1.WSTĘP
Piroliza to proces rozkładu termicznego substancji prowadzony poprzez poddawanie ich działaniu wysokiej temperatury, ale bez kontaktu z tlenem i innymi czynnikami utleniającymi.
Zgazowanie to proces polegający na przeprowadzeniu paliwa stałego lub ciekłego o dużej zawartości węgla w paliwo gazowe w wyniku rozkładu termicznego wobec kontrolowanej czynnika zgazowującego. Czynnikami zgazowującymi najczęściej są powietrze, para wodna, O2, H2, CO2.
Z kolei odgazowanie jest procesem, który polega na usunięciu z materiału jego składników lotnych.
Węgiel od lat pozostaje najważniejszym nośnikiem energii pierwotnej, zgłasza do wytwarzania energii elektrycznej.
Spalanie pojedynczej cząstki węgla:
Cząstka znajdująca się w płomieniu nagrzewa się. Zaczynają wydzielać się z niej części lotne, które ulegają spaleniu w płomieniu gazowym. Przekazywane od płomienia ciepło przyspiesza termiczny rozkład węgla. Czas spalania części lotnych zależy od wielkości cząstki węgla, temperatury oraz udziału części lotnych w węglu. Po spaleniu części lotnej następuje zapłon pozostałości koksowej(karbonizatora). W porównaniu do spalania części lotnej, koksowa pozostałość po odgazowaniu węgla spala się powoli. Szybkość spalania pozostałości koksowej najbardziej zależy od temperatury, stężenia tlenu, porowatości cząstki, reaktywności węgla. Czas spalania karbonizatora zależy przede wszystkim od rozmiaru cząstki. W płomieniu czas spalania cząstek pozostałości koksowej sięga 1s.
W epoce przedindustrialnej to biomasa była podstawowym nośnikiem energii pierwotnej, obecnie jej znaczenie znowu wzrasta.
Drewno jako paliwo często wymaga większego nakładu pracy niż węgiel. Zwykle trzeba je najpierw pozyskać(ścinanie, zbieranie, zakup), rozdrobnić, posegregować i przechowywać w odpowiednich warunkach(pod zadaszeniem), by zmniejszyć zawartość wody w drewnie.
Piroliza biomasy to niekompletny rozkład termiczny, którego produktami są koks, kondensujące składniki ciekłe, smoła oraz gaz. Produkty ciekłe zawierają wodę, kwas octowy, kwas mrówkowy, aceton i wiele innych wysokouwęglone węglowodory.
Ilość i skład gazu, smoły i karbonizatu zależy przede wszystkim od szybkości nagrzewania, temperatury końcowej i czasu trwania pirolizy.
Zasadniczno produktem zgazowania biomasy powinna być mieszanina gazów oraz stała pozostałość: popiół(jest go znacznie mniej niż przy spalaniu węgla). Gaz zawiera jednak smołę, a w popiele zawartość pierwiastka C może dochodzić do 50%. Przy zgazowaniu powietrzem uzyskany gaz jest gorszej jakości, niskokaloryczny, zanieczyszczony. Największy udział mają w nim części niepalne, natomiast części palne to głównie H2 i CO oraz węglowodory. Zanieczyszczenia stałe w gazie to popiół lotny i smoła. W temperaturze otoczenia smoła kondensuje, natomiast jej usuwanie z gazu jest trudne i kosztowne.
Podczas spalania drewna mogą być emitowane także Cl2, HCl. Drewno nasycone niektórymi żywicami charakteryzuje się dużą emisją NOx podczas spalania.
2. UKŁAD POMIAROWY
1.Komputer z kartą pomiarową i oprogramowaniem analizującym
2.Zasilacz pieca z regulatorem temperatury
3. Wlot gazu tworzącego atmosferę w piecu
4.Czujnik atmosfery
5. Koszyczek z badaną próbką
6. Piec do wygrzewania próbki
7. Waga mierząca masę próbki
Przyrządy pomiarowe:
Waga
Czujnik temperatury
Komputer ze specjalnym oprogramowaniem i kartą pomiarową
3. DANE POMIAROWE
Lp. | Czas | Temperatura | Masa | Utrata masy | - |
---|---|---|---|---|---|
s | oC | g | % | ||
1 | 5 | 43,099 | 15,04 | 0,368 |
|
2 | 23 | 46,263 | 15,065 | 0,203 | |
3 | 41 | 56,389 | 15,059 | 0,244 | |
4 | 47 | 61,452 | 15,047 | 0,327 | |
5 | 71 | 78,855 | 15,034 | 0,41 | |
6 | 89 | 87,399 | 15,015 | 0,534 | |
7 | 115 | 96,575 | 14,966 | 0,865 | |
8 | 128 | 101,322 | 14,953 | 0,947 | |
9 | 147 | 106,701 | 14,959 | 0,906 | |
10 | 175 | 109,865 | 14,916 | 1,196 | |
11 | 208 | 110,814 | 14,847 | 1,651 | |
12 | 287 | 109,232 | 14,759 | 2,23 | |
13 | 607 | 117,776 | 14,347 | 4,96 |
|
14 | 612 | 119,674 | 14,322 | 5,126 | |
15 | 640 | 148,469 | 14,297 | 5,291 | |
16 | 665 | 175,682 | 14,216 | 5,829 | |
17 | 701 | 231,056 | 14,11 | 6,532 | |
18 | 742 | 287,697 | 13,754 | 8,89 | |
19 | 784 | 336,11 | 12,474 | 17,371 | |
20 | 807 | 359,525 | 11,106 | 26,43 | |
21 | 867 | 422,494 | 7,428 | 50,796 | |
22 | 908 | 466,477 | 5,005 | 66,847 | |
23 | 969 | 518,055 | 3,063 | 79,713 | |
24 | 1027 | 550,33 | 2,863 | 81,037 | |
25 | 1033 | 549,697 | 2,863 | 81,037 |
|
26 | 1069 | 549,697 | 2,825 | 81,285 | |
27 | 1117 | 549,697 | 2,788 | 81,533 | |
28 | 1198 | 550,963 | 2,75 | 81,781 | |
29 | 1244 | 549,697 | 2,719 | 81,988 | |
30 | 1301 | 549,697 | 2,694 | 82,154 | |
31 | 1346 | 549,697 | 2,65 | 82,443 | |
32 | 1397 | 603,49 | 2,482 | 83,56 | |
33 | 1470 | 591,466 | 2,101 | 86,084 | |
34 | 1531 | 569,316 | 1,857 | 87,697 | |
35 | 1582 | 555,077 | 1,664 | 88,979 | |
36 | 1656 | 551,912 | 1,401 | 90,717 |
4.OBLICZENIA
Zawartość wilgotności: $M^{\alpha} = \frac{m_{0} - m_{s}}{m_{0}} 100\% = \frac{15,04g - 14,35g}{14,35g} 100\% = 4,81\%$
Zawartość części lotnych $V^{\alpha} = \ \frac{m_{s} - m_{\text{pp}}}{m_{s}} 100\% = \frac{14,35g - 2,83g}{14,35g} 100\% = 80,28\%$
m0 − masa pierwotna, ms − masa sucha, mpp − masa po pirolizie
6.WNIOSKI
Ćwiczenie polegało na poddaniu pirolizie biomasy- wiórek cedrowych.
Na początku ogrzewaliśmy wiórki w temperaturze 105oC, by usunąć z nich resztki wody. Ubytek wilgoci(masy) rósł powoli i przed właściwym procesem pirolizy wyniósł 4,81% masy początkowej.
Przy temperaturze 300oC zaczyna się proces pirolizy(Należy zaznaczyć, że na początku pirolizy nadal dochodzi do dosuszania próbki.)Szybko maleje masa próbki- z naszego paliwa wydzielają się części lotne. Po procesie pirolizy zawartość części lotnych wyniosła około 84,69% masy suchej.
Po procesie pirolizy(549oC) temperatura próbki natychmiast wzrosła- doprowadzono tlen spalenia karbonizatu. Karbonizat (pozostałość koksowa) spala się bezpłomieniowo. Nie mogliśmy jednak określić zawartości popiołu w paliwie, ponieważ nie doprowadziliśmy dopalania do końca- nasza próbka po zakończeniu ćwiczenia oprócz popiołu nadal zawierała węgiel.
Na początku ćwiczenia naczynie w 1/3 było wypełnione wiórkami, po wykonaniu ćwiczenia w naczyniu w porównaniu do stanu początkowego było bardzo mało popiołu i węgla. Z tego wynika, że biomasa ma dużo części lotnych, co też potwierdzają obliczenia.