Τι είναι η πυρόλυση; Ποια είναι η σημασία του για τη σύγχρονη χημική βιομηχανία; Ας εξετάσουμε αυτό το ζήτημα μαζί.
Σχετικά με την πυρόλυση υδρογονανθράκων
Λοιπόν, τι είναι η πυρόλυση; Ο ορισμός αυτής της διαδικασίας περιλαμβάνει τη θερμική αποσύνθεση μιας οργανικής ένωσης χωρίς την παρουσία οξυγόνου. Τα προϊόντα πετρελαίου, ο άνθρακας, το ξύλο εκτίθενται σε τέτοια αποσύνθεση. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας, σχηματίζεται αέριο σύνθεσης, καθώς και άλλα τελικά προϊόντα.
Δυνατότητες διαδικασίας
Η αντίδραση πυρόλυσης πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 800 έως 900 βαθμούς. Είναι αυτή η διαδικασία που θεωρείται η κύρια επιλογή για το σχηματισμό αιθυλενίου. Αυτός ο ακόρεστος υδρογονάνθρακας είναι μια σημαντική πρώτη ύλη για την παραγωγή διαφόρων οργανικών ενώσεων: βενζόλιο, διβινύλιο, προπυλένιο.
Πυρόλυση ξύλου
Διαφωνώντας για το τι είναι η πυρόλυση, σημειώνουμε ότι για πρώτη φορά αυτή η χημική τεχνολογία για την επεξεργασία πρώτων υλών πετρελαίου και φυσικού αερίου κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τον A. A. Letny το 1877. Τι είναι η πυρόλυση ξύλου; Αυτή η αντίδραση διεξάγεται σε θερμοκρασία περίπου 500 βαθμών. Συνδέεται με το σχηματισμό τόσο σημαντικών συστατικών της χημικής παραγωγής όπως το οξικό οξύ, ο άνθρακας, η ρητίνη,ακετόνη. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η χώρα μας είναι μια «ντουλάπα» δασών, στη Ρωσία λειτουργούν μεγάλα εργοστάσια για τη διαδικασία της πυρόλυσης του ξύλου.
Πυρόλυση απορριμμάτων
Η πυρόλυση απορριμμάτων είναι ένα ειδικό έργο που σχετίζεται με την καταστροφή οικιακών απορριμμάτων. Η πολυπλοκότητα της πυρόλυσης πλαστικών, ελαστικών, διάφορων οργανικών αποβλήτων οφείλεται στο γεγονός ότι υποτίθεται μια διαφορετική τεχνολογία, η οποία διαφέρει σημαντικά από τη διαδικασία επεξεργασίας άλλων στερεών υλικών.
Πολλά απόβλητα περιέχουν θείο, χλώριο, φώσφορο, τα οποία μετά την οξείδωση (σχηματισμός οξειδίων) αποκτούν τις ιδιότητες της πτητικότητας. Τα προϊόντα πυρόλυσης αποτελούν απειλή για το περιβάλλον.
Όταν το χλώριο αλληλεπιδρά με οργανικές ουσίες που σχηματίζονται μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας αποσύνθεσης, απελευθερώνονται ισχυρές τοξικές ενώσεις όπως οι διοξίνες. Για να συλληφθούν τέτοια προϊόντα από τον εκπεμπόμενο καπνό, απαιτείται ειδική μονάδα πυρόλυσης. Μια τέτοια διαδικασία συνεπάγεται σημαντικό κόστος υλικού.
Για τις ευρωπαϊκές χώρες, το πρόβλημα της ανακύκλωσης παλαιών ελαστικών αυτοκινήτων, εξαρτημάτων από καουτσούκ που έχουν υπολογίσει τη διάρκεια ζωής τους έχει μεγάλη περιβαλλοντική σημασία. Λόγω του γεγονότος ότι οι πρώτες ύλες φυσικού πετρελαίου αποτελούν αναντικατάστατο είδος ορυκτών, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν οι δευτερογενείς πόροι στο μέγιστο βαθμό.
Από οικιακά και κατασκευαστικά απορρίμματα, μπορείτε να λάβετε μια τεράστια ποσότητα από διάφορες ουσίες οργανικής και ανόργανης σύνθεσης, επομένως είναι τόσο σημαντικό να αναπτυχθείαυτός ο κλάδος.
Τα πολυμερή και τα ελαστικά αυτοκινήτων είναι εξαιρετικές πολύτιμες πρώτες ύλες. Μετά την επεξεργασία του με πυρόλυση χαμηλής θερμοκρασίας, είναι δυνατό να ληφθούν υγρά κλάσματα κορεσμένων υδρογονανθράκων (συνθετικό λάδι), εύφλεκτα αέρια, υπολείμματα άνθρακα και μεταλλικό κορδόνι. Η καύση ενός τόνου ελαστικών απελευθερώνει περίπου 270 κιλά αιθάλης στην ατμόσφαιρα, καθώς και περίπου 450 κιλά τοξικών αερίων ουσιών.
Syngas
Αυτό είναι ένα μείγμα υδρογόνου και μονοξειδίου του άνθρακα (2). Σε βιομηχανικούς όγκους, λαμβάνεται κατά την αναμόρφωση μεθανίου με ατμό, την αεριοποίηση άνθρακα, την οξείδωση μεθανίου και την επεξεργασία των οργανικών αποβλήτων. Ανάλογα με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την παραγωγή αερίου σύνθεσης, η αναλογία μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου σε αυτό μπορεί να ποικίλλει από 1:1 έως 1:3.
Μεταξύ των βασικών τομέων εφαρμογής αυτής της πρώτης ύλης, ιδιαίτερη θέση κατέχει η παραγωγή μεθανόλης, καθώς και η σύνθεση Fischer-Tropsch. Εννοείται ως μια χημική αντίδραση που συμβαίνει παρουσία καταλύτη. Συνίσταται στη μετατροπή του μονοξειδίου του άνθρακα και του υδρογόνου σε μια ποικιλία υγρών υδρογονανθράκων. Βασικά, το κοβάλτιο και ο σίδηρος επιλέγονται ως καταλύτες (επιταχυντές) για αυτήν την αλληλεπίδραση.
Η ιδιαιτερότητα αυτής της διαδικασίας είναι η δυνατότητα παραγωγής συνθετικών υλικών για χρήση με τη μορφή συνθετικού λιπαντικού λαδιού ή καυσίμου.
Λήψη στοιχείων
Πώς μοιάζει η χημεία μιας αντίδρασης; Ας προσπαθήσουμε να μάθουμε τι είναι. Ο ορισμός της πυρόλυσης συζητήθηκε παραπάνω, τώρα ας σταθούμε στα χαρακτηριστικά της χημικής διαδικασίας. Η μέθοδος Fischer-Tropsch περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση του μεθανίου με το οξυγόνο. Τα προϊόντα της αντίδρασης είναι μονοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, λαμβάνουμε υδρογονάνθρακες ενός αριθμού αλκανίων και υδρατμούς. Είναι τα προϊόντα υδρογονάνθρακα που προκύπτουν μετά τον καθαρισμό που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία συνθετικού ελαίου.
Έννοια της πυρόλυσης
Το μονοξείδιο του άνθρακα και το αέριο υδρογόνο παράγονται από τη μερική οξείδωση του καυσίμου ξύλου και του άνθρακα. Η σημασία μιας τέτοιας διαδικασίας έγκειται στον σχηματισμό υδρογόνου ή υγρών υδρογονανθράκων από στερεές πρώτες ύλες (απόβλητα υδρογονανθράκων ή άνθρακας).
Στη μη οξειδωτική πυρόλυση στερεών αποβλήτων, το αέριο σύνθεσης παράγεται επί του παρόντος στη χημική βιομηχανία. Ένα μέρος του χρησιμοποιείται επίσης με τη μορφή καυσίμου αυτοκινήτου, χωρίς περαιτέρω επεξεργασία από την αντίδραση Fischer-Tropsch. Εάν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν υγρά καύσιμα παρόμοια με παραφίνες και λιπαντικά, χρησιμοποιείται μια απλοποιημένη χημική τεχνολογία.
Αν είναι απαραίτητο να αυξηθεί η ποσότητα του παραγόμενου υδρογόνου, αλλάζοντας τον όγκο των υδρατμών, η χημική ισορροπία μετατοπίζεται σε αυτήν την εξίσωση. Σε αυτή την περίπτωση, αφού ολοκληρωθεί η αλληλεπίδραση, σχηματίζεται υδρογόνο και διοξείδιο του άνθρακα.
Βελτίωση τεχνολογίας
Μετά την ανακάλυψη που έγινε το 1920 από τους Γερμανούς ερευνητές Hans Tropsch και Franz Fischer, η τεχνολογία εκσυγχρονίστηκε και βελτιώθηκε επανειλημμένα. Σταδιακά ποσότηταΤο συνθετικό καύσιμο που δημιουργήθηκε με πυρόλυση έφτασε τα 124.000 βαρέλια την ημέρα στη Γερμανία. Ένας τέτοιος δείκτης υπήρχε το 1944.
Modernity
Σήμερα, υπάρχουν δύο μεγάλες εταιρείες που χρησιμοποιούν τη διαδικασία Fischer-Tropsch στην τεχνολογία τους. Το μεγαλύτερο μέρος του καυσίμου ντίζελ στη Νότια Αφρική παράγεται με πυρόλυση, ακολουθούμενη από οξείδωση των προϊόντων που σχηματίζουν.
Αυτή η χημική τεχνολογία κέρδισε ιδιαίτερη προσοχή αφού οι επιστήμονες άρχισαν να αναζητούν τρόπους για την παραγωγή ουσιών χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο ντίζελ που θα μπορούσαν να προκαλέσουν ελάχιστη περιβαλλοντική ζημιά. Για παράδειγμα, αμερικανικές εταιρείες επιλέγουν επί του παρόντος οπτάνθρακα ή άνθρακα ως πρώτη ύλη, παράγοντας υψηλής ποιότητας υγρούς υδρογονάνθρακες.
Παρά το γεγονός ότι η διαδικασία πυρόλυσης είναι μια ώριμη τεχνολογία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μεγάλη κλίμακα, συνδέεται με αρκετά υψηλό κόστος υλικών για την επισκευή και τη λειτουργία της μονάδας. Για πολλούς παραγωγούς, αυτό είναι αποτρεπτικό, επειδή υπάρχει πτωτική τάση στις παγκόσμιες τιμές του πετρελαίου.
Συμπέρασμα
Τα παγκόσμια αποθέματα άνθρακα είναι αρκετά μεγάλα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή καυσίμου λόγω σημαντικής εξάντλησης του πετρελαίου. Οι αναλυτές που ασχολούνται με τη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου είναι πεπεισμένοι ότι μέσω της πυρόλυσης μπορούν να παραχθούν υψηλής ποιότητας υδρογονάνθρακες. Σημειώνουν ότι το καύσιμο που προκύπτει όχι μόνο έχει υψηλότερη περιβαλλοντική απόδοση σε σύγκριση με το καύσιμο πετρελαίου, αλλά είναι επίσης αρκετά αποδεκτό από τους καταναλωτές.ανά εύρος τιμών. Στην περίπτωση ενός συνδυασμού σύνθεσης Fischer-Tropsch και αεριοποίησης βιομάζας, μπορούμε να μιλήσουμε για έναν πολλά υποσχόμενο τρόπο παραγωγής μιας ανανεώσιμης έκδοσης καυσίμου αυτοκινήτου.
Η συνθετική πρώτη ύλη, που λαμβάνεται με πυρόλυση άνθρακα, είναι ανταγωνιστική μόνο εάν το κόστος του πετρελαίου είναι μεγαλύτερο από 40 $ ανά βαρέλι. Η παραγωγή ενός τέτοιου μείγματος υδρογονανθράκων απαιτεί επενδύσεις που κυμαίνονται από επτά έως εννέα δισεκατομμύρια δολάρια για ογδόντα χιλιάδες βαρέλια συνθετικού καυσίμου. Οι τεχνολογίες που σχετίζονται με τη διαδικασία της πυρόλυσης αναγνωρίζονται από τους περιβαλλοντολόγους ως μία από τις ασφαλέστερες για το περιβάλλον. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα τελευταία χρόνια πολλές ανεπτυγμένες χώρες δίνουν μεγάλη προσοχή στην ανάπτυξη νέων μεθόδων παραγωγής καυσίμων υδρογονανθράκων, οι οποίες θα τους επέτρεπαν να απομακρυνθούν από την παραδοσιακή πρώτη ύλη πετρελαίου. Χάρη στις καινοτομίες και τη βελτίωση της τεχνολογικής αλυσίδας, η διαδικασία πυρόλυσης έχει γίνει πολύ φθηνότερη και πιο προσιτή για την απόκτηση υγρών υδρογονανθράκων υψηλής ποιότητας. Τα εκπαιδευμένα προϊόντα χρησιμοποιούνται όχι μόνο ως καύσιμο, αλλά και για τη δημιουργία μιας ποικιλίας οργανικών ουσιών.
