Nhu cầu sử dụng nhiên liệu tiết kiệm đã quá hạn từ lâu trên thế giới. Ví dụ, khí nhiệt phân đã được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu ngày nay. Tất cả các loại thiết bị nhà bếp, hệ thống sưởi và thậm chí cả ô tô đều có thể chạy bằng nhiên liệu như vậy.
Định nghĩa
Thực ra, theo khái niệm "nhiệt phân", các nhà hóa học hiểu sự phân hủy của một chất ở cấp độ phân tử dưới tác động của nhiệt độ cao, thường là trong điều kiện không có không khí. Các hợp chất phức tạp trong điều kiện như vậy sẽ phân hủy thành các hợp chất đơn giản hơn. Trong trường hợp này, nhiều loại nguyên tố mới được hình thành trong môi trường. Về cơ bản, nhiệt phân là một quá trình chưng cất khô thông thường.
Khí từ củi
Khi đốt cháy nhiên liệu ở nhiệt độ cao trong môi trường không có oxy, các sản phẩm cháy sau đây được tạo thành:
- khí nhiệt phân;
- nhựa nhiệt phân (sản phẩm lỏng).
Sản phẩm đầu tiên trong danh sách có tính năng cũng có thể được hình thành trong quá trình đốt cháy nhiên liệu trong môi trường oxy. Tuy nhiên, trong trường hợp này, chỉ có thể thu được khí khi đốt cháy nhiên liệu ở nhiệt độ không thấp hơn 500 ° C.
Sản phẩm nào dùng được
Nồi hơi nhiệt phân trong gia đình có thể chạy trên gỗ thông thường hoặc pallet đặc biệt, ví dụ, từ mùn cưa hoặc dăm gỗ ép. Nhiều loại rác thải sinh hoạt và rác thải công nghiệp cũng có thể bị nhiệt phân. Nó được đốt cháy theo cách tương tự, ví dụ như cao su, lốp xe ô tô cũ, nhựa, đồ cũ, vv Trong trường hợp này, nhiệt phân không chỉ cho phép thu được một lượng nhiệt nhất định mà còn giữ cho môi trường trong sạch. Rốt cuộc, như bạn biết, nhựa không phân hủy trong lòng đất trong một thời gian dài. Các loại vật liệu chứa dầu khác nhau gây ô nhiễm cho cả bản thân đất và các nguồn nước.
Cũng có thể được đốt theo cách tương tự:
- giấy, bìa cứng, hàng dệt;
- mêtan;
- hydrocacbon;
- than bùn;
- gỗ hàng hóa (bao gồm cả gỗ đã ngâm tẩm hóa chất);
- rơm, lá, vỏ hạt, cỏ dại.
Ngoài ra, cặn sơn, dầu, … có thể được tái chế thông qua phản ứng nhiệt phân, điều này cũng giúp giữ cho môi trường trong sạch.
Thành phần
Khí nhiệt phân thu được chứa rất nhiều vật chất dạng hạt, thường ở dạng muội than. Nó cũng chứa nhiều loại thành phần hóa học khác nhau, ví dụ, hydro. Tuy nhiên, chínhthành phần của khí bị nhiệt phân vẫn như sau:
- hydrocacbon dễ bay hơi;
- carbon monoxide.
Rất nguy hiểm cho sức khỏe con người và thậm chí là tính mạng của họ, CO trong phản ứng như vậy được hình thành do quá trình đốt cháy than củi không hoàn toàn.
Các loại nhiệt phân
Hiện tại, chỉ có hai loại phản ứng chính. Nhiệt phân có thể là:
- khô;
- oxy hóa.
Lần lượt, loại phản ứng đầu tiên được chia thành:
- nhiệt độ thấp;
- nhiệt độ cao.
Khí được tạo ra như thế nào: nhiệt phân oxy hóa
Phản ứng này hiện được gọi là thân thiện với môi trường và hiệu quả nhất. Trong trường hợp này xảy ra nhiệt phân ở nhiệt độ rất cao. Ví dụ, khi metan được đốt cháy theo cách này, một tỷ lệ oxy nhất định sẽ được trộn với nó. Với sự đốt cháy một phần, chất trong trường hợp này giải phóng một lượng năng lượng rất lớn. Kết quả là, phần còn lại của hỗn hợp được nung đến nhiệt độ 16000 ° C.
Phản ứng nhiệt phân oxy hóa chủ yếu được sử dụng để đốt các vật liệu công nghiệp khác nhau có chứa dầu, cũng như nhựa và cao su. Ví dụ, khí gas trong trường hợp này có thể dùng để sưởi ấm các cửa hàng của chính công ty xử lý chất thải.
Nhiệt phân khô
Phản ứng này xảy ra mà không có sự tham gia của oxy và như đã đề cập, lần lượt, có thể ở nhiệt độ thấp hoặc cao. Trong trường hợp đầu tiênnhiên liệu được làm nóng tối đa - lên đến 1000 ° C, trong giây thứ hai - trên 1000 ° C. Để thu được một lượng lớn khí tự nhiệt phân, người ta chủ yếu dùng các phản ứng ở nhiệt độ cao.
Khi đốt cháy nhiên liệu trong môi trường lên đến 800 ° C, thu được khá nhiều khí có nhiệt trị thấp. Cũng trong trường hợp này, một lượng khá nhỏ than cốc và nhựa lỏng vẫn còn.
Thích hợp nhất là thu được khí nhiệt phân ở nhiệt độ 900 đến 1000 ° C. Trong trường hợp này, đã có một tỷ lệ phần trăm sản lượng tối đa của nó. Trong trường hợp này, khí thu được theo cách này có nhiệt trị nhỏ nhất. Trong số những thứ khác, một sản phẩm như vậy được coi là nhiên liệu chất lượng cao, thích hợp cho việc vận chuyển trên quãng đường dài.
Khi đốt cháy nhiên liệu ở nhiệt độ từ 450 đến 500 ° C, lượng cặn rắn và khí thải ra rất thấp. Tuy nhiên, cái sau không có chất lượng cao vì nó có nhiệt trị lớn nhất.
Nơi có thể sử dụng gas
Vì vậy, quá trình nhiệt phân cho phép đốt nóng nhiều loại cơ sở với mức tiêu hao nhiên liệu ít nhất. Ngoài ra, bằng cách sử dụng phản ứng này, môi trường được giữ sạch. Nhưng khí nhiệt phân được tạo thành trong quá trình đốt cháy nhiên liệu trong môi trường không có oxy có thể được sử dụng ở đâu?
Sản phẩm đốt cháy này ngày nay được toàn thế giới coi là nguồn năng lượng nhiệt kinh tế thay thế. Ở một số nước Châu Âu, khí nhiệt phân từ lâu đã trở nên phổ biếnnhiên liệu được sử dụng bởi thiết bị làm nóng nước (cho hệ thống sưởi ấm và nước nóng), điện, hơi nước.
Nồi hơi
Từ xa xưa, mọi người đã sưởi ấm nhà của họ bằng cách sử dụng bếp thông thường hoạt động bằng củi và than. Sau đó, các ngôi nhà bắt đầu được trang bị nồi hơi đốt nhiên liệu rắn hiện đại hoạt động trên cùng một loại nhiên liệu. Các đơn vị như vậy được sử dụng để sưởi ấm ngôi nhà trong thời đại của chúng ta. Chúng không đắt và để lắp đặt chúng không cần thiết phải xin giấy phép trong nhiều trường hợp. Tuy nhiên, lò hơi đốt nhiên liệu rắn thông thường có một nhược điểm khá nghiêm trọng. Chúng tiêu thụ nhiên liệu cực kỳ không kinh tế. Rất nhiều cặn cháy vẫn còn trong các buồng của các đơn vị như vậy. Ngoài ra, một phần nhiệt do thiết bị như vậy tạo ra chỉ đơn giản là bay "xuống ống khói" cùng với khói.
Các kỹ sư đã quyết định sửa chữa điểm trừ này của nồi hơi đốt nhiên liệu rắn, và cuối cùng đã đưa ra các thiết bị gia nhiệt nhiệt phân tiết kiệm và dễ sử dụng. Trong những nồi hơi như vậy, cùng với những thứ khác, có những khoang bổ sung để diễn ra quá trình đốt cháy khí nhiệt phân.
Phản ứng trong các tập hợp của giống này diễn ra khi thiếu oxy mạnh (15%). Gỗ hoặc bất kỳ nhiên liệu nào khác trong loại thiết bị này phân hủy thành khí và một lượng nhỏ cặn vô cơ. Đối với khí nhiệt phân, nhiệt độ cháy trong chất đốt sau có thể lên đến 110-1200 ° C.
Khí đốt ở đâu khác được sử dụng
Nhiệt phân được sử dụng rộng rãi nhất, do đó, được sử dụng trong các hệ thống sưởi ấm và đun nước. Ngoài ra phản ứng này được sử dụng rộng rãi:
- trong công nghiệp chế biến;
- trong hóa chất;
- khi khử trùng.
Đôi khi khí nhiệt phân ngày nay cũng được sử dụng làm nhiên liệu cho các loại thiết bị hoặc ô tô như đã đề cập.
Nhà máy tạo khí
Thiết bị loại này được sử dụng để sản xuất nhiên liệu nhiệt phân chất lượng cao, trong một số trường hợp có thể thay thế, ví dụ, khí tự nhiên truyền thống. Việc lắp đặt như vậy là các lò kín với nguồn cung cấp không khí có thể điều chỉnh được. Ống khói của loại thiết bị này, trong số những thứ khác, có thể bị tắc.
Nhận khí nhiệt phân trong các cách lắp đặt như sau:
- Đẩy không khí vào lò thông qua một máy bơm.
- Sau khi làm nóng nội dung của cài đặt đến một nhiệt độ nhất định, việc cung cấp không khí sẽ bị dừng lại.
- Khói đen dày đặc thoát ra từ thiết bị được làm sạch muội than bằng lốc xoáy.
- Loại bỏ hơi nước khỏi khí nhiệt phân để tăng nhiệt độ cháy của nó (đi qua bộ làm mát).
- Khí được đưa vào bộ lọc tinh, thiết kế của bộ lọc này bao gồm một bình chứa nước, lắp đặt tĩnh điện và hộp các tông.
Làm sạch khí nhiệt phân trước khi sử dụng chúng trong công nghiệp, và đôi khi trong cuộc sống hàng ngày, phải được thực hiện liên tục. Các hạt rắn và tất cả các loại tạp chất hóa học có thể gây hư hỏng thiết bị,chạy bằng loại nhiên liệu này. Hơn nữa, ví dụ, khí nhiệt phân có thể được bơm vào một xi lanh.
Sử dụng nhiên liệu từ máy tạo khí đốt tại nhà
Cài đặt loại này thường được sử dụng nhiều nhất, tất nhiên, trong sản xuất. Nhưng đôi khi chúng được mua để làm nhà riêng. Lấy khí nhiệt phân tại nhà là một vấn đề tương đối đơn giản. Một số thợ thủ công thậm chí thường tự tay chế tạo máy tạo khí.
Khí thu được từ các cơ sở lắp đặt trong nước có thể được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Ví dụ, rất thường xuyên, các thương nhân tư nhân kết nối bếp lò thông thường với máy phát điện gas. Quá trình đốt cháy khí nhiệt phân không dữ dội như khí đốt tự nhiên. Tuy nhiên, việc sử dụng bếp đúng mục đích vẫn khá tiện lợi.
Ngoài ra, ví dụ, một máy phát điện tự động thường được kết nối với máy tạo khí trong cuộc sống hàng ngày. Khi cung cấp oxy bằng khí tự nhiên, nhiệt độ ngọn lửa trong thiết bị như vậy đạt tới 2000 ° C.
Như đã đề cập, tại nhà, khí nhiệt phân cũng có thể được sử dụng làm nhiên liệu ô tô. Đối với một ứng dụng như vậy, động cơ của máy sẽ chỉ cần được sửa đổi một chút. Đồng thời, cả động cơ xăng và động cơ diesel đều có thể hoạt động bằng loại nhiên liệu đó. Khí như vậy được sử dụng ở nhà, thường là trong các máy phát điện.
Tính năng ứng dụng
Như vậy, khí nhiệt phân có mức độ truyền nhiệt thấp hơn một chút so với khí tự nhiên hoặc hóa lỏng. Do đó, để vận hành chính xác các loại hệ thống sưởi vàthiết bị nhà bếp, khi sử dụng nó, để quá trình đốt cháy thích hợp và chuyên sâu hơn, cần phải tăng cường cung cấp.
Trong thiết bị nhà bếp, chẳng hạn, có thể khoan các tia phản lực để làm việc này. Lò nhiệt phân khí trong trường hợp này sẽ hoạt động giống như trên khí tự nhiên. Tức là, cường độ đốt cháy nhiên liệu sẽ giống nhau. Ngoài ra, để chuyển các loại thiết bị sang loại khí khác, phần sụn của nó thường bị thay đổi. Đối với những phương tiện vận hành bằng nhiên liệu như vậy, hệ thống nhiên liệu được thay thế hoàn toàn.
Máy đốt củi
Ở Liên Xô vào đầu những năm 1920, xe tải máy phát điện bằng khí đốt đã được sử dụng rất rộng rãi. Trong những năm đó, chúng tôi thậm chí đã tiến hành các cuộc thử nghiệm cạnh tranh đối với những chiếc xe như vậy ở nước mình.
Động cơ tạo khí đầu tiên cho ô tô ở Liên Xô được Giáo sư V. S. Naumov lắp đặt vào năm 1927. Năm 1928, Viện Máy kéo và Ô tô Khoa học bắt đầu thiết kế những chiếc xe như vậy ở Nga. Các chuyên gia của tổ chức này sau đó đã thực hiện các thí nghiệm với các máy nước ngoài "Imbert-Dietrich" và "Pip".
Máy tạo khí NATI-1 đầu tiên được chế tạo ở nước ta làm việc trên gỗ thông thường. Năm 1932, hệ thống lắp đặt NATI-3 cũng được tạo ra, được thiết kế cho một chiếc thuyền máy. Đồng thời, máy phát điện bằng khí ô tô đầu tiên xuất hiện ở Nga, được tạo ra với sự hỗ trợ của xã hội Avtodor. Nó nhận được tên "Avtodor-1". Thậm chí sau đó, một số hệ thống lắp đặt tiên tiến hơn thuộc loại này đã được phát triển ở Liên Xô. Thành phần của khí bị nhiệt phân thu được từsử dụng, thực sự có chất lượng rất cao. Xe chạy bằng nhiên liệu này đã được biết đến với độ tin cậy, hiệu suất vượt trội và tuổi thọ lâu dài.
Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, các xe tải chạy bằng khí đốt ZIS-5 và GAZ-AA đã được sử dụng tích cực ở tiền tuyến và hậu phương ở Liên Xô. Vào cuối chiến tranh, khoảng 200 nghìn xe ô tô với động cơ khí nhiệt phân đã hoạt động ở nước này.
Tất nhiên, việc sử dụng nhiên liệu như vậy chủ yếu là do thiếu các sản phẩm dầu trong nước vào thời điểm đó. Tuy nhiên, không nên nghĩ rằng khí nhiệt phân được sử dụng chỉ vì ngân sách nhà nước bị thâm hụt. Loại nhiên liệu như vậy trong những ngày đó được coi là khá hiệu quả và đầy hứa hẹn và không chỉ được sử dụng ở Nga. Ví dụ, vào những năm 20-30 của thế kỷ trước, phương tiện nhiệt phân đã trở nên phổ biến ở các nước như Pháp, Đức, Anh, Phần Lan và Thụy Điển. Ngoài ra, máy móc hoạt động bằng khí đốt như vậy đã được sử dụng rộng rãi ở một số nước châu Á. Ví dụ, những chiếc xe loại này đã được vận hành thành công vào thời điểm đó ở Trung Quốc, Nhật Bản và Ấn Độ.
Bối cảnh lịch sử
Nhiệt phân gỗ là một trong những quá trình hóa học đầu tiên bắt đầu được con người sử dụng tích cực. Ở Nga, ví dụ, một phản ứng như vậy đã được sử dụng rộng rãi vào đầu thế kỷ 12 để sản xuất nhựa thông. Sau đó, tiếp tục được sử dụng để ngâm tẩm dây thừng, cũng như để chế biến tàu sông và biển. Ở quy mô công nghiệp, người Thụy Điển là những người đầu tiên sử dụng phương pháp nhiệt phân để tẩm sấy gỗ. Ở đất nước này, phản ứng như vậy cũng làđược sử dụng để làm nhựa ngâm tẩm.
Vào đầu thế kỷ 20, một số trường học nhiệt phân gỗ tốt nhất trên thế giới đã được hình thành ở Nga. Tất nhiên, điều này chủ yếu là do có nhiều rừng mọc trên lãnh thổ nước ta. Trước khi sử dụng khí tự nhiên, chúng tôi ở Nga đã có thiết bị tạo khí mạnh được lắp đặt tại nhiều doanh nghiệp. Những cách lắp đặt như vậy đã được sử dụng trong một thời gian dài trước khi những thiết bị chạy bằng khí tự nhiên ra đời.
Tất nhiên, sau này thiết bị như vậy đã bị tuyên bố là lỗi thời. Các nhà máy sản xuất khí đốt đã bị loại bỏ khỏi các nhà máy. Và cho đến nay, thật không may, nhiệt phân như một loại nhiên liệu kinh tế thay thế, trái ngược với các nước châu Âu, vẫn chưa trở nên phổ biến ở Liên bang Nga. Tuy nhiên, loại nhiên liệu này ở Nga hiện được công nhận là khá hứa hẹn. Vì vậy, có thể trong tương lai gần khí nhiệt phân sẽ được sử dụng rộng rãi hơn rất nhiều ở nước ta. Xét cho cùng, việc sử dụng nhiên liệu như vậy không chỉ giúp tiết kiệm tiền mà còn tiết kiệm môi trường.
