Pasaulē jau sen ir iestājusies nepieciešamība pēc ekonomiskas degvielas izmantošanas. Piemēram, pirolīzes gāzi jau šodien plaši izmanto Eiropā. Ar šādu degvielu var darboties visa veida virtuves iekārtas, apkures iekārtas un pat automašīnas.
Definīcija
Faktiski saskaņā ar pašu "pirolīzes" jēdzienu ķīmiķi saprot vielas sadalīšanos molekulārā līmenī augstas temperatūras ietekmē, parasti bez gaisa. Sarežģītie savienojumi šādos apstākļos sadalās vienkāršākos. Šajā gadījumā vidē veidojas dažāda veida jauni elementi. Tādējādi pirolīze būtībā ir parasts sausās destilācijas process.
Gāze no malkas
Sadedzinot degvielu augstā temperatūrā vidē, kurā nav skābekļa, veidojas šādi sadegšanas produkti:
- pirolīzes gāze;
- pirolīzes sveķi (šķidrs produkts).
Pirmajam produktam no saraksta cita starpā ir īpašība, kas var veidoties arī degvielas sadegšanas laikā skābekļa vidē. Tomēr šajā gadījumā gāzi var iegūt tikai tad, ja degviela tiek sadedzināta temperatūrā, kas nav zemāka par 500 °C.
Kurus produktus var izmantot
Pirolīzes katli mājās var darboties uz parastās koksnes vai speciālām paletēm, piemēram, no zāģu skaidām vai presētām koka skaidām. Pirolizēt var arī dažāda veida sadzīves un rūpnieciskos atkritumus. Līdzīgi tiek sadedzināts, piemēram, gumija, vecas automašīnu riepas, plastmasa, vecas lietas u.c.. Šajā gadījumā pirolīze ļauj ne tikai iegūt noteiktu siltuma daudzumu, bet arī uzturēt vidi tīru. Galu galā, kā zināms, plastmasa zemē nesadalās ilgu laiku. Dažāda veida naftu saturoši materiāli piesārņo gan pašas augsnes, gan ūdenstilpes.
Var arī sadedzināt līdzīgā veidā:
- papīrs, kartons, tekstilizstrādājumi;
- metāns;
- ogļūdeņraži;
- kūdra;
- preču koksne (tostarp ķīmiski impregnēta koksne);
- salmi, lapas, riekstu čaumalas, nezāles.
Turklāt krāsu atlikumus, eļļas utt. var pārstrādāt pirolīzes reakcijā. Tas arī palīdz uzturēt vidi tīru.
Sastāvs
Iegūtā pirolīzes gāze, cita starpā, satur daudz cieto daļiņu, parasti kvēpu veidā. Tas satur arī dažādu veidu ķīmiskās sastāvdaļas, piemēram, ūdeņradi. Tomēr galvenaispirolīzes gāzes sastāvs joprojām ir šāds:
- gaistošie ogļūdeņraži;
- oglekļa monoksīds.
Ļoti bīstams cilvēka veselībai un pat dzīvībai, CO šādā reakcijā veidojas nepilnīgas kokogļu sadegšanas dēļ.
Pirolīzes veidi
Šobrīd ir tikai divi galvenie šādu reakciju veidi. Pirolīze var būt:
- sauss;
- oksidatīvs.
Pirmais reakcijas veids savukārt ir sadalīts:
- zema temperatūra;
- augsta temperatūra.
Kā rodas gāze: oksidatīvā pirolīze
Šo reakciju šobrīd sauc par videi draudzīgāko un produktīvāko. Pirolīze šajā gadījumā notiek ļoti augstā temperatūrā. Piemēram, šādā veidā sadedzinot metānu, ar to tiek sajaukts noteikts procentuālais daudzums skābekļa. Ar daļēju sadegšanu viela šajā gadījumā atbrīvo milzīgu enerģijas daudzumu. Rezultātā maisījuma atliekas uzkarsē līdz 16000 °C temperatūrai.
Oksidatīvās pirolīzes reakciju galvenokārt izmanto, lai sadedzinātu dažādus rūpnieciskos materiālus, kas satur eļļu, kā arī plastmasu un gumiju. Gāze šajā gadījumā var nonākt, piemēram, paša atkritumu izvešanas uzņēmuma veikalu apsildīšanai.
Sausā pirolīze
Šī reakcija notiek bez skābekļa līdzdalības un, kā jau minēts, savukārt var būt zema vai augsta temperatūra. Pirmajā gadījumādegviela tiek uzkarsēta līdz maksimumam - līdz 1000 ° C, otrajā - virs 1000 ° C. Lai iegūtu lielu daudzumu pirolīzes gāzes, galvenokārt tiek izmantotas augstas temperatūras reakcijas.
Degvielu sadedzinot vidē līdz 800 °C, tiek iegūts diezgan daudz gāzes ar zemu siltumspēju. Arī šajā gadījumā paliek diezgan neliels daudzums koksa un šķidro sveķu.
Vispiemērotākais ir iegūt pirolīzes gāzi 900 līdz 1000 °C temperatūrā. Šajā gadījumā jau ir maksimālais procents no tā ražošanas. Šajā gadījumā šādā veidā iegūtajai gāzei ir minimālā siltumspēja. Šāds produkts cita starpā tiek uzskatīts par augstas kvalitātes degvielu, kas piemērota pārvadāšanai lielos attālumos.
Kad degvielu sadedzina temperatūrā no 450 līdz 500 °C, izlaide ir ļoti zema gan cieto atlikumu, gan gāzes ziņā. Tomēr pēdējais nav augstas kvalitātes, jo tam ir maksimālā siltumspēja.
Kur var izmantot gāzi
Tādējādi pirolīzes process ļauj apsildīt dažāda veida telpas ar vismazākajiem degvielas zudumiem. Tāpat, izmantojot šo reakciju, vide tiek uzturēta tīra. Bet kur var izmantot pirolīzes gāzi, kas veidojas kurināmā sadegšanas laikā bezskābekļa vidē?
Šis sadegšanas produkts mūsdienās pasaulē galvenokārt tiek uzskatīts par alternatīvu ekonomisku siltumenerģijas avotu. Dažās Eiropas valstīs pirolīzes gāze ir bijusi izplatīta jau sendegviela, ko izmanto iekārtas, kas silda ūdeni (apkures un karstā ūdens sistēmām), elektrību, tvaiku.
Katli
Kopš seniem laikiem cilvēki ir apsildījuši savas mājas, izmantojot parastās krāsnis, kas darbojas ar malku un oglēm. Vēlāk mājas sāka aprīkot ar moderniem cietā kurināmā katliem, kas darbojas ar tāda paša veida kurināmo. Šādas vienības mūsdienās tiek izmantotas māju apsildīšanai. Tie ir lēti, un to uzstādīšanai nav nepieciešams saņemt atļaujas dažādās instancēs. Tomēr parastajiem cietā kurināmā katliem ir viens diezgan nopietns trūkums. Viņi patērē degvielu ārkārtīgi neekonomiski. Šādu iekārtu kamerās paliek daudz sadegšanas atlikumu. Turklāt daļa siltuma, ko rada šādas iekārtas, vienkārši lido "pa skursteni" kopā ar dūmiem.
Inženieri, kuri nolēma izlabot šo cietā kurināmā katlu mīnusu un galu galā nāca klajā ar pirolīzes sildīšanas blokiem, kas ir ekonomiski un ērti lietojami. Šādos katlos, cita starpā, ir papildu kameras, kurās notiek pirolīzes gāzes pēcsadedzināšana.
Reakcija šīs šķirnes agregātos notiek ar spēcīgu skābekļa deficītu (15%). Koksne vai jebkura cita degviela šāda veida iekārtās sadalās gāzēs un nelielā daudzumā neorganisko atlikumu. Pirolīzes gāzēm sadegšanas temperatūra pēcdedzinātā var sasniegt līdz 110-1200 °C.
Kur vēl tiek izmantota gāze
Visplašāk izmantotā pirolīze, tāpēc saņemta apkures un ūdens sildīšanas sistēmās. Arī šī reakcija tiek plaši izmantota:
- apstrādes rūpniecībā;
- ķīmiskā;
- dezinficējot.
Dažreiz pirolīzes gāzi mūsdienās izmanto arī kā degvielu dažāda veida iekārtām vai, kā jau minēts, automašīnām.
Gāzes ražošanas iekārtas
Šāda veida iekārtas tiek izmantotas augstas kvalitātes pirolīzes degvielas ražošanai, kas dažos gadījumos var aizstāt, piemēram, tradicionālo dabasgāzi. Šādas iekārtas ir hermētiskas krāsnis ar regulējamu gaisa padevi. Šāda veida iekārtu skurstenis, cita starpā, var tikt aizsprostots.
Iegūstiet pirolīzes gāzi šādās iekārtās:
- Iespiediet gaisu krāsnī caur sūkni.
- Pēc instalācijas satura uzsildīšanas līdz noteiktai temperatūrai gaisa padeve tiek pārtraukta.
- Blīvi melni dūmi, kas izplūst no iekārtas, tiek attīrīti no sodrējiem, izmantojot ciklonus.
- Noņemiet ūdens tvaikus no pirolīzes gāzes, lai paaugstinātu tās sadegšanas temperatūru (iziet cauri dzesētājam).
- Gāze tiek ievadīta smalkajā filtrā, kura dizains ietver ūdens tvertni, elektrostatisko instalāciju un kartona kasetnes.
Pirolīzes gāzu attīrīšana pirms to izmantošanas rūpniecībā un dažreiz arī ikdienas dzīvē ir jāveic bez kļūmēm. Cietās daļiņas un visa veida ķīmiskie piemaisījumi var izraisīt aprīkojuma bojājumus,darbojas ar šāda veida degvielu. Tālāk, piemēram, pirolīzes gāzi var iesūknēt cilindrā.
Izmantojot degvielu no gāzes ģeneratora mājās
Šāda veida instalācijas visbiežāk tiek izmantotas, protams, ražošanā. Bet dažreiz tos iegādājas privātmājām. Pirolīzes gāzes iegūšana mājās ir salīdzinoši vienkārša. Daži amatnieki nereti pat savām rokām izgatavo gāzes ģeneratorus.
Gāzi, kas iegūta no sadzīves iekārtām, var izmantot dažādiem mērķiem. Ļoti bieži, piemēram, privātie tirgotāji pie gāzes ģeneratoriem pieslēdz parastās plītis. Pirolīzes gāzes sadegšana nav tik intensīva kā dabasgāze. Tomēr joprojām ir diezgan ērti izmantot plīti paredzētajam mērķim.
Arī, piemēram, autogēnu ģeneratoru ikdienā bieži pieslēdz gāzes ģeneratoriem. Ja skābekli piegādā, izmantojot dabasgāzi, liesmas temperatūra šādās iekārtās sasniedz 2000 °C.
Kā jau minēts, mājās pirolīzes gāzi var izmantot arī kā auto degvielu. Šādam lietojumam mašīnas dzinējs būs tikai nedaudz jāmaina. Tajā pašā laikā ar šādu degvielu var strādāt gan benzīna, gan dīzeļdzinēji. Šādu gāzi izmanto mājās, bieži vien elektroenerģijas ģeneratoros.
Lietojumprogrammas funkcijas
Tādējādi pirolīzes gāzei ir nedaudz zemāka siltuma pārneses pakāpe nekā dabiskajai vai sašķidrinātajai. Tāpēc dažādu apkures veidu pareizai darbībai unvirtuves iekārtu, to lietojot, pareizai, intensīvākai sadegšanai, nepieciešams palielināt tās padevi.
Virtuves iekārtās šim nolūkam var urbt, piemēram, sprauslas. Pirolīzes gāzes krāsns šajā gadījumā darbosies tāpat kā ar dabasgāzi. Tas ir, degvielas sadegšanas intensitāte būs vienāda. Turklāt, lai pārsūtītu dažāda veida aprīkojumu uz cita veida gāzi, bieži tiek mainīta tā programmaparatūra. Transportlīdzekļos, kas darbojas ar šādu degvielu, degvielas sistēma ir pilnībā nomainīta.
Kalkas dedzināšanas mašīnas
Padomju Savienībā 20. gadsimta 20. gadu sākumā kravas automašīnas ar gāzes ģeneratoru tika izmantotas ļoti plaši. Tajos gados mēs pat veicām šādu automašīnu konkursa testus mūsu valstī.
Pirmo gāzes ģeneratora dzinēju automašīnai mūsu PSRS uzstādīja profesors V. S. Naumovs 1927. gadā. 1928. gadā Zinātniskais automobiļu un traktortehnikas institūts sāka konstruēt šādas automašīnas Krievijā. Pēc tam šīs iestādes speciālisti veica eksperimentus ar ārzemju mašīnām "Imbert-Dietrich" un "Pip".
Pirmais mūsu valstī uzbūvētais gāzes ģenerators NATI-1 darbojās uz parastās koksnes. 1932. gadā tika izveidota arī NATI-3 instalācija, kas paredzēta motorlaivai. Tajā pašā laikā Krievijā parādījās pirmais automašīnu gāzes ģenerators, kas tika izveidots ar Avtodor biedrības atbalstu. Tas saņēma nosaukumu "Avtodor-1". Pat vēlāk PSRS tika izstrādātas vairākas progresīvākas šāda veida instalācijas. Pirolīzes gāzes sastāvs, kas iegūts no toizmantošana, patiesībā bija ļoti kvalitatīva. Ar šo degvielu darbināmie transportlīdzekļi ir bijuši pazīstami ar savu uzticamību, izcilu veiktspēju un ilgu kalpošanas laiku.
Otrā pasaules kara laikā PSRS frontēs un aizmugurē aktīvi izmantoja gāzes ģeneratoru kravas automašīnas ZIS-5 un GAZ-AA. Līdz kara beigām valstī jau darbojās aptuveni 200 tūkstoši automašīnu ar pirolīzes gāzes dzinējiem.
Protams, šādas degvielas izmantošanu galvenokārt izraisīja naftas produktu trūkums tajā laikā valstī. Taču nevajadzētu domāt, ka pirolīzes gāze izmantota tikai valsts budžeta deficīta dēļ. Šāda degviela tajos laikos tika uzskatīta par diezgan efektīvu un daudzsološu, un to izmantoja ne tikai Krievijā. Piemēram, pagājušā gadsimta 20.-30.gados pirolīzes transportlīdzekļi kļuva plaši izplatīti tādās valstīs kā Francija, Vācija, Lielbritānija, Somija, Zviedrija. Arī mašīnas, kas darbojas ar šādu gāzi, tika plaši izmantotas dažās Āzijas valstīs. Piemēram, šāda veida automašīnas tolaik veiksmīgi tika ekspluatētas Ķīnā, Japānā un Indijā.
Vēstures fons
Koka pirolīze ir viens no pirmajiem ķīmiskajiem procesiem, ko cilvēki sāka aktīvi izmantot. Piemēram, Krievijā šāda reakcija tika plaši izmantota jau 12. gadsimtā priežu sveķu ražošanai. Pēdējo tālāk izmantoja virvju impregnēšanai, kā arī upju un jūras kuģu apstrādei. Rūpnieciskā mērogā zviedri bija pirmie, kas izmantoja pirolīzi koksnes impregnēšanai. Arī šajā valstī tāda reakcija irizmanto impregnēšanas sveķu izgatavošanai.
20. gadsimta sākumā Krievijā tika izveidotas dažas no labākajām koka pirolīzes skolām pasaulē. Tas, protams, galvenokārt bija saistīts ar faktu, ka mūsu valsts teritorijā aug daudzi meži. Pirms dabasgāzes izmantošanas mums Krievijā daudzos uzņēmumos bija uzstādītas jaudīgas gāzes ražošanas iekārtas. Šādas iekārtas tika izmantotas ilgu laiku pirms ar dabasgāzi darbināmo iekārtu parādīšanās.
Protams, vēlāk šāds aprīkojums tika pasludināts par novecojušu. Gāzes ģeneratori tika izņemti no rūpnīcām. Un līdz šim, diemžēl, pirolīze kā alternatīvs ekonomisks degvielas veids, atšķirībā no Eiropas valstīm, Krievijas Federācijā nav kļuvusi plaši izplatīta. Tomēr šāda veida degviela Krievijā šobrīd ir atzīta par diezgan perspektīvu. Līdz ar to, iespējams, tuvākajā nākotnē pirolīzes gāze mūsu valstī tiks izmantota daudz plašāk. Galu galā šādas degvielas izmantošana ļauj ne tikai ietaupīt naudu, bet arī saudzēt vidi.
