Cos'è la pirolisi Definizione, concetto di processo

Descrizione del processo

La necessità di attrezzature ecocompatibili per il trattamento dei rifiuti chimici è sorta da tempo nella nostra società. Le prime caldaie a pirolisi iniziarono a funzionare alla fine del diciannovesimo secolo. E la creazione di moderne unità di pirolisi ha risolto diversi problemi contemporaneamente:

• componente ecologica;
• la capacità di accumulare i risultati della combustione;
• vantaggio economico.

Tuttavia, l'aspetto economico dell'uso della pirolisi è progettato per il futuro. La pirolisi è un piacere piuttosto costoso. Richiede attrezzature adeguate e personale appositamente addestrato.

Ma durante il funzionamento, gli impianti di pirolisi sono praticamente autonomi. Le unità richiedono energia elettrica solo per l'avvio, l'ulteriore funzionamento della caldaia viene effettuato a scapito delle risorse prodotte durante il processo di combustione. Allo stesso tempo, il surplus di energia generata e vapore può essere utilizzato per scopi domestici, reindirizzandoli alle reti di utilità.

In Russia, la pirolisi sta appena iniziando a guadagnare popolarità, mentre in Europa nessuna grande impresa può fare a meno delle unità di pirolisi. Ci sono diversi motivi per una tale richiesta di pirolisi:

• un modo senza sprechi di trattare i rifiuti e tutti i tipi di inquinamento industriale;
• il livello di efficienza della pirolisi è del 90%;
• la possibilità di ottenere nuove mescole, materiali riciclabili;
• la creazione di risorse insostituibili come il petrolio sintetico;
• ottenere idrocarburi, acidi organici e altri elementi chimici;
• fonte di fornitura di calore per le imprese.

In base alla scelta delle materie prime per la lavorazione, la reazione di pirolisi può procedere a diverse condizioni di temperatura. Il risultato finale differirà anche nella composizione degli elementi chimici.

A seconda della temperatura di riscaldamento del forno e dei componenti aggiuntivi della pirolisi, la distillazione è solitamente divisa in due tipi: secca e ossidativa.

Uso domestico

A livello domestico, le tecnologie di pirolisi vengono utilizzate per generare calore e carbone, pulendo efficacemente i forni dai depositi di carbonio difficili da rimuovere.

Caldaie a pirolisi per riscaldamento

Grazie al loro design speciale, le caldaie a pirolisi con alimentazione di ossigeno naturale hanno un'elevata efficienza. Le materie prime sono legno e gas di legno. Quando vengono bruciati si formano poche sostanze nocive per l'ambiente. La quantità di calore prodotta dipende dalla qualità del combustibile. Alcune caldaie sono progettate per cippato di legno, pellet combustibile, carbone, coke.

La parte principale del dispositivo sono due camere di combustione, ognuna delle quali ha una propria funzione. Nella parte superiore, la materia prima viene essiccata e trasformata in gas di legno. Qui vengono bruciati anche alcuni componenti del gas.

Quelli difficili da bruciare entrano nella camera inferiore, dove vengono convertiti in calore a temperature superiori ai 1000 ° C.

Pulizia del forno

La maggior parte dei modelli di forno più recenti sono autopulenti. Ciò è dovuto alla temperatura elevata. Lo sporco all'interno del forno carbonizzerà, cadrà da solo o sarà facilmente rimosso. Questo processo, che richiede circa tre ore, è relativamente energivoro: il consumo medio di energia è di 3-4 kWh. Le ceneri vengono rimosse con una spugna umida dopo che il dispositivo si è raffreddato. Prima dell'autopulizia pirolitica, rimuovere le griglie, le pentole, le teglie.

Per la produzione di carbone

Durante la lavorazione del legno di latifoglie o di conifere, il legno si forma:

• carbone,
• aceto,
• gas,
• resina.

A seconda della temperatura, si distinguono diverse fasi del processo. Quando supera i 280 ° C, inizia una forte reazione esotermica e viene rilasciata molta energia.Nell'ultima fase (t> 500 ° C), il monossido di carbonio combustibile e l'idrogeno vengono rilasciati dai fumi mentre attraversano gli strati carbonizzati. Il residuo solido è carbone rosso, nero o bianco.

Pirolisi ossidativa

Questo tipo di pirolisi può essere definito il più rispettoso dell'ambiente e produttivo. Viene utilizzato per elaborare materiali riciclabili. La reazione avviene ad alte temperature. Ad esempio, nella pirolisi del metano, si miscela con l'ossigeno, la combustione parziale della sostanza rilascia energia, che riscalda la materia prima rimanente a una temperatura di 16.000 ºС.

La pirolisi ossidativa viene utilizzata per neutralizzare i rifiuti industriali con un alto contenuto di olio. E anche per la lavorazione di plastica, gomma e altri materiali che non si prestano alla decomposizione naturale nell'ambiente naturale.

“La pirolisi ossidativa consente di lavorare materie prime di varie consistenze. Compresi i materiali allo stato liquido e gassoso ”.

Attuazione del metodo a livello familiare

Vivere in periferia sta diventando sempre più popolare. Tuttavia, non tutti i cittadini sono pronti a preparare la legna da ardere e la gassificazione degli insediamenti e dei cottage estivi viene risolta piuttosto lentamente.

Le caldaie domestiche a pirolisi sono un'alternativa ai metodi tradizionali di isolamento degli alloggi. Oggi non solo diventano una fonte di energia praticamente dalla spazzatura, ma sono dotati di elettronica moderna e ventilazione forzata. Le caldaie domestiche "Pyrolysis 43" è uno dei modelli più popolari sul mercato per prodotti simili. L'apparecchiatura dispone di due caldaie a combustione, che garantiscono la postcombustione dei vapori generatori, gas, ecc. Questo rende il loro utilizzo predominante sotto tutti gli aspetti: economico, sicuro, efficace.

Inoltre, la legna da ardere è adatta anche per l'utilizzo di questo modello di caldaia, ma gli esperti sottolineano: il combustibile nelle caldaie brucia invece di bruciare, oltre a un'ulteriore postcombustione - forniscono un notevole risparmio di risorse.

Quasi non si forma cenere, il che significa che i proprietari non dovranno pensare a lungo alla pulizia dell'attrezzatura durante il funzionamento. L'ultima cosa importante per gli utenti residenziali è la possibilità di scegliere una caldaia di un design adatto (compreso il suo colore).

Tipi di pirolisi a secco

La pirolisi a secco è una delle più richieste nel settore. Con il suo aiuto si ottengono carburante, vari composti chimici e si rendono innocui i materiali riciclabili. Utilizzando diversi regimi di temperatura di pirolisi, si ottengono prodotti di combustione gassosi, liquidi e solidi.

Il riscaldamento della caldaia a una temperatura massima di 5500 ºС è considerato una modalità a bassa temperatura. A tali temperature, la formazione di gas praticamente non si verifica. Il lavoro è finalizzato alla produzione di semi-coke (nell'industria vengono utilizzati attivamente come combustibile) e resine, da cui viene successivamente prodotta la gomma artificiale.

Il corso della pirolisi a temperature comprese tra 550 e 9000 ºС è considerato a bassa temperatura, ma in realtà, date le capacità tecniche, appartiene al regime di temperatura media. Il suo utilizzo è consigliabile quando è necessario produrre gas di pirolisi e sedimenti solidi. In questo caso, la materia prima può includere frazioni di origine inorganica.

Il corso della pirolisi a temperature superiori a 9000 ° C è considerato una reazione ad alta temperatura. Il funzionamento della caldaia ad una temperatura massima di 9000 ºC permette di ottenere materiali solidi (coke, carbone di legna, ecc.) Con una bassa percentuale di gas emesso.

La distillazione utilizzando condizioni di temperatura più elevate è necessaria per ottenere sostanze prevalentemente gassose. Il vantaggio pratico del regime ad alta temperatura è che i gas risultanti possono essere utilizzati come carburante.

“La pirolisi ad alta temperatura non è esigente riguardo al contenuto delle materie prime lavorate. Quando si utilizza la modalità a bassa temperatura, è necessario seguire tutti i passaggi di preparazione, inclusi l'asciugatura e la cernita. "

Pirolisi

PIROLISI (dal greco.pir - fuoco, calore e lisi - decomposizione, decadimento * a. pirolisi; n. Pirolisi; f. pirolisi, termolisi; e. pirylisis) - decomposizione di sostanze sotto l'influenza di alte temperature. Di solito il termine è usato in un senso più stretto e definisce la pirolisi come un processo ad alta temperatura di trasformazione termica profonda di composti organici, ad esempio, materia prima di petrolio e gas a 700-900 ° C.

Il principale significato industriale è la pirolisi delle materie prime di petrolio e gas. Viene anche utilizzata la pirolisi di combustibili solidi (legno, carbone e lignite, torba, scisti bituminosi).

I primi impianti di pirolisi furono costruiti in Russia (a Kiev e Kazan) negli anni '70. Nell'Ottocento la pirolisi veniva effettuata principalmente sul cherosene per ottenere gas per l'illuminazione. Successivamente, è stata dimostrata la possibilità di separare gli idrocarburi aromatici dalla resina formata durante la pirolisi. Durante la prima guerra mondiale (1914-18), la pirolisi era ampiamente utilizzata in relazione alla produzione di toluene (una materia prima per la produzione di un forte esplosivo, TNT).

Lo scopo della pirolisi del petrolio greggio è quello di ottenere idrocarburi gassosi con un alto contenuto di idrocarburi insaturi; Anche gli idrocarburi gassosi (etano, propano, butano e loro miscele) sono materie prime per la pirolisi. I prodotti della pirolisi sono principalmente etilene, in alcuni casi propilene, butilene e butadiene. Sottoprodotti utili della pirolisi sono le resine contenenti areni mono e policiclici (benzene, toluene, xileni, naftalene, antracene, ecc.). La pirolisi di etano, propano, benzina e gasolio produce etilene, idrogeno, gas secco (CH4 + C2H6), nonché la frazione C3 da propano, benzina e gasolio, la frazione O da benzina e gasolio, leggeri e olio pesante da benzina e gasolio. La massima resa di gas si ottiene durante la pirolisi di materie prime gassose: etano, propano, n-butano. Della carica liquida, è preferita la benzina paraffinica con un basso punto di ebollizione. Con la massima resa, l'etilene è formato da etano a 1000 ° C, il tempo di contatto è di 0,01 s.

Nell'industria è molto diffusa la pirolisi della benzina nei forni tubolari: una miscela di benzina con vapore viene riscaldata a 840-850 ° C, e poi rapidamente raffreddata in un apparato di "tempra" per impedire la compattazione pirolitica di idrocarburi insaturi. La miscela vapore-gas viene separata dal catrame pesante, acqua, gas e olio leggero di pirolisi vengono separati. Dopo distillazione di prodotti liquidi in un'unità di pirolisi, si ottengono 4 frazioni con punti di ebollizione: fino a 70 ° C, 70-130 ° C (benzene-toluene), 130-190 ° C (C8-C9) e oltre 190 ° C (resina pesante). La frazione Cs contiene più del 50% di idrocarburi insaturi, incl. ciclopentadiene e isoprene. La frazione 70-130 ° C viene idrogenata, da essa vengono estratti benzene e toluene. La frazione 130-190 ° C contiene xileni ed etilbenzene (10-12% in peso), stirene, indene, diciclopentadiene e altri composti. La frazione 190-230 ° C viene distillata dalla resina pesante per isolare il naftalene. La parte pesante della resina contiene componenti resinosi asfaltenici e viene utilizzata come materia prima per la produzione di fuliggine o coke senza ceneri. La resa dei prodotti liquidi di pirolisi è (% in peso): 2-3 da etano, 7-10 da propano, 8-10 da n-butano, 12-15 da frazione propano-propilene, 20-30 da benzina, 40- 50 dalla frazione cherosene-gasolio. La produzione mondiale di pirolisi etilene per la produzione di polietilene, etanolo, stirene, ossido di etilene e altri prodotti supera i 50 milioni di tonnellate all'anno.

La pirolisi (coking, carbonizzazione, degasaggio) di combustibili solidi (carbone, torba, scisti, legno) viene effettuata ad alte temperature fino a 900-1050 ° C, medie temperature fino a 700 ° C e basse temperature fino a 500-550 ° C C. La maggior parte dei prodotti di pirolisi si formano a temperature (° C): carbone 300-500, lignite 250-450, antracite 400-550, torba e legno 150-400. I prodotti di pirolisi contengono sostanze volatili, liquide e solide: H2, CO, CO2, CH4, C2H4, H2S, NH3, H2O, benzene, (NH4) 2SO4, catrame di carbone, il resto è coke o semi-coke. La resa dei prodotti di pirolisi per 1 tonnellata di carbone è: fino a 300 nm3 di gas, fino a 10 kg di benzene grezzo, fino a 3 kg di NH3 e H2S, fino a 120 litri di acqua di resina, fino a 90 litri di resina , fino a 700 kg di char. La resina è composta da più di 400 idrocarburi ciclici e composti eteroatomici come naftalene e suoi derivati, antracene, fenolo, derivati ​​piridinici, chinolina, tionftene, ecc. 230 naftalene, 230-270 olio di assorbimento, 270-360 olio di antracene, il resto è intonazione.La pirolisi viene utilizzata negli studi geochimici delle rocce petrolifere per valutare il loro potenziale di generazione.

Pirolisi dei rifiuti solidi

Il trattamento dei rifiuti rispettoso dell'ambiente è una delle aree chiave dell'uso della pirolisi. Queste unità possono ridurre in modo significativo l'impatto negativo del fattore antropogenico sull'ambiente.

Nel processo di pirolisi le sostanze bioattive si decompongono, i metalli pesanti non vengono fusi. Dopo la decomposizione termica nelle caldaie a pirolisi, non ci sono praticamente rifiuti non reclamati, il che consente di ridurre significativamente l'area per il loro ulteriore stoccaggio.

Quindi, ad esempio, bruciando 1 tonnellata di pneumatici, inquiniamo l'atmosfera con 300 kg di fuliggine. Inoltre, circa 500 kg di sostanze tossiche vengono rilasciati nell'aria. Il riciclaggio dello stesso materiale negli impianti di pirolisi consente di utilizzare la gomma a fini energetici, ottenere materiali riciclabili per ulteriori produzioni e ridurre notevolmente le emissioni nocive.

È possibile ridurre l'effetto nocivo sull'ambiente grazie a un sistema di lavorazione a più stadi. Nel processo di pirolisi, i rifiuti passano attraverso quattro fasi di smaltimento:

• asciugatura iniziale;
• cracking;
• postcombustione dei resti della lavorazione nell'atmosfera;
• depurazione delle sostanze gassose ottenute in appositi assorbitori.

Gli impianti di pirolisi consentono di trattare i rifiuti:

• imprese di lavorazione del legno;
• industria farmaceutica;
• Industria di macchine;
• ingegnere elettrico.

Il metodo di pirolisi gestisce con successo polimeri, scarichi fognari e rifiuti domestici. Nega l'impatto sulla natura dei prodotti petroliferi. Ottimo per lo smaltimento dei rifiuti organici.

L'unico svantaggio delle unità di pirolisi si trova nella lavorazione di materie prime contenenti cloro, zolfo, fosforo e altre sostanze chimiche tossiche. I prodotti di emivita di questi elementi sotto l'influenza della temperatura possono combinarsi con altre sostanze e formare leghe tossiche.

La necessità di impianti di pirolisi

Il problema principale dello smaltimento di rifiuti e altri rifiuti solidi con il metodo discusso è trovare un modo efficace ed economico per catturare i vapori che si formano durante l'incenerimento. Durante la combustione, vengono rilasciati cloro, fosforo e zolfo. Inoltre, alcuni singoli incenerimenti si distinguono per la presenza di una reazione di interazione del cloro con altri prodotti di combustione, a seguito della quale si possono formare semplicemente composti velenosi.

Le installazioni moderne risolvono parecchie difficoltà descritte. Ad esempio, la limitata disponibilità di ossigeno riduce la probabilità di formazione di tossine: furano, benzopirene, altri.

La possibilità di creare complessi di trattamento ciclico dei rifiuti porta a una produzione quasi priva di sprechi. Si ottiene il massimo risparmio di risorse energetiche. Inoltre, le scorie risultanti vengono utilizzate per riparazioni stradali, il che aumenta ulteriormente il valore economico della lavorazione.

La gamma di possibili ubicazioni delle fabbriche si sta espandendo (anche sul territorio delle città). Poiché, idealmente, non dovrebbero esserci emissioni nell'ambiente: assenza di fumi tossici gassosi, esclusione della formazione di effluenti industriali (tutto viene raccolto e riciclato ciclicamente).

L'ultimo vantaggio, tutte le possibilità di cui sopra vengono eseguite su un'apparecchiatura abbastanza compatta, senza tubi enormi, edifici alti e intimidatori. È del tutto possibile organizzare la produzione di rifiuti secondari in un piccolo hangar.

Video - impianti di pirolisi per lo smaltimento dei rifiuti:

Pirolisi del legno

Questa procedura è anche chiamata cracking del legno e ha avuto origine in Russia. Il prototipo dell'unità moderna è stato inventato dai nostri carbonai in tempi immemorabili. Per ottenere carbone senza accesso all'aria, accendevano la legna sotto terra.

Oggi questo processo è molto più perfetto e si svolge in più fasi.Il cracking inizia quando viene riscaldato a 2000 ºС. In questa fase viene rilasciata una grande quantità di monossido di carbonio. Se continui a bruciarlo nell'atmosfera, sarai in grado di ottenere un'enorme quantità di energia.

Quindi la caldaia viene riscaldata fino a 5000 ºС. In questo regime di temperatura si ottengono metanolo, resine, acetone e acido acetico. Produce anche carbonio duro, meglio conosciuto come carbone.