Pyrolytický rozklad nebo pyrolýza je termochemický proces rozkladu organických a řady anorganických sloučenin. Při vystavení vysokým teplotám se vazby ve velkých molekulách přeruší a vytvoří se menší molekuly. Na rozdíl od zplyňování a spalování probíhá proces bez přítomnosti kyslíku. Když se však sloučeniny s vysokým obsahem O2 rozkládají, dochází k reakcím zahrnujícím atomy kyslíku.

Metody pyrolýzy

Existují dva hlavní způsoby: suché a oxidační, které se používají pro recyklaci různých druhů surovin a liší se způsobem ohřevu.

Suchá metoda

Pyrolýza probíhá bez kyslíku, aby se zabránilo spalování nebo oxidaci. V případě potřeby se přidávají dehydratační nebo dehydratační činidla. Nádoby se surovinami jsou vyhřívané zvenčí. Laboratorní instalace jsou vybaveny elektrickými systémy zásobování teplem.

Existují tři teplotní režimy:

  • nízkoteplotní nebo polokoksovací (do 550 °C)
  • střední teplota (550-800 °C);
  • vysoká teplota nebo koksování (nad 800 °C).

Suchá metoda je vhodná pro zpracování a neutralizaci uhlovodíkového odpadu. Výsledné produkty jsou surovinou pro chemický průmysl.

Oxidační metoda

Pyrolýza

Pyrolyzovaná surovina se zahřeje na 600-900 °C přívodem horkých spalin do uzavřené nádoby nebo částečně spálí. Metoda oxidační pyrolýzy se používá pro zneškodňování pevných odpadů z průmyslových podniků a odpadních vod, zpracování plastů, pryže a dalších materiálů, které nelze spálit ani zplynovat.

Moderní metody

  1. Katalytická nízkoteplotní pyrolýza. Nová technologie zpracování vláknových kompozitních materiálů na bázi pryskyřic, kterou americká společnost Adherent Technologies vyvíjí pro výrobu uhlíkových vláken. Používá katalyzátory a teploty pod 200 °C, proto se sekundární vlákna nerozpadají a nejsou o moc horší než primární vlákna.
  2. Zahájena pyrolýza. Určeno pro zpracování uhlovodíkových surovin. Při použití určitých látek (iniciátorů) se zvyšuje výtěžnost finálních produktů. Například účast sloučenin obsahujících halogen a peroxidů v reakcích vede k tvorbě většího množství ethylenu a propylenu.
  3. Tepelná kontaktní pyrolýza. Uhlovodíky suroviny přicházejí do přímého kontaktu s katalyzátorem – částice zahřátého žáruvzdorného materiálu, roztaveného kovu nebo jiného chladiva. Hlavními výhodami metody je plynulá eliminace nežádoucích akumulací koksu a schopnost dodávat tepelnou energii v libovolném množství.
  4. Hydropyrolýza pyrolýza. Spoje jsou zahřáté na vysoké teploty v přítomnosti vody. Tlak dosahuje 100 bar, teplota – 900 °C. Místo koksu, jehož podíl bývá asi 80 %, se uvolňuje více plynných uhlovodíků a asi 20 % dehtu.
READ
Jak se jmenuje postel nad stolem?

Podmínky pro držení

Aby reakce proběhly, jsou nutné vysoké teploty (od 200 do 900 °C), protože pyrolýza je endotermický proces. K zajištění přímého a nepřímého ohřevu se používají různá chladiva: elektřina nebo energie ze spalovacích procesů, pyrolýzní plyn atd. Tlak při pyrolytickém rozkladu je blízký atmosférickému.

Typy instalace

Pyrolýza na zpracování domovního a průmyslového odpadu existují již dlouhou dobu. Přeměňují pevné látky na hořlavé plyny. Kromě velkých zařízení s produktivitou několika tisíc tun ročně existují i ​​malá, která vyrábějí elektřinu.

Pyrolýza

Komplex odpadového hospodářství vybavený pyrolýzní jednotkou, Kanada

Technické komplexy jsou sestaveny z různých modulů. Například zařízení, které zpracovává plasty a pryžové produkty, se může skládat z pyrolýzní pece umístěné nad výfukovým systémem výfukových plynů, potrubí chemické syntézy, ventilátoru, odsávačů kouře a energetické jednotky.

Popis procesu zpracování

Suroviny se naloží do nádob a vloží do pece, kde se ohřejí hořáky na požadovanou teplotu. Se zahájením pyrolýzní reakce se zařízení zcela přepne na autonomní dodávku plynného paliva. Po dokončení pyrolytického rozkladu se konečné produkty ochladí. Proces chlazení urychluje přehřátá vodní pára vstupující do nádob z parogenerátorů potrubím.

Průmyslové použití

Metody spalování

  1. Recyklace pevného odpadu. Pyrolýza tuhého komunálního odpadu je důležitou alternativou ke spalování, protože proces rozkladu produkuje mnohem méně škodlivých látek. Při zpracování netříděného odpadu závisí druhy a množství finálních produktů na jeho složení.
  2. Likvidace průmyslového odpadu. Je možné recyklovat nejen pevné materiály (ropné kaly, odpady z výroby pryže a plastů), ale také eliminovat odpadní vody.
  3. Získávání uhlovodíků. Pyrolýza představuje téměř 100 % celosvětové produkce etylenu, 67 % propylenu, 80 % butadienu a 37 % benzenu. Jejich zdrojem jsou uhlovodíky a ropné produkty. Polymery nezbytné pro výrobu syntetických materiálů, včetně plastů, se získávají z plynných surovin a kapalin.
  4. Výroba acetylenu z metanu. Tento uhlovodík se okamžitě zpracovává na další produkty: plasty, syntetický kaučuk, rozpouštědla, etylalkohol.
  5. Zpracování dřeva. Proces pyrolýzy je zdrojem dřevěného uhlí.

Produkty pyrolytického rozkladu

Konečnými produkty jsou plyny, pevné látky a kapaliny. Jejich množství a složení závisí na druhu pyrolyzované suroviny, teplotě, pomocných přísadách, tlaku a době zpracování. Když se polymery rozkládají, v mnoha případech se získá pyrolytický plyn, jehož hlavní částí jsou monomery. Navíc se uvolňuje tepelná energie.

READ
Jak utěsnit praskliny v oknech na zimu?

Domácí použití

Na úrovni domácností se k výrobě tepla a dřevěného uhlí používají pyrolýzní technologie, které účinně čistí trouby od obtížně odstranitelných uhlíkových usazenin.

Pyrolýzní kotle pro vytápění

Pyrolýzní kotle s přirozeným přívodem kyslíku mají díky své speciální konstrukci vysokou účinnost. Surovinou je dřevo a dřevoplyn. Při spalování vzniká málo látek škodlivých životnímu prostředí. Množství vyrobeného tepla závisí na kvalitě paliva. Některé kotle jsou určeny na dřevní štěpku, palivové pelety, uhlí a koks.

Hlavní částí zařízení jsou dvě spalovací komory, z nichž každá má svou vlastní funkci. Nahoře se surovina suší a přeměňuje na dřevoplyn. Některé složky plynu tam hoří.

Čištění trouby

Většina nových modelů pecí je samočistící. To se děje kvůli vysoké teplotě. Nečistoty uvnitř trouby karbonizují a odpadávají samy nebo je lze snadno odstranit. Tento proces, který trvá asi tři hodiny, je poměrně energeticky náročný: spotřeba elektřiny je v průměru 3-4 kWh. Po vychladnutí zařízení se popel odstraňuje vlhkou houbou. Před pyrolytickým samočištěním odstraňte rošty, hrnce a plechy na pečení.

K získání dřevěného uhlí

Při zpracování listnatého nebo jehličnatého dřeva vzniká dřevo:

V závislosti na teplotě se rozlišuje několik fází procesu. Když stoupne nad 280 °C, začne silná exotermická reakce a uvolní se velké množství energie. V poslední fázi (t>500 °C) se ze spalin při průchodu zuhelnatělými vrstvami uvolňuje hořlavý oxid uhelnatý a vodík. Pevný zbytek je červené, černé nebo bílé uhlí.

Vyhlídky na uplatnění

Stále častěji se budou využívat různé způsoby pyrolýzy, neboť se jedná o ekologický způsob recyklace odpadů, získávání cenných chemických surovin, elektrické a tepelné energie. Klimatologové diskutují o možnosti jejich využití pro pyrogenní zachycování a ukládání uhlíku (PyCCS) k řešení klimatické krize.

Pod pojmem pyrolýza odpadu se rozumí tepelné zpracování odpadu bez přístupu kyslíku, při kterém se rozloží na elementární látky a uvolní se užitečná energie. Tento způsob likvidace je dražší než klasické spalování. Je však považován za bezpečnější, protože množství emisí škodlivých nečistot do atmosféry je mnohem menší.

Vysokoteplotní a nízkoteplotní pyrolýza

Množství látek uvolněných při pyrolýze závisí na podmínkách, za kterých se úprava provádí. A hlavním kritériem je zde teplota.

READ
Jak se Don Quijote nazýval?

V závislosti na úrovni ohřevu může být pyrolýza pevného odpadu:

  • Nízká teplota – ohřev 450-900 stupňů. Při takových teplotách je výdej plynu menší a výdej různých látek větší. Kromě toho, čím vyšší je teplo v peci, tím více se zvyšuje hladina plynu a odpovídajícím způsobem klesá množství pryskyřic a olejů;
  • Vysoká teplota – ohřev nad 900 stupňů. V tomto případě se získá minimální množství pevného odpadu a hladina plynu je maximální.

Pyrolýza oleje

Tento proces umožňuje získat aromatické a nenasycené uhlovodíky z ropných surovin. Řeč je například o benzenu a toluenu. Tepelné zpracování probíhá při 700-1000 stupních. Tyto teploty jsou dostatečné pro pyrolýzu uhlovodíkové suroviny a její rozklad na samostatné frakce.

Je to také vynikající možnost likvidace v případě úniku ropy. Za prvé, můžete rychle odstranit všechny nebezpečné nečistoty. Za druhé, proces je absolutně bezpečný z hlediska životního prostředí. A za třetí, při zahřívání se uvolňují látky a energie, které se dále využívají v ropném průmyslu.

Pyrolýza dřeva

Tepelné zpracování dřeva je jedním z prvních procesů, které se používají v průmyslu. Ještě ve XNUMX. století se pomocí pyrolýzy získávala borová pryskyřice, která se používala k impregnaci lan a námořních plavidel. A když se začalo rozvíjet hutnictví (XNUMX. století), začalo se vyrábět dřevěné uhlí na bázi suché pyrolýzy.

V dnešní době je pyrolýza dřeva potřebná k výrobě následujících komponent:

  • kapalné produkty pyrolýzy (50-55 %);
  • dřevěné uhlí (20-25%);
  • plynné látky (20-25 %).

Tento proces pyrolýzy se skládá z následujících fází: řezání suroviny na kousky, sušení, samotné tepelné zpracování, chlazení a kondenzace par. Je pozoruhodné, že tento materiál nevyžaduje zvláště vysoké teploty. Pyrolýza zpravidla probíhá při 200-450 stupních.

Dalším prvkem uvolňovaným ze dřeva při tepelném zpracování je octan vápenatý. Lidé tomu také říkají „sůl na dřevo“. Sám o sobě nemá průmyslové využití. Ale pokud pyrolyzuješ octan vápenatý, uvolní se další množství energie.

Pyrolýza pilin

Tepelné zpracování pilin se používá k získání tepelné energie. Tento materiál má řadu výhod:

  • neobsahuje síru;
  • absolutně CO2 neutrální;
  • Můžete spálit i mokré suroviny;
  • nízké náklady na suroviny.
READ
Co ukazuje indikátor na kotli?

Pyrolýza pilin nijak nepoškozuje životní prostředí a může výrazně ušetřit peníze za průmyslovou výrobu. Proto se toto odvětví v poslední době začalo rychle rozvíjet.

Pyrolýza uhlí

Tepelné zpracování uhlí je známé již od XNUMX. století. Z této suroviny se tehdy získával uhelný koks, osvětlovací plyn potřebný k osvětlení ulic a kvalitnější uhlí, které se spalovalo v pecích.

Ve skutečnosti se od té doby změnilo jen málo. Produkty pyrolýzy zůstaly stejné, ale zařízení bylo výrazně vylepšeno. Díky moderní technologii je tepelné zpracování efektivnější a méně škodlivé pro životní prostředí. A suroviny jakékoli kvality mohou být použity jako výchozí materiál, aniž by procházely předběžným tříděním a čištěním.

Pyrolýza uhlí může být buď nízkoteplotní – s teplotou ohřevu 500-600 stupňů, nebo vysokoteplotní – 900-1100 stupňů. V souladu s tím se na nízké úrovni produkuje více pevného odpadu a na vysoké úrovni se produkuje více plynu.

Pyrolýza plastů

Plasty jsou zdaleka nejoblíbenější materiály. Vyrábí se z nich téměř vše – od jednorázového nádobí až po složité elektronické a lékařské přístroje. Ale hlavním problémem polymerních sloučenin je, že je nelze recyklovat. Při spalování se uvolňuje spousta škodlivých látek a při zasypání na skládce se budou rozkládat více než 100 let. Proto je nejlepší a jediný způsob pyrolýza.

Tepelné zpracování probíhá při 600 stupních. V tomto případě jsou zničeny téměř všechny škodlivé nečistoty, které byly použity při výrobě konkrétního předmětu. Tím se uvolňuje velké množství tepelné energie a plynu, ze kterého lze vyrobit topný olej. Tato technologie není nová, byla aktivně využívána v nacistickém Německu k získávání paliva.

Je tu však jedno mínus. Při pyrolýze se uvolňuje mnoho škodlivých plynných nečistot. A aby se zabránilo jejich pronikání do atmosféry, je potřeba složitý filtrační systém. Proto je taková recyklace plastů velmi nákladná.

Pyrolýza pneumatik

Při zpracování pneumatik se používají nízkoteplotní podmínky – až 900 stupňů.

V důsledku toho můžete získat několik užitečných látek najednou:

  • saze – používají se při výrobě dopravních pásů, technických desek a také se přidávají do barev. Používá se také ve stavebnictví při výrobě dlažebních desek, cihel a betonových výrobků;
  • termolýzní plyn – získává se z něj velká tepelná a elektrická energie;
  • lisovaná kovová šňůra – používá se v hutním průmyslu;
  • Syntetický olej je svým složením prakticky k nerozeznání od skutečného oleje.
READ
Jak Thermal Drive Climate 100 funguje?

Všechny tyto produkty jsou dnes velmi žádané. A proto je pyrolýza kaučuku velmi výnosný byznys.

Kam darovat staré pneumatiky? – viz adresy zde.

Pyrolýza metanu

Tepelné zpracování metanu probíhá při velmi vysokých teplotách – 1200-1500 stupňů. S jeho pomocí se uvolňuje velké množství energie a tento plyn lze přeměnit i na acetylen. Ale to samo o sobě není příliš ziskové, takže se takové instalace používají v továrnách, kde dochází k dalšímu zpracování. Například v závodech na výrobu gumy. Obecně se jakákoli pyrolýza alkanů provádí stejným způsobem – to je název typů uhlovodíků, mezi které patří metan.

Ethanová pyrolýza

Podstata procesu je úplně stejná jako u metanu. Ale teplota zpracování odpadu je mnohem nižší. K zahájení rozkladu stačí kamna zahřát na 850 stupňů. Pyrolýzu lze opět využít pouze k výrobě tepelné energie. Nebo na výrobu acetylenu, který se může hodit při další výrobě.

Jak již bylo zmíněno dříve, pyrolýza je dnes jedním z nejúčinnějších a nejbezpečnějších způsobů likvidace odpadu. I když to stojí samozřejmě víc než prosté spálení nebo zakopání na skládkách. Neškodí však životnímu prostředí, a proto tuto metodu hojně využívají přední evropské země.