Cos'è la pirolisi? Qual è il suo significato per l'industria chimica moderna? Esaminiamo insieme questo problema.
Sulla pirolisi degli idrocarburi
Allora, cos'è la pirolisi? La definizione di questo processo prevede la decomposizione termica di un composto organico senza la presenza di ossigeno. I prodotti petroliferi, il carbone, il legno sono esposti a tale disintegrazione. Dopo che il processo è completato, si forma il gas di sintesi, così come altri prodotti finali.
Caratteristiche del processo
La reazione di pirolisi viene effettuata ad una temperatura compresa tra 800 e 900 gradi. È questo processo che è considerato l'opzione principale per la formazione di etilene. Questo idrocarburo insaturo è una materia prima importante per la produzione di vari composti organici: benzene, divinile, propilene.
Pirolisi del legno
Discutendo su cosa sia la pirolisi, notiamo che per la prima volta questa tecnologia chimica per la lavorazione delle materie prime di petrolio e gas è stata brevettata da A. A. Letny nel 1877. Cos'è la pirolisi del legno? Questa reazione viene condotta ad una temperatura di circa 500 gradi. È associato alla formazione di componenti così importanti della produzione chimica come acido acetico, carbone, resina,acetone. Considerando che il nostro Paese è una "dispensa" di foreste, in Russia operano grandi impianti per il processo di pirolisi del legno.
Pirolisi dei rifiuti
La pirolisi dei rifiuti è un progetto speciale relativo alla distruzione dei rifiuti domestici. La complessità della pirolisi di plastica, pneumatici, rifiuti organici vari è dovuta al fatto che si assume una tecnologia diversa, che è significativamente diversa dal processo di lavorazione di altri materiali solidi.
Molti rifiuti contengono zolfo, cloro, fosforo che, dopo l'ossidazione (formazione di ossidi), acquisiscono le proprietà di volatilità. I prodotti di pirolisi rappresentano una minaccia per l'ambiente.
Quando il cloro interagisce con le sostanze organiche formatesi dopo il completamento del processo di decomposizione, vengono rilasciati forti composti tossici come le diossine. Per catturare tali prodotti dal fumo emesso, è necessaria una speciale unità di pirolisi. Tale procedura comporta costi materiali significativi.
Per i paesi europei, il problema del riciclaggio di vecchi pneumatici per auto, parti in gomma che hanno esaurito la loro durata è di grande importanza ambientale. Poiché le materie prime petrolifere naturali sono un tipo insostituibile di minerali, è necessario utilizzare al massimo le risorse secondarie.
Dai rifiuti domestici e da costruzione, puoi ottenere un'enorme quantità di varie sostanze di composizione organica e inorganica, quindi è così importante svilupparequesto settore.
Polimeri e pneumatici per auto sono materie prime eccellenti e preziose. Dopo la sua lavorazione mediante pirolisi a bassa temperatura, è possibile ottenere frazioni liquide di idrocarburi saturi (olio sintetico), gas combustibile, residuo carbonioso e cordone metallico. La combustione di una tonnellata di pneumatici in gomma rilascia nell'atmosfera circa 270 kg di fuliggine, oltre a circa 450 kg di sostanze gassose tossiche.
Syngas
Questa è una miscela di idrogeno e monossido di carbonio (2). In volumi industriali si ottiene durante il steam reforming del metano, la gassificazione del carbone, l'ossidazione del metano e la lavorazione dei rifiuti organici. A seconda della tecnologia utilizzata per produrre il gas di sintesi, il rapporto tra monossido di carbonio e idrogeno in esso contenuto può variare da 1:1 a 1:3.
Tra i principali ambiti di applicazione di questa materia prima, un posto speciale è occupato dalla produzione di metanolo, oltre che dalla sintesi Fischer-Tropsch. È intesa come una reazione chimica che si verifica in presenza di un catalizzatore. Consiste nella conversione del monossido di carbonio e dell'idrogeno in una varietà di idrocarburi liquidi. Fondamentalmente, il cob alto e il ferro sono scelti come catalizzatori (acceleratori) per questa interazione.
La specificità di questo processo è la possibilità di produrre materiali sintetici da utilizzare sotto forma di olio lubrificante sintetico o carburante.
Ricezione di specifiche
Che aspetto ha la chimica di una reazione? Proviamo a scoprire di cosa si tratta. La definizione di pirolisi è stata discussa sopra, ora soffermiamoci sulle caratteristiche del processo chimico. Il metodo Fischer-Tropsch prevede l'interazione del metano con l'ossigeno. I prodotti di reazione sono monossido di carbonio e idrogeno. Come risultato della reazione, otteniamo idrocarburi di un certo numero di alcani e vapore acqueo. Sono i prodotti di idrocarburi risultanti dopo la purificazione che vengono utilizzati per creare olio sintetico.
Significato di pirolisi
Il monossido di carbonio e l'idrogeno gassoso sono prodotti dall'ossidazione parziale del combustibile legnoso e del carbone. Il significato di tale processo risiede nella formazione di idrogeno o idrocarburi liquidi da materie prime solide (rifiuti di idrocarburi o carbone).
Nella pirolisi non ossidativa dei rifiuti solidi, il gas di sintesi viene attualmente prodotto nell'industria chimica. Alcuni di essi vengono utilizzati anche sotto forma di carburante per autoveicoli, senza ulteriori elaborazioni mediante la reazione di Fischer-Tropsch. Se è necessario utilizzare combustibili liquidi simili a paraffine e lubrificanti, viene utilizzata una tecnologia chimica semplificata.
Se è necessario aumentare la quantità di idrogeno prodotto, variando il volume del vapore acqueo, l'equilibrio chimico viene spostato in questa equazione. In questo caso, dopo che l'interazione è completata, si formano idrogeno e anidride carbonica.
Tecnologia migliorata
Dopo la scoperta fatta nel 1920 dai ricercatori tedeschi Hans Tropsch e Franz Fischer, la tecnologia è stata più volte modernizzata e migliorata. A poco a poco la quantitàIl carburante sintetico creato dalla pirolisi ha raggiunto i 124.000 barili al giorno in Germania. Tale indicatore esisteva nel 1944.
Modernità
Oggi, ci sono due grandi aziende che utilizzano il processo Fischer-Tropsch nella loro tecnologia. La maggior parte del carburante diesel in Sud Africa è prodotta dalla pirolisi, seguita dall'ossidazione dei prodotti di formazione.
Questa tecnologia chimica ha guadagnato particolare attenzione dopo che gli scienziati hanno iniziato a cercare modi per produrre sostanze diesel a basso contenuto di zolfo che potessero causare danni ambientali minimi. Ad esempio, le aziende americane stanno attualmente scegliendo coke o carbone come materia prima, producendo idrocarburi liquidi di alta qualità.
Nonostante il processo di pirolisi sia una tecnologia matura che può essere utilizzata su larga scala, è associato a costi dei materiali piuttosto elevati per la riparazione e il funzionamento dell'impianto. Per molti produttori questo è un deterrente, perché c'è una tendenza al ribasso dei prezzi mondiali del petrolio.
Conclusione
Le riserve mondiali di carbone sono piuttosto grandi. Possono essere utilizzati come fonte di carburante a causa del significativo esaurimento dell'olio. Gli analisti coinvolti nell'industria petrolifera e del gas sono convinti che è attraverso la pirolisi che si possono produrre idrocarburi di alta qualità. Notano che il carburante risultante non solo ha prestazioni ambientali più elevate rispetto al carburante petrolifero, ma è anche abbastanza accettabile per i consumatori.per fascia di prezzo. Nel caso di una combinazione di sintesi Fischer-Tropsch e gassificazione della biomassa, possiamo parlare di un modo promettente per produrre una versione rinnovabile del carburante per autoveicoli.
La materia prima sintetica, ottenuta dalla pirolisi del carbone, è competitiva solo se il costo del petrolio è superiore a $ 40 al barile. La produzione di una tale miscela di idrocarburi richiede investimenti che vanno dai sette ai nove miliardi di dollari per ottantamila barili di combustibile sintetico. Le tecnologie associate al processo di pirolisi sono riconosciute dagli ambientalisti come una delle più sicure per l'ambiente. Ecco perché negli ultimi anni molti paesi sviluppati hanno prestato grande attenzione allo sviluppo di nuovi metodi per la produzione di combustibili da idrocarburi, che consentirebbero loro di allontanarsi dalle tradizionali materie prime petrolifere. Grazie alle innovazioni e al miglioramento della filiera tecnologica, il processo di pirolisi è diventato molto più economico e accessibile per ottenere idrocarburi liquidi di alta qualità. I prodotti istruiti vengono utilizzati non solo come carburante, ma anche per creare una varietà di sostanze organiche.
