Що таке піроліз? Яке значення він має для сучасної хімічної промисловості? Будемо разом розбиратися в цьому питанні.

Про піролізі вуглеводнів

Отже, що таке піроліз? Визначення даного процесу передбачає термічне розкладання органічного з'єднання без наявності кисню. Піддаються такому розпаду нафтопродукти, вугілля, деревина. Після завершення процесу утворюється синтез-газ, а також інші кінцеві продукти.

Особливості процесу

Реакція піролізу здійснюється при температурі від 800 до 900 градусів. Саме цей процес вважають основним варіантом утворення етилену. Даний непредельний вуглеводень є важливою вихідною сировиною для одержання різноманітних органічних сполук: бензолу, дивінілу, пропілену.

Піроліз деревини

Розмірковуючи над тим, що таке піроліз, зазначимо, що вперше ця хімічна технологія переробки нафтогазової сировини була запатентована А. А. Річним у 1877 році. Що таке піроліз деревини? Ця реакція здійснюється при температурі близько 500 градусів. Вона пов'язана з утворенням таких важливих компонентів хімічного виробництва, як оцтова кислота, деревне вугілля, смолу, ацетон. Враховуючи, що наша країна є «комори» лісів, у Росії функціонують великі комбінати по проведенню процесу піролізу деревини.

Піроліз сміття

Піроліз відходів є спеціальним проектом, пов'язаним із знищенням побутового сміття. Складність проведення піролізу пластмас, шин, різноманітних органічних відходів пов'язана з тим, що передбачається інша технологія, суттєво відрізняється від процесу переробки інших твердих матеріалів.


У складі багатьох відходів є сірка, хлор, фосфор, які після окислення (утворення оксидів) набувають властивості летючості. Продукти піролізу становлять загрозу для навколишнього середовища. При взаємодії хлору з органічними речовинами, що утворюються після завершення процесу розкладання, відбувається викид міцних отруйних сполук, таких як діоксини. Для того щоб вловлювати подібні продукти з виділяється диму, необхідна спеціальна установка піролізу. Подібна процедура передбачає суттєві матеріальні витрати. Для європейських країн велике екологічне значення має проблема утилізації старих автомобільних шин, гумових деталей, які відпрацювали свій експлуатаційний термін. У зв'язку з тим, що природне нафтову сировину є непоправною видом корисних копалин, необхідно застосовувати у максимальному обсязі вторинні ресурси. З побутового і будівельного сміття можна отримувати величезну кількість різноманітних речовин органічного і неорганічного складу, тому так важливо розвивати дане промислове напрямок. Полімери і автомобільні шини є відмінним цінною сировиною. Після його переробки шляхом низькотемпературного піролізу можна отримувати рідкі фракції насичених вуглеводнів (синтетичну нафту), горючий газ, вуглецевий залишок, а також металевий корд. При спалюванні тонни гумових шин відбувається виділення в атмосферу близько 270 кг сажі, а також близько 450 кг токсичних газоподібних речовин.

Синтез-газ

Це суміш водню і оксиду вуглецю (2). У промислових обсяги її отримують при проведенні парової конверсії метану, газифікації вугілля, окисленні метану, переробки органічних відходів. Залежно від того, за якою технологією отримують синтез-газ, співвідношення в ньому чадного газу і водню може варіюватися в діапазоні від 1:1 до 1:3. Серед основних областей застосування даної сировини особливе місце займає виготовлення метанолу, а також синтез Фішера-Тропша. Під ним розуміють хімічну реакцію, яка відбувається при наявності каталізатора. Вона полягає в перетворенні чадного газу і водню в різноманітні рідкі вуглеводні. В основному в якості каталізаторів (прискорювачів) цієї взаємодії вибирають кобальт та залізо. Специфічність цього процесу в можливості виробництва синтетичних матеріалів для застосування їх у вигляді мастильного синтетичного масла або палива.

Специфіка отримання

Як виглядає хімізм реакції? Спробуємо з'ясувати, що це. Визначення піролізу було розглянуто вище, тепер зупинимося на особливостях хімічного процесу. Спосіб Фішера-Тропша передбачає взаємодія метану з киснем. Продуктами взаємодії є чадний газ і водень. В результаті реакції отримуємо вуглеводні ряду алканів і водяна пара. Саме утворюються вуглеводні продукти після очищення використовують для створення синтетичної нафти.

Значення піролізу

Чадний газ і газоподібний водень утворюються при частковому окисленні деревного палива і кам'яного вугілля. Значимість такого процесу полягає в утворенні з твердої сировини (вуглеводневих відходів або вугілля) водню або рідких вуглеводнів. При неокислительном піролізі твердих відходів в даний час в хімічній промисловості виробляють синтез-газ. Деяке його кількість застосовують і у вигляді автомобільного палива, не піддаючи подальшої переробки по реакції Фішера-Тропша. При необхідності використання рідкого палива аналогічного парафинам і змащення застосовується спрощена хімічна технологія.
Якщо потрібно збільшити кількість виробленого водню, з допомогою зміни обсягу водяної пари зміщують в даному рівнянні хімічна рівновага. У такому випадку після завершення взаємодії утворюється водень і вуглекислий газ.

Удосконалення технології

Після відкриття, зробленого в 1920 році німецькими дослідниками Гансом Тропшом і Францем Фішером, технологія неодноразово модернізувалася, удосконалювалася. Поступово кількість синтетичного палива, створеного шляхом піролізу, досягла в Німеччині 124 тисяч барелів за добу. Такий показник існував у 1944 році.

Сучасність

У наш час існують дві великі компанії, які застосовують у своїй технології процес Фішера-Тропша. Велика частина дизельного палива ПАР виробляється шляхом піролізу, подальшого окислення утворюють продуктів. Особливу увагу ця хімічна технологія набула після того, як вчені почали шукати способи отримання дизельних малосірчистих речовин, здатних завдавати мінімальної шкоди навколишньому середовищу. Наприклад, американські компанії в даний час в якості вихідної сировини вибирають кокс або вугілля, отримуючи рідкі вуглеводні високої якості. Незважаючи на те що процес піролізу є відпрацьованою технологією, яку можна використовувати у великих масштабах, він пов'язаний з досить високими матеріальними витратами на ремонт і експлуатацію установки. Для багатьох виробників це є стримуючим фактором, адже спостерігається тенденція зниження світових цін на нафту.

Висновок

Світові запаси кам'яного вугілля досить великі. Вони можуть бути використані у вигляді джерела палива у зв'язку з істотним виснаженням нафти. Аналітики, що займаються нафтогазовою галуззю, переконані, що саме шляхом піролізу можна виробляти якісні вуглеводні. Вони відзначають, що отримується паливо не тільки має більш високі екологічні показники порівняно з нафтовим паливом, але і цілком прийнятно для споживачів з цінового діапазону. У разі поєднання синтезу Фішера-Тропша та газифікації біомаси можна вести мову про перспективний спосіб виготовлення поновлюваного варіанти автомобільного палива. Синтетичне сировину, одержуване шляхом піролізу вугілля, є конкурентоспроможним тільки при вартості нафти більше 40 доларів за барель. Для виробництва такої суміші вуглеводнів необхідні інвестиції в діапазоні від семи до дев'яти мільярдів доларів за вісімдесят тисяч барелів синтетичного палива. Технології, пов'язані з процесом піролізу, визнані у екологів одними з найбільш безпечних для навколишнього середовища. Саме тому останнім часом багато розвинені країни приділяють велику увагу розробці нових способів отримання вуглеводневого палива, яке б дозволило їм відійти від традиційного нафтової сировини. Завдяки інноваціям і вдосконалення технологічного ланцюжка процес піролізу став істотно дешевше і доступніше для отримання якісних рідких вуглеводнів. Утворені продукти застосовують не тільки як паливо, але і для створення різноманітних органічних речовин.