Descrierea procesului
Nevoia de echipamente ecologice pentru procesarea deșeurilor chimice este în societatea noastră de mult timp. Primele cazane de piroliză au început să funcționeze la sfârșitul secolului al XIX-lea. Și crearea unităților moderne de piroliză a rezolvat mai multe probleme simultan:
- componentă ecologică;
- capacitatea de a acumula rezultatele arderii;
- beneficiu economic.
Cu toate acestea, aspectul economic al utilizării pirolizei este conceput pentru viitor. Piroliza este o plăcere destul de costisitoare. Este nevoie de echipament adecvat și personal special instruit.
Dar în funcțiune, plantele de piroliză sunt practic autonome. Unitățile necesită electricitate doar pentru a porni, funcționarea ulterioară a cazanului se efectuează în detrimentul resurselor produse în procesul de ardere. În același timp, surplusul de energie generată și abur poate fi utilizat în scopuri interne, redirecționându-le către rețelele de utilități.
În Rusia, piroliza abia începe să câștige popularitate, în timp ce în Europa nici o singură întreprindere mare nu poate face fără unități de piroliză. Există destul de multe motive pentru o astfel de cerere de piroliză:
- o modalitate de procesare a deșeurilor și toate tipurile de poluare industrială fără deșeuri;
- nivelul de eficiență din piroliză este de 90%;
- posibilitatea de a obține noi compuși, materiale reciclabile;
- crearea de resurse de neînlocuit, cum ar fi uleiul sintetic;
- obținerea de hidrocarburi, acizi organici și alte elemente chimice;
- sursă de alimentare cu căldură pentru întreprinderi.
Pe baza alegerii materiilor prime pentru prelucrare, reacția de piroliză poate continua la diferite condiții de temperatură. Rezultatul final va diferi și în ceea ce privește compoziția elementelor chimice.
În funcție de temperatura de încălzire a cuptorului și de componentele suplimentare ale pirolizei, distilarea este de obicei împărțită în două tipuri: uscată și oxidativă.
Utilizarea gospodăriei
La nivel de gospodărie, tehnologiile de piroliză sunt utilizate pentru a genera căldură și cărbune, curățând în mod eficient cuptoarele din depozitele de carbon greu de îndepărtat.
Cazane de piroliză pentru încălzire
Datorită designului lor special, cazanele cu piroliză cu aport de oxigen natural au o eficiență ridicată. Materiile prime sunt lemnul și gazul din lemn. Când sunt arse, se formează puține substanțe nocive pentru mediu. Cantitatea de căldură produsă depinde de calitatea combustibilului. Unele cazane sunt proiectate pentru așchii de lemn, pelete de combustibil, cărbune, cocs.
Partea principală a dispozitivului este două camere de ardere, fiecare dintre acestea având funcția sa. În partea de sus, materia primă este uscată și transformată în gaz din lemn. Unele componente ale gazului sunt, de asemenea, arse acolo.
Cele dificil de ars intră în camera inferioară, unde sunt transformate în căldură la temperaturi peste 1000 ° C.
Curățarea cuptorului
Majoritatea modelelor de cuptoare mai noi se auto-curăță. Acest lucru se datorează temperaturii ridicate. Murdăria din interiorul cuptorului se va carboniza, va cădea singură sau va fi îndepărtată cu ușurință. Acest proces, care durează aproximativ trei ore, este relativ consumator de energie: consumul mediu de energie este de 3-4 kWh. Cenușa se îndepărtează cu un burete umed după ce dispozitivul s-a răcit. Înainte de auto-curățare pirolitică, îndepărtați grătarele, vasele, foile de copt.
Pentru producția de cărbune
Când se prelucrează lemnul de foioase sau conifere, se formează lemnul:
- cărbune,
- oţet,
- gaze,
- răşină.
În funcție de temperatură, se disting mai multe faze ale procesului. Când crește peste 280 ° C, începe o reacție exotermă puternică și se eliberează multă energie.În ultima fază (t> 500 ° C), monoxidul de carbon combustibil și hidrogenul sunt eliberați din gazele de ardere când trec prin straturile carbonizate. Reziduul solid este cărbune roșu, negru sau alb.
Piroliza oxidativă
Acest tip de piroliză poate fi numit cel mai ecologic și productiv. Este folosit pentru prelucrarea materialelor reciclabile. Reacția are loc la temperaturi ridicate. De exemplu, în piroliza metanului, acesta se amestecă cu oxigenul, arderea parțială a substanței eliberează energie, care încălzește materia primă rămasă la o temperatură de 16.000 ºС.
Piroliza oxidativă este utilizată pentru neutralizarea deșeurilor industriale cu un conținut ridicat de ulei. Și, de asemenea, pentru prelucrarea plasticului, cauciucului și a altor materiale care nu se pretează descompunerii naturale în mediul natural.
„Piroliza oxidativă face posibilă prelucrarea materiilor prime de diferite consistențe. Inclusiv materiale în stare lichidă și gazoasă ”.
Implementarea metodei la nivelul gospodăriei
Locuirea în suburbii devine din ce în ce mai populară. Cu toate acestea, nu toți orășenii sunt pregătiți să pregătească lemne de foc, iar gazificarea satelor și a căsuțelor de vară se rezolvă destul de încet.
Cazanele de piroliză de uz casnic sunt o alternativă la metodele tradiționale de izolare a locuințelor. Astăzi nu numai că devin o sursă de energie practic din gunoi, dar sunt echipate cu electronice moderne și ventilație forțată. Cazanele de uz casnic "Pyrolysis 43" este unul dintre cele mai populare modele de pe piață pentru produse similare. Echipamentul are două cazane de ardere, ceea ce garantează arderea ulterioară a vaporilor generatori, gazelor etc. Acest lucru face ca utilizarea lor să fie predominantă din toate punctele de vedere: economică, sigură, eficientă.
Mai mult, lemnul de foc este, de asemenea, potrivit pentru utilizarea acestui model de cazan, dar experții subliniază: combustibilul cazanelor arde mai degrabă decât arderile, plus arderea ulterioară suplimentară - oferă economii semnificative de resurse.
Aproape nu se formează cenușă, ceea ce înseamnă că proprietarii nu vor trebui să se gândească mult timp la curățarea echipamentului în timpul funcționării. Ultimul lucru important pentru utilizatorii rezidențiali este capacitatea de a alege un cazan cu un design adecvat (inclusiv culoarea acestuia).
Tipuri de piroliză uscată
Piroliza uscată este una dintre cele mai solicitate din industrie. Cu ajutorul său, combustibil, se obțin diferiți compuși chimici și materialele reciclabile sunt inofensive. Folosind diferite regimuri de temperatură ale pirolizei, se obțin produse de combustie lichide și solide.
Încălzirea cazanului la o temperatură maximă de 5500 ºС este considerată un mod cu temperatură scăzută. La astfel de temperaturi, formarea gazelor nu are loc practic. Lucrarea vizează producerea de semi-cocsuri (în industrie sunt utilizate în mod activ ca combustibil) și rășini, din care se produce ulterior cauciuc artificial.
Cursul pirolizei la temperaturi cuprinse între 550 și 9000 ° C este considerat cu temperatură scăzută, dar, de fapt, având în vedere capacitățile tehnice, aparține regimului mediu de temperatură. Utilizarea acestuia este recomandabilă atunci când este necesar să se producă gaz de piroliză și sedimente solide. În acest caz, materia primă poate include fracțiuni de origine anorganică.
Cursul pirolizei la temperaturi peste 9000 ° C este considerat o reacție la temperaturi ridicate. Funcționarea cazanului la o temperatură maximă de 9000 ºC permite obținerea de materiale solide (cocs, cărbune etc.) cu o proporție redusă de gaz emis.
Distilarea utilizând condiții de temperatură mai ridicată este necesară pentru a obține substanțe predominant gazoase. Avantajul practic al regimului de temperatură ridicată este că gazele rezultate pot fi utilizate ca combustibil.
„Piroliza la temperaturi ridicate nu este dificilă în ceea ce privește conținutul de materii prime prelucrate. Când utilizați modul de temperatură scăzută, trebuie respectați toți pașii de pregătire, inclusiv uscarea și sortarea. "
Piroliza
PIROLIZĂ (din greacă.pyr - foc, căldură și liză - descompunere, descompunere * a. piroliza; n. Pirolise; f. piroliza, termoliza; și. piriliză) - descompunerea substanțelor sub influența temperaturilor ridicate. De obicei, termenul este utilizat într-un sens restrâns și definește piroliza ca un proces la temperatură ridicată de transformare termică profundă a compușilor organici, de exemplu, materie primă de petrol și gaze la 700-900 ° C.
Principala semnificație industrială este piroliza materiilor prime din petrol și gaze. Se folosește și piroliza combustibililor solizi (lemn, cărbune și cărbune brun, turbă, șist petrolier).
Primele fabrici de piroliză au fost construite în Rusia (la Kiev și Kazan) în anii '70. În secolul al XIX-lea, piroliza a fost efectuată în principal pe kerosen pentru a obține gaze pentru iluminat. Mai târziu, s-a dovedit posibilitatea separării hidrocarburilor aromatice de rășina formată în timpul pirolizei. În timpul primului război mondial (1914-18), piroliza a fost utilizată pe scară largă în legătură cu producția de toluen (o materie primă pentru producerea unui exploziv puternic, TNT).
Scopul pirolizei țițeiului este de a obține hidrocarburi gazoase cu un conținut ridicat de hidrocarburi nesaturate; hidrocarburile gazoase (etan, propan, butan și amestecurile acestora) sunt, de asemenea, materii prime pentru piroliză. Produsele de piroliză sunt în principal etilenă, în unele cazuri propilenă, butilenă și butadienă. Subprodusele utile ale pirolizei sunt rășinile care conțin arene mono- și policiclice (benzen, toluen, xilene, naftalină, antracen etc.). Piroliza etanului, propanului, benzinei și motorinei produce etilenă, hidrogen, gaz uscat (CH4 + C2H6), precum și fracția C3 din propan, benzină și motorină, fracțiunea O din benzină și motorină, ușoară și petrol greu din benzină și motorină. Randamentul maxim de gaz este atins în timpul pirolizei materiilor prime gazoase - etan, propan, n-butan. Dintre materiile prime lichide, este preferată benzina parafinică cu un punct de fierbere scăzut. Cu randamentul maxim, etilena se formează din etan la 1000 ° C, timpul de contact este de 0,01 s.
În industrie, piroliza benzinei în cuptoarele tubulare este larg răspândită: un amestec de benzină cu abur este încălzit la 840-850 ° C și apoi răcit rapid într-un aparat de „stingere” pentru a preveni compactarea pirolitică a hidrocarburilor nesaturate. Amestecul vapori-gaz este separat de gudronul greu, apa, gazul și uleiul ușor de piroliză sunt separate. După distilarea produselor lichide într-o unitate de piroliză, se obțin 4 fracții cu puncte de fierbere: până la 70 ° C, 70-130 ° C (benzen-toluen), 130-190 ° C (C8-C9) și peste 190 ° C (rășină grea). Fracțiunea Cs conține mai mult de 50% hidrocarburi nesaturate, incl. ciclopentadienă și izopren. Fracția 70-130 ° C este hidrogenată, din ea se extrag benzen și toluen. Fracțiunea 130-190 ° C conține xileni și etilbenzen (10-12% în greutate), stiren, indenă, diciclopentadienă și alți compuși. Fracția 190-230 ° C este distilată din rășina grea pentru a izola naftalina. Partea grea a rășinii conține componente asfaltice rășinoase și este utilizată ca materie primă pentru producerea de funingine sau cocs fără cenușă. Randamentul produselor de piroliză lichidă este (% în greutate): 2-3 din etan, 7-10 din propan, 8-10 din n-butan, 12-15 din fracțiunea de propan-propilenă, 20-30 din benzină, 40- 50 din fracția kerosen-motorină. Producția mondială de piroliză etilenă pentru producția de polietilenă, etanol, stiren, oxid de etilenă și alte produse depășește 50 de milioane de tone pe an.
Piroliza (cocsificare, carbonizare, degazare) a combustibililor solizi (cărbune, turbă, șist, lemn) se efectuează la temperaturi ridicate de până la 900-1050 ° C, temperaturi medii de până la 700 ° C și temperaturi scăzute de până la 500-550 ° C. Cea mai mare parte a produselor de piroliză se formează la temperaturi (° C): cărbune 300-500, cărbune brun 250-450, antracit 400-550, turbă și lemn 150-400. Produsele de piroliză conțin substanțe volatile, lichide și solide: H2, CO, CO2, CH4, C2H4, H2S, NH3, H2O, benzen, (NH4) 2SO4, gudron de cărbune, restul este cocs sau semi-cocs. Randamentul produselor de piroliză pe 1 tonă de cărbune este: până la 300 nm3 de gaz, până la 10 kg de benzen brut, până la 3 kg de NH3 și H2S, până la 120 de litri de apă rășinoasă, până la 90 de litri de rășină , până la 700 kg de char. Rășina constă din mai mult de 400 de hidrocarburi ciclice și compuși heteroatomici, cum ar fi naftalina și derivații săi, antracen, fenol, derivați piridinici, chinolină, tionaftenă etc. 230 naftalină, ulei de absorbție 230-270, ulei de antracen 270-360, restul este pas.Piroliza este utilizată în studiile geochimice ale rocilor sursă de petrol pentru a evalua potențialul lor de generare.
Piroliza deșeurilor solide
Prelucrarea ecologică a deșeurilor este unul dintre domeniile cheie ale utilizării pirolizei. Aceste unități pot reduce semnificativ impactul negativ al factorului antropic pe mediu.
În procesul pirolizei se descompun substanțe bioactive, metalele grele nu sunt topite. După descompunerea termică în cazanele de piroliză, practic nu există deșeuri nerevendicate, ceea ce face posibilă reducerea semnificativă a zonei pentru depozitarea lor ulterioară.
De exemplu, arzând 1 tonă de anvelope, poluăm atmosfera cu 300 kg de funingine. În plus, aproximativ 500 kg de substanțe toxice sunt eliberate în aer. Reciclarea aceluiași material în instalațiile de piroliză permite utilizarea cauciucului în scopuri energetice, obținerea de materiale reciclabile pentru producția ulterioară și reducerea semnificativă a emisiilor dăunătoare.
Este posibil să se reducă efectul nociv asupra mediului datorită unui sistem de procesare în mai multe etape. În procesul de piroliză, deșeurile trec prin patru etape de eliminare:
- uscare inițială;
- cracare;
- arderea ulterioară a resturilor de procesare în atmosferă;
- purificarea substanțelor gazoase obținute în absorbante speciale.
Plantele de piroliză vă permit să procesați deșeurile:
- întreprinderi de prelucrare a lemnului;
- industria farmaceutica;
- industria auto;
- Inginerie Electrică.
Metoda pirolizei tratează cu succes polimerii, deșeurile de canalizare și deșeurile menajere. Neagă impactul asupra naturii produselor petroliere. Excelent pentru eliminarea deșeurilor organice.
Singurul dezavantaj al unităților de piroliză se găsește în prelucrarea materiilor prime care conțin clor, sulf, fosfor și alte substanțe chimice toxice. Produsele de înjumătățire ale acestor elemente sub influența temperaturii se pot combina cu alte substanțe și pot forma aliaje toxice.
Nevoia de plante de piroliză
Principala problemă a eliminării gunoiului și a altor deșeuri solide prin metoda discutată este de a găsi un mod eficient și ieftin de a captura vaporii care apar în timpul incinerării. La ardere, se eliberează clor, fosfor, sulf. Mai mult, unele incinerări individuale se disting prin prezența unei reacții de interacțiune a clorului cu alte produse de ardere, ca urmare a căreia se pot forma compuși pur și simplu otrăvitori.
Instalațiile moderne rezolvă o serie de dificultăți descrise. De exemplu, disponibilitatea limitată de oxigen reduce probabilitatea formării de toxine: furan, benzopiren, altele.
Posibilitatea de a crea complexe ciclice de procesare a deșeurilor duce la o producție aproape fără deșeuri. Se realizează economia maximă de resurse energetice. În plus, zgura rezultată este utilizată pentru reparațiile drumurilor, ceea ce crește și mai mult valoarea economică a procesării.
Gama de locații posibile a fabricilor se extinde (chiar și pe teritoriul orașelor). Deoarece, în mod ideal, nu ar trebui să existe emisii în mediu: absența fumurilor toxice gazoase, excluderea formării efluenților industriali (totul este colectat și reciclat ciclic).
Ultimul avantaj, toate posibilitățile de mai sus sunt realizate pe un echipament destul de compact, fără țevi uriașe, clădiri înalte de intimidare. Este foarte posibil să se organizeze producția de deșeuri secundare într-un mic hangar.
Video - instalații de piroliză pentru eliminarea deșeurilor:
Piroliza lemnului
Această procedură se mai numește și crăparea lemnului și are originea în Rusia. Prototipul unității moderne a fost inventat de cărbunii noștri în timpuri imemoriale. Pentru a obține cărbune fără acces la aer, au aprins lemnul de sub pământ.
Astăzi acest proces este mult mai perfect și are loc în mai multe etape.Crăparea începe atunci când este încălzită la 2000 ºС. În această etapă, se eliberează o cantitate mare de monoxid de carbon. Dacă continuați să-l ardeți în atmosferă, veți putea obține o cantitate uriașă de energie.
Apoi, cazanul este încălzit până la 5000 ºС. În acest regim de temperatură, se obțin metanol, rășini, acetonă și acid acetic. De asemenea, produce carbon tare, mai bine cunoscut sub numele de cărbune.
