1. Wstęp teoretyczny

Piroliza jest procesem przemiany materii organicznej przebiegającym w środowisku beztlenowym i w
wysokiej temperaturze. Temperatura procesu wynosi:

a)

Dla pirolizy niskotemperaturowej (tzw. wytlewanie) od 450 do 700°C

b)

Dla pirolizy wysokotemperaturowej (tzw. koksowanie) od 900 do 1100°C

Produkty pirolizy dzielą się na :

a) Części lotne (produkty gazowe takie jak wodór, tlenek węgla, lekkie węglowodory, para

wodna, dwutlenek węgla)

b) Smoły (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne i woda)
c) Karbonizat (wysokouwęglona stała pozostałość a także popiół)

Udziały poszczególnych składników zależą od takich parametrów jak temperatura procesu, prędkość
nagrzewania i chłodzenia, czasu pirolizy oraz oczywiście własności pirolizowanego materiału.

Proces jest tym skuteczniejszy im mniej uwęglony jest węgiel w pirolizowanym materiale, tzn. im
więcej ma części lotnych.

Istotnym elementem procesu pirolizy jest utrzymywanie stałej temperatury procesowej, co wymaga
dostarczania ciepła z zewnątrz. Jest to zatem proces endotermiczny.

W procesie pirolizy mogą być wykorzystywane takie odpady jak:

a) Plastiki
b) Zużyte opony
c) Wysokoenergetyczna frakcja otrzymana z odpadów
d) Wióry drzewne i biomasa

Proces pirolizy pozwala na przekształcenie trudnych w przechowywaniu i transporcie odpadów w gaz
pirolityczny o stosunkowo dobrych parametrach energetycznych.

Nieco innym procesem jest zgazowanie, które zachodzi w obecności utleniacza, jednak w ilości
niewystarczającej do spalenia substancji zgazowywanej. Zgazowaniu poddaje się materiały
organiczne takie jak węgiel, biomasa, odpady. Jako czynnik zgazowujący używane są: powietrze, para
wodna, tlen czy dwutlenek węgla.

Wartości opałowe gazu otrzymanego w tym procesie wahają się od 2-6 MJ/m

3

w przypadku użycia

powietrza jako czynnika zgazowującego, do nawet 13 MJ/m

3

przy zastosowaniu mieszanki para

wodna-tlen.

Na wartość opałową produkowanego gazu poza rodzajem czynnika zgazowującego takie parametry
jak: temperatura i ciśnienie procesu, konstrukcja zgazowarki, rodzaj zgazowywanego materiału.

Wyróżniamy dwa rodzaj zgazowania

-proces autotermiczny, czyli taki w którym reakcje egzotermiczne (np.spalanie) dostarczają
wystarczającą ilość energii aby zaszły procesy endotermiczne (rozkład, konwersja, redukcja)

-proces alotermiczny, w którym energia niezbędna do zajścia procesów jest dostarczana z
zewnątrz, np. przez grzałkę.

2. Zestawienie wyników pomiarów

a) Tabela wyników dla momentu suszenia próbki:

Czas[s]

Temperatura[ᵒC] Masa[g]

Względny ubytek masy[%]

5

38,669

13,468

-0,368

71

76,957

13,368

0,377

114

97,208

13,331

0,656

178

112,713

13,174

1,82

266

111,764

12,993

3,169

326

108,283

12,95

3,495

376

106,068

12,868

4,1

418

105,119

12,8

4,612

461

105,435

12,737

5,077

596

106,384

12,637

5,822

b) Tabela wyników dla momentu pirolizy próbki:

Czas[s]

Temperatura[ᵒC]

Masa[g]

Względny ubytek masy[%]

602

120,624

12,65

5,729

635

144,039

12,544

6,52

712

251,624

12,294

8,382

866

423,76

7,204

46,312

914

468,376

5,006

62,694

1004

545,584

3,001

77,633

1154

550,33

2,914

78,285

1270

551,596

2,87

78,61

1345

550,963

2,826

78,936

1432

550,33

2,789

79,215

c) Tabela wyników dla momentu spalenia próbki:

Czas[s]

Temperatura[ᵒC] Masa[g]

Względny ubytek masy[%]

1438

557,292

2,752

79,495

1471

576,277

2,52

81,217

1536

563,62

2,183

83,73

1648

550,963

1,677

87,499

1733

552,862

1,328

90,106

1789

549,697

1,115

91,688

1867

552,862

0,841

93,736

2005

549,697

0,447

96,668

2126

548,432

0,216

98,39

2238

551,596

0,147

98,902

Obliczenie zawartości wilgoci w próbce:

𝑀 =

𝑚

𝑜

− 𝑚

𝑑

𝑚

𝑜

∗ 100% =

13,468𝑔 − 12,65𝑔

13,468𝑔

∗ 100% = 6,07%

Obliczanie zawartości części lotnych:

𝑉

𝑑

=

𝑚

𝑑

− 𝑚

𝑝𝑝

𝑚

𝑑

=

12,65𝑔 − 2,789𝑔

12,65𝑔

= 0,78 ∗ 100% = 78%

Obliczanie zawartości popiołu:

𝐴

𝑑

= 1 −

𝑚

𝑑

− 𝑚

𝑎

𝑚

𝑑

∗ 100% = 1 −

12,65𝑔 − 0,147𝑔

12,65

∗ 100% = 1,16%

Wykres nr. 1

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0

100

200

300

400

500

600

700

0

500

1000

1500

2000

2500

Mas

a[

g]

Te

m

pe

rat

ura

[

ᵒC]

Czas[s]

Wykres zależności czasu od temperatury i masy

temperatura

masa próbki

Analizując wykres możemy odczytać szybkość zachodzącego procesu pirolizy wykorzystując do tego
graficzną interpretację pochodnej. Korzystając ze wzoru:

𝑡𝑔𝛼 =

∆𝑚

∆𝑡

Po przeanalizowaniu wyników otrzymanych podczas pomiarów stwierdziliśmy, że proces pirolizy
rozpoczął się w 602 sekundzie. Określiliśmy to na podstawie szybkiego wzrostu temperatury

Masa próbki w 602 sekundzie wynosiła 12,65g

Za koniec procesu pirolizy przyjęliśmy 1432 sekundę. Masa próbki ustabilizowała się na poziomie
2,789g

Zatem:

𝑡𝑔𝛼 =

12,65 − 2,789

1432 − 602

= 0,01188

𝑔

𝑠

= 0,713

𝑔

𝑚𝑖𝑛

3. Wnioski

Pirolizie poddaliśmy wiórki świerkowe o wilgotności około 6,07% (dokładna wilgotność nie
jest znana ponieważ czas suszenia nie był wystarczająco długi, by pozbyć się całkowitej
zawartości wilgoci. Po wysuszeniu próbki rozpoczęliśmy proces pirolizy, w czasie którego
byliśmy świadkami spalania części lotnych wydzielonych z pirolizowanej substancji.
Obserwowany przez nas płomień był płomieniem dyfuzyjnym. Płomień był nieznacznie
podniesiony, ponieważ gaz palny musiał się wymieszać z tlenem, a w palniku mieliśmy azot.
Po zakończeniu pirolizy do układu podłączono powietrze zamiast azotu co zapoczątkowano
proces spalania w celu dopalenia stałej pozostałości (karbonizatu). Początek procesu spalania
łatwo zauważyć na wykresie nr. 1 obserwując wzrost temperatury oraz spadek masy.

Podsumowując proces pirolizy umożliwia przekształcenie kłopotliwego w transporcie i
składowaniu paliwa jakim jest biomasa, w wygodniejszą formę paliwa. Proces pirolizy znalazł
zastosowanie w procesie przetwarzania węgla kamiennego w koks, czy też biomasy drzewnej
w tzw. węgiel drzewny.

Z komentarzem [SM1]: