Pyrolýza je technologie, která byla dostatečně prozkoumána a efektivně využívána v různých zemích pro zpracování surovin obsahujících ropu na plynné a kapalné produkty spalování. Poprvé byl použit na konci 19. století k výrobě osvětlovacího plynu z petrolejové frakce ropy. Zejména již v roce 1877 byl přijat patent na pyrolýzu ropy. Jejím autorem byl chemik-technolog z Petrohradu Alexandr Alexandrovič Letnyj, který se zabýval vlivem vysokých teplot na ropné produkty.
Nyní se pyrolýza začala používat pro zpracování pevného organického odpadu, ropných kalů a vrtných produktů. Je založen na procesu rozkladu organických surovin na nízkomolekulární složky při vystavení vysokým teplotám. Proces může probíhat jak v nepřítomnosti vzduchu, tak s omezeným přístupem.
Nedílnou součástí existence pyrolýzy je zdokonalování technologie. Hlavní procesní úpravy se týkají především zvýšení účinnosti pyrolýzních kotlů, snížení objemu vznikajících škodlivých zbytků a zlevnění technologie. Toho lze dosáhnout změnou konstrukce zařízení, zavedením/odstraněním různých chemických složek do kompozice a úpravou podmínek procesu.
Podmínky pro pyrolýzu a její vlastnosti
Bez ohledu na specifika pyrolýzního procesu jsou předpokladem jeho vzniku vysoké teploty, které by se měly pohybovat v rozmezí 450-1050 °C. Jejich poskytování je doprovázeno různými metodami, které závisí na fázi procesu, jeho modifikaci, surovině a požadovaných produktech rozkladu.
Na základě procesních teplot se rozlišují:
- nízkoteplotní pyrolýza – 450-550 °C
- středněteplotní pyrolýza – 550-800 °C
- vysokoteplotní pyrolýza – 900-1050 °C
Pro zajištění pyrolýzy nejsou nutné žádné zvláštní tlakové podmínky. Může být v rozsahu blízkém atmosférickému tlaku. Reakční doba je 0,1-0,5 sekundy.
Na základě typů reakcí se rozlišuje oxidační a suchá pyrolýza. Na základě vstupní suroviny rozlišuje moderní chemický průmysl odděleně pyrolýzu ropných produktů, dřeva, pneumatik, plastů a odpadu.
Pyrolýza jako chemický proces
Pyrolýza je soubor elementárních reakcí rozkladu (destrukce) organické hmoty na produkty s nižší molekulovou hmotností. Reakce probíhají jak postupně, tak paralelně a jsou navzájem neoddělitelně spojeny. Nicméně primární a sekundární fáze procesu jsou konvenčně rozlišovány:
- V první fázi, v oblasti vysokých teplot, dochází k primárnímu rozkladu látky.
- Ve druhém se výsledné látky podrobí dehydrogenační reakci, která umožní následný rozklad. K separaci výsledných frakcí dochází v důsledku kondenzace par nebo jejich izomerace, polymerace.
Suroviny pro pyrolýzu
Než pochopíme, co může sloužit jako surovina, je důležité zdůraznit účel pyrolýzní pece. Pokud se jedná o recyklační zařízení, pak primárním základem jsou suroviny – odpad, který by měl být zpracován. Zařízení tepelné destrukce umožňují zpracovávat:
- plasty a polymery
- pneumatiky
- automobilový šrot
- kabely
- ropný kal
- odpad z vrtání
- použité oleje
- půda kontaminovaná dehtem a topným olejem.
Vezmeme-li v úvahu pyrolýzu jako způsob výroby plynu bohatého na nenasycené uhlovodíky, pyrolýzní zařízení mohou používat dřevo, ropné produkty, uhlí atd. jako suroviny.
Pyrolýza pevného domovního odpadu je běžně chápána jako proces tepelného rozkladu odpadu, ke kterému dochází bez přístupu kyslíku. Jako konečný výsledek tento proces produkuje pevný uhlíkatý zbytek a pyrolýzní plyn. Pyrolýza tuhého odpadu přispívá k vytvoření moderních bezodpadových technologií nakládání s odpady a nejracionálnějšímu využívání přírodních zdrojů.
Tento způsob likvidace pevného odpadu je považován za mnohem bezpečnější než spalování. I když je proces pyrolýzy mnohem pracnější než tradiční spalování odpadu, je tato technologie nejslibnější, protože během pyrolýzy je množství emisí vypouštěných do atmosféry výrazně menší než při tradičním spalování.
A proto při použití technologie pyrolýzy v takové věci, jako je recyklace odpadu, se znečištění životního prostředí výrazně snižuje. Jaké procesy se tedy vyskytují během pyrolýzy:
- sušení
- suchá destilace
- spalování zbytků
- zplyňování
Množství látek vznikajících při procesu pyrolýzy přímo závisí na výchozím složení tuhého domovního odpadu a na aktuálních podmínkách, za kterých samotný proces pyrolýzy probíhá. Procesy pyrolýzy mohou probíhat při různých teplotních úrovních:
- Nízkoteplotní pyrolýza (při teplotě 450-900 °C). Při této pyrolýze je výstup plynu minimální a množství pevných zbytků, pryskyřic a olejů naopak maximální. Se zvyšující se teplotou pyrolýzy se zvyšuje množství produkovaného plynu a množství pryskyřic a olejů v souladu s tím klesá;
- Vysokoteplotní pyrolýza (při teplotách nad 900 °C). Výtěžek plynu u této metody je maximální a výtěžek pryskyřice je minimální. Tento způsob pyrolýzy tedy produkuje minimální množství odpadu.
Způsob a reakce pyrolýzy
Pyrolýza je tepelná destrukce původní látky (reakce pyrolýzy zahrnuje destrukci normální struktury látky pomocí vysoké teploty, s omezeným přístupem kyslíku). Jeho nejčastější variantou je rychlá pyrolýza, jedná se o typ pyrolýzy, při které je tepelná energie dodávána výchozímu materiálu vysokou rychlostí a bez přístupu kyslíku.
Pokud lze pomalou pyrolýzu zhruba přirovnat k procesu přivádění vody k bodu varu, pak je metoda rychlé pyrolýzy zhruba podobná procesu, kdy se kapka vody dostane do horkého oleje („výbušný var“).
Charakteristické rysy metody rychlé pyrolýzy jsou:
- Schopnost vybudovat uzavřený souvislý technologický výrobní proces.
- Relativní „čistota“ finálních produktů pyrolýzy, dosažená díky absenci procesu dehtování.
- Minimální energetická náročnost takového procesu ve srovnání s jinými typy pyrolýzy.
- Tento proces je doprovázen uvolněním značného množství tepelné energie (exotermické reakce při rychlé pyrolýze jsou lepší než endotermické).
Schéma pyrolýzy
Hlavním prvkem v každém pyrolýzním zařízení je reaktor sestávající ze svařovací šachty a šachtové pece. Do horní části tohoto reaktoru vstupuje tuhý domovní odpad, který je během procesu pyrolýzy spouštěn dolů svařovací šachtou. V horních vrstvách reaktoru dochází k vysychání surovin, které vstupují do reaktoru. Poté se surovina pod vlivem vlastní hmotnosti přesune do střední části reaktoru, kde dochází k samotnému pyrolýznímu procesu.
Zde v prostředí bez kyslíku dochází ke koksování odpadu a jeho tepelnému rozkladu. Pro ochranu atmosférického vzduchu před znečištěním se provádí následující: z pyrolýzního reaktoru procházejí spaliny kotlem na odpadní teplo, poté jsou posílány do rozprašovací sušičky a poté vstupují do absorbéru. Po vyčištění spalin v absorbéru suspenzí vápenného mléka se vyčerpaná suspenze posílá do rozprašovací sušárny a plyny se uvolňují do atmosféry.
Při tomto procesu dochází k vysoce efektivní likvidaci pevného odpadu, který se následně dostává do spodní části reaktoru a je vypouštěn ven. Vzniklý kal, který je směsí popela a solí, se shromažďuje v kontejnerech a posílá se ke spotřebiteli nebo se posílá na speciální skládku ke skladování. Produkty pyrolýzy jsou z hlediska životního prostředí naprosto bezpečné a lze je následně využít jako palivo nebo cenné suroviny pro průmysl a národní hospodářství.
Produkty pyrolýzy.
Množství a chemické složení produktů pyrolýzy přímo závisí na složení tuhého komunálního odpadu a teplotě rozkladu. Z běžného odpadu zpracovaného pyrolýzou však mohou zařízení na zpracování odpadu získat:
- Elektrická energie
- Termální energie
- Topný olej (podobný topnému oleji)
- Produkty na kapalná paliva (benzín, nafta)
V praxi je však získávání velkého množství užitečných látek, jako je kapalné palivo, velmi obtížné, protože existuje striktní potřeba pečlivého třídění odpadu na generické typy. Při použití netříděného odpadu k pyrolýze není možné z něj získat významné množství kapalného paliva nebo jiných užitečných látek.
Zpracováním takového odpadu za účelem likvidace je však možné nejen snížit objem likvidace odpadu u nás, ale také dosáhnout velmi znatelného ekonomického efektu, a to díky tomu, že značné množství tepelné energie bude se stále uvolňují během procesu pyrolýzy
