Что такое пиролиз в химии определение кратко и понятно

Обновлено: 28.06.2024

Наиб. распространение термин "пиролиз" получил в орг. химии для обозначения высокотемпературных деструктивных превращ. орг. соединений, сопровождающихся расщеплением соед. с образованием продуктов меньшей мол. массы (в т. ч. простых в-в), изомеризацией, полимеризацией или поликонденсацией исходных соед. и продуктов их превращения. С помощью пиролиза в пром-сти получают топлива и масла (при термическом крекинге, висбрекинге, коксовании, полукоксовании)или сырье для нефтехим. синтеза (при пиролизе нефтяного сырья, пиролизе древесины, деструкции орг. отходов).

О пиролизе алифатич. углеводородов, входящих в состав нефти, и механизме р-ций см. Пиролиз нефтяного сырья. Ароматич. углеводороды термически более стабильны, чем алифатические (кроме CH 4 ). Бензол при 700-750 0 C образует фенильные радикалы и далее ди-фенил. Пиролиз др. ароматич. углеводородов при 800-850 0 C приводит к смеси, состоящей из бензола, нафталина, антрацена, фенантрена и др. полициклич. ароматич. углеводородов.

Алифатич. спирты при 500-700 0 C подвергаются пиролизу с выделением H 2 O и образованием олефинов (при более низких т-рах) или выделением H 2 и образованием альдегидов (при более высоких). Третичные спирты подвергаются пиролизу легче, чем вторичные и первичные. Фенолы стабильны до 800 0 C. Напр., фенол лишь при 850-900 0 C превращ. в смесь бензола, n-гидроксидифенила и дифенилового эфира (дифенилоксида). Продукты пиролиза простых и сложных эфиров-преим. олефины. Этил-, пропил- и трет-бутил-ацетаты при 500, 450 и 350 0 C соотв. превращ. в уксусную к-ту и соответствующий олефин по нерадикальному механизму. Пиролиз метилацетата с образованием CH 4 , H 2 , СО протекает по радикальному механизму при т-рах выше 600 0 C. Продукты пиролиза алифатич. альдегидов и кетонов-предельные и непредельные углеводороды, СО и H 2 . Пиролиз ацетона при т-рах выше 550 0 C-пром. способ получения кетена. Карбоновые к-т ы при пиролизе при достаточно низких т-рах подвергаются преим. декарбоксилированию. Так, пиролиз ацетоуксусной к-ты при 100 0 C приводит к ацетону, пиролиз малоновой к-ты при 140 °С-к уксусной к-те. Строение продуктов пиролиза в случае дикарбоновых к-т зависит от взаимного расположения карбоксильных групп; напр., янтарная к-та и ее гомологи образуют циклич. пятичленные ангидриды, глутаровая к-та и ее гомологи - шестичленные. Пиролиз солей орг. к-т обычно происходит при 300-500 0 C; используется для получения ряда орг. соединений. Напр., из формиата Na при пиролизе (400 0 C) в пром-сти получают оксалат Na, из ацетатов Ca и Ba - ацетон. Пиролиз солей дикарбоновых к-т при 350-400 0 C-способ получения циклич. кетонов (р-ция Ружички). Осн. продукты пиролиза алифатич. аминов-этиленовые углеводороды и нитрилы. При т-рах выше 700 0 C пиролиз идет глубже с образованием предельных углеводородов, HCN и N 2 . Пиролиз галогенсодер-жащих соед. сопровождается выделением галогеноводо-родов и расщеплением связей С—С и изомеризацией. Алкилгалогениды с несколькими атомами галогена превращ. в непредельные галогенсодержащие соед.; из три- и тетрахлорметанов образуются соотв. гекса-хлорбутадиен и тетрахлорэтилен. Ароматич. соед., содержащие атом галогена в цикле, устойчивы до 700 0 C. Галогенопроизводные бензола при пиролизе образуют производные дифенила; напр., хлорбензол превращ. в 4,4-ди-хлордифенил.

Пром. применение находит также пиролиз карбонилов металлов с образованием металлич. порошков, пиролиз CaCO 3 с образованием CaO, пирогидролиз нек-рых неорг. солей в оксиды и др.

Лит.: Жоров Ю. M., Кинетика промышленных органических реакций, M., 1989; Brown R. F., Pyrolytic methods in organic chemistry, N. Y., 1980, p. 440; Mc Craw-Hill encyclopedia of chemistry, N. Y., 1983, p. 14-15. См. также лит. при ст. Пиролиз нефтяного сырья. Ю. M. Жоров.

Пиролитическое разложение, или пиролиз — это термохимический процесс распада органических и ряда неорганических соединений. Под воздействием высоких температур связи в больших молекулах разрываются, и образуются молекулы меньшего размера. В отличие от газификации и горения процесс протекает при отсутствии кислорода. Однако при распаде соединений с высоким содержанием O2 происходят реакции с участием кислородных атомов.

Методы пиролиза

Существует два основных метода: сухой и окислительный, которые используются для утилизации разных видов сырья и отличаются по способу нагрева.

Сухой метод

Пиролиз протекает без доступа кислорода, чтобы предотвратить горение или окисление. При необходимости добавляют дегидрирующие или дегидратирующие средства. Емкости с сырьем нагреваются снаружи. Лабораторные установки оборудованы системами электрического теплоснабжения.

Различают три температурных режима:

низкотемпературный, или полукоксование (до 550 °C)
среднетемпературный (550-800 °C);
высокотемпературный, или коксование (выше 800 °C).

Сухой метод подходит для переработки и обезвреживания углеводородных отходов. Полученные продукты — сырье для химической промышленности.

Окислительный метод

Пиролизуемое сырье нагревается до 600-900 °C путем подачи в закрытый контейнер горячих дымовых газов или частично сжигается. Окислительный метод пиролиза применяется для уничтожения твердых отходов промышленных предприятий и сточных вод, переработки пластика, резины и других материалов, которые нельзя сжигать или газифицировать.

Современные методы

Каталитический низкотемпературный пиролиз. Новая технология переработки волокнистых композиционных материалов на основе смол, которую американская компания Adherent Technologies разрабатывает для получения углеродных волокон. Используется катализаторы и температура ниже 200 °C, поэтому вторичные волокна не распадаются и мало уступают по качеству первичным.
Инициированный пиролиз. Разработан для переработки углеводородного сырья. При использовании определенных веществ (инициаторов) увеличивается выход конечных продуктов. Например, участие в реакциях галогенсодержащих и пероксидных соединений приводит к образованию большего количества этилена и пропилена.
Термоконтактный пиролиз. Углеводороды сырья вступают в прямой контакт с катализатором — частицами нагретого огнеупорного материала, расплавленным металлом или другим теплоносителем. Основные преимущества метода — непрерывное устранение нежелательных накоплений кокса, возможность подвода тепловой энергии в любом количестве.
Гидропиролизный пиролиз. Соединения нагреваются до высоких температур в присутствии воды. Давление достигает 100 бар, температура — 900 °C. Вместо кокса, доля которого обычно составляет около 80%, выделяется больше газообразных углеводородов и около 20% смолы.

Условия для проведения

Для протекания реакций необходима высокая температура (от 200 до 900 °C), поскольку пиролиз — эндотермический процесс. Для обеспечения прямого и непрямого нагрева используются разные теплоносители: электроэнергия или энергия процессов горения, пиролизный газ и т. д. Давление во время пиролитического разложения приближено к атмосферному.

Виды установок

Пиролизные установки для переработки бытовых и промышленных отходов существуют давно. Они преобразуют твердые материалы в горючие газы. Наряду с крупными устройствами производительностью несколько тысяч тонн в год имеются небольшие, которые генерируют электроэнергию.

Комплекс обращения с отходами, оборудованный пиролизной установкой, Канада

Технические комплексы собирают из разных модулей. Например, устройство, перерабатывающее пластмассы и резиновые изделия, может состоять из печи пиролиза, расположенной выше системы вытяжки отработанных газов, линии химосинтеза, вентилятора, дымососов, силовой части.

Описание процесса переработки

Сырье загружают в емкости и помещают в печь, где оно нагревается горелками до нужной температуры. С началом реакции пиролиза установка полностью переходит на автономное обеспечение газовым топливом. После завершения пиролитического разложения конечные продукты остывают. Процесс охлаждения ускоряет перегретый водяной пар, поступающий в емкости из парогенераторов по трубопроводу.

Промышленное применение

Переработка ТБО. Пиролиз твердых бытовых отходов — важная альтернатива сжиганию, так как в процессе разложения образуется гораздо меньше вредных веществ. При переработке не сортированного мусора виды и количество конечных продуктов зависят от его состава.
Утилизация промышленных отходов. Удается переработать не только твердые материалы (нефтешлам, отходы производства резин и пластмасс), но также ликвидировать сточные воды.
Получение углеводородов. На пиролиз приходится почти 100% мирового производства этилена, 67% — пропилена, 80% — бутадиена и 37% — бензола. Их источники — углеводороды и нефтепродукты. Из газового сырья и жидкостей получают полимеры, необходимые для изготовления синтетических материалов, включая пластмассы.
Получение ацетилена из метана. Этот углеводород сразу перерабатывается в другие продукты: пластмассы, синтетический каучук, растворители, этиловый спирт.
Переработка древесины. Процесс пиролиза — источник получения древесного угля.

Продукты пиролитического разложения

Конечные продукты — это газы, твердые продукты, жидкости. Их количество и состав зависят от вида пиролизуемого сырья, температуры, вспомогательных добавок, давления, продолжительности обработки. При разложении полимеров во многих случаях получается пиролитический газ, основную часть которого составляют мономеры. Дополнительно выделяется тепловая энергия.

Использование в быту

На бытовом уровне технологии пиролиза применяются для получения тепла и древесного угля, эффективной очистки духовок от трудно удаляемого нагара.

Пиролизные котлы для отопления

Благодаря особой конструкции у пиролизных котлов с естественной подачей кислорода высокий КПД. Сырьем служат древесина и древесный газ. При их сжигании образуется мало вредных для окружающей среды веществ. Количество производимого тепла зависит от качества топлива. Некоторые котлы рассчитаны на щепу, топливные гранулы, уголь, кокс.

Главная часть устройства — две камеры сгорания, у каждой из которых своя функция. В верхней сырье высушивается, превращается в древесный газ. Там же сгорают некоторые составляющие газа.

Очистка духового шкафа

Большинство новых моделей духовок способны самоочищаться. Происходит это за счет высокой температуры. Грязь внутри духового шкафа карбонизируется, отпадает сама или легко удаляется. Этот процесс, занимающий около трех часов, относительно энергоемкий: расход электроэнергии в среднем составляет 3-4 кВт⋅ч. Пепел устраняется влажной губкой после охлаждения устройства. Перед пиролитическим самоочищением убирают решетки, кастрюли, противни.

Для получения древесного угля

При переработке древесины лиственных или хвойных пород образуются древесные:

уголь,
уксус,
газы,
смола.

В зависимости от температуры выделяют несколько фаз процесса. Когда она поднимается выше 280 °C, начинается сильная экзотермическая реакция, высвобождается много энергии. В последней фазе (t>500 °C) из дымовых газов при их прохождении через обугленные слои выделяются горючий монооксид углерода и водород. Твердый остаток — красный, черный или белый уголь.

Перспективы применения

Разные методы пиролиза будут применяться все чаще, так как это экологически чистый способ утилизации мусора, получения ценного химического сырья, электрической и тепловой энергии. Климатологи обсуждают возможность их использования для пирогенного улавливания и хранения углерода (PyCCS) с целью преодоления климатического кризиса.

Наиб. распространение термин "П." получил в орг. химии для обозначения высокотемпературных деструктивных превращ. орг. соединений, сопровождающихся расщеплением соед. с образованием продуктов меньшей мол. массы (в т. ч. простых в-в), изомеризацией, полимеризацией или поликонденсацией исходных соед. и продуктов их превращения. С помощью П. в пром-сти получают топлива и масла (при термическом крекинге, висбрекинге, коксовании, полукоксовании )или сырье для нефтехим. синтеза (при П. нефтяного сырья, пиролизе древесины, деструкции орг. отходов).

О П. алифатич. углеводородов, входящих в состав нефти, и механизме р-ций см. Пиролиз нефтяного сырья. Ароматич. углеводороды термически более стабильны, чем алифатические (кроме CH₄). Бензол при 700-750 0 C образует фенильные радикалы и далее ди-фенил. П. др. ароматич. углеводородов при 800-850 0 C приводит к смеси, состоящей из бензола, нафталина, антрацена, фенантрена и др. полициклич. ароматич. углеводородов.

Алифатич. спирты при 500-700 0 C подвергаются П. с выделением H₂O и образованием олефинов (при более низких т-рах) или выделением H₂ и образованием альдегидов (при более высоких). Третичные спирты подвергаются П. легче, чем вторичные и первичные. Фенолы стабильны до 800 0 C. Напр., фенол лишь при 850-900 0 C превращ. в смесь бензола, n-гидроксидифенила и дифенилового эфира (дифенилоксида).Продукты П. простых и сложных эфиров-преим. олефины. Этил-, пропил- и трет-бутил- ацетаты при 500, 450 и 350 0 C соотв. превращ. в уксусную к-ту и соответствующий олефин по нерадикальному механизму. П. метилацетата с образованием CH₄, H₂, СО протекает по радикальному механизму при т-рах выше 600 0 C. Продукты П. алифатич. альдегидов и кетонов-предельные и непредельные углеводороды, СО и H₂. П. ацетона при т-рах выше 550 0 C-пром. способ получения кетена. Карбоновые к-т ы при П. при достаточно низких т-рах подвергаются преим. декарбоксилированию. Так, П. ацетоуксусной к-ты при 100 0 C приводит к ацетону, П. малоновой к-ты при 140 °С-к уксусной к-те. Строение продуктов П. в случае дикарбоновых к-т зависит от взаимного расположения карбоксильных групп; напр., янтарная к-та и ее гомологи образуют циклич. пятичленные ангидриды, глутаровая к-та и ее гомологи - шестичленные. П. солей орг. к-т обычно происходит при 300-500 0 C; используется для получения ряда орг. соединений. Напр., из формиата Na при П. (400 0 C) в пром-сти получают оксалат Na, из ацетатов Ca и Ba - ацетон. П. солей дикарбоновых к-т при 350-400 0 C-способ получения циклич. кетонов (р-ция Ружички). Осн. продукты П. алифатич. аминов-этиленовые углеводороды и нитрилы. При т-рах выше 700 0 C П. идет глубже с образованием предельных углеводородов, HCN и N₂. П. галогенсодер-жащих соед. сопровождается выделением галогеноводо-родов и расщеплением связей СЧС и изомеризацией. Алкилгалогениды с несколькими атомами галогена превращ. в непредельные галогенсодержащие соед.; из три- и тетрахлорметанов образуются соотв. гекса-хлорбутадиен и тетрахлорэтилен. Ароматич. соед., содержащие атом галогена в цикле, устойчивы до 700 0 C. Галогенопроизводные бензола при П. образуют производные дифенила; напр., хлорбензол превращ. в 4,4-ди-хлордифенил.

Пром. применение находит также П. карбонилов металлов с образованием металлич. порошков, П. CaCO₃ с образованием CaO, пирогидролиз нек-рых неорг. солей в оксиды и др.

Лит.: Жоров Ю. M., Кинетика промышленных органических реакций, M., 1989; Brown R. F., Pyrolytic methods in organic chemistry, N. Y., 1980, p. 440; Mc Craw-Hill encyclopedia of chemistry, N. Y., 1983, p. 14-15. См. также лит. при ст. Пиролиз нефтяного сырья. Ю. M. Жоров.

Смотреть что такое ПИРОЛИЗ в других словарях:

ПИРОЛИЗ

(от греч. pýr — огонь, жар и lýsis — разложение, распад) превращение органических соединений в результате деструкции их под действием высокой те. смотреть

ПИРОЛИЗ

пиролиз пирогенизация, крекинг, разложение Словарь русских синонимов. пиролиз сущ., кол-во синонимов: 4 • крекинг (12) • пирогенизация (3) • разложение (47) • электропиролиз (1) Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин.2013. . Синонимы: крекинг, пирогенизация, разложение, электропиролиз. смотреть

ПИРОЛИЗ

ПИРОЛИЗ (от греч. рyr - огонь, жар и lysis - разложение, распад), превращение органических соединений в результате деструкции их под действием высоко. смотреть

ПИРОЛИЗ

(от греч. pyr - огонь, жар и lysis - разложение, распад * a. pyrolysis; н. Pyrolise; ф. pyrolyse, thermolyse; и. pirolisis) - разложение вещест. смотреть

ПИРОЛИЗ

пиро́лиз (гр. pyr огонь + . лиз) пирогениэация органических веществ, сопровождающаяся нх расщеплением; п. происходит при сухой перегонке дерева, кокс. смотреть

ПИРОЛИЗ

Пиролиз - разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре, от 700 °С и выше. Пиролиз может протекать только в отсутствии химических реагентов или воздействия физических факторов - света, радиации и других. При пиролизе нефти основными продуктами реакции являются непредельные газообразные углеводороды (этилен, ацетилен) и ароматические - бензол, толуол и другие. Так как пиролиз нефти - один из важнейших путей получения ароматических углеводородов, то этот процесс часто называют ароматизацией нефти. Помимо разложения при пиролизе возможны также и вторичные процессы, например - полимеризация, изомеризация. Важное значение имеет пиролиз нефти с целью получения ненасыщенных и ароматических углеводородов. смотреть

ПИРОЛИЗ

1) Орфографическая запись слова: пиролиз2) Ударение в слове: пир`олиз3) Деление слова на слоги (перенос слова): пиролиз4) Фонетическая транскрипция сло. смотреть

ПИРОЛИЗ

• пиролиз m english: pyrolysis deutsch: Pyrolyse f français: pyrolyse Синонимы: крекинг, пирогенизация, разложение, электропиролиз

ПИРОЛИЗ

пирогенное разложение сложных веществ под действием высокой температуры на более простые (иногда элементы) в отсутствии воздуха, часто в присутствии катализаторов.

необратимый термический процесс разложения веществ без окисления. (Смотри: СТ СЭВ 383-87. Пожарная безопасность в строительстве. Термины и определения.)

ПИРОЛИЗ

высокотемпературное превращение органических соединений, необратимый функциональный процесс разложения веществ (материалов) без доступа воздуха (окисления) с образованием одного или нескольких соединений, по химической структуре отличающихся от исходного вещества. П. используется для проведения реакций изомеризации, дегидрирования, полимеризации, циклизации и деструктуризации органических соединений. некоторые неорганические соединения также подвергаются П., при этом обычно происходит разложение их на более простые по сравнению с начальными соединениями. Промышленное значение имеет П. нефтяного сырья, древесины и др. смотреть

ПИРОЛИЗ

[pyrolysis] (от греческого pyr — огонь, lysis — разложение, распад) — разложение и другие превращения вещества под действием высоких температур. Промышленный пиролиз осуществляется в трубчатых печах, получают жидкое топливо, масла и сырье для нефтехимического синтеза. Пиролиз жидких и газообразных продуктов идет в подсводовом пространстве коксовых печей при коксовании углей. Продукты пиролиза — газы, смолы, сажа и кокс.

ПИРОЛИЗ

Необратимый термический процесс разложения веществ без окисления.Источник: СТ СЭВ 383-87 EdwART.Словарь терминов и определений по средствам охранной и . смотреть

ПИРОЛИЗ

Пиролиз (от греч. pýr — огонь, жар и lýsis — разложение, распад) – термическое разложение органических соединений (древесины, нефтепродуктов, угля и пр. смотреть

ПИРОЛИЗ

Пиролиз – пирогенетическое разложение сложных веществ под действием высокой температуры на более простые (иногда элементы), в отсутствии воздуха, ч. смотреть

ПИРОЛИЗ

(от греч. руг - огонь и lysis - разложение, распад) - высокотемпературное превращение органич. соединений, сопровождающееся их деструкцией и вторичными. смотреть

ПИРОЛИЗ

thermal decomposition, pyrolysis* * *пиро́лиз м.pyrolisis* * *pyrolysisСинонимы: крекинг, пирогенизация, разложение, электропиролиз

ПИРОЛИЗ

(от греч. руг - огонь и . лиз), разложение хим. соединений при нагревании. Пром. значение имеет П. нефт. сырья, древесины и др. Синонимы: крекинг, пи. смотреть

ПИРОЛИЗ

ПИРОЛИЗ, химическое разложение сложных веществ на более простые под воздействием теплоты. При помощи пиролиза получают ценное топливо и химикаты из отх. смотреть

ПИРОЛИЗ

Ударение в слове: пир`олизУдарение падает на букву: оБезударные гласные в слове: пир`олиз

ПИРОЛИЗ

пиролиз [гр. руг огонь + . лиз] - пироге-ниэация органических веществ, сопровождающаяся нх расщеплением; п. происходит при сухой перегонке дерева, коксовании углей, крекинге нефти и др.

ПИРОЛИЗ

Rzeczownik пиролиз m piroliza

ПИРОЛИЗ

м. хим. pirolisi f

ПИРОЛИЗ

ПИРОЛИЗ (от греч . pyr - огонь и . лиз), разложение химических соединений при нагревании. Промышленное значение имеет пиролиз нефтяного сырья, древесины и др.

ПИРОЛИЗ

пиро́лизСинонимы: крекинг, пирогенизация, разложение, электропиролиз

ПИРОЛИЗ

ПИРОЛИЗ (от греч. pyr - огонь и . лиз) - разложение химических соединений при нагревании. Промышленное значение имеет пиролиз нефтяного сырья, древесины и др.
. смотреть

ПИРОЛИЗ

пир'олиз, -аСинонимы: крекинг, пирогенизация, разложение, электропиролиз

ПИРОЛИЗ

- (от греч. pyr - огонь и . лиз) - разложение химических соединенийпри нагревании. Промышленное значение имеет пиролиз нефтяного сырья,древесины и др. смотреть

ПИРОЛИЗ

〔名词〕高温分解热解Синонимы: крекинг, пирогенизация, разложение, электропиролиз

ПИРОЛИЗ

pyrolysisСинонимы: крекинг, пирогенизация, разложение, электропиролиз

ПИРОЛИЗ

пиролизСинонимы: крекинг, пирогенизация, разложение, электропиролиз

ПИРОЛИЗ

пиро'лиз, пиро'лизы, пиро'лиза, пиро'лизов, пиро'лизу, пиро'лизам, пиро'лиз, пиро'лизы, пиро'лизом, пиро'лизами, пиро'лизе, пиро'лизах

ПИРОЛИЗ

м.pyrolysis- струйный пиролиз

ПИРОЛИЗ

м. pirolisi f Итальяно-русский словарь.2003. Синонимы: крекинг, пирогенизация, разложение, электропиролиз

ПИРОЛИЗ

تجزيه شيميايي بوسيله گرما

ПИРОЛИЗ

Начальная форма - Пиролиз, винительный падеж, единственное число, мужской род, неодушевленное

ПИРОЛИЗ

• karbonizace• pyrolytické štěpení• pyrolýza

ПИРОЛИЗ

Прол Рио Приз Рол Полир Пол Пиролиз Пир Лори Лор Изол Зоил Зло Зил Роп Иол Полиз

ПИРОЛИЗ

clivage thermique, décomposition pyrogénée, décomposition pyrolytique, pyrolyse

Что такое пиролиз — описание процесса

Теоретически можно сжечь любое вещество, включающее соединения углерода с водородом, например:

уголь;
природный газ (метан, пропан и так далее);
биомасса – свежая, сухая;
изделия из дерева, целлюлозы, обычные дрова;
различные виды пластмасс;
резина из натурального либо искусственного каучука;
нефть, ее производные;
прочие углеродосодержащие отходы.

На выходе получите определенное количество тепловой энергии, зависящее от первоначальной влажности сжигаемой массы. Для описания процессов воспользуемся химической формулой:

Горение – это реакция быстрого окисления. В идеальных условиях каждый атом углерода соединяется с двумя частицами кислорода, а 2 атома водорода взаимодействует с 1 частицей кислорода. В результате образуются безвредные соединения – углекислый газ СО₂ и вода. Последняя испаряется при нагреве, отнимая часть выделяющейся теплоты.

Важный момент. В реальных условиях далеко не все атомы водорода и углерода находят себе пару из-за недостатка молекул кислорода. Поэтому в состав продуктов горения входит небольшая доля вредных горючих соединений – угарный газ (СО), свободный водород (Н₂) и углерод в виде сажи.

Даже в костре выделяются пиролизные газы — они сгорают над основным пламенем, соединяясь со свободным кислородом

Пиролиз — это реакция разложения вещества, протекающая при нагреве и нехватке свободного кислорода. Указанный принцип используется в газогенераторных установках:

Топливо (в частности, дерево) помещают внутрь закрытого металлического сосуда – реактора.
Емкость подогревается извне до 500…900 градусов, сквозь специальные отверстия — фурмы подается дозированное количество воздуха.
Под воздействием высокой температуры вещество разлагается на 3 основных компонента – угарный газ (СО), водород (Н₂) и твердый или жидкий углеродный остаток. Параллельно образуется небольшое количество углекислого газа и водяного пара.
Летучие продукты составляют пиролизный газ – горючую смесь водорода и окиси углерода, покидающую емкость через отдельный трубопровод. Выделенное газообразное топливо очищается, охлаждается, потом закачивается в резервуар.

Справка. В условиях производства полученный синтез-газ направляется на подогрев той же емкости газогенератора.

Горение и пиролиз – 2 разных процесса, могущих протекать одновременно. Пример: во время интенсивного сжигания дров в топке котла образуется малый объем угарного газа, безвредного СО₂ значительно больше. И наоборот, в режиме тления дрова выделяют много водорода и угара, часть которого успевает превратиться в СО₂ — окислиться. То есть, все зависит от количества участвующего в реакции кислорода.

Влияние повышенной влажности

Большое содержание влаги в исходном материале одинаково пагубно влияет на реакции горения и пиролиза. Рассмотрим процессы на примере сжигания древесины:

При горении выделяемая энергия тратится на испарение воды, содержащейся в дровах. Количество теплоты на выходе существенно уменьшается, топливо сжигается впустую.
Влага сильно замедляет термическое разложение вещества. Часть затрачиваемой на прогрев теплоты отнимает испаряющаяся вода, нужная температура (минимум 500 °C) не достигается. Пиролиз древесины, содержащей свыше 50% влаги, практически невозможен.

Лучший показатель влажности для плодотворного сжигания либо разложения древесины в газогенераторе – 8…15%. В домашних условиях нереально добиться таких показателей, длительная сушка дров под навесом позволяет достичь 20—25% влагосодержания.

Справка. При изготовлении топливных пеллет и брикетов на заводе древесные опилки высушиваются до показателя 8—10%. Максимальная влажность готовых гранул – 15%.

Сырые дрова плохо горят и сильно дымят, потому что от нагрева выделяется водяной пар и сажа

Для чего используют термическое разложение

Сфера применения пиролитических процессов довольно широка:

Производство пропилена и этилена для химической промышленности путем переработки жидкого углеводородного сырья (нефти).
Получение древесного угля методом бескислородного разложения отходов деревообработки.
Тот же технологический процесс, но с ограниченной подачей воздуха позволяет вырабатывать из дерева горючий синтез-газ – смесь метана, водорода, угарного газа и нейтрального азота.
Пиролиз угля – бурого и каменного – целое направление переработки. Получаемые соединения – синтетический бензин, кокс, аммиак, каменноугольная смола. Из последней добывают толуол, бензол, нафталин и различные фенолы, использующиеся в химической промышленности.
Новые разработки – коммерческая утилизация твердых бытовых отходов, автомобильных шин, пластмасс, органики.

Примечание. Здесь перечислены самые известные способы применения пиролитических реакций. В действительности вариантов использования гораздо больше. Википедия утверждает — процессы пиролиза до конца не изучены, многие проекты находятся на стадии разработки.

Для термического разложения в промышленности используются пиролизные печи и разнообразные реакторы. Выше на схеме показана газогенераторная установка, перерабатывающая деревянные отходы и опил в газообразное топливо. Главную роль здесь играет реактор прямого процесса сухой перегонки, где подготовленное сырье перерабатывается в синтез-газ путем медленного сжигания.

Важный нюанс. Перед загрузкой в пиролизную печку или газогенератор древесина всегда измельчается и просушивается до влажности 10% и менее.

В промышленной химии также используется технология быстрого пиролиза, когда реактор разогревается до температуры 700…900 °C в течение малого промежутка времени. Цель – увеличение производительности оборудования и ускорение переработки.

Применение в быту

На бытовом уровне пиролиз помогает решить следующие задачи:

очистка духовки либо жаровни от липких жировых отложений, не поддающихся удалению механическим способом;
получение древесного угля;
отопление частного дома с помощью пиролизного твердотопливного котла.

Лучший метод вычистить сковороду – поместить ее в духовой шкаф, установить температуру 200…250 °C и выдержать в течение получаса. Без доступа кислорода произойдет деструкция отложений, останется лишь пепел, а пиролизные газы заберет кухонная вытяжка.

Древесные угли применяются для жарки барбекю, кузнечного дела и более экзотичных целей – заправки автомобильного газогенератора (как он работает, читаем в отдельном материале). Способ получения – выжигание древесных отходов внутри закрытой емкости, то есть, медленный пиролиз.

Предлагаем подробно разобрать проблемы, связанные с пиролизными дровяными теплогенераторами.

Мифы о пиролизных ТТ-котлах

Главное конструктивное отличие газогенераторного отопителя от традиционного котла прямого горения – 2 камеры вместо одной. Между обеими топками устроена керамическая форсунка, воздух принудительно нагнетается вентилятором. Металлические стенки пиролизного агрегата защищены футеровкой из огнеупорного кирпича. Как он работает:

Дрова либо уголь закладывается в верхнюю (первичную) камеру и поджигается.
Автоматика запускает вентилятор наддува.
Когда температура в топливнике повышается до 500 градусов, начинается выделение пиролизных газов.
Увлекаемые общим потоком продуктов горения, эти летучие соединения попадают в нижнюю вторичную камеру, где дожигаются в присутствии кислорода (якобы).

В действительности, образовавшийся синтез-газ начинает гореть еще в первичной топке, поскольку вентилятор подает избыточный воздух. Во вторую камеру направлен лишь факел пламени…и все. Дальше продукты горения движутся по жаровым трубам теплообменника, нагревают теплоноситель и улетают в дымоход.

Дополнение. Есть другая конструкция отопителей – без вентилятора, вторичная камера расположена вверху. С точки зрения пиролиза концепция неработоспособна, агрегат функционирует как обычный водогрейный котел на дровах, хотя стоит вдвое дороже классических аналогов.

Сторонники пиролизных теплогенераторов (к таковым относятся производители данного оборудования, продавцы и домашние мастера-умельцы) приписывают своим ТТ-котлам следующие преимущества:

топливо сжигается полностью, остаток в зольнике практически нулевой;
длительность горения – 10 часов и более;
малый объем вредных выбросов в атмосферу;
высокая экономичность за счет КПД 86…90% (показатели производителей) по сравнению с традиционными котлами эффективностью 75%.

Попытаемся разобраться в правдивости перечисленных утверждений. Момент первый: если топливник загружать сухими дровами (такие требуются согласно инструкции по эксплуатации отопителя), то после сжигания останется мелкий пепел. Создаваемый вентилятором и ускоряющийся в форсунке воздушный поток попросту выдует легкий остаток в дымоход.

Из-за принудительного нагнетания газов со стороны топки во вторичной камере остается лишь крупная фракция золы

Результат – практически пустой зольник, иллюзия полноты сгорания. Если заложить сухую древесину в классический ТТ-котел с турбонаддувом, получите аналогичный остаток – немного пепла на дне. То есть, полнота сжигания зависит от качества топлива, а не конструкции теплогенератора.

Замечание. Закладка сырых дров влажностью свыше 50% даст негативный результат в любом котле. Рассматривать подобные варианты бессмысленно.

Кратко дадим ответы на оставшиеся утверждения:

Продолжительность горения 10—12 часов соответствует действительности. Другое дело, что показатель достигается за счет размеров топливной камеры (100 литров и больше), куда помещается много дров. Пиролиз абсолютно ни при чем.
Заверения об экологичности котла правдивы. Вентилятор нагнетает воздух с избытком, токсичных газов образуется очень мало. В режиме ожидания кислород в топку не поступает, дрова медленно тлеют и количество вредных выделений увеличивается.
КПД котла 90% — сказки. В режиме активного горения принцип работы котла аналогичен турбированным версиям традиционных агрегатов, чья эффективность не превышает 75%. При отключении вентилятора пламя затухает, тлеющие угли выделяют мало теплоты.

Вывод. Приобретение газогенераторной модели твердотопливного котла – затея весьма сомнительная. Агрегат втрое дороже обычных версий и вдвое тяжелее из-за футеровки. Самодельные теплогенераторы, как правило, надежнее и дешевле заводских, но чересчур громоздкие. По экономичности и другим характеристикам они не выигрывают у классических ТТ-котлов с турбиной либо цепным регулятором тяги.

Наше мнение подтвердит известный эксперт–практик в своем видеоролике:

Заключение

В целом пиролиз – явление довольно полезное, широко применяемое в промышленной химии. На бытовом же уровне пиролитические процессы используются нечасто, хотя генерация горючих газов происходит в любой дровяной печи или котле. Так что покупать дорогущие пиролизные модели бессмысленно.

Пиролиз – это процесс распада органических и ряда неорганических соединений на молекулярном уровне. Он протекает под воздействием высоких температур, при условии полного отсутствия кислорода.

Описание процесса

Чтобы описать процесс пиролиза, для начала нужно разобраться с горением. Горение – это процесс быстрого окисления вещества. При этом каждые 2 атома водорода сочетается с 1 молекулой кислорода, а 1 атом углерода – с 2 частицами кислорода.

В результате образуется углекислый газ и вода. Последняя испаряется, поскольку при горении выделяется много тепловой энергии.

Пиролиз – это горение, которое протекает под воздействием высоких температур, при отсутствии кислорода.

Технологический процесс можно описать следующим образом:

Топливо помещается в закрытый реактор.
Оно подогревается до температуры в 500 градусов.
Топливо распадается на углекислый газ, водород и твердый остаток.
Углекислый газ и водород выходят через специальный трубопровод, а остаток охлаждается.

Пиролиз используется для безопасной утилизации химических веществ, которые могут выделять токсичные соединения при горении.

Формула, заложенная в основу процесса пиролиза.

практически безотходный процесс;
КПД около 90%;
возможность переработки твердого остатка;
создание невосполнимых ресурсов, в том числе, синтетической нефти;
получение углеводородов и органических кислот;
выработка большого количества тепловой энергии.

Большинство видов опасного мусора нельзя сжигать, поскольку они загрязняют атмосферу. Пиролиз – это фактически бездымное горение, поэтому он подходит для утилизации любого мусора.

Условия для проведения

Температура пиролиза – от 200 до 900 градусов. При меньшей температуре процесс не будет активироваться. В качестве теплоносителя допустимо использовать электроэнергию или пиролизный газ.

В установках также есть системы для генерации водяного пара. Они нужны для охлаждения твердого или жидкого остатка.

Методы пиролиза

Выделяют несколько методов пиролиза. Они отличаются по способу нагрева, а также по сырью, подходящему для утилизации таким способом.

Сухой

Сухой пиролиз – это горение, которое протекает при условии полного отсутствия кислорода. Это позволяет полностью предотвратить окисление.

Принцип работы сухого пиролиза.

В процессе используются дегидратирующие средства. Пиролизные установки работают на электричестве.

Сухой пиролиз может протекать при разных температурных режимах:

Название	Температура
Полукоксование	До 550 градусов
Среднетемпературный	От 550 до 800 градусов
Высокотемпературный	От 800 градусов

Сухой метод пиролиза подходит для переработки углеводородных отходов. Твердый остаток, получаемый в процессе, может использоваться в качестве вторсырья для химической промышленности.

Окислительный

Окислительный пиролиз – это самый экологически чистый метод. Сырье в установках нагревается до 900 градусов. Сжигание происходит под воздействием горячих дымовых газов, являющихся катализатором реакции.

Вещество начинает сгорать и выделять тепловую энергию. В результате твердый остаток нагревается до температуры в 16 тысяч градусов.

Окислительный пиролиз используется для утилизации отходов от работы промышленных предприятий, сточных вод, резины и мусора, который может содержать остатки нефтепродуктов.

Современный подход

Помимо вышеописанных, в промышленности используется несколько современных методов утилизации.

Современные методы пиролиза эффективнее, экологически чище и приносят больше пользы.

Продукты пиролиза

Пиролизная смола активно используется в химической промышленности.

Продуктами пиролиза могут выступать:

бензин;
дизельное топливо;
синтетический газ;
древесный уголь.

Твердый остаток может использоваться в качестве вторсырья на перерабатывающих предприятиях. Пиролизный газ и тепловая энергия активно используется в промышленности, а также в быту, выступая заменой электрификации и газификации участка.

Типы установок

Установки, вырабатывающие пирогаз, делятся на бытовые и промышленные. Бытовые обладают сравнительно небольшими размерами.

Промышленные могут обрабатывать достаточно большие объемы отходов, однако, они крупные, требуют выделения отдельного участка для работы.

Пиролизные установки различаются по следующим параметрам:

производительность;
вес;
габариты;
мощность;
источник энергии;
количество уровней.

В быту используются небольшие и малогабаритные установки, однако даже они способны обеспечить тепловой энергией участок небольших размеров.

Виды по типу сжигаемого материала

Все установки также отличаются по типу перерабатываемого сырья. Где-то используется гидропиролиз, где-то – сухой метод.

Пиролиз ТБО

Безопасная переработка мусора, в процессе которой не выделяются вредные соединения, – одна из главных задач экологии. Пиролиз помогает значительно сократить агрессивное воздействие ТБО на окружающую среду. При этом в процессе утилизации появляется твердый остаток, который можно использовать в качестве вторсырья.

В установках можно перерабатывать отходы:

деревообрабатывающей промышленности;
электротехники;
автопрома;
фармацептической промышленности.

В процессе утилизации не образуется тяжелых металлов, только биоразлагаемые и безопасные материалы.

Пиролиз метана

Утилизация метана проходит на разных температурных режимах. Сначала под воздействием высоких температур газ распадается на ацетилен. Однако это бесполезно и не имеет никакого экономического оправдания.

После этого в установку добавляют активированный уголь, утилизация проходит на низких температурах. В результате начинается реакция тримеризации.

Пиролиз древесины

Другое название – древесный крекинг. Обработка проходит при температуре в 2 тысячи градусов. В результате вырабатывается большое количество оксида углерода, а также тепловая энергия.

После этого пиролизная установка разогревается до 5 тысяч градусов. В результате вырабатывается метанол, смола, ацетон и уксусная кислота. Помимо этого образовывается древесный уголь.

Использование в быту

Пиролиз углеводородов нашел широкое применение в быту. Установки используют для выработки дешевой тепловой энергии.

Пиролизные котлы

Пиролизные котлы с естественной подачей кислорода – это тепловые установки с высоким коэффициентом полезного действия. В качестве источника используется древесина, а также выделяемый в процессе древесный газ.

Сравнение обычного твердотопливного котла и пиролизного.

Бытовая установка состоит из двух камер сгорания. В первой древесина преобразуется в газ под воздействием высоких температур. Во второй камере оказываются трудно сгораемые остатки.

Они утилизируются при температуре свыше 1 тысячи градусов, вырабатывая тепловую энергию.

Очистка духового шкафа

Простые пиролизные установки используются в процессе самоочистки в современных шкафах.

Под воздействием высоких температур грязь и налипший жир карбонизируется. Процесс занимает до четырех часов.

После этого образовывается пепел, который легко стирается обычной тряпкой или губкой.

Получение древесного угля

Бытовые установки используются также для получения древесного угля. В специальных установках утилизируется древесина лиственных или хвойных пород. В процессе появляются уголь, смола и газ.

Переработка происходит в 2 этапа. Для начала при температуре в 300 градусов начинается выработка большого количества тепловой энергии. Затем, при 500 градусах, образуется твердый остаток – древесный уголь.

Промышленный пиролиз

Пиролизные установки активно применяются в промышленности.

Они могут использоваться для:

переработки отходов промышленности;
переработки ТБО;
получения углеводородов;
переработки метана;
получения древесного угля.

Технологическое оформление

Переработка сырья в промышленных пиролизных установках проходит на нескольких этапах.

Оборудование состоит из нескольких узлов:

Пиролиза. Состоит из нескольких печей, где и происходит непосредственная переработка.
Разделения продуктов. Продукты пиролиза делятся на воду, смолы и пиролизный газ.
Компримирования. Пирогаз сжимается под высоким давлением.
Осушки. Из продуктов пиролиза удаляется воды.
Глубокое охлаждение. Пирогаз охлаждается до низкой температуры.

Сырьевая база

Сырье пиролиза в европейских странах и в России отличается по составу.

Процентное соотношение в мире следующее:

Процентное соотношение	Сырьё
27%	Этан
14%	Бутан
53%	Нафта
5%	Керосино-газойлевые фракции

В России сырьем также выступают легкие углеводороды широкой фракции, а керосино-газойлевое сырье не используется. При этом их доля постоянно увеличивается, в связи с растущими объемами добычи нефти.

Производство низших олефинов

Не так давно был опубликован рейтинг стран по производству низших олефинов.

Америка – мощность в 27 тысяч в год.
Япония – 7 тысяч в год.
Саудовская Аравия – 5,6 тысяч в год.
Корея – 5,4 тысяч в год.
Германия – 5,4 тысячи в год.
Канада – 5,3 тысячи в год.
Китай – 4,9 тысяч в год.
Нидерланды – 3,9 тысяч в год.
Франция – 3,4 тысячи в год.
Россия – 2,8 тысяч в год.

Из этого можно сделать вывод, что пиролизные установки в промышленности России пока не получили должного распространения.

Технологическая схема

Пиролизное горение проходит по сложной технологической схеме.

Пример схемы пиролизной установки.

Предварительный подогрев

На этом этапе сырье нагревают, после чего смешивают с водяным паром, добиваясь концентрации в 0,5.

Наличие водяного пара позволяет избежать обратной реакции. После этого сырье подогревают до 500 градусов.

Печь пиролиза

Реакция происходит в змеевиках пиролизной печи на протяжении примерно 0,6 секунд.

Схема работы печи пиролиза.

Обработка происходит под воздействием высоких температур в 800 градусов, что позволяет увеличить выработку олефинов.

Блок захолаживания

Захолаживание происходит при помощи воды, а также жидкой части продукта С9+.

Способ охлаждения исходного газа.

Так называемый квенчинг подразумевает подачу охлажденного сырья в холодные продукты горения, благодаря чему реакция пиролиза моментально останавливается.

Блок фракционирования

Газ попадает в блок фракционирования. Тяжелые компоненты выходят из куба колоны.

Легкие охлаждаются, после чего разделяются на газ и жидкость. После этого газ сжижается, охлаждается и подается в деметанизатор.

Деметанизатор

На этом этапе из смеси выделяются углеводородные компоненты или бензин. Неконденсированный газ используется в качестве топлива, а также для захолаживания сырья.

Остальной газ подается в деэтанизатор.

Деэтанизатор

На этом этапе технологического процесса ацетилен превращается в этилен.

Блок колонны деэтанизатора.

После этого смесь компонентов С2 разделяется в ректификационной колоне.

Депропанизатор

На этом этапе металацетилен превращается в пропилен.

Схематическое изображение работы блока депропанизатора.

После этого он также подается в ректификационную колону.

Дебутанизатор

Дистилят смешивается с газами и используется в качестве топлива для печи. Тяжелые углеводороды отправляются на разделение.

Колонны разделения фракций

На последнем этапе тяжелые углеводороды разделяются на ароматические. Выделяется этилен, пропилен.

Перспективы применения

Пиролиз – это экологически чистый способ переработки мусора, в том числе промышленных отходов. При использовании пиролизных установок в атмосферу не выделяются токсические соединения.

Кроме того, в процессе образуется вторсырье, а также дешевая тепловая энергия.

Читайте также: