ความจำเป็นในการใช้เชื้อเพลิงอย่างประหยัดมีมานานแล้วในโลก ตัวอย่างเช่น ก๊าซไพโรไลซิสมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในยุโรปในปัจจุบัน อุปกรณ์ในครัวทุกประเภท ระบบทำความร้อน และแม้แต่รถยนต์ก็สามารถใช้เชื้อเพลิงดังกล่าวได้
คำจำกัดความ
ที่จริงแล้ว ภายใต้แนวคิดของนักเคมี "ไพโรไลซิส" เข้าใจถึงการสลายตัวของสารในระดับโมเลกุลภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูง โดยปกติแล้วจะไม่มีอากาศ สารประกอบที่ซับซ้อนภายใต้สภาวะดังกล่าวจะสลายตัวเป็นสารประกอบที่ง่ายกว่า ในกรณีนี้ มีการสร้างองค์ประกอบใหม่หลายประเภทในตัวกลาง โดยพื้นฐานแล้ว ไพโรไลซิสจึงเป็นกระบวนการกลั่นแบบแห้งทั่วไป
แก๊สจากฟืน
เมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูงในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจน จะเกิดผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ต่อไปนี้:
- ก๊าซไพโรไลซิส;
- ไพโรไลซิสเรซิน (ผลิตภัณฑ์ของเหลว)
ผลิตภัณฑ์แรกจากรายการมีคุณลักษณะที่สามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนอย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ สามารถหาก๊าซได้ก็ต่อเมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ที่อุณหภูมิไม่ต่ำกว่า 500 °C
สินค้าตัวไหนใช้ได้
หม้อไอน้ำแบบไพโรไลซิสในบ้านสามารถใช้กับไม้ธรรมดาหรือพาเลทพิเศษได้ เช่น จากขี้เลื่อยหรือขี้เลื่อยไม้อัด ของเสียจากครัวเรือนและของเสียจากอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ สามารถไพโรไลซ์ได้ มันถูกเผาในลักษณะเดียวกัน เช่น ยาง ยางรถยนต์เก่า พลาสติก ของเก่า ฯลฯ ในกรณีนี้ ไพโรไลซิสไม่เพียงแต่จะได้รับความร้อนในปริมาณที่พอเหมาะ แต่ยังช่วยรักษาสภาพแวดล้อมให้สะอาดอีกด้วย อย่างที่ทราบกันดีว่าพลาสติกไม่สลายตัวในพื้นดินเป็นเวลานาน วัสดุที่มีน้ำมันหลายชนิดทำให้เกิดมลพิษต่อดินและแหล่งน้ำ
เผาด้วยวิธีเดียวกัน:
- กระดาษ กระดาษแข็ง สิ่งทอ
- มีเทน;
- ไฮโดรคาร์บอน;
- พีท;
- ไม้สินค้า (รวมถึงไม้ที่อาบด้วยสารเคมี);
- ฟาง ใบไม้ เปลือกถั่ว วัชพืช
นอกจากนี้ สารตกค้างจากสี น้ำมัน ฯลฯ สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ด้วยปฏิกิริยาไพโรไลซิส และยังช่วยรักษาสภาพแวดล้อมให้สะอาดอีกด้วย
องค์ประกอบ
ก๊าซไพโรไลซิสที่เป็นผลประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมาก ซึ่งปกติจะอยู่ในรูปของเขม่า นอกจากนี้ยังมีส่วนประกอบทางเคมีหลายชนิด เช่น ไฮโดรเจน อย่างไรก็ตาม หลักองค์ประกอบของก๊าซไพโรไลซิสยังคงเป็นดังนี้:
- ไฮโดรคาร์บอนระเหย;
- คาร์บอนมอนอกไซด์
อันตรายมากต่อสุขภาพของมนุษย์และแม้กระทั่งชีวิตของเขา CO ในปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นจากการเผาไหม้ถ่านที่ไม่สมบูรณ์
ประเภทของไพโรไลซิส
ในขณะนี้ ปฏิกิริยาดังกล่าวมีเพียงสองประเภทหลักเท่านั้น ไพโรไลซิสสามารถ:
- แห้ง;
- ออกซิเดชัน
ปฏิกิริยาประเภทแรกจะแบ่งออกเป็น:
- อุณหภูมิต่ำ;
- อุณหภูมิสูง
ผลิตก๊าซอย่างไร: ออกซิเดชันไพโรไลซิส
ปัจจุบันปฏิกิริยานี้เรียกว่าเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิผลมากที่สุด ไพโรไลซิสเกิดขึ้นในกรณีนี้ที่อุณหภูมิสูงมาก ตัวอย่างเช่น เมื่อเผาก๊าซมีเทนด้วยวิธีนี้ จะมีออกซิเจนผสมอยู่ด้วย ด้วยการเผาไหม้บางส่วน สารในกรณีนี้จะปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมหาศาล เป็นผลให้ส่วนที่เหลือของส่วนผสมถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิ 16000 ° C
ปฏิกิริยาของไพโรไลซิสออกซิเดชันส่วนใหญ่จะใช้เพื่อเผาวัสดุอุตสาหกรรมต่างๆ ที่ประกอบด้วยน้ำมัน เช่นเดียวกับพลาสติกและยาง ก๊าซในกรณีนี้สามารถไป ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ความร้อนแก่ร้านค้าของบริษัทกำจัดขยะเอง
ไพโรไลซิสแบบแห้ง
ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นโดยปราศจากการมีส่วนร่วมของออกซิเจน และดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ในทางกลับกัน อาจเป็นอุณหภูมิต่ำหรือสูงก็ได้ ในกรณีแรกเชื้อเพลิงถูกทำให้ร้อนสูงสุด - สูงถึง 1,000 ° C ในวินาที - สูงกว่า 1,000 ° C เพื่อให้ได้ก๊าซไพโรไลซิสจำนวนมาก ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงส่วนใหญ่จะใช้เป็นหลัก
เมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ในสภาพแวดล้อมที่สูงถึง 800 °C จะได้รับก๊าซจำนวนมากที่มีค่าความร้อนต่ำ นอกจากนี้ ในกรณีนี้ โค้กและเรซินเหลวจำนวนค่อนข้างน้อย
ที่เหมาะสมที่สุดคือการรับก๊าซไพโรไลซิสที่อุณหภูมิ 900 ถึง 1,000 °C ในกรณีนี้ มีเปอร์เซ็นต์สูงสุดของการผลิตอยู่แล้ว ในกรณีนี้ ก๊าซที่ได้จากวิธีนี้จะมีค่าความร้อนต่ำสุด ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวถือเป็นเชื้อเพลิงคุณภาพสูง เหมาะสำหรับการขนส่งในระยะทางไกล
เมื่อเชื้อเพลิงเผาไหม้ที่อุณหภูมิระหว่าง 450 ถึง 500 °C ผลผลิตจะต่ำมากทั้งในของแข็งและก๊าซ อย่างไรก็ตาม อย่างหลังไม่ได้คุณภาพสูง เพราะมันมีค่าความร้อนสูงสุด
ใช้แก๊สที่ไหน
กระบวนการไพโรไลซิสช่วยให้ทำความร้อนในสถานที่ต่างๆ ได้หลายชนิดโดยสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยที่สุด นอกจากนี้ เมื่อใช้ปฏิกิริยานี้ สิ่งแวดล้อมจะสะอาดอยู่เสมอ แต่ก๊าซไพโรไลซิสจะเกิดขึ้นที่ไหนระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจน?
ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ในปัจจุบันถือว่าทั่วโลกเป็นแหล่งพลังงานความร้อนทางเลือกที่ประหยัด ในบางประเทศในยุโรป ก๊าซไพโรไลซิสเป็นเรื่องธรรมดามานานแล้วเชื้อเพลิงที่ใช้โดยอุปกรณ์ที่ทำให้น้ำร้อน (สำหรับระบบทำความร้อนและน้ำร้อน) ไฟฟ้า ไอน้ำ
หม้อไอน้ำ
ตั้งแต่สมัยโบราณ ผู้คนได้ทำให้บ้านของพวกเขาร้อนขึ้นโดยใช้เตาธรรมดาที่ใช้ไม้และถ่านหิน ต่อมาบ้านเรือนต่าง ๆ เริ่มติดตั้งหม้อไอน้ำเชื้อเพลิงแข็งที่ทันสมัยซึ่งใช้เชื้อเพลิงชนิดเดียวกัน หน่วยดังกล่าวใช้เพื่อให้ความร้อนแก่บ้านในสมัยของเรา มีราคาไม่แพงและสำหรับการติดตั้งไม่จำเป็นต้องได้รับใบอนุญาตในหลายกรณี อย่างไรก็ตาม หม้อไอน้ำเชื้อเพลิงแข็งแบบธรรมดามีข้อเสียอย่างหนึ่งที่ค่อนข้างร้ายแรง พวกเขาใช้เชื้อเพลิงอย่างไม่ประหยัดอย่างยิ่ง สารตกค้างจากการเผาไหม้จำนวนมากยังคงอยู่ในห้องของหน่วยดังกล่าว นอกจากนี้ ส่วนหนึ่งของความร้อนที่เกิดจากอุปกรณ์ดังกล่าวเพียงแค่บิน "ปล่องไฟ" ไปพร้อมกับควัน
วิศวกรที่ตัดสินใจแก้ไขหม้อต้มเชื้อเพลิงแข็งจำนวนลบนี้ และในที่สุดก็มีหน่วยทำความร้อนแบบไพโรไลซิสที่ประหยัดและใช้งานง่าย ในหม้อไอน้ำดังกล่าว มีห้องเพิ่มเติมที่มีการเผาไหม้ก๊าซไพโรไลซิสภายหลังการเผา
ปฏิกิริยาโดยรวมของพันธุ์นี้เกิดจากการขาดออกซิเจนอย่างแรง (15%) ไม้หรือเชื้อเพลิงอื่นๆ ในอุปกรณ์ประเภทนี้จะแตกตัวเป็นก๊าซและมีสารอนินทรีย์ตกค้างจำนวนเล็กน้อย สำหรับก๊าซไพโรไลซิส อุณหภูมิการเผาไหม้ใน Afterburner สามารถสูงถึง 110-1200 °C
ใช้น้ำมันที่ไหนอีก
ไพโรไลซิสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายจึงได้รับในระบบทำความร้อนและน้ำร้อนปฏิกิริยานี้ใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน:
- ในอุตสาหกรรมแปรรูป
- ในสารเคมี;
- ตอนฆ่าเชื้อ
บางครั้งก๊าซไพโรไลซิสก็ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับอุปกรณ์ประเภทต่างๆ หรือรถยนต์ตามที่กล่าวไปแล้ว
โรงผลิตก๊าซ
อุปกรณ์ประเภทนี้ใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงไพโรไลซิสคุณภาพสูง ซึ่งในบางกรณี สามารถทดแทนได้ เช่น ก๊าซธรรมชาติแบบดั้งเดิม การติดตั้งดังกล่าวเป็นเตาหลอมแบบสุญญากาศพร้อมการจ่ายอากาศที่ปรับได้ ปล่องไฟของอุปกรณ์ประเภทนี้อาจถูกปิดกั้น
รับก๊าซไพโรไลซิสในการติดตั้งดังนี้:
- บังคับอากาศเข้าไปในเตาเผาผ่านปั๊ม
- หลังจากให้ความร้อนแก่เนื้อหาของการติดตั้งจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด การจ่ายอากาศจะหยุดลง
- ควันดำหนาแน่นที่ออกมาจากเครื่องทำความสะอาดเขม่าโดยใช้พายุไซโคลน
- ขจัดไอน้ำออกจากก๊าซไพโรไลซิสเพื่อเพิ่มอุณหภูมิการเผาไหม้ (ผ่านเครื่องทำความเย็น)
- ก๊าซถูกป้อนเข้าไปในตัวกรองละเอียด ซึ่งออกแบบให้ประกอบด้วยถังเก็บน้ำ การติดตั้งไฟฟ้าสถิต และตลับกระดาษแข็ง
การทำให้บริสุทธิ์ของก๊าซไพโรไลซิสก่อนใช้ในอุตสาหกรรม และบางครั้งในชีวิตประจำวัน จะต้องดำเนินการโดยไม่ล้มเหลว อนุภาคของแข็งและสารเคมีเจือปนทุกชนิดอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายวิ่งด้วยเชื้อเพลิงประเภทนี้ นอกจากนี้ ตัวอย่างเช่น ก๊าซไพโรไลซิสสามารถสูบเข้าไปในกระบอกสูบได้
ใช้เชื้อเพลิงจากเครื่องกำเนิดแก๊สที่บ้าน
การติดตั้งประเภทนี้มักใช้ในการผลิต แต่บางครั้งพวกเขาก็ซื้อเพื่อบ้านส่วนตัว การรับก๊าซไพโรไลซิสที่บ้านเป็นเรื่องง่าย ช่างฝีมือบางคนมักจะทำเครื่องกำเนิดแก๊สด้วยมือของพวกเขาเอง
ก๊าซที่ได้จากการติดตั้งในประเทศสามารถนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น บ่อยครั้ง ผู้ค้าเอกชนเชื่อมต่อเตาธรรมดากับเครื่องกำเนิดแก๊ส การเผาไหม้ของก๊าซไพโรไลซิสนั้นไม่รุนแรงเท่าก๊าซธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม การใช้เตาตามวัตถุประสงค์ก็ยังค่อนข้างสะดวก
ตัวอย่างเช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอัตโนมัติมักจะเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดก๊าซในชีวิตประจำวัน เมื่อจ่ายออกซิเจนโดยใช้ก๊าซธรรมชาติ อุณหภูมิเปลวไฟในอุปกรณ์ดังกล่าวจะสูงถึง 2000 °C
ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ที่บ้านสามารถใช้ก๊าซไพโรไลซิสเป็นเชื้อเพลิงรถยนต์ได้ สำหรับแอปพลิเคชันดังกล่าว เครื่องยนต์ของเครื่องจักรจะต้องได้รับการแก้ไขเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ในขณะเดียวกันทั้งเครื่องยนต์เบนซินและดีเซลก็สามารถใช้เชื้อเพลิงดังกล่าวได้ ก๊าซดังกล่าวใช้ที่บ้าน มักใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
คุณสมบัติแอปพลิเคชั่น
ดังนั้น ก๊าซไพโรไลซิสจึงมีระดับการถ่ายเทความร้อนต่ำกว่าธรรมชาติหรือของเหลวเล็กน้อย ดังนั้นสำหรับการทำงานที่ถูกต้องของความร้อนประเภทต่างๆและเครื่องใช้ในครัวเมื่อใช้งานเพื่อการเผาไหม้ที่เหมาะสมและเข้มข้นยิ่งขึ้นจำเป็นต้องเพิ่มอุปทาน
ในอุปกรณ์ครัว สามารถเจาะหัวฉีดได้ เช่น เตาเผาก๊าซไพโรไลซิสในกรณีนี้จะทำงานในลักษณะเดียวกับก๊าซธรรมชาติ นั่นคือความเข้มข้นของการเผาไหม้เชื้อเพลิงจะเท่ากัน นอกจากนี้ ในการถ่ายโอนอุปกรณ์ประเภทต่าง ๆ ไปยังก๊าซประเภทอื่น เฟิร์มแวร์ของอุปกรณ์นั้นมักจะมีการเปลี่ยนแปลง ในรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงดังกล่าว ระบบเชื้อเพลิงจะถูกแทนที่โดยสมบูรณ์
เครื่องเผาไม้
ในสหภาพโซเวียตช่วงต้นทศวรรษ 1920 มีการใช้รถบรรทุกก๊าซอย่างแพร่หลาย ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เรายังทำการทดสอบเพื่อแข่งขันกับรถยนต์ดังกล่าวในประเทศของเรา
เครื่องยนต์เครื่องกำเนิดก๊าซเครื่องแรกสำหรับรถยนต์ในสหภาพโซเวียตของเราได้รับการติดตั้งโดยศาสตราจารย์ V. S. Naumov ในปี 1927 ในปี 1928 สถาบันวิทยาศาสตร์ยานยนต์และรถแทรกเตอร์เริ่มออกแบบรถยนต์ดังกล่าวในรัสเซีย ผู้เชี่ยวชาญของสถาบันนี้ได้ทำการทดลองกับเครื่องจักรต่างประเทศ "Imbert-Dietrich" และ "Pip"
เครื่องกำเนิดก๊าซ NATI-1 เครื่องแรกที่สร้างขึ้นในประเทศของเรานั้นใช้ไม้ธรรมดา ในปีพ.ศ. 2475 ได้มีการสร้างการติดตั้ง NATI-3 ซึ่งออกแบบมาสำหรับเรือยนต์ ในเวลาเดียวกัน เครื่องกำเนิดก๊าซรถยนต์เครื่องแรกก็ปรากฏขึ้นในรัสเซีย ซึ่งสร้างขึ้นโดยได้รับการสนับสนุนจากสังคม Avtodor ได้รับชื่อ "Avtodor-1" ต่อมาได้มีการพัฒนาการติดตั้งขั้นสูงประเภทนี้หลายครั้งในสหภาพโซเวียต องค์ประกอบของก๊าซไพโรไลซิสที่ได้จากพวกมันใช้งานจริงคุณภาพสูงมาก ยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงนี้ขึ้นชื่อในด้านความน่าเชื่อถือ ประสิทธิภาพที่เหนือกว่า และอายุการใช้งานที่ยาวนาน
ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง รถบรรทุกก๊าซ ZIS-5 และ GAZ-AA ถูกใช้อย่างแข็งขันที่ด้านหน้าและด้านหลังในสหภาพโซเวียต เมื่อสิ้นสุดสงคราม รถยนต์ประมาณ 200,000 คันที่ใช้เครื่องยนต์ก๊าซไพโรไลซิสได้เริ่มดำเนินการในประเทศแล้ว
แน่นอนว่าการใช้เชื้อเพลิงดังกล่าวมีสาเหตุหลักมาจากการขาดแคลนผลิตภัณฑ์น้ำมันในประเทศในขณะนั้น อย่างไรก็ตาม ไม่ควรคิดว่ามีการใช้ก๊าซไพโรไลซิสเพียงเพราะขาดดุลงบประมาณของรัฐเท่านั้น เชื้อเพลิงดังกล่าวในสมัยนั้นถือว่าค่อนข้างมีประสิทธิภาพและมีแนวโน้มดีและไม่เพียงใช้ในรัสเซียเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ในช่วงทศวรรษที่ 20-30 ของศตวรรษที่ผ่านมา ยานเกราะไพโรไลซิสเริ่มแพร่หลายในประเทศต่างๆ เช่น ฝรั่งเศส เยอรมนี บริเตนใหญ่ ฟินแลนด์ และสวีเดน นอกจากนี้ เครื่องจักรที่ใช้ก๊าซดังกล่าวยังใช้กันอย่างแพร่หลายในบางประเทศในเอเชีย ตัวอย่างเช่น รถยนต์ประเภทนี้ประสบความสำเร็จในการดำเนินการในเวลานั้นในจีน ญี่ปุ่น และอินเดีย
ภูมิหลังทางประวัติศาสตร์
ไพโรไลซิสไม้เป็นหนึ่งในกระบวนการทางเคมีแรกๆ ที่ผู้คนเริ่มใช้งานอย่างจริงจัง ตัวอย่างเช่น ในรัสเซีย ปฏิกิริยาดังกล่าวถูกใช้อย่างแพร่หลายตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษที่ 12 สำหรับการผลิตเรซินจากต้นสน ส่วนหลังถูกนำมาใช้เพิ่มเติมสำหรับการชุบเชือกเช่นเดียวกับการแปรรูปเรือในแม่น้ำและทะเล ในระดับอุตสาหกรรม ชาวสวีเดนเป็นคนแรกที่ใช้ไพโรไลซิสในการชุบไม้ ในประเทศนี้ ปฏิกิริยาดังกล่าวก็เช่นกันใช้ทำเรซินชุบ
เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โรงเรียนไพโรไลซิสไม้ที่ดีที่สุดในโลกบางแห่งได้ก่อตั้งขึ้นในรัสเซีย แน่นอนว่าสาเหตุหลักมาจากความจริงที่ว่าป่าจำนวนมากเติบโตในอาณาเขตของประเทศของเรา ก่อนการใช้ก๊าซธรรมชาติ เราในรัสเซียมีอุปกรณ์ผลิตก๊าซที่มีประสิทธิภาพติดตั้งอยู่ในสถานประกอบการหลายแห่ง การติดตั้งดังกล่าวถูกใช้มาเป็นเวลานานก่อนที่จะมีการติดตั้งก๊าซธรรมชาติ
แน่นอน ต่อมาอุปกรณ์ดังกล่าวถูกประกาศว่าล้าสมัย เครื่องกำเนิดก๊าซถูกนำออกจากโรงงาน และจนถึงขณะนี้น่าเสียดายที่ไพโรไลซิสเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกประเภทประหยัดซึ่งแตกต่างจากประเทศในยุโรปยังไม่แพร่หลายในสหพันธรัฐรัสเซีย อย่างไรก็ตาม เชื้อเพลิงประเภทนี้ในรัสเซียในปัจจุบันได้รับการยอมรับว่ามีแนวโน้มดีทีเดียว ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่าในอนาคตอันใกล้นี้ก๊าซไพโรไลซิสจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในประเทศของเรา อย่างไรก็ตาม การใช้เชื้อเพลิงดังกล่าวไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดเงิน แต่ยังช่วยรักษาสิ่งแวดล้อมอีกด้วย
