Taloudellisten polttoaineiden käytön tarve on ollut maailmassa kauan odotettu. Esimerkiksi pyrolyysikaasua käytetään jo nykyään laaj alti Euroopassa. Kaikenlaiset keittiökalusteet, lämmitysjärjestelmät ja jopa autot voivat toimia sellaisella polttoaineella.
Määritelmä
Itse asiassa "pyrolyysin" käsitteellä kemistit ymmärtävät aineen hajoamisen molekyylitasolla korkean lämpötilan vaikutuksesta, yleensä ilman poissa ollessa. Monimutkaiset yhdisteet hajoavat tällaisissa olosuhteissa yksinkertaisemmiksi. Tällöin väliaineeseen muodostuu monenlaisia uusia elementtejä. Pohjimmiltaan pyrolyysi on siis perinteinen kuivatislausprosessi.
Kaasu polttopuista
Kun polttoainetta poltetaan korkeissa lämpötiloissa hapettomassa ympäristössä, muodostuu seuraavia palamistuotteita:
- pyrolyysikaasu;
- pyrolyysihartsi (nestemäinen tuote).
Listan ensimmäisellä tuotteella on muun muassa se ominaisuus, joka voi muodostua myös polttoaineen palaessa happiympäristössä. Tässä tapauksessa kaasua voidaan kuitenkin saada vain, jos polttoainetta poltetaan vähintään 500 °C:n lämpötilassa.
Mitä tuotteita voi käyttää
Kotien pyrolyysikattilat voivat toimia tavallisella puulla tai erikoiskuormalavoilla, esimerkiksi sahanpurusta tai puristetuista puulastuista. Myös erilaiset kotitalous- ja teollisuusjätteet voidaan pyrolysoida. Sitä poltetaan samalla tavalla, esimerkiksi kumia, vanhoja autonrenkaita, muovia, vanhoja esineitä jne. Tässä tapauksessa pyrolyysi mahdollistaa paitsi tietyn määrän lämpöä, myös ympäristön pitämisen puhtaana. Loppujen lopuksi, kuten tiedät, muovi ei hajoa maassa pitkään. Erilaiset öljypitoiset materiaalit saastuttavat sekä itse maaperän että vesistöjä.
Voidaan myös polttaa samalla tavalla:
- paperi, pahvi, tekstiilit;
- metaani;
- hiilivedyt;
- turve;
- hyödykepuu (mukaan lukien kemiallisesti kyllästetty puu);
- oljet, lehdet, pähkinänkuoret, rikkakasvit.
Lisäksi maalijäämät, öljyt jne. voidaan kierrättää pyrolyysireaktion kautta. Tämä auttaa myös pitämään ympäristön puhtaana.
Koostumus
Muodoksena oleva pyrolyysikaasu sisältää muun muassa paljon hiukkasia, yleensä noen muodossa. Se sisältää myös erilaisia kemiallisia komponentteja, esimerkiksi vetyä. Kuitenkin tärkeinpyrolyysikaasun koostumus on edelleen seuraava:
- haihtuvat hiilivedyt;
- hiilimonoksidi.
Hyvin vaarallinen ihmisten terveydelle ja jopa hengelle, hiilidioksidia muodostuu tällaisessa reaktiossa puuhiilen epätäydellisen palamisen vuoksi.
Pyrolyysityypit
Tällä hetkellä tällaisia reaktioita on vain kaksi päätyyppiä. Pyrolyysi voi olla:
- kuiva;
- hapettava.
Ensimmäisen tyyppiset reaktiot puolestaan jakautuvat:
- matala lämpötila;
- korkea lämpötila.
Kuinka kaasua syntyy: oksidatiivinen pyrolyysi
Tätä reaktiota kutsutaan tällä hetkellä ympäristöystävällisimmäksi ja tuottavimmaksi. Pyrolyysi tapahtuu tässä tapauksessa erittäin korkeissa lämpötiloissa. Esimerkiksi kun metaania poltetaan tällä tavalla, siihen sekoittuu tietty prosenttiosuus happea. Osittaisen palamisen yhteydessä aine vapauttaa tässä tapauksessa v altavan määrän energiaa. Tämän seurauksena seoksen jäännökset kuumennetaan 16000 °C:n lämpötilaan.
Oksidatiivisen pyrolyysin reaktiota käytetään pääasiassa erilaisten öljyä sisältävien teollisuusmateriaalien sekä muovin ja kumin polttamiseen. Kaasu voi tässä tapauksessa mennä vaikkapa itse jätehuoltoyrityksen myymälöiden lämmitykseen.
Kuivapyrolyysi
Tämä reaktio tapahtuu ilman hapen osallistumista ja, kuten jo mainittiin, vuorostaan voi olla matala tai korkea lämpötila. Ensimmäisessä tapauksessapolttoaine kuumennetaan maksimilämpötilaan - jopa 1000 ° C, toisessa - yli 1000 ° C. Itse suuren pyrolyysikaasumäärän saamiseksi käytetään pääasiassa korkean lämpötilan reaktioita.
Kun polttoainetta poltetaan ympäristössä, jonka lämpötila on enintään 800 °C, saadaan melko paljon kaasua, jonka lämpöarvo on alhainen. Myös tässä tapauksessa jää jäljelle melko pieni määrä koksia ja nestemäisiä hartseja.
Sopivin on saada pyrolyysikaasua lämpötilassa 900–1000 °C. Tässä tapauksessa sen tuotannosta on jo enimmäisprosentti. Tässä tapauksessa tällä tavalla saadulla kaasulla on vähimmäislämpöarvo. Tällaista tuotetta pidetään muun muassa korkealaatuisena polttoaineena, joka soveltuu pitkien matkojen kuljettamiseen.
Kun polttoainetta poltetaan 450 - 500 °C:n lämpötiloissa, tuotto on erittäin alhainen sekä kiinteiden jäämien että kaasun os alta. Jälkimmäinen ei kuitenkaan ole korkealaatuista, koska sillä on suurin lämpöarvo.
Missä kaasua voidaan käyttää
Pyrolyysiprosessi mahdollistaa siten erilaisten tilojen lämmittämisen pienimmällä polttoainehäviöllä. Lisäksi tätä reaktiota käyttämällä ympäristö pidetään puhtaana. Mutta missä voidaan käyttää polttoaineen palaessa hapettomassa ympäristössä muodostuvaa pyrolyysikaasua?
Tätä palamistuotetta pidetään nykyään maailmanlaajuisesti ensisijaisesti vaihtoehtoisena taloudellisena lämpöenergian lähteenä. Joissakin Euroopan maissa pyrolyysikaasu on ollut yleistä pitkäänpolttoaine, jota käyttävät laitteet, jotka lämmittävät vettä (lämmitys- ja lämminvesijärjestelmiin), sähköä, höyryä.
Kattilat
Ihmiset ovat muinaisista ajoista lähtien lämmittäneet kotejaan perinteisillä puu- ja kivikiukailla. Myöhemmin taloja alettiin varustaa nykyaikaisilla kiinteän polttoaineen kattiloilla, jotka toimivat samalla polttoaineella. Tällaisia yksiköitä käytetään meidän aikanamme kotien lämmittämiseen. Ne ovat edullisia ja niiden asentamiseen ei tarvita eri tilanteissa lupia. Perinteisillä kiinteän polttoaineen kattiloilla on kuitenkin yksi melko vakava haittapuoli. Ne kuluttavat polttoainetta erittäin epätaloudellisesti. Tällaisten yksiköiden kammioihin jää paljon palamisjäämiä. Lisäksi osa tällaisten laitteiden tuottamasta lämmöstä yksinkertaisesti lentää "piippua alas" savun mukana.
Insinöörit, jotka päättivät korjata tämän kiinteän polttoaineen kattiloiden miinuksen ja lopulta keksivät pyrolyysilämmitysyksiköitä, jotka ovat taloudellisia ja helppokäyttöisiä. Tällaisissa kattiloissa on muun muassa lisäkammioita, joissa pyrolyysikaasun jälkipoltto tapahtuu.
Reaktio tämän lajikkeen aggregaateissa etenee voimakkaalla hapen puutteella (15 %). Puu tai mikä tahansa muu polttoaine tämäntyyppisissä laitteissa hajoaa kaasuiksi ja pieneksi määräksi epäorgaanisia jäämiä. Pyrolyysikaasujen palamislämpötila jälkipolttimessa voi olla jopa 110-1200 °C.
Missä muualla käytetään kaasua
Yleisimmin käytetty pyrolyysi, joka on siksi saatu lämmitys- ja vedenlämmitysjärjestelmissä. Myös tätä reaktiota käytetään laaj alti:
- jalostusteollisuudessa;
- kemiassa;
- desinfioinnin yhteydessä.
Joskus pyrolyysikaasua käytetään nykyään myös erilaisten laitteiden tai, kuten jo mainittiin, autojen polttoaineena.
Kaasuntuotantolaitokset
Tällaisilla laitteilla valmistetaan korkealaatuista pyrolyysipolttoainetta, joka voi joissain tapauksissa korvata esimerkiksi perinteisen maakaasun. Tällaiset asennukset ovat hermeettisiä uuneja, joissa on säädettävä ilmansyöttö. Tämän tyyppisten laitteiden savupiippu voi olla tukossa.
Hanki pyrolyysikaasua tällaisiin asennuksiin seuraavasti:
- Pako ilmaa uuniin pumpun läpi.
- Kun laitteiston sisältö on lämmitetty tiettyyn lämpötilaan, ilmansyöttö pysähtyy.
- Laitteesta tuleva tiheä musta savu puhdistetaan noesta sykloneilla.
- Poista vesihöyry pyrolyysikaasusta sen palamislämpötilan nostamiseksi (johdetaan jäähdyttimen läpi).
- Kaasu syötetään hienosuodattimeen, jonka rakenne sisältää vesisäiliön, sähköstaattisen asennuksen ja pahvikasetit.
Pyrolyysikaasujen puhdistus ennen niiden käyttöä teollisuudessa ja joskus jokapäiväisessä elämässä on suoritettava virheetöntä. Kiinteät hiukkaset ja kaikenlaiset kemialliset epäpuhtaudet voivat vahingoittaa laitteita,toimii tällä polttoaineella. Lisäksi esimerkiksi pyrolyysikaasua voidaan pumpata sylinteriin.
Kaasugeneraattorin polttoaineen käyttö kotona
Tällaisia asennuksia käytetään useimmiten tietysti tuotannossa. Mutta joskus niitä ostetaan yksityiskoteihin. Pyrolyysikaasun hankkiminen kotiin on suhteellisen yksinkertainen asia. Jotkut käsityöläiset tekevät usein jopa kaasugeneraattoreita omin käsin.
Kotitalousasennuksista saatua kaasua voidaan käyttää eri tarkoituksiin. Hyvin usein esimerkiksi yksityiset kauppiaat yhdistävät tavalliset uunit kaasugeneraattoreihin. Pyrolyysikaasun palaminen ei ole yhtä voimakasta kuin maakaasu. Kiukaa on kuitenkin edelleen varsin kätevä käyttää aiottuun tarkoitukseen.
Myös esimerkiksi autogeeninen generaattori on usein kytkettynä kaasugeneraattoreihin jokapäiväisessä elämässä. Kun happea syötetään maakaasulla, liekin lämpötila tällaisissa laitteissa saavuttaa 2000 °C.
Kuten jo mainittiin, kotona pyrolyysikaasua voidaan käyttää myös auton polttoaineena. Tällaista sovellusta varten koneen moottoria tarvitsee muuttaa vain hieman. Samanaikaisesti sekä bensiini- että dieselmoottorit voivat toimia sellaisella polttoaineella. Tällaista kaasua käytetään kotona, usein generaattoreissa.
Sovellusominaisuudet
Pyrolyysikaasulla on siis hieman alhaisempi lämmönsiirtoaste kuin luonnollisella tai nesteytetyllä. Siksi erilaisten lämmitys- ja lämmityslaitteiden oikeaan toimintaankeittiökalusteet, sitä käytettäessä oikeaa, tehokkaampaa palamista varten on tarpeen lisätä sen syöttöä.
Keittiökalusteisiin voidaan porata suuttimia esimerkiksi tätä varten. Pyrolyysikaasuuuni toimii tässä tapauksessa samalla tavalla kuin maakaasulla. Eli polttoaineen palamisintensiteetti on sama. Myös erilaisten laitteiden siirtämiseksi toisen tyyppiseen kaasuun sen laiteohjelmistoa muutetaan usein. Tällaisella polttoaineella toimivissa ajoneuvoissa polttoainejärjestelmä vaihdetaan kokonaan.
Puunpolttokoneet
Neuvostoliitossa 1920-luvun alussa kaasugeneraattoriautoja käytettiin erittäin laajasti. Noina vuosina suoritimme jopa kilpailutestejä tällaisille autoille maassamme.
Neuvostoliitossamme ensimmäisen kaasugeneraattorimoottorin autoon asensi professori V. S. Naumov vuonna 1927. Vuonna 1928 Tieteellinen auto- ja traktoriinstituutti alkoi suunnitella tällaisia autoja Venäjällä. Tämän laitoksen asiantuntijat suorittivat sitten kokeita ulkomaisilla koneilla "Imbert-Dietrich" ja "Pip".
Ensimmäinen maassamme rakennettu NATI-1-kaasugeneraattori toimi tavallisella puulla. Vuonna 1932 luotiin myös NATI-3-asennus, joka oli suunniteltu moottoriveneelle. Samaan aikaan Venäjälle ilmestyi ensimmäinen auton kaasugeneraattori, joka luotiin Avtodor-yhteiskunnan tuella. Se sai nimen "Avtodor-1". Jo myöhemmin Neuvostoliitossa kehitettiin useita tämän tyyppisiä edistyneempiä asennuksia. Niiden pyrolyysikaasun koostumuskäyttö oli todella laadukasta. Tällä polttoaineella toimivat ajoneuvot ovat tunnettuja luotettavuudestaan, erinomaisesta suorituskyvystään ja pitkästä käyttöikistään.
Toisen maailmansodan aikana kaasugeneraattorikuorma-autoja ZIS-5 ja GAZ-AA käytettiin aktiivisesti edessä ja takana Neuvostoliitossa. Sodan loppuun mennessä maassa oli jo käytössä noin 200 tuhatta pyrolyysikaasumoottorilla varustettua autoa.
Tietenkin tällaisten polttoaineiden käyttö johtui ensisijaisesti öljytuotteiden puutteesta maassa tuolloin. Ei kuitenkaan pidä ajatella, että pyrolyysikaasua käytettiin vain v altion budjettivajeen vuoksi. Tällaista polttoainetta pidettiin noina päivinä melko tehokkaana ja lupaavana, ja sitä käytettiin paitsi Venäjällä. Esimerkiksi viime vuosisadan 20-30-luvulla pyrolyysiajoneuvot yleistyivät muun muassa Ranskassa, Saksassa, Isossa-Britanniassa, Suomessa ja Ruotsissa. Myös tällaisilla kaasuilla toimivia koneita käytettiin laaj alti joissakin Aasian maissa. Esimerkiksi tämän tyyppisiä autoja ajettiin menestyksekkäästi tuolloin Kiinassa, Japanissa ja Intiassa.
Historiallista taustaa
Puun pyrolyysi on yksi ensimmäisistä kemiallisista prosesseista, jota ihmiset alkoivat käyttää aktiivisesti. Esimerkiksi Venäjällä tällaista reaktiota käytettiin laaj alti jo 1100-luvulla mäntyhartsin valmistukseen. Jälkimmäistä käytettiin edelleen köysien kyllästämiseen sekä joki- ja merialusten käsittelyyn. Teollisessa mittakaavassa ruotsalaiset käyttivät ensimmäisiä pyrolyysiä puun kyllästämiseen. Tässä maassa on myös tällainen reaktiokäytetään kyllästyshartsin valmistukseen.
1900-luvun alussa Venäjälle perustettiin eräitä maailman parhaista puupyrolyysikouluista. Tämä johtui tietysti ensisijaisesti siitä, että maamme alueella kasvaa monia metsiä. Ennen maakaasun käyttöä meillä Venäjällä oli moniin yrityksiin asennettu tehokkaita kaasuntuotantolaitteita. Tällaisia asennuksia käytettiin pitkään ennen maakaasukäyttöisten laitteistojen tuloa.
Tietenkin myöhemmin tällaiset laitteet julistettiin vanhentuneiksi. Kaasugeneraattorit poistettiin tehtailta. Ja tähän asti valitettavasti pyrolyysi vaihtoehtoisena taloudellisena polttoaineena, toisin kuin Euroopan maissa, ei ole yleistynyt Venäjän federaatiossa. Tämän tyyppinen polttoaine Venäjällä tunnustetaan kuitenkin tällä hetkellä varsin lupaaviksi. Siksi on mahdollista, että lähitulevaisuudessa pyrolyysikaasua käytetään maassamme paljon laajemmin. Loppujen lopuksi tällaisen polttoaineen käyttö mahdollistaa paitsi rahan säästämisen myös ympäristön säästämisen.
