Le phénomène de pyrolyse accompagne toujours la combustion de combustibles solides dans les fours de chauffage et les chaudières. L'ampleur du processus dépend de deux facteurs - le mode de combustion et la conception de la centrale thermique à domicile. Nous offrons un regard détaillé sur la pyrolyse du bois ou du charbon, les options pour son utilisation dans des conditions industrielles et domestiques. L'objectif est de dissiper les mythes inventés par les vendeurs et les artisans des équipements coûteux de «pyrolyse» destinés à chauffer les habitations privées.
Qu'est-ce que la pyrolyse - description du processus
Théoriquement, toute substance, y compris les composés carbonés contenant de l'hydrogène, peut être brûlée, par exemple:
- charbon;
- le gaz naturel (méthane, propane, etc.);
- biomasse - fraîche, sèche;
- produits du bois, cellulose, bois ordinaire;
- divers types de plastiques;
- caoutchouc de caoutchouc naturel ou artificiel;
- l'huile, ses dérivés;
- autres déchets contenant du carbone.
À la sortie, obtenez une certaine quantité d'énergie thermique, en fonction de la teneur en humidité initiale de la masse brûlée. Pour décrire les processus, nous utilisons la formule chimique:
La combustion est une réaction d'oxydation rapide. Dans des conditions idéales, chaque atome de carbone se combine avec deux particules d'oxygène et 2 atomes d'hydrogène interagissent avec 1 particule d'oxygène. En conséquence, des composés inoffensifs se forment - dioxyde de carbone CO2 et de l'eau. Ce dernier s'évapore sous l'effet de la chaleur, évacuant une partie de la chaleur dégagée.
Un point important. En conditions réelles, tous les atomes d'hydrogène et de carbone ne trouvent pas de partenaire en raison d'un manque de molécules d'oxygène. Par conséquent, la composition des produits de combustion comprend une petite fraction de composés combustibles nocifs - monoxyde de carbone (CO), hydrogène libre (N2) et de carbone sous forme de suie.
La pyrolyse est une réaction de décomposition d'une substance qui se produit lorsqu'elle est chauffée et manque d'oxygène libre. Le principe indiqué est utilisé dans les unités de production de gaz:
- Le combustible (en particulier le bois) est placé à l'intérieur d'une cuve métallique fermée - réacteur.
- La capacité est chauffée à l'extérieur à 500 ... 900 degrés, par des ouvertures spéciales - tuyères, une quantité d'air mesurée est fournie.
- Sous l'influence de températures élevées, la substance se décompose en 3 composants principaux - monoxyde de carbone (CO), hydrogène (N2) et des résidus de carbone solide ou liquide. Une petite quantité de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau se forme en parallèle.
- Les produits volatils constituent le gaz de pyrolyse - un mélange combustible d'hydrogène et de monoxyde de carbone, laissant le réservoir par une conduite séparée. Le combustible gazeux libéré est nettoyé, refroidi, puis pompé dans le réservoir.
Référence. Dans les conditions de production, le gaz de synthèse résultant est envoyé pour chauffer la même capacité du générateur de gaz.
La combustion et la pyrolyse sont deux processus différents qui peuvent se produire simultanément. Exemple: lors d'une combustion intense de bois de chauffage, une petite quantité de monoxyde de carbone, un CO inoffensif, se forme dans la chaudière2 beaucoup plus grand. Et vice versa, dans le régime fumant du bois de chauffage, beaucoup d'hydrogène et de fumées sont libérés, dont une partie parvient à se transformer en CO2 - s'oxyder. Autrement dit, tout dépend de la quantité d'oxygène impliquée dans la réaction.
L'effet d'une forte humidité
La teneur élevée en humidité du matériau de départ affecte également les réactions de combustion et de pyrolyse. Prenons l'exemple des processus de combustion du bois:
- Lors de la combustion, l'énergie libérée est dépensée pour évaporer l'eau contenue dans le bois. La quantité de chaleur à la sortie est considérablement réduite, le carburant est gaspillé.
- L'humidité ralentit considérablement la décomposition thermique d'une substance.L'eau évaporée participe à la chaleur dépensée pour le chauffage, la température requise (minimum 500 ° C) n'est pas atteinte. La pyrolyse du bois contenant plus de 50% d'humidité est presque impossible.
Le meilleur indicateur d'humidité pour une combustion ou une décomposition fructueuse du bois dans un générateur de gaz est de 8 ... 15%. À la maison, il n'est pas réaliste d'atteindre de tels indicateurs, le séchage prolongé du bois de chauffage sous un auvent vous permet d'atteindre une teneur en humidité de 20 à 25%.
Référence. Dans la fabrication de pastilles de combustible et de briquettes à l'usine, la sciure de bois est séchée à un indicateur de 8 à 10%. L'humidité maximale des granulés finis est de 15%.
Pourquoi utiliser la décomposition thermique
La portée des procédés pyrolytiques est assez large:
- Production de propylène et d'éthylène pour l'industrie chimique par le traitement de charges d'hydrocarbures liquides (pétrole).
- Obtention de charbon de bois par la méthode de décomposition sans oxygène des déchets de menuiserie.
- Le même processus technologique, mais avec une alimentation en air limitée, permet la génération de gaz de synthèse combustible à partir d'un arbre - un mélange de méthane, d'hydrogène, de monoxyde de carbone et d'azote neutre.
- La pyrolyse du charbon - brun et pierre - toute une zone de traitement. Les composés résultants sont l'essence synthétique, le coke, l'ammoniac et le goudron de houille. Le toluène, le benzène, le naphtalène et divers phénols utilisés dans l'industrie chimique sont extraits de cette dernière.
- Nouveaux développements - utilisation commerciale des déchets solides municipaux, pneus de voiture, plastiques, matières organiques.
Remarque. Les méthodes les plus connues pour utiliser les réactions pyrolytiques sont répertoriées ici. En réalité, il existe de nombreux autres cas d'utilisation. Wikipedia affirme que les processus de pyrolyse ne sont pas entièrement compris, de nombreux projets sont en cours de développement.
Pour la décomposition thermique, des fours de pyrolyse et divers réacteurs sont utilisés dans l'industrie. Le diagramme ci-dessus montre un générateur de gaz qui transforme les déchets de bois et la sciure en combustible gazeux. Le rôle principal ici est joué par le réacteur de distillation sèche directe, où les matières premières préparées sont transformées en gaz de synthèse par combustion lente.
Une nuance importante. Avant d'être chargé dans un four de pyrolyse ou un générateur de gaz, le bois est toujours broyé et séché à une teneur en humidité de 10% ou moins.
En chimie industrielle, la technologie de pyrolyse rapide est également utilisée, lorsque le réacteur est chauffé à une température de 700 ... 900 ° C pendant une courte période. L'objectif est d'augmenter la productivité des équipements et d'accélérer le traitement.
Usage domestique
Au niveau des ménages, la pyrolyse aide à résoudre les problèmes suivants:
- nettoyer le four ou la friteuse des dépôts graisseux collants qui ne peuvent pas être enlevés mécaniquement;
- la production de charbon de bois;
- chauffage d'une maison privée avec chaudière à pyrolyse.
La meilleure méthode pour nettoyer la casserole est de la placer dans le four, de régler la température à 200 ... 250 ° C et de laisser reposer pendant une demi-heure. Sans accès à l'oxygène, la destruction des sédiments se produira, il ne restera que des cendres et la hotte aspirera les gaz de pyrolyse.
Référence. Il existe des modèles de fours avec fonction de nettoyage pyrolytique intégrée. A la fin de la "torréfaction", il ne reste plus qu'à essuyer les surfaces internes et à jeter les cendres résultantes.
Le charbon de bois est utilisé pour faire frire le barbecue, la forge et à des fins plus exotiques - faire le plein d'un générateur de gaz automobile (comment cela fonctionne, lu dans un matériau séparé). La méthode d'obtention - brûler les déchets de bois à l'intérieur d'un conteneur fermé, c'est-à-dire une pyrolyse lente.
Nous proposons d'analyser en détail les problèmes liés aux générateurs de chaleur à pyrolyse du bois.
Mythes sur les chaudières à pyrolyse TT
La principale différence structurelle entre un générateur de gaz et une chaudière à combustion directe traditionnelle est de 2 chambres au lieu d'une.Une buse en céramique est disposée entre les deux chambres d'incendie; l'air est forcé par un ventilateur. Les parois métalliques de l'unité de pyrolyse sont protégées par un revêtement en brique réfractaire. Comment fonctionne-t-il:
- Du bois de chauffage ou du charbon est déposé dans la chambre supérieure (principale) et incendié.
- L'automatisation démarre le ventilateur d'appoint.
- Lorsque la température dans le foyer monte à 500 degrés, la libération des gaz de pyrolyse commence.
- Emportés par le flux général des produits de combustion, ces composés volatils pénètrent dans la chambre secondaire inférieure, où ils sont brûlés en présence d'oxygène (soi-disant).
En fait, le gaz de synthèse résultant commence à brûler même dans le four primaire, car le ventilateur fournit de l'air en excès. Seule une torche de flamme est dirigée vers la deuxième chambre ... et c'est tout. De plus, les produits de combustion traversent les caloducs de l'échangeur de chaleur, chauffent le liquide de refroidissement et s'envolent dans la cheminée.
Une addition. Il existe une autre conception de radiateurs - sans ventilateur, la chambre secondaire est située en haut. Du point de vue de la pyrolyse, le concept est inopérant, l'unité fonctionne comme une chaudière à eau chaude au bois ordinaire, bien qu'elle coûte deux fois plus cher que ses homologues classiques.
Les partisans des générateurs de chaleur à pyrolyse (tels que les fabricants de cet équipement, les vendeurs et les artisans amateurs) attribuent les avantages suivants à leurs chaudières TT:
- le combustible est brûlé complètement, le reste dans le cendrier est pratiquement nul;
- durée de combustion - 10 heures ou plus;
- faible quantité d'émissions nocives dans l'atmosphère;
- rendement élevé grâce à un rendement de 86 ... 90% (indicateurs des fabricants) par rapport aux chaudières traditionnelles avec un rendement de 75%.
Essayons de déterminer la véracité de ces déclarations. Le premier moment: si le foyer est chargé de bois sec (tel que requis selon les instructions d'utilisation du poêle), les cendres fines resteront après la combustion. Le flux d'air créé par le ventilateur et accéléré dans la buse souffle simplement un léger résidu dans la cheminée.
Le résultat est un cendrier presque vide, une illusion de combustion complète. Si vous posez du bois sec dans une chaudière TT turbocompressée classique, vous obtenez un résidu similaire - un peu de cendre au fond. Autrement dit, l'exhaustivité de la combustion dépend de la qualité du combustible et non de la conception du générateur de chaleur.
Commentaire. La pose de bois de chauffage brut avec une humidité de plus de 50% donnera un résultat négatif dans n'importe quelle chaudière. Envisager de telles options est inutile.
Donnez brièvement des réponses aux autres déclarations:
- Le temps de combustion de 10 à 12 heures correspond à la réalité. Une autre chose est que l'indicateur est atteint en raison de la taille de la chambre à carburant (100 litres ou plus), où beaucoup de bois de chauffage est placé. La pyrolyse n'a absolument rien à voir avec cela.
- L'assurance environnementale de la chaudière est vraie. Le ventilateur pompe l'excès d'air; très peu de gaz toxiques se forment. En mode veille, l'oxygène ne pénètre pas dans le four, le bois de chauffage brûle lentement et la quantité d'émissions nocives augmente.
- L'efficacité de la chaudière de 90% est un conte de fées. En mode combustion active, le principe de fonctionnement de la chaudière est similaire aux versions turbocompressées des unités traditionnelles, dont le rendement ne dépasse pas 75%. Lorsque le ventilateur est éteint, la flamme s'éteint, les braises émettent peu de chaleur.
Conclusion. L'acquisition d'un modèle générateur de gaz d'une chaudière à combustible solide est une entreprise très douteuse. L'unité est trois fois plus chère que les versions régulières et deux fois plus lourde en raison de la doublure. Les générateurs de chaleur faits maison, en règle générale, sont plus fiables et moins chers que ceux d'origine, mais sont trop encombrants. En termes d'efficacité et d'autres caractéristiques, ils ne surpassent pas les chaudières TT classiques avec un contrôle de traction de turbine ou de chaîne.
Un praticien expert bien connu confirmera notre opinion dans sa vidéo:
Conclusion
En général, la pyrolyse est un phénomène plutôt utile qui est largement utilisé en chimie industrielle.Au niveau des ménages, les procédés pyrolytiques sont rarement utilisés, bien que la génération de gaz combustibles se produise dans tout poêle à bois ou chaudière. Il est donc inutile d'acheter des modèles de pyrolyse coûteux.