Виды пиролизных печей: разновидности, плюсы и минусы, самостоятельное изготовление

Пиролизная печь длительного горения — принцип работы, плюсы и минусы

Хотя в последнее время стали появляться новые способы отопления, многие жители разных уголков России, Западной Европы и стран СНГ, в особенности те, кому не доступен природный газ, продолжают обогревать свои жилища наиболее распространённым топливом, а именно углём, дровами и торфом. На смену классическим печкам на твёрдом топливе приходят современные пиролизные печи, которые отличаются большей эффективностью и оснащением автоматикой. Новые высокомощные модели функционируют на практически целиком сгораемом твёрдом топливе, имеют высокий коэффициент полезного действия и в силах выдерживать круглосуточную работу на одной или двух загрузках.

Содержание

Особенности и устройство пиролизной печи

Стоит разобраться, в чём отличие конструкции стандартной печи, работающей на твёрдом топливе, и благодаря чему происходит длительное горение топлива. Если вы когда-нибудь сталкивались с классическими устройствами, то, наверняка, в курсе, что дрова горят очень интенсивно. Чтобы сделать процесс медленнее, нужно либо добавлять больше дров, либо применять уголь, что будет отдавать намного больше теплоэнергии и при этом продлит время работы оборудования.

Принцип работы пиролизной печи длительного горения существенно отличается. Это обусловлено следующими параметрами:

  1. Имеют полностью герметичную топочную камеру, из-за которой подача кислорода становится намного медленнее и тем самым обеспечивается низкая интенсивность горения топлива.
  2. При контакте с высокими температурами древесный материал распадается сразу на две составляющих: кокс и пирогаз. В период работы отопительного оборудования они также сгорают и почти без отходов. Таким образом, пиролизная печь может функционировать от 6 до 36 часов на единичной топливной закладке (многое зависит от размера камеры cгорания).

Пиролиз – это разложение веществ органики (т.е. топлива) под воздействием температур на твёрдые остатки и пирогазы при нехватке воздуха.

Что касается конструктивных особенностей, пиролизная печь современного типа имеет верхнюю и нижнюю камеры. Камера сверху предусмотрена для топливной закладки и первичного горения, камера снизу необходима для сбора газа, который выделяется из тлеющего материала.

Пиролиз

Принцип работы пиролизных печей с камерой сбора газа сверху

Скопленные газы в процессе горения отдают энергию теплообменнику оборудования. Горение в автоматическом режиме корректируется автоматикой – вентилятором, в функции которого входит нагнетание воздуха.

Поленья или другой вид топлива загружают чаще всего в верхнюю топку.

Виды печей пиролизного типа

Можно выделить следующие виды пиролизных печей:

  1. Одноконтурные устройства. Печи с одним контуром имеют две камеры сгорания, что разделены огнеупорной перегородкой.
  2. Двухконтурные устройства. Данные газогенераторные печи имеют такую же конструкцию, однако у них имеется дополнительный контур, который нагревает жидкость для горячего водоснабжения.

Также, исходя из материала изготовления теплового обменника, выделяют такие типы пиролизных печей:

  1. Устройства с теплообменником из чугуна. Срок эксплуатации — минимум два десятка лет, однако агрегат чувствителен в резким температурным перепадам в топочной камере. В таких агрессивных условиях чугунная пиролизная печь постепенно приходит в негодность.
  2. Устройства с теплообменником из стали. Срок службы — минимум 13 лет. Оборудование поддаётся процессам коррозии, однако не боится перепадов температур.

Пиролизная печь с водяным контуром в силах подогреть небольшой объём жидкости за короткий промежуток времени.

Владельцам недвижимости, желающим не приобретать печь пиролизного горения в специализированных магазинах, а сконструировать устройство своими руками, кстати станет мини пиролизная печь. Это та же печка, но небольших размеров, устанавливаемая в гаражах, банях или других помещений небольшого размера.

Особенности работы мини пиролизной печи представлено в видео.

Плюсы и минусы использования пиролизной печи

Пиролизная печь – это универсальное оборудование, имеющее ряд преимуществ, которые заслуживают рассмотрения:

  1. Экономность. С применением пиролиза можно добиться довольно экономного расходования топлива. Устройство функционирует на единичной закладке очень долгое время, что говорит о небольшом расходе топлива.
  2. Высокий КПД. Коэффициент полезного действия дровяной печи на пиролизе достигает 80 %. Это значение можно корректировать.
  3. Неприхотливость к топливу. В качестве топлива можно применять даже влажные поленья, однако содержание воды должно быть не более 20 %
  4. Высокая рабочая температура. Дерево перерабатывается при температуре +500 °C (сравните: пиролизное состояние нефти наступает при +800 °C!).
  5. Данная газогенераторная печь – это, наконец, прекрасный способ избавиться от различного мусора. В качестве топлива могут выступать древесные отходы и даже резина и полимеры!
  6. Экологичность – не менее важный параметр. Дым, поступающий в атмосферу в процессе горения, почти не содержит вредных веществ.
  7. Безопасность. Этот пункт обусловлен конструкцией пиролизной печи. Оборудование пожаробезопасно.
  8. Автономность процесса горения. Не требуется постоянно следить за конструкцией, устройство её простое, потому ей легко пользоваться.
  9. Минимальные отходы переработки. От функционирования пиролизной печи практически не остаётся копоти, также не требуется очень часто проводить чистку оборудования от сажи и золы.
  10. Долговечность. Печь пиролизного типа – это надёжная конструкция с долгим сроком службы.

Недостатки у пиролизных печей, как и у других отопительных оборудований, тоже имеются. Можно сказать, это даже скорее не недостатки, а особенности устройства:

  1. Главное требование к пиролизной печи является обустройство дымоходной трубы. Дымоход должен быть выполнен по строгим правилам, труба должна быть гладкой и прямой, достаточно высокой, с теплоизоляцией. Утепление дымоходной трубы требуется для того, чтобы дымоход не замерзал из-за образования конденсата при пониженных температурах в окружающей среде.
  2. Пиролизные устройства зависят от электрической энергии. Для их стабильного функционирования потребуется монтаж блока питания ИБП.
  3. Оборудование, безусловно, может работать на влажных поленьях, однако содержание в древесине воды более определённого значения способно снизить коэффициент полезного действия отопительной пиролизной печи.
  4. Из-за скопления паров воды процессы коррозии атакуют агрегат, поэтому обратную температуру жидкости не стоит опускать ниже 60 °C.
  5. Невозможность загрузки топлива в автоматическом режиме. Однако этот минус является не столь существенным для многих владельцев отопительных агрегатов.
  6. Высокая стоимость. Относительно высокая цена на пиролизную печь, по сравнению с классическими конструкциями обогрева, обусловлена положительными улучшенными характеристиками оборудования и наличием дополнительных функций.

Пиролизная печь на дровах – это оборудование современного типа, способное вырабатывать и одновременно сжигать печной газ при горении твёрдого топлива. Она не прихотлива к топливу, это могут быть дрова, уголь, пеллетные гранулы, опилки, в том числе различные отходы и мусор.

Пиролизная печь способна обеспечить вас и вашу семью надёжным и долговечным источником полноценного обогрева.

Пиролизная печь своими руками: виды, чертежи, принцип работы

Часто, в условиях, когда невозможно подключить центральное отопление, хозяева прибегают к установке различных механизмов, обеспечивающих автономное поддержание комфортной температуры воздуха и воды в доме.

Это удобно, ведь можно самому, независимо от отопительного сезона, регулировать его начало и конец.

Помимо этого, такой способ обогрева дома более выгодный, чем отопление с помощью газа. Одним из таких приборов является пиролизная печь длительного горения.

Что такое пиролиз

Пиролиз представляет собой сложный технологический процесс. Его принцип работы заключается в разложении органических веществ под действием высокой температуры без доступа воздуха. Описанный этап происходит в нижней камере пиролизной печки.


Продуктами распада являются сажа и пиролизные газы. Далее, эти газы, переходя в специальную вторую камеру пиролизного котла, подвергаются сгоранию в большом количестве кислорода, что приводит к выделению энергии, рассеивающейся в виде тепла.

Таким образом, схема строения пиролизной печи достаточно простая. Ее основной компонент — система из двух камер: топка и камера для сгорания газа.

В топке, после горения сухого топлива, остается небольшое количество твердых остатков, а в верхней камере происходит догорание газа. Помимо этого, схема пиролизной печи предполагает специальную задвижку в дымоходе для регулирования поступления кислорода в камеру, тем самым уменьшая интенсивность работы агрегата, или же, наоборот, увеличивая ее.

Топливо для печи

Топливо для печи

Поскольку эти печки универсальны по отношению к используемым продуктам горения, мастера применяют разнообразные варианты топлива для своих агрегатов. Однако, большинство современных котлов работают с использованием твердого топлива. Такие отопительные устройства работают на дровах и пеллетах.


Важно учитывать, что твердое топливо для пиролизного котла должно быть достаточно сухим, и его влажность в среднем достигает не более 12%.

Выделяют следующие виды топлива:

  • Дрова. Дрова заготавливаются из различных пород и видов деревьев. Например, наибольшей теплоотдачей обладают березы и хвойные растения. Также, достаточно теплоемкими являются дрова дуба, однако древесина его достаточно дорогая, а большая часть этих деревьев занесена в Красную книгу из-за бесконтрольной вырубки. Помимо перечисленных выше деревьев, часто используются дрова из ольхи, ясеня и лещины.
  • Пеллеты. Представляют собой спрессованное растительное сырье в виде отдельных небольших цилиндров. В качестве сырья для изготовления пеллетов используют солому, шелуху и ветки.
  • Каменный уголь. Такое сырье применяется для поддержания тепла в производственных помещениях.
  • Евродрова. Их более распространенное название «топливные брикеты». В отличие от пеллетов имеют большие размеры, однако, сырье для их изготовления остается тем же.

Преимущества и недостатки агрегатов

Среди большого разнообразия отопительных агрегатов выделяют две главные группы по принципу отдачи тепла, это:

  • Печи с водяным контуром.  В таких агрегатах нагревается вода, которая достаточно долго отдает тепло в окружающую среду, за счет чего обеспечивается длительное поддержание высокой температуры в комнате. Среди плюсов таких отопительных систем можно выделить их выгодность и относительно малые затраты. Однако, имеется высокий риск замораживания колориметра, а также стоимость дополнительных сантехнических работ с таким агрегатом может неприятно удивить владельца.
  • Печи с разными вариантами размещения теплообменников. В таком случае топка располагается над воздушной камерой или под ней. В первом случае приходится устанавливать специальные дымоотсосы и вентиляторы. Они создают принудительную тягу. Если же топка под воздушной камерой, то тут работает естественная тяга.

пиролизных печей по циклу

Классификация пиролизных печей по циклу

Рабочий цикл пиролизного котла включает в себя: сушку, пиролиз древесины, охлаждение древесного угля.

По длительности цикла выделяют модели с коротким и длинным циклом.

В первом случае весь оборот цикла обычно составляет около 7 часов, во втором же случае это число увеличивается до нескольких суток.

Классификация по материалу

Различают большое количество видов пиролизных котлов.


По материалу, из которого изготовлен котел, выделяют каменные и металлические. 

Каменные печки на сегодняшний день пользуются достаточно малым спросом и устанавливаются крайне редко.

Металлический котел пиролизного горения используется куда чаще, ведь является более эффективным, нежели его предшественник. Такой агрегат также отличается простотой сборки и его, при желании, можно перемещать с одного помещения в другое.

Среди металлических пиролизных котлов выделяют:

  • Печь-буржуйка. Пожалуй, пиролизная буржуйка является самой удобной и многофункциональной отопительной системой. Она может быть использована в целях приготовления пищи, для бани и сауны, также часто применяются для обогрева как жилых, так и нежилых домов.
  • Печь Булерьян. Один из самых универсальных и часто устанавливаемых видов пиролизных котлов. Обеспечивает обогрев как жилого, так и нежилого помещения.
  • Печь Бубафоня. Конструкция такого котла предельно проста и понятна любому непрофессиональному сварщику. В большинстве случаев используется для прогревания нежилого помещения.
  • Печь на отработанном масле (отработке). Тоже не используется для прогревания жилых домов, однако активно устанавливается в нежилых помещениях. Очень проста в изготовлении и является достаточно экономичной моделью.


Среди кирпичных конструкций принято только выделять печь Кузнецова, которая может быть установлена как в жилом помещении, так и в бане.

К тому же, на таких печах возможно приготовление пищи. Их главное преимущество в том, что отдача тепла, вырабатываемого в них, более мягкая, и тепло такие печи сохраняют дольше.

Главные минусы в больших габаритах печи и ее не мобильности. Они являются более проблематичными в установке и монтаже. Кирпичные пиролизные печи, чаще всего, выглядят более эстетично, чем металлические.

выбор печей

Критерии выбора

При выборе отопительного агрегата необходимо учитывать все особенности печи.


Преимущества выбора пиролизных котлов состоят в их высоком КПД (до 85 %). Этот показатель обеспечивается именно благодаря сгоранию выделенного в топке газа (пиролизного газа).

Продукты сгорания не содержат в себе вредных веществ и являются экологически безопасными. Также, при эксплуатации пиролизного котла возможно использование широкого спектра топлива. За таким прибором нет необходимости следить постоянно, в отличие от обычных печей. Выбирая пиролизную печь, стоит обращать внимание на большое количество факторов.

Например:

  • Цели использования. Для обогрева нежилых помещений лучше использовать металлические печи, т.к. они являются более компактными и удобными в монтаже.
  • Место печи. Немаловажным фактором в выборе печи является ее месторасположение. В гараже, обычно, используют металлические пиролизные печи, в то время как дома часто можно увидеть и каменные конструкции.
  • Объем помещения. Для обогрева небольшого гаража или дома, в целях экономии места в помещении часто прибегают к использованию небольших конструкций. Зачастую, это металлические пиролизные котлы. Поскольку каменные печи часто занимают большую площадь, нежели изделия из металла.
  • Используемое топливо. Как упоминалось ранее, большинство пиролизных печей способны работать на различных видах твердого топлива. Поэтому, это редко является лимитирующим фактором при выборе пиролизного котла.


Также, существует возможность самостоятельного конструирования и изготовления пиролизного котла, что является большим преимуществом для многих, даже не профессиональных, сварщиков.

пиролизную печь своими руками

Как известно, все металлические пиролизные печи являются весьма мобильными и их можно перемещать в пространстве. Поэтому многие выбирают именно такой тип печек.

На сегодняшний день представлено большое количество схем по их изготовлению, поэтому, создание собственного высокоэффективного отопительного агрегата уже не представляется проблематичным.


При проектировании самодельной пиролизной печи необходимо учитывать то, что процесс пиролиза не является регулируемым, поэтому стоит уделить должное внимание выбору материалов: они должны быть достаточно высокого качества.

При правильно подобранных материалах, пиролизный котел, изготовленный собственными руками, может служить своим хозяевам достаточно долго.

Изготавливают металлическую печь из прочных и качественных стальных листов, обычно в печи формируют 2 стенки. Между ними пространство заполнено водой или песком.

Вентилятор наддува является обязательным компонентом печки, в которой газовая камера расположена снизу, и обеспечивает такой элемент подачу этих газов вниз, где происходит процесс дожига газового остатка. Также, не менее популярными являются пиролизные печи из газовых баллонов.

принцип работы печи

Что понадобится для изготовления

Изготовить пиролизную печь можно из подручных материалов, не прибегая к закупке дорогостоящих элементов. Для создания пиролизной печи необходим основной набор инструментов, а также главные составляющие самой печи.

Среди них:

  • Дрель.
  • Металл толщиной 4-7 мм.
  • Вентилятор.
  • Датчик.
  • Сварочный аппарат и электроды.
  • Болгарка, шлифовальные и отрезные круги.
  • Огнеупорный кирпич (для кирпичных котлов длительного горения).
  • Колосники.
  • Трубы различных сечений (прямоугольные и круглые).
  • Стальная полоска.
  • Две небольшие дверки.

Необходимые расчеты

В процессе создания эффективной пиролизной печи одним из главных пунктов является качественно составленный чертеж и схема будущей конструкции.

С этой целью необходимо заранее определить желаемый размер агрегата, форму корпуса, а также варианты расположения камер. Также, нужно рассчитать необходимую мощность прибора.

Для этого существуют различные формулы, по которым можно определить его эффективность.


В первую очередь стоит определить количество энергии, необходимой для обогрева всего помещения.

Далее, выбирают нужное топливо и определяют объем топливной закладки.

Рассчитывают данную величину по формуле: М = количество тепла / (15,5*0,8*0,5) (учитывая, что полностью топливо сгорает только на 80%, а КПД самодельной печи равен примерно 50%). Далее рассчитывается необходимый объем сгорания твердого топлива.

этап работы

Подготовительные действия на месте

Обычно сборка самой печи происходит уже на том месте, где в дальнейшем она будет стоять. Поэтому, важно хорошо подготовить место установки.

Сама печка должна располагаться как минимум на 0,8 м от каждой ближайшей стены. На месте ее установки выкладывают основание из кирпичей или иного негорючего материала, такого как лист железа, толщиной около 0,15 см. К тому же, площадь этой основы стоит выбирать так, чтобы она была на порядок больше, чем сама печка.

Процесс изготовления

Для изготовления пиролизной печи, в первую очередь, надо сделать специальные металлические заготовки. Сваривая все детали, получают каркас печки.

После этого изготавливаются ее стенки, в которых проделываются специальные отверстия для топки и зольное отверстие.

Также, в одной из боковых стенок необходимо сделать просвет, который будет выступать поддувалом с заслонкой. Он изготавливается из трубы с круглым поперечным сечением и его диаметр составляет 5-6 см.

Для подключения печи к дымоходу в отверстие крышки необходимо приделать отвод диаметром около 11-12 см, к которому присоединяется боров – заслонка, которая задерживает выход газов из камеры дожигания, обеспечивая их сгорание в полном объеме.

Советы для самостоятельного изготовления кирпичной печки

Хоть более эффективной и популярной является металлическая печь пиролизного горения, часто устанавливается и кирпичная.


Пиролизная печь из кирпича своими руками, как и металлическая, требует точных расчетов, схемы и чертежа. Используют специального вида кирпич – огнеупорного, который с эстетической точки зрения не хуже обычного. 

Еще необходим шамотный кирпич, для изготовления всех внутренних ее перегородок. Часто такие отопительные установки располагают в саунах и жилых домах. Кирпичные пиролизные печи в первого взгляда могут выглядеть как камин и создавать достаточно приятную и уютную атмосферу в доме или бане.

Правила эксплуатации

Правила эксплуатации и обслуживания

Печи длительного горения удобны в использовании, поскольку топливо выгорает почти полностью. Сажа остается в маленьких количествах, соответственно, котел не требует постоянной чистки. Регулярный ремонт пиролизного котла представляет собой просто своевременное устранение различных неисправностей.

При изменении формы дверцы топки следует исправить ее или просто заменить. Если конструкция расходится по шву сварки, то необходимо прекратить эксплуатацию агрегата и срочно устранить неполадки. Использование неисправного пиролизного котла может быть опасно для его владельцев.

Техника безопасности

Техника безопасности

Чтобы пиролизная печь была безопасна в использовании, необходимо следовать схеме и расчетам, а также, подбирать качественный материал и исправную технику.

Придерживайтесь таких советов в эксплуатации:

  • Сухое твердое топливо. Влажность топлива не более 10-15%, иначе это грозит скорым приходом агрегата в неисправное состояние.
  • Дымоходная труба котла съемная. Это позволяет обеспечить легкое удаление сажи и конденсата.
  • Возле печи ни в коем случае не должно быть горючих предметов или конструкций.

Пиролизная печь: принципы работы и виды

Многие хозяева частных домов сталкиваются с ситуацией, когда отсутствует подключение к газу и центральному отоплению. В этих случаях оптимальным решением станет пиролизная печь. Она поможет сэкономить время и деньги для обогрева помещения.

Пиролизная печь: принципы работы и видыПиролизная печь: принципы работы и виды

Что такое пиролизная печь и ее преимущества

Устройство является установкой средних размеров для выработки газа, что позволяет обогревать пространство. Пиролизная печь не требует постоянного контроля за ней, а ее КПД достигает 95%. Устройство работает на твердом топливе и является печью длительного горения. Все топливо в печи сжигается практически полностью при температуре 450°С. Благодаря тому, что все материалы сжигаются, образование копоти и сажи снижено до минимума. Показатель характерен для всех моделей. Однако пиролизные печи могут отличать по своим размерам, внутренним устройством и некоторым другим характеристикам.

К преимуществам печи относят:

  • Высокая экологичность;
  • КПД в 80-95%;
  • Загружать топливо нужно лишь 1 раз в сутки;
  • Возможность использовать разного топлива;
  • Собрать печь можно самостоятельно.

К недостаткам использования печей такого типа можно отнести лишь необходимость правильно подбирать топливо и условия его хранения. Стоит помнить, что при сжигании резины или производственного мусора, будет возникать неприятный запах. Устранить его пиролизная печь не может. Заготовки дров для сжигания необходимо держать в сухом помещении, сырой материал будет плохо гореть.

Пиролизная печь: принципы работы и видыПиролизная печь: принципы работы и виды

Советы по выбору печи

Пиролизные печи отличаются в своем устройстве по типу тяги и расположению внутренних камер, а также от материала изготовления:

  • Кирпичная печь. Внутренняя конструкция создана по типу печи Кузнецова. Она подходит для приготовления еды, топки бани и обогрева помещения.
  • Металлическая печь. Печи из материала могут иметь внутреннее устройство по типу печи на отработанном масле, печи-буржуйки, печей Булерьяна или Бубафоня. В зависимости от типа внутреннего устройства могут использоваться также для приготовления еды, отопления жилых и нежилых помещений, бани.

Модели могут работать с водяным контуром отопления. Другие печи имеют вариативность установки камер сгорания и тления. Порядок расположения камер влияет на тягу. Она может быть естественной или принудительной.

Перед тем, как покупать готовую пиролизную печь, стоит определиться с целями, для которых она нужна. Это поможет выбрать правильную модель.

Пиролизная печь: принципы работы и видыПиролизная печь: принципы работы и виды

Пиролизная печь своими руками

Если планируется сделать печь самостоятельно, важно учитывать следующие нюансы:

  • Где будет использоваться печь;
  • Сделать расчет габаритов и мощности, что повлияет на соотношения кислорода и газа;
  • Подготовить необходимые материалы для изготовления;
  • Выбор места для установки печи и его подготовка.

Стоит помнить, что металлические печи, в отличие от кирпичных, являются мобильными. Установка происходит в том помещении, которое необходимо отапливать. Для самостоятельного изготовления печи такого типа, всегда требуется создавать чертеж, чтобы устройство работало правильно, имело необходимую тягу и эффективно прогревало помещение.

Расходные материалы для изготовления нужно выбирать качественные:

  • Лист стали;
  • Равнополочный уголок из стали 4 штуки;
  • 2 стальные трубы диаметром в 50 и в 110 мм;
  • Арматура 8мм из стали;
  • Кирпичи;
  • Материалы для сварки и крепления: сверла, дрель, болгарка;

От качества материалов зависит надежность пиролизной печи.

Как вы считаете, какая пиролизная печь лучше подходит для бани?

принцип работы, как сделать своими руками

Отличной альтернативой твердотопливным котлам является пиролизная печь. Это печь длительного горения, которая работает по особому принципу и позволяет значительно экономить топливо. В сравнении с другими видами отопительных устройств на заправке дровами такая печь может проработать гораздо дольше, при этом ничем не уступая в эффективности подачи тепла. Рассмотрим подробнее, как работает такая печь, а также о каких особенностях её эксплуатации и постройки нужно знать.

Что такое пиролизная печь

Такая печь работает по принципу пиролиза — органические вещества в процессе термической обработки при отсутствии достаточного количества кислорода раскладываются на твердые остатки и газы, которые в обычной печи выходят через дымоход, а в пиролизной становятся главным источником тепла. Чем сильнее нагревается топливо с минимальным количеством кислорода, тем идет больший процент выделения газа.

Эта технология разработана специально для нефтеперерабатывающей промышленности. Таким образом добывается топливо для автомобилей через переработку нефтепродуктов. В бытовых условиях процесс пиролиза для обогрева жилых помещений начал применяться недавно, однако его эффективность и экономичность уже успели подтвердить многие пользователи. Отличием является необходимая для переработки температура. Обработка нефтепродуктов происходит при 800-900 С, тогда как для дерева достаточно 500 С.

Схема подключения пиролизной печи к сети отопления

Добытый из дровяного топлива газ обладает отличной горючестью, и в процессе длительного сжигания выделяет достаточное количество тепла для обогрева.

Как устроена печь

Пиролизные печи длительного горения устроены по особому принципу. В корпус встраивается топочная камера с горелкой, куда закладываются дрова. Главное условие для топочной камеры — герметичность. Она устроена так, чтобы приток воздуха внутрь был минимальным. У топки должна быть плотная дверца и надежная задвижка, также должен присутствовать приточно-вытяжный вентилятор. После закладки и розжига дров топочную камеру ограничивают в доступе кислорода.

После того, как дрова обуглились и выделили газ, он поднимается по отдельному воздуховоду во вторую камеру сгорания, где в нужной пропорции смешивается с вторичным воздухом и сгорает. В процессе этого выделяется тепло.

Вторую камеру, как правило, совмещают с воздуховодом или началом дымохода. Воздух обеспечивается приточно-вытяжным вентилятором или отдельным вентилятором. Если система дымохода хорошо продумана, то будет достаточно и обычной тяги при герметичных заслонках.

Схема и размеры печи

Также в корпусе предусматривается реторта — округлая часть для извлечения твердых остатков прогоревших поленьев. Особенностью пиролизной печи является и то, что топливо сжигается практически полностью, лишь с небольшим остатком золы, которая удаляется раз в несколько дней.

Плюсы и минусы

Исходя из особенностей функционала, пиролизные печи для отопления дома обладают множеством преимуществ, однако и минусы у них тоже имеются. Рассмотрим подробнее, на чем базируется принцип работы пиролизной печи.

Преимущества:

  • Экономия. Топливо сгорает дольше и качественнее, поэтому отопительное устройство, работающее на принципе пиролиза, требует меньшего расхода топливных материалов, чем обычная печка.
  • Экология. Пиролизные печи не приносят вреда окружающей среде, потому что практически не выделяют вредных канцерогенов и других химических веществ. В выходящих из дымохода продуктах сгорания содержится совсем небольшой процент CO.
  • Быстрый нагрев. Из-за отсутствия кислорода процесс горения начинает осуществляться достаточно быстро.
  • КПД. Высокая температура долго держится в автономном режиме благодаря массивному объему топливника. Коэффициент полезного действия в правильно сконструированной пиролизной печи может достигать 85%.
  • Мощность. Диапазон интервала тепловой мощности может варьироваться в пределах от 5 до 100%.
  • Возможности. Позволяет подключать практически любой контур. Можно использовать не только для отопления, но и для отбора горячей воды, а также устанавливать контуры с естественной и принудительной циркуляцией.
  • Топливо. Даже несмотря на то, что рекомендуется использовать не менее 70% древесины от общей массы топливных материалов, можно сжигать практически любые отходы, начиная от резины и строительного мусора, заканчивая полимерными пластмассами.
  • Простота в эксплуатации. Работа печи нуждается в минимальном контроле человека, достаточно раз в сутки загружать топливо и раз в несколько дней выгружать золу.
  • Сажа. Вырабатывается в минимальных количествах, из-за того что топливо перерабатывает материал несколько раз. Можно не переживать о загрязнениях и необходимости постоянной чистки дымохода.

Принцип работы пиролизной печи

Недостатки:

  • Цена. Несмотря на последующую экономию в расходе топлива, покупка такого агрегата обойдется в кругленькую сумму, поэтому намного выгоднее обойдется пиролизная печь своими руками.
  • Массивность. У таких печей довольно крупные габариты по сравнению с другими отопительными конструкциями, поэтому для маленького помещения агрегат не подойдет. К тому же не следует забывать о площадке для хранения топлива.
  • Запахи. Даже с учетом отсутствия вредных веществ, запахи при сжигании отходов будут присутствовать, поэтому нужно предусмотреть хорошую систему вентиляции.
  • Электричество. Для осуществления корректной работы вентилятора необходимо беспрерывное энергоснабжение. Если устанавливается пиролизная печь для бани или другого нежилого помещения, нужно предусмотреть доступ для подключения к сети.
  • Конденсат. На выходе отходящие газы имеют довольно низкую температуру, поэтому в дымоходе и выходном канале будет скапливаться конденсат. В конструкции должен быть предусмотрен накопитель, а выходная труба с дымоходом должна быть большого размера с утеплением снаружи помещения, иначе при морозах конденсат может застывать.
  • Влажность. Топливо для печи должно быть сухим, иначе процесс пиролиза не будет осуществляться. Под тепловым воздействием влага будет испаряться и разбавлять пиролизные газы.

Примерная схема пиролизной печи

Какие бывают пиролизные печи

На основе пиролиза могут работать довольно разнообразные конструкции, их построение в большей степени зависит от типа топлива, которое будет использоваться в дальнейшем. Поэтому прежде, чем планировать конструкцию для своих нужд, нужно разобраться, какие их виды существуют.

Материал

  • Пиролизная печь из кирпича
  • Пиролизная печь из металла

Назначение и способ использования

  • Периодическое действие. Печь строится с учетом накапливающих тепло материалов и может долго отдавать энергию после окончания процесса топки.
  • Постоянное действие. Конструкция отличается сравнительной легкостью и тонкими стенами, массив для накопления тепла отсутствует, а топливо сжигается непрерывно.

Способ передачи тепла:

  • Присутствует водяной контур.
  • Теплообменники для нагрева воздуха.
  • Без теплообменников. Отопление будет осуществляться через тепловое излучение и конвективного нагрева воздуха при соприкосновении с горячими поверхностями устройства.

Взаимное расположение камер и тип тяги:

  • Сверху располагается камера газификации, а снизу — камера дожига пиролизных газов. Такая печь работает на принудительной тяге, поэтому используются дутьевые вентиляторы и дымососы.
  • На естественной тяге работают печи с расположением камер наоборот, газификация происходит снизу, а дожиг — сверху.

Составляющие печи

Топливо

Оптимальным сырьём для пиролиза является древесина твёрдых лиственных пород, но успешно в качестве топлива используются и другие виды органического сырья.

  • древесная стружка и щепы;
  • пеллетные гранулы;
  • солома или жмых;
  • топливные брикеты;
  • уголь, кокс.

Если в пиролизной печи проводится утилизация горючих отходов, важно, чтобы в закладке присутствовало не менее 70% органического топлива.

Схема устройства пиролизной печи

Также важны и физически характеристики древесины. Толстая кора или гнильможет оказать негативный эффект на пиролизный процесс, в несколько раз снижая выход газовыделений. Крупные бревна значительно увеличат длительность процесса, но и снизят энергоэффективность.

Делаем своими руками

Сделать самостоятельно пиролизную печь, работающую на дровах,также довольно затратное мероприятие, потому как нужны только дорогостоящие материалы. Несмотря на дороговизну, такой метод обойдется значительно дешевле, если сравнивать с покупкой готового пиролизного котла.

Печь из металла

Корпус будущей конструкции должен быть выполнен из особо прочного материала, идеальным выбором в данном случае будет легированная сталь. Также потребуются инструменты:

  • сварочный аппарат;
  • огнеупорные кирпичи —15 шт;
  • электроды — 5 упаковок;
  • дрель;
  • угловая шлифовальная машинка — диаметр 230;
  • лист метала — толщина — 4мм, размер — 7.5 кв. м;
  • датчик для измерения температуры;
  • колосники;
  • круги для шлифовальной машинки — 10шт;
  • вентилятор;
  • дверцы —2 шт;
  • трубы: сечение 57×3,5 мм, длина — 8 м, сечение — 15,9×4,5 мм, длина — 0,5м, сечение — сечение —32×3,2 мм и длина — 1 м;
  • профилированные трубы: сечение — 2,0×30×60 мм 1,5 м, сечение —2,0×40×80 мм и длина — 1 м;
  • стальные полосы: сечение 80×5 мм 1 м, сечение 20×4 мм 7,5 м, сечение 30×4 мм 1,5 м.

Схемы для металлических пиролизных печей разрабатываются с учетом индивидуальных характеристик помещения и потребностей владельцев, но общие положения одинаковы для всех.

Тонкости и полезные советы:

  • Необходимо сварить корпус из легированной стали. Если используется другой металл, лучше делать конструкцию двухслойной.
  • На местах расположения зольной и топочной камеры вырезаются проемы для дверей.
  • Зольник необходимо отделить чугунным колосником.
  • В камеру газификации устанавливается отдел подачи воздуха с заслонкой. Канал прохода пиролизных газов и систему подачи воздуха нужно делать на максимальном расстоянии друг от друга.
  • В проделанные ранее проемы устанавливаются двери из жаропрочной стали, усиленные уголком или чугунные.
  • Камеры изнутри выкладываются шамотным кирпичом.
  • Для регулировки тяги в дымовой трубе устанавливается шибер. Дымоход нужно делать из утепленной трубы.

Кирпичная печь

Для печи мощностью в 30 кВт потребуется:

  • керамический кирпич — 400шт;
  • шамотный кирпич — 100шт;
  • стальной лист размером 6×1,5 м., с толщиной стенки не менее 4мм;
  • чугунные колосники — 3шт;
  • вентилятор — мощность не менее 300 Вт;
  • рычажный терморегулятор;
  • дверцы для поддува и топочной — 2шт;
  • сварочный аппарат;
  • дрель;
  • болгарки с разными диаметрами круга;
  • трубы разного диаметра;
  • профильная труба — 80×40;
  • электроды;
  • температурный датчик.

Подготовка

В первую очередь подготавливается место для установки. На выбранной площади необходимо демонтировать полы и вырыть яму для закладки фундамента, глубиной не менее метра. Чтобы избежать перекоса конструкции, фундамент должен быть с большей площадью, чем печь. Сначала укладываются слои из песка и щебня по 10 см каждый. Они плотно утрамбовываются и разравниваются, заливаются бетоном. Высота фундамента — на 8-10 см выше уровня пола.

Проводится разводка системы обогрева по комнатам. Если в качестве теплоносителя будет использоваться вода, то в проекте предусматривается наличие резервуара.

Кирпичи тоже необходимо подготовить, заранее замочив в воде на пару часов. Это исключит деформацию скрепляющего раствора в будущем. Швы будут затираться раствором сметанообразной консистенции из глины, разбавленной водой. Если в глину будет добавляться песок, то его нужно предварительно просеять, так в раствор не попадут крупные фракции. Доля песка в растворе не должна быть выше 30%.

Порядовка

Периметр печи выкладывается керамическим кирпичом, внутренние перегородки — шамотным.

  1. Первый ряд укладывается по всей площади фундамента.
  2. Следующий ряд укладывается под площадь печки.
  3. Дальше ряды выкладываются согласно подготовленному чертежу. После каждых 2-3 рядов делаются суточные перерывы для закрепления раствора.
  4. Металлические детали устанавливаются сразу при кладке соответствующего ряда. Между кладкой и деталями нужно хорошо заделывать щели, потому что при нагревании металл будет расширяться и может повредить швы.
  5. В топливник устанавливается колосниковая чугунная решетка, которая размещается с небольшим зазором.
  6. Топка укомплектовывается вентилятором.
  7. После обустройства топки печь выкладывается до конца, согласно выбранной схеме.
  8. Особое внимание необходимо уделить выкладке дымохода. Он просчитывается заранее и выкладывается с соблюдением параметров. Нарушение может привести к ухудшению тяги.

Единого механизма для выкладки пиролизных печей не существует, все пропорции должны быть рассчитаны с учетом пространства конкретного помещения. Мы подготовили несколько схем разных печей, однако лучше при проектировании будущей конструкции и проведении расчетов обратиться к специалисту печного дела.

Устройство и принцип работы пиролизных печей ☛ Советы Строителей На DomoStr0y.ru
Содержание

Так сложилось, что печи, работающие на твёрдом топливе, в основном используют там, где отсутствует возможность подключиться к магистральному газу. Факт остаётся фактом: многие пользователи выбирают дровяное отопление для своего загородного дома, скрипя сердцем. Эти отопительные устройства ценятся за автономность, простоту и дешевизну, доступность топлива. Но печи на дровах не блещут своим КПД, нужно часто закладывать топливо и убирать золу, контролировать положение задвижек, регулярно заниматься обслуживанием печки – вот что городского жителя отпугивает больше всего. Не так давно на постсоветском пространстве начали продавать газогенераторные пиролизные котлы «длительного горения». Инновационная технология была изучена и адаптирована – так появилась пиролизная печь, лишённая ряда недостатков, свойственных обычным моделям.

Пиролизный теплогенератор с естественной тягой

Принцип работы пиролизных отопительных устройств

Что такое пиролиз

Суть пиролиза заключается в том, что при температуре от 200 до 800 градусов (в условиях недостатка кислорода) происходит газификация древесины – она обугливается и тлеет, постепенно распадается на твёрдый углеводород (кокс), смолы и смесь неконденсируемых горючих газов. Выделяемый топливом пиролизный газ можно дожигать отдельно от твёрдого остатка, что даёт возможность получить дополнительную тепловую энергию. Используя уникальные свойства данного процесса, есть возможность создать полноценное отопительное устройство для обогрева крупного дома. По такому же принципу работают походные пиролизные минипечи, которые своими руками собирают туристы и любители активного отдыха на природе.

Это фабричная походная печка. Аналогичные по конструкции изделия собирают из жестяных банок и коробов

Фактическая теплота горения высвобождаемых газообразных продуктов может отличаться в разы (примерно от 3 до 15 МДж/м3), теплотворность дожига зависит от состава газовой смеси. В свою очередь, состав пиролизного газа определяется способом подвода тепла для нагрева топлива, скоростью и конечной температурой протекания процесса. От этих же условий будет зависеть процентное соотношение получаемых твёрдых и летучих компонентов.

Обратите внимание! Во время топки пиролизной печитвёрдый остаток (уголь) горит в штатном режиме. При этом его теплотворность в два с половиной раза выше, чем у древесины.

Топливо для пиролизных теплогенераторов

Дрова являются основным и самым эффективным сырьём для пиролиза, причём лучшим вариантом считаются твёрдые лиственные породы древесины. Но пиролизные печи способны работать и на других видах твёрдого топлива органического происхождения. Это может быть:

  • торф,
  • уголь/кокс,
  • жмых, солома,
  • стружка и щепа древесины,
  • топливные брикеты,
  • пеллетные гранулы.

Обратите внимание! В газогенераторных печках можно утилизировать полимеры, резину, вторичную древесину и другие горючие отходы. Главное, чтобы в каждой такой загрузке было не менее 75 процентов нормального органического топлива.

Физические характеристики топлива (и особенно его качество) сказываются на эффективности пиролизных печей. Например, если на дровах имеется толстая и плотная кора, выход продуктов пиролиза будет в полтора-два раза меньше номинального. Такой же негативный эффект наблюдается при сжигании древесины, поражённой гнилью. Многое зависит от размера дров: считается, что крупные поленья обеспечивают большую длительность процесса, но снижают общую энергоэффективность теплогенератора, хотя в некоторых конструкциях можно использовать даже нерубленные чурки.

Основные типы сырья для пиролиза

Обратите внимание! Для нормального функционирования пиролизной печи необходимо использовать хорошо высушенное топливо. Дело в том, что при термодеструкции влажной древесины выделяется большое количество водяных паров, которые смешиваются с пиролизными газами и препятствуют процессу горения.

Условия эффективного протекания процесса пиролиза для каждого вида сырья будут существенно отличаться, поэтому при изготовлении пиролизной печи своими руками чертежи необходимо корректировать, чтобы адаптировать конструкцию под конкретное топливо.

Типы газогенераторных печей

Есть много вполне рабочих конструкций печей, работающих на основе пиролиза. Для их классификации используются как традиционные для твердотопливных отопительных устройств критерии, так и уникальные параметры для этого класса теплогенераторов.

Самодельная пиролизная печка из стальной бочки

По материалу, из которого изготовлены:

  • Металлическая печь.
  • Кирпичная пиролизная печь.

По способу эксплуатации и назначению:

  • Периодического действия (имеет накапливающие тепло материалы, долго отдаёт энергию после прекращения топки).
  • Постоянного действия (лёгкая тонкостенная конструкция, нет накапливающего тепло массива, для обеспечения комфортного обогрева необходимо сжигать топливо непрерывно).

По способу передачи тепла:

  • С водяным контуром отопления (также может нагреваться вода для ГВС).
  • С теплообменниками для нагрева воздуха (для систем воздушного калориферного отопления).
  • Теплообменники отсутствуют, отопление помещений осуществляется за счёт теплового излучения, а также конвективного нагрева воздуха при его контакте с горячими поверхностями пиролизной печи.

Эта модель рассчитана на сжигание мелкофракционного топлива (уголь, щепки, пеллеты), которое подаётся из бункера. Камера дожига пиролизных газов расположена над загрузочной, в ней установлен теплообменник водяного отопления

По взаимному расположению камер и типу тяги:

  • Камера газификации расположена сверху, а камера дожига пиролизных газов – внизу (иногда они находятся в одном уровне). Тяга принудительная, используются дымососы и дутьевые вентиляторы.
  • Камера газификации находится внизу, а пиролизные газы дожигаются в камере, расположенной выше. Тяга в таких печах может быть естественной.

Основные элементы пиролизных печей

Корпус

Кирпичные пиролизные печи по спецификации материалов ничем не отличаются от обычных дровяных моделей. Для возведения стенок здесь применяется керамический или облицовочный кирпич, выложенный на самодельный глиняно-песчаный раствор или на готовую заводскую смесь. Ядро футеруется шамотом, между ним и облицовкой прокладывают базальтовый картон.

Корпус металлических печей сваривают из высококачественного стального проката, как правило, собираются прямоугольные конструкции. Чтобы сделать пиролизную печь своими руками, также можно использовать цилиндрические заготовки, например, газовый баллон или металлическую 200-литровую бочку, установленную на ножках горизонтально.

Чтобы избежать опасного нагрева наружных поверхностей, металлические пиролизные печи делают с двойными стенками. В полученных полостях часто располагают змеевики-теплообменники, которые являются частью контура ГВС и в случае необходимости прокачкой холодной воды позволяют быстро охладить перегретый кожух. Для защиты металла от прогорания в уязвимых участках камер устанавливается огнеупорный камень.

Обратите внимание! Полости двойного корпуса иногда заполняют водой – получается своеобразная водяная рубашка, как правило, подключенная к системе ГВС. Иногда в пространство между металлическими стенками засыпается песок, играющий роль изолятора и одновременно аккумулятора тепла.

Самодельная пиролизная печь из газового баллонаДля разделки корпуса на камеры здесь используется подвижный нагруженный поршень, который имеет отверстия для прохода летучих элементов пиролиза

Камера сгорания

В любой пиролизной печи есть две камеры. Одна из них – это основная топка, которая предназначена для генерации газа и сжигания твёрдого угольного остатка. Именно в неё закладываются дрова (или подаётся измельчённое сырьё), которые после розжига продолжают тлеть при закрытых дверцах. В другой камере осуществляется смешивание летучих продуктов пиролиза с вторичным воздухом, что при наличии высокой температуры (около 1000 градусов) обеспечивает воспламенение газа и его стабильное горение.

Каким бы образом ни были взаимно ориентированы эти камеры, между ними всегда есть проём для перетока пиролизного газа. В конструкциях, где камера дожига расположена ниже топки, между ними устанавливается колосниковая решётка. В металлических печах с верхним расположением камеры сгорания газов разделка внутреннего пространства выполнена с помощью специальных горизонтальной пластин, которые могут быть полыми и являться также элементами теплообменника. В аналогичных по компоновке теплогенераторах, собранных из кирпича, между камерами создаётся кирпичная переборка с так называемым «газовым окном» или «форсункой».

Вентиляторы

Двухкамерная компоновка пиролизных печей создаёт повышенное аэродинамическое сопротивление, которое должны преодолевать дымовые газы. Кроме того, в теплогенераторах с нижним расположением камеры дожига естественная тяга невозможна, так как летучие продукты пиролиза необходимо направлять сверху вниз. Для решения этих проблем в конструкцию таких отопительных приборов часто включают дымососы (на отводящих каналах) и вентиляторы наддува на подаче вторичного воздуха.

Результат принудительного наддува пиролизного газа, при нижнем расположении камеры дожига

Дверцы

Процесс пиролиза может протекать только при ограниченном доступе воздуха в топку. Именно поэтому для каждой камеры и зольника необходимо использовать высококачественные герметичные дверцы.

Для подачи первичного и вторичного воздуха в камеры на дверцах могут устанавливаться клапаны-задвижки, иногда для воздуха создают отдельные проёмы с задвижками.

Автоматика

Продвинутые газогенераторные котлы, как правило, снабжаются электронными системами, контролирующими температуру горения топлива и нагрев теплоносителя. Они регулируют соотношение пиролизных газов и вторичного воздуха в смеси, изменяют мощность надувных вентиляторов. В печах настройки приходится осуществлять вручную, хотя в некоторых моделях можно установить рычажный терморегулятор, который с помощью цепи будет управлять клапаном подачи воздуха.

Потребительские характеристики пиролизных печей

Достоинства таких отопительных устройств неоспоримы:

  • Процесс пиролиза обеспечивает длительное горение топлива в автономном режиме. С одной закладки дров можно получать тепло на протяжении 6-12 часов, а, например, уголь может «работать» несколько дней.
  • КПД устройства повышается до 80-90%, что намного больше, чем у традиционных твердотопливных печей. Сокращается расход топлива, больше тепла остаётся внутри дома (об этом можно судить по малой температуре дымовых газов – порядка 160 градусов).
  • Удаётся автоматизировать некоторые параметры работы теплогенератора.
  • После топки остаётся очень мало золы, соответственно приходится намного реже производить её выборку.
  • Продукты горения пиролизных генераторов тепла оказывают минимум влияния на экологию.

Принципиальная схема пиролизного теплогенератора с верхним дутьём

Есть и ряд недостатков:

  • Большинство пиролизных печей являются энергозависимыми, так как принудительная тяга и наддувы предполагают использование электрических вентиляторов.
  • Существуют жёсткие требования к качеству топлива, особенно по влажности.
  • Пиролизный теплогенератор не может нормально эксплуатироваться на малой мощности, так как при нагрузке, близкой к 50%, газификация топлива становится нестабильной, а на элементах печи может скапливаться дёготь.
  • Конструкция этих печей сложнее, а расходы на строительство выше.

Опыт использования пиролизных печей показывает, что это удобные и эффективные источники тепла. Но построить такое отопительное устройство своими руками всё же очень непросто. Мастер должен быть хорошо подготовлен технически (навыки, инструмент), понадобятся точные, грамотно разработанные чертежи.

Видео: пиролизная печь

Пиролизная печь своими руками: чертежи и принцип работы

Здесь вы узнаете:

Твёрдотопливное отопительное оборудование будет востребовано всегда. Есть места, где газ может никогда и не появиться. В отдельных населённых пунктах проведение газа в планах на ближайшие 10-15 лет. Некоторым людям просто нравится топить дровами, а кто-то использует дровяные печки для обогрева бань. Пиролизная печь станет идеальным вариантом для обогрева помещений любого назначения. Её можно сделать из металла или кирпича. О процессе изготовления расскажет наш обзор-инструкция.

Как работает пиролизная печь

Для начала мы рассмотрим принцип работы пиролизной печи. В традиционных дровяных печках используется принцип прямого сгорания топлива. Загруженные в камеру сгорания (топку) дрова поджигаются и начинают испускать тепловую энергию. Эта энергия нагревает стенки агрегата, после чего проникает в обогреваемые помещения. Продукты сгорания сразу же улетают в дымоход. Вместе с этим туда улетают ещё 10-15% тепла.

Недостаток обычной печи заключается в больших тепловых потерях. Продукты сгорания улетают в дымоходную трубу раскалёнными, в них полно тепла, которое можно собрать и отправить на обогрев. В самом простом случае пользователи удлиняют трубу, делая горизонтальный участок более длинным – он проходит через всё помещение. Тем самым производится уменьшение тепловых потерь.

Пиролизные печи устроены несколько по-другому. В них две камеры – в первой осуществляется сгорание топлива, во второй производится дожигание продуктов сгорания. В процессе горения древесины выделяются продукты пиролиза – это горючие газы, сгорающие при высокой температуре. Для их сжигания требуется вторичный воздух – он поступает в камеру дожигания, смешивается с пиролизными газами, в результате чего происходит воспламенение данной смеси.

Принцип работы пиролизных печей

Пиролизные печи длительного горения – оптимальное оборудование для вашего дома, дачи или бани.

Преимущества пиролизных печей:

  • Более высокая эффективность, по сравнению с традиционными печами – процесс пиролиза позволяет выделить из аналогичного количества древесины более высокое количество тепла.
  • Возможность управления процессом сгорания – регулируя тягу или подачу воздуха через поддувало (и подачу вторичного воздуха), можно задать определённую интенсивность горения, выставляя нужный температурный режим.
  • Длительное горение – обычно пиролизные печи оснащают большими топками, куда вмещается весомое количество дров. Продолжительность горения обеспечивает и возможность управления этим процессом (диапазон регулировки составляет от 10 до 100%, в зависимости от конструкции).
  • Экономия топлива – при не самом сложном устройстве, пиролизные печи экономят до 10-15% дров.
  • Широкий спектр применения – начиная от бань и заканчивая жилыми домами.

Основные виды печей

Пиролизные печи для отопления дома и бани подразделяются на две большие категории. В первую категорию входят металлические печки, изготавливаемые из листового металла или старых газовых баллонов. Ко второй категории относятся кирпичные агрегаты, более громоздкие, но и более эффективные в эксплуатации. Плюс металлических печей – лёгкость сборки. Плюс кирпичных печек – длительное сохранение тепла и его мягкая отдача.

Как изготовить пиролизную печь своими руками

Для начала мы разберёмся с процессом изготовления простой пиролизной буржуйки. В качестве основы возьмём следующий чертёж:

Чертеж печи

Это самая простая буржуйка с дымооборотами. Никакого пиролиза здесь нет, но это не проблема – для его организации нам нужно реализовать подачу в первый дымооборот вторичного воздуха.

Делается эта печь по следующей схеме:

Пиролизная печь

Парочка металлических трубок для подачи воздуха – и обычная дровяная печка превращается в пиролизную.

Как сделать металлическую печку

Переносная пиролизная печь своими руками – это очень просто. Убедитесь в этом, ознакомившись с чертежами в нашем обзоре. Для её сборки вам потребуется листовое железо. Мы рекомендуем выбрать листы толщиной 3-4 мм, что необходимо для продления срока службы агрегата. Тонкое железо быстро прогорит, эффективность печки начнёт падать. Год-два такой эксплуатации – и её можно будет выбрасывать на свалку.

Кстати, если вам нужна пиролизная печь для бани, обратите внимание на следующую схему – здесь мы видим увеличенную камеру сгорания, всё те же дымообороты, только в самой верхней части располагается каменка.

Конструкция печки

Конструкцию печки необходимо доработать так, чтобы её топка выходила в соседнее помещение, а не в парилку (она выступает вперёд).

Приступая к сборке банной или пиролизной печи своими руками, подготовьте листы железа и разметьте их в соответствии с нашей первоначальной схемой. Корпус печи состоит из шести металлических пластин, ещё две образуют дымообороты. Также нужно собрать колосниковую решётку – для решения этой задачи воспользуйтесь арматурой диаметром 12-15 мм. Решётка крепится на расстоянии 80 мм от дна печи с помощью сварки.

Самая сложная задача – подготовить дверки. Вырежьте отверстия в листе, предназначенном для передней стенки, сохраните вырезанные куски. Приварите по периметру этих кусков отрезки листового металла шириной 2 см, приваривая их с наружной стороны. В результате мы получим плотно закрывающиеся дверки. Их останется оснастить петлями и простейшими крючками для фиксации.

Если не хочется возиться с самодельными дверцами, купите готовые дверки для изготовления дровяных печек.

Пиролизные печи для отопления дома должны отдавать максимум тепла. Именно для этого нужны дымообороты. Смонтируйте их в соответствии с вышеуказанной схемой. Теперь остаётся проделать в задней стенке отверстия и вварить в них трубки для подачи горячего воздуха. Заключительные этапы сборки:

  • Вваривание отрезка трубы диаметром 100 мм в верхнюю крышку – к ней будет подключаться дымоход.
  • Приваривание дверных петель к корпусу.
  • Подготовка ножек – выполните их из отрезков дюймовой металлической трубы.

Наша самодельная пиролизная печь на дровах готова. Она получилась компактной – тем самым обеспечивается лёгкость её транспортировки с места на место. Установите её на негорючем основании, подключите дымоход и запускайте.

Банная модель делается следующим образом. Удлините топку, вынеся дверцы вперёд, а дымоборороты оставьте прежними. В верхней части сделайте ёмкость для каменки – сюда укладываются камни, удерживающие и отдающие тепло в парилку. Печка готова – теперь смонтируйте её в бане и приступайте к банным процедурам.

Как сделать кирпичную печку

Схема порядовки

Также вам потребуется подходящая по размерам и мощности порядовка. Отыскать нормальную порядовку в интернете – целая проблема, в открытом доступе присутствуют только традиционные печки. Рекомендуем заказать её разработку у специалистов или опытных людей.

Металлическая печь отличается лёгкостью в сборке. При наличии подходящего железа её раскрой и сборка займут максимум несколько часов. А вот пиролизная печь из кирпича не отличается лёгкостью в изготовлении. От вас понадобятся:

  • Огнеупорный кирпич для выкладки отопительного агрегата.
  • Специальная огнеупорная цементная смесь – она должна выдерживать до +1500 градусов.
  • Опыт в кладке кирпича – если его нет, обратитесь за помощью к более опытным людям.

Кирпичная пиролизная печь представляет собой аналог обычной металлической печки. Только по размерам она получается большой и сложной. Чем больше кирпича, тем мягче и лучше теплоотдача. Никаких особых конструкционных особенностей здесь нет. Сгорание дров производится в основной камере сгорания (топке). Полученные продукты пиролиза отправляются в камеру дожигания. Для её работы в конструкции печи предусматриваются отверстия для подачи вторичного воздуха. Они оснащаются дверцами, регулировка их просвета позволяет отрегулировать интенсивность горения.

Некоторым спросом пользуются пиролизные агрегаты с нижним горением. Дрова горят/тлеют в основной камере сгорания, в продукты пиролиза вытягиваются через колосниковую решётку вниз, в камеру дожигания. Сюда же подаётся вторичный воздух, что вызывает интенсивное горение. Тяга реализуется естественным или искусственным путём. В первом случае печи оснащаются эффективными дымоходами, а во втором случае сюда ставятся дутьевые вентиляторы.

Внутренняя часть печи, где происходят горение и пиролизная реакция, создаются из шамотного кирпича. Он выдерживает нагревание до +1000 и более градусов, не трескаясь и не лопаясь от жара. Все остальные слои изготавливаются из обычного красного кирпича. Дымоход может быть кирпичным или металлическим. Дверцы приобретаются в специализированных магазинах. Эксплуатация кирпичной пиролизной печки порадует длительным горением и приятным теплом, сохраняющимся даже после её затухания.

Модернизация печки

Дутьевой вентилятор обеспечит стабильность температурного режима во всех обогреваемых помещениях.

Дутьевой вентилятор обеспечит стабильность температурного режима во всех обогреваемых помещениях.

Почти любую пиролизную печь можно превратить в котёл для водяного отопления. Для этого внутрь встраиваются готовые или самодельные (из металлических труб) теплообменники. В комнатах устанавливаются радиаторы, в систему заливается вода – полноценное отопление готово.

Для этих целей лучше всего приспособить пиролизную печь с дутьевым вентилятором – оснастите её внешним блоком управления, отслеживающим температуру и управляющим работой вентилятора.

Варочные панели и встроенные духовые шкафы – вот чем ещё можно оснастить любую печь. Энергии пиролизного горения хватит не только на обогрев, но и на приготовление еды. Варочные поверхности и коробки духовых шкафов приобретаются в специализированных магазинах. Духовку можно изготовить самостоятельно из листового железа. Что касается варочных поверхностей, то они делаются из чугуна – самому такое не сделать.

Принцип и виды пиролизных печей. Устройство, преимущество и особенности самостоятельного создания пиролизной печи Устройство печь пиролизная

Пиролизная печь определенно требует освоение объемной информации, если у вас появилась идея создания пиролизной печи собственными руками. И первым номером списка знаний будет значиться — понимание процесса пиролиза. Популярным стало использование твёрдо-топливных газо-генерирующих котлов в частных хозяйствах. Однако, покупателям предлагают лишь выкладки эффективности и достоинства установок. Следует знать, что термическое разложение древесины, есть практически во всех случаях её сгорания.

Процесс пиролиза

Печи для эффективного сжигания продуктов разложения органического топлива могут отличаться друг от друга конструктивно и материалами изготовления. В первую очередь, отличают конструкции, использующие принцип верхнего и нижнего горения. Устройства, имеющее камеры дожига снизу, однозначно требуют дополнительного насосного оборудования. Тогда как некоторые производители, предлагают аппараты, работающие с помощью естественной тяги. Обычно, их называют печами медленного горения.

Поджиг выработанных при разложении органики летучих соединений, происходит посредством языков пламени основной камеры сгорания и возможен режим тления. Также существует неординарные частные решения в виде конструкций из кирпича. Тяжело говорить о рациональности и энергоэффективности подобных разработок, ввиду отсутствия точных и объективных замеров. В остальных случаях, чаще всего используются легированная конструкционная сталь, разных толщин.

Какая должна быть печь

Итак, для себя можно определить, пиролизным, может называться агрегат, в котором процессы разложение древесины и сгорания их продуктов максимально разделены физически. При этом синтез газа проходит в условиях определённой температуры и пониженного содержания кислорода.

  1. Сперва, нам понадобится определить мощность отопительного агрегата, для требуемой площади. Можно воспользоваться усреднёнными значениями.
  2. Для отопления 10 квадратных метров помещения, средней утеплённости, нужен 1 кВт мощности агрегата.
  3. Если нужно выполнить расчёт, исходя из объёма, используется некоторый коэффициент, ровняющиеся 40 — для утеплённого помещения и 60 — для слабого утеплённого. Таким образом, для помещения площадью 100 квадратных метров и высотой потолков 2.6 с хорошей теплоизоляцией:
    100х2,6х40=10400Вт ~ 11кВт.
  4. Теперь стоит определиться с размером топочной. Для расчёта, следует знать, что при сжигании 3.6 килограмм дров, можно получить 10 кВт тепла в течение часа. Значит, в нашем случае потребуется топка, вмещающая подобный объём приблизительно 10 раз. Например, вес плотного куба дуба, воздушной влажности, весит более 700 кг. Для дров длиной 35 см сложенных в поленницу, коэффициент будет равен 0.75, получаем 525 “рыхлых” килограмм в кубе. 3.6 килограмм на 11 часов работы, получим 39.6 кг дров.
    39.6х0.75=29.7 525/29.7=17.7 1000/17.7=56.5 л. Значит размер нашей топки “в чистоте”, 0.35х0.4х0.4 м.
  5. Однако, на этом этапе, будем учитывать уровень КПД подобных печей и соответствующие им некоторое отношение полезного объёма к мощности. Поэтому, добавим 30 — 35% к объёму пиролизной камеры, в результате, искомые киловатты могут получаться с ~70 — 80 литров.

Производство

биокруда при пиролизе использованных шин

В этом документе представлен обзор процесса пиролиза использованной шины как метода производства альтернативного источника энергии. В исследовании приводятся характеристики использованных шинных материалов и методов переработки, типы и принципы пиролиза, продукты пиролиза и их состав, влияние параметров процесса и кинетические модели, применяемые для пиролиза. Из публикаций приблизительный анализ шинной резины показывает, что в ее состав входит около 28.6 мас.% Фиксированного углерода, 62 мас.% Летучего материала, 8,5 мас.% Золы и 0,9 мас.% Влаги. Элементный анализ показывает, что резина шины имеет расчетное значение 82 мас.% С, 8 мас.% Н, 0,4 мас.% N, 1,3 мас.% S, 2,4 мас.% О и 5,9 мас. % золы. Термогравиметрический анализ подтверждает, что пиролиз использованной шины при атмосферном давлении начинается при 250 ° C и заканчивается при 550 ° C. Три основных продукта, полученных в результате пиролиза использованных шин: твердый остаток (около 36 мас.%), Жидкая фракция или биокруд (около 55 мас.%) и газовой фракции (около 9 мас.%). Хотя существует разница в значении кинетических параметров, полученных разными авторами из кинетического моделирования использованной шины, этот процесс обычно считается реакцией первого порядка, основанной на теории Аррениуса.

1. Введение

Одной из основных проблем современного общества является рост количества твердых отходов, образующихся в результате деятельности человека, что создает серьезную экологическую проблему [1–3]. Утилизация отработанных шин и других продуктов на основе полиизопрена представляет собой большую часть таких проблем, как 1.По оценкам, 3 миллиарда шин ежегодно достигают конца своего жизненного цикла во всем мире [4–9]. Это из-за их превосходных свойств, которые сделали их полезными во всех областях человеческой жизни [10]. Однако эти превосходные свойства также ставят их в невыгодное положение [3, 11, 12], поскольку они не являются биологически разлагаемыми, что приводит к проблемам с их утилизацией [2, 7, 11, 13–16]. На протяжении многих лет свалка и открытый сброс (складирование складов) были наиболее распространенными способами решения проблемы использованных шин. Однако свалки занимают ценное пространство из-за громоздкого характера шин, которые не могут быть уплотнены, а также не разлагаются легко [7, 11, 17–19].Бывшие в употреблении шины в огромных складских помещениях не только занимают большое пространство, но и представляют потенциальную опасность для здоровья и окружающей среды из-за возможности возникновения пожара с высоким уровнем выбросов токсичных газов и как питательная среда для переносчиков болезней [7, 15, 16, 20, 21]. Несмотря на использование других вариантов утилизации шин, таких как утилизация, измельчение, сжигание, восстановление протектора и т. Д., Эти процессы имеют свои недостатки и не полностью используют использованные шины в качестве превосходного материала для восстановления энергии [8, 22].По этой причине пиролизу вновь уделяется внимание, поскольку условия процесса могут быть оптимизированы для получения высокоценных продуктов [4–6, 11, 23–27]. Пиролиз в основном включает разложение полиизопреновых материалов до низкомолекулярного компонента при высокой температуре (250–900 ° С) в инертной атмосфере [3, 7, 22, 28]. Процесс, являющийся отличным способом восстановления энергии, может быть выполнен при атмосферном или пониженном давлении. Это экологически чистый метод термического разложения широкого спектра отходов, включая использованные шины [2, 4, 6, 11, 15, 16, 20, 27, 29–44].Тремя основными продуктами пиролиза являются твердые остатки (полукокса), жидкость (биокруды) и газы [6]. Твердый остаток может быть использован при производстве активированного угля, арматуры в резиновой промышленности или в качестве твердого топлива. Пиролитическая жидкость может служить заменой традиционному жидкому топливу из-за его высокой теплотворной способности около 41–44 МДж / кг. Его также можно использовать в качестве сырья для нефтепереработки или в качестве источника химикатов для широкого промышленного применения. Газообразная фракция может быть использована в качестве топлива или в качестве источника энергии для процесса пиролиза [22, 28, 29, 45–49].

В данной статье представлен обзор литературы по процессу пиролиза с акцентом на характеристиках материалов из использованных шин и методах переработки, типах и принципах пиролиза, свойствах продуктов пиролиза, влиянии параметров процесса и кинетических моделей, применяемых к пиролизу. ,

2. Подержанные шины

Подержанные шины, также называемые отработанными шинами, можно определить как шины, срок годности которых истек в результате превышения срока их службы или которые более не безопасны для использования из-за дефектов, таких как ухудшение их физического состояния. состав / структура от использования и не могут быть восстановлены.Это одна из наиболее опасных опасных отходов, с которой сталкивается современное общество, особенно в развивающихся странах [3, 10, 11]. Подсчитано, что ЕС, Япония и США производят 6 × 10 6 тонн отработанных шин в год [6, 22, 23, 46, 64]. Согласно отчету, ежегодно в Южной Африке производится 160 000 тонн отработанных шин, а до 28 миллионов использованных шин выбрасывается незаконно или сжигается [70]. По прогнозам, эта цифра будет увеличиваться на 9,3 млн в год [70]. Небиоразлагаемая природа этого полимерного материала затрудняет его утилизацию.Утилизация путем массового накопления и захоронения является одним из распространенных способов обращения с отработанными шинами, но для этого требуется большое пространство, поскольку объем шин не может быть уплотнен. Они также создают опасность возможности возникновения пожара с выбросом вредных газов [1, 7, 19, 21, 22, 64, 71–75].

2.1. Методы утилизации использованных шин

Различные методы утилизации использованных шин обсуждаются ниже.

2.1.1. Способ восстановления протектора

Восстановление протектора, также называемое «ремолд», включает в себя отшлифование оставшегося протектора в отработанной шине и замену его новой резиновой полосой протектора путем вулканизации.Выполняется только на корпусе бывших в употреблении шин, которые были осмотрены и отремонтированы. Несмотря на то, что это экономически выгодно, обеспечение качества продукции является основной проблемой процесса.

2.1.2. Механический или криогенный метод

Как механическая, так и криогенная (измельчение отработанных шин при температуре от -80 ° C до –100 ° C с использованием жидкого азота) рециркуляция использованных шин включает измельчение шин для производства измельченной резины с различными размерами частиц. Тонкоизмельченную резину можно использовать в различных областях, например, в качестве добавки для асфальтирования дорог, покрытий для спортивных и детских площадок, ковровых покрытий и других резиновых изделий.Однако ограниченный рынок для продукта и высокая стоимость запуска процесса являются недостатком.

2.1.3. Методы утилизации резинового сырья

Были разработаны различные методы и процессы утилизации каучука. Наиболее важными из них являются термомеханическое восстановление [48], восстановление в микроволновой печи [49], процесс механического сдвига [69], восстановление с помощью биотехнологического процесса, восстановление ультразвуком [76], восстановление с использованием материалов из возобновляемых ресурсов, восстановление с использованием различных химических агентов [ 9] и пиролиз изношенных шин [77].Эти методы фактически помогают в преобразовании использованных шин из трехмерно-связанного термореактивного полимерного состояния в двухмерный полимер, проявляющий свойства первичного каучука. Высокая стоимость процесса, качество продукции и отсутствие признания утилизируемой резины промышленными предприятиями в качестве сырья являются неудачей в этом процессе.

Хотя использованные шины можно использовать в качестве источника топлива в цементных печах методом сжигания, они не являются экономически целесообразными и экологически безвредными [1, 4, 7].

2.2. Характеристики и состав использованных шин

Шины состоят из различных типов резиновых эластомеров (натурального или синтетического каучука) с различным составом, технического углерода, стабилизаторов, антиоксидантов, серы, углеводородных масел, оксидов цинка, текстильных или стальных кордов [4, 6, 11, 69] и т. Д. Краткий и окончательный анализ использованных шин, представленный различными авторами, показан в таблицах 1 и 2. Разница в значениях может быть отнесена к формулировке изготовителя, которая тщательно охраняется и в значительной степени определяет весовой процент различных компонентов шин. ,


Автор Влага (мас.%) Зола (мас.%) Летучие (мас.%) Фиксированный углерод (мас.%) HHV ( МДж / кг)

Это исследование 0,5 16,0 56,4 27,1 31,2
Donatelli et al. [31] 0,8 4,4 61,3 33.5 37.1
Кар [32] 1.72 19.13 59.69 19.45 27.37
Чанг [33] 1.31 10.21 62.32 26.26 33.24
Trongkaew et al. [14] 1,22 8,73 62,4

.

Инфогалактика: планетарное ядро ​​знаний

Пиролиз — это термохимическое разложение органического материала при повышенных температурах в отсутствие кислорода (или любого галогена). Он предполагает одновременное изменение химического состава и физической фазы и является необратимым. Слово происходит от греческого происхождения пиро «огонь» и лизис «разделение».

Пиролиз — это тип термолиза, который чаще всего наблюдается в органических материалах, подверженных воздействию высоких температур.Это один из процессов обугливания древесины, начиная с 200–300 ° C (390–570 ° F). [1] Это также происходит при пожарах, когда горят твердые виды топлива или когда растительность вступает в контакт с лавой при извержениях вулканов. Как правило, пиролиз органических веществ приводит к образованию газообразных и жидких продуктов и оставляет твердый остаток с более высоким содержанием углерода, полукокса. Экстремальный пиролиз, который оставляет в основном углерод в качестве остатка, называется карбонизацией.

Процесс широко используется в химической промышленности, например, для производства древесного угля, активированного угля, метанола и других химических веществ из древесины, для превращения дихлорэтилена в винилхлорид, для производства ПВХ, для производства кокса из угля, для преобразования биомассы в синтез-газ и биочар, чтобы превратить отходы пластмасс в пригодное для использования масло, [2] или отходы в безопасные одноразовые вещества, а также для превращения углеводородов средней массы из нефти в более легкие, такие как бензин.Эти специализированные области применения пиролиза можно назвать различными названиями, такими как сухая перегонка, деструктивная перегонка или крекинг. Пиролиз также используется при создании наночастиц [3] диоксида циркония [4] и оксидов [5] с использованием ультразвукового сопла в процессе, называемом ультразвуковой распылительный пиролиз (USP).

Пиролиз также играет важную роль в нескольких кулинарных процедурах, таких как выпечка, жарка, гриль и карамелизация. Кроме того, это инструмент химического анализа, например, в масс-спектрометрии и в датировании углерода-14.Действительно, многие важные химические вещества, такие как фосфор и серная кислота, были впервые получены с помощью этого процесса. Предполагается, что пиролиз происходит во время катагенеза, превращения захороненного органического вещества в ископаемое топливо. Это также основа пирографии. В процессе бальзамирования древние египтяне использовали смесь веществ, в том числе метанол, которую они получили в результате пиролиза древесины.

Пиролиз отличается от других процессов, таких как сжигание и гидролиз, в том, что он обычно не включает реакции с кислородом, водой или любыми другими реагентами. [6] На практике невозможно достичь полностью бескислородной атмосферы. Поскольку в любой системе пиролиза присутствует некоторое количество кислорода, происходит небольшое окисление.

Термин также применяется для разложения органического материала в присутствии перегретой воды или пара (гидролизный пиролиз), например, при паровом крекинге нефти.

Возникновение и использование

Огонь

Пиролиз обычно является первой химической реакцией, которая происходит при сжигании многих твердых органических топлив, таких как древесина, ткань и бумага, а также некоторых видов пластмасс.При пожаре в лесу видимое пламя происходит не от сгорания самой древесины, а от газов, выделяющихся при ее пиролизе, тогда как беспламенное горение твердого тела, называемое тлеющим, является сжиганием твердого остатка (полукокса). или древесный уголь), оставленный после пиролиза. Таким образом, пиролиз обычных материалов, таких как дерево, пластик и одежда, чрезвычайно важен для пожарной безопасности и пожаротушения. При пиролизе присутствует газовая фаза. Его не следует путать с гидротермальными реакциями, такими как гидротермальная газификация, гидротермальная ликвидация и гидротермальная карбонизация, которые происходят в водных средах, потому что температуры и пути реакции различаются, с ионными реакциями, предпочитаемыми в водных реакциях, и радикальными реакциями, предпочитаемыми в отсутствие воды.

Готовим

Пиролиз происходит всякий раз, когда пища подвергается воздействию достаточно высоких температур в сухой среде, такой как жарка, выпечка, поджаривание или приготовление на гриле. Это химический процесс, ответственный за образование золотисто-коричневой корки в продуктах, приготовленных этими методами.

При обычной кулинарии основными пищевыми компонентами, которые подвергаются пиролизу, являются углеводы (включая сахара, крахмал и клетчатку) и белки. (См .: реакция Майяра.) Пиролиз жиров требует гораздо более высокой температуры, и, поскольку он производит токсичные и легковоспламеняющиеся продукты (такие как акролеин), его, как правило, избегают при обычной кулинарии.Это может произойти, однако, при жарке жирного мяса на горячих углях.

Несмотря на то, что приготовление пищи обычно проводится на воздухе, температура и условия окружающей среды таковы, что практически не происходит сгорания исходных веществ или продуктов их разложения или они отсутствуют. В частности, пиролиз белков и углеводов начинается при температурах, намного ниже температуры воспламенения твердого остатка, а летучие субпродукты слишком разбавлены на воздухе, чтобы воспламениться. (В блюдах фламбе пламя происходит в основном из-за сгорания спирта, а корка образуется в результате пиролиза, как при выпекании.)

Пиролиз углеводов и белков требует температур, существенно превышающих 100 ° C (212 ° F), поэтому пиролиз не происходит, пока присутствует свободная вода, например, в кипящей пище — даже в скороварке. При нагревании в присутствии воды углеводы и белки подвергаются постепенному гидролизу, а не пиролизу. Действительно, для большинства продуктов пиролиз обычно ограничивается внешними слоями пищи и начинается только после того, как эти слои высохнут.

Температура пищевого пиролиза, однако, ниже, чем температура кипения липидов, поэтому пиролиз происходит при жарке на растительном масле или сале, или наливании мяса в свой жир.

Пиролиз также играет важную роль в производстве ячменного чая, кофе и жареных орехов, таких как арахис и миндаль. Поскольку они состоят в основном из сухих материалов, процесс пиролиза не ограничивается внешними слоями, а распространяется на материалы. Во всех этих случаях пиролиз создает или выделяет многие вещества, которые влияют на вкус, цвет и биологические свойства конечного продукта. Это может также разрушить некоторые вещества, которые являются токсичными, неприятными на вкус, или те, которые могут способствовать порче.

Контролируемый пиролиз сахаров, начинающийся при 170 ° C (338 ° F), дает карамель, водорастворимый продукт от бежевого до коричневого цвета, широко используемый в кондитерских изделиях и (в виде карамельного красителя) в качестве красителя для безалкогольных напитков и других промышленных продуктов питания. товары.

Твердый остаток от пиролиза разлитой и разбрызганной пищи создает коричневато-черную инкрустацию, часто наблюдаемую на варочных сосудах, плитах и ​​внутренних поверхностях духовок.

Древесный уголь

Пиролиз с древних времен использовался для превращения древесины в древесный уголь в промышленных масштабах.Помимо древесины, в процессе могут также использоваться опилки и другие древесные отходы.

Древесный уголь получают путем нагревания древесины до полного ее пиролиза (карбонизации), оставляя только углерод и неорганическую золу. Во многих частях мира древесный уголь все еще производится полу-промышленным способом, сжигая груду дерева, которая в основном покрыта глиной или кирпичом. Тепло, выделяемое при сжигании части древесины и летучих побочных продуктов, пиролизует остальную часть кучи. Ограниченный запас кислорода предотвращает горение древесного угля.Более современная альтернатива — это нагревать дрова в герметичном металлическом сосуде, который намного меньше загрязняет окружающую среду и позволяет конденсировать летучие продукты.

Первоначальная сосудистая структура древесины и поры, создаваемые выходящими газами, объединяются, образуя легкий и пористый материал. Начав с плотного древесного материала, такого как ореховые скорлупы или персиковые косточки, можно получить древесный уголь с особенно мелкими порами (и, следовательно, с гораздо большей площадью поверхности пор), называемый активированным углем, который используется в качестве адсорбента для широкий спектр химических веществ.

Биочар

Остатки неполного органического пиролиза, например, от пожаров в кулинарии, как полагают, являются ключевым компонентом почв Terra Preta, связанных с древними коренными общинами бассейна Амазонки. [7] Местные фермеры очень любят Terra preta по сравнению с естественной красной почвой региона. Предпринимаются усилия для воссоздания этих почв с помощью биочара, твердого остатка пиролиза различных материалов, в основном органических отходов.

Biochar улучшает текстуру и экологию почвы, увеличивая ее способность удерживать удобрения и медленно их высвобождать. Естественно, он содержит много микроэлементов, необходимых растениям, таких как селен. Он также безопаснее других «натуральных» удобрений, таких как навоз, поскольку его дезинфицируют при высокой температуре. И, поскольку он высвобождает питательные вещества с низкой скоростью, он значительно снижает риск загрязнения грунтовых вод. [8]

Biochar также рассматривается для улавливания углерода с целью смягчения последствий глобального потепления. [9] [10] [11] Произведенный твердый углеродсодержащий полукокса может быть секвестрирован в земле, где он будет оставаться от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. [12]

Кокс

Пиролиз используется в огромных масштабах, чтобы превратить уголь в кокс для металлургии, особенно металлургии. Кокс также может быть получен из твердого остатка, оставшегося после переработки нефти.

Эти исходные материалы обычно содержат атомы водорода, азота или кислорода в сочетании с углеродом в молекулы со средней и высокой молекулярной массой.Процесс коксования или «коксования» состоит из нагревания материала в закрытых сосудах до очень высоких температур (до 2000 ° C или 3600 ° F), так что эти молекулы распадаются на более легкие летучие вещества, которые покидают емкость, и пористый, но твердый остаток, который в основном состоит из углерода и неорганического пепла. Количество летучих веществ варьируется в зависимости от исходного материала, но обычно составляет 25-30% от веса.

Углеродное волокно

Углеродные волокна — это нити из углерода, которые можно использовать для изготовления очень прочной пряжи и текстиля.Изделия из углеродного волокна часто получают путем прядения и плетения нужного изделия из волокон подходящего полимера, а затем пиролиза материала при высокой температуре (от 1500 до 3000 ° C или 2730–5,430 ° F).

Первые углеродные волокна были сделаны из вискозы, но полиакрилонитрил стал наиболее распространенным исходным материалом.

В своих первых работоспособных электрических лампах Джозеф Уилсон Свон и Томас Эдисон использовали углеродные нити, полученные путем пиролиза хлопковых нитей и осколков бамбука соответственно.

Пиролитический углерод

Пиролиз — это реакция, используемая для покрытия предварительно отформованного субстрата слоем пиролитического углерода. Обычно это делается в реакторе с псевдоожиженным слоем, нагретом до 1000–2000 ° C или 1830–3630 ° F. Пиролитические углеродные покрытия используются во многих областях, включая искусственные клапаны сердца. [13]

Биотопливо

Пиролиз является основой нескольких методов, которые разрабатываются для производства топлива из биомассы, которые могут включать в себя либо сельскохозяйственные культуры, выращенные для этой цели, либо биологические отходы из других отраслей промышленности. [14] Сельскохозяйственные культуры, изучаемые в качестве исходного сырья для пиролиза, включают в себя местные луговые травы прерий, такие как Switchgrass , и разводимые разновидности других трав, таких как Miscantheus giganteus . Отходы сельскохозяйственных культур и растительного материала обеспечивают исходное сырье для биомассы на основе их частей лигноцеллюлозы.

Хотя синтетическое дизельное топливо еще не может быть получено непосредственно путем пиролиза органических материалов, существует способ получения аналогичной жидкости (биомасла), которую можно использовать в качестве топлива, после удаления ценных биохимических веществ, которые можно использовать в качестве пищевые добавки или фармацевтические препараты. [15] Более высокая эффективность достигается за счет так называемого мгновенного пиролиза , в котором тонкоизмельченное сырье быстро нагревается до температуры от 350 до 500 ° C (от 660 до 930 ° F) в течение менее 2 секунд.

Топливное биомасло также может быть получено путем гидролизного пиролиза из многих видов сырья, включая отходы от свиноводства и разведения индюшат, с помощью процесса, называемого термической деполимеризацией (который, однако, может включать другие реакции, помимо пиролиза).

Утилизация пластиковых отходов

Безводный пиролиз также можно использовать для производства жидкого топлива, аналогичного дизельному топливу, из пластиковых отходов с более высоким цетановым числом и более низким содержанием серы, чем у традиционного дизельного топлива. [16] Использование пиролиза для извлечения топлива из пластмассы с истекшим сроком службы является вторым лучшим вариантом после переработки, экологически предпочтительнее, чем захоронение на свалке, и может помочь уменьшить зависимость от иностранного ископаемого топлива и геоэкстракции. [17] Пилот Джереми Розуэлл планирует совершить первый полет из Сиднея в Лондон, используя дизельное топливо из переработанных пластиковых отходов производства Cynar PLC. [15] [18] [19]

Утилизация шин

Только в Соединенных Штатах ежегодно сбрасывается более 290 миллионов автомобильных шин.Пиролиз лома или отработанных шин (WT) является привлекательной альтернативой утилизации на свалках, позволяя регенерировать высокое содержание энергии в шине в качестве топлива. Использование шин в качестве топлива дает такую ​​же энергию, что и сжигание масла, и на 25% больше энергии, чем сжигание угля. [20]

Средняя автомобильная шина состоит из 50-60% углеводородов, что дает выход 38-56% нефти, 10-30% газа и 14-56% полукокса. Добываемая нефть в основном состоит из бензола, дизельного топлива, керосина, мазута и мазута, в то время как добываемый газ имеет состав, аналогичный природному газу.Пропорция и чистота продуктов определяются двумя основными факторами: [21]

  1. Окружающая среда (например, давление, температура, время, тип реактора)
  2. Материал (например, возраст, состав, размер, тип)

По мере старения автомобильных шин их твердость возрастает, и пиролизу становится все труднее расщеплять молекулы на более короткие цепи. Это смещает состав урожая в сторону дизельного масла, которое состоит из более крупных молекул. И наоборот, повышение температуры увеличивает вероятность разрыва цепочки молекул и сдвигает выходной состав в сторону бензольного масла, которое состоит из более мелких молекул. [21] Другие продукты пиролиза автомобильных шин включают стальную проволоку, технический углерод и битум [22]

Хотя пиролиз WT получил широкое распространение во всем мире, существуют широкие законодательные, экономические и маркетинговые препятствия для его широкого применения. [23] Масло, полученное в результате пиролиза шинных резин, содержит большое количество серы, что делает его высоким потенциалом в качестве загрязняющего вещества, и его необходимо обессеривать. создана во всем мире, в том числе в Соединенных Штатах, Франции, Германии и Японии.Поскольку технический углерод используется для укрепления пигментов, резины и защиты от ультрафиолетового излучения, это относительно большой и растущий рынок. Пиролизные установки, специализирующиеся на производстве мазута, не являются неправдоподобной концепцией. Однако, поскольку прибыль таких предприятий поступает от добавленной стоимости между добычей и перегонкой нефти, в вертикальной интеграции в нефтяной промышленности мало прибыли. Непоследовательность исходного сырья очень затрудняет контроль однородности продуктов и заставляет нефтяные компании не решаться покупать нефть, полученную в результате пиролиза.Наконец, стоимость добычи нефти обычными способами, как правило, дешевле, чем эта альтернатива. На сегодняшний день не существует известного коммерчески выгодного автономного пиролизного завода, специализирующегося на добыче нефти. [21] Однако, благодаря финансированию модернизации пиролизного масла до легкого сорта топлива, это может быть возможно. Тем не менее, пиролиз является ценным методом утилизации отработанных шин. [25]

Химический анализ

Пиролиз может использоваться для молекулярной характеристики молекул при использовании в сочетании с хромато-масс-спектрометрией (Py-GC-MS).Этот метод был использован для анализа метода и продуктов грибкового распада древесины. [26] [27]

Термическая очистка

Пиролиз также используется для термической очистки, промышленного применения для удаления органических веществ, таких как полимеры, пластмассы и покрытия, из деталей, изделий или производственных компонентов. В процессе термической очистки при температурах от 600 до 1000 ° F органический материал [28] превращается путем пиролиза и окисления в летучие органические соединения, углеводороды и карбонизированный газ. [29] Неорганические элементы остаются. [30]

Несколько типов систем термической очистки используют пиролиз:

  • Расплавленные соляные ванны относятся к самым старым системам термической очистки; очистка с помощью расплавленной соляной ванны очень быстрая, но подразумевает опасность опасных брызг или других потенциальных опасностей, связанных с использованием соляных ванн, таких как взрывы или высокотоксичный газообразный цианистый водород; [28]
  • Системы с кипящим слоем используют песок или оксид алюминия в качестве теплоносителя; эти системы также очень быстро очищаются, но среда не тает, не кипит и не выделяет паров или запахов; [28]
  • Вакуумные печи используют пиролиз в вакууме [31] , избегая неконтролируемого сгорания внутри камеры очистки; [28]
  • Печи для выгорания , также известный как Печи для термообработки , работают на газе и используются в лакокрасочной, электродвигательной и пластмассовой промышленности для удаления органических веществ из тяжелых и крупных металлических деталей. [32]

Процессы

Во многих промышленных применениях процесс проводится под давлением и при рабочих температурах выше 430 ° C (806 ° F). Например, для сельскохозяйственных отходов типичные температуры составляют от 450 до 550 ° C (от 840 до 1000 ° F).

Процессы

Поскольку пиролиз является эндотермическим, [33] были предложены различные способы обеспечения тепла реагирующим частицам биомассы:

  • Частичное сжигание продуктов биомассы путем закачки воздуха.Это приводит к некачественной продукции.
  • Прямая передача тепла с горячим газом, идеальным из которых является продуктовый газ, который подогревается и рециркулирует. Проблема заключается в том, чтобы обеспечить достаточное количество тепла при разумных расходах газа.
  • Косвенный теплообмен с теплообменными поверхностями (стенка, трубы): трудно добиться хорошего теплообмена с обеих сторон теплообменной поверхности.
  • Прямая передача тепла с циркулирующими твердыми веществами: твердые вещества передают тепло между горелкой и реактором пиролиза.Это эффективная, но сложная технология.

Для быстрого пиролиза биомасса должна быть измельчена в мелкие частицы, а изолирующий слой полукокса, который образуется на поверхности реагирующих частиц, должен непрерывно удаляться. Для пиролиза биомассы были предложены следующие технологии: [34]

  • Фиксированные слои, используемые для традиционного производства древесного угля: плохая, медленная теплопередача приводит к очень низким выходам жидкости.
  • Augers: эта технология адаптирована из процесса Лурги для газификации угля.Горячий песок и частицы биомассы подают с одного конца шнека. Винт смешивает песок и биомассу и передает их вместе. Это обеспечивает хороший контроль времени пребывания биомассы. Он не разбавляет продукты пиролиза носителем или псевдоожижающим газом. Однако песок должен быть подогрет в отдельном сосуде, и механическая надежность является проблемой. Здесь нет крупномасштабной коммерческой реализации.
  • Шнеки с электрическим подогревом: один процесс использует электрический ток, проходящий через шнек, для нагрева материала, обеспечивая превосходную теплопередачу при контакте и излучении с отходами.
  • Абляционные процессы: частицы биомассы движутся с высокой скоростью к горячей металлической поверхности. Абляция любого полукокса, образующегося на поверхности частицы, поддерживает высокую скорость теплопередачи. Это может быть достигнуто путем использования металлической поверхности, вращающейся с высокой скоростью в слое частиц биомассы, что может создавать проблемы механической надежности, но предотвращает любое разбавление продуктов. В качестве альтернативы частицы могут быть взвешены в газе-носителе и вводиться с высокой скоростью через циклон, стенка которого нагревается; продукты разбавляются газом-носителем. [35] Проблема, характерная для всех абляционных процессов, заключается в том, что увеличение масштаба затруднено, поскольку отношение поверхности стенки к объему реактора уменьшается с увеличением размера реактора. [36] Нет крупномасштабной коммерческой реализации.
  • Вращающийся конус: предварительно нагретый горячий песок и частицы биомассы вводятся во вращающийся конус. Из-за вращения конуса смесь песка и биомассы перемещается по поверхности конуса центробежной силой.Процесс предлагается BTG-BTL, дочерней компанией BTG Biomass Technology Group B.V. в Нидерландах. Как и другие мелкие реакторы с транспортируемым слоем, для получения выхода жидкости около 70 мас.% Требуются относительно мелкие частицы (несколько мм). Ведется крупномасштабная коммерческая реализация (до 5 т / ч). [37]
  • Псевдоожиженные слои: частицы биомассы вводятся в слой горячего песка, псевдоожиженного газом, который обычно представляет собой рециркулируемый газообразный продукт. Высокие скорости теплопередачи из псевдоожиженного песка приводят к быстрому нагреву частиц биомассы.Существует некоторая абляция истиранием с частицами песка, но она не так эффективна, как при абляционных процессах. Тепло обычно обеспечивается трубами теплообменника, через которые проходит горячий газ сгорания. Имеется некоторое разбавление продуктов, что затрудняет конденсацию и последующее удаление тумана биомасла из газа, выходящего из конденсаторов. Этот процесс был ускорен такими компаниями, как «Динамотор» и «Агри-Терм». Основные проблемы заключаются в улучшении качества и консистенции био-масла.
  • Циркуляционный кипящий слой: частицы биомассы вводятся в циркулирующий кипящий слой горячего песка. Частицы газа, песка и биомассы движутся вместе, причем транспортный газ обычно является рециркулирующим продуктом, хотя он также может быть газом сгорания. Высокие скорости теплопередачи из песка обеспечивают быстрый нагрев частиц биомассы и более сильную абляцию, чем при использовании обычного кипящего слоя. Быстрый сепаратор отделяет газы и пары продукта от песка и частиц полукокса. Частицы песка повторно нагреваются в псевдоожиженном сосуде горелки и возвращаются в реактор.Хотя этот процесс можно легко расширить, он довольно сложен, а продукты сильно разбавлены, что значительно затрудняет извлечение жидких продуктов.
  • Цепная решетка: сухая биомасса подается на горячую (500 ° C) решетку из тяжелого литого металла или фартук, который образует непрерывную петлю. Небольшое количество воздуха способствует теплообмену и первичным реакциям сушки и карбонизации. Летучие продукты сжигаются для технологического и отопительного котла.
Использование вакуума

В вакуумном пиролизе органический материал нагревают в вакууме, чтобы снизить его температуру кипения и избежать неблагоприятных химических реакций.Используется в органической химии в качестве синтетического инструмента. В вакуумной термолизе или FVT время пребывания субстрата при рабочей температуре ограничивается, насколько это возможно, опять же, чтобы минимизировать вторичные реакции. Таким образом, был описан синтез 2-фуронитрила с использованием дегидратации амида или оксима 2-фурановой кислоты посредством вакуумного пиролиза над молекулярными ситами в газовой фазе. [38]

Промышленные источники

Многие источники органического вещества могут быть использованы в качестве сырья для пиролиза.Подходящий растительный материал включает в себя зеленые отходы, опилки, древесные отходы, древесные сорняки; и сельскохозяйственные источники, включая ореховые скорлупы, солому, хлопковый мусор, рисовые шелухи, траву; и отходы животноводства, включая птичий помет, молочный навоз и, возможно, другие навозы. Пиролиз используется в качестве одной из форм термической обработки для уменьшения объемов отходов бытовых отходов. Некоторые промышленные побочные продукты также являются подходящим сырьем, включая бумажный шлам и дистилляторы зерна. [39]

Существует также возможность интеграции с другими процессами, такими как механическая биологическая обработка и анаэробное сбраживание. [40]

Промышленные товары

  • синтез-газ (легковоспламеняющаяся смесь монооксида углерода и водорода): может производиться в достаточных количествах, чтобы обеспечить как энергию, необходимую для пиролиза, так и некоторое избыточное производство [9] [41]
  • твердый уголь, который можно либо сжигать для получения энергии, либо использовать в качестве удобрения (биочар).

Противопожарная защита

Разрушительные пожары в зданиях часто сгорают при ограниченном поступлении кислорода, что приводит к реакциям пиролиза.Таким образом, механизмы реакции пиролиза и свойства материалов пиролиза важны в технике противопожарной защиты для пассивной противопожарной защиты. Пиролитический углерод также важен для исследователей пожаров как инструмент для определения происхождения и причин пожаров.

Химия

В современных исследованиях изучаются пути множественных реакций пиролиза, чтобы понять, как манипулировать образованием множества продуктов пиролиза (нефть, газ, уголь и другие химические вещества) для повышения экономической ценности пиролиза; идентификация катализаторов для управления реакциями пиролиза также является целью некоторых исследований пиролиза.Опубликованные исследования предполагают, что реакции пиролиза имеют некоторую зависимость от структурного состава сырья (например, лигноцеллюлозной биомассы) с участием некоторых минералов, присутствующих в сырье; Считается, что некоторые минералы, присутствующие в сырье, увеличивают стоимость операции пиролиза или уменьшают стоимость нефти, получаемой в результате пиролиза, в результате коррозионных реакций. [42] Низкое качество масел, полученных в результате пиролиза, можно улучшить, подвергнув масла одному или нескольким физическим и химическим процессам, [43] , которые могут привести к увеличению производственных затрат, но могут иметь смысл с экономической точки зрения, когда меняются обстоятельства.

См. Также

Связанные процессы
Разное

Ссылки

  1. Сжигание древесины , сайт InnoFireWood. Зарегистрированные на 2010-02-06.
  2. ↑ http://www.alternativesjournal.ca/science-and-solutions/plastic-oil
  3. Pingali, Kalyana C .; Rockstraw, David A .; Дэн, Шугуан (2005). «Наночастицы серебра из ультразвукового аэрозольного пиролиза водного нитрата серебра» (PDF). Аэрозоль Наука и техника . 39 : 1010–1014. DOI: 10.1080 / 02786820500380255.
  4. Song, Y. L .; Tsai, S. C .; Chen, C. Y .; Ценг, Т. К .; Tsai, C. S .; Chen, J. W .; Яо, Й. Д. (2004). «Ультразвуковой аэрозольный пиролиз для синтеза частиц сферического диоксида циркония» (PDF). Журнал Американского керамического общества . 87 (10).
  5. ↑ Hoda Amani Hamedani, 2008, Исследование параметров осаждения при ультразвуковом распылительном пиролизе для изготовления катода из твердого оксидного топливного элемента, Технологический институт Джорджии
  6. ↑ Кори А. Крамер, Реза Лоли, Индрек С. Вичман и Руби Н. Гош, 2009 г., Измерения с разрешением по времени продуктов пиролиза из термопластичного полиметилметакрилата (PMMA) ASME 2009 Международный машиностроительный конгресс и выставка
  7. Lehmann, Johannes.«Биочар: новая граница». Архивировано из оригинального на 2008-06-18. Получено 2008-07-10.
  8. Cundall, Peter (2007-10-27). «Информационный бюллетень: патч Пита». Садоводство Австралия . Австралийская радиовещательная корпорация. Получено 2008-07-10.
  9. 9009 9,0 9,1 Хорстман, Марк (2007-09-23).«Агричар — решение проблемы глобального потепления?». ABC TV Science: Catalyst . Австралийская радиовещательная корпорация. Получено 2008-07-10.
  10. «Испытание, чтобы обратить вспять глобальное потепление». Новости BBC. 2009-04-09. Получено 2009-04-21.
  11. «Достоинства биочара: новая отрасль роста?». Экономист.2009-08-27. Получено 2009-08-30.
  12. ↑ Часто задаваемые вопросы о Biochar | Международная инициатива Biochar. Biochar-international.org (2013-04-19). Получено 2013-06-01.
  13. ↑ Ратнер, Бадди Д. (2004). Пиролитический углерод. В биоматериаловедение: введение в материалы в медицине . Академическая пресса. п. 171-180. ISBN 0-12-582463-7. Поиск книг Google. Получено 7 июля 2011 г.
  14. ↑ Эванс, Г. «Жидкое транспортное биотопливо — Отчет о состоянии технологий», «Национальный центр непродовольственных культур», 14-04-08. Получено 2009-05-05.
  15. 15,0 15,1 «Пиролиз и другие термические процессы». ДОУ США. Архивировано из оригинального на 2007-08-14.
  16. ↑ [1]
  17. , N.J. Themelis et al. «Энергетическая и экономическая ценность не подлежащих вторичной переработке пластмасс и твердых бытовых отходов, которые в настоящее время захоронены в пятидесяти штатах», Колумбийский университет, инженерно-технический центр
  18. Middleton, Marc (2005-02-06).«Местный переработчик зажигает европейский топливный рынок». Управление отходами и окружающая среда . Обращение с отходами и окружающая среда Media Pty Ltd. Получено 2008-07-10.
  19. Телеграф. «Пилот совершает первый полет, используя только бытовые пластиковые отходы».
  20. US EPA. «Топливо, полученное из шин — отходы шин». http://www.epa.gov/osw/conserve/materials/tires/tdf.htm .
  21. 21.0 21.1 21.2 ค้า ดร. ค้า. «รัตน์ ไล ซิ การ ส รถยนต์ หมด หมด สภาพ วิทยาลัย วิทยาลัย วิทยาลัย วิทยาลัย วิทยาลัย ) Jidgarnka, S. «Пиролиз автомобильных шин с истекшим сроком годности: механизм производства высококачественного топлива», факультет нефтехимии Университета Чулалонгкорн, http: // www.vcharkarn.com/varticle/408
  22. ↑ Roy, C .; Chaala, A .; Дармштадт, H. Журнал аналитического и прикладного пиролиза 1999; 51, 201–221.
  23. Даниэль Мартинес, Хуан; Puy, Neus; Мурильо, Рамон; Гарсия, Томас; Виктория Наварро, Мария; Мария Мастрал, Ана (2013). «Пиролиз отходов шин — обзор, возобновляемый и устойчивый». Отзывы об энергетике . 23 : 179–213. DOI: 10.1016 / j.rser.2013.02.038.
  24. ↑ Choi, G.-G .; Jung, S.-H .; О, С.-Дж .; Ким, Ж.-С. Технология переработки топлива 2014; 123, 57–64.
  25. ↑ Ringer, M .; Putsche, V .; Scahill, J. Крупномасштабная добыча пиролизного масла: оценка технологии и экономический анализ; НРЕЛ / TP-510-37779; Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), Golden, CO., 2006.
  26. Vane, C.H .; и другие. (2001). «Влияние распада грибов (Agaricus bisporus) на лигнин соломы пшеницы с использованием пиролиза-ГХ-МС в присутствии гидроксида тетраметиламмония (TMAH)». Журнал аналитического и прикладного пиролиза . 60 (1): 69–78. DOI: 10.1016 / s0165-2370 (00) 00156-X.
  27. Vane, C.H .; и другие. (2003). «Биодеградация древесины дуба (Quercus alba) при выращивании гриба шиитаке (Lentinula edodes): молекулярный подход». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 51 (4): 947–956. DOI: 10.1021 / jf020932h.PMID 12568554.
  28. 9009 28,0 28,1 28,2 28,3 Кеннет Майнорд (сентябрь 1994 года). «Чистка теплом: старая технология с ярким новым будущим» (PDF). Региональный информационный центр по предотвращению загрязнения окружающей среды . Журнал Критической Технологии Очистки. Получено 4 декабря 2015 г.
  29. «Взгляд на технологию термической очистки». ThermalProcessing.org . Процесс Ревизор. 14 марта 2014 г. Получено 4 декабря 2015 г.
  30. Гэри Дэвис и Кит Браун (апрель 1996 года). «Чистка металлических деталей и инструментов» (PDF). Региональный информационный центр по предотвращению загрязнения окружающей среды . Процесс нагрева. Получено 4 декабря 2015 г.
  31. Томас С. Дван (2 сентября 1980 года). «Процесс вакуумного пиролизного удаления полимеров с различных объектов». Espacenet . Европейское патентное ведомство. Получено 26 декабря 2015 г.
  32. «Удаление краски: уменьшение количества отходов и опасных материалов». Программа технической помощи Миннесоты . Университет Миннесоты. Июль 2008 г. Получено 4 декабря 2015 г.
  33. He, Fang; Вейминг Йи; Сюэюань Бай (сентябрь 2006). «Исследование калорийности пиролиза биомассы с использованием анализатора TG – DSC». Преобразование энергии и управление . 47 (15–16): 2461–2469. DOI: 10.1016 / j.enconman.2005.11.011.
  34. Briens, Cedric; Berruti, Franco and Piskorz, Jan (2008).«Валоризация биомассы для производства топлива и химикатов — обзор». Международный журнал химического реакторного машиностроения . 6 . DOI: 10.2202 / 1542-6580.1674. CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка)
  35. ↑ Брамер Е. А. и Брем Г. Новая технология быстрого пиролиза биомассы: разработка реактора PyRos. Университет Твенте
  36. Bridgwater, A. V; Мейер Д.; Радлейн Д. (1999). «Обзор быстрого пиролиза биомассы». Органическая геохимия . 30 : 1479–1493. DOI: 10.1016 / s0146-6380 (99) 00120-5.
  37. «BTG Biomass Technology Group b.v. :: Технология :: Пиролиз». Архивировано из оригинального на 2007-07-03.
  38. Жаклин А.Кэмпбелл; Макдугалд, Грэм; Макнаб, Хэмиш; Рис, Ловат; Tyas, Richard (2007). «Лабораторный синтез нитрилов каталитической дегидратацией амидов и оксимов в условиях мгновенного вакуумного пиролиза (FVP)». Синтез . 20 (20): 3179–3184. DOI: 10,1055 / с-2007-990782.
  39. «Сырье для биомассы для медленного пиролиза». BEST Pyrolysis, Inc. веб-сайт . BEST Energies, Inc.Получено 2010-07-30.
  40. ↑ Маршалл, А. Т. и Моррис, Дж. М. (2006) Водяное решение и парки устойчивой энергии, CIWM Journal, стр. 22–23
  41. «Топливо для конструктора: следующее поколение топлива» (PDF). Архивировано из оригинального (PDF) 2006-12-18.
  42. Очистка быстрого пиролиза биомассы . Термохимическая конверсия биомассы (тезис). Университет Твенте. 2011. Получено 2012-05-30.
  43. Рамирес, Джером; Браун, Ричард; Рейни, Томас (1 июля 2015 года). «Обзор биотрудных свойств гидротермального сжижения и перспектив перехода на транспортное топливо». Энергии . 8 : 6765–6794. DOI: 10.3390 / en8076765.

Внешние ссылки

,

Пиролиз — Википедия

Пиролиз или пиролитическое Zersetzung (фон 9998 pyr) ‚Feuer ‘и λςσις lýsis ‚ (Auf) Lösung’) [1] , Германия, Германия и в Abwesenheit von Sauerstoff (λ = 0) геспальтен верден. Дорогой день, когда у него есть температура, когда он уходит в родной мир.Die entstehenden Produkte sind vielfältig. [2]

Pyrolyse kommt in vielen technischen Verfahren zum Einsatz. So kann Biomasse dadurch gezielt in höherwertige Produkte wie Brennstoffe oder Chemikalien umgewandelt werden, aber auch beim klassischen Verkoken von Kohle und bei der Herstellung von Holzkohle finden Pyrolysevorgänge statt. [2] Chemisch gesehen ist auch das Cracken von Erdöl ein Pyrolyseverfahren, странный иудейский голос.

Veraltete Bezeichnungen für die technische Pyrolyse sind Brenzen , trockene Дистилляция , zersetzende Дистилляция , Entgasung или Verschwelung . [2] Der Wortstamm „Brenz-“ in den Namen chemischer Verbindungen wie Brenzcatechin, Brenzschleimsäure und Brenztraubensäure geht hierauf zurück.

Der Begriff Пиролизный вирд, часто не встречающийся.

. Эта фаза дерного пиролизного зерцзунга является термохимическим. Ультрасовременный пиролизный безе. [3] В этой статье приведено ниже описание, приведенное ниже, и окончательно подготовлено к работе. [4]

Beim Brandverhalten von Holz wird der Begriff Пиролиз в большом количестве случаев, когда речь идет о выделении новых предметов. [2]

Abgrenzung Zur Vergasung [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Von der Pyrolyse abzugrenzen ist die Vergasung.Dabei handelt es sich ebenfalls um eine thermo-chemischen Umwandlung, аллергены geht diese über die Pyrolyse hinaus. Bei der Vergasung kommt im Vergleich zur Пиролиз в Vergasungsmittel mit Sauerstoff oder Sauerstoffatomen zum Einsatz, wodurch die Rohsubstanz weiter oxidiert wird und hauptsächlich gasförmige Производитель продуктов. Bei der Pyrolyse entstehen zwar auch Газ, аллергены sind das Ziel flüssige oder feste Produkte. [3]

Durch Pyrolese gewonnener Holzteer und Pech sind die ältesten Kunststoffe der Menschheit.Bereits in der Europäischen Mittelsteinzeit (8300–4000 v. Chr.) Kannte man die Teer- und Pechgewinnung (Birkenpech) durch Пиролиз. Dieses wurde besonders als Klebemittel und zum Abdichten eingesetzt. Ау бей ден пфайлен дес соганнантен Ötzi wurde Birkenpech zum Verkleben benutzt. [2] Auch aus verschiedenen anddeus Ausgangsprodukten wurden ab dem 18 Jh. Teere hergestellt, z. B. aus Steinkohle.

Die Herstellung von Holzkohle mittels Пиролизный водопад seit mehreren Jahrhunderten bekannt. [5]

Aktuell wird die Пиролизный сокрушительный напиток и питательные вещества Nutzung nachwachsender Rohstoffe weiter erforscht. [5]

Die pyrolytische Zersetzung ist eine Phase im Zuge einer thermochemischen Umwandlung eines Stoffes oder Stoffgemisches, die je nach Stoff bei ungefähr 150 — 700 ° C erreicht wird. Durch die Wärme werden in den großen organisch-chemischen Molekülen Bindungen gespalten und neue, kleinere Moleküle entstehen.Optisch ist eine Zersetzung des Stoffes zu erkennen. Да кейнер экстерьер Sauerstoff anwesend ist, findet keine Verbrennung und keine Окислительный стат. Trotzdem können Reaktionen mit Beteiligung von Sauerstoffatomen stattfinden, wenn diese schon im Ausgangsstoff vorhanden sind. Умирает пиролитическое Zersetzung это эндотермер Prozess. [3]

Продукты [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Holzkohle als Пиролизепродукт

Bei der Pyrolyse entstehen komplexe Produktgemische aus festen (z.B. Holzkohle), flüssigen (Pyrolyseöl) и gasförmigen (Pyrolysegas) Produkten, wobei die genauen Anteile von den konkreten Bedingungen und dem Ausgangsstoff abhängen. [2] Grundsätzlich lässt sich sagen, dass mit höherer Temperatur und längerer Pyrolysedauer mehr gasförmige Produkte erhalten werden and mit niedrigen Температурные и рабочие характеристики. [6] Werden Polymere pyrolysiert, entstehen of of die die entsprechenden Monomere als Produkt. [2]

. [6] Die Pyrolyse von Biomasse ist eine Möglichkeit organische Grundchemikalien wie Benzol oder Phenol biobasiert herzustellen, die aktuell nur aus fossilen Quellen hergestellt werden. [7] [8]

Pyrolyseanlagen werden nach Art der Beheizung unterschieden. Bei direkter Pyrolyse werden heiße Gase über das Substrat geleitet, während bei der indirekten Pyrolyse der Reaktionsraum von außen erhitzt wird. [2]

Daneben gibt es zahlreiche weitere Unterscheidungs- und Einteilungsmöglichkeiten, beispielsweise nach Substrat, Verweildauer oder Temperatur.

Eine häufig gewählte Einteilung, создатель Пиролизной фоновой биомассы, Einteilung nach Reaktionsdauer. Нефть вирд в langsame Pyrolyse (англ. медленный пиролиз ), mittelschnelle (англ. промежуточный пиролиз ) и schnelle Pyrolyse (англ. быстрый пиролиз или флэш-пиролиз ) unterteilt, [6] gib1300 grobere oder feinere Unterteilungen. [5]

Übersicht über verschiedene Typen der Biomassepyrolyse mit typischen Werten [5]
Pyrolyseart Temperatur [° C] Verweildauer Heizrate Anteil feste Produkte [%] Anteil flüssige Produkte [%] Anteil gasförmige Produkte [%]
Schnelle Pyrolyse ≈500 <2–3 с хох ≈ 12 ≈ 70 ≈ 13
Mittelschnelle Pyrolyse ≈ 500 10–30 с mittel bis hoch ≈ 25 ≈ 50 ≈ 25
Langsame Pyrolysen
Verkohlung ≈ 400 ч – д niedrig ≈ 35 ≈ 30 ≈ 35
Torrefizierung ≈ 250 10–60 мин niedrig ≈ 80 ≈ 5 ≈ 20

Schnelle Pyrolyse [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Dieses Verfahren wird seit den neunziger Jahren интенсивное производство и производство продуктов питания Pyrosesel ab.Es gibt verschiedene Anlagentypen, Allerdings ist Allen Gemein, Dass der Prozess sich in drei Teile teilt. Эрст мусс ди Биомасс ворберэйтет верден, з. B. durch Trocknung und mechanische Zerkleinerung. Danach erfolgt die kurzzeitige pyrolytische Zersetzung bei rund 500 ° C. Das Produkt wird dann kondensiert und aufgereinigt und ggf. Weiter Veredelt. Die Prozessenergie kann teilweise durch die Die Verbrennung der unerwünschten festen and gasförmigen Reaktionsprodukte gedeckt werden. [5]

Um möglichst viel Pyrolyseöl zu erhalten, ist es wichtig, dass die Biomassepartikel sehr schnell erhitzt werden und dann sehr schnell wieder abkühlen.Das geht mit sehr speziellen technischen Anlagen einher. Außerdem müssen die Biomassepartikel dazu hinreichend klein sein. [5]

Миттельшнелле Пиролиз [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Die mittelschnelle Pyrolyse verläuft bei ca. 500 ° С. Die Pyrolysemasse wird mittelschnell und für ca. 10 бис 30 секунд. Diese Pyrolyseform befindet sich aktuell noch in der Pilotphase. [5]

Langsame Pyrolyse [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Das Ziel von langsamer Pyrolyse ist die Herstellung von festen sekundären Energieträgern.Sie lässt sich noch weiter in Verkohlung und Torrefizierung unterteilen. [5]

Verkohlung [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Die Verkohlung oder Karbonisierung (vollständige langsame Pyrolyse) ist seit Jahrtausenden als Methode zur Holzkohleherstellung bekannt und wird bis heute kommerziell durchgeführt. [5]

Torrefizierung [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Pyrolyse von nachwachsenden Rohstoffen [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Pyrolyseverfahren werden als aussichtsreiche Technologien eingestuft, um nachwachsende Rohstoffe — вызывает удивление у лигноцеллюлозосодержащей основы — окаменелости и окаменелости.Alderdings sind die Verfahren aktuell noch nicht wirtschaftlich und ökonomisch von keiner großen Bedeutung. [9] Die Pyrolyse von Biomasse ist ein Schritt zur Gewinnung zahlreicher verschiedener Biokraftstoffe und Plattformchemikalien. [6] [9]

Die pyrolytische Herstellung von Produkten bieten im Vergleich zu konventionellen Herstellung auf fossiler Основа потенциального спроса, предлагаемая в качестве основы для развития науки и техники. [9]

Die Pyrolyse von Biomasse wird in Form от pyrogener CO 2 -Abscheidung und -Speicherung (PyCCS) Auch als Mittel zur CO 2 -Fixierung gesehen. [10]

Пиролиз фон Абфаллен [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Pyrolyse ist eine wichtige Alternative zur Verbrennung für die Verwertung von Abfällen, [11] через Altreifen, Altholz oder Kunststoff. [12] Viele derartige Anlagen werden в Асиене, что вызывает сомнения в Японии в Германии и в Германии.В настоящее время мы не можем упасть в голову, если у вас есть какие-либо проблемы с политикой и политикой, как в Германии, так и в Германии. [13]

Daneben kann Pyrolyse auh als thermische Art der Bodensanierung bei Böden mit Öl-, Quecksilber- und Dixonbelastung genutzt werden. [14]

Aktivkohleherstellung und -regenerierung [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Nachdem Kohle und Binder zu einer определен Masse gemischt sind, werden Pellets gepresst und in einer sauerstofffreien Atmosphäre erhitzt.

Verbrauchte, d. час mit dem Schadstoff belastete Активный отдых в атмосфере прекрасной атмосферы и умеренной температуры воздуха при температуре 800 ° C в зависимости от времени года.

Kunststoffrecycling [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Zum Kunststoffrecycling wird eine Wirbelschicht-Pyrolyse nach dem sogenannten Гамбургер Verfahren eingesetzt.

Sonstige Pyrolyseverfahren und Anwendungsfelder [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Wird zum Beispiel durch fehlerhafte Dichtungen Sauerstoff eingesaugt kann es bei zu niedrigen Температурный режим для взрывчатых веществ Gemisch kommen.Аб ок. 450 ° C — это более подробная информация о погодных условиях, а также о том, что Sinne einer Teilverbrennung mit dem brennbaren Reaktorinhalt (Gas, Kohlenstoff) reagiert. [2]

Ein weiteres Problem ist, dass gasförmige Produkte (z. B. Teeröl) и Kältebrücken kondensieren und in der Folge and unichten Stellen heraustropfen können. [2]

  1. ↑ Вильгельм Гемолл: Griechisch-Deutsches Schul- und Handwörterbuch. München / Wien 1965.
  2. a b c d e f g h i j Holger Watter: Nachhaltige Energiesysteme — Grundlagen, Systemtechnik und Anwendungsbeispiele 903.1. Auflage. Vieweg + Teubner, Висбаден 2009, ISBN 978-3-8348-0742-7, 7. Biomasse, S. 136–186 (google.de).
  3. a b c Вероника Вилк, Герман Хофбауэр и Мартин Кальтшмитт: Thermo-chemische Umwandlungsprozesse . В: Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann & Hermann Hofbauer (Hrsg.): Energie aus Biomasse — Grundlagen, Techniken und Verfahren . 3. aktualisierte und erweiterte Auflage Springer Vieweg, Berlin 2016, ISBN 978-3-662-47437-2, 11.2, с. 646–683.
  4. ↑ Eintrag zu Pyrolyse. В: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 05. November 2019.
  5. a b c d e f g h i Герман Хофбауэр, Мартин Кальтшмитт, Фрерих Кейл, Дитрих Мейер и Йоханнес Веллинг: Пиролиз . В: Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann & Hermann Hofbauer (Hrsg.): Energie aus Biomasse — Grundlagen, Techniken und Verfahren .3. aktualisierte und erweiterte Auflage Springer Vieweg, Berlin 2016, ISBN 978-3-662-47437-2, Kap. 14, с. 1183–1266.
  6. a b c d Тони Бриджуотер: Обзор биомассы для энергии . В: Журнал науки о продовольствии и сельском хозяйстве . Band 86, 2006, S. 1755–1768, doi: 10.1002 / jsfa.2605.
  7. ↑ Чуньбао Сюй и Фатеме Фердосян: Превращение лигнина в химикаты и материалы на биологической основе .Springer, Berlin 2017, ISBN 978-3-662-54957-5, с. 13–33.
  8. atent Патент US9453166B2: Системы и процессы каталитического пиролиза биомассы и углеводородных материалов для производства ароматических соединений с необязательным рециклом олефинов, а также катализаторы с выбранным размером частиц для каталитического пиролиза. Angemeldet am 29. Сентябрь 2015 г., veröffentlicht am 27. Сентябрь 2016 г., Anmelder: Массачусетский университет, Эрфиндер: Джордж Х. Хубер, Энн Мэй Гаффни, Джунгхо Чже и Ю-Тинг Ченг.
  9. a b c Poritosh Roy & Goretty Diaz: Перспективы пиролизных технологий в биоэнергетическом секторе: обзор . В: Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . Band 77, 2017, S. 59–69, doi: 10.1016 / j.rser.2017.03.136.
  10. ↑ Констанц Вернер, Ханс-Петер Шмидт, Дитер Гертен, Вольфганг Лухт и Клаудия Камманн (2018 год). Биогеохимический потенциал систем пиролиза биомассы для ограничения глобального потепления до 1.5 ° C. Письма об экологических исследованиях, 13 (4), 044036. doi: 10.1088 / 1748-9326 / aabb0e
  11. ↑ Карл Дж. Томе-Космиенский, Норберт Амсонейт, Манфред Бернс и Фрэнк Маюнке: Отходы, 6. Обработка . В: Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH, Weinheim 2012, S. 481-540, doi: 10.1002 / 14356007.o28_o06.
  12. 000 Пиролизанлаген. No-Waste-Technology GmbH, abgerufen am 7. Ноябрь 2019.
  13. ↑ Peter Quicker & Yves Noël: Sachstand zu den alternativen Verfahren für die thermische Entsorgung von Abfällen .В: Umweltbundesamt (Hrsg.): Текст . Band 17, 2017, S. 1–201.
  14. ↑ Маркус Глейс: Пиролиз и Вергасунг . Hrsg .: Karl J. Thomé-Kozmiensky & Michael Beckmann (= Energie aus Abfall . Band 8). Т. К. Верлаг Карл Томе-Космиенский, Нейруппин 2011, ISBN 978-3-935317-60-3, с. 437–465 (vivis.de).

,

Каталитический пиролиз биомассы | IntechOpen

В зависимости от типа используемой биомассы, низкая теплотворная способность, высокое содержание воды, высокая вязкость (из-за больших молекул), высокое содержание кислорода (из-за содержания кислородсодержащих углеводородов), а также нестабильность, несмешиваемость с другими ископаемыми видами топлива делают био — масло сложно использовать непосредственно в качестве топлива без модернизации [24, 55]. Чтобы модернизировать биомасло для использования в топливе, были использованы два различных метода: гидродеоксигенация и каталитический крекинг.При гидродеоксигенации биомасляные соединения реагируют с водородом под высоким давлением и умеренной температурой с образованием углеводородных соединений и воды. Каталитический крекинг используется для обновления биомасла через каталитическую среду, удаляя кислород из био-масляных соединений в форме H 2 O и CO 2 , включая химические реакции разрыва связей C-C посредством дегидратации, декарбоксилирование и декарбонилирование [1, 16, 24, 55]. Каталитический крекинг имеет несколько преимуществ по сравнению с гидродезоксигенированием, в том числе при атмосферном давлении и в среде, не требующей дополнительной подачи водорода [1].

3.1. Конфигурации системы для катализаторов, используемых в пиролизе биомассы.

Существует два метода каталитического пиролиза: каталитический слой и смешивание катализатора. В способе с каталитическим слоем, который также упоминается как метод « in-situ » или метод без слоя, пиролитические пары, выходящие из первого реактора, проходят через каталитический реактор, который называется каталитическим слоем, в результате образуется био-масло, полукокса, и газообразные продукты. В методе смешивания катализатора (в слое), однако, образцы биомассы и катализатора физически смешивают перед тем, как вставить в реактор пиролиза [1, 30, 37].

3.1.1. Метод слоя катализатора ( in situ )

Метод слоя катализатора, также называемый in-situ пиролизом , включает каталитическую модернизацию после термической конверсии биомассы, образующейся в результате паров пиролиза [1]. В целом, in-situ каталитического пиролиза биомассы можно проводить с использованием различных конфигураций реактора: одноступенчатой ​​и двухстадийной конфигураций реактора. Одностадийный пиролиз включает каталитический пиролиз биомассы в том же реакторе с катализатором, тогда как двухстадийная конфигурация включает реактор с неподвижным слоем / псевдоожиженным слоем, за которым следует каталитический реактор с неподвижным слоем.Первый производит больше кокса, чем второй [33]. Исследование, проведенное Mante и Agblevor [33] с использованием двухстадийной конфигурации реактора для каталитического пиролиза гибридной древесины тополя с использованием HZSM-5, показало низкий выход кокса с величиной 3,8%, которая была относительно массы биомассы. Преимущество состоит в том, что каталитический пиролиз выделяющихся паров из биомассы может работать при температуре, отличной от температуры основного реактора пиролиза, в случае использования двухступенчатой ​​конфигурации реактора [18]. Однако по сравнению со смешиванием катализатора метод слоя катализатора также приводит к большому количеству обугливания, что приводит к засорению пор катализатора, что предотвращает диффузию паров через поры [1].

В исследовании Thangalazhy-Gopakumar et al. Было отмечено, что некоторые некаталитические био-масляные соединения были обнаружены при использовании метода слоя катализатора, что позволяет предположить, что первичные смолистые соединения были превращены во вторичные и третичные смолистые соединения до достижения слоя катализатора в трещать в ароматические вещества [1]. Узун и Сарыоглу сообщили, что использование метода слоя катализатора с несколькими типами катализаторов снизило выход жидкости по сравнению со способом смешивания катализатора [39]. Илиопулу и соавт. изучал каталитический пиролиз лигноцеллюлозной биомассы и объяснил влияние in-situ модифицированного металлом ZSM-5 с различным процентным содержанием.Было высказано предположение, что переходные металлы способствуют образованию водорода, что приводит к углеводородным реакциям на кислотных центрах цеолита через режим слоя катализатора [31].

3.1.2. Способ смешивания катализаторов (в слое)

Способ смешивания катализаторов может быть осуществлен либо добавлением катализатора к биомассе с определенными количествами, либо влажной пропиткой биомассы. Благодаря лучшему физическому поверхностному контакту между биомассой и катализатором в реакторе пиролиза, смешивание обеспечивает немедленное взаимодействие выделившихся паров пиролиза с катализатором, что позволяет предположить, что выделившиеся пары могут адсорбироваться на поверхности катализатора и диффундировать в поры для каталитического крекинга [1, 39] ,Недостатком является то, что каталитические условия необратимы, так что биомасса и катализатор должны работать в одинаковых условиях [18].

Ароматическое содержание биомасла имеет первостепенное значение, и использование катализаторов является одним из альтернативных способов ускорения реакций ароматизации (таким образом, повышения качества биомасла). Исследования показали, что метод каталитического смешивания обеспечивает лучший массообмен для крекинга био-масляных соединений с точки зрения ароматизации и дезоксигенации [1, 39].

Thangalazhy-Gopakumar et al.Исследовано каталитическое действие цеолита ZSM-5 при пиролизе сосновой щепы в гелиевой среде. Было обнаружено, что использование способа смешивания катализатора с отношением биомассы к катализатору 1: 9 дает 41,5% ароматического выхода по сравнению с 9,8% с использованием способа слоя катализатора с отношением биомассы к катализатору 1: 5. В этом исследовании отсутствие соединений гваякола в биомасле показывает, что смешивание катализатора является эффективным методом крекинга производных лигнина до ароматических соединений [1]. Pütün et al. изучал пиролиз семян хлопка с добавлением MgO в определенных пропорциях к образцам биомассы.По сравнению с обычными результатами пиролиза содержание ароматических и алифатических соединений было увеличено до значений 35 и 23%, а содержание кислорода снизилось с 9,56 до 4,90% [37]. Результаты пиролиза рисовой шелухи с использованием ZnO, исследованные Zhou et al. показали, что смешивание катализатора с различными количествами значительно улучшило качество биомасла с точки зрения содержания водорода, отношения H / C, более высокой теплотворной способности и снижения содержания карбоновой кислоты в биомасле [17]. Таким образом, для проектирования крупных установок пиролиза необходимы эффективные и гомогенные системы перемешивания.

3.2. Металлооксидные катализаторы

Металлооксидные катализаторы были тщательно изучены в литературе с использованием различных видов биомассы с точки зрения их влияния на качество и количество продуктов пиролиза. Известно, что оксиды металлов, как и любые катализаторы, влияют на температуру разложения. Соответственно, в термогравиметрическом исследовании, проведенном Chattopadhyay et al. с использованием Cu / Al 2 O 3 в качестве катализатора было отмечено, что глинозем на носителе с переходным металлом оказал сильное влияние на снижение температуры удаления летучих компонентов [15].Забети и соавт. нанесенный аморфный кремнезем-глинозем (ASA), поддерживаемый щелочными или щелочноземельными металлами при пиролизе соснового леса. Максимальное био-масло было получено с неподдерживаемым аморфным кремнеземом-глиноземом со значением 42,4 мас.%. Тем не менее, фракция с Cs / ASA показала лучшие показатели в отношении элиминации кислорода в ароматических углеводородах, таким образом увеличивая теплотворную способность биомасла [20]. Ван и соавт. [68] исследовали каталитическое влияние на пиролиз лигноцеллюлозной биомассы с использованием катализаторов, включая NiMo / Al 2 O 3 , CoMo / Al 2 O 3 , CoMo-S / Al 2 O 3 , активированный глинозем и пористый кремнезем.Чтобы увеличить производство промежуточных продуктов пиролиза (бензол, толуол, ксилол, нафталин), было высказано предположение, что CoMo-S / Al 2 O 3 является наиболее благоприятным среди всех. Тем не менее, NiMo / Al 2 O 3 дал самый высокий выход CH 4 со значением 51,82%. Shadangi и Mohanty [69] исследовали CaO и Al 2 O 3 при пиролизе Hyoscyamus niger L. и подтвердили, что в соответствии с другими исследованиями, упомянутыми выше, добавление катализаторов в процесс пиролиза значительно уменьшило выход био-масла, однако устранены кислородсодержащие группы, присутствующие в биомасле, что улучшает его качество топлива.Айсу и Кючук исследовали пиролиз восточного гигантского укропа ( Ferula orientalis L. ), сравнивая действие катализаторов ZnO и Al 2 O 3 [35]. Было обнаружено, что Al 2 O 3 со значением 79,94% является более эффективным, чем ZnO, с точки зрения конверсии биомассы. Однако влияние катализатора на выход биомасла отличалось друг от друга. ZnO увеличивал выход биомасла с увеличением отношения катализатора к биомассе, тогда как выход биомасла уменьшался с увеличением добавления Al 2 O 3 .Это указывает на то, что Al 2 O 3 способствует газообразованию. В исследовании Yorgun и Şimşek активированный оксид алюминия использовался при пиролизе Miscanthus × giganteus , и было отмечено, что при высоких скоростях нагрева 60 мас.% Загрузки катализатора в биомассу эффективно для максимального производства жидкости с значение 51 мас.%. Было обнаружено, что содержание кислорода в биомасле выше, чем в некаталитическом биомасле [70]. Нгуен и соавт. исследовал пары пиролиза сосновой щепы свыше 20 мас.% Na 2 CO 3 / γ-Al 2 O 3 . Сообщалось, что выход жидкости был снижен, но катализатору было выгодно декарбоксилирование карбоновых кислот, что привело к значению рН 6,5, что свидетельствует о том, что катализатор на основе оксида алюминия на основе натрия эффективен для улучшения кислотности биомасла. Концентрация углеводородов была увеличена с 0,5 до 17,5%, что указывает на более высокую плотность энергии био-масла [36]. Чен и соавт. представил распределение газообразных продуктов пиролиза биомассы (рисовой соломы и опилок) при температуре 800 ° C с использованием различных оксидов металлов, таких как Cr 2 O 3 , MnO, FeO, Al 2 O 3 , CaO и CuO.Было отмечено, что за исключением CuO и Al 2 O 3 , все катализаторы заметно улучшили газообразование [56]. Чжоу и соавт. [17] исследовали пиролиз рисовой шелухи с добавлением ZnO. Результаты этого исследования показали, что ZnO ​​показал тенденцию к снижению выхода биомасла с увеличением отношения биомассы к катализатору. Однако ZnO ​​улучшил композиционное качество биомасла с точки зрения низкомолекулярных соединений, включая алканы, алкены, стирол и алкилфенолы (таким образом, увеличивая стабильность биомасла).Nokkosmaki et al. также исследовали тот же катализатор для конверсии паров пиролиза в сосновых опилках, и было показано, что вязкость каталитического биомасла снижается на 40% по сравнению с результатами некаталитического пиролиза [34]. Pütün et al. [37] показали, что использование MgO в качестве катализатора пиролиза семян хлопчатника в реакторе с неподвижным слоем улучшает качество биомасла за счет удаления кислородсодержащих соединений, повышения более высокой теплотворной способности и увеличения содержания ароматических веществ в биомасле.

3.3. Цеолитные катализаторы

Цеолиты, имеющие тетраэдрическую структуру и кислую природу, представляют собой трехмерные алюмосиликаты, связанные через атомы кислорода и поддерживаемые каналами и полостями, в результате чего пористая структура обладает исключительной каталитической активностью.Каждый тип этих тетраэдрических цеолитов с общим балансом заряда минус один имеет Si или Al в центре и атомы кислорода в углах структуры [71].

Цеолиты обладают следующими характеристиками: (1) растрескивание деоксигенированных соединений из-за селективности формы, (2) большая площадь поверхности, (3) различные размеры каналов и пор и (4) высокая адсорбционная способность [22, 72]. Физические свойства цеолитов зависят от условий синтеза, включая температуру, предшественники геля, структурообразующий агент [73].Размер пор и структура цеолитов имеют тенденцию влиять на состав продукта посредством нескольких реакций, ограничивающих образование углеводородов, больших, чем размер пор цеолитов. Это называется селективностью формы и является одним из наиболее важных факторов, отличающих цеолиты от других типов катализаторов. Селективность основана на том, могут ли ароматические вещества, полученные из паров пиролиза, проникать, образовываться и диффундировать из пор цеолита [22, 23]. Форма селективности цеолитов подробно обсуждается в разделе 3.3.1.1 демонстрация ZSM-5 как цеолитного типа.

Основная причина, по которой цеолиты обычно используются в пиролизе биомассы, заключается в том, что их различная кислотность и селективность по форме обеспечивают преимущество перед кремнеземно-глиноземными катализаторами аморфной структуры с точки зрения реакций ароматизации. Кислотность зависит от соотношения Si / Al в структуре цеолита и может быть вызвана кислотными центрами Бренстеда и Льюиса [22]. Кислотность влияет на каталитические реакции, обеспечивая повышенную крекирующую активность при уменьшении соотношения Si / Al [23].Следовательно, распределение кислотных центров в порах цеолитов имеет большое значение с точки зрения предотвращения коксообразования во внутренних порах цеолита. Низкое отношение Si / Al вызывает большее количество кислотных центров в непосредственной близости. По этой причине реакции коксообразования, которые превращают ароматические углеводороды в соединения кокса, будут увеличиваться. Следовательно, для цеолитов требуется оптимальная кислотность, если она используется в пиролизе биомассы [19].

Помимо распределения кислотных центров, структура пор отдельного цеолита играет важную роль для селективности продуктов и с точки зрения содержания ароматических веществ в биомасле.Поры цеолитов характеризуются размером кольца, определяющего пору, то есть n-числом кольца, которое называется числом атомов Si или Al в кольце [74]. Длина углеводородной цепи продуктов пиролиза, то есть распределение ароматических соединений по размерам, зависит от размера пор цеолита и площади внутренней поверхности пор. В целом, более крупные поры и площадь поверхности приводят к образованию углеводородов с длинной цепью. Микропористая площадь поверхности катализатора определяет выход газообразных продуктов пиролиза, тогда как макропористая площадь определяет выход жидкости [24, 37].В литературе изучен ряд цеолитов с различными размерами пор [39, 75, 76]. Y цеолит (фожазит), имеющий кубическую структуру с системой пор, состоящей из 12-членных кольцевых кольцевых каналов, имеет наибольший средний размер пор (7,4 Å) и внутреннее пространство пор (11,24 Å) [22, 23]. Такой относительно большой размер пор влияет на катализируемые реакции, приводя к меньшему контакту между поверхностью пор и парами пиролиза, тем самым приводя к меньшему растрескиванию оксигенатов, полученных из биомассы. Кроме того, прямые каналы с большим размером пор не обеспечивают селективность формы по сравнению с другими цеолитами, которые имеют меньшие и синусоидальные каналы, которые обеспечивают селективность формы [23].Несмотря на большой размер пор [73], бета-цеолит имеет тетрагональную кристаллическую структуру и имеет 12-членные прямые каналы, пересекаемые с 10-членными кольцевыми каналами, что делает его более эффективным для получения ароматических углеводородов, чем Y-цеолиты [23]. Ферриерит, как цеолит со средним размером пор, имеет ромбическую структуру с 8 и 10-членными каналами с внутренним пространством пор 6,31 Å [23, 73].

Из-за наличия двух параллельных каналов, связанных с 12-членными кольцами и 8-членными кольцами, морденит классифицируется как цеолит с крупными порами и имеет ромбическую структуру [22, 23, 73].ZSM-5, состоящий из ромбической структуры MFI, состоит из 10-членных прямых каналов, соединенных 10-членными синусоидальными каналами [71]. Общие физико-химические свойства цеолитов представлены в таблице 2.

феррьерит

ЧОК

Катализатор ZSM-5 морденит Бета-цеолит Y цеолит
ИЗА код ИТР МОР ВЕА FAU
система измерения порового 3 2 3 3 2
канал 10-10 12 –8 12–12 12–12 8–10
Размер пор (Å) 5.1 × 5,5 7,0 × 6,5 7,6 × 6,4 7,4 × 7,4 4,2 × 5,4
5,3 × 5,6 5,7 × 2,6 5,6 × 5,6 3,5 × 4,8 901 901 9 Внутреннее поровое пространство (Å) 5.2–5.5 4.2–6.7 6.1–6.68 11.24 6.31
Площадь поверхности BET (м 2 / г) 395.5

901.5 901 9 951 5 901 5 901 5 901 643,1 809.1 *

Таблица 2.

Физико-химические свойства наиболее часто используемых цеолитов [22, 72, 76, 77].

* Информация не доступна.

Цеолиты со средним и большим размером пор способствуют более быстрой диффузии реагента по сравнению с цеолитами с меньшим размером пор, что дает больше ароматических соединений в жидкой фракции продукта пиролиза. Однако цеолиты с большим размером пор производят меньше ароматических веществ, чем цеолиты со средним размером пор, потому что большие поры способствуют образованию кокса [22].Соответственно, недавнее исследование подтвердило, что ZSM-5 со средним размером пор и средней внутренней площадью пор способствует более высокой выработке ароматических соединений и снижению выхода кокса [19].

3.3.1. Цеолит ZSM-5

ZSM-5, как один из наиболее часто используемых цеолитов в пиролизе биомассы [23], состоит из пентасильных звеньев и имеет ромбическую структуру [74]. Состоящий из 10-членных прямых каналов, соединенных 10-членными синусоидальными каналами, ZSM-5 обладает значительно большей крекирующей активностью, чем другие цеолиты [23, 27].ZSM-5 широко используется в качестве катализатора в нефтяной промышленности благодаря своей селективности по форме, исключительному размеру пор со стерическим затруднением, термической стабильностью и кислотностью твердого вещества [78].

По сравнению с другими цеолитами, средний размер пор ZSM-5 затрудняет образование более крупных предшественников ароматического кокса внутри пор [79]. Исследования показали, что независимо от сырья использование ZSM-5 в пиролизе биомассы снижает содержание оксигенированных соединений в биомасле и одновременно увеличивает количество ароматических соединений [80–84].Дезоксигенирование оксигенированных органических соединений происходит внутри пор цеолита ZSM-5 с помощью таких реакций, как дегидратация, декарбоксилирование и декарбонилирование [27, 31, 32]. При более низких температурах кислород удаляется в форме H 2 O, тогда как в случае более высоких температур CO и CO 2 являются основными продуктами удаления кислорода [31]. Удаление кислорода, главным образом в виде СО и СО 2, является более предпочтительным, поскольку оно приводит к меньшему отложению углерода на цеолите и большему образованию водорода и, следовательно, к меньшему содержанию воды в биомасле [31].

3.3.1.1. Селективность формы ZSM-5

Явление селективности формы можно объяснить комбинированным эффектом молекулярного сита и каталитической реакции, которая происходит на внешних и внутренних кислотных участках цеолитов [85]. ZSM-5, имеющий пористую структуру, может быть использован для селективного по форме катализа при условии, что не только размер пор, но и размеры реагирующих и диффундирующих молекул подобны цеолитным порам [19]. Таким образом, влияние размера пор и стерических помех ZSM-5 на каталитические реакции должно быть исследовано, если цеолиты с лучшими характеристиками должны быть предназначены для конверсии биомассы [73].

Образование продуктов пиролиза с селективным катализом формы зависит от двух типов селективности: (1) селективность реагента и продукта и (2) селективность переходного состояния, которые описываются с их эффектами массопереноса и собственными химическими эффектами, соответственно [22, 73, 85]. Основная идея селективности реагента и продукта лежит в основе затрудненной диффузии реагентов и продуктов внутри пор цеолита. Конкретный размер пор ZSM-5 влияет на диффузию реагентов внутри пор, исключая порции с размерами, превышающими отверстия пор ZSM-5, тем самым препятствуя их достижению каталитически активных центров и, следовательно, позволяя каталитическому разложению только на внешних активных центрах [73, 85].Из-за геометрии пор ZSM-5 образование определенных продуктов ограничено, что влияет на химическую реакцию и, следовательно, вызывает селективную гомогенизацию продуктов пиролиза [85].

Селективность ZSM-5 была тщательно изучена, и чаще всего она вызывает селективность по ароматическим соединениям [49]. Михалчик и др. [23] изучали различные цеолиты для конверсии нескольких типов биомассы и компонентов биомассы. Согласно результатам этого исследования было установлено, что ZSM-5 способствует образованию p -ксилола в избытке для каждого случая пиролиза биомассы.В исследовании Foster et al. [19] HZSM-5 для превращения фурана продемонстрировал тенденцию к селективности в отношении ароматических соединений, обеспечивающую более высокий выход ароматических соединений в виде нафталина, имеющий самый высокий процент 30,4% от общего количества ароматических соединений. Fogassy и соавт. [86], исследуя селективность формы цеолитов к фрагментам лигнина, выявили, что большинство фенольных соединений, полученных в результате разложения лигнина, слишком велики для проникновения через поры цеолита, поэтому конверсия этих соединений происходит на внешних активных центрах.Как Ю. и соавт. [22] предположили, однако, что при более высоких температурах эффективный размер пор ZSM-5 увеличивается, что позволяет большему количеству молекул, чем размер пор ZSM-5, достигать внутренних каталитически активных центров. Jae et al. исследовали роль размера пор нескольких типов цеолитов в пиролизе глюкозы (используя кинетические диаметры для продуктов и реагентов как влияющие на параметры), чтобы определить, происходит ли каталитическая реакция внутри пор или на внешней поверхности [73]. Кинетический диаметр оценивали по свойствам в критической точке.Было обнаружено, что ZSM-5 позволял промежуточным продуктам и продуктам пиролиза (таким как бензол, толуол, инден, этилбензол, p -ксилены) диффундировать в поры благодаря их значительно меньшим кинетическим диаметрам, чем диаметр пор ZSM-5.

По мере повышения температуры до 600 ° C из-за теплового искажения такие соединения, как нафталин, который дает наивысший выход в ароматических соединениях, вероятно, будут образовываться как внутри пор, так и на поверхности. В соответствии с этим исследованием был сделан вывод, что, помимо размера пор, внутреннее пространство пор ZSM-5 влияет на каталитическую реакцию.Это говорит о том, что на конверсию биомассы с помощью ZSM-5 влияют ограничения переноса массы, а также эффекты переходного состояния [73].

3.3.1.2. Кислотность ZSM-5

Помимо селективности по форме, кислотность ZSM-5 играет важную роль для превращения оксигенатов в ароматические соединения. Общепринято, что кислотные центры Бренстеда являются активными центрами, которые превращают оксигенированные соединения в ароматические соединения, а не кислотные центры Льюиса. Растрескивание крупных кислородсодержащих соединений происходит в кислых центрах внешней поверхности ZSM-5, тогда как превращение более мелких в ароматические соединения происходит в кислотных центрах внутри пор [22, 87].Следовательно, необходимо исследовать количество как внешних, так и внутренних кислотных центров, чтобы разработать лучший процесс образования ароматических соединений. Как объяснил Ван Сантен, кислотные центры Бренстеда образуются в результате замены кремнезема, который имеет валентность четыре, на атом металла, чаще всего алюминий с валентностью три [88]. Таким образом, это делает кислотные сайты Бренстеда донорами протонов. Si и Al связаны с присоединенным к протону атомом кислорода, что приводит к химически более стабильной структуре [88, 89].С другой стороны, кислотные центры Льюиса являются акцепторами электронных пар, и природа этих сайтов связана с атомами алюминия, расположенными в каркасе [89, 90].

В дополнение к природе кислотных центров, молярное соотношение между SiO 2 и Al 2 O 3 в цеолитном каркасе также влияет на реакционную способность и рабочие характеристики ZSM-5. Оптимальное соотношение Si / Al необходимо для обеспечения высокой доступности кислотных центров Бренстеда для адекватной кислотности и поддержания расстояния между кислотными центрами для ограничения реакций коксообразования [19].При уменьшении отношения Si / Al (повышении кислотности ZSM-5) кислотные центры будут находиться в непосредственной близости друг от друга, что приведет к вторичным реакциям превращения ароматических соединений в частицы кокса [19]. Фостер и соавт. [19] исследовали влияние ZSM-5 с различным соотношением Si / Al на пиролиз глюкозы. Это исследование показало, что уменьшение отношения Si / Al способствовало образованию дополнительных кислотных центров для ZSM-5 с увеличением выхода кокса. В исследовании Carlson et al. [79] ZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 15) способствовал образованию кокса в основном на поверхности катализатора, давая наибольший выход 33% для кокса (где отношение катализатора к биомассе составляло 19 ).Было также указано, что образование кокса на внешних порах ZSM-5 не приводит к значительному снижению выхода ароматических соединений, но влияет на селективность по отношению к легким углеводородам, что приводит к более низким выходам для бензола и толуола, более высоким выходам для нафталина и индана.

3.4. Общее влияние катализаторов на биомасло

Известно, что катализаторы оказывают сильное влияние на пиролиз с точки зрения распределения продуктов, химической гомогенизации и увеличения выхода фракционного продукта, повышая качество продуктов пиролиза.Среди катализаторов цеолиты и оксиды металлов были в основном исследованы на предмет конверсии биомассы, и было обнаружено, что они эффективны для изменения состава биомасла за счет снижения содержания оксигенированных соединений с помощью реакций дезоксигенирования и повышения выхода ароматических соединений, в результате чего получается более гомогенная и стабильная органическая фракция. которые могут быть переведены на дизельное топливо [30, 39]. Для рассмотрения продуктов пиролиза, в частности биомасла, для стационарных применений топлива или выработки тепла / электричества, следует оценить свойства, включая кислотность, вязкость, стабильность и содержание ароматических веществ в биомасле [20].Следовательно, воздействие катализаторов на биомасло должно быть рассмотрено, как подробно описано ниже, для лучшего понимания конверсии биомассы.

3.4.1. Ароматический выход биомасла

Ароматическое содержание биомасла имеет большое значение с точки зрения производства дизельного топлива из сырья биомассы и отходов биомассы. Среди ароматических соединений количество бензола, толуола, этилбензола и ксилолов (компоненты BTEX) являются наиболее значимыми исходными материалами, которые следует учитывать для нефтехимической промышленности [68, 87].

Использование катализаторов увеличивает выход биомасла, а также содержание ароматических соединений в биомасле, что является хорошим показателем качества топлива. Ким и соавт. [87] изучили каталитический пиролиз остатков мандарина с высоким содержанием лигнина и обнаружили, что при использовании HZSM-5 с кислотностью 23 и 80 повышается выход моноароматических соединений с 3,4 до 36,0 и 41,0% соответственно. Из исследования Zheng et al. [76], изменение размера кристаллов ZSM-5 влияло на ароматический выход и селективность BTX, так что меньший размер кристаллов давал максимальный ароматический выход и самую низкую селективность BTX со значениями 38.4 и 36,3% соответственно. Однако больший размер кристаллов показал самый низкий ароматический выход и самую высокую селективность по BTX со значениями 31,1 и 42,6% соответственно. Таким образом, было обнаружено, что меньший размер кристаллов (200 нм) является оптимальным для высокого ароматического выхода.

Zhang et al. [83] сравнили поведение пиролиза осинового лигнина под действием H-Y и HZSM-5 катализатора. При соотношении катализатора к сырью 3: 1 производство ароматических соединений показало максимальное значение 23% при использовании HZSM-5 в качестве катализатора, где содержание кислорода в ароматических веществах уменьшилось до примерно 4%, а HHV фракции было оценено как приблизительно 46 МДж / кг, что ближе к бензину и дизелю.Было указано, что HZSM-5 более эффективен, чем H-Y, при преобразовании фенольных соединений в ароматические углеводороды [83] из-за его более высокой кислотности и меньшего размера пор по сравнению с HY [83]. Точно так же Pattiya et al. [75] исследовали ZSM-5 и два мезопористых материала, включая Al-MCM-41 и Al-MSU-F, чтобы исследовать быстрый пиролиз корневища маниоки. Было обнаружено, что из всех катализаторов, испытанных в исследовании, ZSM-5 давал самый высокий выход ароматических углеводородов в следующем порядке: толуол> бензол> 4,7-диметилиндан> p -этилстрирен> 5-метилиндан> ксилолы ,

Помимо цеолитов, влияние оксидов металлов на ароматизацию изучалось исследователями [7, 49, 91, 92]. Из результатов исследований Ateş и Işıkdağ [91], использование глинозема в качестве катализатора пиролиза кукурузного початка демонстрирует тенденцию, способствующую образованию 1,1,3,3-тетраметилиндана, бензола и 1-метил-4- (пенилметил). ) являясь наиболее значительными моноароматическими соединениями. Было обнаружено, что образование нафталина, 1- (2-пропенил) -, соединения ПАУ, увеличивается при умеренной температуре с использованием катализатора.Сметс и соавт. [93] сравнили различные катализаторы, включая HZSM-5, γ-Al 2 O 3 и Na 2 CO 3 . Карбонат натрия был наиболее эффективным катализатором для увеличения выхода ароматических соединений после HZSM-5. Ван и соавт. [92] также провели сравнительное исследование каталитической конверсии растительных остатков над оксидом алюминия, ZSM-5 и Al-SBA-15, где было обнаружено, что оксид алюминия дает самый высокий выход биологического масла. Таким образом, исследователи этого исследования исследовали влияние глинозема на ароматический выход в пересчете на толуол, этилбензол и p -ксилол и обнаружили, что процентное содержание ароматических фракций увеличилось с 8.От 02 до 10,93%.

3.4.2. Кислотность био-масла

Кислотность био-масла обусловлена ​​летучими кислотами, в основном карбоновыми кислотами, то есть муравьиной кислотой и уксусной кислотой [58]. Фенольные соединения также способствуют кислотности биомасла [20]. Определение кислотности в биомасле выполняется путем измерения значения pH или общего кислотного числа. Значение pH является индикатором для оценки коррозионной активности биомасла, в то время как общее кислотное число используется в качестве качественного показателя для использования биомасла при совместной переработке нефтеперерабатывающих установок, и оно относится к уровню кислотных компонентов в масло [58].

Исследования ясно показали, что органические кислоты восстанавливаются с помощью катализаторов [36], тем самым облегчая использование биомасла в топливе. Основной вопрос состоит в том, чтобы найти наиболее подходящее соответствие между катализатором и биомассой, принимая во внимание условия процесса для систем пиролиза, чтобы заменить биомасло эквивалентами ископаемого топлива (такими как дизельное топливо и бензин).

Zabeti et al. [20] исследовали глинозем аморфного оксида кремния, модифицированный щелочными или щелочноземельными металлами, такими как Na, K, Cs, Mg и Ca.Был сделан вывод, что из всех катализаторов, протестированных в исследовании, K / ASA был наиболее эффективным катализатором для снижения содержания карбоновых кислот и карбонилзамещенных фенолов в биомасле. Чжоу и соавт. [17] исследовали влияние ZnO на физико-химические свойства био-масла рисовой шелухи. Значение рН каталитического биомасла было зарегистрировано как 4,35, тогда как некаталитическое био-масло имело 4,15 значения рН. Таким образом, это указывало на влияние катализатора ZnO на восстановление кислотных соединений в биомасле. Абу Бакар и Титилоэ [32] изучали пиролиз рисовой шелухи на различных катализаторах, включая ZSM-5, Al-MCM-41, Al-MSU-F и (Брунейскую золу рисовой шелухи) BRHA.Было показано, что катализаторы снижают кислотное число с 55 мг / КОН до 39–47 мг / КОН, причем ZSM-5 и BRHA имеют самое низкое значение. Кроме того, значение pH био-масла каталитической рисовой шелухи было зафиксировано в диапазоне 2,7–3,0. Большинство кислых соединений представляли собой карбоновые кислоты, так как уксусная кислота имела самый высокий процент. Манте и Агблевор [33] изучали HZSM-5 в качестве дезоксигенирующего катализатора для превращения гибридной древесины тополя в биосинкрудированное масло. Как указано в исследовании, значение рН легкого биосинкрудированного масла, содержащего в основном ароматические углеводороды, было увеличено с 2.От 60 до 4,05 из-за HZSM-5.

3.4.3. Вязкость биомасла

Высокая вязкость биомасла по сравнению с обычным топливом является одним из недостатков его использования в топливной промышленности. Что наиболее важно, в случае биомасла, использующего двигатели внутреннего сгорания, высокая вязкость увеличивает размер капель из форсунки, тем самым влияя на воспламенение капель [94]. Следовательно, снижение вязкости биомасла для улучшения свойств топлива является существенным. Исследования показали, что использование катализаторов улучшает топливные свойства биомасла за счет снижения вязкости [53, 95].

Azargohar et al. проводились эксперименты по некаталитическому пиролизу для нескольких отходов биомассы, и было замечено, что вязкость биомасла в диапазоне от 63 до 418 сП была намного выше, чем у сырой нефти (~ 23 сП), что требовало дальнейшей модернизации , Также было обнаружено, что причина высокой вязкости в основном связана с производными лигнина углеводородов с большой молекулярной массой [96]. Однако в исследовании Fan et al. при пиролизе соломы рапса над нанокристаллическим HZSM-5 динамическая вязкость составляла 5.12 мм 2 с -1 , что находилось между принятыми пределами для дизельного топлива, как указано в исследовании [95]. Mante et al. исследовали гибридный пиролиз древесины тополя с аддитивным действием катализатора FCC на основе Y-цеолита к ZSM-5. Было обнаружено, что катализатор FCC / ZSM-5 более эффективен, чем чистый ZSM-5, в снижении вязкости образцов биомасла, что указывает на синергетический эффект гибридного катализатора, а также указывает на то, что углеводороды с более низким весом объясняются наличием катализатора [ 53].Манте и Агблевор [33] изучали гибридный пиролиз древесины тополя с добавлением ZSM-5. Они классифицировали жидкую фракцию продукта пиролиза как масло LBS (с низким содержанием биосинкрудера), содержащее в основном ароматические углеводороды, и масло HBS (с высоким содержанием биосинкрудена), которое состоит в основном из фенолов, метилзамещенных фенолов, нафталинов, бензолдиолов и нафталенолов. Вязкость масла LBS, которая была значительно ниже, чем у некаталитического биомасла (285 сСт), составила 4,90 сСт. Предполагалось, что более низкая вязкость объясняется каталитическим крекингом левоглюкозана и деполимеризацией продуктов, полученных из лигнина [33].Shadangy и Mohanty провели несколько исследований с использованием различных видов биомассы на основе CaO, каолина и Al 2 O 3 [69, 97, 98]. Независимо от типа биомассы было обнаружено, что CaO дает биомасло с более низкой вязкостью, чем у некаталитического биомасла по сравнению с другими катализаторами, использованными для их исследований. Вязкость биомасла, полученного с использованием CaO, составляла 0,019629 Па · с [98] и 9,007 сП [69], что указывает на то, что использование катализатора способствовало снижению вязкости примерно на 62 и 74,5% соответственно.Абу Бакар и Титилоэ изучали ZSM-5, Al-MCM-41, Al-MSU-F и BRHA (зола рисовой шелухи Брунея) для превращения рисовой шелухи в биомасло, а вязкость биомасел была, как указано 1,55, 1,65, 1,49 и 1,57 сСт соответственно. Все катализаторы, использованные в исследовании, снизили вязкость примерно на 1,7–11,3% и немного увеличили содержание воды, что указывает на то, что катализаторы способствовали реакции дегидратации [32].

3.4.4. Стабильность био-масла

Био-масло не так химически или термически устойчиво, как ископаемое топливо из-за высокого содержания в нем кислородсодержащих соединений [94].Сообщается, что при температуре выше 40 ° C или в условиях длительного хранения вязкость биомасла увеличивается из-за химических реакций между такими компонентами, как кетоны и альдегиды, что приводит к образованию соединений с высокой молекулярной массой [20]. Таким образом, ожидается, что биомасло с более низким содержанием карбонильных групп будет более стабильным. Использование катализаторов для облегчения транспортировки и хранения биомасла приводит к усилению реакций крекинга тяжелых молекул, а также к удалению кислородсодержащих соединений, что приводит к производству биомасла с высокой стабильностью [99].Не существует стандартного метода определения стабильности биомасла; однако исследователи разработали несколько методов [100–102].

В исследовании Zabeti et al., Где было обнаружено, что Cs / ASA является наиболее эффективным катализатором для удаления кислородсодержащих соединений и увеличения ароматического выхода по сравнению со всеми катализаторами, протестированными в исследовании. Результаты эксклюзионной хроматографии по размеру (SEC) показали, что молекулярная масса биомасла после старения смещается в области с более высокой массой [20]. Mante и Agblevor провели тест на стабильность каталитических биомасел (масла с низким и высоким содержанием биосинкрудера), полученных из древесины тополя гибрида.Испытания на стабильность и старение проводили в гравитационной печи при 90 ° С в течение 24 часов. Кроме того, были также измерены вязкости образцов биомасла, хранившихся при 40 ° С в течение более 10 месяцев, и было обнаружено, что изменение вязкости составляет 5% для масла с низким содержанием биосинкрудера и 27,9% для масла с высоким содержанием биосинкрудера. Был сделан вывод о том, что каталитические биомасла являются термически стабильными и могут храниться при комнатной температуре более 10 месяцев без какого-либо значительного увеличения вязкости [33]. Nokkosmaki et al. изучал пиролиз опилок сосны с добавлением ZnO в качестве катализатора.Испытание на стабильность проводили при 80 ° С в течение 24 ч и показали, что вязкость изменяли с использованием ZnO. Изменение вязкости составило 55%, что было значительно ниже, чем у некаталитического биомасла (129%) [34]. Думан и соавт. исследовали влияние добавления метанола на стабильность биомасла, полученного из жмыха сафлорового масла с использованием FCC в качестве катализатора. Добавление метанола снижало вязкость. Вязкость была намного ниже при более высоких температурах, что указывает на более стабильное биомасло. После испытания на старение при 40 ° С в течение 168 ч вязкость увеличилась на 46.63 и 21,08% в случае сырого био-масла и био-масла с поправкой на метанол соответственно [57].

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о