Пиролиз



Материал из ТеплоВики - энциклопедия отоплении

Перейти к: навигация, поиск
Технологическая схема пиролиза

Пиролиз (от греч. pýr - огонь, жар и lýsis - разложение, распад) — превращение органических соединений в результате деструкции их под действием высокой температуры. Обычно термин используют в более узком смысле и определяют пиролиз как высокотемпературный процесс глубокого термического превращения нефтяного и газового сырья, заключающийся в деструкции молекул исходных веществ, их изомеризации и др. изменениях. Пиролиз - один из важнейших промышленных методов получения сырья для нефтехимического синтеза. Целевой продукт пиролиза - газ, богатый непредельными углеводородами: этиленом, пропиленом, бутадиеном. На основе этих углеводородов получают полимеры для производства пластических масс, синтетических волокон, синтетических каучуков и др. важнейших продуктов.

Пиролиз древесины (сухая перегонка древесины) — разложение древесины при нагревании до 450°C без доступа воздуха с образованием газообразных и жидких (в том числе древесной смолы) продуктов, а также твердого остатка – древесного угля.

Содержание

Краткая история

Сухая перегонка древесины - один из первых процессов химической технологии. Начиная с 12 века ее широко использовали в России для выработки сосновой смолы (служит для просмолки деревянных судов и пропитки канатов); этот промысел носил название смолокурение. С развитием металлургии возник другой промысел, также основанный на сухой перегонке древесины, - углежжение с получением древесного угля. Начало промышленного применения пиролиза древесины относится к 19 веку; сырьем являлась только древесина лиственных пород, главным продуктом - уксусная кислота.

Первые заводы пиролиза были построены в России (в Киеве и Казани) в 70-х гг. 19 в. Пиролизу подвергали преимущественно керосин с целью получения газа для освещения. Позднее была доказана возможность выделения из смолы, образующейся при пиролизе, ароматических углеводородов. Пиролиз получил широкое развитие во время 1-й мировой войны 1914-18, когда возникла большая потребность в толуоле - сырье для производства тротила (тринитротолуола).

Суть процесса

Принципиальная схема пиролиза бензиновых фракций

Сырьё (например, бензин) проходит через паровой подогреватель, смешивается перед поступлением в печь с перегретым водяным паром и подвергается в печи дальнейшему нагреванию и пиролитическому разложению. Конечная температура реакции (на выходе из печи) составляет 750-850 °С. Высокие температуры, короткое время пребывания сырья в зоне реакции и разбавление сырья водяным паром способствуют преимущественному расщеплению с образованием значительного количества газа. Наряду с газом образуется и побочный жидкий продукт пиролиза - смола. Выход смолы для газового сырья в среднем 5%, для бензинов - около 20% (по массе). Для прекращения реакций пиролиза парогазовая смесь, выходящая из печи, подвергается быстрому охлаждению в смесителе - так называемом закалочном аппарате (путём прямого контакта с водяным конденсатом, который при этом испаряется). Дальнейшее охлаждение проходит в котле-утилизаторе, где вырабатывается пар высокого давления. Частично охлажденная парогазовая смесь после котла-утилизатора проходит масляную промывку для удаления частиц сажи и кокса и из неё выделяется тяжёлая часть смолы. Облегчённая парогазовая смесь подвергается дальнейшему охлаждению с последующим отделением водного и лёгкого углеводородного конденсата от собственно газов пиролиза, которые направляются на газофракционирующую установку для выделения этилена и пропилена.

Пиролиз древесины

Для осуществления процесса в настоящее время обычно применяют древесину лиственных пород (например, березы), реже (главным образом при комплексной переработке сырья) - древесину хвойных пород. При пиролизе древесины березы (влажность 10-15%) получают 24-25% древесного угля, 50-55% жидких (так называемая жижка) и 22-23% газообразных продуктов. Чем больше размер кусков древесины, взятой для пиролиза, тем крупнее твердый остаток, хотя в результате неравномерной усадки сырья и бурного выделения летучих продуктов происходит растрескивание обугливающегося материала и образуется до 20% мелкого угля с размером частиц менее 12 мм. Полученный древесный уголь после сортировки по размеру кусков направляют непосредственно потребителю или на переработку.

В основе пиролиза древесины лежат свободнорадикальные реакции термодеструкции гемицеллюлоз, целлюлозы и лигнина, протекающие соотв. при 200-260, 240-350 и 250-400°C; соотношение констант скоростей при 320°C составляет 10:1:0,25. Кинетические характеристики пиролиза древесины и ее компонентов, найденные разными авторами, заметно различаются. Реакции распада древесины, гемицеллюлоз, целлюлозы и лигнина имеют первый порядок, а энергии активации этих реакций изменяются в значительных пределах; для упомянутых компонентов древесины соотв. 70-80, 135-210 и 55-110 кДж/моль. Константа скорости пиролиза древесины выше, чем у целлюлозы, и, например, при 350°C для различных пород находится в диапазоне (2,8-8,3)∙10-3с-1. Пиролиз древесины - экзотермический процесс, при котором выделяется большое количество теплоты (1150кДж/кг).

Химические добавки (в расчете на сухую древесину) уменьшают энергии активации реакций пиролиза древесины и ее компонентов, снижают температуру начала их разложения и могут направлять процесс в сторону преимущественного образования какого-либо продукта. Так, при пропитке древесины березы одновременно H2SO4 (2%-ной) и H2O2 (0,1%-ной) температура начала разложения снижается с 250 до 120°C, скорость термодеструкции увеличивается более чем в 10 раз, энергия активации уменьшается примерно со 160 до 40 кДж/моль, выход древесного угля возрастает на 35%. В присутствии минеральных кислот, Fe2(SO4)3. Al2(SO4)3, NaHSO4 и других при 220°C (предпиролиз) преимущественно образуется фурфурол с выходом до 8-10%; те же реагенты, а также MnCl2, йодноватая и хлоруксусная кислоты при 320°C способствуют образованию левоглюкозана с выходом до 10-12%. Повышение выхода древесной смолы достигается в присутствии щелочей и аммиака, а древесного угля - при пропитке древесины антипиренами.

Пиролиз нефти

Пиролиз нефти и др. наиболее тяжёлых видов сырья сопровождается значительными отложениями кокса и нуждается в специальном аппаратурном оформлении. Разработаны модификации пиролиза с использованием циркулирующего теплоносителя. Это позволяет интенсифицировать процесс, сжигая образующийся кокс внутри системы (если применяется твёрдый теплоноситель - кварцевый песок, нефтяной кокс), либо значительно снизить коксоотложение (при газовом теплоносителе, например водяном паре). С целью улучшения технико-экономических показателей пиролиза разрабатывается технология каталитических процессов. Осуществление пиролиза газообразного сырья при температурах около 1200°С способствует более глубокому превращению сырья: основным продуктом пиролиза является в этом случае ацетилен (сырьё для производства хлоропренового каучука, ацетальдегида и др.).

Принципиальная технологическая схема пиролиза древесины

Наиболее продолжительная и энергоемкая стадия - сушка древесины с влажностью 45% до влажности 15%.

Техника пиролиза древесины разнообразна, но большинство применяемых в мировой практике печей и реторт устарело и не отвечает современным требованиям. Наиболее совершенна технология пиролиза древесины - с использованием непрерывно действующего оборудования - шахтных сушил и стальных вертикальных реторт. В последние порциями загружают древесину сверху, а уголь выводят снизу.

Литература

Ссылки

Источники

Личные инструменты

Уважаемые участники проекта ТеплоВики!

Из соображений безопасности изменена система регистрации новых пользователей. Теперь, во время регистрации, вам нужно будет заполнить данную форму (все поля обязательны для заполнения) и подать запрос на регистрацию. Администрация сайта проверит вашу заявку и вам на e-mail придет письмо с подтверждением регистрации и данными для входа. При первом входе временный пароль рекомендуется изменить.

С уважением, администрация ТеплоВики!

Ваше реальное имя: *
Желаемый логин в системе: *
Номер телефона для связи: *
Ваш email: *

Ваши данные успешно отправлены администрации ТеплоВики. После проверки ваших данных, Вы будете зарегистрированы и получите письмо с временным паролем для входа.

Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Инструкции
Инструменты
Печать/экспорт

Реклама