τώρα, δυστυχώς, η πυρόλυση ως τύπος εναλλακτικού οικονομικού τύπου καυσίμου, σε αντίθεση με τις ευρωπαϊκές χώρες, δεν έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη στη Ρωσική Ομοσπονδία. Ωστόσο, αυτός ο τύπος καυσίμου στη Ρωσία αναγνωρίζεται επί του παρόντος ως αρκετά υποσχόμενος. Επομένως, είναι πιθανό στο άμεσο μέλλον το αέριο πυρόλυσης να χρησιμοποιηθεί πολύ ευρύτερα στη χώρα μας. Εξάλλου, η χρήση τέτοιων καυσίμων επιτρέπει όχι μόνο εξοικονόμηση χρημάτων, αλλά και προστασία του περιβάλλοντος.
