Co to jest piroliza? Jakie ma znaczenie dla nowoczesnego przemysłu chemicznego? Przyjrzyjmy się temu problemowi razem.
O pirolizie węglowodorów
Co to jest piroliza? Definicja tego procesu obejmuje termiczny rozkład związku organicznego bez obecności tlenu. Na taki rozpad narażone są produkty naftowe, węgiel, drewno. Po zakończeniu procesu powstaje gaz syntezowy, a także inne produkty końcowe.
Funkcje procesu
Reakcja pirolizy jest przeprowadzana w temperaturze od 800 do 900 stopni. To właśnie ten proces jest uważany za główną opcję tworzenia etylenu. Ten nienasycony węglowodór jest ważnym surowcem do produkcji różnych związków organicznych: benzenu, diwinylu, propylenu.
Piroliza drewna
Dyskutując nad tym, czym jest piroliza, zauważamy, że po raz pierwszy ta technologia chemiczna do przetwarzania surowców naftowych i gazowych została opatentowana przez A. A. Letnego w 1877 roku. Co to jest piroliza drewna? Ta reakcja jest przeprowadzana w temperaturze około 500 stopni. Wiąże się to z powstawaniem tak ważnych składników produkcji chemicznej jak kwas octowy, węgiel drzewny, żywica,aceton. Biorąc pod uwagę, że nasz kraj jest „spiżarnią” lasów, w Rosji działają duże zakłady zajmujące się procesem pirolizy drewna.
Piroliza śmieci
Piroliza odpadów to specjalny projekt związany z niszczeniem odpadów domowych. Złożoność procesu pirolizy tworzyw sztucznych, opon, różnych odpadów organicznych wynika z faktu, że zakłada się inną technologię, która znacząco różni się od procesu przetwarzania innych materiałów stałych.
Wiele odpadów zawiera siarkę, chlor, fosfor, które po utlenieniu (utworzeniu tlenków) uzyskują właściwości lotne. Produkty pirolizy stanowią zagrożenie dla środowiska.
Gdy chlor wchodzi w interakcję z substancjami organicznymi powstałymi po zakończeniu procesu rozkładu, uwalniane są silne toksyczne związki, takie jak dioksyny. Do wychwytywania takich produktów z emitowanego dymu potrzebna jest specjalna jednostka do pirolizy. Taka procedura wiąże się ze znacznymi kosztami materiałowymi.
Dla krajów europejskich problem recyklingu starych opon samochodowych, części gumowych, które przepracowały swój okres eksploatacji, ma ogromne znaczenie dla środowiska. Ze względu na to, że naturalne surowce naftowe są niezastąpionym rodzajem minerałów, konieczne jest maksymalne wykorzystanie surowców wtórnych.
Z odpadów domowych i budowlanych można pozyskać ogromną ilość różnych substancji o składzie organicznym i nieorganicznym, dlatego tak ważne jest rozwijanietej branży.
Polimery i opony samochodowe to doskonałe cenne surowce. Po jego przetworzeniu metodą pirolizy niskotemperaturowej możliwe jest otrzymanie ciekłych frakcji węglowodorów nasyconych (olej syntetyczny), gazów palnych, pozostałości węglowych oraz kordu metalowego. Spalanie tony gumowych opon uwalnia do atmosfery około 270 kg sadzy, a także około 450 kg toksycznych substancji gazowych.
Syngaz
Jest to mieszanina wodoru i tlenku węgla (2). W ilościach przemysłowych otrzymywany jest podczas parowego reformingu metanu, zgazowania węgla, utleniania metanu oraz przeróbki odpadów organicznych. W zależności od technologii zastosowanej do produkcji gazu syntezowego, stosunek zawartego w nim tlenku węgla do wodoru może wahać się od 1:1 do 1:3.
Wśród głównych obszarów zastosowań tego surowca szczególne miejsce zajmuje produkcja metanolu, a także synteza Fischera-Tropscha. Jest rozumiany jako reakcja chemiczna zachodząca w obecności katalizatora. Polega na konwersji tlenku węgla i wodoru w różne ciekłe węglowodory. Zasadniczo kob alt i żelazo są wybrane jako katalizatory (akceleratory) dla tej interakcji.
Specyfiką tego procesu jest możliwość wytwarzania materiałów syntetycznych do zastosowania w postaci syntetycznego oleju smarowego lub paliwa.
Szczegóły odbioru
Jak wygląda chemia reakcji? Spróbujmy dowiedzieć się, co to jest. Definicja pirolizy została omówiona powyżej, teraz przyjrzyjmy się cechom procesu chemicznego. Metoda Fischera-Tropscha polega na oddziaływaniu metanu z tlenem. Produktami reakcji są tlenek węgla i wodór. W wyniku reakcji otrzymujemy węglowodory szeregu alkanów oraz parę wodną. To powstałe po oczyszczeniu produkty węglowodorowe są wykorzystywane do tworzenia oleju syntetycznego.
Znaczenie pirolizy
Tlenek węgla i wodór są wytwarzane przez częściowe utlenianie paliwa drzewnego i węgla. Znaczenie takiego procesu polega na tworzeniu wodoru lub ciekłych węglowodorów z surowców stałych (odpadów węglowodorowych lub węgla).
W nieoksydacyjnej pirolizie odpadów stałych gaz syntezowy jest obecnie produkowany w przemyśle chemicznym. Część z nich jest również wykorzystywana w postaci paliwa samochodowego, bez dalszego przetwarzania w reakcji Fischera-Tropscha. W przypadku konieczności stosowania paliw płynnych podobnych do parafin i smarów stosowana jest uproszczona technologia chemiczna.
Jeśli konieczne jest zwiększenie ilości wytwarzanego wodoru poprzez zmianę objętości pary wodnej, równowaga chemiczna jest w tym równaniu przesunięta. W takim przypadku, po zakończeniu interakcji, powstaje wodór i dwutlenek węgla.
Udoskonalanie technologii
Po odkryciu dokonanym w 1920 roku przez niemieckich badaczy Hansa Tropscha i Franza Fischera, technologia była wielokrotnie unowocześniana i ulepszana. Stopniowo ilośćPaliwo syntetyczne powstałe w wyniku pirolizy osiągało w Niemczech 124 000 baryłek dziennie. Taki wskaźnik istniał w 1944 roku.
Nowoczesność
Dziś istnieją dwie duże firmy, które wykorzystują w swojej technologii proces Fischera-Tropscha. Większość oleju napędowego w RPA jest wytwarzana w wyniku pirolizy, po której następuje utlenianie produktów formowania.
Ta technologia chemiczna zwróciła szczególną uwagę po tym, jak naukowcy zaczęli szukać sposobów wytwarzania substancji o niskiej zawartości siarki w oleju napędowym, które mogłyby powodować minimalne szkody dla środowiska. Na przykład amerykańskie firmy wybierają obecnie koks lub węgiel jako surowiec, produkując wysokiej jakości ciekłe węglowodory.
Pomimo faktu, że proces pirolizy jest dojrzałą technologią, którą można stosować na dużą skalę, wiąże się on z dość wysokimi kosztami materiałowymi na naprawę i eksploatację instalacji. Dla wielu producentów jest to środek odstraszający, ponieważ istnieje tendencja spadkowa światowych cen ropy.
Wniosek
Światowe rezerwy węgla są dość duże. Mogą być wykorzystywane jako źródło paliwa ze względu na znaczne ubytki oleju. Analitycy zajmujący się przemysłem naftowym i gazowym są przekonani, że to dzięki pirolizie można wyprodukować wysokiej jakości węglowodory. Zauważają, że powstałe paliwo ma nie tylko wyższą wydajność środowiskową w porównaniu z paliwem naftowym, ale jest również całkiem akceptowalne dla konsumentów.według przedziału cenowego. W przypadku połączenia syntezy Fischera-Tropscha i zgazowania biomasy możemy mówić o obiecującym sposobie produkcji odnawialnej wersji paliwa samochodowego.
Syntetyczny surowiec, otrzymywany przez pirolizę węgla, jest konkurencyjny tylko wtedy, gdy koszt ropy naftowej przekracza 40 USD za baryłkę. Produkcja takiej mieszanki węglowodorów wymaga inwestycji od siedmiu do dziewięciu miliardów dolarów za osiemdziesiąt tysięcy baryłek paliwa syntetycznego. Technologie związane z procesem pirolizy uznawane są przez ekologów za jedne z najbezpieczniejszych dla środowiska. Dlatego w ostatnich latach wiele krajów rozwiniętych przywiązuje dużą wagę do opracowywania nowych metod produkcji paliw węglowodorowych, które umożliwiłyby im odejście od tradycyjnych surowców naftowych. Dzięki innowacjom i usprawnieniu łańcucha technologicznego proces pirolizy stał się znacznie tańszy i bardziej dostępny do uzyskania wysokiej jakości węglowodorów ciekłych. Wykształcone produkty są wykorzystywane nie tylko jako paliwo, ale także do tworzenia różnorodnych substancji organicznych.
