Mis on pürolüüs? Mis on selle tähtsus kaasaegsele keemiatööstusele? Uurime seda probleemi koos.
Süsivesinike pürolüüsi kohta
Mis on pürolüüs? Selle protsessi määratlus hõlmab orgaanilise ühendi termilist lagunemist ilma hapnikuta. Naftatooted, kivisüsi, puit puutuvad kokku sellise lagunemisega. Pärast protsessi lõppu moodustub sünteesgaas ja ka muud lõppproduktid.
Protsessi funktsioonid
Pürolüüsi reaktsioon viiakse läbi temperatuuril 800–900 kraadi. Just seda protsessi peetakse etüleeni moodustumise peamiseks võimaluseks. See küllastumata süsivesinik on oluline lähteaine erinevate orgaaniliste ühendite tootmisel: benseen, divinüül, propüleen.
Puidu pürolüüs
Vaieldes selle üle, mis on pürolüüs, märgime, et esimest korda patenteeris selle nafta ja gaasi tooraine töötlemise keemilise tehnoloogia A. A. Letny 1877. aastal. Mis on puidu pürolüüs? See reaktsioon viiakse läbi temperatuuril umbes 500 kraadi. Seda seostatakse selliste oluliste keemilise tootmise komponentide moodustumisega nagu äädikhape, süsi, vaik,atsetoon. Arvestades, et meie riik on metsade "sahver", töötavad Venemaal suured tehased puidu pürolüüsiks.
Prügikasti pürolüüs
Jäätmete pürolüüs on olmejäätmete hävitamisega seotud eriprojekt. Plastide, rehvide ja erinevate orgaaniliste jäätmete pürolüüsi keerukus tuleneb asjaolust, et eeldatakse teistsugust tehnoloogiat, mis erineb oluliselt muude tahkete materjalide töötlemise protsessist.
Paljud jäätmed sisaldavad väävlit, kloori, fosforit, mis pärast oksüdeerumist (oksiidide moodustumist) omandavad lenduvuse omadused. Pürolüüsitooted kujutavad endast ohtu keskkonnale.
Kui kloor interakteerub orgaaniliste ainetega, mis moodustuvad pärast lagunemisprotsessi lõppu, eralduvad tugevad mürgised ühendid, nagu dioksiinid. Selliste toodete eraldamiseks suitsust on vaja spetsiaalset pürolüüsiseadet. Sellise protseduuriga kaasnevad märkimisväärsed materjalikulud.
Euroopa riikide jaoks on vanade autorehvide ja kasutusea läbinud kummidetailide taaskasutamise probleem keskkonnasõbralik. Kuna looduslik naftatooraine on asendamatu mineraalide liik, on vaja maksimaalselt kasutada sekundaarseid ressursse.
Majapidamis- ja ehitusjäätmetest võite saada tohutul hulgal erinevaid orgaanilise ja anorgaanilise koostisega aineid, mistõttu on nii oluline neid arendadasee tööstusharu.
Polümeerid ja autorehvid on suurepärased väärtuslikud toorained. Pärast selle töötlemist madala temperatuuriga pürolüüsiga on võimalik saada küllastunud süsivesinike (sünteetiline õli), põlevgaasi, süsinikujäägi ja metallnööri vedelaid fraktsioone. Tonni kummirehvide põletamisel paiskub atmosfääri umbes 270 kg tahma, samuti umbes 450 kg mürgiseid gaasilisi aineid.
Syngas
See on vesiniku ja süsinikmonooksiidi segu (2). Tööstuslikes kogustes saadakse seda metaani aurureformimisel, söe gaasistamisel, metaani oksüdeerimisel ja orgaaniliste jäätmete töötlemisel. Sõltuv alt sünteesgaasi tootmiseks kasutatavast tehnoloogiast võib süsinikmonooksiidi ja vesiniku suhe selles varieeruda vahemikus 1:1 kuni 1:3.
Selle tooraine peamiste kasutusvaldkondade hulgas on eriline koht metanooli tootmisel, aga ka Fischeri-Tropschi sünteesil. Seda mõistetakse kui keemilist reaktsiooni, mis toimub katalüsaatori juuresolekul. See seisneb süsinikmonooksiidi ja vesiniku muundamises mitmesugusteks vedelateks süsivesinikeks. Põhimõtteliselt valitakse selle interaktsiooni katalüsaatoriteks (kiirenditeks) koob alt ja raud.
Selle protsessi eripära on võimalus toota sünteetilisi materjale, mida kasutatakse sünteetilise määrdeõli või kütusena.
Konkreetsete andmete saamine
Milline näeb välja reaktsiooni keemia? Proovime välja selgitada, mis see on. Pürolüüsi määratlust käsitleti eespool, nüüd peatume keemilise protsessi omadustel. Fischer-Tropschi meetod hõlmab metaani koostoimet hapnikuga. Reaktsiooniproduktid on süsinikmonooksiid ja vesinik. Reaktsiooni tulemusena saame paljude alkaanide süsivesinikke ja veeauru. Pärast puhastamist saadud süsivesinikprodukte kasutatakse sünteetilise õli valmistamiseks.
Pürolüüsi tähendus
Süsinikmonooksiid ja gaas vesinik tekivad puitkütuse ja kivisöe osalisel oksüdatsioonil. Sellise protsessi tähtsus seisneb vesiniku või vedelate süsivesinike moodustumisel tahkest toorainest (süsivesinike jäätmed või kivisüsi).
Tahkete jäätmete mitteoksüdatiivse pürolüüsi käigus toodetakse praegu keemiatööstuses sünteesgaasi. Osa sellest kasutatakse ka autokütusena, ilma Fischeri-Tropschi reaktsiooniga edasise töötlemiseta. Kui on vaja kasutada parafiinide ja määrdeainetega sarnaseid vedelkütuseid, kasutatakse lihtsustatud keemiatehnoloogiat.
Kui on vaja suurendada toodetava vesiniku hulka, muutes veeauru mahtu, nihutatakse selles võrrandis keemilist tasakaalu. Sel juhul moodustuvad pärast interaktsiooni lõppemist vesinik ja süsinikdioksiid.
Tehnoloogia täiustamine
Pärast Saksa teadlaste Hans Tropschi ja Franz Fischeri 1920. aastal tehtud avastust on tehnoloogiat korduv alt moderniseeritud ja täiustatud. Järk-järgult kogusPürolüüsi teel tekkinud sünteetiline kütus jõudis Saksamaal 124 000 barrelini päevas. Selline näitaja eksisteeris 1944. aastal.
Moodsus
Tänapäeval on kaks suurt ettevõtet, kes kasutavad oma tehnoloogias Fischer-Tropschi protsessi. Suurem osa Lõuna-Aafrika diislikütusest toodetakse pürolüüsi teel, millele järgneb moodustuvate saaduste oksüdeerimine.
See keemiline tehnoloogia pälvis erilist tähelepanu pärast seda, kui teadlased hakkasid otsima viise madala väävlisisaldusega diislikütuse ainete tootmiseks, mis võiksid põhjustada minimaalset keskkonnakahju. Näiteks valivad Ameerika ettevõtted praegu lähteaineks koksi või kivisütt, tootes kvaliteetseid vedelaid süsivesinikke.
Hoolimata tõsiasjast, et pürolüüsiprotsess on väljakujunenud tehnoloogia, mida saab kasutada laialdaselt, on see seotud üsna kõrgete materjalikuludega tehase remondiks ja käitamiseks. Paljude tootjate jaoks on see hoiatav mõju, sest nafta maailmaturul on hinnad langemas.
Järeldus
Maailma söevarud on üsna suured. Neid saab kasutada kütuseallikana nafta olulise ammendumise tõttu. Nafta- ja gaasitööstusega seotud analüütikud on veendunud, et just pürolüüsi abil saab toota kvaliteetseid süsivesinikke. Nad märgivad, et saadud kütusel pole mitte ainult naftakütusega võrreldes kõrgem keskkonnamõju, vaid see on ka tarbijatele üsna vastuvõetav.hinnaklassi järgi. Fischeri-Tropschi sünteesi ja biomassi gaasistamise kombinatsiooni puhul võime rääkida paljutõotavast viisist autokütuse taastuvversiooni tootmiseks.
Söe pürolüüsi teel saadud sünteetiline lähteaine on konkurentsivõimeline ainult siis, kui nafta hind on üle 40 dollari barreli kohta. Sellise süsivesinike segu tootmine nõuab investeeringuid seitsme kuni üheksa miljardi dollari ulatuses kaheksakümne tuhande barreli sünteetilise kütuse kohta. Keskkonnakaitsjad peavad pürolüüsiprotsessiga seotud tehnoloogiaid üheks keskkonnasõbralikumaks. Seetõttu on paljud arenenud riigid viimastel aastatel pööranud suurt tähelepanu süsivesinikkütuste tootmise uute meetodite väljatöötamisele, mis võimaldaks neil traditsioonilisest naftatoormest eemalduda. Tänu uuendustele ja tehnoloogilise ahela täiustamisele on pürolüüsiprotsess muutunud palju odavamaks ja kvaliteetsete vedelate süsivesinike saamiseks kättesaadavamaks. Haritud tooteid ei kasutata mitte ainult kütusena, vaid ka mitmesuguste orgaaniliste ainete loomiseks.
