Пиролитическое разложение или пиролиз — это термохимический процесс разложения органических и неорганических соединений. Под воздействием высоких температур связи в больших молекулах разрываются и образуются молекулы меньшего размера. В отличие от газификации и сжигания, процесс происходит в отсутствие кислорода. Однако при разложении соединений с высоким содержанием O2 реакции протекают с участием атомов кислорода.

Методы пиролиза

Существует два основных метода: сухой и окислительный, которые используются для утилизации различных видов сырья и различаются способом их нагрева.

Сухой метод

Пиролиз происходит без кислорода, чтобы предотвратить горение или окисление. При необходимости добавьте обезвоживающие или обезвоживающие агенты. Емкости для сырья обогреваются снаружи. Лабораторные помещения оснащены системами электрического обогрева.

Есть три температурных режима:

  • низкотемпературный или полуобжиг (до 550 ° C)
  • среднетемпературный (550-800 ° С);
  • высокотемпературный, или коксовый (выше 800 ° С).

[зеленый] Сухой метод подходит для обработки и удаления углеводородных отходов. Полученная продукция является сырьем для химической промышленности. [/ Green]

Окислительный метод

Пиролизуемое сырье нагревают до 600-900 ° C, подавая горячие пары в закрытую или частично сгоревшую емкость. Окислительный метод пиролиза используется для уничтожения твердых промышленных отходов и сточных вод, переработки пластмасс, резины и других материалов, которые нельзя сжигать или газифицировать.Пиролиз: что это такое, виды, области применения, описание процесса

Современные методы

  • Низкотемпературный каталитический пиролиз. Новая технология обработки волокнистых композиционных материалов на основе смол, которую разрабатывает американская компания Adherent Technologies для получения углеродных волокон. Используются катализаторы, а температура ниже 200 ° C, поэтому вторичные волокна не распадаются и не намного хуже первичных по качеству.
  • Начался пиролиз. Предназначен для переработки углеводородов. При использовании определенных веществ (инициаторов) выход конечных продуктов увеличивается. Например, участие галогенированных соединений и пероксидов в реакциях приводит к образованию большего количества этилена и пропилена.
  • Термический контактный пиролиз. Неочищенные углеводороды вступают в непосредственный контакт с катализатором: частицы нагретого огнеупорного материала, расплавленного металла или другого теплоносителя. Основные преимущества метода — постоянное устранение нежелательных скоплений кокса, возможность выделять тепловую энергию в любом количестве.
  • Пиролиз путем гидропиролиза. Компаунды нагреваются до высоких температур в присутствии воды. Давление достигает 100 бар, температура — 900 ° C. Вместо кокса, который обычно составляет около 80%, выделяется больше газообразных углеводородов и около 20% смолы.

    • Условия содержания

    Реакции требуют высокой температуры (от 200 до 900 ° C), поскольку пиролиз — эндотермический процесс. Для прямого и косвенного нагрева используются разные теплоносители: электричество или энергия от процессов горения, пиролизный газ и др. давление при пиролитическом разложении близко к атмосферному.

    [зеленый] Для снижения скорости реакции сырье обрабатывают паром. [/ green]

    Типы инсталляций

    Пиролизные установки для обработки бытовых и промышленных отходов существуют уже давно. Они превращают твердые материалы в легковоспламеняющиеся газы. Наряду с крупными устройствами мощностью несколько тысяч тонн в год есть и небольшие, вырабатывающие электроэнергию.

    [зеленый] В 2000-х годах были модели, предназначенные для производства биоугля. [/ green] Пиролиз: что это такое, виды, области применения, описание процесса

    Комплекс обращения с отходами с пиролизной установкой, Канада

    Технические комплексы собираются из нескольких модулей. Например, устройство для обработки пластмасс и резиновых изделий может состоять из печи пиролиза, расположенной над системой отвода выхлопных газов, линии химического синтеза, вентилятора, дымососов и силовой части.

    Описание процесса обработки

    Сырье загружается в емкости и помещается в печь, где нагревается горелками до необходимой температуры. С началом реакции пиролиза установка полностью переходит на автономную подачу топливного газа. После завершения пиролитического разложения конечные продукты охлаждают. Процесс охлаждения ускоряется перегретым водяным паром, поступающим в резервуары от парогенераторов по трубопроводу.

    Промышленное применение

  • Переработка твердых отходов. Пиролиз твердых бытовых отходов является важной альтернативой сжиганию, поскольку в процессе разложения образуется гораздо меньше вредных веществ. При работе с несортированными отходами типы и количество конечных продуктов зависят от их состава.
  • Использование промышленных отходов. Возможна не только переработка твердых материалов (нефтесодержащие шламы, отходы производства резины и пластмасс), но и удаление сточных вод.
  • Получение углеводородов. На пиролиз приходится почти 100% мирового производства этилена, 67% пропилена, 80% бутадиена и 37% бензола. Их источники — углеводороды и нефтепродукты. Из газов и неочищенных жидкостей получаются полимеры, необходимые для производства синтетических материалов, в том числе пластмасс.
  • Получение ацетилена из метана. Этот углеводород немедленно превращается в другие продукты: пластмассы, синтетический каучук, растворители, этиловый спирт.
  • Обработка древесины. Процесс пиролиза является источником добычи угля.Пиролиз: что это такое, виды, области применения, описание процесса

    • Продукты пиролитического разложения

    Конечные продукты — это газы, твердые вещества, жидкости. Их количество и состав зависят от типа пиролизуемого сырья, температуры, вспомогательных добавок, давления и продолжительности обработки. При разложении полимеров во многих случаях образуется пиролитический газ, основная часть которого состоит из мономеров. Кроме того, выделяется тепловая энергия.

    Бытовое использование

    В домашних условиях технологии пиролиза используются для выработки тепла и древесного угля, эффективно очищающих печи от трудно удаляемых углеродных отложений.

    Пиролизные котлы для отопления

    Пиролизные котлы с природным кислородом благодаря своей особой конструкции обладают высоким КПД. Сырье — древесина и древесный газ. При горении образуется мало вредных для окружающей среды веществ. Количество выделяемого тепла зависит от качества топлива. Некоторые котлы рассчитаны на древесную щепу, топливные пеллеты, уголь, кокс.

    Основная часть устройства состоит из двух камер сгорания, каждая из которых выполняет свою функцию. В верхней части сырье сушится и превращается в древесный газ. Там же горят некоторые компоненты газа.

    [зеленый] Те, которые трудно сжечь, попадают в нижнюю камеру, где они превращаются в тепло при температуре выше 1000 ° C. [/ зеленый]

    Очистка духовки

    Большинство новых моделей духовок являются самоочищающимися. Это связано с высокой температурой. Грязь внутри духовки обугливается, выпадает сама по себе или легко удаляется. Этот процесс, который занимает около трех часов, является относительно энергоемким: среднее потребление энергии составляет 3-4 кВтч. Пепел удаляют влажной губкой после того, как устройство остынет. Перед пиролитической самоочисткой снимите решетки, кастрюли и сковороды.

    Для добычи угля

    При обработке древесины твердых или хвойных пород образуются древесные:

    • каменный уголь,
    • уксус,
    • газ
    • смола.

    В зависимости от температуры различают разные стадии процесса. Когда температура поднимается выше 280 ° C, начинается сильная экзотермическая реакция и выделяется много энергии. На последней стадии (t> 500 ° C) горючие окись углерода и водород выделяются из дымовых газов, когда они проходят через карбонизированные слои. Твердый остаток представляет собой красный, черный или белый уголь.

    Перспективы применения

    Все чаще будут применяться различные методы пиролиза, так как это экологичный способ утилизации отходов, получения ценного химического сырья, электрической и тепловой энергии. Климатологи обсуждают их использование для пирогенного улавливания и хранения углерода (PyCCS) для решения проблемы климатического кризиса.