Fenomena pirolisis selalu menyertai pembakaran bahan bakar padat di tungku pemanas dan boiler. Skala proses tergantung pada dua faktor - mode pembakaran dan desain pembangkit listrik panas rumah. Kami menawarkan tampilan terperinci pada pirolisis kayu atau batubara, opsi untuk penggunaannya dalam kondisi industri dan domestik. Tujuannya adalah untuk menghilangkan mitos yang ditemukan oleh penjual dan produsen peralatan mahal "pirolisis" yang dirancang untuk memanaskan rumah pribadi.
Apa itu pirolisis - deskripsi proses
Secara teoritis, setiap zat termasuk senyawa karbon dengan hidrogen dapat dibakar, misalnya:
- batu bara;
- gas alam (metana, propana dan sebagainya);
- biomassa - segar, kering;
- produk kayu, selulosa, kayu biasa;
- berbagai jenis plastik;
- karet dari karet alam atau buatan;
- minyak, turunannya;
- limbah yang mengandung karbon lainnya.
Di pintu keluar, dapatkan energi panas dalam jumlah tertentu, tergantung pada kadar air awal dari massa yang terbakar. Untuk menjelaskan prosesnya, kami menggunakan rumus kimia:
Pembakaran adalah reaksi oksidasi cepat. Dalam kondisi ideal, setiap atom karbon bergabung dengan dua partikel oksigen, dan 2 atom hidrogen berinteraksi dengan 1 partikel oksigen. Akibatnya, senyawa yang tidak berbahaya terbentuk - karbon dioksida CO2 dan air. Yang terakhir menguap ketika dipanaskan, menghilangkan bagian dari panas yang dilepaskan.
Poin penting. Dalam kondisi nyata, tidak semua atom hidrogen dan karbon menemukan pasangan karena kekurangan molekul oksigen. Oleh karena itu, komposisi produk pembakaran meliputi sebagian kecil senyawa yang mudah terbakar yang berbahaya - karbon monoksida (CO), hidrogen bebas (N2) dan karbon dalam bentuk jelaga.
Pirolisis adalah reaksi dekomposisi suatu zat yang terjadi ketika dipanaskan dan kekurangan oksigen bebas. Prinsip yang ditunjukkan digunakan dalam unit pembangkit gas:
- Bahan bakar (khususnya, kayu) ditempatkan di dalam bejana logam tertutup - reaktor.
- Kapasitas dipanaskan secara eksternal hingga 500 ... 900 derajat, melalui bukaan khusus - tuyeres sejumlah meteran udara disuplai.
- Di bawah pengaruh suhu tinggi, zat tersebut terurai menjadi 3 komponen utama - karbon monoksida (CO), hidrogen (N2) dan residu karbon padat atau cair. Sejumlah kecil karbon dioksida dan uap air terbentuk secara paralel.
- Produk yang mudah menguap membentuk gas pirolisis - campuran hidrogen dan karbon monoksida yang mudah terbakar, meninggalkan tangki melalui pipa terpisah. Bahan bakar gas yang dilepaskan dibersihkan, didinginkan, dan kemudian dipompa ke dalam tangki.
Referensi. Dalam kondisi produksi, gas sintesis yang dihasilkan dikirim untuk memanaskan kapasitas yang sama dari generator gas.
Pembakaran dan pirolisis adalah 2 proses berbeda yang dapat terjadi secara bersamaan. Contoh: selama pembakaran kayu bakar yang intens, sejumlah kecil karbon monoksida, CO yang tidak berbahaya, terbentuk dalam tungku boiler2 jauh lebih besar. Dan sebaliknya, dalam rezim pembakaran kayu bakar, banyak hidrogen dan asap dilepaskan, bagian yang berhasil berubah menjadi CO2 - teroksidasi. Artinya, semuanya tergantung pada jumlah oksigen yang terlibat dalam reaksi.
Efek kelembaban tinggi
Kadar air yang tinggi dalam bahan awal sama-sama mempengaruhi reaksi pembakaran dan pirolisis. Perhatikan proses pembakaran kayu sebagai contoh:
- Saat terbakar, energi yang dikeluarkan dihabiskan untuk menguapkan air yang terkandung dalam kayu. Jumlah panas di outlet berkurang secara signifikan, bahan bakar terbuang sia-sia.
- Kelembaban sangat memperlambat dekomposisi termal suatu zat.Air yang diuapkan mengambil bagian dari panas yang dihabiskan untuk pemanasan, suhu yang dibutuhkan (minimum 500 ° C) tidak tercapai. Pirolisis kayu yang mengandung lebih dari 50% kelembaban hampir tidak mungkin.
Indikator kelembaban terbaik untuk membuahkan hasil atau dekomposisi kayu dalam generator gas adalah 8 ... 15%. Di rumah, tidak realistis untuk mencapai indikator seperti itu, pengeringan kayu bakar yang berkepanjangan di bawah kanopi memungkinkan Anda untuk mencapai kadar air 20-25%.
Referensi. Dalam pembuatan pelet dan briket bahan bakar di pabrik, serbuk gergaji dikeringkan dengan indikator 8-10%. Kelembaban maksimum dari butiran jadi adalah 15%.
Mengapa menggunakan dekomposisi termal
Ruang lingkup proses pirolitik cukup luas:
- Produksi propilena dan etilena untuk industri kimia dengan mengolah bahan baku hidrokarbon cair (minyak).
- Memperoleh arang dengan metode dekomposisi bebas limbah kayu.
- Proses yang sama, tetapi dengan pasokan udara terbatas, memungkinkan pembentukan gas sintesis yang mudah terbakar dari pohon - campuran metana, hidrogen, karbon monoksida, dan nitrogen netral.
- Pirolisis batubara - coklat dan batu - seluruh area pemrosesan. Senyawa yang dihasilkan adalah bensin sintetis, kokas, amonia, tar batubara. Toluena, benzena, naftalena, dan berbagai fenol yang digunakan dalam industri kimia ditambang dari yang terakhir.
- Perkembangan baru - pemanfaatan komersial limbah padat kota, ban mobil, plastik, organik.
Catatan. Metode yang paling terkenal untuk menggunakan reaksi pirolitik tercantum di sini. Pada kenyataannya, ada banyak lagi kasus penggunaan. Wikipedia mengklaim bahwa proses pirolisis tidak sepenuhnya dipahami, banyak proyek sedang dikembangkan.
Untuk dekomposisi termal, tungku pirolisis dan berbagai reaktor digunakan dalam industri. Diagram di atas menunjukkan generator gas yang mengolah limbah kayu dan serbuk gergaji menjadi bahan bakar gas. Peran utama di sini dimainkan oleh reaktor distilasi kering langsung, di mana bahan baku yang disiapkan diproses menjadi gas sintesis dengan pembakaran lambat.
Nuansa yang penting. Sebelum dimasukkan ke dalam tungku pirolisis atau generator gas, kayu selalu dihancurkan dan dikeringkan hingga kadar air 10% atau kurang.
Dalam kimia industri, teknologi pirolisis cepat juga digunakan, ketika reaktor dipanaskan hingga suhu 700 ... 900 ° C untuk waktu yang singkat. Tujuannya adalah untuk meningkatkan produktivitas peralatan dan mempercepat pemrosesan.
Penggunaan domestik
Di tingkat rumah tangga, pirolisis membantu menyelesaikan masalah-masalah berikut:
- membersihkan oven atau penggorengan dari tumpukan lemak lengket yang tidak dapat dihilangkan secara mekanis;
- produksi arang;
- memanaskan rumah pribadi dengan boiler bahan bakar padat pirolisis.
Metode terbaik untuk membersihkan panci adalah dengan meletakkannya di oven, atur suhunya menjadi 200 ... 250 ° C dan diamkan selama setengah jam. Tanpa oksigen, kehancuran sedimen akan terjadi, hanya abu yang tersisa, dan cooker hood akan menghilangkan gas pirolisis.
Referensi. Ada beberapa model oven dengan fungsi pembersihan pirolitik internal. Pada akhir "roasting", hanya tersisa untuk menyapu permukaan internal dan membuang abu yang terbentuk.
Arang digunakan untuk menggoreng tujuan barbekyu, pandai besi dan lebih eksotis - mengisi bahan bakar generator gas mobil (cara kerjanya, membaca dalam bahan yang terpisah). Metode memperoleh - membakar limbah kayu di dalam wadah tertutup, yaitu, pirolisis lambat.
Kami menawarkan Anda untuk menganalisis secara rinci masalah yang terkait dengan generator panas kayu pirolisis.
Mitos tentang pirolisis TT boiler
Perbedaan struktural utama antara pemanas generator gas dan boiler pembakaran langsung tradisional adalah 2 kamar, bukan satu.Nozzle keramik diatur antara kedua ruang api, udara dipaksa oleh kipas angin. Dinding logam unit pirolisis dilindungi oleh lapisan bata tahan api. Bagaimana cara kerjanya:
- Kayu bakar atau batu bara diletakkan di ruang atas (primer) dan dibakar.
- Otomasi memulai kipas penambah.
- Ketika suhu dalam kotak api naik hingga 500 derajat, pelepasan gas pirolisis dimulai.
- Dibawa oleh aliran umum produk pembakaran, senyawa volatil ini memasuki ruang sekunder yang lebih rendah, di mana mereka dibakar di hadapan oksigen (seharusnya).
Faktanya, gas sintesis yang dihasilkan mulai terbakar bahkan di tungku utama, karena kipas memasok udara berlebih. Hanya obor api diarahkan ke ruang kedua ... dan hanya itu. Selanjutnya, produk pembakaran bergerak melalui pipa panas penukar panas, memanaskan pendingin dan terbang ke cerobong asap.
Tambahan. Ada desain pemanas lain - tanpa kipas, ruang sekunder terletak di bagian atas. Dari sudut pandang pirolisis, konsep ini tidak beroperasi, unit ini berfungsi sebagai boiler air panas berbahan bakar kayu biasa, walaupun harganya dua kali lipat dari rekan-rekan klasik.
Pendukung generator panas pirolisis (seperti produsen peralatan ini, penjual dan pengrajin rumah) mengatribusikan keunggulan berikut ke boiler TT mereka:
- bahan bakarnya terbakar sepenuhnya, sisanya di wajan abu praktis nol;
- waktu pembakaran - 10 jam atau lebih;
- rendahnya emisi berbahaya ke atmosfer;
- efisiensi tinggi karena efisiensi 86 ... 90% (indikator pabrikan) dibandingkan dengan boiler tradisional dengan efisiensi 75%.
Mari kita coba mencari tahu kebenaran pernyataan ini. Saat pertama: jika tungku dimuat dengan kayu kering (seperti yang diperlukan sesuai dengan petunjuk penggunaan pemanas), maka abu halus akan tetap setelah terbakar. Aliran udara yang diciptakan oleh kipas dan berakselerasi di nozzle hanya meniupkan residu cahaya ke cerobong asap.
Hasilnya adalah wajan abu yang hampir kosong, ilusi pembakaran sempurna. Jika Anda meletakkan kayu kering di ketel TT klasik turbocharged, Anda mendapatkan residu serupa - sedikit abu di bagian bawah. Artinya, kelengkapan pembakaran tergantung pada kualitas bahan bakar, dan bukan pada desain generator panas.
Komentar. Peletakan kayu bakar mentah dengan kelembaban lebih dari 50% akan memberikan hasil negatif pada boiler apa pun. Mempertimbangkan opsi semacam itu tidak ada gunanya.
Kami memberikan jawaban singkat untuk pernyataan yang tersisa:
- Waktu pembakaran 10-12 jam sesuai dengan kenyataan. Hal lain adalah bahwa indikator tercapai karena ukuran ruang bahan bakar (100 liter atau lebih), di mana banyak kayu bakar ditempatkan. Pirolisis sama sekali tidak ada hubungannya dengan itu.
- Jaminan lingkungan boiler adalah benar. Kipas memompa udara berlebih, sangat sedikit gas beracun yang terbentuk. Dalam mode siaga, oksigen tidak memasuki tungku, kayu bakar perlahan membara dan jumlah emisi berbahaya meningkat.
- Efisiensi boiler 90% adalah dongeng. Dalam mode pembakaran aktif, prinsip operasi boiler mirip dengan versi tradisional unit turbocharged, yang efisiensinya tidak melebihi 75%. Saat kipas dimatikan, nyala api mati, bara api mengeluarkan sedikit panas.
Kesimpulan. Akuisisi model penghasil gas dari boiler bahan bakar padat adalah usaha yang sangat meragukan. Unit ini tiga kali lebih mahal daripada versi biasa dan dua kali lebih berat karena lapisannya. Generator panas buatan rumah, sebagai suatu peraturan, lebih andal dan lebih murah daripada yang ada di pabrik, tetapi terlalu besar. Dalam hal efisiensi dan karakteristik lainnya, mereka tidak mengungguli boiler TT klasik dengan kontrol traksi turbin atau rantai.
Seorang praktisi ahli terkenal akan mengkonfirmasi pendapat kami dalam videonya:
Kesimpulan
Secara umum, pirolisis adalah fenomena yang agak berguna yang banyak digunakan dalam kimia industri.Di tingkat rumah tangga, proses pirolitik jarang digunakan, meskipun pembentukan gas yang mudah terbakar terjadi pada kompor atau ketel pembakaran kayu. Jadi tidak ada gunanya membeli model pirolisis yang mahal.