نیاز به استفاده از سوخت های مقرون به صرفه در دنیا مدت هاست که به تاخیر افتاده است. به عنوان مثال، گاز پیرولیز در حال حاضر به طور گسترده در اروپا استفاده می شود. انواع تجهیزات آشپزخانه، تأسیسات گرمایشی و حتی اتومبیل ها می توانند با چنین سوختی کار کنند.
تعریف
در واقع، تحت مفهوم "تجزیه گاز"، شیمیدانان تجزیه یک ماده در سطح مولکولی را تحت تأثیر دمای بالا، معمولاً در غیاب هوا، درک می کنند. ترکیبات پیچیده در چنین شرایطی به ترکیبات ساده تری تجزیه می شوند. در این صورت انواع مختلفی از عناصر جدید در محیط شکل می گیرد. بنابراین، در اصل، پیرولیز یک فرآیند تقطیر خشک معمولی است.
گاز هیزم
وقتی سوخت در دمای بالا در محیطی بدون اکسیژن سوزانده می شود، محصولات احتراق زیر تشکیل می شوند:
- گاز پیرولیز؛
- رزین پیرولیز (محصول مایع).
نخستین محصول از لیست، در میان چیزهای دیگر، دارای ویژگی است که می تواند در حین احتراق سوخت در محیط اکسیژن نیز ایجاد شود.با این حال، در این مورد، گاز را می توان تنها در صورتی به دست آورد که سوخت در دمای کمتر از 500 درجه سانتی گراد سوزانده شود.
از کدام محصولات می توان استفاده کرد
دیگ های پیرولیز در خانه ها می توانند روی چوب معمولی یا پالت های خاص، به عنوان مثال، از خاک اره یا براده های چوب فشرده کار کنند. انواع مختلفی از زباله های خانگی و صنعتی را نیز می توان پیرولیز کرد. به روشی مشابه سوزانده می شود، به عنوان مثال، لاستیک، لاستیک های ماشین قدیمی، پلاستیک، چیزهای قدیمی و غیره. در این مورد، تجزیه در اثر حرارت نه تنها اجازه می دهد تا مقدار معینی گرما را دریافت کند، بلکه محیط را نیز تمیز نگه دارد. پس از همه، همانطور که می دانید، پلاستیک برای مدت طولانی در زمین تجزیه نمی شود. مواد حاوی روغن از انواع مختلف هم خود خاک و هم آب را آلوده می کنند.
همچنین می توان به روشی مشابه سوزاند:
- کاغذ، مقوا، منسوجات؛
- متان؛
- هیدروکربن؛
- peat;
- چوب کالایی (از جمله چوب آغشته به مواد شیمیایی)؛
- کاه، برگ، پوست آجیل، علف های هرز.
علاوه بر این، بقایای رنگ، روغن و غیره را می توان از طریق واکنش پیرولیز بازیافت کرد. این همچنین به تمیز نگه داشتن محیط کمک می کند.
ترکیب
گاز پیرولیز حاصل، در میان چیزهای دیگر، حاوی مقدار زیادی ذرات معلق است که معمولاً به شکل دوده است. همچنین حاوی انواع مختلفی از اجزای شیمیایی، به عنوان مثال، هیدروژن است. با این حال، اصلیترکیب گاز پیرولیز هنوز به صورت زیر است:
- هیدروکربن های فرار؛
- مونوکسید کربن.
بسیار خطرناک برای سلامتی انسان و حتی جان او، CO در چنین واکنشی در اثر احتراق ناقص زغال چوب تشکیل می شود.
انواع پیرولیز
در حال حاضر، تنها دو نوع اصلی از این واکنش ها وجود دارد. پیرولیز می تواند:
- خشک;
- اکسیداتیو.
نوع اول واکنش ها به نوبه خود به: تقسیم می شود
- دمای پایین؛
- دمای بالا.
نحوه تولید گاز: پیرولیز اکسیداتیو
این واکنش در حال حاضر دوستدار محیط زیست و سازنده ترین واکنش نامیده می شود. پیرولیز در این مورد در دمای بسیار بالا رخ می دهد. به عنوان مثال، وقتی متان به این روش سوزانده می شود، درصد مشخصی از اکسیژن با آن مخلوط می شود. با احتراق جزئی، ماده در این مورد مقدار زیادی انرژی آزاد می کند. در نتیجه، بقایای مخلوط تا دمای 16000 درجه سانتیگراد گرم می شود.
واکنش پیرولیز اکسیداتیو عمدتاً برای سوزاندن مواد صنعتی مختلف حاوی روغن و همچنین پلاستیک و لاستیک استفاده می شود. گاز در این مورد می تواند به عنوان مثال برای گرم کردن مغازه های خود شرکت دفع زباله برود.
پیرولیز خشک
این واکنش بدون مشارکت اکسیژن رخ می دهد و همانطور که قبلا ذکر شد، به نوبه خود می تواند دمای پایین یا بالا باشد. در مورد اولسوخت تا حداکثر - تا 1000 درجه سانتیگراد، در دوم - بالای 1000 درجه سانتیگراد گرم می شود. برای به دست آوردن مقدار زیادی از گاز پیرولیز، عمدتاً از واکنش های دمای بالا استفاده می شود.
وقتی سوخت در محیطی تا 800 درجه سانتیگراد سوزانده می شود، گاز بسیار زیادی با ارزش حرارتی پایین به دست می آید. همچنین در این مورد، مقدار نسبتاً کمی از کک و رزین مایع باقی می‌ماند.
مناسب ترین روش بدست آوردن گاز پیرولیز در دمای 900 تا 1000 درجه سانتیگراد است. در این صورت، در حال حاضر حداکثر درصد تولید آن وجود دارد. در این حالت گاز به دست آمده از این طریق دارای حداقل ارزش حرارتی است. چنین محصولی از جمله سوخت باکیفیت و مناسب برای حمل و نقل در مسافت های طولانی در نظر گرفته می شود.
هنگامی که سوخت در دمای بین 450 تا 500 درجه سانتیگراد سوزانده می شود، خروجی آن هم در مواد جامد و هم در گاز بسیار کم است. اما دومی کیفیت بالایی ندارد، زیرا دارای حداکثر ارزش حرارتی است.
جایی که می توان از گاز استفاده کرد
فرآیند پیرولیز بنابراین اجازه می دهد تا انواع مختلف محل را با کمترین اتلاف سوخت گرم کنید. همچنین با استفاده از این واکنش، محیط تمیز نگه داشته می شود. اما در کجا می توان از گاز پیرولیز تشکیل شده در طی احتراق سوخت در یک محیط بدون اکسیژن استفاده کرد؟
این محصول احتراق امروزه در سراسر جهان در درجه اول به عنوان یک منبع اقتصادی جایگزین انرژی حرارتی در نظر گرفته می شود. در برخی از کشورهای اروپایی، گاز پیرولیز از دیرباز رایج بوده استسوخت مورد استفاده توسط تجهیزات گرم کننده آب (برای سیستم های گرمایش و آب گرم)، برق، بخار.
بویلر
از زمان های قدیم، مردم خانه های خود را با استفاده از اجاق های معمولی که با چوب و زغال سنگ کار می کنند گرم می کردند. بعدها، خانه ها شروع به مجهز شدن به دیگ های مدرن سوخت جامد کردند که با همان نوع سوخت کار می کردند. چنین واحدهایی در زمان ما برای گرم کردن خانه ها استفاده می شود. آنها ارزان هستند و برای نصب آنها نیازی به اخذ مجوز در موارد مختلف نیست. با این حال، دیگهای بخار سوخت جامد معمولی یک اشکال نسبتا جدی دارند. آنها سوخت را به شدت غیراقتصادی مصرف می کنند. مقدار زیادی بقایای احتراق در اتاقک چنین واحدهایی باقی می ماند. علاوه بر این، بخشی از گرمای تولید شده توسط چنین تجهیزاتی همراه با دود به سادگی "از دودکش پایین می رود".
مهندسانی که تصمیم گرفتند این منهای دیگهای بخار سوخت جامد را تصحیح کنند و در نهایت واحدهای گرمایشی پیرولیز را ارائه کردند که مقرون به صرفه و آسان برای استفاده هستند. در چنین بویلرهایی، از جمله، محفظه‌های اضافی وجود دارد که در آنها پس‌سوختن گاز پیرولیز صورت می‌گیرد.
واکنش در دانه های این رقم با کمبود شدید اکسیژن (15٪) ادامه می یابد. چوب یا هر سوخت دیگری در این نوع تجهیزات به گازها و مقدار کمی باقیمانده معدنی تجزیه می شود. برای گازهای پیرولیز، دمای احتراق در پس سوز می تواند به 110-1200 درجه سانتیگراد برسد.
جاهای دیگری از گاز استفاده می شود
بنابراین، بیشترین استفاده از پیرولیز در سیستم های گرمایش و گرمایش آب دریافت می شود.همچنین این واکنش به طور گسترده استفاده می شود:
- در صنعت پردازش؛
- در مواد شیمیایی؛
- هنگام ضدعفونی کردن.
گاهی اوقات گاز پیرولیز امروزه به عنوان سوخت برای انواع مختلف تجهیزات یا همانطور که قبلاً ذکر شد اتومبیل ها استفاده می شود.
کارخانه تولید گاز
تجهیزات از این نوع برای تولید سوخت پیرولیز با کیفیت بالا استفاده می شود که در برخی موارد می تواند جایگزین گاز طبیعی سنتی شود. چنین تاسیساتی کوره های هرمتیک با منبع هوای قابل تنظیم هستند. دودکش این نوع تجهیزات ممکن است از جمله موارد دیگر مسدود شود.
گاز پیرولیز را در چنین تاسیساتی به شرح زیر دریافت کنید:
- با فشار هوا از طریق پمپ وارد کوره شود.
- پس از گرم کردن محتویات نصب تا دمای معین، جریان هوا قطع می شود.
- دود سیاه غلیظی که از دستگاه خارج می شود با استفاده از سیکلون از دوده پاک می شود.
- بخار آب را از گاز پیرولیز جدا کنید تا دمای احتراق آن افزایش یابد (از خنک کننده عبور کنید).
- گاز وارد فیلتر ریز می شود که طراحی آن شامل مخزن آب، نصب الکترواستاتیک و کارتریج های مقوایی است.
تصفیه گازهای پیرولیز قبل از استفاده از آنها در صنعت، و گاهی اوقات در زندگی روزمره، باید بدون شکست انجام شود. ذرات جامد و انواع ناخالصی های شیمیایی می توانند باعث آسیب به تجهیزات شوند.با این نوع سوخت کار می کند. علاوه بر این، برای مثال، گاز پیرولیز را می توان به یک سیلندر پمپ کرد.
استفاده از سوخت از ژنراتور گاز در خانه
تاسیسات از این نوع البته بیشتر در تولید استفاده می شود. اما گاهی اوقات آنها برای خانه های شخصی خریداری می شوند. تهیه گاز پیرولیز در خانه یک موضوع نسبتاً ساده است. برخی از صنعتگران اغلب حتی ژنراتورهای گازی را با دست خود می سازند.
گاز به دست آمده از تاسیسات خانگی را می توان برای مصارف مختلف استفاده کرد. به عنوان مثال، اغلب اوقات، تاجران خصوصی، اجاق های معمولی را به ژنراتورهای گاز متصل می کنند. احتراق گاز پیرولیز به شدت گاز طبیعی نیست. با این حال، هنوز هم استفاده از اجاق گاز برای هدف مورد نظرش بسیار راحت است.
همچنین، برای مثال، یک ژنراتور خودزا اغلب در زندگی روزمره به ژنراتورهای گاز متصل می شود. هنگامی که اکسیژن با استفاده از گاز طبیعی تامین می شود، دمای شعله در چنین تجهیزاتی به 2000 درجه سانتی گراد می رسد.
همانطور که قبلا ذکر شد، در خانه، گاز پیرولیز می تواند به عنوان سوخت خودرو نیز استفاده شود. برای چنین کاربردی، موتور دستگاه فقط باید کمی اصلاح شود. در عین حال، هر دو موتور بنزینی و دیزلی می توانند روی چنین سوختی کار کنند. چنین گازی در خانه، اغلب در ژنراتورهای برق استفاده می شود.
ویژگی های برنامه
بنابراین، گاز پیرولیز دارای درجه انتقال حرارت کمی کمتر از طبیعی یا مایع است. بنابراین برای عملکرد صحیح انواع گرمایش وتجهیزات آشپزخانه هنگام استفاده از آن برای احتراق مناسب و شدیدتر باید میزان عرضه آن را افزایش داد.
برای مثال در تجهیزات آشپزخانه می توان جت را برای این کار سوراخ کرد. کوره گاز پیرولیز در این مورد مانند گاز طبیعی کار خواهد کرد. یعنی شدت احتراق سوخت یکسان خواهد بود. همچنین برای انتقال انواع تجهیزات به نوع دیگری از گاز، فریمور آن اغلب تغییر می کند. در خودروهایی که با چنین سوختی کار می کنند، سیستم سوخت به طور کامل جایگزین می شود.
دستگاه های چوب سوز
در اتحاد جماهیر شوروی در اوایل دهه 1920، کامیون های ژنراتور گاز به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفتند. در آن سال ها حتی تست های رقابتی چنین خودروهایی را در کشورمان انجام دادیم.
اولین موتور ژنراتور گاز برای یک خودرو در اتحاد جماهیر شوروی ما توسط پروفسور V. S. Naumov در سال 1927 نصب شد. در سال 1928، موسسه علمی خودرو و تراکتور شروع به طراحی چنین خودروهایی در روسیه کرد. متخصصان این موسسه سپس آزمایشاتی را با ماشین های خارجی "Imbert-Dietrich" و "Pip" انجام دادند.
اولین ژنراتور گازی NATI-1 ساخته شده در کشور ما روی چوب معمولی کار می کرد. در سال 1932، نصب NATI-3 نیز ایجاد شد که برای یک قایق موتوری طراحی شده بود. در همان زمان، اولین ژنراتور گاز خودرو در روسیه ظاهر شد که با حمایت جامعه Avtodor ایجاد شد. نام "Avtodor-1" را دریافت کرد. حتی بعداً چندین تأسیسات پیشرفته از این نوع در اتحاد جماهیر شوروی توسعه یافتند. ترکیب گاز پیرولیز به دست آمده از آنهااستفاده، در واقع کیفیت بسیار بالایی داشت. خودروهایی که با این سوخت کار می‌کنند به دلیل قابلیت اطمینان، عملکرد برتر و عمر طولانی‌شان شناخته شده‌اند.
در طول جنگ جهانی دوم، کامیون های ژنراتور گاز ZIS-5 و GAZ-AA به طور فعال در جلو و عقب در اتحاد جماهیر شوروی استفاده می شدند. تا پایان جنگ، حدود 200 هزار خودرو با موتورهای گازی پیرولیز در کشور در حال بهره برداری بود.
البته استفاده از چنین سوختی در درجه اول ناشی از کمبود فرآورده های نفتی در کشور آن زمان بود. با این حال، نباید فکر کرد که گاز پیرولیز فقط به دلیل کسری بودجه دولت استفاده شده است. چنین سوختی در آن روزها کاملاً مؤثر و امیدوارکننده تلقی می شد و نه تنها در روسیه مورد استفاده قرار می گرفت. به عنوان مثال، در دهه 30-20 قرن گذشته، وسایل نقلیه پیرولیز در کشورهایی مانند فرانسه، آلمان، بریتانیای کبیر، فنلاند و سوئد رواج یافت. همچنین ماشین آلات کار بر روی چنین گازی به طور گسترده در برخی از کشورهای آسیایی مورد استفاده قرار گرفت. به عنوان مثال، خودروهایی از این نوع در آن زمان در چین، ژاپن و هند با موفقیت به کار گرفته شدند.
پیشینه تاریخی
پیرولیز چوب یکی از اولین فرآیندهای شیمیایی است که به طور فعال توسط مردم مورد استفاده قرار گرفت. به عنوان مثال، در روسیه، چنین واکنشی به طور گسترده در اوایل قرن دوازدهم برای تولید رزین کاج مورد استفاده قرار گرفت. دومی بیشتر برای اشباع طناب ها و همچنین برای پردازش کشتی های رودخانه ای و دریایی استفاده می شد. در مقیاس صنعتی، سوئدی ها اولین کسانی بودند که از پیرولیز برای آغشته کردن چوب استفاده کردند. در این کشور نیز چنین واکنشی وجود داردبرای ساخت رزین اشباع کننده استفاده می شود.
در آغاز قرن بیستم، برخی از بهترین مدارس پیرولیز چوب در جهان در روسیه شکل گرفتند. البته این در درجه اول به این دلیل بود که جنگل های زیادی در قلمرو کشور ما رشد می کنند. قبل از استفاده از گاز طبیعی، ما در روسیه تجهیزات قدرتمند تولید گاز را در بسیاری از شرکت ها نصب کرده بودیم. چنین تاسیساتی برای مدت طولانی قبل از ظهور نیروگاه های گاز طبیعی مورد استفاده قرار می گرفت.
البته بعدها چنین تجهیزاتی منسوخ اعلام شدند. ژنراتورهای گاز از کارخانه ها حذف شدند. و تا به حال، متأسفانه، پیرولیز به عنوان یک نوع سوخت جایگزین اقتصادی، بر خلاف کشورهای اروپایی، در فدراسیون روسیه گسترده نشده است. با این حال، این نوع سوخت در روسیه در حال حاضر به عنوان کاملا امیدوار کننده شناخته می شود. بنابراین، این امکان وجود دارد که در آینده نزدیک از گاز پیرولیز در کشور ما بسیار بیشتر استفاده شود. به هر حال، استفاده از چنین سوختی نه تنها باعث صرفه جویی در هزینه ها، بلکه به حفظ محیط زیست نیز می شود.
