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

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.

устройство, преимущества и особенности изготовления своими руками

Если у владельцев нет возможности использовать дешёвую электроэнергию или уголь для обогрева дома, то чаще всего они обращают внимание на дрова. В свете наблюдаемого в последние годы повышения цен на природный газ немногие готовы продолжать пользоваться им. Это вынуждает собственников частных домов заниматься поиском других источников тепла. Одним из них может стать пиролизный котел своими руками, изготовленный с использованием простых материалов, топливом для которого является такой доступный ресурс, как дрова.

Основная задача пиролизного котла заключается в обогреве помещений, что достигается путем сжигания древесины, которая обычно представлена прессованными брикетами, поленьями и отходами. Газогенераторный котел имеет несколько иную конструкцию, нежели традиционное твердотопливное оборудование, работающее на дровах. Однако даже это не является серьезной проблемой для тех, кто планирует сделать пиролизный котел своими руками.

Принцип действия пиролизного котла

Из чего состоит

В конструкционном плане топка в пиролизных котлах предусматривает две части.

1. Газифицирующая камера (камера загрузки) — здесь в условиях дефицита кислорода происходит горение и пиролизация дров.
2. Камера сгорания — сюда поступают образующие газы, где окончательно догорают. Подобное разделение позволяет свести к минимуму потери тепла из камеры загрузки.

Между данными частями располагается колосник, куда загружают брикеты. Поступление первичного воздуха происходит строго вертикально через слой древесины. Поэтому основной особенностью газогенерирующих котлов следует назвать верхнее дутье.

Эти изделия имеют топки, которые отличаются повышенным аэродинамическим сопротивлением. По этой причине чаще всего в них используется принудительная тяга. В некоторых случаях для ее создания используют дымосос. Этим они выделяются на фоне небольших аппаратов, где эффект тяги обеспечивает дутьевой вентилятор.

Принцип работы газогенераторного котла

Работу котлов, использующих в качестве топлива дрова, обеспечивает принцип термического разложения древесины. Он связан со свойством сухой древесины разлагаться в процессе горения на два компонента: твердый остаток (уголь) и летучую часть (газ).

В процессе работы пиролизных котлов создается высокая температура и наблюдается дефицит кислорода. Сжигание древесины в подобных условиях приводит к образованию генераторного газа. Этот газ направляется в сопло, в котором смешивается с вторичным воздухом, а затем поступает в камеру, где и происходит его сгорание при температуре около 1200 градусов Цельсия. Остаточные газы выводятся сквозь конвективную часть теплообменника, нагревая рабочее тело, а затем покидают топку через дымоход.

Среди ключевых элементов, которые присутствуют в камере загрузки и сгорания пиролизного котла, следует упомянуть про огнеупорную футеровку. Благодаря ей в аппарате создается повышенная температура, а также условия, при которых обеспечивает качественное и максимально полное горение дров.

Котел на дровах – основные преимущества

На рынке представлены различные устройства, использующие в качества топлива дрова. Наряду с теплоаккумулирующими печами потребителям доступны водяные и воздушные котлы. При этом более других востребованы именно пиролизные котлы. Главная их особенность состоит в том, что в процессе эксплуатации происходит горение не дров, а древесного газа, являющегося продуктом их сжигания. Горение дров не сопровождается возникновением сажи. Единственную проблему может доставить лишь зола, однако ее образуется очень мало. По этой причине необходимость в чистке установки возникает крайне редко.

Среди других достоинств, которыми обладают эти устройства, следует назвать то, что в них необходимая температура сохраняется заметно дольше, нежели в обычных моделях. Этот эффект связан с повышенным КПД и увеличенной загрузочной камерой. Встречаются и такие модели, которым достаточно одной закладки топлива для поддержания нормальной работы в течение суток.

Пиролизный котел реже нуждается в чистке

Отработанные газы наносят меньший вред окружающей среде и здоровью людей из-за пониженной концентрации канцерогенных веществ. Во время работы пиролизного котла происходит реакция с участием газа и активного углерода. По этой причине выходящие из аппарата дымовые газы содержат в своем составе в основном лишь водяной пар и углекислый газ.

Следует упомянуть про другое важное преимущество газогенераторных аппаратов. В этих установках реализована возможность выбора подходящей мощности в диапазоне 30-100%. Процесс сжигания топлива в котлах сопровождается одновременной утилизацией отходов, что исключает выброс загрязнений в окружающую среду. Эти аппараты могут перерабатывать такие отходы, как резина, пластмасса и полимеры. В то же время на работу котлов влияет качество топлива, им требуется электропитание, а сами они отличаются большими габаритами.

В чем эффективность пиролизного котла

Продолжительность использования дровяных котлов может быть различной. На этот параметр оказывает влияние большое количество факторов:

• температура окружающей среды;
• температура, которая должна быть создана в помещении;
• утепление дома;
• влажность;
• тип используемого топлива;
• соблюдение размеров, определенных проектом отопительной системы.

Можно не сомневаться, что по эффективности работы с ними не сравнятся традиционные установки.

Топка пиролизного котла

Предусмотренная конструкцией самодельного пиролизного котла топка может использоваться для утилизации резины и полимеров, что не приведет к загрязнению атмосферы.

Какими бы качественными ни были дрова, все же во время их горения максимально возможная температура оказывается существенно ниже той, которую можно поддерживать при сжигании древесного газа.

Немаловажно и то, что потребность во вторичном воздухе для создания условий для горения газа существенно меньше. Это позволяет добиваться повышенной температуры, в результате чего горение становится более эффективным и продолжительным. Также во время сжигания пиролизного газа не приходится решать серьезных проблем, чтобы контролировать этот процесс.

О топливе для газогенераторных котлов

В качестве топлива для самодельных пиролизных котлов используют древесину, которая должна обладать определенными габаритами: длина — 380-450 мм, диаметр — 100-250 мм. Это правило распространяется и на топливные брикеты, чьи размеры должны быть равны 30 на 300 мм. Котлы могут работать и на мелких древесных отходах и опилках, которые следует загружать в топку вместе с дровами. Правда, их количество не должно превышать 30% от объема загрузочной камеры. Эти аппараты можно применять для сжигания древесины с влажностью до 40%.

В качестве топлива для этих устройств желательно использовать высушенную древесину, так как лишь при ее сжигании установка сможет демонстрировать свою предельную мощность и служить максимально долго. В процессе горения древесины, влажность которой составляет 20%, выделяется тепло из расчета 4 кВт в час на килограмм дерева. В свою очередь, при сжигании дерева с влажностью 50%, выделяется тепло из расчета 2 кВт в час на килограмм дров.

На основании этого можно сделать вывод, что влажность древесины оказывает влияние на то, сколько тепла образуется при сжигании топлива. Поэтому по мере увеличения влажности брикетов последние будут обеспечивать все меньше тепла. Одновременно с этим для достижения требуемой температуры потребуется тратить в два раза больше топлива.

Делаем пиролизный котел своими руками

С каждым годом все больше появляется желающих купить отопительные котлы с пиролизным сжиганием. Ведь эти аппараты позволяют не думать о необходимости покупать природный газ, цена на который в последнее время повышается. Сейчас в продаже можно встретить достаточно надежные газогенераторные установки, обладающие необходимыми техническими параметрами. Однако из-за их высокой стоимости не все потребители решаются на их покупку.

Если вспомнить про недавно проведённую строительную выставку, то на ней посетители смогли познакомиться с обычным котлом отечественного производства стоимостью от 1 тыс. долл. По этой причине у большинства потребителей и возникает желание изготовить пиролизные котлы своими руками.

Инструмент для работы

Для изготовления самодельного котла на дровах мало одного желания. Нужно также подготовить и необходимые инструменты. Естественно, это займет какое-то время, однако, если постараться, то эту задачу сможет решить каждый.

Первое, что необходимо сделать — узнать как можно больше об этой установке. Необходимо сразу определиться, как именно будет проходить горение — на колосниках или же со щелевой горелкой. Уже после этого можно отправляться в ближайший магазин за недостающими деталями. Для создания самодельного пиролизного котла необходимо подготовить следующие материалы:

• труба из стали толщиной 4 миллиметра;
• 4-миллиметровый лист стали;
• несколько профильных труб;
• электроды;
• 20-миллиметровый круглый прут;
• центробежный вентилятор;
• шамотный кирпич;
• автоматика, что регулирует температуру;
• гайки и болты;
• асбестовый шнур.

Чертежи и схемы газогенераторных котлов

Чтобы не ошибиться с количеством материала, который вам понадобится для изготовления пиролизного котла своими руками, следует воспользоваться чертежами. С их поиском проблем не должно возникнуть, так как в интернете их представлено довольно много. Имея под рукой чертежи пиролизного котла, можно не сомневаться, что вы сможете сделать котел неплохого качества. Благодаря схеме пиролизного котла вы будете знать, где должна располагаться топка, теплообменник и место подачи воды. Лучше не тратить свое время и силы на разработку новой схемы для дровяного котла. Вы облегчите себе задачу, если воспользуетесь общей схемой, ведь ее всегда можно подкорректировать с учетом своих потребностей.

Чтобы максимально упростить процесс создания газогенераторного котла, можно воспользоваться схемой отопительного аппарата мощностью 40 кВт, предложенной конструктором Беляевым. Впоследствии в этот чертеж можно внести необходимые изменения, чтобы при лазерной резке свести к минимуму количество составных элементов. При желании можно вносить изменения в конструкцию устройства. Главное, о чем нужно помнить — его внутренний объем должен остаться прежним.

Вы выиграете, если теплообменник будет оснащен более широкой рубашкой. Во время соединения элементов пиролизного котла необходимо опираться на план чертежа. Для выбранного варианта в качестве теплоносителя будет применяться воздух, благодаря которому вы легко доведете температуру в помещении до требуемого уровня, избежав значительных потерь.

Заботиться о герметичности труб вовсе не обязательно, так как в процессе эксплуатации дровяных котлов не приходится сталкиваться с утечкой тепла, а также необходимостью размораживания системы отопления. Поэтому эти аппараты прекрасно подойдут для дачи, где необходимость в обогреве возникает нечасто.

Принципиальная схема пиролизного котла

Когда котел будет собран, можно заняться его монтажом и проведением испытаний. Если все работы были выполнены правильно, то аппарату потребуется минимум времени, чтобы обеспечить в помещении необходимый температурный режим. Оптимально, когда прогрев системы отопления занимает не более получаса. При таком режиме работы котел быстро прогревает помещение.

Невзирая на то, что человечество шагнуло в 21-й век, многие из нас и сегодня используют для обогрева своих жилищ дрова. Этот факт и объясняет, что заставляет большинство потребителей отдавать предпочтение пиролизным котлам среди всех видов моделей, предлагаемых на рынке. И можно надеяться, что эта ситуация еще долго не изменится.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

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

На чтение 8 мин Просмотров 82 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.

Как установить пиролизные котлы своими руками

В условиях постоянного удорожания энергоносителей, приходится уделять серьёзное внимание выбору отопительных котлов и других устройств, обеспечивающих выработку достаточного количества тепловой энергии с минимальными потерями. Среди используемых источников энергии можно выделить газ, электричество, жидкое и твёрдое топливо.

Чаще всего используются устройства, работающие на газу, однако последнее время пользователи обращают пристальное внимание на пиролизные котлы отопления, или газогенераторные котлы. Основной особенностью этих устройств является высокая эффективность, к тому же можно легко установить пиролизные котлы своими руками. Для этого не обязательно привлекать специалистов, достаточно ознакомиться с основными рекомендациями и тщательно изучить одну из предлагаемых схем подключения.

Устройство и принцип действия пиролизных котлов

Пиролизный котёл промышленного производства

В основе работы газогенераторных котлов лежит принцип пиролиза, который заключается в том, что под воздействием высокой температуры при ограниченном доступе кислорода происходит разложение топлива на пиролизный газ и твёрдый остаток топлива. В основной камере происходит тление твёрдого топлива при температуре, достигающей 800 градусов. В результате этого выделяется тепло, необходимое для нагрева теплоносителя. Однако если в устройствах, имеющих традиционную конструкцию, выделяемый в результате горения газ, сразу удаляется через дымоход, в данных устройствах он смешивается с кислородом, который подаётся принудительно и догорает во второй камере. Здесь же происходит дополнительный нагрев воды, выполняющей чаще всего роль основного теплоносителя.

Учитывая высокую стоимость теплоноситель, приходится обращать внимание на альтернативные источники энергии. К таким устройствам можно отнести пиролизные котлы, которые помимо традиционной древесины и угля могут использовать различные виды твёрдого топлива, которые являются недорогими и доступными.

По сравнению с котлами, работающими по традиционной схеме, газогенераторные котлы имеют целый ряд преимуществ, среди которых можно выделить следующее:

1. Высокий КПД, а в некоторых устройствах данного типа этот показатель превышает 80%, в то время как в других устройствах это обычно 60-70% и даже меньше.
2. Минимальное количество вредных отходов, чему способствует взаимодействие пиролизного газа и активного углерода, что на треть сокращает выброс в атмосферу вредного углекислого газа.
3. Универсальность пиролизных котлов, которая заключается в возможности использования различных видов твёрдого топлива, среди которых древесина, древесные пеллеты и даже опилки.
4. Лёгкое обслуживание, заключающееся в том, что загрузка топлива во многие газогенераторные котлы происходит не чаще 1 раза в сутки.
5. Доступная цена – учитывая тот факт, что эффективность котлов, работающих на основе пиролиза, гораздо выше даже традиционных газовых котлов, а стоимость отходов производства деревообрабатывающих предприятий и вовсе незначительна, можно отметить, что использование пиролизных котлов способно приносить ощутимый экономический эффект.
6. Минимальное количество твёрдых отходов горения – золы и сажи, что облегчает обслуживание котлов.

Несмотря на это стоит отметить, что при работе пиролизных котлов следует учитывать, что не любое топливо подходит для их работы. В частности, чаще всего для работы котлов пиролизного типа, используемых для обогрева дома, используется древесина. Однако не любая древесина будет одинаково пригодной. Суть процесса пиролиза заключается в том, чтобы выделялось как можно больше горючих летучих веществ, а это возможно только в том случае, если влажность древесины имеет небольшие значения – не более 20%. В противном случае эффект пиролиза достигнут не будет и эффективность такого котла будет гораздо ниже. Кроме этого, пиролизные котлы, изготавливаемые промышленным способом, напрямую зависят от электроэнергии, необходимой для организации подачи воздуха. В случаях отключения последней, они могут в лучшем случае работать только на поддержание температуры, нисколько не обогревая помещение.

Можно ли сделать пиролизный котёл самостоятельно

Пиролизный котёл, изготовленный в домашних условиях

Многие считают, что подключение и настройка такого сложного устройства как пиролизный котёл представляет собой сложный процесс, который смогут произвести только специалисты. Однако, как часто показывает практика, установка такого котла производится намного легче, чем газового котла отопления. Кроме того, что существует традиционная схема подключения пиролизного котла, произведённого серийно, существуют различные схемы, позволяющие не только самостоятельно подключить, но и изготовить газогенераторный котёл своими руками.

Прежде чем покупать пиролизный котёл промышленного производства и привлекать к его подключению специалистов, услуги которых стоят не дёшево, стоит просчитать предстоящие расходы. Как правило, устройство отопительного котла своими силами обойдётся на половину дешевле, не говоря уже о тех случаях, когда вы сможете изготовить такой котёл самостоятельно. Сейчас можно найти готовые чертежи пиролизного котла, а можно, проявив некоторую фантазию, изготовить схему котла самостоятельно. Кстати, некоторые устройства, разработанные домашними умельцами, значительно превосходят те модели, которые собираются в условиях производства.

В частности, стоит отметить котлы Blago, разработчиком которых является Ю.П.Благодаров. Основным достижением конструктора стал главный упор на обеспечение естественной тяги, что обеспечивает более длительное горение и максимальный экономический эффект – КПД таких котлов гораздо выше даже самых эффективных котлов, изготавливаемых промышленным способом. Этому же способствуют и некоторые конструктивные элементы (перемычки), позволяющие сохранять тепло.

Схемы подключения пиролизных котлов

Существует большое количество схем подключения пиролизных котлов, среди которых можно выделить простые системы, а также системы, предусматривающие наличие специальных аккумулирующих ёмкостей, которые в экстренном случае способны обогревать помещение на протяжении двух суток. Таких схем не менее сорока, но неизменными всегда являются, помимо самого котла, элементы обвязки котла. К их выбору надо подходить крайне серьёзно.

Для того чтобы обеспечить эффективную работу котла важно правильно подобрать трубы, фитинги, фильтры, отводы и обратные клапаны, представляющие особый интерес в плане безопасности. Немалое значение имеет выбор циркуляционного насоса и бака-расширителя. Что касается насоса, то стоит обратить внимание на устройства немецкого производства. Они стоят несколько дороже, но являются более долговечными и имеют лучшие показатели относительно производительности.

Когда все элементы системы отопления подобраны, можно приступать к монтажу котла по одной из имеющихся схем. Можно для этого привлечь специалистов, но гораздо дешевле выполнить все работы самостоятельно, ведь стоимость монтажных работ часто превышает стоимость котла и элементов обвязки котла вместе взятых. Однако стоит отметить, что для этого надо иметь определённые навыки, и не стоит забывать о той степени опасности, которую таят в себе котлы отопления, даже такие безопасные, как газогенераторные котлы.

Как сделать пиролизный котел своими руками.

Как сделать пиролизный котел своими руками.
Пиролизный котел топится поленьями, древесными отходами, прессованными опилками и он пригодится для отопления разных помещений. Этот агрегат выгоден с экономической точки зрения. Поэтому многие владельцы дач хотели бы знать, как сделать пиролизный котел своими руками.

 

Устройство и принцип работы.

В пиролизных котлах топка делится на две части. Одна – камера загрузки, где дрова горят и пиролизуются при недостатке кислорода. Вторая — камера сгорания, в ней догорают выделяющиеся газы. В нее подается вторичный воздух и происходит минимальный отвод тепла из первой камеры. Эти части разделены колосником, на котором размещено топливо. Воздух проходит сквозь древесину сверху вниз. То есть, главное отличие газогенерирующего котла от других подобных аппаратов – это верхнее дутье. Конструкция таких топок отличается повышенным аэродинамическим сопротивлением, они работают на принудительной тяге. Иногда ее делают с помощью дымососа, а не вентилятора.

Котел функционирует на дровах и в основе этого находится принцип термического разложения дерева: то, что она, под действием внешних факторов, способна разлагаться на уголь – твердый остаток и газ – летучую часть. В камере загрузки протекает процесс, идущий при нехватке кислорода и при высокой температуре. Газ, выделяющийся из древесины, проходит сквозь сопло, смешивается с вторичным воздухом и сгорает при температуре почти 1200 градусов. Газы, проходя через теплообменник, отдают тепло рабочему телу, а потом выводятся через дымоход.

Главное отличие пиролизных котлов от других аппаратов, работающих на твердом топливе, состоит в том, что в них горят и дрова, и древесный газ, выделяющийся из них. В процессе сгорания сажа не образуется, а золы так мало, что агрегат нуждается в чистке очень редко. Преимущество такого котла – он поддерживает намного дольше заданную температуру, чем обычные котлы, так как у него высокое КПД и увеличенная загрузочная камера. Существуют такие модели, которые в течение суток работают на одной закладке топлива. Они сами утилизируют некоторые отходы, тем самым не загрязняют окружающую среду. Однако, пиролизным котлам нужна электроэнергия, они весьма требовательны к топливу и отличаются большими габаритами.

 

Пиролизные отопительные котлы в последнее время стали весьма популярны, так как тарифы на природный газ все время растут, а топливо для данного вида оборудования вполне доступно. Рынок предлагает отличные газогенераторные агрегаты, но  есть потребители, которые решаются соорудить такой котел самостоятельно. Для этого понадобиться желание, приложение усилий и кое-какой инструмент. Перед тем, как начать работу, следует собрать как можно больше информации об особенностях пиролизного котла. Нужно заранее решить и хорошо просчитать, какой выбрать тип горения: со щелевой горелкой или на колосниках. Все необходимые детали можно купить в специализированном магазине. Для изготовления агрегата вам понадобится:

стальная труба толщиной четыре миллиметра;
лист стали в четыре миллиметра;
профильные трубы;
круглый прут диаметром двадцать миллиметров;
электроды;
шамотный кирпич;
центробежный вентилятор;
асбестовый шнур;
болты и гайки;
автоматика для регулировки температуры.
Перед тем, как сделать пиролизный котел своими руками, нужно обзавестись чертежом. Это поможет, к тому же, правильно рассчитать количество материала. В Интернете имеется большое количество литературы по данной теме, там же можно найти чертеж. Схема котла нужна, чтобы знать месторасположение топки, места подачи воды и теплообменника. Целесообразно использовать принципиальную схему, а не стремится создать свою, можно лишь внести кое-какие изменения.

За основу, при изготовлении пиролизного котла, можно взять схему конструктора Беляева, который разработал аппарат на 40 кВт. Можно поменять конструкцию прибора, чтобы деталей получилось меньше, но внутренний объем должен остаться тот же. Однако, желательно увеличить рубашку теплообменника. Герметичность труб несущественна, ведь для котлов на дровах не характерно замерзание отопительной системы. Поэтому этот агрегат идеален для установки на даче, где топиться он будет непостоянно.
Когда котел по схеме полностью собран, приступают к его установке и испытаниям. Если он правильно изготовлен, то он быстро выйдет на нужный режим, а вся отопительная система прогреется не более, чем за тридцать минут. Помещение станет теплым очень быстро.
Также можно взять за основу конструкцию пиролизного котла Blago, который разработал изобретатель Благодаров Ю.П. Автор громко заявляет о преимуществах собственного творения. Так, по его словам, этот газогенерирующий аппарат по времени горения дров при максимальной теплотворной способности намного превосходит все остальные котлы.
В данном агрегате колосниковые решётки перекрывают низ топливного бункера. Это приводит к тому, что при естественной тяге получается высокая теплота сгорания длительный период горения. Получается такой эффект путем компоновки топливных бункеров, можно увеличить их объём без какого-либо ущерба КПД.

Устройство котла позволяет топливу гореть в одной из двух камер сгорания, а во второй газиться. Аппарат независим от электричества и всегда выдает нужную мощность. У него есть еще одно отличное свойство: в нем происходит полное сгорание соединений фенольных групп, как то: смолы, деготь, эфирные масла, спирты.
В камере сгорания установлены рельсы, которые являются выступают отличным накопителями тепла. В качестве топлива в этом пиролизном котле можно использовать торфобрикеты, опилки и уголь.
Несмотря на развитие технологий, люди по-прежнему используют дрова как природные ресурсы для отопления. Потому из всех твердотопливных агрегатов газогенераторные котлы представляют наибольший интерес для населения.

Пиролизный котёл своими руками

Сэкономить на отоплении можно с помощью установки пиролизного котла. В данной статье мы расскажем как сделать пиролизный котел своими руками.

Технически наиболее совершенными считаются котлы, в которых происходит полное сжигание топлива с максимально возможным поглощением выделяемой теплоты. Поскольку схемы такого рода доступны широкому кругу людей — попробуем разобраться с самостоятельным изготовлением пиролизного котла для больших порций горючего.

За счёт чего возможна длительная работа

На открытом воздухе даже отчасти сырые дрова сгорают очень быстро — буквально за 1–1,5 часа. Причиной всему свободный доступ кислорода — в закрытой топке котла он отсутствует, с помощью заслонки поддува дозируется порция поступающего кислорода, и горение происходит менее интенсивно.

Одной из главных проблем такого способа сжигания органического горючего оказалась его способность «гореть» даже без доступа кислорода. При высоких температурах происходит пиролиз — термическое разложение твёрдого топлива на летучие газообразные соединения. Кислород для этого процесса не нужен, достаточно разогреть закладку до 400–500 °С. При этом происходят колоссальные потери теплотворности — наиболее энергетически ценная составляющая угля или дров попросту выносится остаточной тягой в дымоход, не успевая прогорать полностью.

Пиролизный котёл на дровах: 1 — поддувало; 2 — камера загрузки топлива и газификации; 3 — теплобменник; 4 — камера сгорания; 5 — камера дожигания; 6 — дымоход

В конструкции каждого современного котла на твёрдом топливе должна быть предусмотрена дополнительная подача воздуха для догорания выделившихся газов. При этом интенсивность и скорость сгорания закладки регулируется не объёмом поступающего кислорода, а температурой нагрева топлива. Действительно, если разогреть всю закладку сразу, то горючие газы выделятся очень быстро и о продолжительной работе котла придётся забыть. Однако если нагревать твёрдое топливо отдельными порциями, возможно постепенное его разложение в генераторной камере и эффективное полное сгорание во втором отделении топки. При этом поток газов инвертируется, они движутся сверху вниз под действием тяги, созданной эжекцией.

Конструкция пиролизного котла длительного горения: 1 — пиролиз твёрдого топлива; 2 — камера сгорания; 3 — нижняя дверца; 4 — подача вторичного воздуха; 5 — подача первичного воздуха; 6 — верхняя загрузочная дверца; 7 — камера газификации; 8 — дымосос

Материал изготовления

Пиролизные котлы характеризуются повышенной температурой рабочей зоны. В камере газификации горения не происходит, однако обратный поток тепла способен разогревать стенки до 500–600 °С. Наибольшему температурному воздействию подвергается низ газогенераторного отсека — именно эта часть контактирует с воспламеняющимися газами и испытывает серьёзную термическую нагрузку. Рекомендуется низ камеры закладки выполнять в виде чугунного колосника или специального огнеупорного изделия с тонкой прорезью либо рядом небольших отверстий.

Основная трудность в самостоятельном изготовлении котловой техники заключается в выборе подходящей марки стали, которая поддаётся обработке в домашних условиях без специального оборудования. Наиболее пригодными в этом плане считаются стали аустенитного и аустенито-ферритного класса с умеренным содержанием хрома и никеля. Примерами марок таких сталей можно назвать 12Х18Н9Т, 08Х22Н6Т или AISI 304.

Технология сварки таких металлов признаётся умеренно сложной, но воспроизводимой в кустарных условиях с применением дуговой сварки покрытыми электродами без защитной среды. Основным фактором, ухудшающим качество сварной конструкции, считается образование горячих и холодных трещин, обусловленное высокой разницей температур на относительно малом линейном участке металлического изделия.

Для устранения негативных факторов термического воздействия используют следующие технологические приёмы:

1. Нарезка деталей с плавной подачей режущего инструмента, чем исключается перегрев кромок.
2. Ограничение плотности сварочного тока на 20–25% по сравнению с конструкционной сталью, сварка в мягких режимах.
3. Ограничение температуры сварочной ванны, выполнение многопроходного шва с высокой скоростью без боковых колебаний.
4. Правильная разделка соединяемых кромок согласно ГОСТ 5264 и их зачистка металлической щёткой.
5. Подкладка под изнанку шва металлического теплоотвода, поковка шва в процессе остывания.

И, конечно же, следует сделать правильный выбор содержания легирующих добавок в стержне электрода, чтобы обеспечить содержание феррита в структуре шва порядка 5–8%. К использованию рекомендованы электроды марок ЦТ-15 и ЦТ-16, а также специальные электроды 6816 MoLC или ROST 1913.

После сваривания конструкций рекомендуется их первичный отжиг при температуре не менее 700 °С в течение 2,5–3 часов. Достаточно загрузить внутренность сваренного корпуса каменным углём и разжечь горючее, обеспечив слабый принудительный поддув. Перед проведением отжига желательно протравить сварочные швы специальной пастой, соответствующей используемой марке стали.

Определение размеров и мощности

Прежде чем приступить к изготовлению пиролизного котла, следует провести расчёт размеров камер топки и дополнительных отсеков. В качестве исходных данных принимается требуемая теплотворная мощность, определяемая с учётом КПД самодельного котла порядка 75–80%. В домашних условиях можно изготовить твердотопливные котлы мощностью до 20–25 кВт, более производительные агрегаты требуют использования жаропрочных сталей значительной толщины, которые плохо поддаются свариванию в домашних условиях.

Мощность котла и продолжительность его работы определяются объёмом камеры газификации. Без учёта КПД теплотворность большинства распространённых пород древесины составляет около 4–5 тыс. ккал/кг, что примерно соответствует 4–4,5 кВт·ч тепловой мощности. Эти значения применимы только для древесины с влажностью не более 25%. Суть расчёта проста — определить требуемую мгновенную мощность и умножить её на количество часов работы. Стоит помнить, что пиролизные котлы даже совершенных конструкций имеют предельную продолжительность работы не более суток, а самостоятельно произведённые агрегаты следует рассчитывать максимум на 12–15 часов непрерывного горения.

Объём камеры закладки определяется из расчёта 2 литра на каждый килограмм дров. К полученному значению нужно добавить около 30%, ведь в пиролизном котле используют неколотые чурки, которые невозможно уложить вплотную. Размер камеры сгорания газов должен составлять не менее 30–40% от объёма камеры газификации. Наиболее выгодной считается структура котла, в которой две камеры расположены одна над другой, имеют одинаковую форму, но отличаются по высоте.

Сборка двухкамерной топки

Материалом для изготовления стенки камер лучше выбрать горячекатаный лист толщиной не менее 8 мм, в идеале — 10–12 мм. Чем толще металл, тем сложнее процесс сваривания, однако конструкцию из слишком тонкой стали гарантированно поведёт и выкрутит в непредсказуемых направлениях. Именно поэтому среди деталей, из которых собирается котёл, не должно быть мелких элементов с соотношением сторон более 2:1.

Основа двухкамерной топки — наружные боковые стенки. Они общие для обеих камер, соединяются посредством передней стенки, в которой проделаны два прямоугольных отверстия для дверец. Нижнее отверстие предназначено для обслуживания камеры сгорания, его высота должна быть порядка 120–150 мм, ширина — не менее 300 мм, располагается отверстие с отступом в 150 мм от нижнего края. Верхнее отверстие предназначено для загрузки камеры газификации, чем оно будет больше — тем лучше, располагаться отверстие должно не ближе 100 мм к верху камеры. Снизу и сзади топка замыкается цельными листами, которые вырезают по внешним габаритам топочной камеры, но не приваривают до окончания сборки внутренних деталей. Сверху котёл накрывается листом номинального сечения.

Пример размеров пиролизного котла

Разделять камеры газификации и сгорания будет цельная плита, ширина которой соответствует внутреннему расстоянию между стенками, а длина — на 400 мм меньше. В задней части плиты вертикально приваривается цельная перегородка, которая отделяет камеру загрузки по всей высоте, по центру вдоль горизонтальной части вырезается отверстие шириной 50 и длиной в 400–600 мм. Собранную Г-образную перегородку не приваривают до завершения сборки теплообменника.

Теплообменник для пиролизного котла

Наилучшей конфигурацией теплообменника самодельного пиролизного котла будет водяная рубашка нижней камеры и дымоходного канала. Это не самый эффективный тип, однако производство собственного сотового теплообменника вызовет неизбежные трудности либо с поиском труб соответствующей марки стали, либо со свариванием разнородных деталей.

Сборку деталей теплообменника проводят на том этапе, когда у котла сварены дно, передняя панель и две боковые стенки. Доступ для сварочных работ обеспечивается с задней стороны котла. Первым делом устанавливается верхняя перегородка рубашки. Это прямоугольная плита по внутренней ширине топки и на 200 мм меньше глубины камеры сгорания. По бокам плиты нужно удалить два прямоугольных фрагмента шириной по 100 мм таким образом, чтобы в передней части плиты осталось два выступа длиной по 200 мм. Полученная деталь приваривается к стенкам и передней панели заподлицо с нижним краем проёма дверцы камеры сгорания. При этом вырезы в перегородке образуют каналы для циркуляции между нижней зоной и боковыми стенками теплообменника.

Внутренние стенки рубашки выполняются по краю проточных каналов, имеют высоту камеры сгорания и примыкают вплотную к передней панели. Сверху их накрывают двумя полосами шириной по 100 мм.

По длине теплообменник не достаёт до задней стенки котла порядка 200 мм и примерно на такое же расстояние боковые каналы выступают за Г-образную перегородку между камерами. Когда она будет установлена, останется только сформировать двойные стенки дымоходного канала, вырезать его выходное отверстие, закрепить заднюю стенку котла и врезать резьбовые штуцеры для подключения к отопительному трубопроводу. Врезка обратки выполняется в одном из передних нижних углов рубашки, подачу врезают в любой наивысшей точке рубашки дымохода.

Обратите внимание, что камера сгорания ограничена со всех сторон водяной рубашкой, кроме перегородки с камерой газификации. Это необходимо для передачи тепла, обеспечивающего термическое разложение топлива. При этом прогреваться будет не вся закладка сразу, а только её слои, примыкающие к разогретым стенкам.

Дополнительное оборудование

К сожалению, пиролизные котлы не являются энергонезависимыми. Из-за реверсного потока газов требуется принудительный наддув. Для моделей мощностью до 15 кВт он реализуется дутьевым вентилятором, который монтируется на нижней дверце. При этом пополнение загрузки в процессе горения невозможно.

Более мощные котлы комплектуются вентилятором-дымососом, который устанавливается на верхней стенке корпуса на выходе дымоходного канала. При этом исключается появление обратной тяги и дверцу камеры газификации можно без последствий открывать даже в процессе горения.

Особое внимание нужно уделить температуре теплоносителя внутри рубашки. После выхода котла на режим она не должна быть меньше 60 °С для исключения образования конденсата. Эта задача решается путём установки узла автоматической рециркуляции, подмешивающей воду из подачи в обратку. Также требуется установка группы безопасности для закрытых отопительных систем и основного циркуляционного насоса. опубликовано econet.ru 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Быстрый пиролиз — обзор

21.2.1 Быстрый пиролиз

Быстрый пиролиз — это процесс термохимического преобразования, позволяющий производить жидкое биотопливо (бионефть) (Balat et al., 2009; Bridgwater, 2000, 2012; Czernik and Bridgwater, 2004) из ряда лигноцеллюлозного сырья. Типичные условия быстрого пиролиза характеризуются умеренными температурами обработки пиролизом (400-600 ° C), высокой скоростью нагрева частиц биомассы (> 100 ° C / мин) в сочетании с коротким временем пребывания частиц биомассы и паров пиролиза (0.5–2 с) при высоких температурах (Демирбас, 2004). Сочетание средней температуры пиролиза с коротким временем пребывания пара обеспечивает высокий выход пиролизных жидкостей хорошего качества (до 70–75 мас.%, В пересчете на сухое сырье биомассы), при сохранении выхода полукокса и газа на минимальном уровне, 12 и 13 мас.% соответственно (Bridgwater, 2012; Nachenius et al., 2013). Для достижения необходимой высокой скорости нагрева процесс требует интенсивной передачи тепла от источника тепла к частице биомассы. По этой причине требуются частицы небольшого размера (1-2 мм) из-за низкой теплопроводности биомассы.В результате перед быстрым пиролизом необходима значительная предварительная физическая обработка биомассы.

Ключевой отличительной чертой технологии быстрого пиролиза является необходимость поддерживать минимальное время пребывания пара в горячей зоне (менее нескольких секунд) для достижения хорошего качества биомасла. Этого можно достичь, обеспечив быстрое охлаждение или охлаждение паров. Таким образом, предотвращаются нежелательные вторичные реакции разложения паровой фазы, которые могут привести к дополнительному образованию полукокса и неконденсируемых газов за счет выхода бионефти.В этом отношении быстрый пиролиз отличается от медленного пиролиза, где последний процесс направлен на достижение максимального выхода полукокса (до 35 мас.%) За счет использования длительного времени пребывания частиц и паров и более медленных скоростей нагрева (Bridgwater and Peacocke, 2000; Brown et al., 2015; Lu et al., 2009).

Различные типы реакторов быстрого пиролиза были предложены, разработаны и масштабированы до экспериментального или даже коммерческого уровня (Bridgwater, 2000; Venderbosch and Prins, 2010) в течение нескольких десятилетий разработки, каждый со своими сильными и слабыми сторонами.Однако из-за их масштабируемости, хорошо понятной конструкции, управления процессом и благоприятных параметров, таких как гибкость исходного сырья, высокие скорости тепло- и массообмена, возможность использования катализаторов, псевдоожиженные слои стали предпочтительной технологией для промышленного бионефти. производства (Ringer et al., 2006; Venderbosch, Prins, 2010). В псевдоожиженном слое предварительно нагретый твердый материал (теплоноситель, часто песок или катализатор) суспендирован в потоке горячего инертного газа, хотя механическое псевдоожижение также возможно.Результирующее энергичное движение частиц биомассы и материала слоя обеспечивает оптимальное перемешивание и высокие скорости тепло- и массообмена. После реактора пиролиза циклоны отделяют пары от полукокса / теплоносителя с последующим сбором биомасла с помощью электростатических осадителей или распылительных конденсаторов. Подробное обсуждение быстрого пиролиза и превращения бионефти в биотопливо см. В главах «Каталитический быстрый пиролиз для улучшения качества жидкости» и «Производство биотоплива путем переработки и переработки биотоплива.”

С точки зрения производства биоугля, быстрый пиролиз дает только примерно 12–15% полукокса, и поэтому это не самая подходящая технология для специального производства биоугля. Тем не менее, твердые остатки, образующиеся в результате производства бионефти, все же можно использовать в качестве биоугля, если они обладают необходимыми свойствами. Одним из потенциальных недостатков биоугля быстрого пиролиза является физический размер частиц полукокса (очень мелкий порошок), что затрудняет его обращение и применение в полевых условиях (Husk and Major, 2010).Однако это можно преодолеть путем гранулирования или гранулирования biochar для получения biochar в более подходящей физической форме. Кроме того, важно также отметить, что первичное разложение биомассы во время быстрого пиролиза является эндотермическим процессом (Venderbosch and Prins, 2010), и поэтому (в промышленных установках) необходимое технологическое тепло обычно получается путем полного или частичного сгорания. неконденсируемых газов или полукокса. Следовательно, для повышения ценности биоугля быстрого пиролиза необходимо использовать другие малоценные источники тепла.

Учитывая специфику процесса быстрого пиролиза с точки зрения требований к сырью и условий процесса, то есть быстрого нагрева и короткого времени пребывания в реакторе, можно ожидать получения биоугля с другим набором свойств по сравнению с другими процессами конверсии, такими как как медленный пиролиз или газификация. Короткое время пребывания может привести к неполному обугливанию частицы биомассы, как наблюдали Bruun et al. (2011, 2012). Это, в свою очередь, приводит к более низкой экологической устойчивости биоугля и, следовательно, к снижению потенциала связывания углерода.Это происходит даже тогда, когда преобразование биомассы во время пиролиза очевидно завершено, как сообщается в Brewer et al. (2009). Эти авторы наблюдали более низкую стабильность биоугля быстрого пиролиза, оцененного на основе фиксированного содержания углерода и ароматичности, по сравнению с биоуглями медленного пиролиза и газификации, полученными из того же сырья.

Помимо стабильности, отражающей химический состав, физические свойства biochar быстрого пиролиза также отличаются от свойств biochar медленного пиролиза.Исследования Bruun et al. (2012) показали несколько более высокую площадь поверхности биоугля быстрого пиролиза и его более высокий pH, что повлияет на влияние такого биоугля на почву. Мелкодисперсный порошок биоугля быстрого пиролиза может также сделать его более восприимчивым к микробным атакам из-за большего соотношения поверхности к объему (Zimmerman, 2010), что приводит к более высокому круговороту углерода. С другой стороны, мелкие частицы биоугля также могут получить пользу от физической защиты от разложения за счет взаимодействия с минералами или инкапсуляции (Brodowski et al., 2006).

С точки зрения интеграции с производством биотоплива, было показано, что использование биоугля быстрого пиролиза вместо его сжигания для получения технологического тепла положительно влияет на выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла производства биотоплива (Zaimes et al., 2015) и предлагает потенциально привлекательный вариант для связывания углерода и производства транспортного топлива (Brown et al., 2011).

Энергия | Бесплатный полнотекстовый | Тепловой анализ и анализ производительности газификационного котла и оптимизация его энергоэффективности

Ископаемое топливо, уголь и газ являются ключевыми факторами глобального потепления.Один из способов контролировать изменение климата — сократить потребление ископаемого топлива. Биомасса — это органический материал, состоящий из растений и организмов. Энергия биомассы — единственный источник энергии, который полностью нейтрален по CO ₂ . Наиболее распространенная форма биомассы — древесина. Существуют различные процессы, которые позволяют преобразовывать биомассу в желаемую энергию [1,2]. Европейский рынок котлов, работающих на биомассе, быстро вырос в последние годы [3]. Газификационные котлы предназначены исключительно для сжигания древесины, в основном на тепловую мощность от 10 до 100 кВт.Топливом может быть сухая древесина любого вида, особенно подходят бревна длиной до 500 мм, а также древесные отходы в виде опилок или стружки, но всегда в сочетании с кусками древесины. Также можно использовать влажную древесину, но за счет повышенного расхода топлива. Время и физические усилия пользователя, прилагаемые во время резки и формовки древесины, значительно экономятся за счет использования камеры подачи котла. Зола в этих типах котлов составляет всего ок. От 1% до 2% от количества подаваемого топлива, а чистка требуется только один или два раза в неделю.Если эти котлы эксплуатируются правильно, они производят небольшое количество загрязняющих веществ, и их работа является ценным активом, особенно для окружающей среды [3,4,5]. Причина в том, что при их сжигании используется принцип генераторной газификации древесины (при температуре около 1100 ° C). Такая система сжигания более экономична, чем обычные котельные системы, и обеспечивает экономию топлива даже до 40%. Сжигание древесного газа поддерживается вентилятором, который подает первичный воздух для горения в верхний под, в то время как вторичный воздух подается через сопло в нижний под.Расход воздуха и тяга в дымовой трубе зависят от скорости вентилятора, которая может плавно регулироваться преобразователем частоты. Термодинамическое, энергетическое и кислородное совершенство сгорания сильно зависит от параметров отвода дыма через дымовую трубу. Осадка дымовой трубы изменяется очень быстро в зависимости от изменений атмосферного давления, температуры и влажности атмосферного воздуха, а также от силы и направления ветра. Результаты измерений показывают, что эти изменения происходят во времени с высокой интенсивностью и высокой частотой, при этом рабочие параметры или амплитуды мощности котла и скорости вентилятора автоматически «копируют» эти изменения пропорционально в результате мгновенных изменений скорости.Регулирование скорости вращения вентилятора, согласно новому решению авторов, является мгновенной функцией температуры дымовых газов, тяги и давления дымовых газов в выхлопе дымовой трубы, включая соответствующий кислородный баланс сгорания. С этой точки зрения достаточно мощный балансировочный вентилятор можно рассматривать как очень важный конструктивный элемент. Однако прямая функциональная связь между мгновенной мощностью вентилятора и некоторыми важными технологическими параметрами (выхлоп из дымовой трубы, мгновенная мощность котла, давление дымовых газов или температура дымовых газов в горловине дымовой трубы) в настоящее время конструктивно не обеспечивается.До сих пор даже взаимные функциональные связи между технологическими и термодинамическими параметрами системы изучены недостаточно. Следовательно, функция балансировки (регулирования) вентилятора еще не обеспечена в достаточной степени, и, следовательно, слишком низкая или слишком высокая тяга дымовой трубы может возникнуть, если скорость вентилятора установлена ​​неадекватно. Неправильная тяга дымовой трубы отрицательно сказывается на параметрах горения, а также на параметрах термодинамического равновесия системы. В настоящее время определение производительности и концентрации продуктов выбросов газификационных котлов выполняется только в специализированных испытательных лабораториях по запросу производителей или пользователей.Однако такие измерения требуют использования специальных измерительных приборов и средств, требуют много времени, трудозатрат и дорого обходятся. При эксплуатации газификационных котлов пользователи до сих пор предпочитают двухрежимное автоматическое и / или ручное управление. В котлах установлены два термостата: комнатный термостат для контроля температуры горячей воды на выходе из котла и внешний термостат для контроля температуры в отапливаемом помещении. Регулирование осуществляется с помощью внутреннего датчика температуры котла при достижении температуры воды на выходе 90 ° C и / или при установке заданной температуры в помещении (выключением вентилятора, обеспечивающего подачу воздуха в очаг, либо переключением на внешний схема газификационного котла).Для передачи температурных параметров между котлом и контроллером используются различные типы цифровых линий, например, контроллер котла со встроенным эквитермальным регулированием «Вкл / Выкл» или более современный тип управления «OpenTherm». Тип регулирования «Вкл. / Выкл.» Определяет, при каких обстоятельствах и для какой заданной температуры в помещении котел должен обеспечивать обогрев, т. Е. Другими словами: в принципе, с помощью этого регулирования можно добиться автоматического обогрева помещений в зависимости от от температуры наружного воздуха.Тип управления «OpenTherm» определяет минимальную требуемую мощность данного котла, необходимую в данный момент времени, при этом контроллер всегда превосходит установленное автоматическое регулирование котла. Современные беспроводные цифровые регуляторы температуры пока не используются на практике. Тип управления «OpenTherm» регулирует мощность водяного насоса только косвенно через систему автоматического регулирования котла, контроллер определяет только требуемую температуру на выходе. Рекомендуется только наружный датчик, который подключается к системе автоматического регулирования котла через так называемую линию «Opentherm Plus».Контроллер получает данные о температуре наружного воздуха косвенно через котел. Работа котлов без внешнего датчика температуры теоретически и практически возможна, но с точки зрения пользователя это очень невыгодно с экономической точки зрения (по сравнению с использованием внешнего датчика). Котел обычно работает в заданном режиме, при котором температура на выходе в здании изменяется в соответствии с требованиями пользователя. Регулятор пересчитывает текущее минимальное количество тепла, необходимое для того, чтобы котел работал в соответствии с возможностями в режиме «одного запуска» весь день, но это идеальная ситуация, которая не гарантируется ни при каких обстоятельствах.Таким образом, правильно настроенное управление не выключает котел «в соответствии с алгоритмами пропорционально-интегрально-производной (PID)», но отключает котел, потому что потребность в отборе тепла ниже, чем требуется для минимального котла. выход. Котел в этом случае не может достичь желаемой, и без того относительно низкой выходной температуры, поэтому его необходимо остановить и дождаться охлаждения реверса перед его новым перезапуском [2]. То, как котел поведет себя в конкретном здании, зависит от многих факторов (теплопотери, размеры радиаторов и т. Д.). Для безотказной работы котла всегда полезно не переборщить. Низкая мощность котла снизу важнее, чем его запас мощности вверх. Чем плавнее будет работа котла с течением времени, тем больше будет экономия топлива. Большинство используемых в настоящее время газификационных котлов не работают по принципу регулирования «Вкл / Выкл» или «OpenTherm». Если невозможно получить отчет обратной связи о температуре наружного воздуха, то регулирование является несовершенным и неполным, то есть недостаточно комфортным и экономичным.Такое регулирование вызывает неполное сгорание и низкий КПД котла, а также потенциально превышает допустимые выбросы дымовых газов и, конечно же, не обеспечивает желаемое постоянное термодинамическое равновесие системы сгорания. Также известен способ автоматического управления горением в топке и система для его реализации по запатентованному процессу [6], который касается снижения заданной концентрации оксида углерода в отходящих газах.Затем определенная концентрация свободного кислорода увеличивается, а после уменьшения концентрации оксидов углерода определенная концентрация свободного кислорода снова уменьшается. Система включает в себя программирующее устройство с программой изменения определенной концентрации свободного кислорода в отходящих газах в зависимости от соотношения концентраций диоксида углерода. Однако этот метод для газовых котлов мощностью до 100 кВт технически сложен, дорог и поэтому непригоден для использования обычными пользователями [7,8,9].

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. Анаэробное сбраживание производит 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 возобновляемых источников 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 подробности 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 энергии 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 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 для создания 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 обработки топлива и средств управления. 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 сгорания 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.

Фиксированные 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, производится чистый топливный газ с полезной теплотворной способностью в отличие от сжигания, при котором отходящий газ не имеет полезной теплотворной способности. теплотворная способность.Чистый топливный газ дает 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 содержание влаги в биомассе, 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 любыми другими технологиями производства электроэнергии на объекте, система производства электроэнергии должна быть подключена к коммунальной сети.Правила присоединения могут быть другими, если система представляет собой комбинированную теплоэнергетическую систему, 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, потому что официальные лица штата 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 довольно интенсивный процесс, поскольку он включает в себя определение нагрузки, которая будет обслуживаться, выявление 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 нет 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, к которым можно обратиться, 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, которые могут быть произведены 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 является непрерывной, 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. Обеспокоенность 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 с этой проблемой, 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 поддерживаться пространство, равное (а) двойной 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 нормы выбросов Закона о чистом воздухе для больших и малых котлов и мусоросжигательных заводов, сжигающих 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. 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 выпустил 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.

Электроресурсы биомассы

Публикации

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Высококлассный пиролизный котел высшего качества Местное послепродажное обслуживание

Топливное масло 1.Используется в качестве топлива в промышленности, например, на сталелитейных и металлургических заводах, в химической промышленности или в гостиницах и ресторанах. Установка: Мы помогаем сделать макет для вашего завода после того, как вы сделаете заказ, мы отправим инженеров на ваш объект, чтобы проинструктировать по установке и обучить ваших рабочих. ) в Китае, это также технологическое инновационное демонстрационное предприятие, объединяющее научные исследования, производство и продажу.

Машина для получения топлива из шин Мы изготовили и установили системы рециркуляции в странах по всему миру, включая США (Майами), Италию, Японию, Канаду, Мексику, Южную Америку, Южную Африку, Казахстан, Индию, Венесуэлу, Эквадор, Боливию. , Перу, Чили, Аргентина, Колумбия и др.Технические характеристики оборудования Измельчитель TSD2471 (182) TSD1663 (137) TSD1651 Технические характеристики двигателя Электрический Электрический Электрический Количество двигателей 2 2 2 л.с. 55 кВт * 2 45 кВт * 2 34 кВт * 2 Напряжение по запросу по запросу по запросу Режущая камера Разделенная камера Разделенная камера Разделенная камера Большой нож Толщина 75 мм 75 мм 75 мм Малое лезвие Толщина 40 мм 40 мм 40 мм Диаметр лезвия 754 мм 542 мм 542 мм Режущая камера Д * Ш 1804 * 1410 1604 * 858 1304 * 858 Размеры оборудования 5876 * 2310 * 3493 5464 * 2624 * 3040 4280 * 2206 * 2492 Вес оборудования 22400 кг 13700 кг 12500 кг Открытие бункера 3711 * 2438 * 1046 2835 * 1628 * 770 2335 * 1628 * 770 Производительность 15-20 т / ч 10-15 т / ч 5-10 т / ч Диапазон размеров продукта 40-75 мм 40-75 мм 40-75 мм TR2663 TR2174 Двигатель TR1740 Технические характеристики Электроэлектрический Электрический Количество двигателей 1 1 1 л.с. / кВт 315 132 90 Длина камеры резки, длина, ширина 697, раз; 1562 742, раз; 1200 550, раз; 100 Размеры оборудования, длина и время; ширина и высота 6217 и амп; ; раз; 2168 & amp; раз; 3561 & amp; раз; 2562 & amp; раз; 4110 & amp; раз; 2180 & amp; раз p; раз; 4105 Вес оборудования (кг) 22400 6100 4200 Открытие бункера L и раз; W и раз; H 1726 и раз; 877 и раз; 906 1412 и амп; раз; 902 и amp; раз; 1410 2095 и раз; 2180 и амп; раз; 4105 Производительность 3-6 т / ч 1.5–3 т / ч 1–1,5 т / ч Диапазон размеров продукта 25–12 мм 25–12 мм 25–12 мм Заводская обработка Перед тем, как вы захотите купить наше оборудование для переработки изношенных шин, подумайте над вопросом ниже. Любой вопрос о нашей машине для производства топлива из шин, пожалуйста, задавайте мне без колебаний.

Границы | 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 уменьшается 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 HZSM-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 минимальным выходом 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, NZ встречается в Японии, США, Кубе, Индонезии, Венгрии, Италии и Королевстве Саудовская Аравия (KSA) (Sriningsih et al., 2014; Nizami et al., 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 модифицированных природных цеолитных катализаторов (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 чашки 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 Калифорния (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 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 минуты, 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 термических 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 разрушения наблюдалась для пластика ПЭТФ, и первоначальное разложение начиналось 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).Первоначальная деградация ПЭТ, возможно, была связана 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.Кроме 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 площадями поверхности по БЭТ с микропористыми структурами 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, сначала 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 значительной 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 PS с PE (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 в различных соотношениях и сообщили, что увеличение концентрации PE снижает концентрацию жидкой нефти с увеличением содержания 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 процессом радикальной цепочки, включая 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%) снизило выход 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 было 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 PE и PP 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 ПЭ, далее 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 путем каталитического пиролиза полистирола с Al ₂ O ₃ , нанесенных на катализаторы Cd и Sn. Деградация ПС начинается с растрескивания на внешней поверхности катализатора, а затем следует преобразование внутри пор катализатора (Uemichi et al., 1999). Первоначально крекинг полимера осуществляется кислотным центром Льюиса на поверхности катализатора с образованием карбокатионных промежуточных продуктов, 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 за счет 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 деградации 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. Более 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 уровне образования 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 выявили присутствие 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, что соответствует отрезку C-H 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

Жидкая нефть, полученная 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 у 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 аналогичными, 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 использованием 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 неустановленных 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 на основе пиролиза — еще одна серьезная проблема, поскольку рециркуляция 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 (TA) и кислотной (AA) 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 может быть использован 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 цетилтриметиламмонийных 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 постпотребительского производства 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., 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-сырую 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 биопереработке 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., Кан, Б. С., 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). Превращение пластиковых отходов 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. Taiwan Inst. 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

Срининси 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). Превращение 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., Такай, Ю., Така, М., Адзума, Н. и др. (2000). Каталитическое разложение полистирола на стирол и дизайн 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 — Биопереработка 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 and Pyrolysis of Waste Plastics: 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

Улучшение пиролизного масла из отработанных шин и эксплуатационные испытания дизельного топлива в двигателе CI

Уровень жизни, качество жизни и развитие страны зависят от потребления энергии на душу населения. Мировое энергоснабжение, которое в основном зависит от ископаемого топлива, уменьшается с каждым днем. Предполагается, что к 2021 году спрос на энергию вырастет в пять раз по сравнению с нынешним сценарием.Из-за кризиса ископаемого топлива развитие технологий альтернативного топлива привлекло больше внимания для обеспечения замены ископаемого топлива. Пиролиз — одна из перспективных альтернативных топливных технологий, позволяющая получать из органических отходов ценные нефть, уголь и газ. Ранние исследования показывают, что масло для пиролиза шин, полученное методом вакуумного пиролиза, похоже, имеет свойства, аналогичные дизельному топливу. Основное внимание в этой статье уделяется производству и улучшению свойств сырого масла для пиролиза шин путем обессеривания, дистилляции и использования его с дизельным топливом в двигателе CI для анализа эффективности для различных составов.

1. Введение

Ежегодно производится примерно 1,5 миллиарда шин, которые в конечном итоге попадут в поток отходов, что представляет собой серьезную потенциальную проблему отходов и окружающей среды [1]. В Бангладеш общее количество утильных шин ежегодно составляет около

тонн [2]. Автомобильные шины содержат длинноцепочечный полимер (бутадиен, изопрен и стирол-бутадиен), который поперечно связан с серой, таким образом, имея чрезмерную устойчивость к разрушению. Один из распространенных способов утилизации этих отработанных шин — это захоронение.Шины громоздкие, а 75% пространства, занимаемого шиной, пусто, поэтому при засыпке изношенных шин возникает несколько трудностей [3]. Ненужная шина требует значительного пространства, так как объем шины невозможно уплотнить. Шины имеют тенденцию всплывать или подниматься на свалке и выходить на поверхность. Под землей пустое пространство изношенных шин собирает различные газы, такие как метан, который имеет тенденцию внезапно загораться с мощным взрывом. Если отработанная покрышка напрасно разбросана по земле, она попадает с дождевой водой и может стать хорошим местом для разведения комаров или других бактерий.Это вызывает у людей различные вредные заболевания. Если утильные шины сгорают непосредственно на кирпичных полях или на любом другом мусоросжигательном заводе, будут выделяться различные вредные газы, такие как CO

₂ , CO, и, которые вызывают загрязнение окружающей среды. С другой стороны, сжигание этих шин наносит чрезмерный ущерб здоровью человека, вызванный выбросами загрязняющих веществ, таких как полиароматические углеводороды (ПАУ), бензол, стирол, бутадиен и фенолоподобные вещества [4]. Преобразование этих отработанных шин в энергию посредством пиролиза — одна из последних технологий, позволяющих свести к минимуму не только удаление отходов, но и их использование в качестве альтернативного топлива для двигателей внутреннего сгорания.Пиролиз обычно описывают как термическое разложение органических отходов в отсутствие кислорода при средней температуре около 450 ° C [5]. Преимущество процесса пиролиза заключается в его способности обрабатывать отработанные шины. Сообщалось, что пиролизное масло автомобильных шин содержит компоненты 85,54% C, 11,28% H, 1,92% O, 0,84% S и 0,42% N [6]. Процесс пиролиза также нетоксичен, и в отличие от сжигания не происходит выброса вредных газов [7]. Пиролизное масло для шин имеет высокую теплотворную способность около (41–44) МДж / кг.Это будет способствовать их использованию в качестве замены дизельного топлива, если оно будет правильно дистиллировано [8]. Следовательно, эти старые шины следует утилизировать путем преобразования в новые и чистые источники энергии.

2. Обзор литературы

Утилизация изношенных автомобильных шин становится неисчерпаемой. Хотя существует множество методов утилизации отработанных автомобильных шин, проблема все еще сохраняется. Пиролиз вещества предлагает продукты с добавленной стоимостью, такие как пиролизное масло, пиролизный газ и уголь.Сообщается также, что ТПО имеет свойства, аналогичные свойствам дизельного топлива. Один из распространенных способов утилизации этих отработанных шин — это захоронение. Было установлено, что шины громоздкие, и 75% пространства, занимаемого шиной, является пустым, поэтому при засыпке изношенных шин на землю возникает несколько трудностей [3].

В данном исследовании была разработана и изготовлена ​​система пиролиза с неподвижным слоем топки с подогревом периодического действия для производства жидкости из утильных шин рикш, велосипедов и грузовиков. Утильные шины подвергали пиролизу в системе реактора периодического действия с неподвижным слоем нагревательной трубы с внутренним нагревом.Продуктами были жидкость, уголь и газы. Максимальный выход жидкости и полукокса составил 52 и 35 мас.% Для велосипеда и рикши соответственно. Для грузовых шин выход жидкости и полукокса составлял максимум 60 и 23 мас.% Соответственно. Теплотворная способность жидкости шин рикш и грузовиков составила 41 и 40,7 МДж / кг соответственно [9].

Aydin и Ilkiliç [10] провели оптимизацию производства топлива из отработанных автомобильных покрышек путем пиролиза и сходного с дизельным топливом с помощью различных методов обессеривания.В этом исследовании для снижения высокого содержания серы в топливе использовались катализаторы CaO, Ca (OH) ₂ и NaOH. Кроме того, было исследовано влияние таких переменных, как температура, соотношение катализатора и расход N ₂ на выход. Было обнаружено, что содержание серы в продукте было на 34,25% ниже при использовании в реакции 5% Ca (OH) ₂ . Для приближения содержания серы в продукте к дизельному топливу использовали уксусную кислоту — H ₂ O ₂ , муравьиную кислоту — H ₂ O ₂ и H ₂ SO ₄ . в разных пропорциях.Было обнаружено, что плотность и содержание серы в топливе для шин с низким содержанием серы были немного выше, чем у дизельного топлива, но другие характеристики и кривые перегонки были очень близки к дизельному топливу.

Работа по изучению топливных свойств пиролизной жидкости, полученной из твердых городских отходов в Бангладеш, была проведена Conesa et al. [11]. В результате экспериментального исследования установлено, что оптимальные условия реакции для пиролиза утильных шин были при температуре слоя реактора 450 ° C, для исходного материала размером 2-3 см при продолжительности работы 75 мин.В этих условиях выход жидкости составлял 64 мас.% От исходного утиля твердых шин.

Работа по пиролизу жома сахарного тростника для производства жидкого топлива была проведена Islam et al. [12]. В ходе экспериментального исследования установлено, что при температуре слоя реактора 450 ° C для размера частиц исходного материала (300–600) мкм мкм и при расходе газа 4 л / мин выход масла составляет 49 мас. % сухого корма.

Murgan et al. [13] провели оценку рабочих характеристик и характеристик выбросов одноцилиндрового дизельного двигателя с прямым впрыском, работающего на 10, 30 и 50-процентных смесях масла для пиролиза шин (TPO) с дизельным топливом (DF).Результаты показали, что термический КПД тормозов двигателя, работающего на смесях TPO-DF, увеличивается с увеличением концентрации смеси и выше, чем у дизельного топлива. , Выбросы УВ, СО и дыма были выше при более высоких нагрузках из-за высокого содержания ароматических веществ и более длительной задержки воспламенения.

де Марко Родригес и др. [14] изучали поведение и химический анализ масла для пиролиза шин. В этой работе сообщается, что шинное масло представляет собой сложную смесь органических соединений с 5-20 атомами углерода с более высокой долей ароматических углеводородов.Процентное содержание ароматических, алифатических, азотсодержащих соединений и бензотиазола также определялось в масле для пиролиза шин при различных рабочих температурах процесса пиролиза. Было обнаружено, что ароматические углеводороды составляют примерно от 34,7% до 75,6% при изменении рабочей температуры от 300 ° C до 700 ° C, в то время как алифатические углеводороды составляют примерно от 19,8% до 59,2%.

Аль-Лал и др. [15] провели исследования по обессериванию пиролизного топлива, полученного из отходов. В этой работе они использовали два доступных метода обессеривания без использования водорода, чтобы с умеренным успехом снизить содержание серы в этих трех пиролизных топливах, что могло бы сделать их полезными в качестве топлива для отопления.Эти методы обессеривания основаны на окислении соединений серы, присутствующих в этих топливах, перекисью водорода до более полярных соединений серы, таких как сульфоксиды и сульфоны, которые впоследствии могут быть удалены экстракцией метанолом или адсорбцией силикагеля. Степень обессеривания составила 64%.

3. Материал и метод

Сначала автомобильные шины разрезают на несколько частей и удаляют борт, стальную проволоку и ткань. Кусочки шин промывают, сушат и подают в реактор с неподвижным слоем из мягкой стали.Этапы процесса пиролиза показаны на рисунке 1.

Сырье нагревается извне в реакторе в отсутствие кислорода. Конструкция реактора пиролиза для эксперимента представляет собой цилиндрическую камеру с внутренним диаметром 110 мм, внешним диаметром 115 мм и высотой 300 мм, которая полностью изолирована. На внешний нагрев реактору подводится 2 кВт мощности. Температура реактора контролируется терморегулятором. Процесс проводят при 450–650 ° С. Скорость нагрева поддерживается на уровне 5 К / мин.Время пребывания сырья в реакторе составляет 120 минут. Продукты пиролиза в виде пара направляются в конденсатор с водяным охлаждением, а сконденсированная жидкость собирается в качестве топлива. При пиролизе получают три продукта: масло для пиролиза шин (ТПО), пирогаз и полукокс. Из 1,9 кг сырья производится 1 кг масла для пиролиза шин. Тепловая энергия, необходимая для процесса пиролиза на 1 кг произведенного ТПО, составляет около 6 МДж / кг [14]. Процентное содержание продуктов пиролиза приведено в таблице 1.

10 Продукты пиролиза Масло для пиролиза шин Char Пирогаз Влажность 1

На рисунке 2 показан физический вид сырого масла для пиролиза шин.

4.Улучшение сырого пиролизного масла для шин (TPO)

Улучшение сырого TPO включает три стадии: (A) удаление влаги. (B) обессеривание. (C) дистилляция.

4.1. Удаление влаги

Первоначально неочищенный ТПО нагревают до 100 ° C в цилиндрическом сосуде в течение определенного периода времени для удаления влаги, прежде чем подвергнуть его дальнейшей химической обработке.

4.2. Обессеривание

Неочищенный сырой TPO, не содержащий влаги, содержит примеси, частицы углерода и частицы серы.Известный объем концентрической сероводородной кислоты (8%) смешивают с неочищенным ТПО и хорошо перемешивают. Смесь выдерживают около 40 часов. По прошествии 40 часов смесь оказывается двухслойной. Верхний слой представляет собой тонкую смесь, а нижний слой — толстый ил. Верхний слой отбирают для атмосферной перегонки, ил удаляют и утилизируют. В процессе обессеривания эффективность удаления серы составляет 61,6%.

4.3. Дистилляция

Дистилляция — это широко используемый метод очистки жидкостей и разделения смесей жидкостей на их отдельные компоненты.Процесс дистилляции показан на рисунке 3.

Процесс атмосферной дистилляции выполняется для отделения более легкой и более тяжелой фракций углеводородного масла. Известный образец химически обработанного сырого ТПО отбирают для вакуумной перегонки. Образец нагревается снаружи в закрытой камере электронагревателем мощностью 1,5 кВт. Пар, покидающий камеру, конденсируется в водяном конденсаторе, а дистиллированное пиролизное масло для шин (DTPO) собирается отдельно. Неконденсирующиеся летучие пары уходят в атмосферу.Отгонку проводят при 150–200 ° C, поскольку максимальное количество DTPO получается в этом диапазоне. Газообразный азот подается для отвода генераторного газа из реактора в конденсатор, а также для создания инертной среды в реакторе. 80% ТПО перегоняется при перегонке, тогда как 5% ТПО остается в виде пирогаза, а 15% обнаруживается в виде шлама. На рисунке 4 показана экспериментальная установка дистилляционной установки.

DTPO имеет неприятный запах, похожий на запах кислоты. Запах можно уменьшить с помощью добавления некоторых маскирующих веществ или средств удаления запаха.На рисунке 5 показан физический вид дистиллированного масла для пиролиза шин (DTPO). На рисунке 5 показан физический вид дистиллированного масла для пиролиза шин.

Свойства масла для пиролиза шин (TPO), дистиллированного масла для пиролиза шин (DTPO) и дизельного топлива показаны в таблице 2.

70 0,13 70 0,13 909 70 0,13 909 Свойства Пиролизное масло для шин 909 Дистиллированное пиролизное масло для шин Дизельное топливо Плотность при 15 ° C, кг / л 0.9563 0,8355 0,8200–0,8600 Кинематическая вязкость при 40 ° C, сСт 16,39 0,89 2,00 Температура застывания, ° C От −42 до −30 Температура вспышки, ° C 50,00 Ниже 10,00 Выше 55 Теплотворная способность брутто, МДж / кг 42,00 43,56 44,0000 C (мас.%) 85,67 87 87 H (мас.%) 10,04 10,37 12,71 2 12,71 2 0,84 ноль S (вес.%) 1,12 0,43 0,16 N (вес.%) 1,15 1,36 5.Результаты и обсуждение 5.1. Анализ процесса дистилляции На рисунках 6 и 7 показано, что неочищенное пиролизное масло начало перегоняться через 18 минут при 77 ° C и закончилось через 110 минут при 184 ° C. Наибольшее количество масла было получено за 90 мин при 174 ° C. После этой температуры количество полученного масла уменьшается и останавливается на 184 ° C. После перегонки с DTPO было получено 53,75% от общего количества сырого TPO (таблица 3). 909 70 90 Время (мин) Температура реактора (° C) Количество полученного масла (мл) Общее количество полученного масла (мл) 9023 0 30 0 0 10 58 0 0 20 80 909 909 909 909 909 909 909 80 115 40 110 120 235 50 123 175 410 410 70 160 270 920 80 170 320 1240 174 395 1635 100 178 260 1985 110 184 190 909 909 909 909 909 909 909 2150 130 192 0 2150 5.2. Эксплуатационные испытания дистиллированного пиролизного масла для шин (DTPO) Характеристики двигателя показывают влияние топлива на двигатель. Показана тенденция и возможность использования дистиллированного пиролизного масла для шин вместо дизельного топлива без доработки двигателя [16]. Необходимо определить мощность торможения двигателем, удельный расход топлива и тепловой КПД тормозов. Рабочие параметры могут быть рассчитаны по следующим уравнениям [17]. 5.2.1. Мощность торможения двигателем Мощность торможения двигателем () передается двигателем и поглощается нагрузкой.Это произведение крутящего момента и угловой скорости двигателя, где — мощность торможения двигателем в кВт; угловая частота вращения двигателя в об / мин как 5.2.2. Удельный расход топлива на тормоз Удельный расход топлива на тормоз (BSFC) — это сравнение двигателя, чтобы показать эффективность двигателя с расходом топлива в кг / кВтч, где () — показатель расхода топлива в кг / час, как 5.2.3. Тепловой КПД тормоза Процент тепловой КПД тормоза двигателя зависит от мощности торможения двигателем и общей энергии, потребляемой двигателем. Качество смеси DTPO с дизельным топливом проверяется на дизельном двигателе Beco. Двигатель фиксируется при частичной нагрузке 27%. Технические характеристики двигателя приведены в таблице 4. Тип двигателя 4-тактный двигатель CI Охлаждение Водяное охлаждение Скорость оборотов в минуту Номинальная мощность 7,5 л.с. Теплотворная способность DTPO примерно на 7% выше, чем у сырого TPO.Это связано с удалением примесей, влаги, частиц углерода, серы и отложений. Для проверки производительности было взято четыре тестовых топлива. Это 100% дизельное топливо, 75% дизельное топливо с 25% дистиллированным пиролизным маслом (DTPO 25), 50% дизельное топливо с 50% дистиллированным пиролизным маслом (DTPO 50) и 25% дизельное топливо с 75% дистиллированным пиролизным маслом (DTPO 75). (Таблица 5). 9709 759 909 0759 9,498 509% дизельное топливо.45 9075 9075 909 075 909 75 0709 9.304 9105 Смеси DTPO описаны на рисунках 8, 9, 10 и 11. На рисунке 8 показано сравнение термического КПД тормоза с мощностью торможения для испытанных видов топлива при частичной нагрузке 27%. Из рисунка видно, что при 0,45 кВт тепловой КПД составляет 9,5% для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом он составляет 9,498%, 9,398% и 9,304%. , соответственно. Температурный КПД смесей DTPO-DF ниже по сравнению с DF. Снижение теплового КПД примерно на 0.0212%, 1,07% и 2,06% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. При 0,55 кВт тепловой КПД составляет 9,798% для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом он составляет 9,706%, 9,698% и 9,606% соответственно. Произошло снижение теплового КПД примерно на 0,938%, 1,02% и 1,94% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. При 0,65 кВт тепловой КПД равен 9.806% для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом это составляет 9,801%, 9,707% и 9,7046% соответственно. Произошло снижение теплового КПД примерно на 0,05%, 1,009% и 1,034% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. На рисунке 9 показано сравнение BSFC с тормозной мощностью для испытанных видов топлива при 27% частичной нагрузке. Из рисунка видно, что BSFC увеличивается с увеличением концентрации DTPO в смеси DTPO-DF.Из рисунка видно, что при 0,45 кВт BSFC составляет 0,852 для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом оно составляет 0,8524, 0,862 и 0,866 соответственно. BSFC смесей DTPO-DF выше по сравнению с DF. Произошло увеличение BSFC примерно на 0,046%, 1,17% и 1,64% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. При 0,55 кВт BSFC составляет 0,827 для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом он равен 0.829, 0,836 и 0,838 соответственно. Произошло увеличение BSFC примерно на 0,24%, 1,08% и 1,33% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. При 0,65 кВт BSFC составляет 0,82 для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом он составляет 0,824, 0,828 и 0,83 соответственно. Увеличение BSFC примерно на 0,487%, 0,975% и 1,21% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. Такое поведение очевидно, поскольку двигатель будет потреблять больше топлива со смесями DTPO-DF, чем с DF, чтобы получить такую ​​же выходную мощность из-за более низкой теплотворной способности смесей DTPO-DF (Таблица 6). Топливо Мощность тормоза (кВт) КПД (%) Удельный расход топлива тормоза, кг / кВтч 0.45 9,500 0,852 0,55 9,798 0,827 0,65 9,806 0,820 0,820 0,852 0,55 9,706 0,829 0,65 9,801 0,824 9,398 0,862 0,55 9.606 0,836 0,65 9,707 0,828 0,828 0.866 0.55 9.606 0.838 0,65 9.705 0.830 9709 970 970820 9,450 9,450 509 70832 909 70 0,832 909 909 сравнение теплового КПД тормоза с частотой вращения двигателя для исследуемых видов топлива при нагрузке 27%. Из рисунка видно, что при 950 об / мин тепловой КПД составляет 9,598% при 22.Нагрузка 24 Н для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом она составляет 9,506%, 9,406% и 9,403% соответственно. Температурный КПД смесей DTPO-DF ниже по сравнению с DF. Произошло снижение теплового КПД примерно на 0,958%, 2% и 2,03% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. При 1150 об / мин тепловой КПД составляет 9,802% для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом он равен 9.798%, 9,703% и 9,702% соответственно. Произошло снижение теплового КПД примерно на 0,04%, 1,009% и 1,02% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. При 1350 об / мин тепловой КПД составляет 9,802% для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом он составляет 9,798%, 9,706% и 9,704% соответственно. Произошло снижение теплового КПД примерно на 0,04%, 0,979% и 0,99% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. На рисунке 11 показано сравнение BSFC с частотой вращения двигателя для испытанных видов топлива при 27% частичной нагрузке. Из рисунка видно, что BSFC увеличивается с увеличением концентрации DTPO в смеси DTPO-DF. Из рисунка видно, что при 950 об / мин BSFC составляет 0,845 для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом оно составляет 0,846, 0,855 и 0,858 соответственно. BSFC смесей DTPO-DF выше по сравнению с DF. Увеличение BSFC примерно на 0.118%, 1,18% и 1,53% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. При 1150 об / мин BSFC составляет 0,82345 для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом оно составляет 0,826, 0,831 и 0,832 соответственно. Произошло увеличение BSFC примерно на 0,315%, 0,92% и 1,04% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. При 1350 об / мин BSFC составляет 0,8236 для DF, тогда как для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом он равен 0.8256, 0,8296 и 0,8316 соответственно. Произошло увеличение BSFC примерно на 0,33%, 0,40% и 70% для смешивания 25% DTPO, 50% DTPO и 75% DTPO с дизельным топливом по сравнению с дизельным топливом. Температура выхлопных газов двигателя для DTPO варьируется от 119 ° C при низкой нагрузке до 305 ° C при полной нагрузке, а в случае чистого дизельного топлива изменяется от 119 ° C при низкой нагрузке до 312 ° C при полной нагрузке. Во время выбросов загрязняющими веществами являются углеводороды (HC), диоксид углерода (CO 2 ), монооксид углерода (CO), оксиды азота () и оксиды серы ().DTPO, вероятно, выше, чем у дизельного топлива, поскольку топливо с более высоким содержанием ароматических углеводородов демонстрирует более высокие значения, и дымность при полной нагрузке. 6. Заключение В представленном исследовании установлено, что дистиллированное масло для пиролиза шин аналогично дизельному топливу и способно заменить дизельное топливо в небольших двигателях. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Comment Your Name * Your Email * Your Website Топливо Частота вращения двигателя (об / мин) КПД (%) BSFC (кг / кВтч) 9,473 0,854 1070 9,746 0,830 1175 9,841 0,822 1280 1380 9,800 0,825 75% дизельное топливо + 25% DTPO 880 9.450 0,856 0,856 0,856 1175 9,806 0,825 1280 9,810 0,824 1380 9,794 0,826 9,794 0,826 9.350 0,865 1070 9,653 0,838 1175 9,746 0,830 9,746 0,830 1280 9,7706 9 9709 9069 25% дизельное топливо + 75% DTPO 880 9,298 0,870 1070 9,630 0.840 1175 9.735 0.831 1280 9.746 0.830 1380 9.723 9.723