Что такое пиролиз? Определение, понятие о процессе
Что такое пиролиз? Какое значение он имеет для современной химической промышленности? Будем вместе разбираться в данном вопросе.
О пиролизе углеводородов
Итак, что такое пиролиз? Определение данного процесса предполагает термическое разложение органического соединения без наличия кислорода. Подвергаются такому распаду нефтепродукты, уголь, древесина. После завершения процесса образуется синтез-газ, а также другие конечные продукты.
Особенности процесса
Реакция пиролиза осуществляется при температуре от 800 до 900 градусов. Именно этот процесс считают основным вариантом образования этилена. Данный непредельный углеводород является важным исходным сырьем для получения разнообразных органических соединений: бензола, дивинила, пропилена.
Пиролиз древесины
Рассуждая над тем, что такое пиролиз, отметим, что впервые эта химическая технология переработки нефтегазового сырья была запатентована А. А. Летним в 1877 году. Что такое пиролиз древесины? Эта реакция осуществляется при температуре порядка 500 градусов. Она связана с образованием таких важных компонентов химического производства, как уксусная кислота, древесный уголь, смола, ацетон. Учитывая, что наша страна является «кладовой» лесов, в России функционируют крупные комбинаты по проведению процесса пиролиза древесины.
Пиролиз мусора
Пиролиз отходов является специальным проектом, связанным с уничтожением бытового мусора. Сложность проведения пиролиза пластмасс, шин, разнообразных органических отходов связана с тем, что предполагается иная технология, существенно отличающаяся от процесса переработки иных твердых материалов.
В составе многих отходов есть сера, хлор, фосфор, которые после окисления (образования оксидов) приобретают свойства летучести. Продукты пиролиза представляют угрозу для окружающей среды.
При взаимодействии хлора с органическими веществами, образующимися после завершения процесса разложения, происходит выброс прочных ядовитых соединений, таких как диоксины. Для того чтобы улавливать подобные продукты из выделяющегося дыма, необходима специальная установка пиролиза. Подобная процедура предполагает существенные материальные затраты.
Для европейских стран большое экологическое значение имеет проблема утилизации старых автомобильных шин, резиновых деталей, которые отработали свой эксплуатационный срок. В связи с тем что природное нефтяное сырье является невосполнимым видом полезных ископаемых, необходимо применять в максимальном объеме вторичные ресурсы.
Из бытового и строительного мусора можно получать огромное количество разнообразных веществ органического и неорганического состава, поэтому так важно развивать данное промышленное направление.
Полимеры и автомобильные шины являются отличным ценным сырьем. После его переработки путем низкотемпературного пиролиза можно получать жидкие фракции насыщенных углеводородов (синтетическую нефть), горючий газ, углеродистый остаток, а также металлический корд. При сжигании тонны резиновых шин происходит выделение в атмосферу порядка 270 кг сажи, а также около 450 кг токсичных газообразных веществ.
Синтез-газ
Это смесь водорода и оксида углерода (2). В промышленных объемах ее получают при проведении паровой конверсии метана, газификации угля, окислении метана, переработке органических отходов. В зависимости от того, по какой технологии получают синтез-газ, соотношение в нем угарного газа и водорода может варьироваться в диапазоне от 1:1 до 1:3.
Среди основных областей применения данного сырья особое место занимает изготовление метанола, а также синтез Фишера-Тропша. Под ним понимают химическую реакцию, которая происходит при наличии катализатора. Заключается она в преобразовании угарного газа и водорода в разнообразные жидкие углеводороды. В основном в качестве катализаторов (ускорителей) данного взаимодействия выбирают кобальт и железо.
Специфичность данного процесса в возможности производства синтетических материалов для применения их в виде смазочного синтетического масла либо топлива.
Специфика получения
Как выглядит химизм реакции? Попробуем выяснить, что это. Определение пиролиза было рассмотрено выше, теперь остановимся на особенностях химического процесса. Способ Фишера-Тропша подразумевает взаимодействие метана с кислородом. Продуктами взаимодействия являются угарный газ и водород. В результате реакции получаем углеводороды ряда алканов и водяной пар. Именно образующиеся углеводородные продукты после очистки используют для создания синтетической нефти.
Значение пиролиза
Угарный газ и газообразный водород образуются при частичном окислении древесного топлива и каменного угля. Значимость подобного процесса заключается в образовании из твердого сырья (углеводородных отходов либо угля) водорода или жидких углеводородов.
При неокислительном пиролизе твердых отходов в настоящее время в химической промышленности производят синтез-газ. Некоторое его количество применяют и в виде автомобильного топлива, не подвергая последующей переработке по реакции Фишера-Тропша. При необходимости использования жидкого топлива аналогичного парафинам и смазке применяется упрощенная химическая технология.
Если нужно увеличить количество выпускаемого водорода, с помощью изменения объема водяного пара смещают в данном уравнении химическое равновесие. В таком случае после завершения взаимодействия образуется водород и углекислый газ.
Совершенствование технологии
После открытия, сделанного в 1920 году немецкими исследователями Гансом Тропшом и Францем Фишером, технология неоднократно модернизировалась, совершенствовалась. Постепенно количество синтетического топлива, созданного путем пиролиза, достигло в Германии 124 тысяч баррелей за сутки. Такой показатель существовал в 1944 году.
Современность
В наше время существуют две крупные компании, которые применяют в своей технологии процесс Фишера-Тропша. Большая часть дизельного топлива ЮАР производится путем пиролиза, последующего окисления образующих продуктов.
Особое внимание данная химическая технология приобрела после того, как ученые стали искать способы получения дизельных малосернистых веществ, способных наносить минимальный ущерб окружающей среде. Например, американские компании в настоящее время в качестве исходного сырья выбирают кокс или уголь, получая жидкие углеводороды высокого качества.
Несмотря на то что процесс пиролиза является проработанной технологией, которую можно использовать в крупных масштабах, он связан с довольно высокими материальными затратами на ремонт и эксплуатацию установки. Для многих производителей это является сдерживающим фактором, ведь наблюдается тенденция снижения мировых цен на нефть.
Заключение
Мировые запасы каменного угля достаточно велики. Они могут быть использованы в виде источника топлива в связи с существенным истощением нефти. Аналитики, занимающиеся нефтегазовой отраслью, убеждены, что именно путем пиролиза можно производить качественные углеводороды. Они отмечают, что получаемое топливо не только имеет более высокие экологические показатели по сравнению с нефтяным топливом, но и вполне приемлемо для потребителей по ценовому диапазону. В случае сочетания синтеза Фишера-Тропша и газификации биомассы можно вести речь о перспективном способе изготовления возобновляемого варианта автомобильного топлива.
Синтетическое сырье, получаемое путем пиролиза угля, является конкурентоспособным только при стоимости нефти больше 40 долларов за баррель. Для производства подобной смеси углеводородов необходимы инвестиции в диапазоне от семи до девяти миллиардов долларов за восемьдесят тысяч баррелей синтетического топлива. Технологии, связанные с процессом пиролиза, признаны у экологов одними из самых безопасных для окружающей среды. Именно поэтому в последнее время многие развитые страны уделяют большое внимание разработке новых способов получения углеводородного топлива, которое бы позволило им отойти от традиционного нефтяного сырья. Благодаря инновациям и совершенствованию технологической цепочки процесс пиролиза стал существенно дешевле и доступнее для получения качественных жидких углеводородов. Образованные продукты применяют не только в качестве топлива, но и для создания разнообразных органических веществ.
fb.ru
это… Виды пиролиза :: SYL.ru
Пиролиз — это химический процесс разложения вещества при нагревании. Данная реакция сопровождается разрывом внутримолекулярных связей. Она используется для получения новых веществ. В качестве исходного компонента выступает только одно вещество.
Разновидности и значимость процесса
Сухой пиролиз — процесс термического разложения без доступа кислорода. В зависимости от выбранного исходного компонента, данный процесс протекает при разных значениях температуры. Образующиеся в результате подобного превращения продукты реакции отличаются по составу, свойствам, сферам использования. В настоящее время выделяют следующие виды пиролиза:
- разложение при невысоких температурах;
- высокотемпературный пиролиз.
Характеристика высокотемпературного разложения
Пиролиз — процесс термического разложения твердого вещества. В случае его возгонки на высоких значениях температуры, в качестве основных продуктов реакции будут выступать газообразные вещества. Суть процесса связана с получением определенного количества энергии, ее расходованием в ходе химического взаимодействия.
Востребованность процесса
Так как пиролиз — это химический процесс, он сопровождается образованием нескольких веществ, имеющих широкое применение в промышленности. Например, кокс, востребованный в металлургии, получают именно таким способом. Многие полигоны бытового мусора уничтожают именно путем термического разложения. Пиролиз — это процесс, который не сопровождается образованием отходов, что особенно актуально для нашей планеты.
Способы получения нефтехимических продуктов
Как осуществляется пиролиз? Описание процесса можно рассмотреть на примере углеводородов. Происходит процесс их расщепления на несколько других веществ, имеющих более простое строение в сравнении с исходным веществом. Осуществляют подобный процесс в нефтехимической промышленности при температуре около 900 градусов.
Особенности древесного пиролиза
Такой пиролиз — это процедура сжигания древесины без присутствия воздуха, осуществляемая при температуре около 5000 градусов. В качестве ценных продуктов, получаемых в ходе такого взаимодействия, выступают уксусная кислота, ацетон, метанол, а также смола. Особенность данной химической реакции состоит в том, что древесный уголь можно применять в качестве отличного топлива для ускорения многих химических взаимодействий.
Такой пиролиз — это процесс, который начинает протекать при двухстах градусах по Цельсию, сопровождается реакция выделением смеси оксидов углерода. При последующем сжигании продуктов в атмосфере кислорода воздуха наблюдается повышение суммарной калорийности.
Древесный пиролиз — это отдельный раздел в химии, заслуживающий детального рассмотрения и изучения.
Особенности уничтожения бытового мусора
Среди важных сфер применения пиролиза особый интерес представляет процедура уничтожения бытовых отходов. Основное препятствие для подобной реакции представляет наличие в отходах ядовитых соединений серы, фосфора, хлора. Такие активные элементы способны образовывать опасные для живых организмов соединения. Процедура переработки полимеров и автомобильных покрышек – экономически выгодный процесс, позволяющий получать разнообразные вторичные продукты.
Стадии процесса
В процессе термического пиролиза осуществляют следующие превращения:
- сушка;
- крекинг;
- полное сгорание в атмосфере;
- очистка в поглотителях образующихся газообразных веществ.
Мусоросжигательные заводы, функционирующие в нашей стране, рассчитаны на разные режимы работы. Чтобы осуществить полную переработку бытовых отходов, подают газообразные вещества в поглотительные аппараты, в которых и производится полноценное очищение их от токсинов.
Шлак, получаемый в результате процесса пиролиза, является ценным химическим продуктом. В нем могут содержаться редкие металлы, применяемые в современной химической промышленности.
В процессе работы перерабатывающего предприятия получают тепловую и электрическую энергию, сырье для химического производства.
Перспективность пиролиза
В случае введения в химическую реакцию определенных катализаторов, наблюдается существенное повышение выхода продуктов. Ученые работают над проблемой загрязнения катализаторов в ходе реакции. В экспериментальных установках апробируют эффективность ингибиторов и активаторов, способных снижать скорость протекания вторичного процесса пиролиза.
В последнее время особое внимание уделяется разработке метода физического ускорения пиролиза с помощью электромагнитного поля.
В повседневной жизни востребованы печи на базе крекинга, которые состоят из двух камер. В одной части происходит возгонка топлива путем крекинга, а во второй камере осуществляется его непосредственное горение.
Химизм превращений основывается на явлении горения биомассы. Сначала наблюдается обугливание древесины, затем она дымится, потом вспыхивает, полностью превращается в газообразные продукты. Под действием высокой температуры осуществляется деструкция (термическое разложение) древесины, что приводит к выделению смеси горючих газообразных веществ. Их количественный показатель напрямую зависит от показателя температуры. Если она превышает 450 градусов, наблюдается образование незначительного количества газообразных веществ, они не вспыхивают. Оптимальный температурный режим для процесса древесного пиролиза – 900 градусов по Цельсию. При разогревании до этого показателя всей поверхности дерева наблюдается его возгорание.
При этом выделяется дополнительное количество энергии, в результате чего химический процесс существенно ускоряется. При ограничении доступа в реакционную смесь кислорода разложение осуществляется с первоначальной скоростью. Образующиеся газы отводят, применяют их для различных направлений химического производства.
В естественных условиях пиролиз осуществляется совместно с горением. Сначала наблюдается нагревание древесины от внешнего источника энергии, потом происходит процесс разложения. При ограничении доступа в реакционную смесь кислорода возможно возгорание. Особенность процесса в отсутствии необходимости использования дополнительного источника энергии.
Специфика применения
В идеальной ситуации пиролиз осуществляют в замкнутом пространстве без притока кислорода воздуха, с постоянным подводом энергии. Чтобы снизить затраты энергии на данный химический процесс, используют горючие газы, образующиеся во время пиролиза. В качестве основного оборудования, применяемого в производстве, необходимо упомянуть газогенераторы, фильтры, а также блоки охладителей.
Отходы в виде щепы, опилок, стружки помещают в печь, затем осуществляется процедура их сжигания при минимальной подаче воздуха. Учитывая зависимость между производительностью установки и температурой процесса, в промышленности используют вариант быстрого пиролиза, предполагающего разогревание сырья до максимальной температуры.
Выделяющиеся газы охлаждают, фильтруют, закачивают в специальные резервуары для последующего применения.
При пиролизе каменного угля получают смесь ценных продуктов. Особенность данного процесса заключается в необходимости нагревания смеси до высокой температуры. Какие ценные компоненты для химического производства можно получить при пиролизе древесины?
В первую очередь выделим кокс, применяемый в больших объемах в процессе плавки стали. Кроме того, в получаемой газообразной смеси содержится аммиак, востребованный в химии удобрений.
Анилин является основным компонентом эмалей и красок, получаемых в современной промышленности. Толуол – ценное сырье для производства красителей и взрывчатых веществ.
Разновидности котлов
Такие агрегаты могут иметь два варианта строения. Среди востребованных моделей отметим аппараты, в которых первая топка расположена над второй. Соединены они с помощью прямоугольной форсунки, выполненной из специального огнеупорного кирпича. При качественном пиролизе образуется множество полезных химических веществ, причем процесс не предусматривает существенных затрат кислорода. Термический распад углеводородов – отличный способ получения газообразных веществ, применяемых в последующем синтезе.
www.syl.ru
что это, его виды и практическое применение, получаемые продукты, перспективы развития метода
Что такое пиролиз – химическая реакция термического разложения исходного вещества. При этом полученная энергия температурного воздействия разрывает внутримолекулярные связи и эта же энергия позволяет получать новые соединения. Реакция идёт без второго реагента и поэтому её можно назвать реакцией термического разложения.
Виды и практическое применение пиролиза
В зависимости от процесса разложения пиролиз может идти при различных температурах. При этом полученные в конце процесса вещества будут отличаться по своему химическому составу. Различается:
- термическое разложение при низкой температуре;
- высокотемпературный пиролиз.
Пиролиз с температурой до 900 градусов считается низкотемпературным и при его проведении получают преимущественно вещества в твёрдом состоянии с небольшой массовой долей газов. При возгонке на высоких температурах, конечным продуктом в основном станут газы. С точки зрения протекания процесса, чем больше получено энергии, тем большей свободой связи обладают молекулы. А чем больше свободы, тем вещество легче, так как расстояния между молекулами увеличиваются.
Перерабатываемые продукты
Использование пиролиза широко. Так, получение продуктов нефтехимии возможно только с применением данного метода. Используемый в металлургии кокс является продуктом пиролиза. Разработаны полигоны бытовых отходов, где их уничтожение происходит с помощью термического разложения. Метод хорош тем, что является безотходным, это в условиях загрязнённой атмосферы Земли актуально.
Получение продуктов нефтехимии
Когда органические сложные соединения разлагаются под воздействием температуры, то происходит получение простых углеводородов. При таком процессе получают этилен и пропилен, а из них разнообразные производные. На их основе получают впоследствии различные ВМС методом полимеризации и синтеза. Крекинг в нефтехимии идёт при 800–900 градусах.
Древесный крекинг
Издавна известна профессия углежогов, которые сжигали древесину без доступа воздуха под землёй и получали древесный уголь. При температуре в 5000 происходит сухая возгонка, при которой получаются ценные продукты – ацетон, смола, уксусная кислота и метанол. При этом углерод остаётся в твёрдом состоянии и называется древесным углём. Такой продукт в дальнейшем используется как высококалорийное топливо или активатор химических процессов.
Начинается пиролиз при температуре в 200 градусов с выделения оксидов углерода. Необходимо отметить и то, что если продукты разложения в дальнейшем сжигать в атмосфере воздуха, то суммарная калорийность их сгорания будет гораздо выше, чем энергия, потраченная на пиролиз.
Химия древесины – наука, которая развивалась первоначально только в России и первые опыты крекинга принадлежат русским учёным.
Уничтожение бытового мусора
Использование пиролиза для уничтожения бытовых отходов и получения за счёт этого энергии перспективно. Главным препятствием является содержание в отходах ядовитых летучих составляющих – хлора, фосфора и серы. Это активные элементы, которые могут связываться с другими продуктами пиролиза и создавать опасные соединения. Переработка шин и полимерных материалов позволяет получить вторичные продукты и экономически оправдана.
Во время пиролиза в аппарате продукт переработки проходит следующие стадии:
- процесс сушки;
- крекинг;
- дожёг остатка в атмосфере;
- очистка газа в поглотителях.
При этом мусоросжигательный завод имеет разные режимы и установки, рассчитанные на тот или иной процесс.
Для полной переработки отходов газовые продукты направляются в специальные поглотительные установки, где происходит их очистка от токсинов. Полученный в результате пиролиза шлам представляет собой ценный продукт, так как содержит редкие элементы, которые используются для дальнейшей переработки.
При этом на мусороперерабатывающем предприятии можно получить:
- тепловую энергию;
- электрическую энергию;
- продукты переработки шин и полимеров.
Экономичным станет производство по утилизации при сортировке мусора. Пока же на полигоны вывозится всё, попадают даже ртутные отходы.
Перспективы в развитии пиролиза
При использовании катализаторов процесс крекинга резко увеличивается и выход продуктов повышается. При этом затруднение вызывает возникающий процесс коксования самих катализаторов. Научные разработки в этом направлении ведутся.
Использование активаторов процесса или ингибиторов, тормозящих вторичные реакции тоже находится в стадии экспериментальных установок. Но и этот способ оптимизации процесса затрудняется в связи с загрязнением выходящего продукта. В настоящее время
В быту распространение получают обогревательные печи на основе крекинга, состоящие из двух камер, в первой из которых происходит возгонка крекингом, а во второй собственно горение.
pechi.guru
Что такое пиролиз — применение, описание
У многих слово «пиролиз» вызывает непонимание и недоумение. Ведь немного людей знают его прямое значение и непосредственно применение. Что не скажешь о пиролизных котлах – это достаточно популярный вид котлов, так как они сегодня очень активно разрекламированы и находятся постоянно на слуху у всех. Но что же такое этот пиролиз, и стоит ли на самом деле доверять пиролизным котлам, эффективны ли они на столько, как обещают производители в рекламе – это мы с вами и выясним в этой статьи далее.
Значение пиролиза
Пиролиз – это огонь, распад. Пиролиз твердых бытовых отходов — процессы термического разлада отходов, который всегда будет происходить без доступа воздуха. Пиролиз древесины – это химический процесс, который будет сопровождать горение любой биомассы. Доказательство такого явления, очень банально, для этого необходимо провести совсем не сложный опыт.
Расположите на раскаленной металлической поверхности некрупного размера брусок сухого дерева, после чего древесина начнет дымиться, а вскоре и вовсе воспламенится, как следствие сгореть, или же просто истлеть. Дерево выделяет различные горючие газы, во время воздействия на него высокой температуры – это термическое разложение древа. Количество выделенных деревом газов, будет зависеть непосредственно от температурного воздействия, вот и объяснение тому, почему кусок дерева не всегда загорится – например, если температура не достигнет 500’C, то возгорания не будет и выделение газов будет минимальным, и дерево просто истлеет, оставив горстку пепла после себя.
Если необходимо поддерживать определенный температурный режим в процессе пиролиза, то необходимо ограничить попадание в него кислорода. Это даст возможность отвести образующиеся газы и использовать эффективно.
Самый подходящий температурный режим для процесса пиролиза, во время которого выделится необходимое количество горючих газов, это начиная от 600 и до 900 градусов. Тут мы хотим разбить процесс пиролиза на два вида:
- Низкотемпературный пиролиз (от 450 до 900*С). Во время которого мы получаем небольшое выделение газа, в тоже время выброс твердого остатка, смол и масел наоборот, будет большим. Так как с ростом тепла в пиролизе количество газа будет расти, а количество смол и масел – будет все меньше.
- Высокотемпературный пиролиз (выше 900*С). В таком пиролизе, как уже стало понятно, выброс плохих продуктов небольшое, а газа максимальное.
Можно подбить небольшой итог всего вышесказанного:
Пиролиз – это химическая реакция деструкции вещества, которая является следствием воздействия высоких температур; во время попадания кислорода будет сопровождаться горением. Результат работы такого процесса позволяет получить твердый углеродистый остаток и пиролизный газ.
Применение процесса пиролиза древесины
Для получение желаемого результата пиролиза древесины, должен проходить в замкнутом пространстве, обязательное условие – невозможность поступление кислорода и непрерывная подача необходимых температур из вне. Для того, что б не подключать дорогие носители тепла, для поддержки данного явления часто пользуются итогами конечного результата – горючие газы.
Основная сфера, где актуально использование процесса пиролиза в промышленности – всевозможные отходы обработки дерева, они хорошо поддаются пиролизу, и из них получают газообразное горючие. Так же очень распространенно использование пиролиза для оборудования технического процесса. Это могут быть, пиролизные печи, газогенераторы, блоки охладителей и фильтры. Для этого берут опилки, щепки и т.д., которые погружают в печь и там сжигают без доступа кислорода. В промышленной сфере очень часто используют быстрый пиролиз – это, когда сырье нагревается максимально оперативно. Полученная смесь газов проходит охлаждение, фильтрацию, топом попадает в специальные резервуары для следующих этапов.
Но стоит сказать, что древесина не совсем оправдывает надежды, возложенные на нее, для целей получения полезных газов, тут лучше показывает себя уголь, из него можно получить большое количество полезных веществ. Но для их максимального получения из угля, необходимо его подвергать более высоким температурам, чем дерево. Уголь во время полноценного пиролиза, будет выделять такие вещества, как: анилин, аммиак, толуол, кокс.
И это только самая малая часть продуктов, которые будут вырабатываться, во время пиролиза угля.
Пиролизные котлы отопления
Самое главное отличие пиролизного котла, о котором стоит сказать сразу, от привычных для нас котлов прямого горения – это то, что они имеют две топки. В первой камере будет протекать процесс газификации твердых топлив, во время подачи минимального количества кислорода. Во второй камере проходит догорание полученных пиролизом газов, с поступлением дополнительного воздуха.
Сегодня известны два основных типа пиролизных котлов, которые мы и рассмотрим ниже.
Первый вид – это котел, у которого первая топка будет расположена над вторичной. Между ними находится форсунка, которая изготовлена из огнеупорного кирпича. Работа котла протекает так: в первичную топку попадает кислород благодаря работе вентилятора, и только частично во вторичную, с целью дальнейшей обработке газов.
Парадокс, который тут отслеживается, это то, что поступление кислорода не перекрыто, как это предусмотрено в пиролизе, а совсем наоборот, вентилятор способствует его проникновению. Но такая последовательность пиролиза, даст полное и эффективное сгорание древесины, не оставив даже золы, только небольшое количество пепла. И пепла вы тоже можете не найти, поскольку вентилятор, будет выдувать его через форсунку в дымоход. Но данная последовательность работы котла, практически ничего общего с пиролизом не имеет.
Второй вид – это котел с природным попаданием кислорода. Здесь уже камеры топки расположены противоположно первому виду – первичная внизу, вторая над ней. Еще одно отличие от первого вида – это отсутствие форсунки. Тут ее заменяет банальный газоход, который и соединяет обе камеры между собой. И вентилятор тут тоже отсутствует – кислород поступает сюда естественным путем, а именно, с помощью дымохода и отдельной подачей воздуха в топке.
Здесь сам процесс пиролиза отслеживается четче, поскольку ограниченно попадание кислорода, с помощью перегородки, а не создание его избытка. Но эта перегородка и создает проблему. Если ее закрыть, упадет температура, соответственно выделение газа значительно снизится, и вторичная камера превратиться в самый обычный газоход. Если вы откроете перегородку, то лучше не станет – газов будет выделяться максимальное количество, и в скорее они начнут гореть в первичной камере, при этом попадание во вторичную будет минимальным.
Если говорить об отзывах такого вида котлов, то они не совсем положительные, для многих такой котел не оправдал ожиданий.
nagdak.ru
Пиролиз: описание и виды пиролиза
По сути пиролиз – это распад материи на молекулярном уровне. Разложение органических и неорганических тканей при этом происходит благодаря сильному нагреву и полному отсутствию кислорода. В итоге сложные соединения распадаются на более простые, образуя новые элементы. Поэтому довольно часто данный процесс называют сухой перегонкой.
Описание процесса
Потребность в экологичном оборудовании для переработки химических отходов у нашего общества появилась уже давно. Первые пиролизные котлы стали запускать еще в конце позапрошлого века. А создание современных пиролизных агрегатов решило сразу несколько вопросов:
- экологическая составляющая;
- возможность накапливать результаты сжигания;
- экономическая выгода.
Впрочем, экономический аспект использования пиролиза рассчитан на перспективу. Пиролиз достаточно недешевое удовольствие. Он требует соответствующего оборудования и специально обученный кадровый состав.
Зато в работе пиролизные установки практически автономны. Агрегатам требуется электроэнергия только для запуска, дальнейшая работа котла осуществляется за счет производимых в процессе сжигания ресурсов. При этом избытки вырабатываемой энергии и пара можно использовать для бытовых целей, перенаправляя их коммунальные сети.
В России пиролиз только начинает набирать популярность, тогда как в Европе без установок для пиролиза не обходится ни одно крупное предприятие. Причин такой востребованности пиролиза довольно много:
- безотходный способ переработки мусора и всевозможных загрязнений промышленного характера;
- уровень КПД от пиролиза составляет 90 %;
- возможность получения новых соединений, вторсырья;
- создание невосполнимых ресурсов, таких как синтетическая нефть;
- получение углеводородов, органических кислот и других химических элементов;
- источник теплоснабжения предприятий.
Исходя из выбора сырья для переработки, пиролизная реакция может протекать при разных температурных режимах. Конечный результат при этом, также будет различаться по составу химических элементов.
В зависимости от температуры нагрева печи и дополнительным составляющим пиролиза, перегонку принято разделять на две разновидности: сухая и окислительная.
Окислительный пиролиз
Этот вид пиролиза можно назвать самым экологичным и продуктивным. Он применяется для обработки вторсырья. Реакция проходит при высоких температурах. Например, при пиролизе метана, он смешивается с кислородом, частичное сгорание вещества выделяет энергию, которая нагревает оставшееся сырье до температуры 16000 ºС.
Окислительный пиролиз используют для того, чтобы обезвредить промышленные отходы с повышенным содержанием нефти. А также для переработки пластика, резины и других материалов, не поддающихся естественному разложению в природной среде.
«Окислительный пиролиз позволяет перерабатывать сырье различных консистенций. В том числе материалов в жидком и газообразном состоянии».
Виды сухого пиролиза
Сухой пиролиз один из самых востребованных в промышленности. С его помощью получают топливо, различные химические соединения и обезвреживают вторсырье. Используя разные температурные режимы пиролиза получают газ, жидкие и твердые продукты сгорания.
Разогрев котла до максимальной температуры в 5500 ºС, считается низкотемпературным режимом. При таких температурах образования газов практически не происходит. Работа направлена на производство полукоксов (в промышленности их активно используют в качестве топлива) и смол, из которых в дальнейшем производят искусственный каучук.
Протекание пиролиза при температурах от 550 до 9000 ºС считается низкотемпературным, но фактически, учитывая технические возможности, принадлежит к среднему температурному режиму. Его использование целесообразно при необходимости производства пиролизного газа и твердых осадков. При этом исходное сырье может включать фракции неорганического происхождения.
Течение пиролиза при температуре выше 9000 ºС считают высокотемпературной реакцией. Работа котла при максимальной температуре в 9000 ºC позволяет получать твердые материалы (кокс, древесный уголь и другие) с низкой долей выделяемого газа.
Выгонка с использованием более высоких температурных режимов нужна для получения преимущественно газообразных веществ. Практическая польза от высокотемпературного режима заключается в том, что полученные газы можно использовать в качестве топлива.
«Высокотемпературный пиролиз не требователен к содержанию перерабатываемого сырья. При использовании низкотемпературного режима необходимо соблюдать все этапы подготовки, включая сушку и сортировку».
Пиролиз ТБО
Экологически чистая переработка мусора – одно из ключевых направлений использования пиролиза. Данные агрегаты позволяют в разы сократить негативное воздействие антропогенного фактора на окружающую среду.
В процессе пиролиза распадаются биоактивные вещества, не выплавляются тяжелые металлы. После термического распада в пиролизных котлах практически не остается невостребованных отходов, что позволяет значительно сократить площади, для их дальнейшего хранения.
Так, например, сжигая 1 тонну покрышек мы загрязняем атмосферу 300-ми кг сажи. Кроме того, в воздух поступает около 500 кг токсичных веществ. Переработка того же материала в пиролизных установках позволяет использовать резину в энергетических целях, получать вторсырье для дальнейшего производства и значительно сокращает вредные выбросы.
Снизить вредное воздействие на окружающую среду удается благодаря многоступенчатой системе переработки. В процессе пиролиза отходы проходят четыре этапа утилизации:
- первоначальную сушку;
- крекинг;
- дожигание остатков переработки в атмосфере;
- очистку полученных газообразных веществ в специальных поглотителях.
Пиролизные установки позволяют перерабатывать отходы:
- деревоперерабатывающих предприятий;
- фармацевтической отрасли;
- автопрома;
- электротехники.
Метод пиролиза успешно справляется с полимерами, отходами канализации и бытовым мусором. Нивелирует воздействие на природу нефтепродуктов. Отлично подходит для утилизации органических отходов.
Единственный минус пиролизных агрегатов обнаруживается при переработке сырья, содержащего хлор, серу, фосфор и другие ядовитые химикаты. Продукты полураспада этих элементов под действием температуры могут соединяться с другими веществами и образовывать токсичные сплавы.
Пиролиз метана
Пиролиз метана одна из самых сложных реакций, проходящих в разных температурных режимах. Проводя пиролиз на высокой температуре, можно получить ацетилен, из которого изготавливают каучук. Однако экономически эта процедура не оправдана.
Зато пиролизная переработка метана – отличный способ для его утилизации. К примеру, тримеризации, получаемого ацетилена, можно добиться добавив активированный уголь и запустив работу котла в низком температурном режиме.
Пиролиз древесины
Эту процедуру еще называют древесным крекингом, а зародилась она именно в России. Прообраз современного агрегата еще в незапамятных временах изобрели наши углежоги. Для получения древесного угля без доступа воздуха, они воспламеняли древесину под слоем земли.
Сегодня этот процесс гораздо совершеннее и проходит в несколько этапов. Начинается крекинг при разогреве до 2000 ºС. На этом этапе выделяется большое количество оксида углерода. Если продолжить его сжигание в атмосфере, то удастся получить огромное количество энергии.
Затем котел разогревается до 5000 ºС. В этом температурном режиме получают метанол, смолы, ацетон и уксусную кислоту. Кроме этого вырабатывается твердый углерод, больше известный, как древесный уголь.
Продукты пиролиза и перспективы его применения
Использование пиролизных агрегатов дает широкие возможности по изготовлению ценных сегодня продуктов химической промышленности. В их числе: бензин, дизтопливо, синтез-газ, древесный уголь. Но их выработка ставит перед российским обществом еще одну проблему – сортировка сырья.
Впрочем, на первых порах массового внедрения пиролизных установок, из них можно извлечь и другую пользу. Независимо от перерабатываемого сырья, пиролизные агрегаты способны вырабатывать электрическую и тепловую энергию.
Кроме того, благодаря наличию камер догорания и практически безотходному производству, пиролизные установки способны решить многие проблемы экологического характера.
Сегодня небольшие по размеру модели, такие как «Пиролиз 43», начинают пользоваться спросом в частной среде. Эти мини-печи с высоким уровнем КПД просто не заменимы для частных домовладений в пригороде и труднодоступных поселениях. Пиролизные установки легко решают проблему газификации и электрификации небольших сел и дачных кооперативов.
Установки для реализации пиролиза не до конца оценены современным обществом. Однако их бережное отношение к природе, способность производить необходимые цивилизованному обществу продукты из вторсырья еще завоюют внимание миллионов людей. Система пиролиза хороший способ сделать нашу планету чище, а отношение к ископаемым рациональней.
Оцените статью:Рейтинг: 0/5 — 0 голосов
prompriem.ru
понятие, технология, процесс, схема, продукты
Под пиролизом твердых бытовых отходов принято понимать процесс термического разложения отходов, происходящий без доступа кислорода. В конечном результате данный процесс позволяет получить твердый углеродистый остаток и пиролизный газ. Пиролиз ТБО способствует созданию современных безотходных технологий утилизации мусора и максимально рациональному использованию природных ресурсов.
Этот метод утилизации ТБО считается намного безопаснее сжигания. Однако, даже не смотря на то, что процесс пиролиза гораздо более трудоемкий, чем традиционное сжигание мусора, данная технология является наиболее перспективной, поскольку во время пиролиза количество выбросов попадающих в атмосферу значительно меньше, чем при традиционном сжигании.
А, следовательно, при использовании технологии пиролиза в таком деле как переработка мусора, существенно уменьшается загрязнение окружающей среды. Итак, какие же процессы происходят во время пиролиза:
- сушка
- сухая перегонка
- горение остатков
- газификация
Количество образовавшихся в процессе пиролиза веществ напрямую зависит от начального состава твердых бытовых отходов и от текущих условий, при которых происходит сам процесс пиролиза. Процессы пиролиза могут протекать с разным температурным уровнем:
- Низкотемпературный пиролиз (при температуре 450-900 °С). При таком пиролизе выход газа минимален, а количество твердого остатка, смол и масел наоборот, максимально. С увеличением температуры пиролиза, количество получаемого газа увеличивается, ну а количество смол и масел, соответственно, уменьшается;
- Высокотемпературный пиролиз (при температуре свыше 900 °С). Выход газа при данном способе максимален, а выход смол минимален. Таким образом, при данном методе пиролиза образуется минимальное количество отходов.
Метод и реакция пиролиза
Пиролиз представляет собой термическую деструкцию исходного вещества (реакция пиролиза подразумевает собой разрушение нормальной структуры вещества при помощи высокой температуры, с ограничением доступа кислорода). Его часто встречающейся разновидностью является быстрый пиролиз это такой вид пиролиза, при котором подвод к исходному веществу тепловой энергии производится с высокой скоростью, и без происходит доступа кислорода.
Если медленный пиролиз можно условно сравнить с процессом доведения воды до точки кипения, то метод быстрого пиролиза условно подобен процессу попадания в раскаленное масло капли воды («взрывное вскипание»).
Отличительными особенностями метода быстрого пиролиза являются:
- Способность построения замкнутого непрерывного технологического производственного процесса.
- Относительная «чистота» конечных продуктов пиролиза, достигаемая благодаря отсутствию процесса осмоления.
- Минимальная энергоемкость подобного процесса, в сравнении с иными видами пиролиза.
- Данный процесс сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии (экзотермические реакции при быстром пиролизе превосходят эндотермические).
Схема пиролиза
Главным элементом в любой пиролизной установке является реактор, состоящий из швельшахты и шахтной печи. В верхнюю часть данного реактора поступают твердые бытовые отходы, которые в процессе пиролиза спускаются ниже через швельшахту. В верхних слоях реактора происходит подсушивание сырья, которое поступает в реактор. Затем сырье под действием собственного веса продвигается в среднюю часть реактора, где и происходит непосредственно сам процесс пиролиза.
Здесь, в бескислородной среде, происходит коксование мусора и его термическое разложение. Для защиты атмосферного воздуха от загрязнения делается следующее — из пиролизного реактора дымовые газы проходят через котел-утилизатор, затем они направляются в распылительную сушилку и после этого попадают в абсорбер. После очистки дымовых газов в абсорбере суспензией известкового молока, отработанная суспензия отправляется в распылительную сушилку, а газы выбрасываются в атмосферу.
Во время данного процесса происходит высокоэффективное обезвреживание твердых бытовых отходов, которые затем попадают в нижнюю часть реактора, и выводятся наружу. Полученный в результате данного процесса шлам, представляющий собой смесь золы и солей, собирают в контейнеры и отправляют потребителю, либо направляют в специальный отвал для хранения. Продукты пиролиза являются абсолютно безопасными с экологической точки зрения и впоследствии могут быть использованы в качестве топлива или ценного сырья для промышленности и народного хозяйства.
Продукты пиролиза.
Количество и химический состав продуктов пиролиза напрямую зависит от состава твердых бытовых отходов и температуры разложения. Однако, из обычного мусора, переработанного при помощи пиролиза, мусороперерабатывающие заводы могут получить:
- Электрическую энергию
- Тепловую энергия
- Печное топливо (аналог мазута)
- Синтез-газ
- Жидкие топливные продукты (бензин, дизельное топливо)
Однако, на практике получение большого количества полезных веществ, таких, например, как жидкое топливо, весьма затруднительно, поскольку возникает строгая необходимость в тщательной сортировке отходов на родовые виды. При использовании для пиролиза несортированного мусора, получить из него значительное количество жидкого топлива либо иных полезных веществ не представляется возможным.
Однако перерабатывая подобный мусор с целью утилизации, можно не только добиться снижения объемов захоронения мусора в нашей стране, но и получить весьма ощутимый экономический эффект, благодаря тому, что в процессе пиролиза все равно будет выделяться значительное количество тепловой энергии
- Комментарии к статье
- Вконтакте
ztbo.ru
Изобретения России // Пиролиз
Пиролиз (от греч. pýr — огонь, жар и lýsis — разложение, распад) — превращение органических соединений в результате деструкции их под действием высокой температуры. Обычно термин используют в более узком смысле и определяют пиролиз как высокотемпературный процесс глубокого термического превращения нефтяного и газового сырья, заключающийся в деструкции молекул исходных веществ, их изомеризации и др. изменениях.
Пиролиз- один из важнейших промышленных методов получения сырья для нефтехимического синтеза.
Целевой продукт пиролиза — газ, богатый непредельными углеводородами: этиленом, пропиленом, бутадиеном. На основе этих углеводородов получают полимеры для производства пластических масс, синтетических волокон, синтетических каучуков и др. важнейших продуктов. Первые заводы Пиролиз были построены в России (в Киеве и Казани) в 70-х гг. 19 в. пиролиз подвергали преимущественно керосин с целью получения газа для освещения.
Позднее была доказана возможность выделения из смолы, образующейся при пиролизе, ароматических углеводородов. Пиролиз получил широкое развитие во время 1-й мировой войны 1914-18, когда возникла большая потребность в толуоле — сырье для производства тротила (тринитротолуола). Сырьё для пиролиза весьма разнообразно: от газообразных углеводородов (этана, пропана) до тяжёлых дистиллятов и сырой нефти.
Однако основная масса перерабатываемого пиролиза сырья представлена газообразными углеводородами и бензинами. Эти виды сырья дают наибольшие выходы целевых продуктов при наименьшем коксообразовании. Основное распространение получили в промышленности пиролизные установки трубчатого типа.
Сырьё (например, бензин) проходит через паровой подогреватель, смешивается перед поступлением в печь с перегретым водяным паром и подвергается в печи дальнейшему нагреванию и пиролитическому разложению.
Конечная температура реакции (на выходе из печи) составляет 750-850 °С. Высокие температуры, короткое время пребывания сырья в зоне реакции и разбавление сырья водяным паром способствуют преимущественному расщеплению с образованием значительного количества газа. Наряду с газом образуется и побочный жидкий продукт пиролиза — смола. Выход смолы для газового сырья в среднем 5%, для бензинов — около 20% (по массе).
Для прекращения реакций пиролиза парогазовая смесь, выходящая из печи, подвергается быстрому охлаждению в смесителе — так называемом закалочном аппарате (путём прямого контакта с водяным конденсатом, который при этом испаряется). Дальнейшее охлаждение проходит в котле-утилизаторе, где вырабатывается пар высокого давления. Частично охлажденная парогазовая смесь после котла-утилизатора проходит масляную промывку для удаления частиц сажи и кокса и из неё выделяется тяжёлая часть смолы.
Облегчённая парогазовая смесь подвергается дальнейшему охлаждению с последующим отделением водного и лёгкого углеводородного конденсата от собственно газов пиролиза, которые направляются на газофракционирующую установку для выделения этилена и пропилена.
Пиролиз нефти и др. наиболее тяжёлых видов сырья сопровождается значительными отложениями кокса и нуждается в специальном аппаратурном оформлении. Разработаны модификации пиролиза с использованием циркулирующего теплоносителя. Это позволяет интенсифицировать процесс, сжигая образующийся кокс внутри системы (если применяется твёрдый теплоноситель — кварцевый песок, нефтяной кокс), либо значительно снизить коксоотложение (при газовом теплоносителе, например водяном паре).
С целью улучшения технико-экономических показателей пиролиз разрабатывается технология каталитических процессов.
Осуществление пиролиза газообразного сырья при температурах около 1200 °С способствует более глубокому превращению сырья: основным продуктом пиролиза является в этом случае ацетилен (сырьё для производства хлоропренового каучука, ацетальдегида и др.).
rus-eng.org