Τι είναι η πυρόλυση; Πόσο σημαντικό είναι για τη σύγχρονη χημική βιομηχανία; Θα αντιμετωπίσουμε αυτό το θέμα μαζί.
Περί πυρόλυσης υδρογονανθράκων
Τι είναι λοιπόν η πυρόλυση;Ο ορισμός αυτής της διαδικασίας προϋποθέτει τη θερμική αποσύνθεση μιας οργανικής ένωσης χωρίς την παρουσία οξυγόνου. Τα προϊόντα πετρελαίου, ο άνθρακας, το ξύλο υπόκεινται σε τέτοια αποσύνθεση. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας, σχηματίζεται αέριο σύνθεσης, καθώς και άλλα τελικά προϊόντα.
Χαρακτηριστικά διαδικασίας
Η αντίδραση πυρόλυσης διεξάγεται σε θερμοκρασίααπό 800 έως 900 μοίρες. Είναι αυτή η διαδικασία που θεωρείται η κύρια παραλλαγή του σχηματισμού 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, σημειώνουμεότι για πρώτη φορά αυτή η χημική τεχνολογία για την επεξεργασία πρώτων υλών πετρελαίου και φυσικού αερίου κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τον A.A. Letniy 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, η ακετόνη. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η χώρα μας είναι «αποθήκη» δασών, στη Ρωσία λειτουργούν μεγάλα εργοστάσια για τη διεξαγωγή της διαδικασίας της πυρόλυσης του ξύλου.
Πυρόλυση σκουπιδιών
Η πυρόλυση απορριμμάτων είναι ένα ειδικό έργοσυνδέονται με την καταστροφή των οικιακών απορριμμάτων. Η πολυπλοκότητα της πυρόλυσης πλαστικών, ελαστικών, διάφορων οργανικών αποβλήτων συνδέεται με το γεγονός ότι υποτίθεται μια διαφορετική τεχνολογία, η οποία διαφέρει σημαντικά από τη διαδικασία επεξεργασίας άλλων στερεών υλικών.
Στη σύνθεση πολλών απορριμμάτων υπάρχει θείο, χλώριο, φώσφορος, 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 το οργανικόουσίες που σχηματίζονται μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας αποσύνθεσης απελευθερώνουν ισχυρές τοξικές ενώσεις όπως οι διοξίνες. Για να συλληφθούν τέτοια προϊόντα από τον εκπεμπόμενο καπνό, απαιτείται ειδική μονάδα πυρόλυσης. Αυτή η διαδικασία συνεπάγεται σημαντικό κόστος υλικού.
Για τις ευρωπαϊκές χώρες, ένα εξαιρετικό περιβάλλοντο πρόβλημα της ανακύκλωσης παλαιών ελαστικών αυτοκινήτων, εξαρτημάτων από καουτσούκ που έχουν τελειώσει τη διάρκεια ζωής τους είναι σημαντικό. Λόγω του γεγονότος ότι οι φυσικές πρώτες ύλες πετρελαίου αποτελούν αναντικατάστατο είδος ορυκτών, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν οι δευτερογενείς πόροι στο μέγιστο βαθμό.
Μια τεράστια ποσότητα διαφόρων ουσιών οργανικής και ανόργανης σύνθεσης μπορεί να ληφθεί από οικιακά και κατασκευαστικά απόβλητα, επομένως είναι τόσο σημαντικό να αναπτυχθεί αυτή η βιομηχανική κατεύθυνση.
Τα πολυμερή και τα ελαστικά αυτοκινήτου είναι εξαιρετικάπολύτιμες πρώτες ύλες. Μετά την επεξεργασία του με πυρόλυση χαμηλής θερμοκρασίας, είναι δυνατό να ληφθούν υγρά κλάσματα κορεσμένων υδρογονανθράκων (συνθετικό λάδι), εύφλεκτο αέριο, ανθρακικό υπόλειμμα, καθώς και μεταλλικό κορδόνι. Όταν καίγεται ένας τόνος ελαστικών από καουτσούκ, απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα περίπου 270 κιλά αιθάλης, καθώς και περίπου 450 κιλά τοξικών αερίων ουσιών.
Αέριο σύνθεσης
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 οργανικών αποβλήτων. Ανάλογα με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται για τη λήψη αερίου σύνθεσης, η αναλογία μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου σε αυτό μπορεί να ποικίλλει από 1: 1 έως 1: 3.
Μεταξύ των κύριων τομέων εφαρμογής αυτής της πρώτης ύληςιδιαίτερη θέση κατέχει η παρασκευή 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) αυτής της αλληλεπίδρασης.
Η ιδιαιτερότητα αυτής της διαδικασίας είναι η δυνατότητα παραγωγής συνθετικών υλικών για χρήση τους με τη μορφή συνθετικού λιπαντικού λαδιού ή καυσίμου.
Ιδιαιτερότητα λήψης
Πώς μοιάζει η χημεία της 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 αλληλεπίδρασης είναι το μονοξείδιο του άνθρακα και το υδρογόνο. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, λαμβάνουμε υδρογονάνθρακες ενός αριθμού αλκανίων και υδρατμούς. Είναι τα προϊόντα υδρογονάνθρακα που σχηματίζονται μετά τη διύλιση που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία συνθετικού ελαίου.
Η αξία της πυρόλυσης
Το μονοξείδιο του άνθρακα και το αέριο υδρογόνο σχηματίζονται ότανμερική οξείδωση καυσίμου ξύλου και 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 σεΕπί του παρόντος, η χημική βιομηχανία παράγει αέριο σύνθεσης. Ορισμένη ποσότητα χρησιμοποιείται επίσης με τη μορφή καυσίμου αυτοκινήτου, χωρίς περαιτέρω επεξεργασία από την αντίδραση Fischer-Tropsch. Εάν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί υγρό καύσιμο παρόμοιο με παραφίνες και λιπαντικά, χρησιμοποιείται μια απλοποιημένη χημική τεχνολογία.
Εάν χρειάζεται να αυξήσετε την ποσότητα του παραγόμενουυδρογόνο, αλλάζοντας τον όγκο των υδρατμών, η χημική ισορροπία μετατοπίζεται σε αυτή την εξίσωση. Στην περίπτωση αυτή, μετά την ολοκλήρωση της αλληλεπίδρασης, σχηματίζεται υδρογόνο και διοξείδιο του άνθρακα.
Βελτίωση της τεχνολογίας
Μετά την ανακάλυψη που έκανε το 1920 ο Γερμανόςτων ερευνητών Hans Tropsch και Franz Fischer, η τεχνολογία έχει επανειλημμένα εκσυγχρονιστεί και βελτιωθεί. Σταδιακά, η ποσότητα του συνθετικού καυσίμου που δημιουργήθηκε από την πυρόλυση έφτασε τα 124 χιλιάδες βαρέλια την ημέρα στη Γερμανία. Αυτός ο δείκτης υπήρχε το 1944.
Νεωτερικότητα
Σήμερα, υπάρχουν δύο μεγάλες εταιρείες,που χρησιμοποιούν τη διαδικασία Fischer-Tropsch στην τεχνολογία τους. Το μεγαλύτερο μέρος του καυσίμου ντίζελ της Νότιας Αφρικής παράγεται με πυρόλυση, ακολουθούμενη από οξείδωση των προϊόντων που προκύπτουν.
Ιδιαίτερη προσοχή σε αυτή τη χημική τεχνολογίααποκτήθηκε αφού οι επιστήμονες άρχισαν να αναζητούν τρόπους για να αποκτήσουν ουσίες με χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο ντίζελ που μπορούν να προκαλέσουν ελάχιστη ζημιά στο περιβάλλον. Για παράδειγμα, οι αμερικανικές εταιρείες επιλέγουν επί του παρόντος οπτάνθρακα ή άνθρακα ως πρώτη ύλη για την παραγωγή υγρών υδρογονανθράκων υψηλής ποιότητας.
Παρά το γεγονός ότι η διαδικασία της πυρόλυσης είναιμια καλά ανεπτυγμένη τεχνολογία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μεγάλη κλίμακα, συνδέεται με αρκετά υψηλό κόστος υλικών για την επισκευή και τη λειτουργία της εγκατάστασης. Για πολλούς παραγωγούς, αυτό είναι ένας περιοριστικός παράγοντας, καθώς 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 λαδιού. Οι αναλυτές στη 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 μαζούτ, αλλά είναι επίσης αρκετά αποδεκτό για τους καταναλωτές στο εύρος τιμών. Στην περίπτωση ενός συνδυασμού σύνθεσης Fischer-Tropsch και αεριοποίησης βιομάζας, μπορούμε να μιλήσουμε για μια πολλά υποσχόμενη μέθοδο για την κατασκευή μιας ανανεώσιμης έκδοσης καυσίμου αυτοκινήτου.
Συνθετικές πρώτες ύλες που λαμβάνονται με πυρόλυσηΟ άνθρακας είναι ανταγωνιστικός μόνο όταν η τιμή του πετρελαίου είναι μεγαλύτερη από 40 $ ανά βαρέλι. Η παραγωγή ενός τέτοιου μείγματος υδρογονανθράκων απαιτεί επενδύσεις που κυμαίνονται από επτά έως εννέα δισεκατομμύρια δολάρια για ογδόντα χιλιάδες βαρέλια συνθετικών καυσίμων. Οι τεχνολογίες που σχετίζονται με τη διαδικασία της πυρόλυσης αναγνωρίζονται από τους οικολόγους ως μία από τις ασφαλέστερες για το περιβάλλον. Γι' αυτό τα τελευταία χρόνια, πολλές ανεπτυγμένες χώρες δίνουν μεγάλη προσοχή στην ανάπτυξη νέων μεθόδων παραγωγής καυσίμων υδρογονανθράκων, που θα τους επέτρεπε να απομακρυνθούν από τις παραδοσιακές πρώτες ύλες πετρελαίου. Χάρη στις καινοτομίες και τη βελτίωση της τεχνολογικής αλυσίδας, η διαδικασία πυρόλυσης έχει γίνει σημαντικά φθηνότερη και πιο προσιτή για την απόκτηση υγρών υδρογονανθράκων υψηλής ποιότητας. Τα προϊόντα που προκύπτουν χρησιμοποιούνται όχι μόνο ως καύσιμο, αλλά και για τη δημιουργία μιας ποικιλίας οργανικών ουσιών.
