Podstawy teoretyczne

Termin piroliza oznacza rozkład cząsteczek związku chemicznego pod wpływem podwyższonej temperatury bez obecności tlenu lub innego czynnika utleniającego. Zazwyczaj w czasie procesu pirolizy następuje rozkład złożonych związków chemicznych do związków o mniejszej masie cząsteczkowej. Piroliza należy do procesów bezkatalitycznych. Związki organiczne jak i nieorganiczne mogą być poddane temu procesowi. Piroliza substancji organicznych prowadzi do otrzymania stałej pozostałości (karbonizatu) oraz wydzieleniu się części lotnych w postaci smoły pirolitycznej i gazu pirolitycznego. Proporcje występowanie powyższych produktów są uzależnione od rodzaju węgla(stopnia uwęglenia), petrografii oraz warunków pirolizy(ciśnienia, temperatury).


Do procesu potrzebne jest zewnętrzne źródło ciepła, tak aby utrzymać stałą temperaturę. Temperatura procesu zazwyczaj waha się od 300 do 800⁰C , jednak przy rozkładzie złożonych węglowodorów dochodzi do 1600⁰C. W celu przyspieszenia całego procesu obniża się ciśnienie panujące w piecu. Piroliza surowców ceramicznych w wysokich temperaturach, powoduje ich spiekanie przy jednoczesnym usunięciu wody. Otrzymuje się w ten sposób materiały ceramiczne o dużo niższej gęstości od gęstości surowca.

Obecnie największe znaczenie przemysłowego zastosowania procesów pirolizy węgla i biomasy mają: koksowanie i wytlewanie (półkoksowanie). Są to odpowiednio

procesy wysokotemperaturowego i niskotemperaturowego odgazowania paliwa. Należy też

pamiętać, że piroliza jest nie tylko ważnym przemysłowym procesem przetwarzania węgla i biomasy, ale także jest istotnym etapem innych procesów termochemicznego, spalania i zgazowania.

Piroliza w przemyśle stosowana jest w celach:

• utylizacji odpadów przemysłowych i komunalnych;

• produkcji węgla drzewnego, gazu drzewnego i smoły;

• w motoryzacji do utylizacji zużytych opon;

• pozyskiwania monomerów z polimerów;

• wytwarzania materiałów termoodpornych;

• do produkcji materiałów ceramicznych.

Schemat stanowiska pomiarowego

1. Zasilacz pieca z regulatorem temperatury

2. Piec do wygrzewania próbki

3. Koszyczek z badaną próbką

4. Czujnik temperatury

5. Wlot gazu tworzącego atmosferę w piecu

6. Waga mierząca masę próbki

7. Komputer z kartą pomiarową i oprogramowaniem analizującym

3. Wykaz przyrządów pomiarowych

• Waga

• Komputer z oprogramowaniem analizującym

• Czujnik temperatury

4. Tabele pomiarowe

Lp.	τ	T	m	%m	proces
	s	⁰C	g	%
1	5	33,923	14,477	-0,017	Suszenie
2	84	83,918	14,402	0,5
3	157	110,181	14,359	0,802
4	235	110,814	14,271	1,407
5	308	106,701	14,196	1,924
6	380	107,017	14,071	2,787
7	455	104,486	13,984	3,391
8	517	105,435	13,94	3,693
9	552	104,802	13,909	3,909
10	598	105,751	13,865	4,211
11	604	118,409	13,853	4,297	Piroliza
12	703	237,701	13,678	5,505
13	804	359,525	11,536	20,304
14	905	462,047	5,653	60,946
15	1000	555,71	3,036	79,023
16	1105	549,697	2,943	79,67
17	1205	550,33	2,893	80,016
18	1304	551,28	2,824	80,49
19	1340	549,697	2,78	80,792
20	1398	551,28	2,749	81,008
21	1404	556,026	2,674	81,526	Dopalenie
22	1454	576,594	2,393	83,467
23	1505	555,077	2,168	85,02
24	1546	549,381	2,031	85,969
25	1574	550,647	1,95	86,53
26	1603	550,33	1,837	87,307
27	1644	552,862	1,706	88,213
28	1700	551,28	1,556	89,248
29	1752	551,28	1,356	90,629
30	1798	550,963	1,213	91,621

5. Przykłady obliczeń

Zawartość wilgotności $M^{\alpha} = \frac{m_{0} - m_{s}}{m_{0}}*100\% = \frac{14,48g - 13,85g}{14,48g}*100\% = 4,35\%$

Zawartość części lotnych $V^{\alpha} = \ \frac{m_{s} - m_{\text{pp}}}{m_{s}}*100\% = \frac{13,85g - 2,75g}{13,85g}*100\% = 80,14\%$

m₀ − masa pierwotna  m_s − masa sucha     m_pp − masa po pirolizie

7. Wnioski

W naszych zajęciach laboratoryjnych poddaliśmy procesowi pirolizy paliwo , mianowicie wiórki cedrowo-orzechowe. Już przed rozpoczęciem doświadczenia wiedzieliśmy ,że pomiary nie będą dokładne z dwóch powodów: jakości urządzeń pomiarowych(waga na początku pomiarów wskazała ,że masy przybyło) oraz ograniczeń czasowych(normalnie proces trwałby kilkukrotnie dłużej). Sama idea pirolizy została przewidywalnie zaprezentowana.

Przez pierwsze 600 sekund ogrzewaliśmy nasze paliwo, aby usunąć z niego resztki wody. Temperatura była ustawiona na 105⁰C. Ubytek masy, czyli wilgoci rósł powoli i ostatecznie przed właściwym procesem pirolizy wyniósł 4,35% całej masy początkowej.

Od 600 do 1400 sekundy możemy zauważyć proces pirolizy. Temperatura sterowana przez zasilacz w sposób dosyć gwałtowny rosła do 1000 sekundy. Ubytek masy również rósł drastycznie, ponieważ w tym momencie wydzielane były części lotne naszego paliwa. Następnie rozkładane były węglowodory bardziej złożone i masa spadała coraz wolniej. Zawartość części lotnych wyniosła około 84,69% masy suchej.

Proces dopalania zaczął się gwałtownym skokiem temperatury. Wynikało to ,że doprowadziliśmy tlen, czyli spalaliśmy karbonizat, który powstał z naszego paliwa stałego. Szybko spaliły się pozostałe części lotne i nie zdołały podtrzymać temperatury wyższej od zakładanej przez nas(zasilacz). Masa malała szybciej niż w drugiej części pirolizy. Gdyby proces ten trwał dłużej i spalilibyśmy cały karbonizat moblibyśmy określić dokładnie zawartość popiołu w naszym paliwie.