1.

Podstawy teoretyczne.

Piroliza – rozkład termiczny paliwa, zachodzący bez dostępu tlenu.

Produkty odgazowania paliwa stałego dzielą się na 3 podstawowe grupy:

- części lotne (CO,

CO

ଶ

,

H

ଶ

O , CH

ସ

,

C

ଶ

H

ସ

,

C

ଶ

H

଺

, ciekłe HC, …)

- części ciekłe (smoła)
- pozostałość koksowa (karbonizat)

Zgazowanie paliw stałych – przemiana substancji palnej w paliwo gazowe, która zachodzi w wyniku
oddziaływania na paliwo czynnikiem zgazowującym w wysokiej temperaturze, pod atmosferycznym
lub zwiększonym ciśnieniem.

Wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje zgazowania:

- niskotemperaturowe (wytlewanie)

450℃ ÷ 700℃

- wysokotemperaturowe (koksowanie)

900℃ ÷ 1100℃

Skład paliwa stałego:

Rys. Skład paliwa stałego na przykładzie węgla [1]

Substancja organiczna - złożona struktura związków organicznych składająca się głównie z: węgla,
wodoru i tlenu.

Substancja mineralna – niejednorodna mieszanina chemicznych związków nieorganicznych.

2.

Układ pomiarowy

1)

reaktor

2)

przeciwwaga

൫݉

௣௥௭௘௖௜௪௪௔௚௜

= ݉

௞௢௦௭௬௞௔

൯

3)

koszyk z biomasą

4)

waga

5)

termopara

6)

grzałka o mocy 800 W

7)

sterownik grzałki

3.

Przebieg ćwiczenia

Urządzenie, w którym przeprowadzaliśmy ćwiczenie nosi nazwę termo grawimetru. Piroliza

dokonywała się w komorze reaktora dzięki ciepłu dostarczonemu prze grzałkę o mocy 800 W.
Urządzenie nie posiadało kontroli narostu temperatury a jedynie predefiniowane ustawienia. W
trakcie wykonywania ćwiczenia zadana temperatura wynosiła 500

℃. Piroliza odbywała się przy

podkładzie gazu niepalnego (

N

ଶ

). Substancją ulegającą w trakcie ćwiczenia pirolizie była biomasa

(Olejowiec azjatycki).

Mierzyliśmy dwie wielkości: masę (m) oraz temperaturę (

t). Masę znajdującej się w koszyczku

naważki biomasy mierzyła waga elektroniczna (jak na załączonym schemacie). Pomiaru temperatury
dokonywaliśmy przy pomocy termopary sprzężonej z aparaturą elektroniczną, która w zależności od
wyidukowanego na termoparze napięcia (które zależy od temperatury) przesyłała odpowiedni sygnał
do komputera PC oraz włączała, lub wyłączała grzałkę. Termopara wisiała pomiędzy ścianką reaktora
a koszyczkiem z biomasą, jednakże przyjęliśmy, że gradient temperatury jest na tyle niewielki, że w
czasie pomiędzy kolejnymi pomiarami temperatura koszyczka zdąży zrównać się z temperaturą w
miejscu, w którym znajduje się termopara.

Dane, które docierały do komputera PC były analizowane przez specjalnie napisany w tym celu

program. Program wykonywał pomiary w każdej sekundzie, następnie po 5 sekundach uśredniał te
pomiary. Program na bieżąco generował także trzy wykresy:

- wykres funkcji masy bieżącej w czasie

݉ = ݂ሺ߬ሻ , ሾ݉ሿ = ݃

Gdzie:
masa bieżąca - to niezgazowana stała pozostałość biomasy



- wykres funkcji narostu temperatury w czasie

∆ݐ = ݂ሺ߬ሻ , ሾ∆ݐሿ = ℃/݉݅݊

Gdzie:

∆ݐ - to różnica pomiędzy temperaturą w reaktorze a temperatura początkową

- wykres funkcji ubytku masy w czasie

∆௠

௠

భ

= ݂ሺ߬ሻ , ቂ

∆௠

௠

ቃ = %

Gdzie:
∆݉ = ݉

ଵ

− ݉

௜

Dane wejściowe program zapisywał do pliku z rozszerzeniem .dat (wykresy załączone do
sprawozdania).

4.

Uwagi i wnioski

•

Wartości tempa narostu temperatury

ሺ∆ݐሻ są jedynie wartościami przybliżonymi.

•

Z uwagi na ograniczenia czasowe nie doprowadziliśmy procesu do końca. Gdybyśmy mogli

wykonywać pomiary dłużej pozostałoby około 4% masy pierwotnej

ቀ

∆௠

௠

భ

= 4%ቁ.

•

Biomasa w porównaniu ze stałymi paliwami kopalnymi (bez względu na ich rodzaj) ma
znacznie większą zawartość wody, znacznie niższy stopień uwęglenia, oraz praktycznie nie
zawiera siarki. Duża zawartość wody i niski stopień uwęglenia implikują duży ubytek masy na
koniec procesu pirolizy. Na koniec pozostał jedynie karbonizat i substancja mineralna. Niski
stopień uwęglenia daje w rezultacie mało pozostałości, zaś wysoka zawartość wody daje
relatywnie dużą w stosunku do pozostałości masę pierwotną.

•

Z racji tego, że reakcja zachodziła na podkładzie azotu, który jest gazem niepalnym, możemy
przyjąć, że w reaktorze nie zachodziła reakcja spalania.

•

Z powodu składu paliwa (relatywnie wysoka zawartość wody) w reaktorze mogły zachodzić
pierwotne reakcje zgazowania:

Z racji tego, że entalpia tworzenia większości z tych reakcji jest dodatnia, tzn. potrzebują one

ciepła żeby zajść, mogły one nieco wydłużyć w czasie proces pirolizy. Mogły mieć także one wpływ na
ubytek masy, z racji tego, że ich produktami są gazy.

•

Z uwagi na zadaną temperaturę (500

℃ሻ możemy stwierdzić, że procesy zgazowania były

wytlewne (niskotemperaturowe).

•

Nie wiemy, jaką część pozostałości koksowej stanowi substancja mineralna, jednak nawet
jeśli przyjmiemy, że 100% karbonizatu to subst. mineralna to badany przez nas Olejowiec
azjatycki wypada pod tym względem korzystnie w stosunku do np. słomy.

Bibliografia:

[1] Skrypt "Spalanie i Paliwa" wyd. IV z 2005 r. pod redakcją prof. W.Kordylewskiego, Oficyna
wydawnicz PWR.