Μελέτη ανάπτυξης & σχεδιασμού μεταλλικού κλιβάνου πυρόλυσης βιομάζας

Abstract

Η πυρόλυση είναι μία θερμοχημική διεργασία με την οποία μετατρέπουν τη βιομάζα σε προϊόντα μεγαλύτερης αξίας τα οποία και καλύτερα εκμεταλλεύσιμα. Το πιο σύνηθες προϊόν τέτοιων διεργασιών είναι το κάρβουνο, το οποίο παράγεται με την πυρόλυση. Η πυρόλυση ουσιαστικά είναι η διάσπαση της βιομάζας προς κάρβουνο απουσία οξυγόνου με σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας Η παρακάτω εργασία έχει ως αντικείμενο την ενδελεχή διερεύνηση της θερμοχημικής διεργασίας της αργής πυρόλυσης (ανθρακοποίηση), αλλά και ολόκληρης της διαδικασίας η οποία οδηγεί στην παραγωγή του ξυλάνθρακα με σκοπό την ανάπτυξη και τον σχεδίασμά μεταλλικού κλιβάνου πυρόλυσης ξύλου και παραγωγής ξυλάνθρακα. Προκειμένου να μελετήσουμε την διεργασία της αργής πυρόλυσης η οποία οδηγεί στην ανθρακοποίηση του ξύλου, πραγματοποιήσαμε μια σειρά εργαστηριακών πειραμάτων στη συσκευή της θερμικής ανάλυσης όπου και μελετήσαμε την συμπεριφορά διαφορετικών ειδών ξύλου (Melego, Ostria, Querqus, Kastanea, Fagus) δηλαδή το εναπομείναν ποσοστό μάζας ανάλογα με την θερμοκρασία θέρμανσής του (που ήταν συνεχώς αυξανόμενη). Στη συνέχεια ελέγξαμε την συμπεριφορά ενός μόνο είδους το Fagus, που είχε και την καλύτερη απόδοση στο προηγούμενο πείραμα, και μετρήσαμε το εναπομείναν ποσοστό μάζας ανάλογα με την τελική θερμοκρασία πυρόλυσης (που ήταν συνεχώς σταθερή) και ανάλογα του χρόνου θέρμανσης. Τέλος καταγράψαμε την θερμοροή του δείγματος συναρτήσει του χρόνου, όπου διαπιστώσαμε ότι σε κάποια στιγμή η διεργασία της πυρόλυσης είναι εξώθερμη. Σε δεύτερη φάση πραγματοποιήσαμε δύο σειρές πειραμάτων σε μεταλλικό κλίβανο πιλοτικών διαστάσεων προκειμένου να αποκτήσουμε γνώση για την πραγματική πλέον διάσταση της πυρόλυσης όπου και διαπιστώσαμε ότι η ποσότητα των πτητικών παραγόμενων παραπροϊόντων της διεργασίας είναι πολύ μεγάλη και ικανή να συντηρήσει και να ολοκληρώσει την διαδικασία από κάποια στιγμή και μετά. Έχοντας λοιπόν συσσωρεύσει την γνώση και την εμπειρία που μας έδωσαν οι πειραματικές μας προσπάθειες αλλά και η διεθνή βιβλιογραφία φθάσαμε στο τελικό στάδιο αυτής της εργασίας όπου και περιγράψαμε την δομή και τον τρόπο λειτουργίας δύο μεταλλικών κλιβάνων άμεσης και έμμεσης επαφής, του θερμαντικού μέσου με το ξύλο προς πυρόλυση, και σχεδιάσαμε τα προκαταρκτικά σχέδια από τα οποία στην συνέχεια θα βγουν και τα τελικά μηχανολογικά σχέδια για την δημιουργία του μεταλλικού κλιβάνου. Ως γενική σύνοψη των αποτελεσμάτων αυτής της μελέτης είναι ότι ο ιδανικότερος τρόπος παραγωγής ξυλάνθρακα είναι η διαδικασία των τριών σταδίων σε κλίβανο έμμεσης επαφής. Δηλαδή ένα στάδιο της αφύγρανσης των ξύλων, δεύτερο στάδιο της πυρόλυσης και τρίτο στάδιο της ψύξης. Πλεονεκτήματα που εμφανίζει αυτός ο σχεδίασμά είναι ο μειωμένος χρόνος ολοκλήρωσης του κύκλου της διαδικασίας και η βέλτιστη εκμετάλλευση της ενέργειας των καυσαερίων αλλά και των πτητικών παραπροϊόντων της πυρόλυσης. Κλειδί στην διαδικασία της ανθρακοποίησης είναι ο επαρκής και ορθός έλεγχος της τελικής θερμοκρασίας πυρόλυσης.