Котел пиролизный как сделать: устройство, схемы сборки, принцип работы

чертежи схемы; как сделать его из кирпича на естественной тяге, пошаговая инструкция

Прежде всего, чтобы сконструировать пиролизный котел своими руками, подбирается подходящая схема и чертеж.

Рассмотрим три основных способа изготовления из различных материалов:

• Из бочки или стального листа в виде цилиндра.
• Из прочной стали в кубической форме, используя схему Беляева,
• Из кирпича в виде печи. Прежде чем выбрать тот вид котла, который вы будете создавать, рассмотрите все чертежи и схемы, а также инструкции по сборке.

Каждый тип самодельного оборудования длительного горения обладает своими преимуществами и недостатками. Из бочки получится компактная конструкция для гаража, а кирпичная печь сможет обогреть весь дом, значительно экономя топливо.

Пиролизный котел из бочки

Нам потребуется 200 литровая металлическая бочка. Можно взять готовую, а можно изогнуть и сварить лист стали толщиной 3-4 мм. Срезаем у нее верхний торец и делаем из него крышку, приварив по окружности полоску металла.

По центру высверливаем отверстие под воздуховодную трубу. Сбоку в верхней части бочки сверлим отверстие под дымоход и ввариваем в него дымоходный патрубок.

Следующим делаем поршень. Он представляет собой круг, по диаметру несколько меньший крышки бочки, чтобы он мог в нее поместиться. По центру сверлиться отверстие и к нему приваривается воздуховодная труба, по которой кислород будет поступать в топку.

Пиролизный котел из бочки

В верхней части делаем заслонку, которая будет регулировать количество поступающего внутрь воздуха. Для этого сверлим сквозное отверстие, вставляем в него плотный штырь и привариваем внутри к нему небольшую пластину. Вращая его, мы меняем площадь отверстия.

Снизу стальной лист необходимо утяжелить, чтобы при сгорании поршень под своей тяжестью опускался и измельчал сгоревшее топливо. Важно, чтобы все сварочные швы были герметичны. Если этого не будет, котел не сможет работать достаточно эффективно.

Пользоваться таким самодельным котлом просто. На дно засыпается топливо и поджигается. Когда оно достаточно разгорится, сверху устанавливается поршень и закрывается крышка. По мере горения, поршень постепенно будет опускаться.

Под ним будет происходить процесс тления, а сверху него будут сгорать выделяемые газы. Такая конструкция еще называется пиролизной головкой и может работать на дровах или смежных видах топлива из древесных отходов.

Котел по схеме Беляева

Нам понадобятся следующие материалы:

• Около 10 квадратных метров металлического листа толщиной 4-5 мм.
• 8 метров стальной трубы, диаметром 57 мм с толщиной стенки 3,5 мм.
• По одному метру трубы диаметром 159 мм и 32 мм.
• 15 штук шамотного кирпича.
• Вентилятор дутьевой.
  Дутьевой вентилятор на пиролизном котле
• Стальные полосы, шириной 20, 30 и 80 мм.

Из основных инструментов нужны будут болгарка, дрель и сварочный аппарат.

Пошаговая инструкция сборки пиролизника:

1. Собирается две камеры сгорания. Топка, в которой будет сгорать древесина и газовая, где горят выделяемые газы.
2. К ним приваривается задняя стенка и воздухоотводы из швеллера или профтрубы с просверленными отверстиями.
3. В топке делается отверстие и вваривается патрубок, через который будет поступать внутрь кислород.
4. Следующим изготовляется теплообменник. Для этого берем две пластины металла и просверливаем в них симметричные отверстия под трубу сечением 57 мм.

   Труба режется на куски одинаковой длины, и они ввариваются в заготовки. Далее он приваривается к котлу.

5. Перед тем, как сделать и приварить лицевую стенку на камеры сгорания, в ней производятся два отверстия. Они будут предназначены для труб входящего и выходящего воздуха.
   Схема пиролизного котла
6. Приваривается боров и крышка перед заслонкой. Все сварочные швы важно зачистить болгаркой.
7. Сверху всю конструкцию обшиваем листом шириной 4 мм с уголками. Верхнюю часть дополнительно утепляем. После этого проверяем короб на герметичность. Сделать это можно с помощью воды. Если герметичности не будет, КПД котла значительно уменьшится.
8. Из чугунных пластин делаются дверцы для камер сгорания. Привариваются петли и они устанавливаются. Сверху ставятся защелки.
9. Нижнюю камеру выкладываем кирпичами, предварительно порезав их по необходимым размерам. Так как их не будет видно, не обязательно покупать новые. Можно найти бесплатно возле любого разрушенного здания.
10. Устанавливается нагнетающий вентилятор на выход воздуховодной трубы.

Также такую конструкцию можно сделать из КСТ котла, применив его в качестве корпуса.

Кирпичный пиролизный котел

В своем доме можно построить печь, которая будет работать по принципу пиролиза. Она монтируются в одну из стен. Дымоход выводится на крышу, продукты сгорания выводятся на естественной тяге. Камеры сгорания делаются стальными, колосник чугунный, корпус из кирпичной кладки. Во всем остальном устройство принципиально ничем не отличается.

Схема пиролизного котла из кирпича

По периметру конструкция выкладывается керамическим кирпичом, внутренние перестенки делаются из шамотного кирпича. Важно кладку производить очень качественно, так кА от этого будет зависеть производительность печи.

В заключение предлагаем посмотреть видео о том, как сделать пиролизный котел своими руками из газового баллона:

Пиролизный котел своими руками – как правильно сделать – Свой дом мечты

Для создания пиролизного котла, работающего эффективно и безотказно, следует разобраться с процессами, происходящими в этом устройстве.

Пиролизом называется процесс разложения сложных веществ при воздействии высоких температур без привлечения дополнительных реагентов. Если упростить, то под воздействием нагрева происходит расщепление молекул на простые составляющие с меньшей массой. То есть при горении органического топлива в топке вещества, полученные в ходе пиролиза, сгорают легче, полнее, отдавая при этом большее количество тепла.

Принцип работы пиролизного котла

Пиролиз в чистом виде подразумевает разложение порции топлива при отсутствии доступа воздуха, который происходит в реторте. Газы, получаемые в процессе пиролиза, поступают в накопитель-ресивер и в зависимости от потребности используются. Такой принцип действия применялся в пиролизных установках, применяемых в автомобилях в период Второй мировой войны. При этом реторта нагревалась от тепла выхлопных газов.

Применение пиролиза в чистом виде имеет не высокий КПД, вследствие осаждения части горючих компонентов при остывании пиролизного газа. Эти составляющие способны поддерживать горение, но использование их в карбюраторе не представляется возможным. Также перед поездкой необходим нагрев реторты от внешнего источника тепла, а при движении следовало поддерживать давление в ней, чтобы было возможно тронуться при остановке.

Пиролизный котел

В связи с тем, что дефицита твердого топлива не было ранее, и нет сейчас, конструкция автомобильных агрегатов основывалась на газогенерации. Этот процесс происходил следующим образом: после загрузки деревянных чурок происходил их розжиг, а затем медленное тление. Источником необходимой для пиролиза температуры было частично само топливо, а пиролизные газы направлялись непосредственно в карбюратор. Во время стоянки их стравливали в воздух. Преимуществом использования принципа газогенерации в подобных установках является наличие возможности топить при движении, используя при этом любое твердое топливо.

Абсолютно все современное пиролизное котельное оборудование является газогенераторным, что дает возможность иметь КПД на уровне 65-70%. При этом нет никакой ошибки в названии, так как свыше 90% энергии получается при пиролизном сгорании газов. По сути, пиролиз и газогенерация являются синонимами, обозначающими один и тот же процесс.

На заметку: принято считать котел пиролизным в случае наличия длительного процесса горения в нем твердого топлива. В них основное количество тепловой энергии вырабатывается при протекании процесса пиролиза. Масляные устройства длительного горения производят более 50% энергии за счет пиролиза легких фракций, а тяжелые при этом оседают в виде шлама. Таким образом, печи, работающие на масле называть пиролизными можно при очень большом допущении.

Терминология

Печники выражаются на собственном языке, который, порой, не понятен остальным людям. Так, хайло не является бранным словом, а представляет собой устье топки, сооруженное по определенной конструкции. Боров представляет собой горизонтальная часть дымохода, шибер – это заслонка, которая необходима для регуляции воздушных потоков и дыма. В случае пиролизного котла газоход и дымоход являются различными понятиями. В первом из них не происходит никаких процессов, а во втором продолжают происходить термохимические реакции.

Пиролизный котел в разрезе

Принципы работы

Все котлы, работающие по принципу пиролиза, функционируют одинаково:

• В камере, где происходит газификация, идет процесс тления топлива. В нее поступает снаружи первичный воздух.
• Некоторый объем кислорода, присутствующего в нем, тратиться на то, чтобы тление не прекращалось и обеспечивало требуемую для газификации температуру.
• Проходящие хайло газы, выделяемые при пиролизе, перемещаются в камеру сгорания.
• В нее же происходит поступление вторичного воздуха, и идет процесс горения пиролизных газов.
• В присутствии катализатора, в качестве которого выступает углерод топлива, идет восстановительная реакция части пиролизного газа. Результатом ее является угарный газ и окислы азота. Этот процесс требует затрат тепловой энергии.
• В камере дожигания компоненты, полученные при восстановлении, окисляются с выделением тепла.
• Продукты горения, вступившие в реакцию, движутся по теплообменнику водогрейного регистра, а затем направляются в дымоход.
• Для поддержания требуемой температуры, при которой происходит полное сгорание, служит специальная терморегулирующая система.

Пиролизный котел

На заметку: если производить отбор тепловой энергии в процессе стадий работы аппарата, когда происходит газификация, сгорание и догорание, то существенно снижается КПД теплотехнического устройства. В ходе процесса, осуществляемого таким образом, имеет место образование газов, которые не только вредны, но и опасны. Количества тепла, циркулирующего в пиролизном котле, значительно больше, чем требуется для самоподдержания процесса. Поэтому проектирование пиролизных котлов для исполнения своими руками должно происходить с пониманием процессов, происходящих в нем, чтобы не создать не только неэффективное, но и опасное устройство.

Режимы работы пиролизного котла

Розжиг

На этом этапе нужно, чтобы шибер находился в открытом состоянии. Продукты горения движутся непосредственно в дымоход

Рабочий режим

Устройство работает при закрытой заслонке, обеспечивая, таким образом, протекание процесс пиролиза. Создание тяги в газоходе достигается принудительным образом или естественным путем.

Догрузка топлива

В этот момент шибер закрыт, но тяга в газоходе еще присутствует на протяжении некоторого времени. Процесс пиролиза не заканчивается. Догрузка топлива должна осуществляться как можно быстро, так как в противном случае оно может просто сгореть.

Принцип работы

Преимущества и недостатки

К преимуществам пиролизных котлов относят:

• Принцип действия устройства позволяет высокого достичь КПД до 85%, так как топливо сжигается практически без остатка.
• Суточная загрузка топлива производится не более двух раз в сутки.
• Экономия топлива достигается возможностью производить регулировку подачи тепла в отапливаемое помещение.
• Экологичность отопительного прибора.

Пиролизные котлы, применяемые в быту, являются требовательными агрегатами:

• Обезводненное топливо свыше 30% резко снижает КПД. Это объясняется необходимостью расходовать дополнительно энергию на испарение и разложение водяного пара.
• Технические характеристики котла, полученные расчетным путем, могут быть достигнуты только в случае применения топлива, которое имеет в своем составе значительное количество сложных органических соединений.
• В процессе горения образуется сильная струя газов, которая обладает высокой химической активностью. Этот фактор обуславливает необходимость использования для устройства камеры сгорания высококачественных материалов.
• Небольшой предел регулировки по мощности. Предел форсирования котла составляет максимум 50%.
• Существенная стоимость.

Стандартное устройство пиролизного котла

Пиролиз

Конструкция пиролизного котла предусматривает наличие двух камер сгорания. Такая особенность устройства позволяет максимально полно использовать эффект пиролиза.

Первая камера служит для загрузки топлива и его пиролиза. В ней идут процессы разложения органических соединений, в результате чего образуется зола и пиролизные газы, которые перемещаются во вторую камеру.

Камеры между собой разделяются при помощи колосника.

Кроме этого, характерной особенностью пиролизного котла является создание верхнего дутья. В связи с тем, что процессы в топке сопровождаются повышенным аэродинамическим сопротивлением, возникает необходимость в организации принудительной тяги. Для этой цели применяются дымососы или вентиляторы.

Установка и требования к конструкции: рекомендации специалистов

Высокий уровень пожароопасности этого теплотехнического агрегата подразумевает выполнения ряда требований при монтаже пиролизного котла:

• Размещаться котельное оборудование должно в отдельном специально предназначенном для него помещении.
• Для безопасной эксплуатации необходимо соорудить вентиляционное отверстие площадью 100 кв. см.
• Установка котла должна осуществляться на фундамент, выполненный из кирпича или бетона.
• Должна быть обустроена защита топочных камер из листовой стали.
• Обязательно должно иметься свободное пространство между предметами мебели, стенами и кожухом котла минимум 200 мм.
• Необходимо провести мероприятия по утеплению дымохода. При невыполнении этого условия потери тепла неизбежны. Кроме этого, отсутствие надежной теплоизоляции станет причиной повышенного износа и поломок устройства из-за возникновения нагара и конденсата.

Пиролизный котел

Пиролизный котел своими руками

Рост популярности пиролизных котлов обусловлен рядом преимуществ этого отопительного прибора, одним из которых, помимо всего прочего, является независимость от снабжения жилища газом. Высокая стоимость заводских экземпляров техники дало толчок к изготовлению пиролизных котлов своими силами.

Выбираем инструменты и материалы

Перед сборкой пиролизного котла необходимо определиться с типом устройства, его конструктивными особенностями и подобрать подходящий типовой проект конструкции.

Для создания пиролизного котла потребуются:

• стальная толстостенная труба;
• листовая сталь толщиной 4 мм;
• профильные трубы;
• круглый прокат диаметром 20 мм;
• вентилятор центробежного типа;
• шамотный кирпич;
• терморегулирующая автоматика;
• гайки, болты, шайбы.

Минимальный набор инструментов для сборочных работ состоит из:

• сварочный аппарат для дуговой электросварки;
• болгарка;
• электродрель;
• комплект слесарных инструментов.

Схема сборки

Для определения точного количества материалов для пиролизного котла необходимо воспользоваться чертежами, которые можно найти в справочной литературе. Не имеет смысла самостоятельно создавать конструкцию устройства, достаточно подобрать наиболее подходящую из уже имеющихся. В схеме пиролизного котла должны быть обозначены: топка, теплообменник и организация подачи воды.

Схема сборки

Пиролизная печь как альтернатива котлу

Специалисты считают, что изготовление пиролизных котлов малой мощности нецелесообразно. Поэтому в домах с небольшой площадью при отсутствии возможности электрического или газового отопления, подходящим вариантом является сооружение пиролизной печи. Принцип работы такого устройства подобен тому, что используется в котлах при сгорании твердого топлива.

Сооружение классического варианта печи из кирпича, оборудованной водяным контуром является хорошим техническим решением проблемы организации отопления. Подобная конструкция объединяет преимущества двух агрегатов: традиционной печи и котла длительного горения.

Пиролизная печь

Пиролизные котлы для отопления частного дома своими руками: чертежи и видео

На чтение 8 мин Просмотров 85 Опубликовано 11.01.2015 Обновлено 31.07.2016

Одним из решений проблемы обогрева дома могут стать пиролизные котлы отопления на твердом топливе — эффективные в работе и неприхотливые в эксплуатации. Однако высокая стоимость отопительных устройств заводского изготовления заставляет потенциального покупателя задуматься: а не попробовать ли самому сделать пиролизный котел? Для работящего человека с техническими навыками это вполне по силам. Наша статья поможет понять, как происходит процесс горения в пиролизном котле для отопления частного дома, из каких материалов его можно смонтировать и как подключить к отопительной системе.

Особенности пиролизных отопительных устройств

Пиролизный котел служит генератором тепла в домашней системе отопления

Главным отличием пиролизного твердотопливного котла отопления (газогенераторного) считается особый принцип горения топлива. Если в обычных котлах дрова или уголь просто горят открытым пламенем, то здесь процесс разделен на два этапа:

1. Топливо загружают в топочную камеру и разжигают огонь. Когда температура превысит 400 °С, начинается процесс пиролиза — медленного тления топлива при недостатке кислорода. При этом выделяется тепло, дым и пиролизный газ, в состав которого входит окись углерода и различные углеводороды.
2. Для перевода котла в рабочий режим закрывают заслонку прямой тяги и включают вентилятор. Газообразные продукты пиролиза вытесняются струей первичного воздуха в камеру сгорания, где они обогащаются кислородом от подачи подогретого вторичного воздуха. Смесь пиролизных газов и взвешенных частиц полностью сгорает и отдает свою тепловую энергию встроенному в котел теплообменнику.

Насколько экономичны и удобны пиролизные котлы отопления, подтверждают отзывы пользователей. Теперь им больше не нужно вставать по ночам, чтобы подбросить дровишек. Загруженная в котел очередная порция топлива будет потихоньку тлеть с вечера до позднего утра. Эффективность сгорания такова, что золы почти не остается, а из дымохода идет лишь легкий прозрачный дымок.

Для нормального протекания процесса пиролиза котел должен быть оборудован вентилятором, поэтому необходимо, чтобы электроснабжение в доме было бесперебойным.

Требования к самодельным пиролизным котлам

Схематическое устройство пиролизного котла

Для того чтобы пиролизный котел отопления, изготовленный своими руками, превзошел по эффективности обычный твердотопливный котел, его конструкция должна отвечать строгим требованиям:

• температура в топке должна быть оптимальной (600–700 °С), поскольку именно в этих условиях происходит наиболее качественное выделение продуктов пиролиза;
• регулирование мощности горения не должно существенно снижать КПД;
• котел отопления должен быть пригоден для длительного непрерывного сжигания топлива;
• корпус камеры сгорания пиролизных газов должен быть устойчив к коррозии и способен выдерживать температуру выше 1200 °С.

Желательно также, чтобы в конструкции котла была предусмотрена камера для предварительного подсушивания древесного сырья.

Технические характеристики, которыми должен обладать самодельный пиролизный котел для отопления частного дома:

Технические параметры	Ед. изм.	Для небольших домов	Для коттеджей
Мощность	кВт	15–25	35–50
КПД	%	80	85
Максимальное рабочее давление	бар	1,8–2,0	3,0–4,5
Макс. площадь отопления	м²	до 200	до 500
Объем воды в теплообменнике	л	18–25	40–65
Объем топки	л	70–100	200–300

Использование самодельного отопительного устройства иногда бывает рискованным, поскольку при неправильно отрегулированном процессе горения может произойти так называемый «хлопок» — взрыв пиролизного газа.

Топливо для пиролизных котлов

Древесина обладает наилучшей способностью образовывать газообразные горючие смеси в процессе пиролиза

Из всех видов топлива для пиролизного процесса лучше подходят дрова и различные древесные отходы. Кроме этого, в пиролизных котлах для отопления частного дома можно сжигать также уголь или торф, но эффективность будет несколько меньше.

Толщина поленьев не имеет большого значения, а их длина ограничивается только габаритами топочной камеры. Главное условие — чтобы среди них не попадалась гниль и труха. Если кроме дров использовать для сжигания опилки и стружку, их объем не должен превышать 1/3 часть от общей загрузки топлива.

Древесное топливо должно быть сухим, влажностью не более 20–25%. В противном случае его сгорание будет неполным, теплоотдача снизится, а дымовая труба забьется сажей и дегтем.

Пиролизный котел своими руками

Один из вариантов конструкции отопительного котла, развивающего мощность 45 кВт

Чтобы сделать котел отопления пиролизный твердотопливный, самодеятельному мастеру придется для начала изучить доступную информацию по этому вопросу.

В рамках нашей статьи мы в состоянии дать только общие рекомендации, а подробные чертежи можно поискать в интернете. Полезно также заглянуть на форумы, где специалисты обмениваются мнениями.

По их отзывам, пиролизные котлы отопления делать своими руками все же обойдется дешевле, чем покупать фирменные.

Мощность пиролизного котла определяют несколько факторов, и главные среди них: общие габариты изделия, объем камеры горения и высота подачи первичного воздуха.

Любую готовую схему системы отопления с пиролизным котлом нужно будет доработать с учетом конкретных условий своего жилища.

Материалы и технология изготовления

Высокую температуру горения пиролизного газа может выдержать только огнеупорный кирпич

Для изготовления пиролизного котла отопления своими руками понадобится:

• электросварочный аппарат и хороший запас электродов;
• «болгарка» и к ней не менее 20 отрезных кругов;
• сталь 4мм, 3 листа 1,25×2,5 м;
• сталь 2 мм, один лист;
• труба 57 мм общей длиной 8 м;
• шамотный кирпич, 12—14 шт.;
• и еще некоторые мелкие детали.

Раскроить металл и выполнить сварочные работы — задача не из легких. Если нет возможности заняться этим самостоятельно, придется пригласить мастера.

Дверцы котла должны закрываться герметично, чтобы не терялось тепло и не выходил наружу дым.

Испытание готового котла

В ходе испытания должны быть выявлены недостатки самодельного отопительного котла и определены способы их устранения. Качественно смонтированный пиролизный агрегат обладает следующими свойствами:

• топливо разгорается достаточно легко при естественной тяге;
• дым не вырывается из-под уплотнителя верхней дверцы;
• вентилятор обеспечивает стабильный поток воздуха и не шумит;
• котел за 20-30 минут выходит на рабочий режим;
• при включении вентилятора пламя в камере сгорания сильное и ровное;
• процесс сжигания пиролизного газа поддается регулированию;
• при остановке вентилятора не возникает эффекта обратной тяги;
• соотношение тепловой мощности к затраченному количеству дров соответствует расчетам.

Если самодельный отопительный котел демонстрирует соответствие этим параметрам, его можно признать работоспособным после устранения обнаруженных недоделок.

Схемы подключения пиролизного котла к отоплению

Тепло в доме зависит от того, правильно ли устроена система отопления с пиролизным котлом и соответствует ли норме режим топки. Все нюансы нужно предусмотреть на этапе составления проекта. Отопление дома может производиться как с помощью горячей воды, так и воздушным способом.

При разработке системы отопления нужно неукоснительно следовать специальным рекомендациям и нормам техники безопасности.

Водяное отопление

Кроме котла, в системе установлены: 1 — группа безопасности, 2 — расширительный бак, 3 — циркуляционный насос

Монтаж пиролизного котла отопления на твердом топливе должен производиться в помещении, специально отведенном под котельную. Кроме самого котла, здесь следует разместить такие элементы отопительной системы, как циркуляционный насос, запорная арматура, расширительная емкость, датчики, термометры и другие устройства. В той же котельной есть смысл оборудовать место для поленницы дров недалеко от котла, чтобы не приходилось часто выходить за ними на мороз.

Непосредственное подключение пиролизного котла к системе отопления может быть выполнено по-разному. На следующем рисунке показан наиболее простой способ подключения.

Другие способы подключения пиролизного котла к водяной системе отопления:

• с контуром подмеса — к перечисленным выше элементам системы добавляется дополнительный контур и краны, регулирующие количество нагреваемой воды;
• с гидрострелкой — эта схема лучше всего проявляет себя в системах отопления с несколькими контурами;
• с аккумулирующим баком — подогрев воды происходит посредством ее поступления из бака и позволяет оптимизировать работу котла даже без электричества.

Выбирая схему подключения к отопительной системе пиролизного котла, желательно просчитать стоимость каждого варианта, чтобы найти среди них оптимальный.

Воздушное отопление

Схема распределения воздушных потоков при обогреве дома от пиролизного котла воздушного отопления

Домовладельцы используют пиролизный котел воздушного отопления чаще всего не для обогрева дома, а для гаражей, складов, теплиц и других хозяйственных помещений. Метод отопления жилых комнат подогретым воздухом пока еще не получил распространения. Но и здесь использование пиролизного котла могло бы продемонстрировать его преимущества. Например, система воздушного отопления особенно актуальна, когда хозяева загородного дома озабочены тем, чтобы водяная отопительная система не разморозилась за время их длительного отсутствия.

Система, использующая пиролизные котлы воздушного отопления, состоит из одного или нескольких вентиляторов, термодатчиков, блока управления и сети воздуховодов для транспортирования горячего воздуха к местам обогрева.

В какой бы из систем отопления ни использовались котлы отопления пиролизные твердотопливные, для их безотказной работы необходимо утеплить дымовую трубу, чтобы на ее стенках не образовывался конденсат.

В заключение

Анализируя отзывы о пиролизных котлах отопления, можно составить впечатление об их несомненных достоинствах. В условиях постепенного удорожания природного газа все чаще становится оправданным решение устроить систему отопления с пиролизным котлом собственноручного изготовления. Многих пользователей привлекает автономность такой системы и простота ее эксплуатации.

Посмотрите видео, как сделать своими руками достаточно простую модель пиролизного котла:

Тем, кому невозможно подсоединиться к центральному газоснабжению, пиролизные котлы отопления на твердом топливе станут надежными помощниками в деле обогрева жилья. Но если вы решили сэкономить, тогда вашим решением будет самостоятельное изготовление отопительного устройства. Монтаж и подключение пиролизного котла к системе отопления будет доступным для людей, имеющих инженерные и слесарные навыки.

Самодельный пиролизный котел — как сделать своими руками — Твердотопливные котлы — Котлы

Еще один наш соотечественник не стал ждать милостей от государства в виде посильных цен на энергоносители. Котлы 40кВт и 50 кВт.

Ссылки не приветствуются, поэтому просто почитайте, чел пишет:

Я живу на северо-востоке Украины, г Сумы. До последнего времени отапливал свой дом, а это около 150 м кв., углем. Конечно существуют газовые котлы или электрические котлы, но мне они не подходили. Я задумался о альтернативных видах отопления. О пиролизных или газогенераторных котлах слышал давно и хотел бы изготовить его под свой дом. Попытался найти информацию на эту тему, но на сайтах производителей котлов, кроме рекламы, я почти ничего не находил. Но вот в прошлом 2007 году мой сосед купил 40 кВт пиролизный котел для своего дома. Так я впервые воочию увидел, что это такое. Его котел был местного производства и не совсем подходил мне по своим характеристикам. Его цикл работы на одной загрузке дров составлял 6-8 часов. За это время топливо выгорало полностью, и приходилось по-новому его разжигать. А имея такой котел, мне не совсем хотелось бы среди ночи заниматься этим делом, и я решил при разработке пиролизного котла своими руками для себя изменить его характеристики. Взяв за образец соседский аппарат, я сконструировал свой. Что в итоге получилось: конечно, увеличение работы автоматически привело к увеличению габаритов пиролизного котла своими руками сделанного. Если первоначально он был 1200-550-1100, то теперь стал 1500-750-1650. Я увеличил загрузочную камеру с 180 литров до 780. По моим расчетам ее объема было достаточно даже при неплотной укладке топлива на сутки работы, что впоследствии, и подтвердилось на практике. С объемом котла увеличилась его мощность, теперь она составляет около 50 кВт. Пиролизный котел своими руками реализованный при сухом топливе быстро выходит на пиролизный режим и справляется с отоплением дома легко, сказывается излишняя мощность. При нагревании теплоносителя, а это вода, до 85 гр. автоматика отключает наддув, горение прекращается и котел выходит на пассивный режим. Опять же при падении температуры до 80 гр. включается наддув и цикл повторяется. Держать температуру ниже 65 гр. не стоит, при такой температуре начинается выделение смол, дегтя, конденсата; и все это сбегает вниз, загрязняя уплотнение нижней дверцы. Для автоматики использовал датчик регулировки температуры от ГУАБ-20, предварительно переделав его. Теперь он при понижении температуры воды до заданных параметров замыкает низко вольтовое реле, которое в свою очередь включает электромотор наддува. За 5 месяцев работы никаких проблем с самодельным пиролизным котлом не было. Единственное условие — это сухое топливо. При сыром котел горит плохо, пиролиза нет. Пробовал сжигать резину, добавляя в небольших количествах к дровам, результат отличный, но на улице немного чувствуется специфический запах, напоминающий тление ветоши.
P.S. Пошел второй сезон эксплуатации котла. Что интересно сообщить за прошлый сезон, так это то, что зима для меня была одна из самых беззаботных зим по отношению к предыдущим! Моя работа по обслуживанию сводилась к редким, по сравнению с отоплением углем, посещений котельной. В последствии я перешел на двух разую закладку топлива за сутки. Это связано с тем что при разовой бывали моменты, что топливо зависало в топке и самодельный пиролизный котел какое то время работал не эффективно. Дрова не измельчал, а бросал размером, какие позволяла засунуть дверца! Хотя повторюсь, объема камеры достаточно для разовой загрузки на сутки, при доме 150 метров и темп на улице до -20, при плотной укладке топлива.

В этом, 2009 году, я построил еще один пиролизный котел своими руками, но с той разницей, что горение происходит не на колосниках , а в щелевой горелке, подобной керамической. Информацию по самодельному пиролизному котлу можете посмотреть здесь Котел пиролизный 40кВт. Посмотрите видео его работы, вам понравится.

Материал для изготовления пиролизного котла своими руками на 50 кВт

• Металл- лист стали толщиной 4мм, длина 6м, ширина 1,5м
• Металл- лист стали толщиной 6мм, длина 6м, ширина 1,5м
• Труба стальная, толщина стенки 4 мм, длина 13 м
• Лист чугуна, толщина 10мм, длина 90см, ширина 65см
• Колосниковая решетка 65 на 90 см
• Прут круглый 20мм, длина 6 метров
• 10 пачек электродов по 3 кг
• Кирпич шамотный, 100 шт
• Вентилятор центробежный
• На уплотнение использовал асбестовый шнур и лист
• Это основное. Ну, конечно, болтики, гаечки и другие мелочи.

 

Как сделать пиролизный котел своими руками в домашних условиях?

Сегодняшняя ситуация с газовым обеспечением в стране такова, что если рассматривать выгодные с экономической точки зрения варианты отопления для частного дома, то среди наиболее оптимальных решений стоит выделить систему отопления с использованием котла на дровах. Из всех разновидностей подобных агрегатов особого внимания заслуживают пиролизные котлы. Они достаточно экономичны в потреблении сырья и не требуют чрезмерных усилий по дополнительному обслуживанию. Многие пользователи относят этот вид отопительного оборудования к наиболее идеальным вариантам для обогрева помещения и обеспечения его хозяйственных нужд. Единственным недостатком данного агрегата является его существенная стоимость. Из-за этого некоторые владельцы частных домов предпочитают собственноручно изготавливать котлы пиролизного горения.

Однако не забывайте, что всегда надежнее приобрести качественный агрегат, который был произведен на специализированном предприятии и прошел все необходимые испытания. Хотя такой вариант однозначно будет на порядок дороже, чем изготовленный вручную, но его качество будет гарантировано авторитетом производителя. Таким образом, прежде чем приступить к собственноручному изготовлению котла пиролизного горения, определите, что для вас важнее — экономия личных средств или экономия сил и времени плюс гарантированное качество конструкции и надежность работы устройства.

Если вы все же отдаете предпочтение первому варианту, то вам следует узнать как можно больше о том, как сделать пиролизный котел своими руками.

Котел пиролизного горения своими руками

Стоит отметить, что пиролизные котлы являются достаточно непростым видом отопительного оборудования, поэтому их собственноручное изготовление также потребует дополнительных финансовых затрат. К примеру, для создания корпуса потребуется металл, толщина которого должна быть не менее 6 мм.

Принцип работы пиролизного котла имеет свои особенности. Суть процесса пиролиза — сгорание топлива в вакуумном пространстве. Для обеспечения полноценного функционирования агрегата необходимо, чтобы конструкция включала такие базовые компоненты, как две топки, керамическую форсунку для подачи пиролизного газа, а также вентилятор и автоматику.

Детальная инструкция пиролизных котлов, сделанных своими руками, включает следующие этапы работ:

Выбрав место, обработайте ближайшие покрытия (стены, пол и пр.) термоизолирующим материалом.

• Подготовьте подробный чертеж.
• Закупите качественные материалы.
• Изготовьте элементы конструкции по чертежам.
• Подготовьте отверстия для труб и установите их.
• Приварите распорки, предотвращающие деформацию конструкции.
• Изготовьте загрузочную дверь.
• По чертежу расположите в котле шамотный бетон.
• Установите вентилятор и автоматику.
• Прикрепите термодатчик.

Несмотря на то, что схема пиролизного котла своими руками может показаться достаточно простой, важно понимать возможные риски. Абсолютно все работы по изготовлению котла должны быть осуществлены на высшем уровне, начиная с порезки металла и заканчивая качеством сварных швов. Неправильная эксплуатация и неточности в создании конструкции могут вызвать скопление газов, что в свою очередь может привести к взрывной реакции. Поэтому, чтобы вы могли полностью обезопасить себя, специалисты рекомендуют все же отдавать предпочтение вариантам заводского производства, качество и надежность которых подтверждаются соответствующими сертификатами и гарантиями от производителя.

Пиролизный котел своими руками, чертежи и принцип работы

Несмотря на то, что газификация в городах России официально была закончена еще в прошлом веке, все-таки остались обделенные вниманием небольшие населенные пункты, в которых данные коммуникации не проведены и их проведение не планируется властями. Именно поэтому, высокий спрос на печи из кирпича не в далеком прошлом, как это может показаться на первый взгляд. Многие люди ошибочно считают, что это всего лишь простая конструкция, с помощью которой можно без труда отопить любое помещение при необходимости. Но если вы планируете регулярно эксплуатировать данное приспособление в качестве основного источника тепла, вы можете столкнуться с неожиданными для себя трудностями и проблемами. Именно поэтому, в момент создания печи своими руками, важно соблюдать огромное количество нюансов, о которых мы и поговорим в этой статье. Чертеж котла

Пиролизная печь в качестве доступного аналога кирпичной конструкции

Первое, что нужно знать тем, кто решил создать данный источник тепла, это обязательное наличие прочного и надежного фундамента. Его создание лучше всего доверить профессионалам своего дела, которые имеют необходимый опыт и навыки. Данные услуги специалистов, разумеется, стоит не мало, ведь это весьма кропотливая и непростая задача. Но, в том случае, если вы не располагаете крупной суммой, обратите свое внимание на неплохой аналог – пиролизные печи. За их создание вы можете взяться самостоятельно, для этого понадобятся только расходные материалы, а также соответствующие чертежи и схемы. Сегодня конструкции из кирпича своими руками достаточно востребованы в загородном и дачном домостроении, особенно в тех регионах, где не были проведены центральные газовые магистрали и не введены в эксплуатацию отопительные системы. Стоит отметить, что существует возможность создать печь из кирпича, которая будет функционировать, реализуя принцип пиролиза, но при этом не будет нуждаться в надежном фундаменте. Такое оборудование пригодно для ежедневной эксплуатации и при этом сможет прослужить вам достаточно долго. Все что будет требоваться от вас – подбрасывать топливо по мере необходимости.

Почему стоит отдать предпочтение такой печке?

Основными достоинствами такой конструкции стоит назвать следующие характеристики: Принцип работы пиролизной печи

Возможность поддерживания установленного температурного режима на протяжении длительного времени. Для этого потребуется только увеличить вместительности топливной камеры.

Минимальный уровень выделения токсических веществ в процессе переработки топлива. Именно поэтому, такая печь обеспечит комфортную для проживания температуру, а также безопасный для здоровья микроклимат в помещениях.

Данная печь способна сжигать всевозможные строительные и бытовые отходы, в том числе и автомобильную резину, пластик, а также части ДВП. Перечисленные материалы, будут хорошим топливом, но категорически не рекомендуется использовать отходы в качестве постоянного топлива. Кроме того, их сжигание будет безопасным, только в том случае, если при загрузке он будет составлять третью часть от всего количества топлива.

Несмотря на все перечисленные достоинства, пиролизная конструкция имеет и свои минусы. Самыми существенными являются:

1. Высокие требования к качеству топлива. Оно должно быть, в первую очередь, сухим. Влажный материал не допустим к использованию, так как эксплуатация пиролиза в таком случае не даст необходимого результата, так как выделяемое тепло попросту растворится паром в процессе горения.
2. Крупные габариты. Данную особенность можно считать недостатком, если пиролизный котел своими руками вы планируете расположить в небольшом помещении.
3. Зависимость от вспомогательного оборудования. Обеспечивающий хорошую тягу вентилятор, к сожалению, не будет работать в круглосуточном режиме.
4. Постоянный уход за печью. Для того, чтобы поддерживать микроклимат в доме, нужно постоянно следить за наличием дров в камере, а также перед каждой новой закладкой убирать перегоревшие угли.

Работа кирпичной пиролизной печи

До начала монтажных работ, чрезвычайно важно провести все необходимые расчеты, учитывая особенности помещения, после чего составить схему будущего оборудования. Сегодня существует возможность воспользоваться уже готовым чертежом из интернета, который создавался профессионалом. Принцип работы

Вместо основания, для устойчивости конструкции, проводится укладка периметр печи керамическим кирпичом. Создание перегородок внутри печи происходит с использованием шамотного кирпича. Полноценно эксплуатировать конструкцию можно будет лишь после окончательной сборки и обустройства системы вентиляции. Чрезвычайно важно брать в учет время, которое будет необходимо для полного сгорания топлива. Специалисты в области строительства рекомендуют использовать прессованные дрова для обогрева помещения. Когда пиролизная печь будет запущена, следует определить КПД (коэффициент полезного действия). Для этого не требуется закупать никакое измерительное оборудование, нужно только хорошенько принюхаться к запаху дыма. Если вы не ощущаете угарный газ, то КПД достаточно высок. Внешний вид готового котла для пиролизной печи

Создавая пиролизный котел своими руками пошаговая инструкция необходима в первую очередь для того, чтобы должным образом соблюсти все правила пожарной безопасности. Пренебрегая данным требованиям, вы можете спровоцировать пожар в своем доме или же нанести непоправимый урон здоровью всех жильцов. Кроме того, настоятельно рекомендуется проводить монтаж печи в отдельном нежилом помещении. Для того, чтобы камера прослужила долго, следует позаботиться о ее защите с помощью плотного металлической обшивки. Сравнение конструкции котлов

Теперь важно поговорить о материалах, которых понадобятся для проведения работ.

• Чугунные колосники;
• Керамический и шамотный кирпич.
• Стальной лист для защиты камеры. Его толщина должна быть не менее 2 миллиметров, но не более 4 миллиметров.
• Мощный вентилятор для циркуляции воздуха.
• Регуляторы температурных показателей.
• Дверцы для печи.
• Дверцы для котла.
• Сварочный электрический аппарат, болгарка, дрель.
• Несколько труб разного диаметра.
• Электроды для сварочных работ.

Нюансы, которые нужно знать

Как мы уже сказали, создание такой печи – процесс достаточно простой, но, требующий определенных познаний. Так как данная конструкция относится к обогревательному оборудованию, то будьте готовы к тому, что во время выполнения работ вам придется работать с повышенными температурами и учитывать многие особенности герметизации, что выполнить самостоятельно практически невозможно. Но учитывая советы, которые были упомянуты в данной статье, вам непременно удастся сделать действительно долговечные пиролизные печи.

Если вы желаете усилить тепловой эффект, то обустройте уже завершенную конструкцию дополнительной стенкой из шамотного и огнеупорного кирпича. Создание котла возможно даже с минимальными умениями в работе по свариванию металла. Учитывайте тот факт, что создание пиролизной печки – это не только процесс кирпичной кладки, но и монтаж камеры котла, которую по праву можно назвать основным конструкционным элементом. Самым правильным решением будет покупка уже собранного котла, который будет необходимо лишь обложить кирпичом

Особенности установки котла

Котел в готовом виде можно приобрести в специализированных магазинах. Производители выпускают оборудование, к которому обязательно идет руководство по монтажу и эксплуатации. Но как показывает практика, поданных данных, зачастую, не хватает для того, чтобы беспрепятственно провести установку. Помните, что котел представляет собой достаточно крупное сооружение, имеющее немалый вес. Основание под конструкцию традиционно выкладывается из кирпича. Оно является прочным и надежным, потому что без труда выдержит нагрузку. Конструкционные особенности камеры сгорания

Даже после нескольких лет эксплуатации печи, будьте уверены, что фундамент не даст трещину и уж тем более не начнет деформироваться. Для выполнения процесса кладки, применяйте предварительно замешенный песочно-глиняный раствор из песка и глины. Мы подробно рассмотрели все нюансы и особенности создания пиролизной печи, уточнили все, что нужно знать о котлах, а также раскрыли секреты для облегчения строительных работ. Надеемся, что данная информация будет полезной и пригодится вам.

Пиролизный котел своими руками

В регионах, отдалённых от централизованного отопления, раньше каждый дом оборудовался твердотопливным котлом. Топили его углём и дровами. К сожалению, такая конструкция не была лишена недостатков. Основным являлось неудобство при использовании.

Внимание! Довольно часто люди устанавливают электрические отопительные приборы, но стоит признать, что отапливать с их помощью дом — довольно затратное предприятие.

К счастью, есть достойная альтернатива в виде пиролизного котла, который можно сделать своими руками. Основные схемы и чертежи будут представлены в этой статье. Устройства такого класса могут вырабатывать тепло за счёт сжигания дров или специальных брикетов. Мало того, можно использовать отходы с деревообрабатывающих фабрик.

Что собой представляет пиролизный котёл

Как работает

Со схем и чертежей пиролизной отопительной системы можно понять основные принципы её работы. Но чтобы создать это устройство своими руками, в нём необходимо разобраться более подробно.

Процесс, который происходит внутри пиролизного котла, сделанного своими руками по чертежам и схемам, представленным в статье, функционирует благодаря сухой перегонке. Когда температура достигает 500-600 градусов по Цельсию — начинается процесс разложения. Его результатом являются два вещества — газ и природный кокс.

Созданный внутри конструкции газ смешивается с атомами кислорода. Благодаря этому начинается горение. Конечно же, чтобы всё прошло по схеме — внутри камеры, сделанной своими руками по чертежам и схемам, должна быть соответствующая температура.

Пиролизный газ, создаваемый в котле, сделанном своими руками, вступает во взаимодействие с углеродом. Это, в свою очередь, запускает реакцию. Но чтобы это стало возможным устройство должно быть сделано чётко по чертежам и схемам.

Результатом пиролизного процесса, который происходит в котле длительного горения, сделанном своими руками по популярным чертежам и схемам, образуется дым, но он не содержит каких-либо вредных соединений. Поэтом вред, наносимый, окружающей среде минимален.

Важным достоинством пиролизного котла, сделанного своими руками по чертежам и схемам, является то, что он практически не вырабатывает отходов. При этом выделяется немалое количество тепловой энергии, благодаря которой можно отопить немалую площадь.

Пиролизный процесс относится к классу экзотермических. В общем, так называются все процессы, в результате которых происходит высвобождение тепла. Но не всё так просто. Дело в том, что это тепло необходимо для того, чтобы осуществить дополнительный прогрев и сушку топлива.

Преимущества и недостатки

Есть важные нюансы, о которых нужно знать, перед тем как мастерить пиролизный котёл по чертежам и схемам. Начать нужно с достоинств и недостатков, которые имеет конструкция.

К плюсам пиролизных котлов, сделанных своими руками, можно причислить:

• Поддержание заданной температуры теплоносителя на протяжении длительного периода.
• Большой объём загрузочной камеры.
• Высокий КПД.
• Возможность утилизации отходов деревообрабатывающей промышленности в пиролизном котле, сделанном по чертежам.

Тем не менее, чтобы пиролизный котёл, сделанный своими руками, работал как нужно необходимо, чтобы в топливе было не более 30 процентов дополнительных компонентов.

Любая конструкция имеет свои недостатки, в данном случае к ним можно причислить:

• большие габариты,
• зависимость от наличия сети,
• требовательность к топливу.

Также к недостаткам пиролизной системы можно причислить высокую стоимость покупки. Но её можно значительно снизить, если создать устройство своими руками по чертежам и схемам.

В пиролизный котёл, сделанный своими руками по схемам и чертежам нельзя класть непросушенную древесину. Дело в том, что при высокой влажности пиролизной реакции не происходит. Даже при малом проценте резко падает КПД. Это происходит потому, что тепловая энергия превращается в пар.

Необходимость подключения к сети объясняется тем, что устройство должно иметь вентилятор. Именно он позволяет обеспечить принудительную тягу пиролизному котлу, сделанному своими руками по чертежам и схемам.

Создаём пиролизный котёл

Разбор схем и чертежей

Чтобы создать пиролизный котёл своими руками, важно тщательно изучить схемы и чертежи. Именно по ним вы сможете подобрать конструкцию и максимально точно определить количество нужных для строительства материалов.

На схеме и чертеже пиролизного котла отображены основные элементы, без которых невозможно построить конструкцию своими руками:

• регуляторы,
• дымовые каналы,
• отверстия для воздуха,
• трубы для подачи воды,
• трубы для отвода воды,
• камера сгорания,
• вентилятор.

Очень важно при изготовлении пиролизного котла своими руками придерживаться чертежей и схем. Дело в том, что это сложное устройство, в котором будут происходить высокотемпературные процессы. Поэтому малейшая ошибка может обратиться аварийной ситуацией.

Для частного дома будет достаточно пиролизного котла, мощность которого составляет 40 кВт. Не стоит стремиться к большой мощности. Дело в том, что в таком случае конструкция становится значительно сложнее. Мало того, конечная стоимость также увеличивается.

Выбор мощности пиролизного котла, который вы собираетесь создать, влияет на размер ключевых деталей на чертеже или схеме. От правильного подбора размеров зависит нормальное функционирование устройства.

Совет! Если вы владелец маленького домика, то можно остановить свой выбор на котле с мощностью в 30 кВт. Этого будет более чем достаточно.

Инструменты, необходимые для изготовления котла своими руками

Чтобы своими руками сделать конструкцию, работающую на основе пиролизной реакции по чертежам и схемам, необходимо запастись некоторым инвентарём. Для воплощения задумки в жизнь, вам понадобятся следующие материалы и инструменты:

• болгарка,
• сварочный аппарат,
• шлифовальные круги,
• электрическая дрель,
• электроды,
• трубы различного диаметра,
• полосы стали,
• термодатчик,
• вентилятор,
• металлические листы.

Это базовый набор, который необходим, чтобы создать пиролизную систему своими руками по схемам и чертежам. Конечно же, в процессе работы может возникнуть необходимость в дополнительных инструментах и материалах.

Внимание! Толщина стали для корпуса должна быть 3 мм, а лучше 4.

Тонкости сборки

После того как вы выберите подходящую схему, можно будет приступить к сборке. При этом необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

1. Отверстие, через которое в топку будут попадать дрова и брикеты должно располагаться немного выше, чем у обычных твердотопливных конструкций.
2. Не забудьте про ограничитель. Его главная задача — это контролировать количество воздуха. Для его создания нужна семидесятимиллиметровая труба в сечении. Её длина должна быть больше корпуса.
3. К ограничителю приваривается диск. Элемент должен быть выполнен из стали. Место приваривания — низ конструкции. В результате у вас получится зазор в 40 мм. Чтобы установка ограничителя стала возможной необходимо сделать дырки в соответствующих местах крышки.
4. Лучшей формой для отверстия, через которое будут загружаться дрова является прямоугольник. При этом важно не забыть о дверце. Она должна иметь специальную накладку для лучшей фиксации.
5. Также в конструкции необходимо предусмотреть отверстие, через которое будет удаляться зола.
6. Трубу для теплоносителя нужно сделать с изгибом. Это позволит повысить отдачу тепла.

Ещё одним важным элементом согласно любой схеме и чертежу является вентиль. С его помощью вы сможете контролировать количество теплоносителя, поступающего внутрь. Поэтому лучше всего расположить его в удобном и легкодоступном месте. Сам алгоритм создания пиролизного котла своими руками по чертежам вы можете увидеть на видео внизу.

После сборки огромное значение имеет первый запуск. Лишь после того, как вы убедитесь, что в продуктах горения нет угарного газа, можно будет утверждать, что всё сделано правильно. Для этого лучше использовать специальное оборудование.

Итоги

Создать котёл, работающий на основе принципа пиролиза можно своими руками. Но перед тем как начать работу необходимо написать проект. Основную роль в нём будет играть рисунок со схемой изделия и размерами.

Пиролиз древесины — обзор

11.2 Некаталитический пиролиз

В течение последних 30 лет различные виды микроводорослей, такие как Chlorella (Babich et al., 2011; Borges et al., 2014; Campanella and Harold, 2012; Du et al., 2011), Chlorella vulgaris (Belotti et al., 2014; Grierson et al., 2009; Hu et al., 2012; Wang et al., 2013, 2015), Chlorella protothecoides (Demirbaş , 2006; Miao, Wu, 2004; Miao et al., 2004; Peng et al., 2000), Scenedesmus sp.(Harman-Ware et al., 2013; Kim et al., 2014; Vardon et al., 2012), Spirulina platensis (Jena, Das, 2011; Vardon et al., 2012), Chaetoceros muelleri (Gierson et al., 2009), Dunaliella tertiolecta (Gierson et al., 2009), Synechococcus (Grierson et al., 2009), Nannochloropsis sp. (Borges et al., 2014; Pan et al., 2010), Tetraselmis chui (Grierson et al., 2009, 2011), Chlorella sp. КР-1 (Na et al., 2012) и Microcystis aeruginosa (Miao et al., 2004) были исследованы с точки зрения выхода бионефти и состава, полученного в процессе пиролиза при различных условиях реакции и режимах работы (Таблица 11.1).

Микроводоросли в основном состоят из белков, липидов и углеводов с различным процентным содержанием 29–61, 5–50 и 13–36 мас.% Соответственно (Chen et al., 2015). По элементному составу содержание углерода (39–50 мас.%) И водорода (5–8 мас.%) Аналогично лигноцеллюлозе.С другой стороны, содержание кислорода (25–38 мас.%) И N (5–11 мас.%) Ниже и намного выше, соответственно, по сравнению с лигноцеллюлозной биомассой (Babich et al., 2011; Campanella, Harold, 2012; Chen et al., 2015; Kim et al., 2014; Vardon et al., 2012; Wang et al., 2013).

Согласно рис. 11.1, некаталитический пиролиз, который осуществляется без использования слоя катализатора (в конфигурациях реактора с неподвижным и псевдоожиженным слоем), может выполняться с учетом скорости нагрева (HR) в обоих режимах, медленном и быстрый пиролиз.Это будет подробно рассмотрено в следующих разделах.

11.2.1 Медленный пиролиз

Скорость реакции микроводорослей при медленном пиролизе невысока из-за низкой HR (0,1–1 ° C / с), что приводит к более высокому выходу как полукокса, так и неконденсируемых газов в ущерб фракция бионефти. Температура является важным фактором, влияющим на медленный пиролиз микроводорослей. Влияние этого параметра исследовалось в литературе в широком диапазоне (200–700 ° C) (Belotti et al., 2014; Демирбаш, 2006; Йена и Дас, 2011; Пан и др., 2010; Peng et al., 2000). Максимальный массовый выход бионефти (24–55 мас.%) С высоким HHV (25–40 МДж / кг) был получен при температуре около 500 ° C для различных конфигураций реакторов и различных видов микроводорослей (Demirbaş, 2006; Jena and Das, 2011; Peng et al., 2000). Таким образом, Грирсон и др. (2009) исследовали шесть видов микроводорослей, которые подвергались одинаковым условиям медленного пиролиза: 10 ° C / мин и 500 ° C. Было установлено, что для всех видов энергия, необходимая для достижения термического преобразования, составляет приблизительно 1 МДж / кг.Тем не менее, массовое и энергетическое распределение продуктов значительно варьировалось от одного вида к другому, зеленые виды (такие как T. chuli и Chlorella ), поддерживающие более высокое производство биотоплива (газы и бионефть) с образованием менее 37 мас.% Полукокса. . Таким образом, массовый выход бионефти и газа варьировался от 24–43 и 13–25 мас.% Соответственно. Demirbaş (2006) изучил медленный пиролиз C. protothecoides при различных температурах, наблюдая увеличение выхода бионефти с 5.От 7 до 55,3 мас.% При повышении температуры от 250 ° C до 500 ° C, снижаясь до 51,8 мас.% При 600 ° C. Напротив, выход газа непрерывно увеличивался во всем диапазоне температур почти до 40 мас.%. Автор пришел к выводу, что бионефть, полученная при пиролизе микроводорослей, имеет лучшее качество с точки зрения теплотворной способности, чем бионефть, полученная при пиролизе мхов и древесины. Jena и Das (2011) получили выход бионефти в диапазоне 23–29 мас.% При оценке медленного пиролиза S. platensis при 350–500 ° C.Авторы заметили, что чем выше температура, тем выше конверсия и лучше качество биомасла с точки зрения вязкости и теплотворной способности.

С другой стороны, остатки микроводорослей после экстракции липидов также были исследованы в качестве источника топлива посредством пиролиза. Таким образом, Pan et al. (2010) обнаружили максимальный выход бионефти 31 мас.% При 400 ° C во время пиролиза Nannochloropsis sp. остаток. Доля газа и полукокса следовала противоположным тенденциям с температурой пиролиза, что сопровождалось заметным увеличением всех компонентов газа, кроме CO, который снизился.Vardon et al. (2012) сравнили процесс медленного пиролиза биомассы Scenedesmus в сырой и истощенной липидами форме, получив (безводные) выходы бионефти 31 и 24 мас.% Соответственно, тогда как выход газа следовал противоположной тенденции со значениями 12. и 21% масс. Основными видами газа в добываемом неконденсирующемся газе были CO ₂ , CO, CH ₄ , C ₂ H ₄ , C ₂ H ₆ и H ₂ .

Grierson et al.(2011) оценили свойства биомасла, полученного в результате медленного пиролиза T. chui (43 мас.% С HHV 27,9 МДж / кг), и обнаружили, что компоненты биомасла включают большую долю ценные молекулы в диапазоне C ₁₆ –C ₂₀ , такие как жирные кислоты, алканы, алкены, амиды, альдегиды, терпены, пирролидинины, фитол и фенолы. Na et al. (2012) исследовали пиролиз Chlorella sp. KR-1 и провели дальнейшее деоксигенирование через стадию каталитического декарбоксилирования.Выход масла пиролиза составил 55 мас.%, Легкая фракция составляла 64,2% от общего количества и в основном состояла из свободных жирных кислот (C ₁₆ , C ₁₈ ) и углеводородов (C ₁₅ , C ₁₇ ). ) подходит для каталитического декарбоксилирования.

11.2.2 Быстрый пиролиз

Быстрый пиролиз включает использование высоких скоростей нагрева (10–200 ° C / с) биомассы и короткое время пребывания (0,5–10 с) паров пиролиза в реакторе, что позволяет максимальное производство бионефти.Соответственно, в последнее время быстрому пиролизу уделяется большое внимание при производстве жидкого биотоплива из различных типов биомассы, таких как микроводоросли (Chen et al., 2015).

Массовые выходы и HHV биомасла быстрого пиролиза микроводорослей, обнаруженные в недавней литературе, варьируются в широком диапазоне со значениями между 18–72 мас.% И 18–41 МДж / кг, соответственно, в зависимости от условий эксплуатации: температура (300 –600 ° C), скорость нагрева (600–1000 ° C / с) и время пребывания (1,5–3 с) (Babich et al., 2011; Belotti et al., 2014; Кампанелла и Гарольд, 2012; Harman-Ware et al., 2013; Ким и др., 2014; Мяо и Ву, 2004; Miao et al., 2004; Wang et al., 2013). Таким образом, Belotti et al. (2014) наблюдали более высокий выход бионефти при быстром пиролизе микроводорослей по сравнению с медленным пиролизом. В этом случае выход бионефти непрерывно снижался с увеличением температуры (400–700 ° C) с 72 до 59 мас.%, Улучшая газовую фракцию с 5 до 22 мас.%. В этой работе азотное голодание микроводорослей было предложено в качестве стратегии увеличения производства биомасла (72 против 69 мас.% При 400 ° C) и улучшения его качества.Биомасла, полученные из истощенной биомассы, показали более высокое содержание жирных кислот и более низкое содержание азотистых веществ. Кроме того, более высокое количество липидов, присутствующих в микроводорослях, испытывающих нехватку азота, привело к более высокому содержанию углерода и, следовательно, к небольшому увеличению их HHV.

Большинство работ по быстрому пиролизу микроводорослей было выполнено в непрерывном режиме в реакторах с псевдоожиженным слоем или с фонтаном (Fermoso et al., 2016; Hernando et al., 2016; Nowakowski et al., 2007; Patwardhan et al., 2010; Vispute et al., 2010). Miao и Wu (2004) указали, что биомасла от быстрого пиролиза микроводорослей, метаболические пути которых были изменены посредством гетеротрофного роста, имели более высокую теплотворную способность и более низкое содержание кислорода, 41 МДж / кг и 11,2 мас.%. соответственно, чем полученные из автотрофных клеток (30 МДж / кг и 19,4 мас.% O соответственно) и древесины (31 МДж / кг и 37,3 мас.% O соответственно). Более высокая степень деоксигенации биомасел, полученных из микроводорослей, обеспечивает лучшую стабильность при хранении, чем биомасла, получаемые из древесины.Соответственно, гетеротрофно выращенные микроводоросли могут быть лучшим сырьем, чем автотрофно выращенные микроводоросли для быстрого пиролиза.

Scenedesmus sp. был подвергнут пиролизу в конфигурации реактора с псевдоожиженным слоем (Harman-Ware et al., 2013; Kim et al., 2014). Kim et al. сравнили быстрый пиролиз этой микроводоросли с пиролизом семенной скорлупы ятрофы. Производство бионефти из микроводорослей и ятрофы составляло 52 и 46 мас.% Соответственно. Количество образовавшегося полукокса было почти одинаковым для обеих биомасс, тогда как ятрофа способствовала большему производству газа (в основном CO и CO ₂ ).Биомасло из микроводорослей содержало высокие концентрации алифатических соединений, сложных алкиловых эфиров жирных кислот, спиртов и нитрилов. Harman-Ware et al. (2013) исследовали эффективность быстрого пиролиза Scenedesmus sp. в лабораторном слое с фонтаном, работающем при 480 ° C, с достижением выхода биомасла 55 мас.% при среднем значении HHV 18,4 МДж / кг, что сравнимо с выходом биомасла, полученного в результате быстрого пиролиза древесины (Mohan et al. al., 2006), но ниже, чем значение, указанное Miao и Wu (2004) для бионефти, полученного в результате быстрого пиролиза при температуре ° C.protothecoides культивировали автотрофно.

Быстрый пиролиз микроводорослей также проводился в реакторах с неподвижным слоем с различными конфигурациями, таких как вертикальный реактор с падающими твердыми частицами (Campanella and Harold, 2012) и горизонтально движущийся реактор (Babich et al., 2011). Так, Кампанелла и Гарольд (2012) исследовали различные виды микроводорослей в условиях быстрого пиролиза в реакторе с падающими твердыми частицами, получив более высокую продукцию бионефти, чем в системе с неподвижным слоем. Они наблюдали снижение добычи бионефти при температурах реакции (450–600 ° C) от 30.От 6 до 22,8 мас.% С максимальным выходом 33,1 мас.% При 500 ° C во время быстрого пиролиза зеленых водорослей. Они также протестировали различные виды водорослей (зеленые, зелено-синие и Chlorella среди других) в тех же условиях, поддерживая выход биомасла в диапазоне от 25 до 47 мас.%. Продукт, как и ожидалось, содержал довольно большую фракцию O- и N-содержащих частиц, что хорошо соответствовало элементному составу сырья. С другой стороны, Бабич и др. (2011) обнаружили увеличение выхода бионефти с температурой (300–450 ° C) от 35 до 55 мас.%.Теплотворная способность (~ 26 МДж / кг) и содержание воды (38-40 мас.%) Этих биомаслей не менялись с температурой, что приводило к более высокой эффективности рекуперации энергии при более высоких температурах (от 26% до 42%).

Wang et al. (2013) исследовали потенциал восстановления энергии и питательных веществ из остатка C. vulgaris после экстракции липидов посредством быстрого пиролиза. Выход бионефти, полукокса и газа составил 53, 31 и 10 мас.% Соответственно. Содержание кислорода в биомасле составляло 33,7 мас.%, Что ниже, чем в биомасле из древесины (35–40 мас.%).Кроме того, было извлечено 52,3 и 60,3 мас.% Углерода и азота, соответственно, присутствующих в остатке C. vulgaris . Произведенное био-масло состояло, среди прочего, из ароматических углеводородов, амидов, аминов, карбоновых кислот, фенольных смол и жирных кислот. Из-за высокой доли белков в сырье многие биомасляные соединения, такие как нитрилы и пирролы, содержат азот. Кроме того, более 94% энергетической ценности сырья было извлечено в продуктах бионефти и биоугля.

Реактор пиролиза — обзор

3.4 Конструкция лабораторных реакторов пиролиза с неподвижным слоем («Hot-Rod»)

В реакторе пиролиза с неподвижным слоем частицы пробы укладываются на желаемую глубину слоя. Тепло обычно диффундирует внутрь от стенок реактора. Выделяемые летучие вещества расширяются, повышая локальное давление небольшими приращениями. Результирующий градиент давления помогает летучим компонентам медленно выходить из слоя и из реактора [, например, ср. Берк, 1978]. Пропускание потока инертного газа через неподвижный слой поможет сократить время пребывания летучих в зоне реакции.Постоянная скорость газа-носителя требуется для поддержания достаточно стабильного времени пребывания летучих внутри реактора. Сопоставимое время пребывания тогда позволило бы сравнить данные для реакторов разных размеров, но схожей формы [Dryden & Sparham, 1963]. Корпус реактора можно также использовать в качестве резистивного нагревателя, если электроды зажаты на обоих концах трубчатого реактора. Первоначальная конфигурация реактора с «горячим стержнем» [Hiteshue et al., 1957] завершена, когда трубчатый корпус реактора изготовлен из сплава, способного выдерживать высокие давления.

Несмотря на присущие проблемы, связанные с вторичными реакциями между сложенными частицами и выделяющимися летучими веществами, конфигурация реактора «горячий стержень» оказалась полезной. Его относительно легко построить и использовать. Первоначально он был задуман и построен в лабораториях Горного бюро США для изучения гидропиролиза углей. Он использовался в Coal Research Establishment (British Coal) для исследования производства бензола, толуола и ксилолов («БТК») во время гидропиролиза.

Реакторы типа «горячий стержень» наиболее известны из работ Хитешью и его сотрудников из Горного бюро США [1957, 1960, 1962a, 1962b], которые проводили эксперименты по гидропиролизу угля при давлении до 400 бар и почти 900 °. С. Стойки для образцов длиной 25–40 см были смонтированы в трубках из нержавеющей стали с малым диаметром отверстия. Реакторы с различным соотношением сторон (длина / диаметр) были испытаны Graff et al. [1976] и Kershaw & Barras [1979]. Версия, созданная и управляемая Ладнером и его сотрудниками [Finn et al., 1980; Fynes et al., 1984] содержал около 10 г угля в трубках реактора длиной 75 см или более с внутренним диаметром 8 мм.

В Имперском колледже был построен реактор меньшего размера (внутренний диаметр 6 мм, длина 20 см), первоначально для производства большего количества смолы во время экспериментов по гидропиролизу, чем это было возможно с помощью прибора с проволочной сеткой. От 0,5 до 1 г образца угля использовалось во время начальных экспериментов, в которых исследовалось влияние скорости потока газа-носителя и скорости нагрева.Было проведено сравнение с результатами, полученными на более крупном реакторе с «горячим стержнем» на British Coal [O’Brien, 1986; Bolton et al., 1987]. Попытки изучить точную роль высоты слоя привели к использованию более мелких (~ 4 мм) неподвижных слоев, что соответствует примерно 50 мг образца (рис. 3.4a). Использование образцов меньшего размера служило для частичного подавления вторичных реакций внутри слоя, а также на надводном борту реактора [Gonenc et al., 1990]. Уменьшение высоты слоя также улучшило осевую однородность температуры.Этот реактор работал при скоростях нагрева от 10 ° C мин. ^-1 до 10 ° C с ^-1 . Были рассчитаны более быстрые скорости нагрева, которые привели к неприемлемо крутым радиальным градиентам температуры в слое образца диаметром 6 мм [O’Brien, 1986].

Рисунок 3.4. Конфигурация реактора «горячий стержень». (а) Обычный однослойный реактор. (b) Две неподвижные кровати в тандеме; нижний слой нагревается отдельной печью и заполнен катализатором гидроочистки летучих веществ, выделяемых при пиролизе образца в верхнем слое.

[Воспроизведено с разрешения: (a) Fuel 1987, 66, 1414; Copyright 1987 Elsevier; b) Топливо, 1998, 77, 1715; Copyright 1998 Elsevier.]

Как указано выше, конфигурация «горячего стержня» требует, чтобы корпус реактора действовал как резистивный нагреватель, а также как сосуд высокого давления. Поэтому материал трубки должен выдерживать внутренние напряжения из-за работы под высоким давлением при температурах реакции — в зависимости от конкретного эксперимента — примерно до 1000 ° C. Это предъявляет довольно жесткие требования к материалу НКТ.Первоначальные реакторы Горнодобывающего управления США состояли из толстостенных труб из нержавеющей стали с малым диаметром отверстия, которые выбрасывались после каждого или нескольких экспериментов. В компании British Coal стандартной практикой было изготавливать корпуса реакторов из нержавеющей стали и утилизировать их после нескольких запусков. Похоже, что это был компромисс, достигнутый после того, как было принято решение использовать реакторы диаметром 8 мм, которые были длинными (> 75 см) и требовали бурения с обоих концов. Более прочные реакторы можно было бы изготавливать из специализированных сплавов.Хотя серия Nimonic представляет собой крайний случай, многие из этих сплавов труднее обрабатывать, чем нержавеющая сталь. Однако изготовление каждого такого реактора требует значительных затрат времени и средств.

Из различных специальных сплавов изготовлены более прочные корпуса для более коротких (20 см) реакторов, используемых в Имперском колледже. Сплавы Нимоник 80 и Нимоник 105 (сплавы Генри Виггина) первоначально использовались для экспериментов, проводимых при температуре 850 ° C и давлении до 100 бар. Однако эти сплавы требуют термической обработки для размягчения материала перед механической обработкой, а затем для упрочнения реактора после стадии механической обработки.Incolloy 800 HT намного легче обрабатывать, и он использовался для изготовления корпусов реакторов для CO ₂ и экспериментов по паровой газификации до 1000 ° C и 40 бар. При температуре выше 700 ° C необходимо учитывать тепловое расширение корпуса реактора. Использование жестких электродов может вызвать деформацию реакторных труб. В данной конструкции питание подается на один из электродов через плетеные медные кабели, и оба электрода охлаждаются водой, чтобы избежать больших изменений удельного сопротивления [Pindoria et al., 1998a; Collot et al., 1999].

В другом применении конфигурации реактора с «горячим стержнем» выбросы микроэлементов из различных видов твердого топлива были измерены во время совместной газификации и совместного сжигания угля и биомассы. Чтобы предотвратить загрязнение металлических стенок, реактор с внутренним диаметром большего размера (13,8 мм), изготовленный из Incolloy 800 HT, был облицован кварцевой гильзой и работал при давлении до 40 бар и 1000 ° C [Collot et al., 1998]. Тот же реактор также использовался для исследования, дает ли совместный пиролиз и совместная газификация угля и биомассы значительные синергетические эффекты.

В литературе описано относительно немного двухэтапных экспериментов с использованием конфигурации реактора «горячий стержень». Болтон и др. [1988] прикрепил второй слой, заполненный водными оксидами титана для каталитического крекинга смол гидропиролиза. Эксперименты в основном проводились при 150 бар, при этом секция гидропиролиза увеличивалась до 500 ° C, в то время как стадия катализатора поддерживалась при максимальной температуре 400 ° C. Выход гудрона на первой стадии составил около 25% от исходной массы угля.Авторы сообщили о превращении смол в «бесцветные жидкости с низким содержанием гетероатомов» с температурой кипения около 40 процентов ниже 140 ° C. На рис. 3.4b показан двухступенчатый реактор с неподвижным слоем, построенный в Имперском колледже. В верхней секции (укороченная «горячая штанга») пары смолы / масла производились мягким гидропиролизом (давление h3 до 40 бар). Газ проходил через неподвижный слой и уносил выделяющиеся летучие вещества на вторую стадию, заполненную катализатором, расположенную под образцом и независимо нагреваемую небольшой печью [Pindoria et al., 1998b].

В следующем разделе мы представим третий крупный тип реактора, лабораторный реактор с псевдоожиженным слоем, успешно используемый в экспериментах по пиролизу угля. В разделе 3.6 мы сравним тенденции продуктов из экспериментов по пиролизу угля при атмосферном давлении в реакторе с «горячим стержнем» с результатами, полученными на аппарате с проволочной сеткой. Результаты экспериментов высокого давления в реакторе «горячий стержень» будут представлены в главе 4.

Биомасса для производства электроэнергии | WBDG

Введение

На этой странице

ЭТА СТРАНИЦА ПОДДЕРЖИВАЕТСЯ

Биомасса используется для отопления помещений, производства электроэнергии и комбинированного производства тепла и электроэнергии.Термин «биомасса» охватывает большое количество разнообразных материалов, включая древесину из различных источников, сельскохозяйственные остатки, а также отходы животноводства и жизнедеятельности человека.

Биомассу можно преобразовать в электроэнергию несколькими способами. Наиболее распространенным является прямое сжигание биомассы, такой как сельскохозяйственные отходы или древесные материалы. Другие варианты включают газификацию, пиролиз и анаэробное сбраживание. Газификация производит синтез-газ с полезным содержанием энергии за счет нагрева биомассы меньшим количеством кислорода, чем необходимо для полного сгорания.Пиролиз дает бионефть за счет быстрого нагревания биомассы в отсутствие кислорода. При анаэробном сбраживании образуется возобновляемый природный газ, когда органическое вещество разлагается бактериями в отсутствие кислорода.

Различные методы работают с разными типами биомассы. Обычно древесная биомасса, такая как древесная щепа, пеллеты и опилки, сжигается или газифицируется для выработки электроэнергии. Остатки кукурузной соломы и пшеничной соломы упаковываются в тюки для сжигания или превращаются в газ с помощью анаэробного варочного котла.Очень влажные отходы, такие как отходы животных и человека, превращаются в газ со средним содержанием энергии в анаэробном варочном котле. Кроме того, большинство других типов биомассы можно превратить в бионефть путем пиролиза, которое затем можно использовать в котлах и печах.

В Вудленде, штат Калифорния, электростанция использует древесину, полученную в сельском хозяйстве.
Источник: NREL

В этом обзоре основное внимание уделяется древесной биомассе, используемой для выработки электроэнергии на промышленных предприятиях, а не в проектах коммунальных предприятий.Тепло биомассы и биогаз, включая анаэробное сбраживание и свалочный газ, рассматриваются на других страницах технологических ресурсов в этом руководстве:

По сравнению со многими другими вариантами возобновляемой энергии, биомасса имеет преимущество диспетчеризации, что означает, что она управляема и доступна при необходимости, подобно системам выработки электроэнергии на ископаемом топливе. Однако недостатком биомассы для производства электроэнергии является то, что топливо необходимо закупать, доставлять, хранить и оплачивать. Кроме того, при сжигании биомассы образуются выбросы, которые необходимо тщательно контролировать и контролировать в соответствии с нормативными требованиями.

В этом обзоре представлены конкретные детали для тех, кто рассматривает системы производства электроэнергии на биомассе как часть крупного строительного проекта. Дополнительную общую информацию можно получить в Управлении энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (EERE) Министерства энергетики США (DOE). Основы технологии биомассы. Подробную информацию об использовании биомассы для комбинированного производства тепла и электроэнергии можно получить в Партнерстве по комбинированному производству тепла и электроэнергии Агентства по охране окружающей среды США (EPA).

Описание

Большинство биоэлектростанций используют системы сжигания с прямым сжиганием топлива.Они сжигают биомассу напрямую, чтобы произвести пар высокого давления, который приводит в действие турбогенератор для производства электроэнергии. В некоторых отраслях промышленности, связанных с биомассой, отводимый или отработанный пар электростанции также используется для производственных процессов или для обогрева зданий. Эти комбинированные системы производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) значительно повышают общую энергоэффективность примерно до 80% по сравнению со стандартными системами, работающими только на биомассе, с эффективностью примерно 20%. Сезонные потребности в отоплении повлияют на эффективность системы ТЭЦ.

Простая система выработки электроэнергии на биомассе состоит из нескольких ключевых компонентов. Для парового цикла это включает некоторую комбинацию следующих элементов:

• Оборудование для хранения и транспортировки топлива
• Камера сгорания / печь
• Котел
• Насосы
• Вентиляторы
• Паровая турбина
• Генератор
• Конденсатор
• Градирня
• Контроль выхлопа / выбросов
• Система управления (автоматизированная).

Системы прямого сжигания подают сырье биомассы в камеру сгорания или печь, где биомасса сжигается с избытком воздуха для нагрева воды в бойлере и образования пара. Вместо прямого сжигания некоторые развивающиеся технологии газифицируют биомассу для получения горючего газа, а другие производят пиролизные масла, которые можно использовать для замены жидкого топлива. Котельное топливо может включать древесную щепу, пеллеты, опилки или биомасло. Затем пар из котла расширяется через паровую турбину, которая вращается, чтобы запустить генератор и произвести электричество.

В целом, все системы, работающие на биомассе, требуют места для хранения топлива и некоторого типа оборудования для обращения с топливом и средств контроля. Система, использующая древесную щепу, опилки или гранулы, обычно использует бункер или силос для краткосрочного хранения и внешний склад для хранения топлива для более крупных хранилищ. Автоматизированная система управления транспортирует топливо из внешнего хранилища с использованием некоторой комбинации кранов, штабелеукладчиков, регенераторов, фронтальных погрузчиков, ремней, шнеков и пневмотранспорта. Ручное оборудование, такое как фронтальные погрузчики, можно использовать для переноса биомассы из штабелей в бункеры, но этот метод потребует значительных затрат на рабочую силу и эксплуатацию оборудования и техническое обслуживание (O&M).Менее трудоемким вариантом является использование автоматических штабелеукладчиков для создания штабелей и регенераторов для перемещения щепы из штабелей в бункер для щепы или бункер.

В электроэнергетических системах, работающих на древесной стружке, обычно используется одна сухая тонна на мегаватт-час производства электроэнергии. Это приближение типично для систем с влажной древесиной и полезно для первого приближения требований к потреблению и хранению топлива, но фактическое значение будет варьироваться в зависимости от эффективности системы. Для сравнения, это эквивалентно 20% эффективности HHV с 17 MMBtu / т древесины.

Большая часть древесной щепы, производимой из сырых пиломатериалов, будет иметь влажность от 40% до 55% на влажной основе, что означает, что тонна зеленого топлива будет содержать от 800 до 1100 фунтов воды. Эта вода снизит извлекаемую энергию материала и снизит эффективность котла, так как вода должна испаряться на первых этапах сгорания.

Самые большие проблемы с установками, работающими на биомассе, связаны с обработкой и предварительной обработкой топлива. Это относится как к небольшим установкам с колосниковым обогревом, так и к большим установкам с подвесным обогревом.Сушка биомассы перед сжиганием или газификацией повышает общую эффективность процесса, но во многих случаях может быть экономически невыгодной.

Выхлопные системы используются для вывода побочных продуктов сгорания в окружающую среду. Средства контроля выбросов могут включать в себя циклон или мультициклон, рукавный фильтр или электрофильтр. Основная функция всего перечисленного оборудования — это контроль твердых частиц, и она указана в порядке увеличения капитальных затрат и эффективности. Циклоны и мультициклоны могут использоваться в качестве предварительных коллекторов для удаления более крупных частиц перед рукавным фильтром (тканевым фильтром) или электростатическим фильтром.

Кроме того, может потребоваться контроль выбросов несгоревших углеводородов, оксидов азота и серы в зависимости от свойств топлива и местных, государственных и федеральных правил.

Как это работает?

В системе прямого сжигания биомасса сжигается в камере сгорания или печи для получения горячего газа, который подается в котел для выработки пара, который расширяется через паровую турбину или паровой двигатель для производства механической или электрической энергии.

В системе прямого сжигания переработанная биомасса является котельным топливом, который производит пар для работы паровой турбины и генератора для производства электроэнергии.

Типы и стоимость технологий

Есть множество компаний, в основном в Европе, которые продают маломасштабные двигатели и комбинированные теплоэнергетические системы, которые могут работать на биогазе, природном газе или пропане. Некоторые из этих систем доступны в Соединенных Штатах с мощностью от примерно 2 киловатт (кВт) и примерно 20 000 британских тепловых единиц (БТЕ) ​​в час тепла до нескольких мегаватт (МВт). Кроме того, в настоящее время в Европе доступны маломасштабные (от 100 до 1500 кВт) паровые двигатели / генераторные установки и паровые турбины (от 100 до 5000 кВт), работающие на твердой биомассе.

В США прямое сжигание является наиболее распространенным методом производства тепла из биомассы. Установленная стоимость малых электростанций, работающих на биомассе, составляет от 3000 до 4000 долларов за кВт, а приведенная стоимость энергии — от 0,8 до 0,15 доллара за киловатт-час (кВтч).

Двумя основными типами систем прямого сжигания щепы являются камеры сгорания со стационарной и подвижной решеткой, также известные как топки с неподвижным слоем и камеры сгорания с атмосферным псевдоожиженным слоем.

Стационарные системы

Существуют различные конфигурации систем с неподвижным слоем, но общей характеристикой является то, что топливо тем или иным образом доставляется на решетку, где оно вступает в реакцию с кислородом воздуха.Это экзотермическая реакция, при которой образуются очень горячие газы и пар в секции теплообменника котла.

Системы с псевдоожиженным слоем

В системе с циркулирующим псевдоожиженным слоем или с барботажным псевдоожиженным слоем биомасса сжигается в горячем слое взвешенных негорючих частиц, таких как песок. По сравнению с колосниковыми камерами сгорания системы с псевдоожиженным слоем обычно производят более полное преобразование углерода, что приводит к снижению выбросов и повышению эффективности системы.Кроме того, котлы с псевдоожиженным слоем могут использовать более широкий спектр исходного сырья. Кроме того, системы с псевдоожиженным слоем имеют более высокую паразитную электрическую нагрузку, чем системы с неподвижным слоем, из-за повышенных требований к мощности вентилятора.

Системы газификации биомассы

Небольшая модульная система биоэнергетики от Community Power Corporation

Хотя системы газификации биомассы встречаются реже, они аналогичны системам сжигания, за исключением того, что количество воздуха ограничено, и, таким образом, вырабатывается чистый топливный газ с полезной теплотворной способностью в отличие от сжигания, в котором отходящий газ не имеет полезной теплотворной способности. теплотворная способность.Чистый топливный газ обеспечивает возможность приводить в действие множество различных видов газовых первичных двигателей, таких как двигатели внутреннего сгорания, двигатели Стирлинга, термоэлектрические генераторы, твердооксидные топливные элементы и микротурбины.

На эффективность системы прямого сжигания или газификации биомассы влияет ряд факторов, включая влажность биомассы, распределение и количество воздуха для горения (избыток воздуха), рабочую температуру и давление, а также температуру дымовых газов (выхлопных газов).

Приложение

Тип системы, наиболее подходящей для конкретного применения, зависит от многих факторов, включая доступность и стоимость каждого типа биомассы (например, щепа, пеллеты или бревна), стоимость конкурирующего топлива (например, мазут и природный газ), пиковые и годовые электрические нагрузки и затраты, размер и тип здания, доступность площадей, наличие рабочего и обслуживающего персонала, а также местные нормы выбросов.

Проекты, которые могут использовать как производство электроэнергии, так и тепловую энергию из энергетических систем, работающих на биомассе, часто являются наиболее рентабельными.Если место имеет предсказуемый доступ к круглогодичным доступным ресурсам биомассы, то некоторое сочетание производства тепла из биомассы и электроэнергии может быть хорошим вариантом. Транспортировка топлива составляет значительную часть его стоимости, поэтому в идеале ресурсы должны быть доступны из местных источников. Кроме того, на предприятии, как правило, необходимо хранить сырье биомассы на месте, поэтому доступ на площадку и хранение являются факторами, которые следует учитывать.

Как и в случае с любой другой технологией электроснабжения на месте, система производства электроэнергии должна быть подключена к коммунальной сети.Правила присоединения могут быть другими, если система является комбинированной теплоэнергетической системой, а не только для производства электроэнергии. Возможность использовать чистые измерения также может иметь решающее значение для экономики системы.

Руководство Федеральной программы энергоменеджмента (FEMP) по интеграции возобновляемых источников энергии в федеральное строительство содержит дополнительную информацию о требованиях к межсетевым соединениям и чистому учету.

Экономика

Основные статьи капитальных затрат для энергосистемы, работающей на биомассе, включают хранение топлива и оборудование для обращения с топливом, камеру сгорания, котел, первичный двигатель (например,грамм. турбина или двигатель), генератор, элементы управления, дымовая труба и оборудование для контроля выбросов.

Стоимость системы имеет тенденцию к снижению по мере увеличения размера системы. Для паровой системы, работающей только на электроэнергии (не комбинированной), мощностью от 5 до 25 МВт, затраты обычно составляют от 3000 до 5000 долларов за киловатт электроэнергии. Нормированная стоимость энергии для этой системы будет составлять от 0,08 до 0,15 доллара за кВтч, но она может значительно возрасти с расходами на топливо. Для больших систем требуется значительное количество материала, что приводит к увеличению расстояний транспортировки и затрат на материалы.Небольшие системы имеют более высокие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание на единицу произведенной энергии и более низкую эффективность, чем большие системы. Следовательно, определение оптимального размера системы для конкретного приложения — это итеративный процесс.

Существует множество стимулов для производства энергии из биомассы, но они различаются в зависимости от политики федерального законодательства и законодательства штата. База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности® перечисляет стимулы для биомассы. Сроки программ стимулирования часто позволяют меньше времени на строительство, чем необходимо для проектов, связанных с биомассой.Кроме того, федеральные агентства часто не могут напрямую воспользоваться финансовыми стимулами для возобновляемых источников энергии, если они не используют другую структуру собственности.

Руководство

FEMP по интеграции возобновляемых источников энергии в федеральное строительство содержит дополнительную информацию о финансировании проектов в области возобновляемых источников энергии.

Интересно, что штат Массачусетс недавно исключил электричество, работающее на биомассе, из своего Стандарта портфеля возобновляемых источников энергии, поскольку государственные чиновники не верили, что биомасса обеспечивает явное сокращение выбросов парниковых газов.Таким образом, проекты, связанные с использованием биомассы, больше не имеют права на получение сертификатов возобновляемой энергии, которые засчитываются для целей или финансирования возобновляемых источников энергии штата Массачусетс.

Оценка доступности ресурсов

Наиболее важными факторами при планировании энергетической системы на биомассе являются оценка ресурсов, планирование и закупки. В рамках процессов отбора и анализа осуществимости критически важно определить потенциальные источники биомассы и оценить необходимое количество топлива.

Если возможно, подробно определите способность потенциальных поставщиков производить и поставлять топливо, отвечающее требованиям оборудования, работающего на биомассе.Это может быть немного интенсивный процесс, поскольку он включает в себя определение нагрузки, которая будет обслуживаться, определение возможных производителей или поставщиков оборудования, работу с этими поставщиками для определения спецификации топлива и контакт с поставщиками, чтобы узнать, могут ли они соответствовать спецификации — и какая цена. Также необходимо оценить ежемесячные и годовые потребности в топливе, а также пиковое потребление топлива, чтобы помочь с обращением с топливом и определением размеров оборудования для хранения топлива.

Поскольку на большей части территории Соединенных Штатов не существует установленной системы распределения древесной щепы, иногда бывает трудно найти поставщиков.Одно из предложений — связаться с региональной лесной службой США и государственной лесной службой. К другим ресурсам, с которыми можно связаться, относятся ландшафтные компании, лесопилки и другие переработчики древесины, свалки, лесоводы и производители деревянной мебели.

Оценки ресурсов биомассы на уровне округа также доступны в Интернете с помощью интерактивного инструмента картографии и анализа. Инструмент оценки биомассы был разработан Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL) при финансовой поддержке EPA. Раньше оценка ресурсов обычно была статичной и не позволяла пользователям анализировать данные или манипулировать ими.Этот новый инструмент позволяет пользователям выбрать местоположение на карте, количественно оценить ресурсы биомассы, доступные в пределах определенного пользователем радиуса, и оценить общую тепловую энергию или мощность, которая может быть произведена путем восстановления части этой биомассы. Инструмент действует как предварительный источник информации о сырье биомассы; однако он не может заменить оценку сырья на месте.

Доступные ресурсы биомассы в США.
Источник: NREL

Необходимо разработать процесс приема поставок биомассы и оценки свойств топлива.По состоянию на июль 2011 года национальные спецификации по древесной щепе отсутствуют, но разрабатываются региональные спецификации. Наличие спецификации помогает сообщать и обеспечивать соблюдение требований к микросхеме. Спецификация должна включать физические размеры, диапазон содержания влаги в топливе, энергосодержание, содержание золы и минералов, а также другие факторы, влияющие на обращение с топливом или его сгорание. Для обеспечения справедливой стоимости контракты на поставку топлива должны масштабировать закупочную цену обратно пропорционально содержанию влаги, поскольку более высокое содержание влаги значительно снижает эффективность сгорания и увеличивает вес транспортируемого материала.

Вопросы закупок

Следующие ниже рекомендации имеют решающее значение для успеха любого проекта по производству энергии из биомассы.

• Полностью вовлекайте лиц, принимающих решения, и широкую общественность на этапах планирования и по мере достижения прогресса, особенно если система будет установлена ​​в общественном здании.
• Тесно сотрудничать с производителем или поставщиком оборудования, работающего на биомассе, для совместной работы над проектированием зданий и требованиями к оборудованию.
• Согласовать календарное планирование строительства с поставкой оборудования.Например, легче доставить и установить оборудование, если кран имеет доступ к месту установки.
• Определите маршрут доставки топлива, чтобы грузовики могли легко добраться до места хранения и при необходимости развернуться.

Эксплуатация и обслуживание

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание энергетических систем, работающих на биомассе, в основном состоят из затрат на топливо и рабочую силу. В остальном эти системы аналогичны другим системам производства электроэнергии на базе котлов. Эксплуатация ведется непрерывно, поэтому затраты на эксплуатацию, а также на покупку и хранение топлива необходимо оценивать вместе с общими затратами по проекту.

Особые соображения

Ниже приведены важные особенности электрических систем, работающих на биомассе.

Экологическая экспертиза / разрешение

Основной проблемой NEPA и выдачей разрешений для энергетической системы, работающей на биомассе, являются выбросы от сжигания. Следовательно, следует пересмотреть местные требования. Выбросы в атмосферу из системы биомассы зависят от конструкции системы и характеристик топлива. При необходимости можно использовать системы контроля выбросов для уменьшения выбросов твердых частиц и оксидов азота.Выбросы серы полностью зависят от содержания серы в биомассе, которое обычно очень низкое.

Хранение щепы требует внимательности, подготовки и внимательности. Когда стружка хранится в здании, существует вероятность скопления пыли от стружки на горизонтальных поверхностях и попадания внутрь оборудования. Беспокойство вызывает способность древесной щепы самовоспламеняться или самовоспламеняться при хранении в течение длительного времени, хотя встречается редко. Для получения дополнительной информации см. Информационный бюллетень OSHA по безопасности и охране здоровья «Горючая пыль в промышленности: предотвращение и смягчение последствий пожара и взрывов».

Это происходит из-за цепочки событий, которая начинается с биологического разложения органического вещества и может привести к тлею кучи. Критический диапазон влажности, поддерживающий самовозгорание, составляет примерно от 20% до 45%. Вероятность самовозгорания также увеличивается с увеличением размера кучи из-за увеличения глубины.

Чтобы помочь в решении этой проблемы, Управление пожарной охраны в Онтарио, Канада предоставляет следующие рекомендации:

• Место хранения должно быть хорошо дренированным и ровным, с твердым грунтом или вымощенным асфальтом, бетоном или другим твердым покрытием.На поверхности грунта между сваями не должно быть горючих материалов. Во дворе должны быть удалены сорняки, трава и подобная растительность. Переносные горелки с открытым пламенем для сорняков нельзя использовать на площадках для хранения щепы. Сваи не должны превышать 18 м (59 футов) в высоту, 90 м (295 футов) в ширину и 150 м (492 футов) в длину, если временные водопроводные трубы со шланговыми соединениями не проложены на верхней поверхности сваи.

• Между штабелями щепы и открытыми конструкциями, дворовым оборудованием или инвентарём должно сохраняться пространство, равное (а) удвоенной высоте сваи для горючего материала или зданий или (b) высоте сваи для негорючих зданий и оборудования.

• В местах скопления щепок курение запрещено.

Пожары древесной стружки могут быть вызваны другими факторами, такими как удары молнии, тепло от оборудования, искры от сварочных работ, лесные пожары и поджоги. Эти пожары иногда называют поверхностными пожарами, потому что они возникают и распространяются по внешней стороне сваи.

При хранении крайне важно поддерживать чистоту щепы. Когда щепа хранится на земле или гравии, часть этого материала часто собирается вместе со щепой и попадает в камеру сгорания.

21 февраля 2011 года EPA установило стандарты выбросов Закона о чистом воздухе для больших и малых котлов и мусоросжигательных заводов, которые сжигают твердые отходы и осадок сточных вод. Эти стандарты охватывают более 200 000 котлов и мусоросжигательных заводов, которые выделяют опасные загрязнители воздуха (HAP), также известные как токсичные вещества для воздуха. Новые стандарты EPA должны соблюдаться при планировании проекта любого котла для сжигания топлива.

EPA также приняло Закон о чистом воздухе, разрешающий выбросы парниковых газов 2 января 2011 года.Этот процесс, также называемый «правилом адаптации», требует разрешения на производство парниковых газов, но не распространяется на более мелкие предприятия. Ожидается, что окончательные правила будут разработаны в течение трехлетнего исследовательского периода, но федеральные предприятия, использующие производство электроэнергии из биомассы в рамках нового строительного проекта, могут захотеть убедиться, что размер объекта, работающего на биомассе, не вызывает эти требования.

В 2009 году штат Массачусетс издал документ под названием «Нормы безопасности и выбросов котлов и печей на биомассе в северо-восточных штатах ».Несмотря на то, что в этом документе содержится обзор действующих правил в этом регионе, он может быть полезной справочной информацией для других частей страны.

Дополнительные ресурсы

Следующие дополнительные ресурсы могут предоставить более подробную информацию о производстве электроэнергии из биомассы.

Электрические ресурсы биомассы

Публикации

Отличия пиролизных котлов от пеллетных. Пиролиз или гранулы

Прошу прощения у разработчиков и производителей пеллетных горелок за сливочное масло в названии темы!

Вчера состоялся интересный разговор с клиентом.

Довольно толковый установщик, вчера его увидел начитанный форумчанин, поговорив с нашим специалистом по продажам!

Представьте, он довольно много времени потратил на то, чтобы найти пиролизный котел с пеллетной горелкой. Более того, ему требовалась установка пиролиза, которая сжигала бы отходящие газы горелки.

Задача заключалась в том, чтобы найти котел, который бы сжигал пеллеты с высоким КПД. А мой собеседник не знал, что каждая пеллетная система спроектирована и изготовлена ​​с целью полного механического и химического дожига пеллет.

Тема создана для людей, желающих разобраться в принципах сжигания пеллет во всех видах систем и ликвидировать техническую безграмотность среди населения.

Взял первую попавшуюся горелку и приложил к сообщению. №

Обратите внимание: все факельные горелки имеют систему подачи вторичного воздуха (это то, что в простонародье называют пиролизом).

Кстати, заметил, что обыватели, когда говорят «пиролиз», имеют в виду именно дожигание отработанных газов.По их мнению, пиролиз заключается в том, что топливный газ выделяется, после чего он определенным образом выгорает, в результате чего не происходит механического или химического недожога.

Уважаемый, пиролиз — это газификация твердых или жидких тел под воздействием высоких температур в бескислородной среде!

Очень условно пиролизные котлы можно назвать пиролизными, да и то не все (не во всех пиролизных котлах пиролиз встречается в чистом виде).Пиролизные заводы можно назвать шахтерскими (но их уже называли шахтерами) и некоторые пиролизные.

Одним словом, откажитесь от пиролиза!

Не ищите пиролизные пеллетные горелки (все они пиролизные, в том смысле, что все имеют систему дожига выхлопных газов и КПД по сухим пеллетам в оптимальных режимах составляет порядка 93-98%)!

Не ищите пиролизные пеллетные котлы с целью более полного дожига пеллет. Пеллетные котлы пиролизные предназначены для работы на дровах и пеллетах!

Что ж, чтобы быть полностью честным, я хотел бы сообщить вам: действительно, при определенных условиях почти все пеллетные системы могут работать очень неэффективно.Например, эффективность ретортных горелок может упасть до 50%, и, действительно, некоторые производители устанавливают в свои изделия лямбда-зонды и придумывают способы уменьшить химические ожоги.

Но, дорогие, забудьте об этом! На ваших 150-200 м² все эти системы никогда не окупятся! ИМХО! (Готовы отбиться от тухлых помидоров!)

Будьте проще!

И будет вам счастье!

Чтобы тема не умерла сразу, обращайтесь к разработчикам и производителям пеллетных систем: закиньте несколько сообщений и картинок.Глядишь, благодаря нам в этом мире станет больше людей, понимающих нас!

И поменьше тухлых помидоров! Иначе вы сами запутаетесь и запутаете всех! Читайте внимательно и между строк!

Сегодня на российском рынке представлено большое количество торговых марок, предлагающих пеллетные котлы самых разных модификаций и функциональности.

По своей конструкции все богатство выбора можно объединить в несколько групп. Чтобы вам было проще сделать свой выбор, рекомендуем обратить внимание всего на несколько параметров, которые дадут полное представление о том, стоит ли свечка в конкретном рассматриваемом образце.

1) КПД теплообменника пеллетного котла:

Показатель эффективности — напрямую влияет на ваши годовые затраты на покупку пеллетного топлива — чем выше этот показатель, тем меньше ваши расходы.

Обычно он колеблется от 80 до 90%, но есть модели, у которых КПД достигает 92% за счет продуманного теплообменника.

Некоторые производители предлагают приобрести турбулизаторы для своих котлов за дополнительные 10-12 тысяч рублей для повышения КПД с 85 до 90-92%, что не самый лучший вариант из-за того, что эти стальные элементы не долговечны и придется периодически покупать новые за те же 10 тысяч.

Лучше сразу выбирать котел, в котором развитый теплообменник гарантирует максимальный КПД без дополнительных изнашиваемых деталей.

Помните, что после покупки пеллетного котла ваши расходы на отопление только начинаются — выбирайте самые высокоэффективные модели с максимальной эффективностью. Их можно найти за те же деньги, что и самые популярные модели с меньшей эффективностью.

2) Тип горелки пеллетного котла:

Горелки бывают двух типов — факельные и ретортные.У каждого вида есть несколько разновидностей.

Коротко о факельных горелках: либо дорогие, либо некачественные и непрочные. Оба варианта не увеличивают рациональности выбора. Поэтому рекомендуем сузить выбор котлов до конструкций с ретортными горелками.

Реторты бывают вертикального и горизонтального типа. В обоих типах нет причудливых решений, но этот фактор следует учитывать. Не прихотливая означает возможность без сбоев работать горелкой на пеллетах любого качества.Существует множество решений от разных производителей — практически все, представленные в нашем каталоге, решают эту проблему.

На наш взгляд, горизонтальные лотковые реторты более практичны — в них минимизированы риски засорения продуктами сгорания и аварийного отключения котла.

3) Пожарная безопасность пеллетного котла:

Эту проблему можно решить разными способами, советуем выбирать котлы, в которых подача пеллет организована с помощью двух шнеков с воздушным зазором в транспортном канале — по статистике котлы с такой архитектурой устройства подачи пеллет к горелке являются наиболее пожаробезопасными.

Если вам предложат котел на 10-20 тысяч рублей дешевле, но с одновинтовым питателем, подумайте о будущем …

Описанные признаки качественного котла не являются исчерпывающими, однако они не помогут снизить риски правильного выбора практически до нуля, поэтому рекомендуем взять эту информацию в сервис перед походом в магазин.

28.03.2017 Евгений Фоменко

Пиролиз — что это?

В контексте отопительного оборудования пиролиз означает выделение летучих газов при сгорании топлива.Наибольшая интенсивность возникает при температуре выше 450 градусов и недостатке кислорода. Это учтено в конструкции пиролизных котлов, которые имеют две камеры сгорания и регулируемую подачу кислорода.

В одной камере непосредственно горит топливо, а во второй выделяются газы. Это позволяет значительно повысить КПД оборудования по сравнению с классическими твердотопливными котлами. Заливать топливо в устройства пиролизного типа необходимо всего 2–3 раза в сутки.Чтобы выбрать лучший пиролизный котел длительного горения, рассмотрите возможные конфигурации.

Конструктивные особенности и типы котлов

Количество контуров

По количеству контуров пиролизные котлы бывают одноконтурными, двухконтурными и многоконтурными. Одноконтурные предназначены только для обогрева помещения. Чтобы обеспечить с их помощью ГВС, необходимо дополнительно приобрести бойлер косвенного нагрева.

Двухконтурные модели одновременно обогревают помещение и нагревают воду для бытовых нужд.Они отличаются более сложной конструкцией, установкой и высокой ценой. Такое оборудование подходит для дома, в котором они постоянно проживают. Иногда встречаются многоконтурные котлы, в которых больше двух контуров. Дополнительный контур можно использовать, например, для создания теплого пола.

Материал корпуса

Корпус пиролизного котла может быть стальным или чугунным. Стальные котлы легче и дешевле. Их легче транспортировать и устанавливать. Более дорогие чугунные модели надежнее.Чугун устойчив к коррозии и не имеет сварных швов. Обратной стороной является хрупкость материала, при резком перепаде температур он может треснуть.

Котел пиролизный стальной

Топочный

Отдельный вид — пиролизные котлы верхнего горения с циклической заправкой топливом. Такие модели могут работать на одной порции до суток. Это достигается за счет того, что дров укладывается большее количество, и всегда горит или тлеет только верхний слой. Здесь следует использовать только качественное, хорошо просушенное твердое топливо.Особенность использования в том, что пока не сгорит последняя закладка, дрова добавить нельзя.

Принцип работы

По принципу действия различают конвекционные и воздухонагревательные модели. Конвекционные котлы нагревают теплоноситель, который впоследствии насосами разносится к радиаторам, которые могут находиться в разных помещениях.

Устройства воздушного отопления предназначены для прямого нагрева воздуха в помещении. Чаще всего применяется в промышленных производственных помещениях и в небольших домах на 1-2 комнаты.

Зависимость от электроэнергии

Энергонезависимые модели оснащены механической панелью управления. Проста в обслуживании и надежна. Котлам с электронным управлением требуется электричество для работы. Их преимущество — более точная настройка. Некоторые модели продаются без панели управления. Приобретается отдельно в зависимости от потребностей.

Панель управления пеллетного котла Atmos

Виды топлива

Дрова

Одним из наиболее эффективных видов топлива для пиролизных котлов является древесина.У них очень высокий выход летучих веществ, который необходим для процесса пиролиза. Важно выбрать высушенную древесину, этот параметр очень сильно влияет на эффективность.

Котел на дровах производит наименьшее количество вредных выбросов в атмосферу. Также на дереве срок службы оборудования большой из-за отсутствия в них серы, которая разрушительно действует на корпус устройства. При покупке важно выбрать подходящий размер планок.Для этого рулеткой измеряется глубина топки.

Уголь

Уголь может сильно различаться по чистоте и, следовательно, по теплопередаче. Самый дорогой и эффективный бурый уголь. При тлении выделяет наибольшее количество газа. На втором месте уголь, на третьем — антрацит. При топке на угле котел изнашивается быстрее из-за содержания в нем серы, что приводит к коррозии.

Пеллеты

Пеллеты

Пеллеты — это гранулы, которые производятся из измельченных отходов.Сырьем для них могут быть опилки, торф, бумага, солома и так далее. Они экологически чистые; в их производстве не используются химические вещества. Современные пеллетные котлы по мере необходимости оснащаются системой автоматической загрузки топлива.

Выбор модели

Termico пиролиз 12 кВт

Одна из самых популярных моделей. Имеет одну схему, мощность 12 кВт и может обогреть до 120 квадратных метров площади помещения. Камеры сгорания открытого типа. Стальной теплообменник, электронная панель управления.Толщина металла, из которого изготовлен котел, составляет 5 мм.

Может работать практически с любым твердым топливом и древесиной влажностью до 40%. Глубина топки позволяет размещать бруски длиной до 37 см. Время выхода в режим пиролиза — около 10 минут. Тип установки напольный, габариты 478 * 1126 * 981 мм, вес 170 кг.

Пиролизный котел Termico

Буржуй-К МОДЕРН-12

Бытовые приборы Буржуа-К производятся в Харькове и хорошо зарекомендовали себя в работе.Мощность 12 кВт, имеет один контур, способна отапливать до 120 кв.м дома. Энергонезависимая с механической панелью управления. Большая топка объемом 30 литров и глубиной 40 см, позволяющая загружать длинные куски дров.

Решетка чугунная. Расход топлива 1,2 кг в час. Имеет возможность дополнительно подключить нагревательный элемент для поддержания температуры теплоносителя в случае выхода твердого топлива. Напольный, габариты 718 * 459 * 560 мм, вес 87 кг.

Котел Буржуй-К МОДЕРН-12

ВАТТЕК ПИРОТЕК 30

Пиролизный котел WATTEK PYROTEK 30 тепловой мощностью 30 кВт и один контур.Имеет закрытую камеру сгорания. Электронное управление с дисплеем на русском языке. Имеет несколько режимов работы: стандартный, летний, с приоритетом ГВС. Стальной первичный теплообменник. Работает только на древесном топливе. Габариты 530 * 1145 * 915 мм.

Котел WATTEK PYROTEK 30

Более подробную информацию о популярных моделях пиролизных котлов можно найти в статье по ссылке:

На рынке твердотопливных котлов представлены различные новинки; не так давно появились разновидности — пеллетный и пиролизный.Они отличаются друг от друга технически, но схожи в одном — повышенной ценой. Для чего нужны эти деньги, какие дополнительные преимущества можно получить, заплатив за эти котлы повышенную цену?

Что такое пеллетный котел

Котел на пеллетах — это автоматизированный твердотопливный котел. Он может работать без обслуживания неделю и даже больше в автоматическом режиме. Частота технического обслуживания в основном зависит от емкости топливного бункера, которую можно выбрать. Обычно его выбирают так, чтобы пеллетный котел нужно было загружать не чаще одного раза в неделю.Это удобно по сравнению с обычным твердым топливом.

Пеллетные котлы хоть и сложны в техническом плане, но сейчас считаются надежными, массовых поломок не наблюдается. Но сложность и автоматизация влечет за собой недостатки — самостоятельно обслуживать нельзя, за периодический осмотр и ремонт придется платить еще и в сервисную службу, иногда ломаются, да и ремонт обходится в копеечку, случаются зимние простои …

Пеллеты продают те же организации, которые продают эти котлы.Свою продукцию они сопровождают горючим.

Выгодно ли использовать

Стоимость килограмма пеллет 8 руб. Энергия, получаемая от килограмма пеллет, составляет 5 кВт. Но с учетом КПД котла 80% — 5х0,8 = 4 кВт. Следовательно, 1 киловатт энергии будет стоить 2 рубля. А это как минимум в 1,5 раза дороже дров, в 1,7 раза дороже угля (для большинства регионов, но не для всех) и, кроме того, дороже ночного тарифа на электроэнергию — 1,7 руб. / КВтч.

То есть отопление пеллетами просто невыгодно. Но комфортно. Это удобнее, чем отопление обычным твердотопливным котлом, который нужно обслуживать не реже одного раза в сутки, а часто, если котел не мощный и не укомплектован сопутствующим электрокотлом и (или) тепловым аккумулятором, то несколько раз. день.

За что платим высокую цену — сначала закупаем дорогой автоматизированный пеллетный котел, потом постоянно дорогое топливо. Естественно, мы платим за комфорт.

Пеллетный котел стоит применять, если жители, в первую очередь, готовы переплачивать за комфорт, но магистрального газа, конечно, нет. А во-вторых, когда дом большой (300 квадратных метров и более) и топить его дровами и углем просто утомительно, а при дневном тарифе на электроэнергию большая разница в пользу пеллет.

В общем, когда для больших домов нужно больше мощности, то пеллеты приобретают хоть и не экономический, а практический смысл.

В чем особенности пиролизных котлов

Пиролизные котлы

также можно назвать газогенераторными, так как с помощью высокой температуры в них из дров вырабатывается газ, который затем сжигается.

Производители хвалят установки пиролиза и всячески их рекламируют, заявляя при этом следующее:

• Можно (а иногда говорят, нужно!) Топить мокрую древесину влажностью 50%.
• Топливо сгорает полностью, золы не остается.
• КПД достигает 89 процентов, что на 10 процентов больше, чем у обычного котла.
• Продолжительность работы на одной загрузке — сутки и более — увеличение времени горения.

Древесина должна быть сухой

Пиролиз начинается с сухой древесины с влажностью не более 20 процентов. Те. кладите в этот котел влажные дрова, такие же, как и в обычном, и на костре — до 50% энергии сгорания уходит на сушку влаги.

Вода не горит, не разлагается на водород и кислород, она испаряется и забирает на себя львиную долю энергии.

Дрова нужно класть в топку как можно более сухими. И они должны долго сохнуть под навесом, потом, возможно, в котельной возле котла, над радиаторами, если есть возможность, еще неделю. Тогда мощность будет потрачена не на испарение воды, а на нагрев теплоносителя.

Ясень

Дрова нельзя сжечь полностью, зольность является их физическим свойством, сжигать их можно будет любым способом. А золы в котле не остается, потому что вентилятор работает, а светлая древесная зола уносится потоком в небо, а затем оседает на головах пользователей.Территорию рядом с таким котлом просто присыпают золой.

Эффективность

Высокая эффективность? Возможно, теплообменник этого котла позволяет получить максимум от того, что могут дать дрова, но работает он под воздействием вентилятора. Постоянно продуваются камеры, где топятся дрова и где сжигается выделяющийся газ. А на вентиляцию уходит 50 — 100 Вт на час электроэнергии.

За это надо платить по дневной ставке. А это напрямую влияет на экономичность этого котла.Кроме того, указанная в характеристиках теплота выхлопных газов в 150-200 градусов прямо указывает на то, что котел не развивает КПД 90 процентов.

Продолжительность

Продолжительность работы любого котла определяется просто количеством загружаемых одновременно дров.
Таким же образом можно сделать непрерывную работу и обычный твердотопливный котел, но мощный, с большой камерой сгорания. Там можно устроить такой же пиролиз, только естественной тягой на высоком дымоходе, набив дров в топку и перекрыв подачу воздуха, чтобы дрова тлели.

Но при этом обычный котел можно запустить на полную мощность в любой момент, когда это потребуется, и моментально нагреть воду для купания или повысить температуру в доме.

Прочие проблемы пиролизных котлов

Но производители умалчивают об основной проблеме, связанной с пиролизными котлами, настолько, что покупатель узнает о ней после покупки.

Не рекомендуется топить пиролизные котлы на древесине хвойных пород — на камере с дровами образуются липкие отложения.Береза ​​тоже не лучший вид дров, так как в ней много дегтя, и она начинает течь там, где она не нужна. Те. также нужно забрать дрова, а это непросто, это может сделать их покупку дороже.

Также в пиролизных котлах теплообменники чувствительны к холодному обратному потоку и перепадам температуры в системе, некоторые производители прямо в инструкции требуют установку бака-аккумулятора тепла в тандеме с котлом.

А это существенно увеличивает стоимость самого приобретения.И это сводит на нет всю идею данного агрегата — длительного горения. С тепловым аккумулятором любой обычный котел станет «долговечным».

В результате сложно найти преимущества пиролизного котла по сравнению с традиционным, а пиролизный котел по качеству будет в 3 раза дороже, чем в среднем обычной конструкции аналогичной мощности.

А если добавить сложность устройства и возможность поломок, шумность и избирательность дров, то рекомендовать пиролизный котел ни для каких условий не получится.

По типу используемого топлива твердотопливные котлы можно разделить на дровяные (в основном предназначены для работы с древесиной, древесными отходами, древесными брикетами), на пеллетах, (с использованием пеллет из прессованных древесных отходов) и универсальные , для которых Основное топливо — уголь, но также можно загружать дрова, древесные брикеты и торфяные брикеты.

Кроме того, существуют отдельные модели твердотопливных устройств верхнего сгорания , которые могут сжигать любой из перечисленных видов твердого топлива.Такие котлы оснащены тремя типами воздухораспределительных форсунок для телескопической трубы для подачи воздуха в зону горения для трех групп топлива (уголь, дрова / брикеты, пеллеты), а также искрогасителем для поддержания более эффективного горения. Современные модели оснащены программатором для облегчения управления процессом горения. Естественно, эти модели дороже традиционных устройств.

Читайте также: Принципы выбора и установки газового котла

При использовании твердотопливного котла важно строго придерживаться требований к топливу для конкретной модели.Например, если устройство предназначено для сжигания дров, то необходимо использовать бревна твердых лиственных пород влажностью до 20%. Применение древесины с повышенной влажностью приводит к недогреву теплоносителя при эксплуатации, к сокращению срока службы котла в целом, а также к увеличению количества сажи и конденсата в дыме, что вызывает более быстрое засорение дымохода. Если мы говорим о пеллетах, то влажность в них не должна превышать 10%.

Средний расход топлива при использовании твердотопливного котла в коттедже площадью 100-200 м² будет примерно 3-5 кг / час. При условии использования вместимость хранения около 12-15 кг в сутки (в самое холодное время — до 20 кг).

Тип камеры сгорания

В стандартном твердотопливном котле IN происходит процесс сжигания топлива, по принципу схожий с работой обычной печи, где горение обеспечивается за счет естественного потока воздуха .В этом случае полученная энергия расходуется на нагрев теплоносителя, который распределяется по трубам, ведущим к радиаторам. В некоторых случаях котел может быть оснащен вентилятором для создания дополнительной тяги, увеличивающей полноту сгорания. Максимальное время работы на одной закладке топлива в стандартных твердотопливных котлах составляет 6-8 часов, поэтому вам придется несколько раз в день закидывать топливо в камеру сгорания.

В отличие от традиционных, в твердотопливных пиролизных установках камера разделена на две части.В одной из них, которая называется газификационной или загрузочной камерой, топливо медленно сгорает при высоких температурах и недостатке кислорода. В результате выделяется древесный газ, который выгорает во второй камере (камере сгорания), расположенной ниже. При таком горении почти не образуется сажи и появляется минимальное количество золы. Горит древесный газ с очень чистым пламенем желтого или почти белого цвета … Эти устройства имеют более высокий КПД (до 85%) и позволяют автоматическое регулирование мощности. Максимальное время горения одной загрузки здесь составляет 8-12 часов, что вместе с тепловым аккумулятором позволяет снизить периодичность загрузки топлива до 1-2 раз в сутки.К недостаткам можно отнести не только более высокую цену по сравнению с традиционными твердотопливными котлами, но и необходимость использовать только сухие дрова.

Читайте также: Котел от розетки. Электрический обогрев — эффективная альтернатива газу

Котлы, минимизирующие количество нагрузок, предполагают верхнее горение … Это связано с тем, что воздух подается в высокую вертикальную камеру сгорания по телескопической трубе вверху камеры. На конце трубы устанавливается распределитель, который может иметь разную форму для разных видов топлива.Под действием силы тяжести при сгорании топлива распределитель движется вниз, обеспечивая постоянный поток воздуха. В этом случае пламя постепенно перемещается сверху вниз, тем самым снижая коэффициент усталости металла и продлевая срок службы устройства. При использовании котлов верхнего горения загрузка топлива осуществляется каждые 12-70 часов. Продолжительность горения здесь увеличивается как за счет большой емкости загрузочной топки, так и за счет того, что горит не весь объем топлива, а только верхние 15-20 см — остальное просушивается и ждет своей очереди.

Пеллетные твердотопливные котлы обычно представляют собой систему из трех компонентов: непосредственно котел с горелкой, шнековый питатель и отдельно стоящий бункер для пеллет. На корпусе котла установлена ​​пеллетная горелка, которая размещается в камере сгорания и к которой с помощью внешнего шнека подается топливо. Работа шнека контролируется встроенным в горелку фотодатчиком, который следит за заполнением бункера гранулами. После заполнения внешний шнек выключается, а внутренний подает топливо к решетке сгорания, где оно воспламеняется электрической спиралью.Под горелкой установлен вентилятор для подачи воздуха в зону горения. Работа агрегата автоматизирована и контролируется пультом управления, на котором выставляются необходимые настройки, в том числе требуемая температура, суточный цикл котла, его включение и выключение. Для безопасной работы предусмотрен автоматический клапан. электрическая цепь при перегреве оборудования. Пеллетные котлы просты в эксплуатации, частота загрузки зависит от размера бункера и в большинстве случаев производится каждые несколько дней.

Основы биомощности | Министерство энергетики

Биоэнергетические технологии преобразуют возобновляемое топливо из биомассы в тепло и электроэнергию с использованием процессов, аналогичных тем, которые используются с ископаемым топливом. Есть три способа высвободить энергию, хранящуюся в биомассе, для производства биоэнергии: сжигание, бактериальный распад и преобразование в газ / жидкое топливо.

Горение

Большая часть электроэнергии, вырабатываемой из биомассы, производится путем прямого сжигания. Биомасса сжигается в котле для получения пара высокого давления.Этот пар проходит через ряд лопаток турбины, заставляя их вращаться. Вращение турбины приводит в движение генератор, вырабатывающий электричество. Биомасса также может служить заменой части угля в печи существующей электростанции в процессе, называемом совместным сжиганием (сжигание двух разных типов материалов одновременно).

Бактериальное разложение (анаэробное разложение)

Органические отходы, такие как навоз животных или человеческие сточные воды, собираются в бескислородных резервуарах, называемых варочными котлами.Здесь материал разлагается анаэробными бактериями, которые производят метан и другие побочные продукты, с образованием возобновляемого природного газа, который затем может быть очищен и использован для выработки электроэнергии.

Преобразование в газ или жидкое топливо

Биомасса может быть преобразована в газообразное или жидкое топливо посредством газификации и пиролиза. Газификация — это процесс, при котором твердый материал биомассы подвергается воздействию высоких температур при очень небольшом количестве кислорода для получения синтез-газа (или синтез-газа) — смеси, состоящей в основном из монооксида углерода и водорода.Затем газ можно сжигать в обычном котле для производства электроэнергии. Его также можно использовать для замены природного газа в парогазовой турбине.

Пиролиз использует процесс, аналогичный газификации, но в других рабочих условиях. В этом сценарии биомасса нагревается в более низком диапазоне температур, но при полном отсутствии кислорода для производства сырой бионефти. Затем это биомасло заменяют мазутом или дизельным топливом в печах, турбинах и двигателях для производства электроэнергии.

границ | Каталитический пиролиз пластиковых отходов: переход к биоперерабатывающим предприятиям на основе пиролиза

Введение

Производство и потребление пластиковых отходов растет тревожными темпами в связи с увеличением численности населения, быстрым экономическим ростом, постоянной урбанизацией и изменениями в образе жизни. Кроме того, короткий срок службы пластика ускоряет ежедневное производство пластиковых отходов. Мировое производство пластика оценивается примерно в 300 миллионов тонн в год и с каждым годом постоянно увеличивается (Miandad et al., 2016a; Ratnasari et al., 2017). Пластмассы состоят из нефтехимических углеводородов с добавками, такими как антипирены, стабилизаторы и окислители, которые затрудняют биоразложение (Ma et al., 2017). Переработка пластиковых отходов осуществляется по-разному, но в большинстве развивающихся стран открытая или свалка является обычной практикой для управления пластиковыми отходами (Gandidi et al., 2018). Вывоз пластиковых отходов на свалки является местом обитания насекомых и грызунов, которые могут вызывать различные виды заболеваний (Alexandra, 2012).Кроме того, стоимость транспортировки, рабочей силы и технического обслуживания может увеличить стоимость проектов по переработке (Gandidi et al., 2018). Кроме того, из-за быстрой урбанизации сокращается количество земель, пригодных для свалки, особенно в городах. Пиролиз — это распространенный метод преобразования пластиковых отходов в энергию в виде твердого, жидкого и газообразного топлива.

Пиролиз — это термическое разложение пластиковых отходов при различных температурах (300–900 ° C) в отсутствие кислорода до полученной жидкой нефти (Rehan et al., 2017). Различные виды катализаторов используются для улучшения процесса пиролиза пластиковых отходов в целом и повышения эффективности процесса. Катализаторы играют очень важную роль в повышении эффективности процесса, нацеливании на конкретную реакцию и снижении температуры и времени процесса (Serrano et al., 2012; Ratnasari et al., 2017). В процессах пиролиза пластмасс использовался широкий спектр катализаторов, но наиболее широко применяемыми катализаторами являются ZSM-5, цеолит, Y-цеолит, FCC и MCM-41 (Ratnasari et al., 2017). Каталитическая реакция во время пиролиза пластиковых отходов на твердых кислотных катализаторах может включать реакции крекинга, олигомеризации, циклизации, ароматизации и изомеризации (Serrano et al., 2012).

В нескольких исследованиях сообщалось об использовании микропористых и мезопористых катализаторов для преобразования пластиковых отходов в жидкое масло и полукокс. Uemichi et al. (1998) провели каталитический пиролиз полиэтилена (ПЭ) с катализаторами HZSM-5. Использование ХЗСМ-5 увеличило добычу жидкой нефти с составом ароматических углеводородов и изоалкановых соединений.Gaca et al. (2008) провели пиролиз пластиковых отходов с модифицированными MCM-41 и HZSM-5 и сообщили, что использование HZSM-5 дает более легкие углеводороды (C ₃ –C ₄ ) с максимальным содержанием ароматических соединений. Lin et al. (2004) использовали различные типы катализаторов и сообщили, что даже смешивание HZSM-5 с мезопористым SiO ₂ -Al ₂ O ₃ или MCM-41 привело к максимальной добыче жидкой нефти с минимальной добычей газа. Агуадо и др. (1997) сообщили о получении ароматических и алифатических соединений в результате каталитического пиролиза полиэтилена с HZSM-5, в то время как использование мезопористого MCM-41 снизило количество получаемых ароматических соединений из-за его низкой кислотной каталитической активности.Использование синтетических катализаторов улучшило общий процесс пиролиза и улучшило качество добываемой жидкой нефти. Однако использование синтетических катализаторов увеличивало стоимость процесса пиролиза.

Катализаторы NZ могут использоваться для решения экономических проблем каталитического пиролиза, который связан с использованием дорогих катализаторов. В последние годы Новая Зеландия привлекла к себе большое внимание своими потенциальными экологическими приложениями. Естественно, Новая Зеландия находится в Японии, США, Кубе, Индонезии, Венгрии, Италии и Королевстве Саудовская Аравия (KSA) (Sriningsih et al., 2014; Низами и др., 2016). Месторождение Новой Зеландии в КСА в основном находится в Харрат Шама и Джаббал Шама и в основном содержит минералы морденита с высокой термической стабильностью, что делает его пригодным в качестве катализатора при пиролизе пластиковых отходов. Sriningsih et al. (2014) модифицировали NZ из Сукабуми, Индонезия, отложив переходные металлы, такие как Ni, Co и Mo, и провели пиролиз полиэтилена низкой плотности (LDPE). Gandidi et al. (2018) использовали NZ из Лампунга, Индонезия, для каталитического пиролиза твердых бытовых отходов.

Это первое исследование по изучению влияния модифицированного саудовского природного цеолита на качество продукта и выход при каталитическом пиролизе пластиковых отходов. Саудовский природный цеолитный катализатор был модифицирован с помощью новой термической активации (TA-NZ) при 550 ° C и кислотной активации (AA-NZ) с помощью HNO ₃ для улучшения его каталитических свойств. Каталитический пиролиз различных типов пластмассовых отходов (ПС, ПЭ, ПП и ПЭТ), как отдельных, так и смешанных в различных соотношениях, в присутствии катализаторов на основе модифицированного природного цеолита (NZ) в небольшом экспериментальном реакторе пиролиза проводился для первый раз.Были изучены качество и выход таких продуктов пиролиза, как жидкая нефть, газ и полукокс. Химический состав жидкой нефти анализировали с помощью ГХ-МС. Кроме того, были обсуждены возможности и проблемы биоперерабатывающих заводов на основе пиролиза.

Материалы и методы

Подготовка сырья и запуск реактора

Пластиковые отходы, используемые в качестве сырья в процессе каталитического пиролиза, были собраны в Джидде и включали продуктовые пакеты, одноразовые стаканчики и тарелки для сока и бутылки для питьевой воды, которые состоят из полиэтилена (PE), полипропилена (PP), полистирола (PS), и полиэтилентерефталатные (ПЭТ) пластмассы соответственно.Выбор этих пластиковых материалов был сделан на основании того факта, что они являются основным источником пластиковых отходов, производимых в КСА. Для получения однородной смеси все образцы отходов измельчали ​​на более мелкие кусочки размером около 2 см ² . Каталитический пиролиз проводился с использованием отдельных или смеси этих пластиковых отходов в различных соотношениях (таблица 1). Использовали 1000 г сырья, по 100 г катализатора в каждом эксперименте. Саудовский природный цеолит (Новая Зеландия), собранный в Харрат-Шама, расположенном на северо-западе города Джидда, штат Южная Австралия (Nizami et al., 2016), был модифицирован термической и кислотной обработкой и использован в этих экспериментах по каталитическому пиролизу. NZ измельчали ​​до порошка (<100 нм) в шаровой мельнице (Retsch MM 480) в течение 3 ч при частоте 20 Гц / с перед модификацией и использованием в пиролизе. Для термической активации (ТА) NZ нагревали в муфельной печи при 550 ° C в течение 5 часов, а для кислотной активации (AA) NZ вымачивали в 0,1 М растворе азотной кислоты (HNO ₃ ) в течение 48 часов и непрерывно встряхивают с помощью цифрового шейкера IKA HS 501 со скоростью 50 об / мин.После этого образец промывали деионизированной водой до получения нормального pH.

Таблица 1 . Схема эксперимента.

Эксперименты проводились в небольшом пилотном реакторе пиролиза при 450 ° C, при скорости нагрева 10 ° C / мин и времени реакции 75 мин (рис. 1). Полученный выход каждого продукта пиролиза рассчитывали по массе после завершения каждого эксперимента. Характеристика добываемой жидкой нефти была проведена для исследования влияния состава сырья на качество жидкой нефти, полученной в присутствии модифицированного NZ.ТГА проводили на сырье для получения оптимальных условий процесса, таких как температура и время реакции (75 мин) в контролируемых условиях. В TGA брали 10 мкг каждого типа пластиковых отходов и нагревали со скоростью 10 ° C от 25 до 900 ° C в непрерывном потоке азота (50 мл / мин). Авторы этого исследования недавно опубликовали работу о влиянии состава сырья и природных и синтетических цеолитных катализаторов без модификации катализатора на различные типы пластиковых отходов (Miandad et al., 2017b; Rehan et al., 2017).

Экспериментальная установка

Небольшой пилотный реактор может использоваться как для термического, так и для каталитического пиролиза с использованием различного сырья, такого как пластмассы и биомасса (рис. 1). В этом исследовании модифицированные катализаторы NZ были добавлены в реактор с сырьем. Реактор пиролиза может вместить до 20 л сырья, а максимальная безопасная рабочая температура до 600 ° C может быть достигнута при желаемых скоростях нагрева.Подробные параметры реактора пиролиза были опубликованы ранее (Miandad et al., 2016b, 2017b). При повышении температуры выше определенных значений пластиковые отходы (органические полимеры) превращаются в мономеры, которые переносятся в конденсатор, где эти пары конденсируются в жидкое масло. Для обеспечения температуры конденсации ниже 10 ° C и максимальной конденсации пара в жидкое масло использовалась система непрерывной конденсации с использованием водяной бани и охлаждающей жидкости ACDelco Classic.Добываемая жидкая нефть была собрана из резервуара для сбора нефти, и была проведена дальнейшая характеристика, чтобы раскрыть ее химический состав и характеристики для других потенциальных применений.

Аналитические методы

Пиролизное масло было охарактеризовано с использованием различных методов, таких как газовая хроматография в сочетании с масс-спектрофотометрией (ГХ-МС), инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FT-IR),

бомбовый калориметр и TGA (Mettler Toledo TGA / SDTA851) с применением стандартных методов ASTM.Функциональные группы в пиролизном масле анализировали с помощью прибора FT-IR, Perkin Elmer’s, UK. Анализ FT-IR проводился с использованием минимум 32 сканирований со средним значением 4 см ^-1 ИК-сигналов в диапазоне частот 500-4000 см ^-1 .

Химический состав нефти изучался с помощью ГХ-МС (Shimadzu QP-Plus 2010) с детектором FI. Использовали капиллярную колонку GC длиной 30 м и шириной 0,25 мм, покрытую пленкой 5% фенилметилполисилоксана (HP-5) толщиной 0,25 мкм.Духовку устанавливали на 50 ° C на 2 мин, а затем увеличивали до 290 ° C, используя скорость нагрева 5 ° C / мин. Температура источника ионов и линии передачи поддерживалась на уровне 230 и 300 ° C, а инжекция без деления потока осуществлялась при 290 ° C. Библиотеку масс-спектральных данных NIST08s использовали для идентификации хроматографических пиков, и процентные доли пиков оценивались по их общей площади пика ионной хроматограммы (TIC). Высокая теплотворная способность (HHV) добытой жидкой нефти, полученной из различных типов пластиковых отходов, была измерена в соответствии со стандартным методом ASTM D 240 с помощью прибора Bomb Calorimeter (Parr 6200 Calorimeter), в то время как производство газа оценивалось с использованием стандартной формулы баланса масс. , учитывая разницу в весе жидкого масла и полукокса.

Результаты и обсуждение

ТГА-анализ сырья

ТГА был проведен для каждого типа пластиковых отходов в индивидуальном порядке, чтобы определить оптимальную температуру для термического разложения. Все типы пластиковых отходов демонстрируют сходное поведение при разложении с быстрой потерей веса углеводородов в узком диапазоне температур (150–250 ° C) (рис. 2). Максимальная деградация для каждого типа пластиковых отходов была достигнута в пределах 420–490 ° C. ПС и ПП показали одностадийное разложение, в то время как ПЭ и ПЭТ показали двухступенчатое разложение в контролируемых условиях.Одностадийное разложение соответствует присутствию углерод-углеродной связи, которая способствует механизму случайного разрыва с повышением температуры (Kim et al., 2006). Разложение полипропилена начинается при очень низкой температуре (240 ° C) по сравнению с другим сырьем. Половина углерода, присутствующего в цепи полипропилена, состоит из третичного углерода, который способствует образованию карбокатиона в процессе его термического разложения (Jung et al., 2010). Вероятно, это причина достижения максимальной деградации полипропилена при более низкой температуре.Начальная деградация PS началась при 330 ° C, а максимальная деградация была достигнута при 470 ° C. PS имеет циклическую структуру, и его деградация в тепловых условиях включает как случайную цепь, так и разрыв концевой цепи, что усиливает процесс его деградации (Demirbas, 2004; Lee, 2012).

Рисунок 2 . Термогравиметрический анализ (ТГА) пластиковых отходов ПС, ПЭ, ПП и ПЭТ.

PE и PET показали двухэтапный процесс разложения; начальная деградация началась при более низких температурах, а затем другая стадия разложения при более высокой температуре.Первоначальная деградация ПЭ началась при 270 ° C и медленно, но постепенно распространялась, пока температура не достигла 385 ° C. После этой температуры наблюдалась резкая деградация, и была достигнута 95% -ная деградация с дальнейшим повышением примерно на 100 ° C. Аналогичная двухэтапная картина разложения наблюдалась для пластика ПЭТФ, и первоначальная деградация началась при 400 ° C с резким снижением потери веса. Однако вторая деградация началась при несколько более высокой температуре (550 ° C). Первоначальное разложение ПЭ и ПЭТ может быть связано с присутствием некоторых летучих примесей, таких как добавочный наполнитель, используемый во время синтеза пластика (Димитров и др., 2013).

Различные исследователи сообщают, что деградация ПЭ и ПЭТ требует более высоких температур по сравнению с другими пластиками (Димитров и др., 2013; Риццарелли и др., 2016). Lee (2012) сообщил, что PE имеет длинноцепочечную разветвленную структуру и что его разложение происходит посредством разрыва случайной цепи, что требует более высокой температуры, в то время как разложение PET следует за случайным разрывом сложноэфирных звеньев, что приводит к образованию олигомеров (Dziecioł and Trzeszczynski, 2000). ; Lecomte and Liggat, 2006).Первоначальное разложение ПЭТ, возможно, было связано с присутствием некоторых летучих примесей, таких как диэтиленгликоль (Димитров и др., 2013). В литературе сообщается, что присутствие этих летучих примесей дополнительно способствует процессу разложения полимеров (McNeill and Bounekhel, 1991; Dziecioł and Trzeszczynski, 2000). Различие в кривых ТГА различных типов пластиков может быть связано с их мезопористой структурой (Chandrasekaran et al., 2015). Кроме того, Lopez et al. (2011) сообщили, что использование катализаторов снижает температуру процесса.Следовательно, 450 ° C можно было бы принять в качестве оптимальной температуры в присутствии активированного NZ для каталитического пиролиза вышеупомянутых пластиковых отходов.

Влияние сырья и катализаторов на выход продуктов пиролиза

Было исследовано влияние термической и кислотной активации NZ на выход продукта процесса пиролиза (рис. 3). Каталитический пиролиз индивидуального ПС-пластика с использованием катализаторов TA-NZ и AA-NZ показал самый высокий выход жидкого масла 70 и 60%, соответственно, по сравнению со всеми другими изученными типами индивидуальных и комбинированных пластиковых отходов.О высоком выходе жидкой нефти при каталитическом пиролизе ПС сообщалось и в нескольких других исследованиях (Siddiqui, Redhwi, 2009; Lee, 2012; Rehan et al., 2017). Сиддики и Редхви (2009) сообщили, что ПС имеет циклическую структуру, что приводит к высокому выходу жидкой нефти при каталитическом пиролизе. Ли (2012) сообщил, что деградация полистирола происходит за счет разрывов как случайных цепей, так и концевых цепей, что приводит к образованию стабильной структуры бензольного кольца, которая усиливает дальнейший крекинг и может увеличивать добычу жидкой нефти.Более того, в присутствии кислотных катализаторов разложение PS происходит по карбениевому механизму, который далее подвергается гидрированию (меж / внутримолекулярный перенос водорода) и β-расщеплению (Serrano et al., 2000). Кроме того, разложение PS происходило при более низкой температуре по сравнению с другими пластиками, такими как PE, из-за его циклической структуры (Wu et al., 2014). С другой стороны, каталитический пиролиз PS дает более высокое количество полукокса (24,6%) с катализатором AA-NZ, чем с катализатором TA-NZ (15,8%).Ma et al. (2017) также сообщили о высоком производстве полукокса при каталитическом пиролизе полистирола с кислотным цеолитным (Hβ) катализатором. Высокие показатели образования полукокса были обусловлены высокой кислотностью катализатора, которая способствует образованию полукокса за счет интенсивных вторичных реакций сшивания (Serrano et al., 2000).

Рисунок 3 . Влияние TA-NZ и AA-NZ на выход продуктов пиролиза.

Каталитический пиролиз ПП дает более высокое содержание жидкой нефти (54%) с катализатором AA-NZ, чем катализатор TA-NZ (40%) (Рисунок 3).С другой стороны, катализатор TA-NZ дает большое количество газа (41,1%), что может быть связано с более низкой каталитической активностью катализатора TA-NZ. По данным Kim et al. (2002) катализатор с низкой кислотностью и участки поверхности по БЭТ с микропористой структурой способствуют начальному разложению полипропилена, что может привести к максимальному выделению газов. Обали и др. (2012) провели пиролиз полипропилена с катализатором, содержащим оксид алюминия, и сообщили о максимальной добыче газа. Более того, образование карбокатиона во время разложения полипропилена из-за присутствия третичного углерода в его углеродной цепи также может способствовать образованию газа (Jung et al., 2010). Syamsiro et al. (2014) также сообщили, что каталитический пиролиз PP и PS с активированным кислотой (HCL) природным цеолитным катализатором дает больше газов, чем процесс с термически активированным природным цеолитным катализатором, из-за его высокой кислотности и площади поверхности по БЭТ.

Каталитический пиролиз полиэтилена с катализаторами TA-NZ и AA-NZ дает аналогичные количества жидкого масла (40 и 42%). Однако наибольшее количество газов (50,8 и 47,0%) было произведено из полиэтилена при использовании AA-NZ и TA-NZ соответственно, по сравнению со всеми другими изученными типами пластмасс.Производство полукокса было самым низким в этом случае, 7,2 и 13,0% с AA-NZ и TA-NZ, соответственно. В различных исследованиях также сообщалось о более низком производстве полукокса при каталитическом пиролизе полиэтилена (Xue et al., 2017). Lopez et al. (2011) сообщили, что катализаторы с высокой кислотностью усиливают крекинг полимеров во время каталитического пиролиза. Увеличение крекинга в присутствии высококислотного катализатора способствует образованию газов (Miandad et al., 2016b, 2017a). Zeaiter (2014) провел каталитический пиролиз полиэтилена с цеолитом HBeta и сообщил о 95.7% выход газа из-за высокой кислотности катализатора. Batool et al. (2016) также сообщили о максимальном производстве газа при каталитическом пиролизе полиэтилена с высококислотным катализатором ZSM-5. Согласно Lee (2012) и Williams (2006), PE имеет длинноцепочечную углеродную структуру, и его разложение происходит случайным образом на более мелкие цепочечные молекулы за счет случайного разрыва цепи, что может способствовать образованию газа. Во время пиролиза полиэтилена, который удерживает только связи C-H и C-C, первоначально происходит разрыв основной цепи макромолекулы и образование стабильных свободных радикалов.Далее происходили стадии гидрирования, ведущие к синтезу вторичных свободных радикалов (новая стабильная связь C-H), что приводило к β-разрыву и образованию ненасыщенной группы (Rizzarelli et al., 2016).

Каталитический пиролиз ПП / ПЭ (соотношение 50/50%) не выявил какой-либо существенной разницы в общих выходах продукта при использовании как AA-NZ, так и TA-NZ. Жидкое масло, полученное в результате каталитического пиролиза PP / PE, составляло 44 и 40% от катализаторов TA-NZ и AA-NZ, соответственно. Небольшое снижение выхода жидкого масла из AA-NZ могло быть связано с его высокой кислотностью.Syamsiro et al. (2014) сообщили, что AA-NZ с HCl имеет более высокую кислотность по сравнению с TA-NZ, дает меньший выход жидкой нефти и имеет высокий выход газов. Общий каталитический пиролиз PP / PE дает максимальное количество газа с низким содержанием полукокса. Высокая добыча газа может быть связана с присутствием ПП. Разложение полипропилена усиливает процесс карбокатиона из-за присутствия третичного углерода в его углеродной цепи (Jung et al., 2010). Кроме того, разложение полиэтилена в присутствии катализатора также способствует получению газа с низким выходом жидкого масла.Однако, когда каталитический пиролиз ПП и ПЭ проводился отдельно с ПС, наблюдалась значительная разница в выходе продукта.

Наблюдалась значительная разница в выходе жидкого масла 54 и 34% для каталитического пиролиза PS / PP (соотношение 50/50%) с катализаторами TA-NZ и AA-NZ, соответственно. Аналогичным образом наблюдалась значительная разница в выходе полукокса 20,3 и 35,2%, тогда как высокий выход газов составлял 25,7 и 30,8% при использовании катализаторов TA-NZ и AA-NZ, соответственно.Lopez et al. (2011) и Seo et al. (2003) сообщили, что катализатор с высокой кислотностью способствует процессу крекинга и обеспечивает максимальное производство газа. Кроме того, присутствие ПП также увеличивает газообразование из-за процесса карбокатиона во время разложения (Jung et al., 2010). Kim et al. (2002) сообщили, что при разложении полипропилена выделяется максимум газа в присутствии кислотных катализаторов.

Каталитический пиролиз полистирола с полиэтиленом (соотношение 50/50%) в присутствии катализатора TA-NZ дает 44% жидкого масла, однако 52% жидкого масла было получено с использованием катализатора AA-NZ.Kiran et al. (2000) провели пиролиз PS с PE при различных соотношениях и сообщили, что увеличение концентрации PE снижает концентрацию жидкой нефти с увеличением количества газа. Присутствие ПС с ПЭ способствует процессу разложения из-за образования активного стабильного бензольного кольца из ПС (Miandad et al., 2016b). Wu et al. (2014) провели ТГА ПС с ПЭ и наблюдали два пика, первый для ПС при низкой температуре, а затем деградацию ПЭ при высокой температуре.Более того, деградация PE следует за цепным процессом свободных радикалов и процессом гидрирования, в то время как PS следует за цепным радикальным процессом, включающим различные стадии (Kiran et al., 2000). Таким образом, даже с учетом явлений разложения, PS приводил к более высокому разложению по сравнению с PE и давал стабильные бензольные кольца (McNeill et al., 1990).

Каталитический пиролиз ПС / ПЭ / ПП (соотношение 50/25/25%) показал несколько более низкий выход жидкого масла по сравнению с каталитическим пиролизом всех отдельных типов пластмасс.Выход масла для обоих катализаторов, TA-NZ и AA-NZ, в этом случае одинаков, 44 и 40% соответственно. Производство полукокса было выше (29,7%) с катализатором AA-NZ, чем (19,0%) с катализатором TA-NZ, что может быть связано с реакциями полимеризации (Wu and Williams, 2010). Кроме того, добавление ПЭТ с ПС, ПЭ и ПП (соотношение 20/40/20/20%) привело к снижению выхода жидкого масла до 28 и 30% в целом при использовании катализаторов TA-NZ и AA-NZ, соответственно, с более высокой фракции полукокса и газа. Демирбас (2004) провел пиролиз ПС / ПЭ / ПП и сообщил аналогичные результаты для выхода продукта.Аднан и др. (2014) провели каталитический пиролиз ПС и ПЭТ с использованием катализатора Al-Al ₂ O ₃ с соотношением 80/20% и сообщили только о 37% жидкой нефти. Более того, Yoshioka et al. (2004) сообщили о максимальном производстве газа и полукокса при незначительном производстве жидкой нефти при каталитическом пиролизе ПЭТ. Кроме того, о максимальном образовании угля сообщалось также при проведении каталитического пиролиза ПЭТ с другими пластиками (Bhaskar et al., 2004). Более высокое производство полукокса при пиролизе ПЭТ связано с реакциями карбонизации и конденсации во время его пиролиза при высокой температуре (Yoshioka et al., 2004). Кроме того, присутствие атома кислорода также способствует высокому образованию полукокса при каталитическом пиролизе ПЭТ (Xue et al., 2017). Thilakaratne et al. (2016) сообщили, что образование свободных радикалов от бензола с двумя активированными углями является предшественником каталитического кокса в результате разложения ПЭТ.

Влияние катализаторов на состав жидкой нефти

Химический состав жидкого масла, полученного каталитическим пиролизом различных пластиковых отходов с использованием катализаторов TA-NZ и AA-NZ, был охарактеризован методом ГХ-МС (Рисунки 4, 5).На состав добываемой жидкой нефти влияют различные типы сырья и катализаторов, используемых в процессе пиролиза (Miandad et al., 2016a, b, c). Жидкое масло, полученное из отдельных типов пластмасс, таких как ПС, ПП и ПЭ, содержало смесь ароматических, алифатических и других углеводородных соединений. Ароматические соединения, обнаруженные в масле из ПС и ПЭ, были выше, чем ПП при использовании катализатора TA-NZ. Количество ароматических соединений увеличилось в масле из ПС и ПП, но уменьшилось в ПЭ при использовании катализатора AA-NZ.Мезопористый и кислотный катализатор приводит к производству углеводородов с более короткой цепью из-за его высокой крекирующей способности (Lopez et al., 2011). Однако микропористые и менее кислые катализаторы способствуют образованию длинноцепочечных углеводородов, поскольку процесс крекинга происходит только на внешней поверхности катализаторов. В целом, в присутствии катализаторов ПЭ и ПП следуют механизму разрыва случайной цепи, в то время как PS следует механизму разрыва цепи или разрыва концевой цепи (Cullis and Hirschler, 1981; Peterson et al., 2001). Разрыв концевой цепи приводит к образованию мономера, тогда как разрыв случайной цепи дает олигомеры и мономеры (Peterson et al., 2001).

Рис. 4. (A, B) ГХ-МС жидкого масла, полученного из различных типов пластиковых отходов с помощью TA-NZ.

Рис. 5. (A, B) ГХ-МС жидкого масла, полученного из различных типов пластиковых отходов с AA-NZ.

Жидкое масло, полученное в результате каталитического пиролиза полиэтилена при использовании обоих катализаторов, давало в основном нафталин, фенантрен, нафталин, 2-этенил-, 1-пентадецен, антрацен, 2-метил-, гексадекан и т. Д. (Рисунки 4A, 5A ).Эти результаты согласуются с несколькими другими исследованиями (Lee, 2012; Xue et al., 2017). Получение производного бензола показывает, что TA-NZ усиливает процесс ароматизации по сравнению с AA-NZ. Xue et al. (2017) сообщили, что промежуточные олефины, полученные в результате каталитического пиролиза полиэтилена, в дальнейшем ароматизируются внутри пор катализаторов. Тем не менее, реакция ароматизации далее приводит к образованию атомов водорода, которые могут усилить процесс ароматизации. Ли (2012) сообщил, что ZSM-5 производит больше ароматических соединений по сравнению с морденитным катализатором из-за его кристаллической структуры.

Есть два возможных механизма, которые могут включать разложение ПЭ в присутствии катализатора; отрыв гибридных ионов из-за присутствия сайтов Льюиса или из-за механизма иона карбения через добавление протона (Rizzarelli et al., 2016). Первоначально деградация начинается на внешней поверхности катализаторов, а затем продолжается с дальнейшей деградацией во внутренних порах катализаторов (Lee, 2012). Однако микропористые катализаторы препятствуют проникновению более крупных молекул, и, таким образом, соединения с более высокой углеродной цепью образуются в результате каталитического пиролиза полиэтилена с микропористыми катализаторами.Кроме того, в присутствии кислотных катализаторов из-за карбениевого механизма может увеличиваться образование ароматических и олефиновых соединений (Lee, 2012). Lin et al. (2004) сообщили о получении высокореакционных олефинов в качестве промежуточных продуктов во время каталитического пиролиза полиэтилена, которые могут способствовать образованию парафинов и ароматических соединений в добываемой жидкой нефти. Более того, присутствие кислотного катализатора и свободного атома водорода может привести к алкилированию толуола и бензола, превращая промежуточный алкилированный бензол в нафталин за счет ароматизации (Xue et al., 2017).

Жидкое масло, полученное каталитическим пиролизом ПС с ТА-НЗ и АА-НЗ, содержит различные виды соединений. Основными обнаруженными соединениями были альфа-метилстирол, бензол, 1,1 ‘- (2-бутен-1,4-диил) бис-, бибензил, бензол, (1,3-пропандиил), фенантрен, 2-фенилнафталин и т. Д. в добываемой жидкой нефти (Рисунки 4A, 5A). Жидкая нефть, полученная каталитическим пиролизом ПС с обоими активированными катализаторами, в основном содержит ароматические углеводороды с некоторыми парафинами, нафталином и олефиновыми соединениями (Rehan et al., 2017). Однако в присутствии катализатора было достигнуто максимальное производство ароматических соединений (Xue et al., 2017). Рамли и др. (2011) также сообщили о производстве олефинов, нафталина с ароматическими соединениями в результате каталитического пиролиза полистирола с Al ₂ O ₃ , нанесенных на катализаторы на основе Cd и Sn. Деградация ПС начинается с растрескивания на внешней поверхности катализатора, а затем следует риформинг внутри пор катализатора (Uemichi et al., 1999). Первоначально крекинг полимера осуществляется кислотным центром Льюиса на поверхности катализатора с образованием карбокатионных промежуточных соединений, которые в дальнейшем испаряются или подвергаются риформингу внутри пор катализатора (Xue et al., 2017).

Каталитический пиролиз полистирола в основном производит стирол и его производные, которые являются основными соединениями в добываемой жидкой нефти (Siddiqui and Redhwi, 2009; Rehan et al., 2017). Превращение стирола в его производное увеличивалось в присутствии протонированных катализаторов из-за гидрирования (Kim et al., 2002). Шах и Ян (2015) и Укей и др. (2000) сообщили, что гидрирование стирола усиливается с увеличением температуры реакции. Огава и др. (1982) провели пиролиз ПС с алюмосиликатным катализатором при 300 ° C и обнаружили гидрирование стирола до его производного.Рамли и др. (2011) сообщили о возможном механизме разложения PS на кислотных катализаторах, который может происходить из-за атаки протона, связанного с кислотными центрами Бренстеда, что приводит к механизму карбениевых ионов, который далее подвергается β-расщеплению и позже сопровождается переносом водорода. Более того, реакции поперечного сшивания благоприятствовали сильные кислотные центры Бренстеда, и когда эта реакция происходит, завершение крекинга может в некоторой степени уменьшаться и увеличивать образование полукокса (Serrano et al., 2000). Кроме того, катализаторы оксид кремния-оксид алюминия не имеют сильных кислотных центров Бренстеда, хотя они могут не улучшать реакцию сшивки, но благоприятствуют процессу гидрирования. Таким образом, это может быть причиной того, что стирол не был обнаружен в жидком масле, однако его производное было обнаружено в больших количествах (Lee et al., 2001). Xue et al. (2017) также сообщили о деалкилировании стирола из-за задержки испарения внутри реактора, что может привести к усилению процесса риформинга и образованию производного стирола.TA-NZ и AA-NZ содержат большое количество оксида алюминия и диоксида кремния, что приводит к гидрированию стирола до его производного, что приводит к получению мономеров стирола вместо стирола.

Каталитический пиролиз полипропилена дает сложную смесь жидкого масла, содержащего ароматические углеводороды, олефины и соединения нафталина. Бензол, 1,1 ‘- (2-бутен-1,4-диил) бис-, бензол, 1,1’ — (1,3-пропандиил) бис-, антрацен, 9-метил-, нафталин, 2-фенил -, 1,2,3,4-тетрагидро-1-фенил-, нафталин, фенантрен и др.были основными соединениями, обнаруженными в жидкой нефти (Рисунки 4A, 5A). Эти результаты согласуются с другими исследованиями, в которых проводился каталитический пиролиз полипропилена с различными катализаторами (Marcilla et al., 2004). Кроме того, разложение ПП с помощью AA-NZ привело к максимальному образованию фенольных соединений. Более высокая продукция, возможно, была связана с наличием сильных кислотных центров, так как это способствует образованию фенольных соединений. Кроме того, присутствие высококислотного центра на катализаторах усиливает механизм олигомеризации, ароматизации и деоксигенации, что приводит к получению полиароматических и нафталиновых соединений.Dawood и Miura (2002) также сообщили о высоком образовании этих соединений в результате каталитического пиролиза полипропилена с высококислотным модифицированным HY-цеолитом.

Состав масла, полученного при каталитическом пиролизе полипропилена с полиэтиленом, содержит соединения, обнаруженные в масле из обоих видов сырья пластикового типа. Miandad et al. (2016b) сообщили, что состав сырья также влияет на качество и химический состав нефти. Полученное жидкое масло каталитического пиролиза ПЭ / ПП содержит ароматические, олефиновые и нафталиновые соединения.Основными обнаруженными соединениями были: бензол, 1,1 ‘- (1,3-пропандиил) бис-, моно (2-этилгексил) сложный эфир, 1,2-бензолдикарбоновая кислота, антрацен, пентадекан, фенантрен, 2-фенилнафталин и т. д. (Рисунки 4B, 5B) . Юнг и др. (2010) сообщили, что образование ароматических соединений при каталитическом пиролизе ПП / ПЭ может происходить по механизму реакции Дильса-Альдера, а затем следует дегидрирование. Кроме того, каталитический пиролиз ПП и ПЭ, проводимый отдельно с ПС, в основном дает ароматические соединения из-за присутствия ПС.Жидкая нефть, полученная из ПС / ПП, содержит бензол, 1,1 ‘- (1,3-пропандиил) бис, 1,2-бензолдикарбоновую кислоту, дисооктиловый эфир, бибензил, фенантрен, 2-фенилнафталин, бензол, (4-метил- 1-деценил) — и так далее (Фигуры 4А, 5А). Каталитический пиролиз ПС с ПЭ в основном дает жидкую нефть с основными соединениями азулена, нафталина, 1-метил-, нафталина, 2-этенила, бензола, 1,1 ‘- (1,3-пропандиил) бис-, фенантрена, 2-фенилнафталина. , бензол, 1,1 ‘- (1-метил-1,2-этандиил) бис- и некоторые другие соединения (Рисунки 4B, 5B).Miskolczi et al. (2006) провели пиролиз ПС с ПЭ с соотношением 10 и 90%, соответственно, и сообщили о максимальном производстве ароматических углеводородов даже при очень низком соотношении ПС. Miandad et al. (2016b) сообщили, что термический пиролиз ПЭ с ПС без катализатора приводит к превращению ПЭ в жидкое масло с высоким содержанием ароматических углеводородов. Однако термический пиролиз единственного полиэтилена без катализатора превратил его в воск вместо жидкого масла из-за его сильной разветвленной длинноцепочечной структуры (Lee, 2012; Miandad et al., 2016б). Wu et al. (2014) провели ТГА ПС с ПЭ и сообщили, что присутствие ПС способствует разложению ПЭ из-за образования стабильных бензольных колец.

Химический состав пиролизного масла по различным функциональным группам был изучен методом FT-IR. Полученные данные показали наличие в масле ароматических и алифатических функциональных групп (рисунки 6, 7). Очень сильный пик при 696 см ^-1 наблюдался в большинстве жидких масел, полученных с использованием обоих катализаторов, что соответствует высокой концентрации ароматических соединений.Еще два очевидных пика были видны при примерно 1,456 и 1,495 см ^-1 для C-C с одинарными и двойными связями, соответствующих ароматическим соединениям. Кроме того, в конце спектра сильные пики при 2,850, 2,923 и 2,958 см ^-1 наблюдались во всех типах жидких масел, кроме PS, соответствующих C-H-отрезку соединений алканов. В целом жидкое масло, полученное в результате каталитического пиролиза различных пластиковых отходов с использованием катализатора AA-NZ, показало больше пиков, чем образцы катализаторов TA-NZ.Эти дополнительные пики соответствуют ароматическим соединениям, алканам и алкеновым соединениям. Это указывает на то, что, как и ожидалось, AA-NZ имел лучшие каталитические свойства, чем TA-NZ. Различные исследователи сообщили о схожих результатах, что в жидкой нефти, полученной из PS, преобладали ароматические углеводороды. Tekin et al. (2012) и Panda and Singh (2013) также сообщили о присутствии ароматических углеводородов с некоторыми алканами и алкенами в результате каталитического пиролиза полипропилена. Kunwar et al. (2016) провели термический и каталитический пиролиз полиэтилена и сообщили, что полученная жидкая нефть содержит алканы и алкены в качестве основной функциональной группы.В целом, анализ FT-IR позволил лучше понять химический состав жидкого масла, полученного в результате каталитического пиролиза различных пластиковых отходов с использованием модифицированных NZ-катализаторов, и дополнительно подтвердил наши результаты GC-MS.

Рисунок 6 . FT-IR анализ жидкой нефти, полученной каталитическим пиролизом с TA-NZ.

Рисунок 7 . FT-IR анализ жидкой нефти, полученной каталитическим пиролизом с AA-NZ.

Возможное применение продуктов пиролиза

Жидкое масло, полученное в результате каталитического пиролиза различных типов пластмассового сырья, содержит большое количество ароматических, олефиновых и нафталиновых соединений, которые содержатся в нефтепродуктах.Более того, HHV добываемой жидкой нефти было обнаружено в диапазоне 41,7–44,2 МДж / кг (Таблица 2), что очень близко к энергетической ценности обычного дизельного топлива. Самая низкая HHV 41,7 МДж / кг была обнаружена в жидкой нефти, полученной из PS с использованием катализатора TA-NZ, тогда как самая высокая HHV в 44,2 МДж / кг была из PS / PE / PP с использованием катализатора AA-NZ. Таким образом, жидкое пиролизное масло, полученное из различных пластиковых отходов, может использоваться в качестве альтернативного источника энергии. По данным Lee et al.(2015) и Rehan et al. (2016), производство электроэнергии возможно с использованием жидкого пиролизного масла в дизельном двигателе. Саптоади и Пратама (2015) успешно использовали жидкое пиролитическое масло в качестве альтернативы керосиновой печи. Кроме того, полученные ароматические соединения могут быть использованы в качестве сырья для полимеризации в различных отраслях химической промышленности (Sarker, Rashid, 2013; Shah, Jan, 2015). Кроме того, различные исследователи использовали добытую жидкую нефть в качестве транспортного топлива после смешивания с обычным дизельным топливом в различных соотношениях.Исследования проводились для изучения потенциала добываемой жидкой нефти в контексте характеристик двигателя и выбросов выхлопных газов транспортных средств. Nileshkumar et al. (2015) и Ли и др. (2015) сообщили, что соотношение смеси пиролитического жидкого масла и обычного дизельного топлива, равное 20: 80%, соответственно, дает аналогичные результаты по рабочим характеристикам двигателя, чем у обычного дизельного топлива. Более того, при том же смешанном соотношении выбросы выхлопных газов также были одинаковыми, однако выбросы выхлопных газов увеличивались с увеличением количества смешанного пиролизного масла (Frigo et al., 2014; Мукерджи и Тамотаран, 2014).

Таблица 2 . Высокие значения нагрева (HHV) пиролизного масла из различного сырья с использованием катализаторов TA-NZ и AA-NZ.

Остаток (полукокс), оставшийся после процесса пиролиза, можно использовать в нескольких экологических целях. Несколько исследователей активировали полукокс с помощью пара и термической активации (Lopez et al., 2009; Heras et al., 2014). Процесс активации увеличил площадь поверхности по БЭТ и уменьшил размер пор полукокса (Lopez et al., 2009). Кроме того, Бернандо (2011) модернизировал пластиковый уголь биоматериалом и провел адсорбцию (3,6–22,2 мг / г) красителя метиленового синего из сточных вод. Miandad et al. (2018) использовали полукокс, полученный при пиролизе пластиковых отходов ПС, для синтеза нового наноадсорбента двухслойных оксидов углерода-металла (C / MnCuAl-LDOs) для адсорбции конго красного (CR) в сточных водах. Кроме того, полукокс также может использоваться в качестве сырья для производства активированного угля.

Ограничения ГХ-МС анализа пиролизного масла

Существуют некоторые ограничения при проведении точного количественного анализа химических компонентов в пиролизном масле с помощью ГХ-МС.В этом исследовании мы использовали массовый процент различных химикатов, обнаруженных в образцах нефти, рассчитанный на основе площадей пиков, определенных с помощью колонки DP5-MS с нормальной фазой и FID. Идентифицированные пики были сопоставлены с NIST и библиотекой спектров банка масс. Соединения были выбраны на основе индекса сходства (SI> 90%). Дальнейшее сравнение с известными стандартами (CRM) позволило подтвердить идентифицированные соединения. Использованная колонка и детекторы ограничивались только углеводородами. Однако в действительности масло из большинства пластиковых отходов имеет сложную химическую структуру и может содержать другие группы неидентифицированных химических веществ, таких как сера, азот и кислородсодержащие углеводороды.Вот почему необходим более глубокий и точный качественный химический анализ, чтобы полностью понять химию пиролизного масла, с использованием расширенной калибровки и стандартизации и использования различных детекторов МС, таких как SCD и NCD, а также различных колонок для ГХ.

Возможности и проблемы биоперерабатывающих заводов на основе пиролиза

Заводы по переработке отходов привлекают огромное внимание как решение для преобразования ТБО и других отходов биомассы в ряд продуктов, таких как топливо, энергия, тепло и другие ценные химические вещества и материалы.Различные типы биоперерабатывающих заводов, такие как биоперерабатывающий завод на базе сельского хозяйства, завод биопереработки животных отходов, завод по биопереработке сточных вод, завод по биопереработке на основе водорослей, завод по переработке пластиковых отходов, биоперерабатывающий завод на базе лесного хозяйства, биопереработка промышленных отходов, биопереработка пищевых отходов и т. Д., Могут быть разработаны в зависимости от тип и источник отходов (Gebreslassie et al., 2013; De Wild et al., 2014; Nizami et al., 2017a, b; Waqas et al., 2018). Эти биоперерабатывающие заводы могут сыграть важную роль в сокращении загрязнения окружающей среды отходами и выбросов парниковых газов.Кроме того, они приносят существенные экономические выгоды и могут помочь в достижении экономики замкнутого цикла в любой стране.

Биоперерабатывающий завод на основе пиролиза может быть разработан для обработки ряда отходов биомассы и пластиковых отходов с целью производства жидкого и газового топлива, энергии, биоугля и других более ценных химикатов с использованием комплексного подхода. Комплексный подход помогает достичь максимальных экономических и экологических выгод при минимальном образовании отходов. В биоперерабатывающих заводах на основе пиролиза существует множество проблем и возможностей для улучшения, которые необходимо решать и оптимизировать, чтобы обеспечить максимальную выгоду.Хотя пиролизное масло содержит больше энергии, чем уголь и некоторые другие виды топлива, пиролиз сам по себе является энергоемким процессом, а нефтепродукт требует больше энергии для очистки (Inman, 2012). Это означает, что пиролизное масло может быть не намного лучше обычного дизельного топлива или другого ископаемого топлива с точки зрения выбросов парниковых газов, хотя для подтверждения этого необходимы более подробные исследования баланса массы и энергии в рамках всего процесса. Чтобы преодолеть эти технологические потребности в энергии, могут быть разработаны более передовые технологии с использованием интеграции возобновляемых источников энергии, таких как солнечная или гидроэнергетика, с пиролизными биоперерабатывающими заводами для достижения максимальных экономических и экологических выгод.

Доступность потоков отходов пластика и биомассы в качестве сырья для биоперерабатывающих заводов, основанных на пиролизе, является еще одной серьезной проблемой, поскольку переработка в настоящее время не очень эффективна, особенно в развивающихся странах. Газы, образующиеся при пиролизе некоторых пластиковых отходов, таких как ПВХ, токсичны, и поэтому технология очистки выбросов пиролиза требует дальнейшего совершенствования для достижения максимальных экологических преимуществ. Пиролизное масло, полученное из различных типов пластика, необходимо значительно очистить перед использованием в любом применении, чтобы обеспечить минимальное воздействие на окружающую среду.Высокое содержание ароматических веществ в пиролизном масле является хорошим, и некоторые ароматические соединения, такие как бензол, толуол и стирол, можно очищать и продавать на уже сложившемся рынке. Однако некоторые ароматические углеводороды являются известными канцерогенами и могут нанести серьезный вред здоровью человека и окружающей среде. Поэтому в этом отношении необходимо серьезное рассмотрение.

Другие аспекты оптимизации биоперерабатывающих заводов на основе пиролиза, такие как новые появляющиеся передовые катализаторы, включая нанокатализаторы, должны быть разработаны и применены в процессах пиролиза для повышения качества и выхода продуктов, а также для оптимизации всего процесса.Рынок продуктов биопереработки на основе пиролиза должен быть создан / расширен, чтобы привлечь дополнительный интерес и финансирование, чтобы сделать эту концепцию более практичной и успешной. Точно так же необходимо больше внимания уделять проведению дальнейших исследований и разработок по обогащению концепции биопереработки и раскрытию ее истинного потенциала. Кроме того, очень важно провести подробную оценку экономического и экологического воздействия биоперерабатывающих заводов на стадии проектирования с использованием специализированных инструментов, таких как оценка жизненного цикла (ОЖЦ).LCA может анализировать воздействие биоперерабатывающего завода и всех продуктов на окружающую среду путем проведения подробных энергетических и материальных балансов на всех этапах жизненного цикла, включая добычу и переработку сырья, производство, распределение продуктов, использование, техническое обслуживание и утилизацию / переработку. Результаты LCA помогут определить устойчивость биоперерабатывающих заводов, что имеет решающее значение для принятия правильного решения.

Выводы

Каталитический пиролиз — многообещающий метод преобразования пластиковых отходов в жидкое масло и другие продукты с добавленной стоимостью с использованием катализатора на основе модифицированного природного цеолита (NZ).Модификация катализаторов NZ была проведена с помощью новой термической (ТА) и кислотной (АК) активации, которая улучшила их каталитические свойства. Каталитический пиролиз PS дал наибольшее количество жидкой нефти (70 и 60%) по сравнению с PP (40 и 54%) и PE (40 и 42%) с использованием катализаторов TA-NZ и AA-NZ соответственно. Химический состав пиролизного масла был проанализирован с помощью ГХ-МС, и было обнаружено, что большая часть жидкого масла дает высокое содержание ароматических веществ с некоторыми алифатическими и другими углеводородными соединениями.Эти результаты были дополнительно подтверждены анализом FT-IR, показывающим четкие пики, соответствующие ароматическим и другим углеводородным функциональным группам. Кроме того, жидкое масло, полученное из различных типов пластиковых отходов, имело более высокую теплотворную способность (HHV) в диапазоне 41,7–44,2 МДж / кг, как и у обычного дизельного топлива. Следовательно, он имеет потенциал для использования в различных энергетических и транспортных приложениях после дальнейшей обработки и очистки. Данное исследование является шагом к развитию биоперерабатывающих заводов на основе пиролиза.Биоперерабатывающие заводы обладают огромным потенциалом для преобразования отходов в энергию и другие ценные продукты и могут помочь в достижении экономики замкнутого цикла. Однако, как обсуждалось выше, существует множество технических, эксплуатационных и социально-экономических проблем, которые необходимо преодолеть для достижения максимальных экономических и экологических выгод от биоперерабатывающих заводов.

Доступность данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в рукопись и / или дополнительные файлы.

Авторские взносы

RM провел эксперименты по пиролизу и помог в написании рукописи.HK, JD, JG и AH провели подробную характеристику продуктов процесса. MR и ASA проанализировали данные и письменные части рукописи. MAB, MR и A-SN исправили и отредактировали рукопись. ASA и IMII поддержали проект финансово и технически.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

MR и A-SN выражают признательность Центру передового опыта в области экологических исследований (CEES), Университету короля Абдель Азиза (KAU), Джидда, штат Калифорния, и Министерству образования штата Калифорния за финансовую поддержку в рамках гранта № 2 / S / 1438. Авторы также благодарны деканату научных исследований (DSR) КАУ за финансовую и техническую поддержку ОЕЭП.

Список литературы

Аднан А., Шах Дж. И Ян М. Р. (2014). Исследования разложения полистирола с использованием катализаторов на медной основе. J. Anal. Прил. Пирол . 109, 196–204. DOI: 10.1016 / j.jaap.2014.06.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Агуадо, Дж., Сотело, Дж. Л., Серрано, Д. П., Каллес, Дж. А. и Эскола, Дж. М. (1997). Каталитическая конверсия полиолефинов в жидкое топливо на MCM-41: сравнение с ZSM-5 и аморфным SiO2 – Al ₂ O ₃ . Ener топливо 11, 1225–1231. DOI: 10.1021 / ef970055v

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Александра, Л.С. (2012). Твердые бытовые отходы: превращение проблемы в ресурсные отходы: проблемы, с которыми сталкиваются развивающиеся страны, специалист по городскому хозяйству . Всемирный банк. 2–4 стр.

Батул, М., Шах, А. Т., Имран Дин, М., и Ли, Б. (2016). Каталитический пиролиз полиэтилена низкой плотности с использованием инкапсулированных цетилтриметиламмониевых моновакантных блоков кеггина и ZSM-5. J. Chem. 2016: 2857162. DOI: 10.1155 / 2016/2857162

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бернандо, М.(2011). «Физико-химические характеристики углей, образующихся при совместном пиролизе отходов, и возможные пути повышения ценности», в Chemical Engineering (Лиссабон: Universidade Nova de Lisboa), 27–36.

Бхаскар, Т., Канеко, Дж., Муто, А., Саката, Ю., Якаб, Э., Мацуи, Т. и др. (2004). Исследования пиролиза пластмасс PP / PE / PS / PVC / HIPS-Br, смешанных с ПЭТ, и дегалогенирование (Br, Cl) жидких продуктов. J. Anal. Прил. Пиролиз 72, 27–33. DOI: 10.1016 / j.jaap.2004.01.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чандрасекаран С. Р., Кунвар Б., Мозер Б. Р., Раджагопалан Н. и Шарма Б. К. (2015). Каталитический термический крекинг пластмассовых отходов с получением топлива. 1. Кинетика и оптимизация. Energy Fuels 29, 6068–6077. DOI: 10.1021 / acs.energyfuels.5b01083

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Куллис, К. Ф., и Хиршлер, М. М. (1981). Горение органических полимеров. Т.5. Лондон: Издательство Оксфордского университета.

Давуд А. и Миура К. (2002). Каталитический пиролиз c-облученного полипропилена (PP) над HY-цеолитом для повышения реакционной способности и селективности продукта. Polym. Деграда. Укол . 76, 45–52. DOI: 10.1016 / S0141-3910 (01) 00264-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Де Вильд, П. Дж., Хейджген, В. Дж., И Госселинк, Р. Дж. (2014). Пиролиз лигнина для рентабельных лигноцеллюлозных биоперерабатывающих заводов. Биотопливо Биопрод.Биорефайнинг 8, 645–657. DOI: 10.1002 / bbb.1474

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Демирбас А. (2004). Пиролиз муниципальных пластиковых отходов для утилизации углеводородов бензиновой марки. J. Anal. Прил. Пиролиз 72, 97–102. DOI: 10.1016 / j.jaap.2004.03.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Димитров, Н., Крехула, Л. К., Сирочич, А. П., и Хрняк-Мургич, З. (2013). Анализ переработанных бутылок из ПЭТ методом пиролизно-газовой хроматографии. Polym. Деграда. Stab. 98, 972–979. DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2013.02.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Dziecioł, M., and Trzeszczynski, J. (2000). Летучие продукты термической деструкции полиэтилентерефталата в атмосфере азота. J. Appl. Polym. Sci. 77, 1894–1901. DOI: 10.1002 / 1097-4628 (20000829) 77: 9 <1894 :: AID-APP5> 3.0.CO; 2-Y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фриго, С., Сеггиани, М., Пуччини, М., и Витоло, С. (2014). Производство жидкого топлива путем пиролиза отработанных шин и его использование в дизельном двигателе. Топливо 116, 399–408. DOI: 10.1016 / j.fuel.2013.08.044

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гака П., Джевецка М., Калета В., Козубек Х. и Новинска К. (2008). Каталитическая деструкция полиэтилена на мезопористом молекулярном сите МСМ-41, модифицированном гетерополисоединениями. Польский J. Environ. Stud. 17, 25–35.

Google Scholar

Гандиди, И.М., Сусила, М. Д., Мустофа, А., Памбуди, Н. А. (2018). Термико-каталитический крекинг реальных ТБО в био-нефть. J. Energy Inst. 91, 304–310. DOI: 10.1016 / j.joei.2016.11.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Gebreslassie, Б. Х., Сливинский, М., Ван, Б., и Ю, Ф. (2013). Оптимизация жизненного цикла для устойчивого проектирования и эксплуатации заводов по биологической переработке углеводородов с помощью быстрого пиролиза, гидроочистки и гидрокрекинга. Comput. Chem. Англ. 50, 71–91.DOI: 10.1016 / j.compchemeng.2012.10.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Херас, Ф., Хименес-Кордеро, Д., Гиларранц, М.А., Алонсо-Моралес, Н., и Родригес, Дж. Дж. (2014). Активация полукокса отработанных шин путем циклического жидкофазного окисления. Топливный процесс. Технол . 127, 157–162. DOI: 10.1016 / j.fuproc.2014.06.018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Юнг С. Х., Чо М. Х., Канг Б. С. и Ким Дж. С. (2010). Пиролиз фракции отработанного полипропилена и полиэтилена для извлечения ароматических углеводородов БТК с использованием реактора с псевдоожиженным слоем. Топливный процесс. Technol. 91, 277–284. DOI: 10.1016 / j.fuproc.2009.10.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, Х. С., Ким, С., Ким, Х. Дж. И Янг, Х. С. (2006). Тепловые свойства полиолефиновых композитов с наполнителем из биомки с различным типом и содержанием компатибилизатора. Thermochim. Acta 451, 181–188. DOI: 10.1016 / j.tca.2006.09.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, Дж. Р., Юн, Дж. Х. и Пак, Д.W. (2002). Каталитическая переработка смеси полипропилена и полистирола. Polym. Деграда. Stab. 76, 61–67. DOI: 10.1016 / S0141-3910 (01) 00266-X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Киран, Н., Экинчи, Э., и Снейп, К. Э. (2000). Переработка пластиковых отходов пиролизом. Resour. Консерв. Recycl. 29, 273–283. DOI: 10.1016 / S0921-3449 (00) 00052-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кунвар, Б., Мозер, Б. Р., Чандрасекаран, С.Р., Раджагопалан, Н., Шарма, Б. К. (2016). Каталитическая и термическая деполимеризация малоценного полиэтилена высокой плотности, бывшего в употреблении. Energy 111, 884–892. DOI: 10.1016 / j.energy.2016.06.024

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Леконт, Х.А., и Лиггат, Дж. Дж. (2006). Механизм разложения звеньев диэтиленгликоля в терефталатном полимере. Polym. Деграда. Stab. 91, 681–689. DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2005.05.028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, К.Х. (2012). Влияние типов цеолитов на каталитическую очистку воскового масла пиролиза. J. Anal. Прил. Пирол . 94, 209–214. DOI: 10.1016 / j.jaap.2011.12.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли С., Йошида К. и Йошикава К. (2015). Применение отработанного пластикового пиролизного масла в дизельном двигателе с прямым впрыском: Для небольшой несетевой электрификации. Energy Environ. Res . 5:18. DOI: 10.5539 / eer.v5n1p18

CrossRef Полный текст

Ли, С.Ю., Юн, Дж. Х., Ким, Дж. Р. и Пак, Д. У. (2001). Каталитическая деструкция полистирола над природным клиноптилолитовым цеолитом. Polym. Деграда. Stab. 74, 297–305. DOI: 10.1016 / S0141-3910 (01) 00162-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лин, Ю. Х., Янг, М. Х., Йе, Т. Ф., и Гер, М. Д. (2004). Каталитическое разложение полиэтилена высокой плотности на мезопористых и микропористых катализаторах в реакторе с псевдоожиженным слоем. Polym. Деграда. Stab. 86, 121–128.DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2004.02.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лопес, А., Марко д, И., Кабальеро, Б. М., Ларесгоити, М. Ф., Адрадос, А., и Торрес, А. (2011). Пиролиз муниципальных пластиковых отходов II: влияние состава сырья в каталитических условиях. Управление отходами . 31, 1973–1983. DOI: 10.1016 / j.wasman.2011.05.021

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лопес, Г., Олазар, М., Артеткс, М., Амутио, М., Элорди, Дж., И Бильбао, Дж. (2009). Активация паром пиролитического полукокса шин при различных температурах. J. Anal. Прил. Пирол . 85, 539–543. DOI: 10.1016 / j.jaap.2008.11.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ma, C., Yu, J., Wang, B., Song, Z., Xiang, J., Hu, S., et al. (2017). Каталитический пиролиз огнестойкого ударопрочного полистирола на различных твердых кислотных катализаторах. Топливный процесс. Technol. 155, 32–41. DOI: 10.1016 / j.fuproc.2016.01.018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Марсилла, А., Бельтран, М. И., Эрнандес, Ф., и Наварро, Р. (2004). Дезактивация HZSM5 и HUSY при каталитическом пиролизе полиэтилена. Прил. Катал. A Gen. 278, 37–43. DOI: 10.1016 / j.apcata.2004.09.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

McNeill, I.C., и Bounekhel, M. (1991). Исследования термической деструкции сложных полиэфиров терефталата: 1. Поли (алкилентерефталаты). Полимерная деградация. Stab. 34, 187–204. DOI: 10.1016 / 0141-3910 (91) -C

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Макнил, И.К., Зульфикар М. и Кусар Т. (1990). Подробное исследование продуктов термической деструкции полистирола. Polym. Деграда. Stab. 28, 131–151. DOI: 10.1016 / 0141-3910 (90)

-O

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миандад Р., Баракат М. А., Абуриазаиза А. С., Рехан М., Исмаил И. М. И. и Низами А. С. (2017b). Влияние видов пластиковых отходов на жидкое пиролизное масло. Внутр. Биодетериор. Биодеград . 119, 239–252. DOI: 10.1016 / j.ibiod.2016.09.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миандад Р., Баракат М. А., Абуриазаиза А. С., Рехан М. и Низами А. С. (2016a). Каталитический пиролиз пластиковых отходов: обзор. Process Safety Environ. Защитить . 102, 822–838. DOI: 10.1016 / j.psep.2016.06.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миандад Р., Баракат М. А., Рехан М., Абуриазаиза А. С., Исмаил И. М. И. и Низами А. С. (2017a). Пластмассовые отходы превращаются в жидкое масло путем каталитического пиролиза с использованием природных и синтетических цеолитных катализаторов. Waste Manag. 69, 66–78. DOI: 10.1016 / j.wasman.2017.08.032

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миандад Р., Кумар Р., Баракат М. А., Башир К., Абуриазаиза А. С., Низами А. С. и др. (2018). Неиспользованное преобразование пластиковых отходов в углеродно-металлические LDO для адсорбции конго красного. J Colloid Interface Sci. 511, 402–410. DOI: 10.1016 / j.jcis.2017.10.029

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миандад, Р., Низами, А.С., Рехан, М., Баракат, М.А., Хан, М.И., Мустафа, А. и др. (2016b). Влияние температуры и времени реакции на конверсию отходов полистирола в жидкое пиролизное масло. Управление отходами . 58, 250–259. DOI: 10.1016 / j.wasman.2016.09.023

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миандад Р., Рехан М., Низами А. С., Баракат М. А. Э. Ф. и Исмаил И. М. (2016c). «Энергия и продукты с добавленной стоимостью от пиролиза пластиковых отходов», в № «Переработка твердых отходов для производства биотоплива и биохимии», , ред.П. Картикеян, К. Х. Субраманиан, С. Мутху (Сингапур: Springer), 333–355.

Google Scholar

Miskolczi, N., Bartha, L., and Deak, G. (2006). Термическое разложение полиэтилена и полистирола в упаковочной промышленности на различных катализаторах до топливоподобного сырья. Polym. Деграда. Укол . 91, 517–526. DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2005.01.056

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мукерджи, М.К., и Тамотаран, П.С. (2014). Испытания на производительность и выбросы нескольких смесей отработанного пластикового масла с дизельным топливом и этанолом на четырехтактном двухцилиндровом дизельном двигателе. IOSR J. Mech. Гражданский Eng . 11, 2278–1684. DOI: 10.9790 / 1684-11214751

CrossRef Полный текст

Нилешкумар, К. Д., Яни, Р. Дж., Патель, Т. М., и Ратод, Г. П. (2015). Влияние смеси пластикового пиролизного масла и дизельного топлива на производительность одноцилиндрового двигателя CI. Внутр. J. Sci. Technol. Eng .1, 2349–2784.

Google Scholar

Низами А.С., Оуда О.К.М., Рехан М., Эль-Маграби А.М.О., Гарди Дж., Хассанпур А. и др. (2016). Потенциал природных цеолитов Саудовской Аравии в технологиях рекуперации энергии. Energy 108, 162–171. DOI: 10.1016 / j.energy.2015.07.030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Низами А. С., Рехан М., Вакас М., Накви М., Оуда О. К. М., Шахзад К. и др. (2017a). Заводы по переработке отходов: создание возможностей для экономики замкнутого цикла в развивающихся странах. Биоресурсы. Technol. 241, 1101–1117. DOI: 10.1016 / j.biortech.2017.05.097

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Низами, А.С., Шахзад, К., Рехан, М., Оуда, О.К.М., Хан, М.З., Исмаил, И.М.И. и др. (2017b). Создание завода по переработке отходов в Макке: путь вперед в преобразовании городских отходов в возобновляемые источники энергии. Прил. Энергия . 186, 189–196. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2016.04.116

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Обали, З., Сезги, Н. А., Догу, Т. (2012). Каталитическое разложение полипропилена на мезопористых катализаторах, содержащих оксид алюминия. Chem. Англ. J . 207, 421–425. DOI: 10.1016 / j.cej.2012.06.146

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Огава Т., Куроки Т., Идэ С. и Икемура Т. (1982). Восстановление производных индана из отходов полистирола. J. Appl. Polym. Sci. 27, 857–869. DOI: 10.1002 / app.1982.070270306

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Панда, А.К. и Сингх Р. К. (2013). Экспериментальная оптимизация процесса термокаталитического разложения отработанного полипропилена до жидкого топлива. Adv. Энергия Eng . 1, 74–84.

Google Scholar

Петерсон, Дж. Д., Вязовкин, С., и Уайт, К. А. (2001). Кинетика термической и термоокислительной деструкции полистирола, полиэтилена и полипропилена. Macromol. Chem. Phys. 202, 775–784. DOI: 10.1002 / 1521-3935 (20010301) 202: 6 <775 :: AID-MACP775> 3.0.CO; 2-G

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рамли М. Р., Осман М. Б. Х., Арифин А. и Ахмад З. (2011). Сшитая сеть полидиметилсилоксана посредством механизмов присоединения и конденсации (RTV). Часть I: синтез и термические свойства. Polym. Деграда. Укол . 96, 2064–2070. DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2011.10.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ратнасари Д. К., Нахил М. А. и Уильямс П. Т. (2017). Каталитический пиролиз пластиковых отходов с использованием ступенчатого катализа для производства углеводородных масел бензинового ряда. J. Anal. Прил. Пиролиз 124, 631–637. DOI: 10.1016 / j.jaap.2016.12.027

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рехан, М., Миандад, Р., Баракат, М. А., Исмаил, И. М. И., Альмилби, Т., Гарди, Дж. И др. (2017). Влияние цеолитных катализаторов на жидкое масло пиролиза. Внутр. Биодетериор. Биодеград. 119, 162–175. DOI: 10.1016 / j.ibiod.2016.11.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рехан, М., Низами, А.С., Шахзад, К., Оуда, О.К. М., Исмаил, И. М. И., Алмилби, Т. и др. (2016). Пиролитическое жидкое топливо: источник возобновляемой энергии в Мекке. Источники энергии A 38, 2598–2603. DOI: 10.1080 / 15567036.2016.1153753

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Rizzarelli, P., Rapisarda, M., Perna, S., Mirabella, E.F., La Carta, S., Puglisi, C., et al. (2016). Определение полиэтилена в смесях биоразлагаемых полимеров и в компостируемых мешках-носителях методами Py-GC / MS и TGA. J. Anal. Прил.Пиролиз 117,72–81. DOI: 10.1016 / j.jaap.2015.12.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Саптоади, Х., Пратама, Н. Н. (2015). Использование отработанного масла из пластмассы в качестве частичного заменителя керосина в кухонных плитах под давлением. Внутр. J. Environ. Sci. Dev . 6, 363–368. DOI: 10.7763 / IJESD.2015.V6.619

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Саркер М., Рашид М. М. (2013). Отработанная смесь пластиков из полистирола и полипропилена в легкое топливо с использованием катализатора Fe2O3. Внутр. J. Renew. Energy Technol. Res . 2, 17–28.

Google Scholar

Со, Й. Х., Ли, К. Х. и Шин, Д. Х. (2003). Исследование каталитической деструкции полиэтилена высокой плотности методом анализа углеводородных групп. J. Anal. Прил. Пирол . 70, 383–398. DOI: 10.1016 / S0165-2370 (02) 00186-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Серрано Д. П., Агуадо Дж. И Эскола Дж. М. (2000). Каталитическая конверсия полистирола над HMCM-41, HZSM-5 и аморфным SiO ₂ –Al ₂ O ₃ : сравнение с термическим крекингом. Прил. Катал. B: Окружающая среда. 25, 181–189. DOI: 10.1016 / S0926-3373 (99) 00130-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Серрано Д. П., Агуадо Дж. И Эскола Дж. М. (2012). Разработка передовых катализаторов для переработки полиолефиновых пластмассовых отходов в топливо и химические вещества. ACS Catal. 2, 1924–1941. DOI: 10.1021 / cs3003403

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шах Дж. И Ян М. Р. (2015). Влияние полиэтилентерефталата на каталитический пиролиз полистирола: исследование жидких продуктов. J. Тайваньский институт. Chem. Англ. 51, 96–102. DOI: 10.1016 / j.jtice.2015.01.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сиддики, М. Н., и Редви, Х. Х. (2009). Пиролиз смешанных пластиков для восстановления полезных продуктов. Топливный процесс. Technol. 90, 545–552. DOI: 10.1016 / j.fuproc.2009.01.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шрининси В., Саэроджи М. Г., Трисунарьянти В., Армунанто Р. и Фалах И. И. (2014).Производство топлива из пластиковых отходов ПВД на природном цеолите на основе металлов Ni, Ni-Mo, Co и Co-Mo. Proc. Environ. Sci. 20, 215–224. DOI: 10.1016 / j.proenv.2014.03.028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Syamsiro, M., Cheng, S., Hu, W., Saptoadi, H., Pratama, N. N., Trisunaryanti, W., et al. (2014). Жидкое и газообразное топливо из пластиковых отходов путем последовательного пиролиза и каталитического риформинга на природных цеолитных катализаторах Индонезии. Waste Technol. 2, 44–51. DOI: 10.12777 / Wastech.2.2.44-51

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Текин, К., Акалин, М. К., Кади, К., и Карагез, С. (2012). Каталитическое разложение отработанного полипропилена пиролизом. Дж. Энергия Инс . 85, 150–155. DOI: 10.1179 / 1743967112Z.00000000029

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тилакаратне, Р., Тессонье, Дж. П., и Браун, Р. К. (2016). Превращение метокси- и гидроксильных функциональных групп фенольных мономеров над цеолитами. Green Chem. 18, 2231–2239. DOI: 10.1039 / c5gc02548f

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уэмичи Ю., Хаттори М., Ито Т., Накамура Дж. И Сугиока М. (1998). Поведение дезактивации цеолита и катализаторов кремнезема-оксида алюминия при разложении полиэтилена. Ind. Eng. Chem. Res. 37, 867–872. DOI: 10.1021 / ie970605c

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уэмичи, Ю., Накамура, Дж., Ито, Т., Сугиока, М., Гарфорт, А.А. и Дуайер Дж. (1999). Конверсия полиэтилена в бензиновые топлива путем двухступенчатой ​​каталитической деградации с использованием диоксида кремния – оксида алюминия и цеолита HZSM-5. Ind. Eng. Chem. Res. 38, 385–390. DOI: 10.1021 / ie980341 +

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Укей, Х., Хиросе, Т., Хорикава, С., Такаи, Ю., Така, М., Адзума, Н. и др. (2000). Каталитическое разложение полистирола на стирол и конструкция пригодного для повторного использования полистирола с диспергированными катализаторами. Catal.Сегодня 62, 67–75. DOI: 10.1016 / S0920-5861 (00) 00409-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вакас М., Рехан М., Абуриазаиза А. С. и Низами А. С. (2018). «Глава 17 — Биоперерабатывающий завод сточных вод на основе микробной электролизной ячейки: возможности и проблемы», в прогрессе и последние тенденции в микробных топливных элементах , под редакцией К. Датта и П. Кунду (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Elsevier Inc.), 347 –374. DOI: 10.1016 / B978-0-444-64017-8.00017-8

CrossRef Полный текст

Уильямс, П.Т. (2006). «Выход и состав газов и масел / парафинов от переработки отходов пластика». In Feeds Tock Recycling и пиролиз пластиковых отходов: преобразование пластиковых отходов в дизельное топливо и другое топливо , ред. Дж. Шейрс и В. Камински (Западный Суссекс: John Wiley & Sons Press), 285–309.

Google Scholar

Ву, К., и Уильямс, П. Т. (2010). Пиролиз – газификация пластмасс, смешанных пластмасс и реальных пластиковых отходов с катализатором Ni – Mg – Al и без него. Топливо 89, 3022–3032. DOI: 10.1016 / j.fuel.2010.05.032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ву, Дж., Чен, Т., Луо, X., Хан, Д., Ван, З., и Ву, Дж. (2014). TG / FTIR-анализ поведения при совместном пиролизе PE, PVC и PS. Waste Manag. 34, 676–682. DOI: 10.1016 / j.wasman.2013.12.005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюэ, Ю., Джонстон, П., и Бай, X. (2017). Влияние режима контакта катализатора и газовой атмосферы при каталитическом пиролизе пластиковых отходов. Energy Conv. Manag. 142, 441–451. DOI: 10.1016 / j.enconman.2017.03.071

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Йошиока, Т., Грауз, Г., Эгер, К., Камински, В., и Окуваки, А. (2004). Пиролиз полиэтилентерефталата в установке с псевдоожиженным слоем. Polym. Деграда. Stab. 86, 499–504. DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2004.06.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zeaiter, J. (2014). Исследование процесса пиролиза отходов полиэтилена. Топливо 133, 276–282. DOI: 10.1016 / j.fuel.2014.05.028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Если мы не можем переработать его, почему бы не превратить наш пластиковый мусор в топливо?

Кризис утилизации отходов в Австралии требует, чтобы мы рассмотрели варианты управления отходами, помимо переработки и захоронения. Некоторые из наших отходов, такие как бумага или органические вещества, можно компостировать. Некоторые, например стекло, металл и твердый пластик, можно переработать. Но у нас нет немедленного решения для неперерабатываемых пластиковых отходов, кроме захоронения.

На встрече в прошлом месяце министры окружающей среды федерального уровня и штата одобрили амбициозную цель — к 2025 году сделать всю австралийскую упаковку пригодной для вторичной переработки, компостирования или повторного использования. пластиковые отходы как источник энергии.

---

Подробнее: Кризис слишком велик, чтобы тратить впустую: запрет на переработку в Китае требует долгосрочного переосмысления в Австралии

---

Цели 100% можно было бы легко достичь, если бы вся упаковка была сделана из бумаги или древесных материалов.Но на самом деле пластик по-прежнему будет доминировать в нашей упаковке, особенно для пищевых продуктов, поскольку он влагонепроницаем, воздухонепроницаем и гигиеничен.

Большинство жестких пластмассовых изделий можно перерабатывать только несколько раз, прежде чем они потеряют свои первоначальные свойства и станут непригодными для вторичной переработки. Даже в европейских странах со строгими стратегиями обращения с отходами перерабатывается только 31% пластиковых отходов.

Согласно прогнозам, до 2030 года мировое производство пластика будет ежегодно увеличиваться на 3,8%. Гибкие, не подлежащие вторичной переработке пластиковые материалы используются во все возрастающем диапазоне приложений, таких как упаковка, 3D-печать и строительство.

Нам необходимо расширить наши возможности по хранению этих пластиковых отходов на свалках. Один из возможных подходов — «преобразование пластика в энергию», который высвобождает химическую энергию, хранящуюся в пластиковых отходах, и использует ее для создания топлива.

Как превращает пластик в энергию

Пластик производится из очищенной сырой нефти. Его цена и объем производства зависят от нефтехимической промышленности и наличия нефти. Поскольку нефть — это ограниченный природный ресурс, наиболее рациональным вариантом было бы сокращение потребления сырой нефти за счет переработки пластика и восстановления как можно большего количества сырья.

Существует два типа переработки: механическая и химическая. Механическая переработка включает в себя сортировку, очистку и измельчение пластика для производства гранул, из которых затем можно создавать другие продукты. Этот подход очень хорошо работает, если пластиковые отходы отсортированы по химическому составу.

Химическая переработка, напротив, превращает пластик в энергоноситель или сырье для топлива. Это можно сделать двумя разными способами: газификация и пиролиз.

Газификация включает нагревание пластиковых отходов воздухом или паром для получения ценных промышленных газовых смесей, называемых «синтез-газом» или синтез-газом. Затем его можно использовать для производства дизельного топлива и бензина или сжигать непосредственно в котлах для выработки электроэнергии.

В пиролизе пластиковые отходы нагреваются в отсутствие кислорода, в результате чего образуется смесь нефти, аналогичная сырой нефти. Его можно переработать в транспортное топливо.

Одним из преимуществ использования пластиковых отходов в качестве топлива является то, что пластик не нужно разделять на разные типы.Автор предоставил

Газификация и пиролиз — это совершенно разные процессы по сравнению с простым сжиганием пластика. Основная цель сжигания — просто уничтожить отходы, не допуская их попадания на свалку. Тепло, выделяющееся при сжигании, может использоваться для производства пара для привода турбины и выработки электроэнергии, но это только побочный продукт.

Газификация и пиролиз позволяют производить электричество или топливо и обеспечивать более гибкие способы хранения энергии, чем сжигание.У них также намного меньше выбросов оксидов серы и азота, чем при сжигании.

В настоящее время мусоросжигательные заводы рассматриваются как альтернативный источник энергоснабжения и современный способ стимулирования экономики замкнутого цикла, особенно в Японии, Южной Корее и Китае, где земля имеет ценность, а энергоресурсы ограничены. В других странах, хотя сжигание отходов является обычной практикой, дискуссии о воздействии на здоровье человека, проблемах с поставками и стимулировании торговли топливом остаются нерешенными.

Может ли Австралия использовать пластик в отходы?

Газификация пластиковых отходов требует значительного первоначального финансирования.Для этого требуются предварительная очистка, очистные сооружения, газоразделительные установки и современные системы управления. С другой стороны, установки пиролиза могут быть модульными и устанавливаться для обработки всего 10 000 тонн в год — относительно небольшое количество с точки зрения обращения с отходами. Установки пиролиза пластмасс уже построены в Великобритании, Японии и США.

Поскольку с помощью технологий пиролиза и газификации можно обрабатывать только пластмассы, многие советы не видят серьезных преимуществ в их использовании.Но, отбирая только определенный поток отходов, они способствуют лучшей сортировке отходов и помогают уменьшить поток смешанных отходов и пластикового мусора.

---

Подробнее: Кризис утилизации в Австралии: простые решения сложной проблемы

---

Австралия вложила серьезные средства в исследования, особенно в области переработки отходов. Он имеет прочную промышленную инфраструктуру и высококвалифицированную рабочую силу. Текущий кризис утилизации предлагает возможность изучить некоторые инновационные способы превращения наших отходов в ценные продукты.

Существуют прямые возможности трудоустройства на заводах по переработке пластмасс и косвенные рабочие места, связанные с установкой, обслуживанием и распределением энергии и топлива. Мы можем даже увидеть вакансии в сфере НИОКР для изучения других технологий переработки отходов.

Тем временем пластик, который мы отправляем на свалки, наносит вред окружающей среде и дикой природе. Это необходимо изменить, и Австралии следует рассматривать переработку пластиковых отходов в энергию как часть этого изменения.

.