Kas ir pirolīze? Kāda ir tā nozīme mūsdienu ķīmiskajā rūpniecībā? Izskatīsim šo problēmu kopā.
Par ogļūdeņražu pirolīzi
Tātad, kas ir pirolīze? Šī procesa definīcija ietver organiska savienojuma termisko sadalīšanos bez skābekļa klātbūtnes. Naftas produkti, ogles, koksne ir pakļauti šādai sadalīšanai. Pēc procesa pabeigšanas veidojas sintēzes gāze, kā arī citi gala produkti.
Procesa līdzekļi
Pirolīzes reakciju veic 800 līdz 900 grādu temperatūrā. Šis process tiek uzskatīts par galveno etilēna veidošanās iespēju. Šis nepiesātinātais ogļūdeņradis ir svarīga izejviela dažādu organisko savienojumu ražošanai: benzols, divinils, propilēns.
Koka pirolīze
Strīdoties par to, kas ir pirolīze, mēs atzīmējam, ka pirmo reizi šo ķīmisko tehnoloģiju naftas un gāzes izejvielu apstrādei patentēja A. A. Letny 1877. gadā. Kas ir koksnes pirolīze? Šo reakciju veic aptuveni 500 grādu temperatūrā. Tas ir saistīts ar tādu svarīgu ķīmiskās ražošanas sastāvdaļu veidošanos kā etiķskābe, kokogles, sveķi,acetons. Ņemot vērā, ka mūsu valsts ir mežu "pieliekamais", Krievijā darbojas lielas rūpnīcas koksnes pirolīzes procesam.
Miskastes pirolīze
Atkritumu pirolīze ir īpašs projekts, kas saistīts ar sadzīves atkritumu iznīcināšanu. Plastmasas, riepu un dažādu organisko atkritumu pirolīzes sarežģītība ir saistīta ar to, ka tiek pieņemta cita tehnoloģija, kas būtiski atšķiras no citu cieto materiālu apstrādes procesa.
Daudzi atkritumi satur sēru, hloru, fosforu, kas pēc oksidēšanās (oksīdu veidošanās) iegūst gaistamības īpašības. Pirolīzes produkti apdraud vidi.
Hloram mijiedarbojoties ar organiskām vielām, kas veidojas pēc sadalīšanās procesa pabeigšanas, izdalās spēcīgi toksiski savienojumi, piemēram, dioksīni. Lai šādus produktus uztvertu no izdalītajiem dūmiem, ir nepieciešama īpaša pirolīzes iekārta. Šāda procedūra ir saistīta ar ievērojamām materiālajām izmaksām.
Eiropas valstīm veco automašīnu riepu, gumijas detaļu, kuru kalpošanas laiks ir beidzies, pārstrādes problēmai ir liela vides nozīme. Sakarā ar to, ka dabīgās naftas izejvielas ir neaizstājams derīgo izrakteņu veids, nepieciešams maksimāli izmantot sekundāros resursus.
No sadzīves un būvniecības atkritumiem var iegūt milzīgu daudzumu dažādu organiska un neorganiskā sastāva vielu, tāpēc ir tik svarīgi attīstītšajā nozarē.
Polimēri un automašīnu riepas ir izcilas vērtīgas izejvielas. Pēc tās apstrādes ar zemas temperatūras pirolīzi ir iespējams iegūt šķidrās piesātināto ogļūdeņražu frakcijas (sintētisko eļļu), deggāzi, oglekļa atlikumus un metāla auklu. Dedzinot tonnu gumijas riepu, atmosfērā izdalās aptuveni 270 kg kvēpu, kā arī aptuveni 450 kg toksisku gāzveida vielu.
Syngas
Šis ir ūdeņraža un oglekļa monoksīda maisījums (2). Rūpnieciskos apjomos to iegūst metāna tvaika riforminga, akmeņogļu gazifikācijas, metāna oksidācijas un organisko atkritumu pārstrādes laikā. Atkarībā no sintēzes gāzes ražošanai izmantotās tehnoloģijas oglekļa monoksīda un ūdeņraža attiecība tajā var mainīties no 1:1 līdz 1:3.
Starp galvenajām šī izejmateriāla pielietojuma jomām īpašu vietu ieņem metanola ražošana, kā arī Fišera-Tropša sintēze. To saprot kā ķīmisku reakciju, kas notiek katalizatora klātbūtnē. Tas sastāv no oglekļa monoksīda un ūdeņraža pārvēršanas dažādos šķidros ogļūdeņražos. Būtībā kob alts un dzelzs tiek izvēlēti kā katalizatori (paātrinātāji) šai mijiedarbībai.
Šī procesa specifika ir iespēja ražot sintētiskus materiālus izmantošanai sintētiskas smēreļļas vai degvielas veidā.
Saņemšanas specifika
Kā izskatās reakcijas ķīmija? Mēģināsim noskaidrot, kas tas ir. Pirolīzes definīcija tika apspriesta iepriekš, tagad pakavēsimies pie ķīmiskā procesa iezīmēm. Fišera-Tropša metode ietver metāna mijiedarbību ar skābekli. Reakcijas produkti ir oglekļa monoksīds un ūdeņradis. Reakcijas rezultātā mēs iegūstam vairāku alkānu ogļūdeņražus un ūdens tvaikus. Sintētiskās eļļas radīšanai izmanto pēc attīrīšanas iegūtos ogļūdeņraža produktus.
Pirolīzes nozīme
Oglekļa monoksīds un ūdeņraža gāze rodas, daļēji oksidējot koksnes kurināmo un ogles. Šāda procesa nozīme ir ūdeņraža vai šķidro ogļūdeņražu veidošanā no cietām izejvielām (ogļūdeņražu atkritumiem vai oglēm).
Cieto atkritumu neoksidatīvajā pirolīzē ķīmiskajā rūpniecībā pašlaik tiek ražota sintēzes gāze. Daļu no tā izmanto arī automobiļu degvielas veidā, bez tālākas apstrādes Fišera-Tropša reakcijā. Ja nepieciešams izmantot parafīniem un smērvielām līdzīgu šķidro degvielu, tiek izmantota vienkāršota ķīmiskā tehnoloģija.
Ja nepieciešams palielināt saražotā ūdeņraža daudzumu, mainot ūdens tvaiku tilpumu, ķīmiskais līdzsvars šajā vienādojumā tiek nobīdīts. Šajā gadījumā pēc mijiedarbības pabeigšanas veidojas ūdeņradis un oglekļa dioksīds.
Tehnoloģiju uzlabošana
Pēc vācu pētnieku Hansa Tropša un Franča Fišera 1920. gadā veiktā atklājuma tehnoloģija ir vairākkārt modernizēta un uzlabota. Pakāpeniski daudzumsPirolīzes rezultātā radītā sintētiskā degviela Vācijā sasniedza 124 000 barelu dienā. Šāds rādītājs pastāvēja 1944.
Modernitāte
Šodien ir divi lieli uzņēmumi, kas savā tehnoloģijā izmanto Fišera-Tropša procesu. Lielākā daļa dīzeļdegvielas Dienvidāfrikā tiek ražota ar pirolīzi, kam seko veidojošo produktu oksidēšana.
Šī ķīmiskā tehnoloģija ieguva īpašu uzmanību pēc tam, kad zinātnieki sāka meklēt veidus, kā ražot dīzeļdegvielas vielas ar zemu sēra saturu, kas varētu radīt minimālu kaitējumu videi. Piemēram, Amerikas uzņēmumi pašlaik kā izejvielu izvēlas koksu vai ogles, ražojot augstas kvalitātes šķidros ogļūdeņražus.
Neskatoties uz to, ka pirolīzes process ir nobriedusi tehnoloģija, ko var izmantot plašā mērogā, tas ir saistīts ar diezgan augstām materiālu izmaksām iekārtas remontam un ekspluatācijai. Daudziem ražotājiem tas ir atturošs līdzeklis, jo pasaules naftas cenām ir tendence samazināties.
Secinājums
Pasaules ogļu rezerves ir diezgan lielas. Tos var izmantot kā degvielas avotu ievērojamas eļļas izsīkuma dēļ. Naftas un gāzes nozarē iesaistītie analītiķi ir pārliecināti, ka ar pirolīzes palīdzību var iegūt augstas kvalitātes ogļūdeņražus. Viņi atzīmē, ka iegūtajai degvielai ir ne tikai augstāki ekoloģiskie raksturlielumi salīdzinājumā ar naftas degvielu, bet arī tā ir diezgan pieņemama patērētājiem.pēc cenu diapazona. Fišera-Tropša sintēzes un biomasas gazifikācijas kombinācijas gadījumā mēs varam runāt par daudzsološu veidu, kā ražot atjaunojamo automobiļu degvielas versiju.
Sintētiskās izejvielas, kas iegūtas ogļu pirolīzē, ir konkurētspējīgas tikai tad, ja naftas izmaksas pārsniedz 40 USD par barelu. Šāda ogļūdeņražu maisījuma ražošanai ir nepieciešami ieguldījumi no septiņiem līdz deviņiem miljardiem dolāru par astoņdesmit tūkstošiem barelu sintētiskās degvielas. Ar pirolīzes procesu saistītās tehnoloģijas vides speciālisti atzīst par vienu no videi drošākajām. Tāpēc pēdējos gados daudzas attīstītās valstis pievērš lielu uzmanību jaunu ogļūdeņražu degvielas ražošanas metožu izstrādei, kas ļautu tām atteikties no tradicionālās naftas izejvielas. Pateicoties inovācijām un tehnoloģiskās ķēdes pilnveidošanai, pirolīzes process ir kļuvis daudz lētāks un pieejamāks augstas kvalitātes šķidro ogļūdeņražu iegūšanai. Izglītoti produkti tiek izmantoti ne tikai kā degviela, bet arī dažādu organisko vielu radīšanai.
