Popis procesu
V našej spoločnosti už dlho existuje potreba ekologicky nezávadného vybavenia na spracovanie chemického odpadu. Prvé pyrolýzne kotly začali pracovať na konci devätnásteho storočia. A vytvorenie moderných pyrolýznych jednotiek vyriešilo niekoľko problémov naraz:
- ekologická zložka;
- schopnosť akumulovať výsledky spaľovania;
- ekonomický prínos.
Ekonomický aspekt použitia pyrolýzy je však navrhnutý do budúcnosti. Pyrolýza je dosť drahé potešenie. Vyžaduje si vhodné vybavenie a špeciálne vyškolený personál.
Ale v prevádzke sú pyrolýzne zariadenia prakticky autonómne. Jednotky potrebujú iba elektrinu na spustenie; ďalšia prevádzka kotla sa vykonáva na úkor zdrojov vyrobených počas spaľovacieho procesu. Prebytok vyrobenej energie a pary sa zároveň môže použiť na domáce účely a presmerovať ich na inžinierske siete.
V Rusku sa pyrolýza začína tešiť obľube, zatiaľ čo v Európe sa bez jednotiek na pyrolýzu nezaobíde ani jeden veľký podnik. Existuje pomerne veľa dôvodov pre taký dopyt po pyrolýze:
- bezodpadový spôsob spracovania odpadu a všetkých druhov priemyselného znečistenia;
- úroveň účinnosti pri pyrolýze je 90%;
- možnosť získania nových zlúčenín, recyklovateľných materiálov;
- vytváranie nenahraditeľných zdrojov, ako je syntetický olej;
- získavanie uhľovodíkov, organických kyselín a iných chemických prvkov;
- zdroj tepla pre podniky.
Na základe výberu surovín na spracovanie môže pyrolýzna reakcia prebiehať pri rôznych teplotných podmienkach. Konečný výsledok sa bude líšiť aj v zložení chemických prvkov.
V závislosti od teploty ohrevu pece a ďalších zložiek pyrolýzy sa destilácia zvyčajne delí na dva typy: suchú a oxidačnú.
Použitie v domácnosti
Na úrovni domácnosti sa na výrobu tepla a dreveného uhlia používajú technológie pyrolýzy, ktoré účinne čistia pece od ťažko odstrániteľných usadenín uhlíka.
Pyrolýzne kotly na kúrenie
Vďaka svojej špeciálnej konštrukcii majú pyrolýzne kotly s prívodom prírodného kyslíka vysokú účinnosť. Surovinami sú drevo a drevný plyn. Pri ich spaľovaní sa vytvára málo látok škodlivých pre životné prostredie. Množstvo vyrobeného tepla závisí od kvality paliva. Niektoré kotly sú určené na drevnú štiepku, palivové pelety, uhlie, koks.
Hlavnou časťou zariadenia sú dve spaľovacie komory, z ktorých každá má svoju vlastnú funkciu. Na vrchu sa surovina vysuší a prevedie na drevný plyn. Spaľujú sa tam aj niektoré zložky plynu.
Ťažko spáliteľné sa dostanú do dolnej komory, kde sa pri teplotách nad 1 000 ° C premieňajú na teplo.
Čistenie rúry
Väčšina novších modelov pecí je samočistiaca. Je to spôsobené vysokou teplotou. Nečistoty vo vnútri rúry karbonizujú, spadnú samy alebo sa dajú ľahko odstrániť. Tento proces, ktorý trvá asi tri hodiny, je pomerne energeticky náročný: priemerná spotreba energie je 3 - 4 kWh. Po ochladení zariadenia sa popol odstráni vlhkou špongiou. Pred pyrolytickým samočistením odstráňte rošty, hrnce, plechy na pečenie.
Na výrobu dreveného uhlia
Pri spracovaní listnatého alebo ihličnatého dreva sa vytvára drevo:
- uhlie,
- ocot,
- plyny,
- živica.
V závislosti od teploty sa rozlišuje niekoľko fáz procesu. Keď vystúpi nad 280 ° C, začne silná exotermická reakcia a uvoľní sa veľa energie.V poslednej fáze (t> 500 ° C) sa z dymových plynov pri prechode zuhoľnatenými vrstvami uvoľňuje horľavý oxid uhoľnatý a vodík. Tuhým zvyškom je červené, čierne alebo biele uhlie.
Oxidačná pyrolýza
Tento typ pyrolýzy možno označiť za najekologickejší a najproduktívnejší. Používa sa na spracovanie recyklovateľných materiálov. Reakcia prebieha pri vysokých teplotách. Napríklad pri pyrolýze metánu sa zmieša s kyslíkom, čiastočným spaľovaním látky sa uvoľní energia, ktorá zahreje zvyšnú surovinu na teplotu 16 000 ° C.
Na neutralizáciu priemyselného odpadu s vysokým obsahom oleja sa používa oxidačná pyrolýza. A tiež na spracovanie plastov, gumy a iných materiálov, ktoré neumožňujú prirodzený rozklad v prírodnom prostredí.
„Oxidačná pyrolýza umožňuje spracovávať suroviny rôznych konzistencií. Vrátane materiálov v tekutom a plynnom skupenstve “.
Implementácia metódy na úrovni domácnosti
Bývanie na predmestí je čoraz populárnejšie. Nie všetci obyvatelia mesta sú však pripravení pripraviť palivové drevo a plynofikácia dedín a letných chát sa rieši pomerne pomaly.
Pyrolýzne kotly pre domácnosť sú alternatívou k tradičným metódam izolácie obytných priestorov. Dnes sa stávajú nielen zdrojom energie prakticky z odpadkov, ale sú vybavené modernou elektronikou a núteným vetraním. Kotly pre domácnosť „Pyrolýza 43“ sú jedným z najpopulárnejších modelov na trhu s podobnými výrobkami. Zariadenie má dva spaľovacie kotly, čo zaručuje dodatočné spaľovanie generujúcich pár, plynov atď. Vďaka tomu ich použitie prevláda vo všetkých ohľadoch: hospodárne, bezpečné, efektívne.
Okrem toho je palivové drevo vhodné aj na použitie tohto modelu kotla, avšak odborníci zdôrazňujú: palivo v kotloch skôr horí, ako horí, a navyše dodatočné spaľovanie - poskytujú značné úspory zdrojov.
Takmer sa nevytvára popol, čo znamená, že majitelia nebudú musieť dlho premýšľať o čistení zariadenia počas prevádzky. Posledná vec, ktorá je dôležitá pre domácich používateľov, je možnosť zvoliť si kotol vhodného dizajnu (vrátane jeho farby).
Druhy suchej pyrolýzy
Suchá pyrolýza je jednou z najžiadanejších v priemysle. S jeho pomocou sa získava palivo, rôzne chemické zlúčeniny a recyklovateľné materiály sa stávajú neškodnými. Použitím rôznych teplotných režimov pyrolýzy sa získavajú plynné, kvapalné a tuhé produkty spaľovania.
Zahriatie kotla na maximálnu teplotu 5 500 ° C sa považuje za nízkoteplotný režim. Pri takýchto teplotách k tvorbe plynov prakticky nedochádza. Práca je zameraná na výrobu polokoksov (v priemysle sa aktívne používajú ako palivo) a živíc, z ktorých sa následne vyrába umelý kaučuk.
Priebeh pyrolýzy pri teplotách od 550 do 9000 ° C sa považuje za nízkoteplotný, ale v skutočnosti vzhľadom na technické možnosti patrí do priemerného teplotného režimu. Jeho použitie sa odporúča, keď je potrebné vyrobiť pyrolýzny plyn a pevné sedimenty. V tomto prípade môže surovina obsahovať frakcie anorganického pôvodu.
Priebeh pyrolýzy pri teplotách nad 9000 ° C sa považuje za vysokoteplotnú reakciu. Prevádzka kotla na maximálnu teplotu 9000 ° C umožňuje získavať pevné materiály (koks, drevené uhlie a iné) s nízkym podielom emitovaného plynu.
Destilácia za použitia vyšších teplotných podmienok je nevyhnutná na získanie prevažne plynných látok. Praktickou výhodou vysokoteplotného režimu je, že výsledné plyny sa dajú použiť ako palivo.
„Vysokoteplotná pyrolýza nie je náročná na obsah spracovaných surovín. Pri použití režimu nízkej teploty musia byť dodržané všetky kroky prípravy vrátane sušenia a triedenia. “
Pyrolýza
PYROLÝZA (z gréčtiny.pyr - oheň, teplo a lýza - rozklad, rozklad * a. pyrolýza; n. Pyrolise; f. pyrolýza, termolýza; a. pirylisis) - rozklad látok pod vplyvom vysokých teplôt. Tento termín sa zvyčajne používa v užšom zmysle a definuje pyrolýzu ako vysokoteplotný proces hlbokej tepelnej transformácie organických zlúčenín, napríklad ropnej a plynnej suroviny pri teplote 700 - 900 ° C.
Hlavným priemyselným významom je pyrolýza ropných a plynových surovín. Používa sa tiež pyrolýza tuhých palív (drevo, uhlie a hnedé uhlie, rašelina, ropné bridlice).
Prvé pyrolýzne závody boli postavené v Rusku (v Kyjeve a Kazani) v 70. rokoch. V 19. storočí sa pyrolýza uskutočňovala hlavne na petrolej, aby sa získal plyn na osvetlenie. Neskôr sa dokázala možnosť oddelenia aromatických uhľovodíkov od živice vytvorenej počas pyrolýzy. Počas prvej svetovej vojny (1914-18) sa pyrolýza často používala v súvislosti s výrobou toluénu (surovina na výrobu silnej výbušniny, TNT).
Účelom pyrolýzy ropy je získanie uhľovodíkových plynov s vysokým obsahom nenasýtených uhľovodíkov; plynné uhľovodíky (etán, propán, bután a ich zmesi) sú tiež surovinou na pyrolýzu. Produkty pyrolýzy sú hlavne etylén, v niektorých prípadoch propylén, butylén a butadién. Užitočnými vedľajšími produktmi pyrolýzy sú živice obsahujúce mono- a polycyklické arény (benzén, toluén, xylény, naftalén, antracén atď.). Pyrolýzou etánu, propánu, benzínu a plynového oleja vzniká etylén, vodík, suchý plyn (CH4 + C2H6), ako aj frakcia C3 z propánu, benzínu a plynového oleja, frakcia O z benzínu a plynového oleja, ľahký a ťažký olej z benzínu a plynový olej. Maximálny výťažok plynu sa dosahuje pri pyrolýze plynných surovín - etánu, propánu, n-butánu. Z kvapalnej suroviny je výhodný parafínový benzín s nízkou teplotou varu. S maximálnym výťažkom sa etylén vytvára z etánu pri 1000 ° C, doba kontaktu je 0,01 s.
V priemysle je pyrolýza benzínu v rúrkových peciach veľmi rozšírená: zmes benzínu s parou sa zahreje na 840 - 850 ° C a potom sa rýchlo ochladí v „kaliacom“ prístroji, aby sa zabránilo pyrolytickému zhutňovaniu nenasýtených uhľovodíkov. Zmes pár a plynov sa oddelí od ťažkého dechtu, oddelí sa voda, plyn a ľahký olej z pyrolýzy. Po destilácii kvapalných produktov v pyrolýznej jednotke sa získajú 4 frakcie s bodom varu: do 70 ° C, 70-130 ° C (benzén-toluén), 130-190 ° C (C8-C9) a nad 190 ° C (ťažká živica). Frakcia Cs obsahuje viac ako 50% nenasýtených uhľovodíkov vrátane. cyklopentadién a izoprén. Frakcia 70 - 130 ° C sa hydrogenuje, extrahuje sa z nej benzén a toluén. Frakcia 130 - 190 ° C obsahuje xylény a etylbenzén (10 - 12% hmotnostných), styrén, indén, dicyklopentadién a ďalšie zlúčeniny. Frakcia 190 - 230 ° C sa oddestiluje z ťažkej živice, aby sa izoloval naftalén. Ťažká časť živice obsahuje živičné asfalténové zložky a používa sa ako surovina na výrobu sadzí alebo bezpopolového koksu. Výťažok kvapalných produktov pyrolýzy je (hmotnostné%): 2 - 3 z etánu, 7 - 10 z propánu, 8 - 10 z n-butánu, 12 - 15 z propán-propylénovej frakcie, 20 - 30 z benzínu, 40 - 50 z frakcie petrolejového plynového oleja. Svetová výroba pyrolýzneho etylénu na výrobu polyetylénu, etanolu, styrénu, etylénoxidu a ďalších produktov presahuje 50 miliónov ton ročne.
Pyrolýza (koksovanie, karbonizácia, odplynenie) tuhých palív (uhlie, rašelina, bridlica, drevo) sa vykonáva pri vysokých teplotách do 900 - 1050 ° C, stredných teplotách do 700 ° C a nízkych teplotách do 500 - 550 ° C. Väčšina produktov pyrolýzy sa tvorí pri teplotách (° C): uhlie 300 - 500, hnedé uhlie 250 - 450, antracit 400 - 550, rašelina a drevo 150 - 400. Produkty pyrolýzy obsahujú prchavé, kvapalné a tuhé látky: H2, CO, CO2, CH4, C2H4, H2S, NH3, H20, benzén, (NH4) 2SO4, uhoľný decht, zvyšok je koks alebo polokoks. Výťažok produktov pyrolýzy na 1 tonu uhlia je: do 300 nm3 plynu, do 10 kg surového benzénu, do 3 kg NH3 a H2S, do 120 litrov vody zo živice, do 90 litrov živice , až 700 kg char. Živica pozostáva z viac ako 400 cyklických uhľovodíkov a heteroatómových zlúčenín, ako je naftalén a jeho deriváty, antracén, fenol, pyridínové deriváty, chinolín, tionaftén atď. 230 naftalénu, 230 - 270 absorpčného oleja, 270 - 360 antracénového oleja, zvyšok smola.Pyrolýza sa používa pri geochemických štúdiách hornín ropných zdrojov na hodnotenie ich generačného potenciálu.
Pyrolýza pevného odpadu
Ekologické spracovanie odpadu je jednou z kľúčových oblastí využívania pyrolýzy. Tieto jednotky môžu významne znížiť negatívny vplyv antropogénneho faktora na životné prostredie.
V procese pyrolýzy sa bioaktívne látky rozkladajú, ťažké kovy sa neroztavujú. Po tepelnom rozklade v pyrolýznych kotloch prakticky nedochádza k nežiaducemu odpadu, čo umožňuje výrazne zmenšiť plochu na ich ďalšie skladovanie.
Takže napríklad spálením 1 tony pneumatík znečisťujeme atmosféru 300 kg sadzí. Okrem toho sa do ovzdušia uvoľní asi 500 kg toxických látok. Recyklácia rovnakého materiálu v zariadeniach na pyrolýzu umožňuje použitie gumy na energetické účely, získanie recyklovateľných materiálov na ďalšiu výrobu a výrazné zníženie škodlivých emisií.
Je možné znížiť škodlivý účinok na životné prostredie vďaka viacstupňovému systému spracovania. V procese pyrolýzy odpad prechádza štyrmi stupňami zneškodňovania:
- počiatočné sušenie;
- praskanie;
- dodatočné spaľovanie zvyškov po spracovaní v atmosfére;
- čistenie získaných plynných látok v špeciálnych absorbéroch.
Závody na pyrolýzu umožňujú spracovanie odpadu:
- drevospracujúce podniky;
- farmaceutický priemysel;
- automobilový priemysel;
- elektrotechnika.
Metóda pyrolýzy úspešne pracuje s polymérmi, odpadovými vodami a domovým odpadom. Neguje vplyv na povahu ropných produktov. Skvelé na likvidáciu organického odpadu.
Jedinou nevýhodou pyrolýznych jednotiek je spracovanie surovín obsahujúcich chlór, síru, fosfor a ďalšie toxické chemikálie. Produkty rozpadu týchto prvkov pod vplyvom teploty sa môžu kombinovať s inými látkami a vytvárať toxické zliatiny.
Potreba zariadení na pyrolýzu
Hlavným problémom zneškodňovania odpadkov a iného pevného odpadu diskutovanou metódou je nájsť efektívny a lacný spôsob zachytávania pár, ktoré sa vyskytujú pri spaľovaní. Pri horení sa uvoľňuje chlór, fosfor, síra. Niektoré jednotlivé spaľovne sa navyše vyznačujú prítomnosťou reakcie interakcie chlóru s inými produktmi spaľovania, v dôsledku ktorej môžu vznikať jednoducho jedovaté zlúčeniny.
Moderné inštalácie riešia množstvo opísaných ťažkostí. Napríklad obmedzená dostupnosť kyslíka znižuje pravdepodobnosť tvorby toxínov: furán, benzopyrén, iné.
Možnosť vytvorenia cyklických komplexov na spracovanie odpadu vedie k takmer bezodpadovej výrobe. Dosahuje sa maximálna úspora energetických zdrojov. Výsledná troska sa navyše používa na opravy ciest, čo ďalej zvyšuje ekonomickú hodnotu spracovania.
Rozsah možných umiestnení tovární sa rozširuje (dokonca aj na území miest). Pretože v ideálnom prípade by nemali dochádzať k emisiám do životného prostredia: absencia plynných toxických výparov, vylúčenie tvorby priemyselných odpadových vôd (všetko sa zhromažďuje a cyklicky recykluje).
Posledná výhoda, všetky vyššie uvedené možnosti sa vykonávajú na pomerne kompaktnom zariadení, bez obrovských potrubí, vysokých zastrašujúcich budov. Je celkom možné organizovať produkciu sekundárneho odpadu v malom hangári.
Video - pyrolýzne na likvidáciu odpadu:
Pyrolýza dreva
Tento postup sa nazýva aj praskanie dreva a pochádza z Ruska. Prototyp modernej jednotky vymysleli naše spaľovače dreveného uhlia od nepamäti. Aby získali drevené uhlie bez prístupu vzduchu, zapálili drevo pod zemou.
Dnes je tento proces oveľa dokonalejší a prebieha v niekoľkých fázach.Praskanie začína pri zahriatí na 2 000 ° C. V tomto štádiu sa uvoľňuje veľké množstvo oxidu uhoľnatého. Ak ho budete naďalej spaľovať v atmosfére, budete môcť získať obrovské množstvo energie.
Potom sa kotol zahreje na 5 000 ° C. V tomto teplotnom režime sa získa metanol, živice, acetón a kyselina octová. Produkuje tiež tvrdý uhlík, známejší ako drevené uhlie.
