Піроліз

17.10.2015

Піроліз
Підрозділи:

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії

Піроліз (від грец. pyr — вогонь, жар і lysis — розкладання, розпад) — термічне розкладання органічних сполук (деревини. нафтопродуктів, вугілля та іншого) без доступу повітря. При піролізі утворюється синтез-газ (сингаз). а також інші продукти.

Піроліз вуглеводнів

Процес піролізу вуглеводнів (800 -900°С) (газових вуглеводнів, прямогонного бензину, атмосферного газойлю) є основним джерелом отримання етилену і одним з головних джерел отримання пропілену, дивінілу, бензолу і ряду інших продуктів.

Процес піролізу (крекінгу ) нафтогазового сировини був запатентований в 1877 році російським інженером-хіміком Олександром Альо ксандровичем Річним.

Піроліз деревини

При піролізі деревини (450 -500°С) утворюється ряд речовин, таких як: деревне вугілля, метиловий спирт, оцтова кислота, ацетон, смола та ін «Росія — одна з самих багатих лісом країн. Тому в Росії сформувалися і працювали кращі в світі школи по піролізу деревини. Їх внесок отримав світове визнання. в області теорії піролізу багато зробив проф. Тищенко Д. В. з учнями. В області технології працювали проф. Ліверовський А. О. проф. Померанцев В. о. доц. Карякін в. І. Їх внесок перетворив кустарну галузь в сучасну промислову. Російська лісохімічна промисловість перевершувала будь-які закордонні аналоги за рівнем і масштабами. В Росії було видано ряд монографій з хімії деревини серед яких выделяеется «Хімія деревини» чл.-корр. АН Нікітіна Н.І.Вона багаторазово перевидавалася і перекладена на багато мов світу.

Піроліз сміття і відходів

Існують проекти знищення побутового сміття за допомогою піролізу. Труднощі з організацією піролізу шин, пластмас і інших органічних відходів не пов’язані з технологією власне піролізу, яка не відрізняється від технології термічної переробки інших твердих матеріалів. Проблема полягає в тому, що в більшості відходів міститься фосфор, хлор та сірка. Сірка і фосфор в окисленій формі летких і наносять шкоду навколишньому середовищу. Хлор активно реагує з органічними продуктами піролізу з утворенням стійких отруйних сполук (наприклад — діоксини). Уловлювання цих сполук з диму процес не з дешевих і має свої складності. Проблема переробки зношених автомобільних шин і вийшли з експлуатації гумотехнічних виробів має велике екологічне і економічне значення для всіх розвинених країн світу. А невідновлюваність природного нафтової сировини диктує необхідність використання вторинних ресурсів з максимальною ефективністю, тобто замість гір сміття ми могли б отримати нову для нашого регіону галузь промисловості — комерційну переробку відходів.

Шини та полімери являють собою цінну сировину, в результаті їх переробки методом низькотемпературного піролізу (до 500 °З), виходять рідкі фракції вуглеводнів (синтетична нафта), вуглецевий залишок (технічний вуглець), металокорд і горючий газ. У теж час, якщо спалити 1 т. шин, то в атмосферу виділяється 270 кг. сажі та 450 кг. токсичних газів.

Синтез-газ

Синтез-газ — суміш монооксиду вуглецю і водню. У промисловості отримують паровою конверсією метану, парціальним окисленням метану, газифікацією вугілля або органічних відходів. В залежності від способу отримання співвідношення CO:Н2 варіює від 1:1 до 1:3. Основні області використання: отримання монооксиду вуглецю і водню, виробництво метанолу, оксосинтез, синтез Фішера-Тропша.

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії

Процес Фішера-Тропша — це хімічна реакція, яка відбувається в присутності каталізатора, в якій монооксид вуглецю (CO ) і водень H2 перетворюються в різні рідкі вуглеводні. Зазвичай використовуються каталізатори, що містять залізо і кобальт. Принципове значення цього процесу — це виробництво синтетичних вуглеводнів для використання в якості синтетичного мастила або синтетичного палива.

Процес отримання

Процес Фішера-Тропша описується наступним хімічним рівнянням

2 CH_4 + O_2 rarr 4 H_2 + 2 CO

(2n +1)H_2 + nCO rarr C_nH_ + nH_2O

Суміш монооксиду вуглецю і водню називається синтез-газ або сингаз. Одержувані вуглеводні очищають для отримання цільового продукту — синтетичної нафти.

Вуглекислий газ і монооксид вуглецю утворюються при частковому окисненні вугілля і деревного палива. Користь від цього процесу переважно в його ролі у виробництві рідких вуглеводнів або водню з твердої сировини, такого як вугілля або тверді вуглець відходи різних видів. Неокислительный піроліз твердого сировини виробляє сингаз, який може бути безпосередньо використаний в якості палива, без перетворення процесу Фішера-Тропша. Якщо потрібно рідкий, схоже на нафтове паливо, мастило або парафін, може бути застосований процес Фішера-Тропша. Нарешті, якщо потрібно збільшити виробництво водню, водяна пара зрушує рівновагу реакції, в результаті чого утворюються тільки вуглекислий газ і водень. На щастя, досить легко здійснити перехід від газового до рідкого палива.

Після винаходу процесу Німецькими дослідниками Францем Фішером і Гансом Тропшом, які працювали в інституті Кайзера Вільгейма в 1920-ті було зроблено багато вдосконалень та виправлень і назву «Фішер-Тропш» зараз застосовується до великої кількості подібних процесів (синтез Фішера-Тропша або хімія Фішера-Тропша)

Процес був винайдений в бідній нафтою, але багатою вугіллям Німеччині в 1920-ті для виробництва рідкого палива. Він використовувався Японією і Німеччиною під час Другої світової війни для виробництва альтернативного палива. Річне виробництво синтетичного палива в Німеччині досягло більше 124 000 барелів на день

6,5 мільйонів тонн в 1944 році. (http ://www.fe.doe.gov/aboutus/history/syntheticfuels_history.html).

Після війни, взяті в полон німецькі вчені брали участь у «Операції скріпка» продовжуючи працювати над синтетичними паливами у США Бюро гірської промисловості США.

Використання

В даний час дві компанії комерційно використовують свої технології, засновані на процесі Фішера-Тропша. Shell у Бінтулу, Малазія, використовує природний газ як сировину і виробляє, переважно, малосірчисте дизельне паливо. Sasol в Південній Африці використовує вугілля як сировини для виробництва різноманітних товарних продуктів з синтетичної нафти. Процес і сьогодні використовується в ПАР для виробництва більшої частини дизельного палива з вугілля компанією Sasol. Процес використовувався в ПАР для задоволення потреб в енергії під час ізоляції за режиму апартеїду. Увага до цього процесу відновилося в процесі пошуку шляхів отримання малосірчистих дизельних палив для зменшення наноситься дизельними двигунами шкоди навколишньому середовищу. Маленька американська компанія Rentech в даний час сфокусувалася на перетворенні nitrogen-fertiliser заводів від використання у якості сировини природного газу до використання вугілля або коксу і рідких вуглеводнів в якості побічного продукту.

Choren в Німеччині і CWT (Changing World Technologies) побудували заводи, що використовують процес Фішера-Тропша або подібні процеси.

Процес Фішера-Тропша — це добре опрацьована технологія, уже застосована у великих масштабах, хоча її поширенню заважають високі капітальні витрати, високі витрати на експлуатацію і ремонт і відносно низькі ціни на сиру нафту. Зокрема, використання природного газу як вихідного сировини стає доцільним тоді, коли використовується «stranded gas», тобто джерела природного газу знаходяться далеко від основних міст, які недоцільно експлуатувати з звичайними газопроводами і технологією LNG.

Існують великі запаси кам’яного вугілля, які можуть бути використані як джерела палива у міру виснаження запасів нафти. Так як в світі є великі запаси кам’яного вугілля, ця технологія може бути тимчасово використана, якщо звичайна нафта стане дорожчою. Поєднання газифікації біомаси і синтезу Фішера-Тропша — це багатообіцяючий спосіб виробництва поновлюваного або «зеленого » автомобільного палива. Синтетичне паливо, вироблене з вугілля, конкурентоспроможна при ціні на нафту вище 40 дол. за барель. Капітальні вкладення, які при цьому треба зробити, становлять від 7 до 9 млрд дол. за 80 тис. барелів потужностей по виробництву синтетичного палива з вугілля. Для порівняння, аналогічні потужності по переробці нафти коштують близько 2 млрд дол.[1].

У вересні 2005 губернатор Едвард Ренделл заявив про створення підприємства Waste Management and Processors Inc. — використовує технології, ліцензовані у Shell і Sasol. Буде побудована фабрика, використовує синтез Фішера-Тропша для переробки так званого непридатного вуглецю (залишків від вуглевидобутку) в малосірчисте дизельне паливо на ділянці біля міста Mahanoy на північно-заході Філадельфії. Штат Пенсільванія взяв на себе зобов’язання купувати значний відсоток продукції заводу і, разом з Департаментом енергетики США (DoE ), запропонував понад 140 мільйонів доларів податкових пільг. Інші видобувають вугілля штати також розробляють подібні плани. Губернатор штату Монтана Бріан Швейцер (Brian Schweitzer) запропонував побудувати завод, який буде використовувати процес Фішера-Тропша для перетворення вугільних запасів штату в паливо щоб зменшити залежність США від імпорту нафти.

На початку 2006 року в США розглядалися проекти будівництва 9 заводів по непрямому зрідження вугілля сумарною потужністю 90 — 250 тис. барелів на день.

Китай планує інвестувати 15 млрд дол. до 2010-2015 рр. в будівництво заводів з виробництва синтетичного палива з вугілля. Національна Комісія з Розвитку і реформи (NDRC ) заявила, що сумарна потужність заводів зі скраплення вугілля досягне 16 млн тонн синтетичного палива в рік, що становить 5 % від споживання нафти у 2005 році та 10 % імпорту нафти.

Технології переробки вугілля в рідке паливо породжують безліч питань з боку екологів. Найбільш серйозною є проблема викидів вуглекислого газу. Останні роботи Національної лабораторії поновлюваних джерел енергії США (National Renewable Energy Laboratory) показали, що в повному циклі викиди парникових газів для вироблених з кам’яного вугілля синтетичних палив приблизно вдвічі вище свого заснованого на бензині еквівалента. Викиди інших забруднювачів також сильно збільшилися, тим не менш, багато з них можуть бути зібрані в процесі виробництва. Захоронення вуглецю було запропоновано як способу зменшення викидів оксиду вуглецю. Закачування CO2 в нафтові пласти дозволить збільшити видобуток нафти і збільшити термін служби родовищ на 20-25 років, однак використання цієї технології можливо лише при стійких нафтових цінах вище 50-55 дол. за барель.[1] Важливою проблемою при виробництві синтетичного палива є і високе споживання води, рівень якого становить від 5 до 7 галонів на кожен галон отриманого палива.[1]

Отримання етанолу з синтез-газу мікробіологією

Цікаву технологію розробляє компанія Коската (Coskata ), використовую синтез-газ для живлення етанол-виробляють бактерій.

Короткий опис статті: піроліз деревини Піроліз Піроліз

Джерело: Піроліз

Також ви можете прочитати