K čemu slouží pyrolýza?

Pyrolýza je technologie, která byla dostatečně prozkoumána a efektivně využívána v různých zemích pro zpracování surovin obsahujících ropu na plynné a kapalné produkty spalování. Poprvé byl použit na konci 19. století k výrobě osvětlovacího plynu z petrolejové frakce ropy. Zejména již v roce 1877 byl přijat patent na pyrolýzu ropy. Jejím autorem byl chemik-technolog z Petrohradu Alexandr Alexandrovič Letnyj, který se zabýval vlivem vysokých teplot na ropné produkty.

Nyní se pyrolýza začala používat pro zpracování pevného organického odpadu, ropných kalů a vrtných produktů. Je založen na procesu rozkladu organických surovin na nízkomolekulární složky při vystavení vysokým teplotám. Proces může probíhat jak v nepřítomnosti vzduchu, tak s omezeným přístupem.

Nedílnou součástí existence pyrolýzy je zdokonalování technologie. Hlavní procesní úpravy se týkají především zvýšení účinnosti pyrolýzních kotlů, snížení objemu vznikajících škodlivých zbytků a zlevnění technologie. Toho lze dosáhnout změnou konstrukce zařízení, zavedením/odstraněním různých chemických složek do kompozice a úpravou podmínek procesu.

Podmínky pro pyrolýzu a její vlastnosti

Bez ohledu na specifika pyrolýzního procesu jsou předpokladem jeho vzniku vysoké teploty, které by se měly pohybovat v rozmezí 450-1050 °C. Jejich poskytování je doprovázeno různými metodami, které závisí na fázi procesu, jeho modifikaci, surovině a požadovaných produktech rozkladu.

Na základě procesních teplot se rozlišují:

nízkoteplotní pyrolýza – 450-550 °C
středněteplotní pyrolýza – 550-800 °C
vysokoteplotní pyrolýza – 900-1050 °C

Pro zajištění pyrolýzy nejsou nutné žádné zvláštní tlakové podmínky. Může být v rozsahu blízkém atmosférickému tlaku. Reakční doba je 0,1-0,5 sekundy.

Na základě typů reakcí se rozlišuje oxidační a suchá pyrolýza. Na základě vstupní suroviny rozlišuje moderní chemický průmysl odděleně pyrolýzu ropných produktů, dřeva, pneumatik, plastů a odpadu.

Pyrolýza jako chemický proces

Pyrolýza je soubor elementárních reakcí rozkladu (destrukce) organické hmoty na produkty s nižší molekulovou hmotností. Reakce probíhají jak postupně, tak paralelně a jsou navzájem neoddělitelně spojeny. Nicméně primární a sekundární fáze procesu jsou konvenčně rozlišovány:

V první fázi, v oblasti vysokých teplot, dochází k primárnímu rozkladu látky.
Ve druhém se výsledné látky podrobí dehydrogenační reakci, která umožní následný rozklad. K separaci výsledných frakcí dochází v důsledku kondenzace par nebo jejich izomerace, polymerace.

Suroviny pro pyrolýzu

Než pochopíme, co může sloužit jako surovina, je důležité zdůraznit účel pyrolýzní pece. Pokud se jedná o recyklační zařízení, pak primárním základem jsou suroviny – odpad, který by měl být zpracován. Zařízení tepelné destrukce umožňují zpracovávat:

plasty a polymery
pneumatiky
automobilový šrot
kabely
ropný kal
odpad z vrtání
použité oleje
půda kontaminovaná dehtem a topným olejem.

Vezmeme-li v úvahu pyrolýzu jako způsob výroby plynu bohatého na nenasycené uhlovodíky, pyrolýzní zařízení mohou používat dřevo, ropné produkty, uhlí atd. jako suroviny.

Před popisem procesu pyrolýzy dřeva je vhodné uvést obecný koncept pyrolýzy jako procesu.
To znamená, pyrolýza je chemická reakce destrukce látky způsobená vystavením vysoké teplotě. V přirozených podmínkách se vyskytuje společně se spalováním.

Přečtěte si více

Jaké typy dětského nábytku existují?

Ukážeme sekvenci procesu s použitím dřeva jako příklad:

ohřev látky z vnějšího zdroje tepla;
při teplotě asi 300 ° C začíná proces rozkladu látky a uvolňování hořlavých uhlovodíků;
protože přístup kyslíku není omezen a teplo je dodáváno ve formě otevřeného plamene, při dosažení 500 ° C se množství plynů zvyšuje a vznítí se;
Spalovací reakce probíhá nezávisle, bez vnějšího zdroje tepla. Spálené uhlovodíky poskytují potřebné množství tepla pro další tepelný rozklad dřeva.

Rozsah použití pyrolýzy dřeva

V ideálním případě probíhá pyrolýza dřeva v uzavřeném prostoru bez kyslíku a se stálým přísunem tepla zvenčí. Aby se k tomuto účelu nespotřebovávaly drahé energetické zdroje, je na podporu procesu použita část finálního produktu – směs hořlavých plynů. Směs obsahuje metan, oxid uhelnatý (CO) a vodík, mezi nehořlavé látky patří oxid uhličitý a dusík.

Získávání plynného paliva z různých dřevozpracujících odpadů je hlavní oblastí uplatnění pyrolýzy dřeva v průmyslu.

Příklad zařízení na pyrolýzu dřeva

Hlavním zařízením technologického procesu jsou pyrolýzní pece (vyvíječe plynu), chladiče a filtrační jednotky. Do topeniště jsou nakládány suroviny v podobě pilin, dřevěných štěpků a dalších odpadů, které se zde spalují s minimálním přívodem vzduchu. Protože výkon zařízení přímo závisí na teplotě, průmysl často používá tzv. rychlou pyrolýzu, kdy se surovina zahřívá vysokou rychlostí. Směs plynů je ochlazena a přefiltrována, poté je přečerpána do nádrží k dalšímu zpracování.

Aplikace pyrolýzy v kotlích

Pyrolýzní kotle jsou skupinou jednotek na tuhá paliva. Od tradičních kotlů s přímým spalováním se liší tím, že má dvě komory místo jedné. Jak bylo plánováno, v primární spalovací komoře dochází k procesu zplyňování pevného paliva, když je dodáváno nedostatečné množství kyslíku, a ve druhém k dodatečnému spalování uvolněných pyrolýzních plynů při přidávání sekundárního vzduchu. Funguje ale proces spalování skutečně takto? Abychom to pochopili, musíme zvážit konstrukci generátoru tepla.

V současné době existují 2 typy pyrolýzních kotlů, podívejme se na konstrukci každého podrobněji. Nejoblíbenější provedení je, když je primární topeniště umístěno nad sekundárním topeništěm. Mezi nimi je obdélníková tryska ze žáruvzdorných cihel. A nyní pozor: vzduch je čerpán do hlavního topeniště pomocí ventilátoru a částečně vstupuje do spodní komory pro dodatečné spalování plynů. To znamená, že princip pyrolýzy je porušen od samého počátku, protože namísto omezování kyslíku jej ventilátor vytváří nadbytek.

Co to dává? Úplné a efektivní spalování dřeva bez zanechání popela. Má to ale vysvětlení: suché dřevo po sobě nezanechává popel, ale jen lehký popel, jehož polovinu ventilátor jednoduše vyfoukne přes trysku do komína. Na základě všech vlastností této konstrukce lze přiřadit název „horní dmýchací kotel“, protože ventilátor tlačí vzduch do horní komory. Díky tomu se zvyšuje teplota spalování, zvyšuje se výkon plynu, ale při průchodu tryskou okamžitě vyhoří. Tento operační algoritmus má jen málo společného s chemickou reakcí pyrolýzy.

Přečtěte si více

Co je linoleum Tarkett?

Kotle s přirozeným přívodem vzduchu

U jiného typu generátoru tepla jsou komory umístěny obráceně: hlavní topeniště je dole, sekundární topeniště je nad ním. Neexistuje žádná tryska, místo toho je zde pravidelné plynové potrubí spojující komory navzájem. Chybí zde ventilátor, vzduch je do obou topenišť přiváděn přirozeně – díky tahu komína. Kromě toho je dodávka prováděna prostřednictvím samostatných kanálů. Je třeba poznamenat, že v tomto případě je proces pyrolýzy dřeva lépe organizován, spalování v topeništi probíhá s nízkou spotřebou vzduchu, jeho přívod je omezen klapkou.