Пиролиз. Справка

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.

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.

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.

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.

Технологическая схема

Принципиальная технологическая схема процесса пиролиза

Предварительный подогрев

Поток сырьевой нафты (поток П01) предварительно нагревают и смешивают с паром (С3) до достижения соотношения пара к нафте порядка 0,5 (мас.). Поскольку пар инертен (не вступает в реакцию с этаном или другими компонентами), его присутствие не приводит к образованию побочных продуктов. Поддержание пара в пределах 0,3-0,5 достаточно для снижения парциального давления, чтобы сохранить равновесие реакции по отношению к этилену и уменьшить обратное превращение в этан. Далее смесь нагревают до 500 ○С (П2) и подают на крекинг.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Установка производства нефтяного битума

Печь пиролиза и блок захолаживания

Реакция крекинга проходит в змеевиках печи, где время пребывания сырья составляет порядка 0,6 с. Такое время выбирается с целью увеличить выход олефинов при режиме работы 850 °С и 1 бар. Продукты крекинга (которые выходят из печи при 850 °C в П3) охлаждаются до 230 °C (П4) путем производства пара высокого давления и низкого давления (ВД/НД) (С1 и С2) для выработки электроэнергии.

Типичная печь для проведения процесса пиролиза

Газопродуктовая смесь захолаживается с помощью H2O и части жидкого продукта фр. С9+. В реакционной смеси присутствует значительное количество олефинов, которые легко подвергаются реакциям полимеризации и поликонденсации.

Квенчинг (квенч) – это технологический метод, который дает возможность быстро прекратить реакции крекинга с помощью подачи холодного сырья или охлажденного нефтепродукта в горячие продукты крекинга.

Блок фракционирования

Полученный газ (П5) охлаждается и подается в основную колонну фракционирования, где тяжелые компоненты (C9+) выходят с куба колонны (П8). Легкие компоненты (П6) с верха колонны сначала охлаждаются до температуры окружающей среды и направляются в сепаратор, где потоки газа и жидкости разделяются. Газовый поток (П07) сжимается в многоступенчатом компрессоре с промежуточным охлаждением до 3,1 МПа. В процессе компримирования газа с его последующим охлаждением образуется жидкая фаза, которая затем направляется в отпарную колонну для извлечения жидких ароматических углеводородов (П26).

Во время сжатия газа (обычно на последней стадии) газ очищают при помощи каустической соды (NaOH) для удаления кислых газов. Затем очищенный газ (П10) осушают с помощью цеолитов и направляют в секцию фракционирования установки пиролиза. Газ сначала охлаждают до температуры порядка минус 50 °С и подают в деметанизатор.

Деметанизатор

Деметанизатор – ректификационная колонна, предназначенная для выделения из смеси углеводородных компонентов или газового бензина в качестве ректификата метана. Применяются для удаления неконденсирующихся компонентов, содержание которых в реализуемой продукции ограничивается. Деметанизаторы работают при давлении 3,5-4,0 МПа, температуре в рефлюксной емкости от -60 до -90 °С.

Несконденсированные газы выходят из верхней части колонны. Далее газ проходит через турбодетандер, в результате чего его давление снижается до 0,1 МПа и газ охлаждается. Охлажденный поток газа используется для захолаживания сырья на входе в деметанизатор, после чего используется в качестве топлива в печи (Т1) и в котле (Т2).

Кстати, прочтите эту статью тоже: Установка производства водорода

Турбодетандер, является центробежной или осевой турбиной, проходя через которую сжатый газ высокого давления расширяется с высвобождением энергии, которая часто используется для приведения в действие компрессора или генератора.

Газ низкого давления на выходе из турбины имеет очень низкую температуру минус 150 °С или менее, в зависимости от рабочего давления и свойств газа.

Нижний продукт деметанизатора при давлении 2,6 МПа (П12) подается в деэтанизатор.

Деэтанизатор

Дистиллят деэтанизатора сначала направляется в реактор гидрирования, где ацетилен (C2H2) преобразуется в этилен. Затем смесь компонентов С2 разделяется в ректификационной колонне, работающей при давлении 1,8 МПа.

Кубовый продукт деэтанизатора подается в депропанизатор.

Депропанизатор

Дистиллят депропанизатора сначала направляется в реактор гидрирования для преобразования метилацетилена (C3H4) в пропилен (C3H6), а затем направляется в колонну разделения C3, работающую при давлении 2,1 МПа.

Кубовый продукт депропанизатора направляется на разделение в дебутанизатор.

Дебутанизатор

Дистиллят дебутанизатора (П24) смешивается с оставшимися несконденсированными газами и используется в качестве топлива для котла.

Тяжелые углеводороды с куба дебутанизатора (П25) направляются на извлечение и разделение ароматических углеводородов.

Колонны разделения фракций С2 и С3

Ректификационная колонна разделения углеводородов С2 содержит более 120 тарелок. Этилен выводится с верха колонны и после рекуперации тепла доступен для проведения процесса полимеризации (П17). Колонна разделения С3 содержит более 240 тарелок для достижения желаемой чистоты пропилена (марки полимера) в выводимом дистилляте (П22).

Установка полностью интегрирована с паровым циклом, в котором пар (различного давления) производится и распределяется на установке. Тепло дымовых газов печи используется для предварительного нагрева реагентов до требуемой температуры и для производства пара. Произведенный пар имеет давление 10,0 МПа и перегревается до 500 °C. Пар низкого давления используется для реакций крекинга и для ребойлеров на установке.

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.

пиролиз

ПИРОЛИЗ (термическое разложение, пирогенетическое превращение, сухая перегонка) (от греч. pyr — огонь и lysis — разложение, распад)

разложение или др. превращения хим. соединений при нагревании.

Наиб. распространение термин «П.» получил в орг. химии для обозначения высокотемпературных деструктивных превращ. орг. соединений, сопровождающихся расщеплением соед. с образованием продуктов меньшей мол. массы (в т. ч. простых веществ), изомеризацией, полимеризацией или поликонденсацией исходных соед. и продуктов их превращения. С помощью П. в промышленности получают топлива и масла (при термическом крекинге, висбрекинге, коксовании, полукоксовании) или сырье для нефтехим. синтеза (при П. нефтяного сырья, пиролизе древесины, деструкции орг. отходов).

О П. алифатич. углеводородов, входящих в состав нефти, и механизме реакций см. пиролиз нефтяного сырья. Ароматич. углеводороды термически более стабильны, чем алифатические (кроме CH4). Бензол при 700–750 °C образует фенильные радикалы и далее ди-фенил. П. др. ароматических углеводородов при 800–850 °C приводит к смеси, состоящей из бензола, нафталина, антрацена, фенантрена и др. полициклич. ароматических углеводородов.

Алифатич. спирты при 500–700 °C подвергаются П. с выделением H2O и образованием олефинов (при более низких температурах) или выделением H2 и образованием альдегидов (при более высоких). Третичные спирты подвергаются П. легче, чем вторичные и первичные. Фенолы стабильны до 800 °C. Например, фенол лишь при 850–900 °C превращ. в смесь бензола, n-гидроксидифенила и дифенилового эфира (дифенилоксида). Продукты П. простых и сложных эфиров-преим. олефины. Этил-, пропил- и трет-бутил-ацетаты при 500, 450 и 350 °C соотв. превращ. в уксусную кислоту и соответствующий олефин по нерадикальному механизму. П. метилацетата с образованием CH4, H2, CO протекает по радикальному механизму при температурах выше 600 °C. Продукты П. алифатич. альдегидов и кетонов-предельные и непредельные углеводороды, CO и H2. П. ацетона при температурах выше 550 °C-пром. способ получения кетена. Карбоновые кислот ы при П. при достаточно низких температурах подвергаются преим. декарбоксилированию. Так, П. ацетоуксусной кислоты при 100 °C приводит к ацетону, П. малоновой кислоты при 140 °C — к уксусной кислоте. Строение продуктов П. в случае дикарбоновых кислот зависит от взаимного расположения карбоксильных групп; напр., янтарная кислота и ее гомологи образуют циклич. пятичленные ангидриды, глутаровая кислота и ее гомологи — шестичленные. П. солей орг. кислот обычно происходит при 300–500 °C; используется для получения ряда орг. соединений. Например, из формиата Na при П. (400 °C) в промышленности получают оксалат Na, из ацетатов Ca и Ba — ацетон. П. солей дикарбоновых кислот при 350–400 °C-способ получения циклич. кетонов (реакция Ружички). Осн. продукты П. алифатич. аминов-этиленовые углеводороды и нитрилы. При температурах выше 700 °C П. идет глубже с образованием предельных углеводородов, HCN и N2. П. галогенсодер-жащих соед. сопровождается выделением галогеноводо-родов и расщеплением связей C—C и изомеризацией. Алкилгалогениды с несколькими атомами галогена превращ. в непредельные галогенсодержащие соед.; из три- и тетрахлорметанов образуются соотв. гекса-хлорбутадиен и тетрахлорэтилен. Ароматич. соед., содержащие атом галогена в цикле, устойчивы до 700 °C. Галогенопроизводные бензола при П. образуют производные дифенила; напр., хлорбензол превращ. в 4,4-ди-хлордифенил.

Пром. применение находит также П. карбонилов металлов с образованием металлич. порошков, П. CaCO3 с образованием CaO, пирогидролиз некоторых неорг. солей в оксиды и др.

Лит.: Жоров Ю. M., Кинетика промышленных органических реакций, М., 1989; Brown R. F., Pyrolytic methods in organic chemistry, N. Y., 1980, p. 440; Mc Craw-Hill encyclopedia of chemistry, N. Y., 1983, p. 14–15. См. также лит. при ст. пиролиз нефтяного сырья.

Ю. М. Жоров

Источник: Химическая энциклопедия на Gufo.me

Значения в других словарях

1. ПИРОЛИЗ — ПИРОЛИЗ (от греч. pyr — огонь и…лиз) — разложение химических соединений при нагревании. Промышленное значение имеет пиролиз нефтяного сырья, древесины и др. Большой энциклопедический словарь
2. пиролиз — Необратимый термический процесс разложения веществ без окисления. [137] Строительная терминология
3. пиролиз — [гр. огонь + разложение] – переработка нефти с разложением её при высоких температурах (600 – 900°) в газогенераторах или ретортных печах; при этом получается 50% газа и 40 – 45% газовой смолы, которые подвергаются дальнейшей переработке… Большой словарь иностранных слов
4. 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… Большая советская энциклопедия
5. пиролиз — орф. пиролиз, -а Орфографический словарь Лопатина
6. ПИРОЛИЗ — ПИРОЛИЗ, химическое разложение сложных веществ на более простые под воздействием теплоты. При помощи пиролиза получают ценное топливо и химикаты из отходов производства и угля. Научно-технический словарь
7. Пиролиз — (от греч. pyr — огонь, жар и lysis — разложение, распад * a. pyrolysis; н. Pyrolise; ф. pyrolyse, thermolyse; и. pirolisis) — разложение веществ под действием высоких темп-p. Oбычно термин используют в более узком смысле и определяют… Горная энциклопедия

• Блог
• Ежи Лец
• Контакты
• Пользовательское соглашение

© 2005—2021 Gufo.me

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.

Достоинства и недостатки

Недостатки

• высокая стоимость капитальных затрат из-за наличия на установке крайне высоких и низких температур (от -160 до +900 °С)
• отложения кокса в змеевиках печи, охладителе паров пиролиза вследствие высоких температур

Достоинства

• высокий и постоянно растущий спрос на продукты пиролиза
• возможность проектирования установки под любые возможные типы сырья от газа до газойля для получения требуемой корзины нефтепродуктов.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Газофракционирующая установка (ГФУ)

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.