O que é pirólise Definição, conceito do processo

Descrição do processo

A necessidade de equipamentos ecologicamente corretos para o processamento de resíduos químicos surge há muito tempo em nossa sociedade. As primeiras caldeiras de pirólise começaram a funcionar no final do século XIX. E a criação de unidades de pirólise modernas resolveu vários problemas de uma vez:

• componente ecológico;
• a capacidade de acumular os resultados da combustão;
• benefício económico.

No entanto, o aspecto econômico do uso da pirólise é projetado para o futuro. A pirólise é um prazer caro. Requer equipamento adequado e pessoal especialmente treinado.

Mas em operação, as usinas de pirólise são praticamente autônomas. As unidades requerem eletricidade apenas para arrancar, o prosseguimento do funcionamento da caldeira é efectuado à custa dos recursos produzidos durante o processo de combustão. Ao mesmo tempo, o excedente de energia e vapor gerados pode ser utilizado para fins domésticos, redirecionando-os para redes de utilidades.

Na Rússia, a pirólise está apenas começando a ganhar popularidade, enquanto na Europa nenhuma grande empresa pode viver sem unidades de pirólise. Existem algumas razões para essa demanda por pirólise:

• uma forma livre de resíduos de processamento de resíduos e todos os tipos de poluição industrial;
• o nível de eficiência da pirólise é de 90%;
• a possibilidade de obtenção de novos compostos, materiais recicláveis;
• a criação de recursos insubstituíveis como o óleo sintético;
• obtenção de hidrocarbonetos, ácidos orgânicos e outros elementos químicos;
• fonte de fornecimento de calor para as empresas.

Com base na escolha das matérias-primas para processamento, a reação de pirólise pode ocorrer em diferentes condições de temperatura. O resultado final também será diferente na composição dos elementos químicos.

Dependendo da temperatura de aquecimento do forno e dos componentes adicionais da pirólise, a destilação é geralmente dividida em dois tipos: seca e oxidativa.

Uso doméstico

No nível doméstico, as tecnologias de pirólise são usadas para gerar calor e carvão, limpando efetivamente fornos de depósitos de carbono que são difíceis de remover.

Caldeiras de pirólise para aquecimento

Graças ao seu design especial, as caldeiras de pirólise com fornecimento de oxigênio natural apresentam alta eficiência. As matérias-primas são madeira e gás de madeira. Quando são queimados, poucas substâncias nocivas ao meio ambiente se formam. A quantidade de calor produzida depende da qualidade do combustível. Algumas caldeiras são projetadas para cavacos de madeira, pellets de combustível, carvão, coque.

A parte principal do dispositivo são duas câmaras de combustão, cada uma com sua própria função. Na parte superior, a matéria-prima é seca e convertida em gás de madeira. Alguns constituintes do gás também queimam lá.

Aqueles difíceis de queimar entram na câmara inferior, onde são convertidos em calor a temperaturas acima de 1000 ° C.

Limpando o forno

A maioria dos modelos de forno mais novos são autolimpantes. Isso se deve à alta temperatura. A sujeira dentro do forno carbonizará, cairá por si mesma ou será facilmente removida. Este processo, que leva cerca de três horas, é relativamente intensivo em energia: o consumo médio de energia é de 3-4 kWh. As cinzas são removidas com uma esponja úmida após o resfriamento do dispositivo. Antes da autolimpeza pirolítica, retire as grelhas, panelas, assadeiras.

Para produção de carvão

Ao processar madeira decídua ou conífera, a madeira é formada:

• carvão,
• vinagre,
• gases,
• resina.

Dependendo da temperatura, várias fases do processo são distinguidas. Quando sobe acima de 280 ° C, uma forte reação exotérmica começa e uma grande quantidade de energia é liberada.Na última fase (t> 500 ° C), o monóxido de carbono e o hidrogênio combustíveis são liberados dos gases de combustão à medida que passam pelas camadas carbonizadas. O resíduo sólido é carvão vermelho, preto ou branco.

Pirólise oxidativa

Esse tipo de pirólise pode ser considerado o mais ecologicamente correto e produtivo. É usado para processar materiais recicláveis. A reação ocorre em altas temperaturas. Por exemplo, na pirólise do metano, que se mistura com o oxigênio, a combustão parcial da substância libera energia, que aquece o restante da matéria-prima a uma temperatura de 16.000 ºС.

A pirólise oxidativa é usada para neutralizar resíduos industriais com alto teor de óleo. E também para o processamento de plástico, borracha e outros materiais que não se prestam à decomposição natural no ambiente natural.

“A pirólise oxidativa permite processar matérias-primas de várias consistências. Incluindo materiais no estado líquido e gasoso ”.

Implementação do método no nível familiar

Morar nos subúrbios está se tornando cada vez mais popular. No entanto, nem todos os habitantes da cidade estão prontos para preparar lenha, e a gaseificação de aldeias e chalés de verão está sendo resolvida lentamente.

As caldeiras de pirólise domésticas são uma alternativa aos métodos tradicionais de isolamento de áreas residenciais. Hoje eles não só se tornam uma fonte de energia praticamente proveniente do lixo, mas são equipados com eletrônica moderna e ventilação forçada. Caldeiras domésticas "Pyrolysis 43" é um dos modelos mais populares no mercado para produtos semelhantes. O equipamento possui duas caldeiras de combustão, o que garante a pós-combustão dos vapores geradores, gases, etc. Isso torna seu uso predominante em todos os aspectos: econômico, seguro e eficaz.

Além disso, a lenha também é adequada para usar este modelo de caldeira, mas os especialistas enfatizam: o combustível nas caldeiras arde em vez de queimar, além da pós-combustão adicional - eles fornecem economia de recursos significativa.

Quase nenhuma cinza se forma, o que significa que os proprietários não terão que pensar por muito tempo em limpar o equipamento durante a operação. A última coisa que é importante para os utilizadores residenciais é a possibilidade de escolher uma caldeira de design adequado (incluindo a sua cor).

Tipos de pirólise seca

A pirólise a seco é uma das mais demandadas do setor. Com sua ajuda, o combustível, vários compostos químicos são obtidos e os materiais recicláveis ​​tornam-se inofensivos. Usando diferentes regimes de temperatura de pirólise, produtos de combustão gasosa, líquida e sólida são obtidos.

Aquecer a caldeira a uma temperatura máxima de 5500 ºС é considerado um modo de baixa temperatura. Nessas temperaturas, a formação de gases praticamente não ocorre. O trabalho visa a produção de semicoques (na indústria são ativamente usados ​​como combustível) e resinas, a partir das quais a borracha artificial é posteriormente produzida.

O curso da pirólise nas temperaturas de 550 a 9000 ºС é considerado de baixa temperatura, mas na verdade, dadas as capacidades técnicas, pertence ao regime de temperatura média. Seu uso é aconselhável quando é necessário produzir gás de pirólise e sedimentos sólidos. Neste caso, a matéria-prima pode incluir frações de origem inorgânica.

O curso da pirólise em temperaturas acima de 9000 ºС é considerado uma reação de alta temperatura. O funcionamento da caldeira a uma temperatura máxima de 9000 ºC permite obter materiais sólidos (coque, carvão e outros) com uma baixa proporção de gás emitido.

A destilação em condições de temperatura mais alta é necessária para obter substâncias predominantemente gasosas. O benefício prático do regime de alta temperatura é que os gases resultantes podem ser usados ​​como combustível.

“A pirólise de alta temperatura não é exigente quanto ao conteúdo das matérias-primas processadas. Ao usar o modo de baixa temperatura, todas as etapas de preparação devem ser seguidas, incluindo a secagem e classificação. "

Pirólise

PIRÓLISE (do grego.pyr - fogo, calor e lise - decomposição, decadência * a. pirólise; n. Pirólise; f. pirólise, termólise; e. pirilise) - decomposição de substâncias sob a influência de altas temperaturas. Normalmente o termo é usado em um sentido mais restrito e define a pirólise como um processo de alta temperatura de transformação térmica profunda de compostos orgânicos, por exemplo, petróleo e gás a 700-900 ° C

O principal significado industrial é a pirólise de matérias-primas de petróleo e gás. A pirólise de combustíveis sólidos (madeira, carvão e lenhite, turfa, xisto betuminoso) também é usada.

As primeiras usinas de pirólise foram construídas na Rússia (em Kiev e Kazan) na década de 70. No século 19, principalmente o querosene foi submetido à pirólise a fim de obter gás para iluminação. Posteriormente, foi comprovada a possibilidade de separação de hidrocarbonetos aromáticos da resina formada durante a pirólise. Durante a Primeira Guerra Mundial (1914-18), a pirólise foi amplamente utilizada em conexão com a produção de tolueno (uma matéria-prima para a produção de um forte explosivo, TNT).

O objetivo da pirólise do petróleo bruto é a obtenção de gás hidrocarboneto com alto teor de hidrocarbonetos insaturados; hidrocarbonetos gasosos (etano, propano, butano e suas misturas) também são matérias-primas para a pirólise. Os produtos da pirólise são principalmente etileno, em alguns casos propileno, butileno e butadieno. Subprodutos úteis da pirólise são resinas contendo arenos mono- e policíclicos (benzeno, tolueno, xilenos, naftaleno, antraceno, etc.). A pirólise de etano, propano, gasolina e gasóleo produz etileno, hidrogênio, gás seco (CH4 + C2H6), bem como, adicionalmente, a fração C3 do propano, gasolina e gasóleo, a fração O da gasolina e gasóleo, luz e óleo pesado de gasolina e gasóleo. O rendimento máximo de gás é alcançado durante a pirólise de matérias-primas gasosas - etano, propano, n-butano. Da matéria-prima líquida, a gasolina parafínica com baixo ponto de ebulição é a preferida. Com o rendimento máximo, o etileno é formado a partir do etano a 1000 ° C, o tempo de contato é de 0,01 s.

Na indústria, a pirólise da gasolina em fornos tubulares é comum: uma mistura de gasolina com vapor é aquecida a 840-850 ° C e, em seguida, resfriada rapidamente em um aparelho de "têmpera" para evitar a compactação pirolítica de hidrocarbonetos insaturados. A mistura vapor-gás é separada do alcatrão pesado, água, gás e óleo leve da pirólise são separados. Após destilação dos produtos líquidos em uma unidade de pirólise, 4 frações com pontos de ebulição são obtidas: até 70 ° C, 70-130 ° C (benzeno-tolueno), 130-190 ° C (C8-C9) e acima de 190 ° C (resina pesada). A fração Cs contém mais de 50% de hidrocarbonetos insaturados, incl. ciclopentadieno e isopreno. A fração 70-130 ° C é hidrogenada, benzeno e tolueno são extraídos dela. A fração 130-190 ° C contém xilenos e etilbenzeno (10-12% em peso), estireno, indeno, diciclopentadieno e outros compostos. A fração 190-230 ° C é destilada da resina pesada para isolar o naftaleno. A parte pesada da resina contém componentes de asfalteno resinoso e é utilizada como matéria-prima para a produção de fuligem ou coque sem cinzas. O rendimento dos produtos de pirólise líquidos é (% em peso): 2-3 de etano, 7-10 de propano, 8-10 de n-butano, 12-15 de fração de propano-propileno, 20-30 de gasolina, 40- 50 da fração querosene-gasóleo. A produção mundial de pirólise de eteno para a produção de polietileno, etanol, estireno, óxido de eteno e outros produtos ultrapassa 50 milhões de toneladas por ano.

A pirólise (coque, carbonização, desgaseificação) de combustíveis sólidos (carvão, turfa, xisto, madeira) é realizada em altas temperaturas até 900-1050 ° C, temperaturas médias até 700 ° C e baixas temperaturas até 500-550 ° C C. A maior parte dos produtos da pirólise são formados a temperaturas (° C): carvão 300-500, lenhite 250-450, antracite 400-550, turfa e madeira 150-400. Os produtos da pirólise contêm substâncias voláteis, líquidas e sólidas: H2, CO, CO2, CH4, C2H4, H2S, NH3, H2O, benzeno, (NH4) 2SO4, alcatrão de carvão, o restante é coque ou semicoque. O rendimento dos produtos de pirólise por 1 tonelada de carvão é: até 300 nm3 de gás, até 10 kg de benzeno bruto, até 3 kg de NH3 e H2S, até 120 litros de água de resina, até 90 litros de resina , até 700 kg de carvão. A resina consiste em mais de 400 hidrocarbonetos cíclicos e compostos heteroatômicos como naftaleno e seus derivados, antraceno, fenol, derivados de piridina, quinolina, tionafteno, etc. As frações (° C) são obtidas por retificação da resina: até 170 óleo leve , 170-210 óleo fenólico, 210-230 naftaleno, 230-270 óleo de absorção, 270-360 óleo de antraceno, o restante é breu.A pirólise é usada em estudos geoquímicos de rochas geradoras de petróleo para avaliar seu potencial de geração.

Pirólise de resíduos sólidos

O processamento de resíduos ecologicamente correto é uma das principais áreas de uso da pirólise. Essas unidades podem reduzir significativamente o impacto negativo do fator antrópico no meio ambiente.

No processo de pirólise, as substâncias bioativas se decompõem, os metais pesados ​​não são fundidos. Após a decomposição térmica em caldeiras de pirólise, praticamente não há resíduos não reclamados, o que permite reduzir significativamente a área para seu posterior armazenamento.

Então, por exemplo, queimando 1 tonelada de pneus, poluímos a atmosfera com 300 kg de fuligem. Além disso, cerca de 500 kg de substâncias tóxicas são liberados no ar. A reciclagem do mesmo material em plantas de pirólise permite o uso de borracha para fins energéticos, obtendo materiais recicláveis ​​para posterior produção e reduzindo significativamente as emissões nocivas.

É possível reduzir o efeito nocivo no meio ambiente graças a um sistema de processamento em várias etapas. No processo de pirólise, os resíduos passam por quatro etapas de disposição:

• secagem inicial;
• rachaduras;
• pós-queima dos restos de processamento na atmosfera;
• purificação das substâncias gasosas obtidas em absorventes especiais.

As plantas de pirólise permitem processar resíduos:

• empresas de processamento de madeira;
• indústria farmacêutica;
• Indústria automobilística;
• Engenharia elétrica.

O método de pirólise lida com sucesso com polímeros, resíduos de esgoto e resíduos domésticos. Nega o impacto sobre a natureza dos produtos petrolíferos. Ótimo para eliminação de resíduos orgânicos.

A única desvantagem das unidades de pirólise é encontrada no processamento de matérias-primas contendo cloro, enxofre, fósforo e outros produtos químicos tóxicos. Os produtos de meia-vida desses elementos sob a influência da temperatura podem se combinar com outras substâncias e formar ligas tóxicas.

A necessidade de plantas de pirólise

O principal problema do descarte de lixo e outros resíduos sólidos pelo método discutido é encontrar uma maneira eficaz e barata de capturar os vapores que ocorrem durante a incineração. Ao queimar, cloro, fósforo e enxofre são liberados. Além disso, algumas incinerações individuais são distinguidas pela presença de uma reação de interação do cloro com outros produtos de combustão, como resultado da qual compostos simplesmente tóxicos podem ser formados.

As instalações modernas resolvem várias das dificuldades descritas. Por exemplo, a disponibilidade limitada de oxigênio reduz a probabilidade de formação de toxinas: furano, benzopireno, outros.

A possibilidade de criar complexos de processamento de resíduos cíclicos leva a uma produção quase sem resíduos. A economia máxima de recursos de energia é alcançada. Além disso, a escória resultante é usada para reparos de estradas, o que aumenta ainda mais o valor econômico do processamento.

A gama de possíveis localizações de fábricas está se expandindo (até mesmo no território das cidades). Pois, idealmente, não deveria haver emissões para o meio ambiente: a ausência de fumos tóxicos gasosos, a exclusão da formação de efluentes industriais (tudo é coletado e reciclado ciclicamente).

A última vantagem, todas as possibilidades acima são realizadas em um equipamento bastante compacto, sem grandes tubos, edifícios altos e intimidantes. É bem possível organizar a produção de resíduos secundários em um pequeno hangar.

Vídeo - plantas de pirólise para eliminação de resíduos:

Pirólise de madeira

Esse procedimento também é chamado de craqueamento da madeira e se originou na Rússia. O protótipo da unidade moderna foi inventado por nossos carvoeiros em tempos imemoriais. Para obter carvão sem acesso ao ar, eles acenderam madeira sob uma camada de terra.

Hoje esse processo é muito mais perfeito e ocorre em várias etapas.A rachadura começa quando aquecido a 2.000 ºС. Nesse estágio, uma grande quantidade de monóxido de carbono é liberada. Se você continuar a queimá-lo na atmosfera, poderá obter uma enorme quantidade de energia.

Em seguida, a caldeira é aquecida até 5000 ºС. Neste regime de temperatura, obtêm-se metanol, resinas, acetona e ácido acético. Também produz carbono duro, mais conhecido como carvão.