Home » Misc » Пиролиз это что такое

Пиролиз это что такое


что это такое, его виды, сферы применения. Россия и мир. JustMedia.ru

Пиролиз — это термохимический процесс, при котором распадаются как органические, так и некоторые неорганические соединения. В его основе лежит высокотемпературное воздействие на сырьё при отсутствии кислорода, что приводит к его разделению на простые составляющие. Расскажем вкратце про пиролиз — что это такое простыми словами и зачем он нужен.

 

 

Методы пиролиза

 

Этот процесс переработки различных отходов является экономичной и экологичной альтернативой их сжиганию или захоронению. Рассмотрим вкратце пиролиз: что это, а также описание этого процесса. Переработка в пиролизных установках осуществляется следующим образом:

 

  1. Сырьё нагревается в герметичных бункерах в бескислородной среде.
  2. В зависимости от выбранного метода, в него вводятся дополнительные ускоряющие реакцию компоненты.
  3. В отдельных узлах установки производится улавливание пиролизных жидкостей и газов.
  4. По окончании процесса из бункера изымаются твёрдые продукты пиролиза.

 

Технология пиролиза подразумевает использование двух основных методов пиролитического разложения материалов:

 

  • Сухой метод. При нём отсутствует доступ кислорода в пиролизную камеру, что предотвращает горение или окисление сырья. Используется внешний нагрев ёмкости с сырьём — как правило, при помощи электронагревателей. Для оптимизации процесса могут применяться дегидратирующие и дегидрирующие средства. Этот метод пиролиза может быть низкотемпературным (полукоксование до 550 °C), среднетемпературным (550–800 °C) и высокотемпературным (коксование выше 800 °C). Хорошо себя показал при переработке углеводородов.
  • Окислительный метод. С помощью этого метода проводится пиролиз практически любого сырья. В основе лежит нагрев материалов в пиролизной камере до 600–900 °C подаваемыми в герметичную ёмкость разогретыми дымовыми газами либо их частичное сжигание. Является наиболее экологичным методом, при котором твёрдые остатки сырья разогреваются до температуры 16000 °C.

 

Рассмотренные методы пиролиза стали основой современных способов пиролитического разложения сырья:

 

  • Каталитического низкотемпературного (с использованием катализаторов).
  • Инициированного (используются специальные вещества — инициаторы).
  • Термоконтактного (роль катализатора играет расплавленный металл и мелкие частички огнеупорного материала, обеспечивающие сильный разогрев сырья).
  • Гидропиролизного (с разогревом сырья до 900 °C и подачей воды под давлением 100 бар).

 

Улучшенные современные виды пиролиза за счёт своей эффективности более экологически чистые и обеспечивают максимальное получение из перерабатываемого сырья продуктов вторичной переработки.

 

 

Виды установок

 

Пиролизное производство осуществляется как в бытовых, так и в промышленных установках. Наибольшее внимание заслуживают именно промышленные пиролизные установки, использование которых в России набирает популярность. Ведь они предлагают целый ряд преимуществ:

 

  • обеспечивают возможность безотходной переработки мусора;
  • обладают высоким КПД, достигающим 90%;
  • позволяют не только получать вторсырьё от переработки, но и создавать невосполнимые ресурсы — например, синтетическую нефть.

 

Кроме того, наличие пиролизной установки обеспечивает получение из перерабатываемого сырья углеводородов, которые можно использовать для теплоснабжения и энергоснабжения предприятия. Это позволит отказаться от закупки части энергоресурсов, сэкономив средства. Также во время пиролиза из различного сырья добываются разные виды органических кислот и других химических элементов, которые могут являться основными или вспомогательными веществами на производстве. Это также сокращает затраты.

 

 

Пиролиз ТБО

 

В отношении переработки твёрдых бытовых отходов пиролиз — это, если просто сказать, наиболее эффективное решение, делающее процесс экологичнее, сокращающее негативное воздействие ТБО на природу. Процесс не только помогает утилизировать отходы, но и получить из них используемое в промышленности и топливной энергетики вторсырьё.

 

В пиролизных установках осуществляется переработка практически любых видов отходов:

 

  • автомобильной промышленности;
  • фармацевтической и химической промышленности;
  • нефтепродуктов и промышленных отходов;
  • электротехники;
  • деревообрабатывающей промышленности;
  • бытового и промышленного мусора.

 

Процесс пиролизного разложения обеспечивает получение стабилизированных материалов без выбросов вредных веществ в окружающую среду.

 

 

Пиролиз мусора и покрышек

 

Самое востребованное сырьё пиролиза — это бытовой и промышленный мусор, покрышки для всех видов техники. Их переработка экономичнее и безопаснее по сравнению со сжиганием в мусоросжигательных заводах. Например, при пиролизном разложении покрышек получают:

 

  • металл, используемый в корде шин;
  • пиролизное масло;
  • технический углерод;
  • пиролизный газ.

 

Для наиболее эффективного получения вторсырья рекомендуется предварительная сортировка мусора перед переработкой.

 

 

Промышленное применение

 

Процесс пиролиза в промышленности позволяет решить множество задач:

 

  • Организовать переработку ТБО «на месте», не только сэкономив средства на вывозе, но и получив необходимое для промышленности вторсырьё.
  • Утилизировать промышленные отходы, в число которых могут входить не только твёрдые и насыпные материалы, но и сточные воды, иные виды загрязняющих веществ.
  • Получить углеводороды. Во всём мире методом пиролиза получают почти 100% этилена, производят до 80% бутадиена, 67% полипропилена и 37% бензола из продуктов нефтепереработки и углеводородов. Также пиролиз позволяет получать полимерные материалы, в том числе разные виды пластмасс.
  • Получить ацетилен. В дальнейшем он используется при изготовлении пластмасс, растворителей, искусственного каучука и этанола.
  • Переработать древесину. Пиролизная переработка древесных материалов — самый эффективный и производительный способ производства древесного угля.

 

Другими словами, запуск на предприятии пиролизной установки — единственный способ обеспечения безотходного производства и снижения операционных затрат.

 

 

Продукты пиролиза и их применение

 

Конечные продукты пиролиза — это различные вещества в стабилизированном твёрдом, газообразном и жидком состоянии. Это может быть:

 

  • дизтопливо и бензины;
  • древесный уголь;
  • металлы;
  • синтетические газы.

 

Дополнительно выделяется тепловая энергия, которую можно направить на отопление. Синтетические газы используются как для получения более сложных полимерных веществ, так и для выработки тепловой энергии. Аналогичная ситуация и с различными жидкостями, которые могут служить топливом для транспорта или основой для производства пластиков. Получаемые в пиролизной установке твёрдые остатки используются в качестве вторсырья, а древесный уголь — по прямому назначению.

 

 

 

Пиролиз - Энциклопедия пожарной безопасности

  • Главная страница
  • Энциклопедия

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Э

Ю

Я

Пиролиз – необратимый термический процесс разложения веществ под действием высокой температуры. Пиролизу могут подвергаться вещества и материалы, находящиеся в различном агрегатном состоянии, а также в растворах. Пиролиз является одним из важнейших промышленных методов получения сырья для нефтехимического синтеза. Пожарная опасность процессов пиролиза обусловлена возможностью создания взрывоопасных сред. Примерами таких ситуаций являются случаи вспышки продуктов пиролиза пожарной нагрузки на развитой стадия пожара при ограниченном доступе кислорода. Процессы пиролиза сопровождают самонагревание, самовозгорание и горение веществ и материалов.

При пиролизе в очаге пожара образуются горючие и токсичные продукты. При расчётах температуры горения и некоторых др. показателей необходимо учитывать диссоциацию продуктов горения. В результате пиролиза происходит сажеобразование (чёрный дым при пожаре и т.д.).

Литература: Абдурагимов И.М., Говоров В.Ю., Макаров В.Е. Физико-химические основы развития и тушения пожаров. М., 1980;

Молчадский И.С. Пожар в помещении. М., 2005.

Поделиться:

Предыдущая статья Пикетаж Пикетаж – установка опознавательных знаков на путях медицинской эвакуации или для доставки поражённых до назначенного этапа медицинской эвакуации, или для доставки в назначенное функциональное подразделение.

Следующая статья Пирометр Пирометр – прибор для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра. Известны яркостные, цветовые и радиационные пирометры, которые нашли широкое применение в системах контроля и управления температурными режимами различных технологических процессов, а также в исследованиях теплофизических процессов на пожарах.Литература: Молчадский И.С. Пожар в помещении. М., 2005.

Другие разделы портала

  • История

    История

    История возникновения и развития пожарной охраны в регионе. Интересные факты, архивные фотографии и документы. Музеи и памятные места. Ветераны и династии пожарных. Виртуальные экскурсии и фотоальбомы.

    Читать полностью

Пиролиз | Энциклопедия МДПИ

Пиролиз полимерный углерод стеклоуглерод неграфитирующий углерод обугливание химическое осаждение из паровой фазы

1. Введение

Термин пиролиз описывает разложение полимеров ( например смолы, целлюлоза), газообразных углеводородов ( например . ацетилен) , богатых углеводородами масел и других различных органических материалов побочные продукты, образующиеся исключительно при нагревании . Пиролиз в газовой фазе ( т.е. ., термический крекинг углеводородов) с последующим осаждением углерода в современной литературе обычно называют химическим осаждением из паровой фазы (CVD) углеродсодержащих материалов. Еще одним известным применением пиролиза является переработка отходов полимеров (как синтетических, так и природных) для производства биотоплива и биогаза 9.0009 . Здесь температуры термообработки могут быть ниже 900 o C, а иногда окружающая среда может даже содержать кислород в зависимости от того, что ожидается в качестве конечного продукта. Пиролиз также используется в металлургии (, например, , в пирометаллургии), где желательным конечным продуктом обычно не является углерод.

Когда органический полимер нагревается выше температуры его разложения, связи углерод-гетероатом начинают расщепляться, за чем следует образование новых связей углерод-углерод. На ранних стадиях пиролиза образуются различные углеводородные радикалы с максимальной концентрацией около 600 9 .0021 o С. После 800 o С – сеть фрагментов графена; содержащих большую долю дефектов, а также химических примесей, начинает развиваться. Дальнейшее нагревание позволяет отжечь дефекты и увеличить размер кристаллитов графена ( L a ) и толщину стопки ( L c ). Отсутствие кислорода сводит к минимуму образование CO 2 и CO ( т.е. ., горение), однако, если в самом полимере присутствует (связанный) кислород, образуются некоторые оксиды. Другие продукты пиролиза, такие как CH 4 и мелкие углеводороды являются летучими, которые выделяются в виде пузырьков.

Существуют различные теории механизма образования элементарного углерода из разложившегося полимера. После разложения фрагменты полимера имеют разнообразные формы и размеры, подвижны на начальных стадиях пиролиза (500-800 o C) и постоянно пытаются достичь термодинамически стабильного расположения, отделяясь друг от друга и сливаясь друг с другом. другой. Различные полимеры демонстрируют различные модели распада и подвижность фрагментов. Например, механизм пиролиза целлюлозы сильно отличается от механизма пиролиза смол. Различные полиимиды, поливинилхлорид, пиридин и т. д. . имеют свои характерные продукты пиролиза и кинетику реакции. Основные факторы, влияющие на природу получаемого углерода, включают химический состав прекурсора, размер структуры, условия нагрева, силы, приложенные во время обработки (если таковые имеются), а в случае эпоксидных смол - степень сшивки.

Более подробную информацию о классификации и применении пиролитических углей можно найти здесь [1] .

Теоретические (расчетные) исследования процесса пиролиза показывают, что первичные фрагменты, образующиеся при разложении полимера, содержат помимо исходной молекулы атомы из соседних цепей. Это открытие подтверждает идею об отсутствии специфических закономерностей или четко определенных точек зародышеобразования на начальных стадиях пиролиза и образования углерод-углеродных связей. Тем не менее, как теоретические, так и экспериментальные исследования подтвердили, что химический состав полимера играет наиболее важную роль в определении природы образующегося углерода. Таким образом, углерод, полученный из полимера, можно разделить в первом приближении на основе природы предшественника.

2. Полимерный углерод

Классификация полимерного углерода на основе прекурсоров показана на рисунке 1, после чего следует краткое пояснение терминологии.

Рис. 1. Классификация углеродных материалов, полученных пиролизом полимеров. СЭМ-изображения: Внизу слева : пиролизованные микростолбики СУ-8 с подвешенным волокном СУ-8 [65], демонстрирующие коксование, и Внизу справа : часть коры дерева, обугленная в результате обугливания. Оба прекурсора подвергаются пиролизу при 900 o C при скорости изменения температуры 5 o C/мин в среде азота.

2.1. Коксование и обугливание

Если продукт пиролиза (смесь всех промежуточных материалов при любой заданной температуре) проходит через полутвердую (резинообразную) фазу из-за того, что его температура T явление известно как коксование. Изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) в левом нижнем углу рисунка 1, представляет собой карбонизированную структуру, в которой волокно было намеренно подвешено на массиве полых микростолбиков. Можно заметить, что столбы, прикрепленные к волокну, деформируются из-за растягивающего растяжения волокна во время пиролиза. Другие столбы сжимаются равномерно, указывая на то, что T г пиролизной смеси была лишь немного ниже заданной температуры. При увеличении этого зазора узорчатые структуры частично деформируются, а при его значительных размерах получаются в основном маслоподобные материалы. Полутвердый промежуточный материал отвечает за гладкую поверхность получаемого углерода, так как пытается минимизировать его поверхностную энергию. Примерами коксующихся полимеров являются фенолформальдегидные смолы (дает неграфитизирующийся углерод) и антрацен (дает графитизирующийся углерод).

Обугливание относится к прямому превращению жесткой полимерной структуры в углерод, при котором форма сохраняется как макро-, так и микроскопически. Древесина и другие целлюлозные полимеры являются хорошими примерами обугливания (см. СЭМ-изображение в правом нижнем углу на рис. 1). Основной и наиболее изученный промежуточный продукт, образующийся при пиролизе целлюлозы, известен как левоглюкозан, который далее распадается по различным путям, что приводит к образованию смол (маслоподобных материалов), летучих веществ и твердого углерода. Эти фазы обычно сосуществуют и остаются разными на протяжении всего процесса. Твердый углеродный скелет воспроизводится в конечном полукоксе, а масла и летучие вещества собираются и перегоняются, если это необходимо. Целлюлозные материалы немного размягчаются в диапазоне температур 230–255 9 .0021 o C область, но она не коррелирует напрямую ни с T g , ни с температурой плавления. Уголь преимущественно не графитизируется и из-за своей пористости и химического состава поверхности часто служит активированным углем. Пиролиз натуральной древесины и других растительных остатков более сложен из-за присутствия лигнина и гемицеллюлозы.

Углеродные остатки, полученные из биоразлагаемых природных полимеров при температуре < 900 o C, часто называют биоуглями. Термин «уголь» может также иногда означать образование твердого углерода из полимеров даже после первоначального коксования. Важно отметить, что номенклатура углеродных материалов уже полна неясностей из-за существования многочисленных форм углерода (в том числе со смешанной гибридизацией), прекурсоров и производственных процессов. Поэтому следует избегать любой терминологии, которая способствует такой путанице.

2.2. Графитизирующий и неграфитирующий углерод

Графитизирующий углерод представляет собой полученный из полимеров углерод, который потенциально может быть преобразован в поликристаллический графит при термической обработке, каталитических процессах, стрессе или любом другом методе. Графит имеет структуру кристаллов ABABA с расстоянием между слоями 3,354 Å вдоль оси c . На начальных стадиях пиролиза некоторые полукристаллические полимеры, такие как ПВХ, превращаются в углеродистый материал, напоминающий сложенные друг в друга фрагменты графена. Хотя изначально эти фрагменты содержат примеси и имеют турбостратное расположение (беспорядочно повернутые базисные плоскости), их прогрессирующее упорядочение при более высоких температурах приводит к образованию графита. Пиролитический графит может быть подвергнут последующей обработке с получением высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ). ВОПГ также можно получить с помощью других методов, таких как перекристаллизация из расплавов железа (коммерчески известный как графит Киш) или термическое сжатие химически осажденного графена.

Неграфитирующиеся угли по определению не могут быть преобразованы в кристаллический графит, так как содержат различные структурные дефекты и беспорядочно ориентированные графеновые фрагменты, обладающие прочной трехмерной связью. Эти фрагменты турбостратного графена имеют гауссово распределение по размеру и форме, длине связи C-C и валентным углам, а также имеют межслойное расстояние > 0,335 нм. Наличие дефектов приводит к тому, что эти фрагменты скручиваются и складываются, образуя фуллереноподобные структуры, а иногда и полностью замкнутые бакминстерфуллерены. Изогнутые структуры сосуществуют с более крупными листами графена, уложенными друг на друга. Неграфитирующий уголь обладает более низкой электропроводностью, но повышенной твердостью по сравнению с графитом, и его также называют твердым углеродом. Смолы ПФ, целлюлоза, поливинилиденхлорид и некоторые полиимиды при пиролизе дают неграфитизирующийся углерод.

2.3. Стекловидный (стеклоподобный) и активированный уголь

Неграфитируемый уголь высокой чистоты, претерпевший хотя бы некоторое закоксовывание в процессе пиролиза, известен как стеклоуглерод. В случае крупных (миллиметровых) структур стеклоуглерод получается при температуре > 2000 o C, поскольку промежуточные продукты пиролиза могут проявлять плохую теплопроводность, вызывая температурный градиент в образце. Эти повышенные температуры необходимы для систематического отжига летучих веществ и обеспечения чистоты вплоть до центра структуры. Показано, что в некоторых промышленных процессах получение стеклоуглерода происходит при 1000 o C с измененными условиями пиролиза для структурных размеров ≤ 3 мм. Несколько исследований подтвердили, что в случае микро-/наноразмерных структур свойства стеклоуглерода могут быть достигнуты при более низких температурах, таких как 900 o C, вероятно, с некоторыми примесями кислорода.

Активированные угли представляют собой неграфитизирующие угли, полученные путем прямого обугливания, которые содержат поверхностные радикалы и открытые поры. Они имеют гетероатомы и больше дефектов по сравнению со стеклоуглеродом, а их электропроводность и механическая прочность обычно ниже. Благодаря активному химическому составу поверхности они часто используются в качестве адсорбентов и каталитических слоев.

2.4. Углеродные волокна

Микро- и нановолокна, полученные путем пиролиза целлюлозы, полиакрилонитрила (ПАН) или других полимерных волокон, традиционно не классифицировались как стеклообразные или активированные на основании химического состава предшественника. Картина отжига в волокнах существенно отличается от объемной из-за высокого отношения поверхности к объему. Обработка поверхности, параметры изготовления, а в случае ПАН и предпиролизное окисление могут сильно влиять на их свойства. Сообщалось, что волокна имеют тенденцию становиться более упорядоченными (графитовыми), если процесс изготовления (обычно электропрядение) изменяется, добавляются добавки или возникает напряжение.

Запись из 10.3390/ma11101857

Что такое пиролиз? - Значение, типы, использование и часто задаваемые вопросы

Это химическое разложение органических (углеродсодержащих) материалов под воздействием тепла. Это термохимическая обработка, которая может применяться к любому органическому продукту. В этом процессе обработки материалы подвергаются воздействию очень высокой температуры и в отсутствие кислорода подвергаются химическому и физическому разделению на разные молекулы. Скорость пиролиза увеличивается с повышением температуры.

Наиболее важным моментом, который следует отметить, является то, что процесс пиролиза вызывает химическое изменение вещества, подвергаемого ему (химический состав исходного реагента и конечного продукта различен). Термин «пиролиз» происходит от греческого слова, означающего «разделение огня».

Как правило, вещества, которые подвергаются пиролизу, подвергаются процессу химического разложения и разлагаются на несколько соединений продуктов. Процесс термического разложения приводит к образованию новых соединений. Это позволяет получать продукты с другими, часто более высокими характеристиками, чем исходный остаток. В промышленных применениях часто используются температуры 430 °C или даже выше, тогда как в мелкомасштабных операциях температура может быть намного ниже.

Этот процесс обычно используется для преобразования органических материалов в твердый остаток, содержащий золу и углерод, небольшое количество жидкости и газов. С другой стороны, экстремальный пиролиз дает углерод в виде остатка, и этот процесс называется карбонизацией. Другие высокотемпературные процессы, в том числе гидролиз и сжигание, процесс пиролиза не предполагают взаимодействия с водой, кислородом или какими-либо другими реагентами. Однако невозможно каждый раз получать бескислородную среду, поэтому в любой системе пиролиза всегда происходит небольшой процесс окисления. Пиролиз также считается начальным этапом других связанных процессов, таких как сжигание и газификация. Пиролиз органического вещества может привести к образованию множества летучих продуктов, а также оставить после себя твердый остаток, сильно обогащенный углеродом.

Например: обугливание древесины (или неполное сгорание древесины), приводящее к образованию древесного угля, включает процесс пиролиза. Хорошо известными продуктами, полученными с помощью пиролиза, являются форма древесного угля, также называемая биоуглем, которая образуется при нагревании древесины, и кокс (который можно использовать в качестве промышленного топлива и теплозащитного экрана), получаемый при нагревании угля. В процессе пиролиза образуются конденсирующиеся жидкости (так называемые смолы) и неконденсирующиеся газы.

В этой теме мы обсудили определение пиролиза. Теперь мы обсудим использование и типы пиролиза.

Использование пиролиза

  • Использование возобновляемых ресурсов.

  • Самоподдерживающаяся энергия.

  • Преобразование низкой энергии биомассы в жидкое топливо с высокой плотностью энергии, потенциальное для производства химических веществ из биоресурсов.

  • Это простая и недорогая технология, которая может помочь в переработке широкого спектра сырья.

  • Сокращает выбросы отходов на свалки и выбросы парниковых газов.

  • Снижает риск загрязнения воды.

  • Может снизить зависимость страны от других энергетических ресурсов за счет производства энергии из внутренних ресурсов.

  • Управление отходами с помощью технологии пиролиза обходится дешевле по сравнению с захоронением на свалках.

  • Строительство пиролизной электростанции – быстрый процесс.

  • Это может создать новые рабочие места для людей с низким доходом в зависимости от количества отходов, образующихся в регионе, что, в свою очередь, принесет пользу общественному здравоохранению за счет очистки отходов.

Пиролиз является одним из устойчивых решений, которые экономически выгодны в очень больших масштабах и могут свести к минимуму экологические проблемы, особенно с точки зрения минимизации отходов.

Типы пиролиза

, как правило, существуют три типа пиролиза:

  1. Медленный пиролиз

  2. Fast Pyrolys

  3. Flash Pyrolistis

  4. Flash Pyrolis 9000

  5. Flash Pyrolistis 9000

  6. . , низкие температуры и низкие скорости нагревания биомассы. Он используется для модификации твердого материала и минимизации образования нефти. С другой стороны, быстрый пиролиз и сверхбыстрый (мгновенный) пиролиз максимизируют образование газов и масла.

    Температура: Средне-высокая (400-500 °C)

    Время пребывания: Длительное (5-30 мин)

    Быстрый пиролиз: Это быстрое термическое разложение углеродсодержащих материалов в отсутствие кислорода при температуре от умеренной до высокие показатели нагрева. Это наиболее распространенный метод, используемый в исследованиях и на практике. Основным продуктом является бионефть. Пиролиз — эндотермический процесс. Уголь накапливается в очень больших количествах и его необходимо часто удалять.

    Температура: средневысокая (400–650 °C)

    Время пребывания: Длительное (0,5-2 с)

    Мгновенный пиролиз: Это очень быстрый процесс термического разложения пиролиза, скорость нагрева также очень высока. Основными продуктами являются газы и бионефть. Мгновенный пиролиз производит очень меньше газа и смол по сравнению с медленным пиролизом.

    Температура: высокая (700-1000 °C)

    Время пребывания: длительное (менее 0,5 с)

    • Сырье, подвергаемое пиролизу, подвергается воздействию температур выше температуры его разложения. В этот момент химические связи, удерживающие молекулы сырья вместе, разрушаются. Этот процесс приводит к фрагментации молекул исходного сырья на более мелкие молекулы.

    • Процесс пиролиза проводят в отсутствие кислорода и воды, в некоторых случаях допускается поступление в установку пиролиза очень небольшого количества воды и кислорода. Это делается для облегчения других важных процессов, таких как сжигание и гидролиз. Некоторые химические вещества также могут быть смешаны с сырьем для получения определенных продуктов в процессе пиролиза.

    Применение пиролиза: