Что такое пиролиз – химическая реакция термического разложения исходного вещества. При этом полученная энергия температурного воздействия разрывает внутримолекулярные связи и эта же энергия позволяет получать новые соединения. Реакция идёт без второго реагента и поэтому её можно назвать реакцией термического разложения.
Виды и практическое применение пиролиза
В зависимости от процесса разложения пиролиз может идти при различных температурах. При этом полученные в конце процесса вещества будут отличаться по своему химическому составу. Различается:
термическое разложение при низкой температуре;- высокотемпературный пиролиз.
Пиролиз с температурой до 900 градусов считается низкотемпературным и при его проведении получают преимущественно вещества в твёрдом состоянии с небольшой массовой долей газов. При возгонке на высоких температурах, конечным продуктом в основном станут газы. С точки зрения протекания процесса, чем больше получено энергии, тем большей свободой связи обладают молекулы. А чем больше свободы, тем вещество легче, так как расстояния между молекулами увеличиваются.
Перерабатываемые продукты
Использование пиролиза широко. Так, получение продуктов нефтехимии возможно только с применением данного метода. Используемый в металлургии кокс является продуктом пиролиза. Разработаны полигоны бытовых отходов, где их уничтожение происходит с помощью термического разложения. Метод хорош тем, что является безотходным, это в условиях загрязнённой атмосферы Земли актуально.
Получение продуктов нефтехимии
Когда органические сложные соединения разлагаются под воздействием температуры, то происходит получение простых углеводородов. При таком процессе получают этилен и пропилен, а из них разнообразные производные. На их основе получают впоследствии различные ВМС методом полимеризации и синтеза. Крекинг в нефтехимии идёт при 800–900 градусах.
Древесный крекинг
Издавна известна профессия углежогов, которые сжигали древесину без доступа воздуха под землёй и получали древесный уголь. При температуре в 5000 происходит сухая возгонка, при которой получаются ценные продукты – ацетон, смола, уксусная кислота и метанол. При этом углерод остаётся в твёрдом состоянии и называется древесным углём. Такой продукт в дальнейшем используется как высококалорийное топливо или активатор химических процессов.
Начинается пиролиз при температуре в 200 градусов с выделения оксидов углерода. Необходимо отметить и то, что если продукты разложения в дальнейшем сжигать в атмосфере воздуха, то суммарная калорийность их сгорания будет гораздо выше, чем энергия, потраченная на пиролиз.
Химия древесины – наука, которая развивалась первоначально только в России и первые опыты крекинга принадлежат русским учёным.
Уничтожение бытового мусора
Использование пиролиза для уничтожения бытовых отходов и получения за счёт этого энергии перспективно. Главным препятствием является содержание в отходах ядовитых летучих составляющих – хлора, фосфора и серы. Это активные элементы, которые могут связываться с другими продуктами пиролиза и создавать опасные соединения. Переработка шин и полимерных материалов позволяет получить вторичные продукты и экономически оправдана.
Во время пиролиза в аппарате продукт переработки проходит следующие стадии:
- процесс сушки;
- крекинг;
- дожёг остатка в атмосфере;
- очистка газа в поглотителях.
При этом мусоросжигательный завод имеет разные режимы и установки, рассчитанные на тот или иной процесс.
Для полной переработки отходов газовые продукты направляются в специальные поглотительные установки, где происходит их очистка от токсинов. Полученный в результате пиролиза шлам представляет собой ценный продукт, так как содержит редкие элементы, которые используются для дальнейшей переработки.
При этом на мусороперерабатывающем предприятии можно получить:
- тепловую энергию;
- электрическую энергию;
- продукты переработки шин и полимеров.
Экономичным станет производство по утилизации при сортировке мусора. Пока же на полигоны вывозится всё, попадают даже ртутные отходы.
Перспективы в развитии пиролиза
При использовании катализаторов процесс крекинга резко увеличивается и выход продуктов повышается. При этом затруднение вызывает возникающий процесс коксования самих катализаторов. Научные разработки в этом направлении ведутся.
Использование активаторов процесса или ингибиторов, тормозящих вторичные реакции тоже находится в стадии экспериментальных установок. Но и этот способ оптимизации процесса затрудняется в связи с загрязнением выходящего продукта. В настоящее время разрабатываются методы физического ускорения пиролиза применением электромагнитных полей.
В быту распространение получают обогревательные печи на основе крекинга, состоящие из двух камер, в первой из которых происходит возгонка крекингом, а во второй собственно горение.
