熱分解現象は、常に加熱炉やボイラーでの固体燃料の燃焼を伴います。プロセスの規模は、燃焼モードと家庭用火力発電所の設計という2つの要素に依存します。木材や石炭の熱分解の詳細と、工業用および家庭用での使用のオプションを提供します。目標は、個人の家を暖房するために設計された高価な「熱分解」装置の売り手と職人メーカーによって発明された神話を払拭することです。
熱分解とは-プロセスの説明
理論的には、水素を含む炭素化合物を含むあらゆる物質を燃焼させることができます。
- 石炭;
- 天然ガス(メタン、プロパンなど);
- バイオマス-新鮮、乾燥;
- 木製品、セルロース、普通の木;
- 各種プラスチック;
- 天然または人工ゴムのゴム;
- 油、その誘導体;
- その他の炭素含有廃棄物。
出口では、燃焼した塊の初期含水量に応じて、一定量の熱エネルギーを取得します。プロセスを説明するために、化学式を使用します:
燃焼は迅速な酸化反応です。理想的な条件下では、各炭素原子が2つの酸素粒子と結合し、2つの水素原子が1つの酸素粒子と相互作用します。その結果、無害な化合物が形成されます-二酸化炭素CO2 と水。後者は加熱されると蒸発し、放出された熱の一部を奪います。
重要なポイント。実際の状況では、酸素分子がないために、すべての水素原子と炭素原子が仲間を見つけるわけではありません。したがって、燃焼生成物の組成には、有害な可燃性化合物の小さな割合が含まれます-一酸化炭素(CO)、遊離水素(N2)およびすすの形の炭素。
熱分解は、加熱されて遊離酸素が不足したときに発生する物質の分解反応です。示された原理はガス発生ユニットで使用されます:
- 燃料(特に木材)は、閉じた金属製の容器(原子炉)の中に入れられます。
- 容量は外部から特別な開口部を介して500〜900度に加熱されます-羽口には計量された量の空気が供給されます。
- 高温の影響下で、この物質は3つの主要な成分-一酸化炭素(CO)、水素(N2)および固体または液体の炭素残留物。少量の二酸化炭素と水蒸気が並行して形成されます。
- 揮発性製品は熱分解ガス(水素と一酸化炭素の可燃性混合物)を構成し、別のパイプラインを通じてタンクから排出されます。放出された気体燃料は、洗浄、冷却された後、タンクに送り込まれます。
参照。生産条件下では、結果として生じる合成ガスは、ガス発生器と同じ容量を加熱するために送られます。
燃焼と熱分解は、同時に発生する2つの異なるプロセスです。例:薪の激しい燃焼中に、無害なCOである少量の一酸化炭素がボイラー炉で形成されます。2 もっと大きい。逆に、くすぶっている薪の体制では、多くの水素と煙が放出され、その一部はCOに変換されます2 -酸化する。つまり、それはすべて反応に関与する酸素の量に依存します。
高湿度の影響
出発原料の高含水率は、燃焼および熱分解反応に等しく影響します。例として、木材の燃焼プロセスを考えます。
- 燃焼時に放出されるエネルギーは、木材に含まれる水分を蒸発させるために費やされます。出口の熱量が大幅に減少し、燃料が無駄になります。
- 湿気は、物質の熱分解を大幅に遅くします。蒸発した水は、加熱に費やされた熱の一部を占め、必要な温度(最低500°C)が達成されません。 50%以上の水分を含む木材の熱分解はほとんど不可能です。
ガス発生器での木材の実りある燃焼または分解の湿度の最良の指標は、8〜15%です。家庭では、このような指標を達成することは非現実的です。林冠の下で薪を長時間乾燥させると、20〜25%の水分を達成できます。
参照。工場での燃料ペレットやブリケットの製造では、おがくずが8〜10%のインジケーターまで乾燥されます。完成した顆粒の最大湿度は15%です。
熱分解を使用する理由
熱分解プロセスの範囲は非常に広いです:
- 液体炭化水素原料(オイル)を処理することにより、化学工業用のプロピレンとエチレンを生産します。
- 木工廃棄物の無酸素分解法による木炭の取得。
- 同じプロセスですが、空気の供給が限られているため、木からの可燃性合成ガス(メタン、水素、一酸化炭素、中性窒素の混合物)を生成できます。
- 石炭の熱分解-茶色と石-処理の全領域。得られる化合物は、合成ガソリン、コークス、アンモニア、コールタールです。化学産業で使用されるトルエン、ベンゼン、ナフタレンおよびさまざまなフェノールは、後者から採掘されます。
- 新しい開発-都市固形廃棄物、車のタイヤ、プラスチック、有機物の商業利用。
注意。熱分解反応を使用するための最も有名な方法はここにリストされています。実際には、さらに多くのユースケースがあります。ウィキペディアは、熱分解プロセスが完全に理解されていないと主張し、多くのプロジェクトが開発中です。
熱分解のために、熱分解炉および様々な反応器が産業界で使用されています。上の図は、木くずとおがくずを処理して気体燃料にするガス発生器を示しています。ここでの主な役割は直接乾留反応器によって行われ、準備された原材料はゆっくりとした燃焼によって合成ガスに処理されます。
重要なニュアンス。 熱分解炉やガス発生器に投入する前に、必ず木材を破砕し、含水率10%以下に乾燥させます。
工業化学では、反応器を700〜900°Cの温度で短時間加熱すると、急速熱分解技術も使用されます。目標は、装置の生産性を向上させ、処理を高速化することです。
国内使用
家庭レベルでは、熱分解は次の問題の解決に役立ちます。
- オーブンまたはフライヤーを、機械的に除去できない粘着性のある脂肪の堆積物から洗浄します。
- 木炭生産;
- 熱分解固体燃料ボイラーで民家を加熱する。
鍋をきれいにする最良の方法は、オーブンに入れ、温度を200〜250°Cに設定し、30分放置することです。酸素にアクセスできないと、堆積物が破壊され、灰だけが残り、クッカーのフードが熱分解ガスを取り除きます。
参照。熱分解洗浄機能が内蔵されたオーブンのモデルがあります。 「焙煎」の最後に残っているのは、内面を拭き取り、結果として生じた灰を廃棄することだけです。
木炭は、バーベキューフライ、鍛冶屋、およびよりエキゾチックな目的で使用されます-自動車用ガスジェネレーターに燃料を補給します(それがどのように機能するか、別の資料で読みます)。入手方法-閉じた容器内で木くずを燃やす、つまり熱分解を遅くする。
熱分解木材熱発生器に関連する問題を詳細に分析することを提案します。
熱分解TTボイラーに関する神話
ガスジェネレータヒーターと従来の直接燃焼ボイラーの主な構造上の違いは、1つのチャンバーではなく2つのチャンバーです。セラミックノズルは両方の炉の間に配置され、空気はファンによって強制的に送られます。熱分解ユニットの金属壁は、耐火レンガのライニングで保護されています。彼はどのように働きますか:
- 薪または石炭が上部(一次)チャンバーに置かれ、火にかけられます。
- 自動化により、ブーストファンが始動します。
- 火室の温度が500度に上昇すると、熱分解ガスの放出が始まります。
- これらの揮発性化合物は、燃焼生成物の一般的な流れによって運び去られ、下部の2次チャンバーに入り、そこで酸素の存在下で(おそらく)燃焼します。
実際、ファンが過剰な空気を供給するため、結果として得られる合成ガスは、一次炉内でも燃焼し始めます。炎のたいまつだけが2番目のチャンバーに向けられます...それだけです。さらに、燃焼生成物は熱交換器のヒートパイプを通って移動し、冷却液を加熱して煙突内に飛びます。
添加。ヒーターの別のデザインがあります-ファンなしで、二次チャンバーは上部にあります。熱分解の観点から見ると、コンセプトは機能せず、ユニットは通常の薪式の温水ボイラーとして機能しますが、従来の2倍のコストがかかります。
熱分解熱発生装置の支持者(この機器の製造者、販売者、家庭の職人など)は、TTボイラーに次の利点があると考えています。
- 燃料は完全に燃焼し、灰皿の残りは実質的にゼロです。
- 燃焼時間-10時間以上;
- 大気への有害な排出量が少ない。
- 効率が75%の従来のボイラーと比較して、86〜90%(製造業者の指標)の効率による高効率。
上記の発言の真実性を理解しようとします。最初の瞬間:火室に乾いた木材が積まれている場合(これはヒーターの使用説明書に従って必要です)、燃焼後に細かい灰が残ります。ファンによって生成され、ノズル内で加速する空気流は、軽い残留物を煙突に吹き込むだけです。
結果は、ほぼ空の灰皿で、完全燃焼の錯覚です。クラシックなターボチャージャー付きTTボイラーで乾いた木材を敷くと、同様の残留物が得られます。つまり、燃焼の完全性は、発熱体の設計ではなく、燃料の品質に依存します。
コメント。湿度が50%を超える生の薪を置くと、どのボイラーでも悪影響が出ます。このようなオプションを検討しても意味がありません。
残りのステートメントに簡単に答えてください:
- 10〜12時間の燃焼時間は現実に対応しています。もう一つは、薪がたくさん置かれている燃料室の大きさ(100リットル以上)でインジケーターが達成されていることです。熱分解はそれとは全く関係ありません。
- ボイラーの環境保証は本当です。ファンは過剰な空気を送り出します;有毒ガスはほとんど生成されません。待機モードでは、酸素が炉に入らず、薪がゆっくりとくすぶり、有害物質の排出量が増加します。
- ボイラー効率90%はおとぎ話です。アクティブ燃焼モードでは、ボイラーの動作原理は、効率が75%を超えない従来型のユニットのターボチャージャーバージョンと同様です。ファンがオフになると、炎が消え、残り火はほとんど熱を放出しません。
結論。 固体燃料ボイラーのガス発生モデルの取得は非常に疑わしい仕事です。ユニットは通常のバージョンより3倍高価で、裏地があるため2倍の重さです。自家製の発熱体は、原則として、工場のものより信頼性が高く、安価ですが、大きすぎます。効率やその他の特性に関しては、タービンやチェーンのトラクションコントロールを備えた従来のTTボイラーよりも性能が優れていません。
有名な専門家は彼のビデオで私たちの意見を確認します:
結論
一般に、熱分解はかなり有用な現象であり、工業化学で広く使用されています。家庭用レベルでは、薪ストーブやボイラーで可燃性ガスが発生しますが、熱分解プロセスはほとんど使用されません。したがって、高価な熱分解モデルを購入しても意味がありません。