O fenômeno da pirólise sempre acompanha a queima de combustível sólido em fornos de aquecimento e caldeiras. A escala do processo depende de dois fatores - o modo de combustão e o design da usina termelétrica doméstica. Oferecemos uma visão detalhada da pirólise de madeira ou carvão, opções para seu uso em condições industriais e domésticas. O objetivo é dissipar os mitos inventados por vendedores e fabricantes de artesãos de equipamentos caros de "pirólise" projetados para aquecer casas particulares.
O que é pirólise - descrição do processo
Teoricamente, qualquer substância incluindo compostos de carbono com hidrogênio pode ser queimada, por exemplo:
- carvão;
- gás natural (metano, propano e assim por diante);
- biomassa - fresca, seca;
- produtos de madeira, celulose, madeira comum;
- vários tipos de plásticos;
- borracha de borracha natural ou artificial;
- petróleo, seus derivados;
- outros resíduos contendo carbono.
Na saída, consiga uma certa quantidade de energia térmica, dependendo do teor inicial de umidade da massa queimada. Para descrever os processos, usamos a fórmula química:
A combustão é uma reação de oxidação rápida. Sob condições ideais, cada átomo de carbono combina-se com duas partículas de oxigênio e 2 átomos de hidrogênio interagem com 1 partícula de oxigênio. Como resultado, compostos inofensivos são formados - dióxido de carbono CO2 e água. Este último evapora quando aquecido, retirando parte do calor liberado.
Um ponto importante. Em condições reais, nem todos os átomos de hidrogênio e carbono encontram um parceiro devido à falta de moléculas de oxigênio. Portanto, a composição dos produtos de combustão inclui uma pequena fração de compostos combustíveis nocivos - monóxido de carbono (CO), hidrogênio livre (N2) e carbono na forma de fuligem.
A pirólise é uma reação de decomposição de uma substância que ocorre quando aquecida e falta de oxigênio livre. O princípio indicado é usado em unidades geradoras de gás:
- O combustível (em particular, a madeira) é colocado dentro de um reator de vaso fechado de metal.
- A capacidade é aquecida externamente a 500 ... 900 graus, através de aberturas especiais - é fornecida uma quantidade medida de ar.
- Sob a influência de alta temperatura, a substância se decompõe em 3 componentes principais - monóxido de carbono (CO), hidrogênio (N2) e resíduo de carbono sólido ou líquido. Uma pequena quantidade de dióxido de carbono e vapor de água é formada em paralelo.
- Os produtos voláteis compõem o gás de pirólise - uma mistura combustível de hidrogênio e monóxido de carbono, deixando o tanque através de uma tubulação separada. O combustível gasoso liberado é limpo, resfriado e bombeado para o tanque.
Referência. Sob condições de produção, o gás de síntese resultante é enviado para aquecer a mesma capacidade do gerador de gás.
Combustão e pirólise são 2 processos diferentes que podem ocorrer simultaneamente. Exemplo: durante a queima intensa de lenha, uma pequena quantidade de monóxido de carbono, um CO inofensivo, é formada no forno da caldeira2 Muito maior. E vice-versa, no regime de combustão lenta da lenha, são liberados muito hidrogênio e fumaça, parte da qual consegue se transformar em CO2 - oxidar. Ou seja, tudo depende da quantidade de oxigênio envolvida na reação.
O efeito da alta umidade
O alto teor de umidade no material de partida afeta igualmente as reações de combustão e pirólise. Considere os processos de queima de madeira como um exemplo:
- Ao queimar, a energia liberada é gasta na evaporação da água contida na madeira. A quantidade de calor na saída é significativamente reduzida, o combustível é desperdiçado.
- A umidade diminui bastante a decomposição térmica de uma substância.A água evaporada faz parte do calor gasto no aquecimento; a temperatura necessária (no mínimo 500 ° C) não é atingida. A pirólise de madeira contendo mais de 50% de umidade é quase impossível.
O melhor indicador de umidade para queima frutífera ou decomposição de madeira em um gerador de gás é de 8 a 15%. Em casa, não é realista alcançar esses indicadores, a secagem prolongada da lenha sob um dossel permite atingir 20 a 25% de umidade.
Referência. Na fabricação de pellets e briquetes de combustível na fábrica, a serragem é seca até um indicador de 8 a 10%. A umidade máxima dos grânulos acabados é de 15%.
Por que usar decomposição térmica
O escopo dos processos pirolíticos é bastante amplo:
- Produção de propileno e etileno para a indústria química, processando matérias-primas de hidrocarbonetos líquidos (óleo).
- Obtenção de carvão pelo método de decomposição sem oxigênio dos resíduos de madeira.
- O mesmo processo, mas com um suprimento de ar limitado, permite a geração de gás de síntese combustível a partir de uma árvore - uma mistura de metano, hidrogênio, monóxido de carbono e nitrogênio neutro.
- Pirólise de carvão - marrom e pedra - toda uma direção do processamento. Os compostos resultantes são gasolina sintética, coque, amônia, alcatrão de carvão. São extraídos a partir deste último tolueno, benzeno, naftaleno e vários fenóis usados na indústria química.
- Novos desenvolvimentos - utilização comercial de resíduos sólidos urbanos, pneus de automóveis, plásticos e orgânicos.
Nota. Os métodos mais famosos para o uso de reações pirolíticas estão listados aqui. Na realidade, existem muitos outros casos de uso. A Wikipedia afirma que os processos de pirólise não são totalmente compreendidos, muitos projetos estão em desenvolvimento.
Para decomposição térmica, fornos de pirólise e vários reatores são usados na indústria. O diagrama acima mostra um gerador de gás que processa resíduos de madeira e serragem em combustível gasoso. O principal papel aqui é desempenhado pelo reator de destilação a seco direto, onde as matérias-primas preparadas são processadas em gás de síntese por combustão lenta.
Uma nuance importante. Antes de carregar em um forno de pirólise ou gerador de gás, a madeira é sempre triturada e seca com um teor de umidade de 10% ou menos.
Na química industrial, também é usada a tecnologia de pirólise rápida, quando o reator é aquecido a uma temperatura de 700 ... 900 ° C por um curto período de tempo. O objetivo é aumentar a produtividade do equipamento e acelerar o processamento.
Uso doméstico
No nível doméstico, a pirólise ajuda a resolver os seguintes problemas:
- limpar o forno ou a fritadeira de depósitos de gordura pegajosos que não podem ser removidos mecanicamente;
- produção de carvão vegetal;
- aquecimento de uma casa particular com uma caldeira de combustível sólido de pirólise.
O melhor método para limpar a panela é colocá-la no forno, ajustar a temperatura para 200 ... 250 ° C e deixar repousar por meia hora. Sem oxigênio, a destruição de sedimentos ocorrerá, restarão apenas cinzas e o exaustor removerá os gases de pirólise.
Referência. Existem modelos de fornos com uma função de limpeza pirolítica integrada. No final da "torrefação", resta apenas limpar as superfícies internas e descartar as cinzas resultantes.
O carvão é usado para fritar churrasco, ferraria e para fins mais exóticos - reabastecer um gerador de gás para automóveis (como funciona, lemos em um material separado). O método de obtenção - queima de resíduos de madeira dentro de um recipiente fechado, ou seja, pirólise lenta.
Propomos analisar detalhadamente os problemas associados aos geradores de calor de madeira de pirólise.
Mitos sobre caldeiras TT de pirólise
A principal diferença estrutural entre um aquecedor de gerador de gás e uma caldeira de queima direta tradicional é de 2 câmaras em vez de uma.Um bocal de cerâmica é disposto entre as duas câmaras de incêndio; o ar é forçado por um ventilador. As paredes metálicas da unidade de pirólise são protegidas por um revestimento de tijolos refratários. Como ele trabalha:
- Lenha ou carvão é depositado na câmara superior (primária) e incendiado.
- A automação inicia o ventilador de impulso.
- Quando a temperatura na fornalha aumenta para 500 graus, a liberação de gases de pirólise começa.
- Levados pelo fluxo geral de produtos de combustão, esses compostos voláteis entram na câmara secundária inferior, onde são queimados na presença de oxigênio (supostamente).
De fato, o gás de síntese resultante começa a queimar mesmo no forno primário, uma vez que o ventilador fornece excesso de ar. Apenas uma tocha de fogo é direcionada para a segunda câmara ... e é isso. Além disso, os produtos de combustão se movem através dos tubos de calor do trocador de calor, aquecem o líquido de arrefecimento e voam para dentro da chaminé.
Adição. Há outro design de aquecedores - sem ventilador, a câmara secundária está localizada na parte superior. Do ponto de vista da pirólise, o conceito é inoperante, a unidade funciona como uma caldeira de água quente a lenha comum, embora custe o dobro do que as contrapartes clássicas.
Os apoiadores de geradores de calor de pirólise (como os fabricantes deste equipamento, vendedores e artesãos) atribuem as seguintes vantagens às suas caldeiras TT:
- o combustível é completamente queimado, o restante no cinzeiro é praticamente zero;
- tempo de gravação - 10 horas ou mais;
- baixa quantidade de emissões nocivas para a atmosfera;
- alta eficiência devido à eficiência de 86 ... 90% (indicadores do fabricante) em comparação com caldeiras tradicionais com uma eficiência de 75%.
Vamos tentar descobrir a veracidade dessas declarações. O primeiro momento: se a fornalha for carregada com madeira seca (isso é necessário de acordo com as instruções de uso do aquecedor), as cinzas finas permanecerão após a queima. O fluxo de ar criado pelo ventilador e acelerando no bico simplesmente sopra um resíduo leve na chaminé.
O resultado é um cinzeiro quase vazio, uma ilusão de combustão completa. Se você deposita madeira seca em uma caldeira TT turbo, obtém um resíduo semelhante - um pouco de cinza na parte inferior. Ou seja, a completude da combustão depende da qualidade do combustível, e não do projeto do gerador de calor.
Comente. A colocação de lenha crua com umidade acima de 50% dará um resultado negativo em qualquer caldeira. Considerando essas opções é inútil.
Resuma brevemente as respostas às demais declarações:
- O tempo de gravação de 10 a 12 horas corresponde à realidade. Outra coisa é que o indicador é alcançado devido ao tamanho da câmara de combustível (100 litros ou mais), onde é colocada muita lenha. A pirólise não tem absolutamente nada a ver com isso.
- A garantia ambiental da caldeira é verdadeira. O ventilador bombeia o excesso de ar; são formados muito poucos gases tóxicos. No modo de espera, o oxigênio não entra no forno, a lenha queima lentamente e a quantidade de emissões prejudiciais aumenta.
- A eficiência da caldeira de 90% é um conto de fadas. No modo de combustão ativa, o princípio de operação da caldeira é semelhante às versões turboalimentadas das unidades tradicionais, cuja eficiência não excede 75%. Quando o ventilador é desligado, a chama apaga, as brasas emitem pouco calor.
Conclusão. A aquisição de um modelo de geração de gás de uma caldeira a combustível sólido é um empreendimento muito duvidoso. A unidade é três vezes mais cara que as versões regulares e duas vezes mais pesada devido ao revestimento. Os geradores de calor caseiros, por via de regra, são mais confiáveis e mais baratos que os de fábrica, mas muito volumosos. Em termos de eficiência e outras características, eles não superam as caldeiras TT clássicas com um controle de tração de turbina ou corrente.
Um especialista bem conhecido confirmará nossa opinião em seu vídeo:
Conclusão
Em geral, a pirólise é um fenômeno bastante útil e amplamente utilizado na química industrial.No nível doméstico, os processos pirolíticos são usados com pouca frequência, embora a geração de gases combustíveis ocorra em qualquer fogão ou caldeira a lenha. Portanto, não faz sentido comprar modelos de pirólise caros.