Дипломная работа: технология пиролиза углеводородного сырья в трубчатых печах

Пиролиз мусора и отходов

Существуют проекты уничтожения бытового мусора с помощью пиролиза.
Затруднения с организацией пиролиза шин, пластмасс и других органических отходов связаны не с технологией собственно пиролиза, которая не отличается от технологии термической переработки других твёрдых материалов. Проблема состоит в том, что в большинстве отходов содержится фосфор, хлор и сера. Сера и фосфор в окисленной форме летучи и наносят вред окружающей среде. Хлор активно реагирует с органическими продуктами пиролиза с образованием стойких ядовитых соединений (например — диоксинов). Улавливание этих соединений из дыма — процесс дорогостоящий и имеет свои сложности. Проблема переработки изношенных автомобильных шин и вышедших из эксплуатации резинотехнических изделий имеет большое экологическое и экономическое значение для всех развитых стран мира. А невосполнимость природного нефтяного сырья диктует необходимость использования вторичных ресурсов с максимальной эффективностью, то есть вместо гор мусора можно было бы развить новую отрасль промышленности — коммерческую переработку отходов.

Шины и полимеры представляют собой ценное сырьё, в результате их переработки методом низкотемпературного пиролиза (до 500 °C), получаются жидкие фракции углеводородов (синтетическая нефть), углеродистый остаток (технический углерод), металлокорд и горючий газ. В то же время, если сжечь 1 т шин обычным способом, то в атмосферу будет выброшено 270 кг сажи и 450 кг токсичных газов.

Основные элементы пиролизных печей

Корпус

Кирпичные пиролизные печи по спецификации материалов ничем не отличаются от обычных дровяных моделей. Для возведения стенок здесь применяется керамический или облицовочный кирпич, выложенный на самодельный глиняно-песчаный раствор или на готовую заводскую смесь. Ядро футеруется шамотом, между ним и облицовкой прокладывают базальтовый картон.

Корпус металлических печей сваривают из высококачественного стального проката, как правило, собираются прямоугольные конструкции. Чтобы сделать пиролизную печь своими руками, также можно использовать цилиндрические заготовки, например, газовый баллон или металлическую 200-литровую бочку, установленную на ножках горизонтально.

Чтобы избежать опасного нагрева наружных поверхностей, металлические пиролизные печи делают с двойными стенками. В полученных полостях часто располагают змеевики-теплообменники, которые являются частью контура ГВС и в случае необходимости прокачкой холодной воды позволяют быстро охладить перегретый кожух. Для защиты металла от прогорания в уязвимых участках камер устанавливается огнеупорный камень.

Самодельная пиролизная печь из газового баллона

Для разделки корпуса на камеры здесь используется подвижный нагруженный поршень, который имеет отверстия для прохода летучих элементов пиролиза

Камера сгорания

В любой пиролизной печи есть две камеры. Одна из них – это основная топка, которая предназначена для генерации газа и сжигания твёрдого угольного остатка. Именно в неё закладываются дрова (или подаётся измельчённое сырьё), которые после розжига продолжают тлеть при закрытых дверцах. В другой камере осуществляется смешивание летучих продуктов пиролиза с вторичным воздухом, что при наличии высокой температуры (около 1000 градусов) обеспечивает воспламенение газа и его стабильное горение.

Каким бы образом ни были взаимно ориентированы эти камеры, между ними всегда есть проём для перетока пиролизного газа. В конструкциях, где камера дожига расположена ниже топки, между ними устанавливается колосниковая решётка. В металлических печах с верхним расположением камеры сгорания газов разделка внутреннего пространства выполнена с помощью специальных горизонтальной пластин, которые могут быть полыми и являться также элементами теплообменника. В аналогичных по компоновке теплогенераторах, собранных из кирпича, между камерами создаётся кирпичная переборка с так называемым «газовым окном» или «форсункой».

Вентиляторы

Двухкамерная компоновка пиролизных печей создаёт повышенное аэродинамическое сопротивление, которое должны преодолевать дымовые газы. Кроме того, в теплогенераторах с нижним расположением камеры дожига естественная тяга невозможна, так как летучие продукты пиролиза необходимо направлять сверху вниз. Для решения этих проблем в конструкцию таких отопительных приборов часто включают дымососы (на отводящих каналах) и вентиляторы наддува на подаче вторичного воздуха.

Результат принудительного наддува пиролизного газа, при нижнем расположении камеры дожига

Дверцы

Процесс пиролиза может протекать только при ограниченном доступе воздуха в топку. Именно поэтому для каждой камеры и зольника необходимо использовать высококачественные герметичные дверцы.

Для подачи первичного и вторичного воздуха в камеры на дверцах могут устанавливаться клапаны-задвижки, иногда для воздуха создают отдельные проёмы с задвижками.

Автоматика

Продвинутые газогенераторные котлы, как правило, снабжаются электронными системами, контролирующими температуру горения топлива и нагрев теплоносителя. Они регулируют соотношение пиролизных газов и вторичного воздуха в смеси, изменяют мощность надувных вентиляторов. В печах настройки приходится осуществлять вручную, хотя в некоторых моделях можно установить рычажный терморегулятор, который с помощью цепи будет управлять клапаном подачи воздуха.

Особенности эксплуатации

Чертеж пиролизной печи обязательно необходимо подготовить перед началом работ

Важно не только то, насколько правильно была изготовлена печь, но еще и то, как правильно вы ее будет эксплуатировать. Если она будет использоваться в течение долгого времени, то в нижний части конструкции непременно образуется кокс и нагар, от которых необходимо избавляться

Перед такими манипуляциями печь предстоит остановить, сделать это можно и перед розжигом. Объем топлива в ней должен оказаться минимальным. Производить такие работы предстоит через отверстие, сквозь которое подается воздух. А использовать при этом можно скребок или кочергу.

Стоит учесть принцип пиролизной печи, который указывает на то, что если в разгоряченное масло попадает вода, то оно начнет стрелять, что может стать причиной выброса искр. Именно поэтому масло для заправки необходимо брать сверху, так как вода скапливается снизу.

Принцип работы печей

Пиролизом органического сырья называется нагрев биомассы до высокой температуры без доступа воздуха.

Подробное строение пиролизной печи

При таких условиях топливо преобразуется в смесь из трёх видов:

уголь (твёрдое);
органические газы (газообразное);
масла (жидкости).

В зависимости от колебания температуры и скорости протекающих процессов, процентное содержание древесного угля, газа и масел меняется.

Преимущества такого сжигания дерева в сравнении с традиционными:

большая эффективность при одинаковом количестве сырья;
незначительное отрицательное влияние на окружающую среду (например, по такому параметру, как СО2);
небольшое образование твёрдых несгоревших частиц (золы).

Большинство бытовых пиролизных печек и котлов работают на дровах или брикетах. Качественные установки способны функционировать на смешанном сырье (черенки, кора, стружка, опилки, поленья). Независимо от видов топлива, в них происходит три процесса:

Сушка и нагрев древесного материала в бункере с выделением газообразных компонентов.
Сжигание газообразных продуктов.
Сжигание твёрдых компонентов (древесного угля).

Пиролизная печь отлично подойдет для дачи

Каждый из этих этапов требует различных условий, поэтому правильное распределение температуры и других факторов, влияющих на химию процессов, является основой эффективной работы установки. Древесину сушат при температуре ниже 200°C. Процесс пиролиза начинается около 300°C. При этой температуре целлюлоза, как основной компонент древесины, разрушается с образованием лёгких соединений. Ближе к соплу температура в печи пиролизного горения поднимается до 200-700°C. Там биомасса освобождается от летучих соединений и превращается в древесный уголь.

Подробнее о пиролизной печи:

Монтаж пиролизной печи из кирпича

Изготовить пиролизную печь из кирпича довольно трудно. Чтобы соблюсти все нюансы, нужно консультироваться со специалистом, или просто предоставить работу ему. Но, все-таки что-то можно сделать самостоятельно? Можно, если уверены в своих умениях. Создание пиролизной кирпичной печи включает в себя кладку и изготовление котла. Котел можете приобрести или сделать по принципу, описанному выше. Чтобы усилить момент теплоотдачи, изнутри необходимо футеровать печку шамотным кирпичом, а снаружи – огнеупорным.

Процесс монтажа:

Установка котла;
Кладка;
Дымоход.

Устанавливаем котел в нежилом помещении на бетонном покрытии, пользуясь шамотным кирпичом. В кладке необходимо использовать специальный глиняный раствор, он не будет трескаться при высоких температурах.

Кладку ведем ровно, пользуемся уровнем. Особую внимательность проявляем при кладке проемов для дверей: нужно выставлять раму и класть между ней и кирпичной кладкой специальный базальтовый картон.

Еще один момент: расстояние между кладкой и корпусом котла не должно быть меньше 7 см. В одном из первых рядов кладки оставьте небольшие щели для циркуляции воздуха. Следующим шагом будет монтаж дымохода и обкладывание его кирпичом. Важный момент: когда будете выкладывать очередные 3 ряда, протирайте кладку внутри влажной тряпкой, чтобы затереть швы. Настоятельно рекомендуется помощь специалиста.

Что нужно для работы?

Рассматриваемая пиролизная печь строится из кирпича. Готовый агрегат будет иметь мощность порядка 30 кВт. Пиролизной печи такой мощности хватит для обогрева примерно 70 м2 пространства. При необходимости можете менять размер конструкции под свои нужды.

Для кладки такой печи вам понадобится следующее:

керамический кирпич – около 400 штук;
огнеупорный кирпич – порядка 100 штук;
колосниковые решетки;
вентилятор мощностью от 300 Вт;
температурный регулятор рычажного типа;
дверца для топки;
дверка для поддувала;
сварочный аппарат;
электрическая дверь;
болгарка;
трубы круглого сечения;
профтрубы;
сварочные электроды;
температурный датчик.

Преимущества и недостатки разных видов пиролиза

Каждый из типов имеет свои плюсы и минусы. Низкотемпературный пиролиз обладает такими преимуществами:

можно перерабатывать мусор без сортировки;
минимальное выделение токсичных окисей серы и азота.

Но минусов у этого метода больше, чем плюсов. Среди них:

высокая стоимость установок;
большие габариты печей и сложная конструкция;
для эксплуатации необходимо много средств и рабочей силы;
не распадаются высокомолекулярные соединения.

Среди преимуществ высокотемпературного пиролиза можно выделить следующие:

газ используют в качестве сырья для тепловой энергии;
на выходе газ имеет минимальное количество примесей;
жидкие продукты пиролиза (масло) используют как заменитель нефти;
золу применяют в дорожном строительстве.

Высокотемпературная переработка более выгодна с экономической точки зрения. Она требует меньше затрат, а продукты пиролиза можно использовать повторно.

Правила запуска печи на отработке

Запуск печи производится следующим образом:

В заливное отверстие заливается отработка в количестве 2/3 объема бака.
Для того чтобы печь быстрее запустилась, можно плеснуть немного бензина.
Поджигается фитиль, скрученный из промасленной бумаги, и вставляется через заливное отверстие в топку – бак.
Заслонка устанавливается таким образом, чтобы щель заливного отверстия составляла не более 10-15 мм.
Через несколько минут, после того как разгорится отработка, печка выйдет на рабочий режим.
Заслонкой регулируется тяга.

Готовая к работе печь

Как видно из рисунка, нагрев происходит в верхней части печки, где расположена тепловая камера. Поступающий через отверстия камеры дожигания вторичный воздух, соединяясь парами отработки, горит при очень высокой температуре. Система пиролиза в действии.

Можно усовершенствовать данную печь, подключив к тепловому бачку водяной или воздушный контур. Конечно, для дома использование подобной печи не совсем удобно, но для отопления подсобных помещений идеально.

Площадь горения и экономия

Что еще стоит отметить, расход топлива в подобных печах для гаража напрямую зависит от площади горения отработки. Чем больше площадь, тем больший расход.

Слишком высокий топливный бак тоже не способствует хорошей работе печи длительного горения. В определенный момент, когда выгорит большое количество топлива, в печи с высокой топкой может нарушиться тяга.

Поэтому пропорции должны быть соблюдены. Самым оптимальным будет, если высота топливного бака составит 100-150 мм. Конечно, придется чаще подливать топливо в бак, но стабильная работа печи будет обеспечена.

Строительство пиролизной бани

Такая пиролизная печь для бани может стать идеальным вариантом в местах, где существует проблема с дровяным топливом.

Верхняя часть разогревается до температуры 800-900°С, что является хорошим вариантом для устройства каменки и нагрева воды для бани.

Самодельная пиролизная печь для бани может быть устроена еще проще. Для ее устройства потребуется минимум материалов и трудозатрат.

На снимке представлена схема пиролизной печи «бубафоня», которая подойдет и для бани. Для работы эта печь может использовать отходы древесины – опилки, щепу.

Устроена данная печь проще некуда, тем не менее это самая настоящая пиролизная печь.

Схема пиролизной печи на отходах

Изготовлена она из обычной 200-литровой бочки и состоит из четырех основных частей:

корпуса (бочки 200 литров, можно изготовить печь из газового баллона);
крышки;
поршня;
дымохода.

Печь перед загрузкой топлива

Если будет решено изготавливать печь из газового баллона, то нужно выбрать вариант из цельного куска металла. Использование газового баллона из композитных материалов запрещено. Не подойдет и вариант небольшого газового баллона, так как его габаритов будет недостаточно. Впрочем, и применение газового баллона емкостью 27 литров позволит создать печь небольшой мощности (до 7 кВт), что подойдет только для очень маленькой бани.

У бочки (или газового баллона) отрезается крышка, и так, как показано на рисунке, приваривается дымоход. В отличие от предыдущей печи, здесь допускается использование в дымоходе горизонтальных участков.
Внутри дымохода необходимо установить заслонку, с помощью которой можно будет регулировать тягу.
Далее изготавливается крышка печи. Она должна свободно одеваться на бочку. По середине крышки имеется отверстие для поршня.
Поршень изготавливается из отрезка трубы длиной, превышающей высоту бочки на 100-150 мм. К основанию трубы приваривается круг, изготовленный из металла 3-5 мм. Чем толще, тем дольше он прослужит.
Но если у вас нет толстого металла, подойдет любой. Просто будьте готовы к тому, что когда прогорит один, можно будет установить другой.
С обратной стороны на поршень привариваются ребра, их можно изготовить из отрезков арматуры диаметром 10-12 мм. Все, печь готова.

Печи Кузнецова своими руками Печь древних ариев

Довелось мне в этом году класть Печь древних ариев (сокращённо ПДА). Заказчик очень хотел именно её. А от Кузнецовских вариантов колпаковой печи с хлебной камерой наотрез отказался. Он долго рылся в инете и нашёл её, родимую. Так она ему понравилась, что ни о какой другой и слышать не хотел. Ну, хорошо, договорились. Сложил ему эту печку. Слышал и читал про них раньше, но вот класть не доводилось.

Печь как печь, двуколпаковая, подовая, то есть без зольника и поддувала. Воздух в топку подаётся через топочную дверцу. Подовые печки встречаются в жизни. У них более спокойное горение, и дрова в них горят дольше. И хотя сам я больше сторонник печей с зольником, но и на эти смотрю с уважением. В русской-то печи, прототипе колпаковых печей, тоже подовое горение. Правда, приходится время от времени ворошить горящие поленья, чтобы равномернее прогорали, но это не очень обременительно.

Устройство печи

Поскольку в печи нет зольника, а топка расположена довольно низко, над топкой помимо камеры дожига топочных газов (она же и варочная камера), можно на комфортной высоте расположить и чугунную варочную плиту. И в результате у печи появляются две полости для приготовления пищи: камера дожига с герметичной дверцей и открытая полость над варочной плитой. Однако, поскольку птита расположена не традиционо вдоль печи, а поперёк, эта полость оказывается более замкнутой от внешнего пространства и поэтому дольше
может хранить тепло и, значит, равномернее отдавать его в помещение и той кастрюле, в которой вы решили приготовить свой обед.

Камера дожига служит прежде всего для улучшения горения дров и повышения эффективности работы самой печи. Топочные газы через щель (её по сути можно назвать нижним хайлом печи), расположенную у задней стенки, переходят на второй ярус, где догорают за счёт высокой температуры стенок камеры и пода – горизонтального перекрытия между топкой и камерой дожига. Для того, чтобы эффект дожига был сильнее, и топка, и камера дожига выполнены из шамотного (огнеупорного кирпича), который быстрее
нагревается и работает в данном случае как катализатор, позволяющий дожечь те фракции органики, которые не догорели в топке. В результате получается дополнительный выход тепловой энергии, а сами дымовые газы оказываются чище -в идеале это углекислый газ и вода. На практике, конечно же такой чистоты добиться проблематично, но в любом случае сажи образуется меньше. В итоге и печь реже чистить приходится, и атмосфера меньше загрязняется, и эффективность печи увеличивается.

Из камеры дожига топочные газы поступают в два выхода (верхнее хайло), симметрично расположенные по бокам камеры ближе к её дверце. Так они оказываются в первом колпаке, где через традиционную подвёртку переходят во второй колпак и оттуда уже вылетают в трубу.

Верх камеры дожига перекрывает варочная плита, которой также достаётся достаточно тепла, чтобы стать самостоятельным варочным устройством.

По отзывам владельцев таких печей камера дожига прекрасно справляется и с дожигом газов, и с выпечкой хлеба, а также с приготовлением прочих блюд, требующих длительной тепловой обработки – например, томлением каши.

Правда, в моём случае подробности её использования мне пока не известны – после завершения кладки только делал пробную растопку в присутствии заказчика, чтобы проверить тягу. Но если будут подробности её работы, обязательно расскажу.

Скажу честно – печь мне понравилась: и класть легко, и логика её устройства очень убедительна и проста в исполнении. А это много значит – не всегда просто найти такое решение, которое ладно и без излишних усложнений и наворотов позволяет сложить грамотную печь.

О том, откуда взялись эти печи – в другой раз. История интересная и от неё веет такой седой стариной, что поневоле начинаешь испытывать священный трепет перед мудростью наших пращуров понимавших жизнь законы Природы настолько, что нам всё ещё никак их не превзойти. И всегда есть чему поучиться у прародителей.

По рассказам пользователей именно этого варианта Печи древних ариев она хороша во всех отношениях.

Здесь можно оставить свои комментарии. Выпуск подготовленплагином wordpress для subscribe.ru

Описание процесса

Потребность в экологичном оборудовании для переработки химических отходов у нашего общества появилась уже давно. Первые пиролизные котлы стали запускать еще в конце позапрошлого века. А создание современных пиролизных агрегатов решило сразу несколько вопросов:

экологическая составляющая;
возможность накапливать результаты сжигания;
экономическая выгода.

Впрочем, экономический аспект использования пиролиза рассчитан на перспективу. Пиролиз достаточно недешевое удовольствие. Он требует соответствующего оборудования и специально обученный кадровый состав.

Зато в работе пиролизные установки практически автономны. Агрегатам требуется электроэнергия только для запуска, дальнейшая работа котла осуществляется за счет производимых в процессе сжигания ресурсов. При этом избытки вырабатываемой энергии и пара можно использовать для бытовых целей, перенаправляя их коммунальные сети.

В России пиролиз только начинает набирать популярность, тогда как в Европе без установок для пиролиза не обходится ни одно крупное предприятие. Причин такой востребованности пиролиза довольно много:

безотходный способ переработки мусора и всевозможных загрязнений промышленного характера;
уровень КПД от пиролиза составляет 90 %;
возможность получения новых соединений, вторсырья;
создание невосполнимых ресурсов, таких как синтетическая нефть;
получение углеводородов, органических кислот и других химических элементов;
источник теплоснабжения предприятий.

Исходя из выбора сырья для переработки, пиролизная реакция может протекать при разных температурных режимах. Конечный результат при этом, также будет различаться по составу химических элементов.

В зависимости от температуры нагрева печи и дополнительным составляющим пиролиза, перегонку принято разделять на две разновидности: сухая и окислительная.

Руководство по кладке пиролизной печи

Прежде чем приступать к кладочным работам, подготовьте либо же найдите в открытом источнике схему-порядовку будущей кирпичной печи длительного горения.

Руководство по кладке пиролизной печи

За основу можете взять схему любой нравящейся вам кирпичной печки – кладка пиролизного агрегата будет вестись по тому же принципу. Единственные важные различия заключаются в конструкции топки. О них будет рассказано отдельно.

Первый шаг. Сделайте основание. Заглубленный фундамент не нужен – достаточно бетонной либо кирпичной площадки. Размеры фундамента подбирайте в соответствии с габаритами вашей печи. Основание укройте слоем гидроизоляционного материала. Дополнительно можете насыпать примерно сантиметровый слой песка, утрамбовать его и вести кладку печи на такой подушке.

Второй шаг. Приступайте к кладке печи

Особое внимание уделяйте стартовому ряду. Проверяйте перпендикулярность углов и ровность ряда с помощью специально предназначенных для этого инструментов – угольника и уровня

Для кладки применяется стандартный раствор из глины, песка и воды. Периметр печки выкладывайте из керамического кирпича, а все внутренние перегородки – из огнестойкого кирпича.

Ведите кладку в соответствии с порядовкой, пока не дойдете до топливника.

Печь длительного горения своими руками

Третий шаг. Приступайте к обустройству топливника. Топливник выкладывайте из огнеупорного кирпича – он более долговечен и лучше переносит воздействие высоких температур.

Главной особенностью топливника кирпичной печи длительного горения является наличие двух камер. В первую загружается топливо и происходит его розжиг, во вторую камеру переходит образующийся пиролизный газ и поступает вторичный воздух. Нижняя загрузочная камера сообщается с верхней посредством вертикального канала.

Топливник, один из вариантов

В топливник устанавливается колосниковая решетка из чугуна. Размещайте ее с небольшим зазором, т. к. металл имеет свойство несколько расширяться под воздействием высокой температуры.

Печь длительного горения своими руками

Для обеспечения максимально высокого коэффициента полезного действия топка пиролизной печи дополнительно укомплектовывается вентилятором.

Печь длительного горения своими руками

Также регулировать уровень тяги вы сможете при помощи специальной задвижки, показанной на схеме печки.

Установите дверки на поддувало, прочистную камеру и топливник.

Печь длительного горения своими руками

Четвертый шаг. Обустроив топку, выложите пиролизную печь до конца в соответствии с выбранной схемой

Особое внимание уделяйте дымоходу – этот элемент конструкции должен быть выложен строго по схеме

Печь длительного горения своими руками

Нарушение технологии приведет к ухудшению тяги, в результате чего дым с продуктами сгорания не сможет отводиться в достаточном количестве и начнет проникать в помещение.

Крышка

Пятый шаг. Проверьте готовую печь. Для этого загрузите небольшое количество топлива, дайте ему разгореться и принюхайтесь к запаху образующегося дыма. Если дым не имеет выраженного аромата угарного газа, ваша кирпичная печь длительного горения является абсолютно безопасным отопительным агрегатом с высоким коэффициентом полезного действия.