Piroliza
Piroliza (gr. pyr dopełniacz pyros, ogień, i lysis, rozpad), sucha destylacja, destylacja rozkładowa – proces degradacji zachodzący pod wpływem wysokiej temperatury[1] i prowadzony bez tlenu i innych celowo dodawanych reagentów[2]. Podobnym procesem jest przebiegające w niższej temperaturze wytlewanie.
Piroliza jako proces chemiczny
edytujPiroliza jest rodzajem termolizy często obserwowanym w przypadku ogrzewania materiałów organicznych. Mechanizm przemian chemicznych zachodzących w trakcie pirolizy jest często bardzo złożony, a ze względu na zmienność składu surowców poddawanych pirolizie trudno jest je dokładnie zbadać (przykładem może być opis prac badawczych nad pirolizą biomasy[3]).
W wyniku tego procesu mogą powstać produkty gazowe (przykładem jest stosowany w przemyśle proces pirolizy 1,2-dichloroetanu do chlorku winylu[4]), jednak w znacznej części przypadków proces przebiega z utworzeniem stałej pozostałości. W takich wypadkach etapem inicjującym jest zwykle eliminacja produktu niskocząsteczkowego (najczęściej wody lub wodoru), której konsekwencją jest zwiększenie stopnia usieciowania materiału[5]. Niekiedy pozostałość po pirolizie może być prostym z chemicznego punktu widzenia, ale tworzącym sieć przestrzenną, materiałem o interesujących własnościach (przykładem jest włókno węglowe).
Piroliza w technologii chemicznej
edytujW technologii chemicznej terminu tego najczęściej używa się do procesów prowadzonych bez kontaktu z tlenem i innymi czynnikami utleniającymi (w przeciwnym razie proces taki nazywamy półspalaniem), pod umiarkowanym ciśnieniem – do 0,2 MPa (procesy prowadzone pod wyższym ciśnieniem nazywane są krakingiem termicznym[6]) oraz bez udziału katalizatora (proces prowadzony z udziałem katalizatora nazywamy krakingiem katalitycznym[7]). Pirolizę wykorzystuje się w przemyśle głównie w celu uzyskania lekkich węglowodorów nienasyconych z parafin znajdujących się w gazowych lub ciekłych produktach naftowych[1] – procesy pirolizy służące temu celowi nazywane są ogólnie pirolizą olefinową[7]. Do procesów pirolizy zalicza się także proces rozkładu termicznego drewna[1], koksu oraz wiele innych omówionych w kolejnych sekcjach.
Piroliza olefinowa
edytujW zależności od sposobu doprowadzenia ciepła procesy pirolizy olefinowej dzieli się na dwa typy:
- procesy z bezpośrednim doprowadzeniem ciepła za pomocą gazowych lub stałych nośników – obecnie rzadko stosowane, ale nadal badane i udoskonalane, gdyż stwarzają szansę zmniejszenia jednostkowego zużycia surowca (na tonę etylenu)
- procesy z pośrednim doprowadzeniem ciepła – realizowane w piecach rurowych w temperaturze od 780 do 900 °C, dominujące w przemyśle światowym.
Parametrami wpływającymi na przebieg pirolizy węglowodorów są (w kolejności od najważniejszego): rodzaj surowca, czas przebywania surowca w wybranej temperaturze pirolizy, temperatury prowadzenia procesu oraz ciśnienia cząstkowego węglowodorów. W zależności od doboru tych parametrów skład głównych produktów pirolizy olefinowej najczęściej mieści się w następującym zakresie (procentowy udział masowy): eten (26,5–53), olefiny C5+ (1,11–34,55), metan (niepożądany produkt uboczny, 3,82–25,3), propen (0,89–14) oraz olefiny C4 (1,59–8,8)[7].
Piroliza drewna
edytujPiroliza drewna (sucha destylacja drewna, rozkład termiczny drewna, wytlewanie drewna)[8] jest procesem termicznym polegającym na rozkładzie drewna bez dostępu powietrza, w retortach ogrzewanych z zewnątrz do temperatury 500 °C.
Produkty rozkładu:
- węgiel drzewny: 32–38%
- gaz drzewny: 14–15%
- ocet drzewny: w sumie około 40%, w tym 10% kwasu octowego i 2–4% metanolu
- prasmoła: 10%
Pozostałe zastosowania procesu pirolizy w przemyśle
edytujPonadto piroliza jest w przemyśle stosowana między innymi do:
- produkcji koksu z węgla kamiennego
- odzyskiwania monomerów z polimerów w ramach recyklingu[2]
- produkcji acetylenu z metanu, etanu lub benzyny[6]
- utylizacji odpadów przemysłowych lub komunalnych (proces proponowany)[9][10]
- otrzymywania węgla drzewnego (jako jeden z etapów)
- produkcji materiałów ceramicznych
- produkcji kompozytów o osnowie ceramicznej lub węglowej wzmacnianych włóknami[11]
- produkcji materiałów szczególnie odpornych termicznie (np. opartych na ZrO2[12]).
Przypisy
edytuj- ↑ a b c J. Iwańska, Martin M., Romkowska E., Siemeniuk B.: Leksykon naukowo-techniczny. Warszawa: WNT, 2001, s. 715. ISBN 83-204-2571-9.
- ↑ a b Cory A. Kramer i in.: Time Resolved Measurements of Pyrolysis Products From Thermoplastic Poly-Methyl-Methacrylate (PMMA). W: ASME 2009 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. T. 3: Combustion Science and Engineering. Lake Buena Vista, Florida, USA: ASME, 2009, s. 99–105. DOI: 10.1115/IMECE2009-11256. ISBN 978-0-7918-4376-5. [dostęp 2015-05-06].
- ↑ R.J.M. Westerhof: Refining fast pyrolysis of biomass. Ph.D. Thesis. Enschede, The Netherlands: University of Twente, 2011. ISBN 978-94-6191-124-7. [dostęp 2015-05-06].
- ↑ W. Zychlinski, J. Fischmann. Vinylchloride from 1,2-dichloroethane - annotations to the present state of knowledge. „Chemishe Technik”. 42 (8), s. 321–324, 1990. DVG. ISSN 0045-6519. (ang.).
- ↑ C. Roderig, A. Basch. Crosslinking and pyrolytic behavior of natural and man-made cellulosic fiber. „J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed.”. 15, s. 1921–1932, 1975. (ang.).
- ↑ a b Procesy termiczne w przeróbce ropy naftowej. W: E. Grzywa, J. Molenda: Technologia podstawowych syntez chemicznych. T. 1. Warszawa: WNT, 2008, s. 160–178. ISBN 978-83-204-3374-6.
- ↑ a b c Przemysłowe procesy pirolizy olefinowej. W: E. Grzywa, J. Molenda: Technologia podstawowych syntez chemicznych. T. 1. Warszawa: WNT, 2008, s. 178–227. ISBN 978-83-204-3374-6.
- ↑ J. Iwańska, Martin M., Romkowska E., Siemeniuk B.: Leksykon naukowo-techniczny. Warszawa: WNT, 2001, s. 898. ISBN 83-204-2571-9.
- ↑ Cynar Plastics to Diesel. Ricardo-AEA Ltd, 2013-07-02. [dostęp 2015-05-06]. [zarchiwizowane z tego adresu (2015-03-26)]. (ang.).
- ↑ N.J. Themelis, M.J. Castaldi: ENERGY AND ECONOMIC VALUE OF NONRECYCLED PLASTICS (NRP) AND MUNICIPAL SOLID WASTES (MSW) THAT ARE CURRENTLY LANDFILLED IN THE FIFTY STATES. Columbia Univeristy, 2011-08-16. [dostęp 2015-05-06]. (ang.).
- ↑ Dlaczego nie warto robić benzyny z odpadów. Piroliza tworzyw sztucznych - prawdy i mity [online], e-gospodarkaodpadami.pl [dostęp 2023-01-27] (pol.).
- ↑ Y. L. Song, S. C. Tsai, C. Y. Chen, T. K. Tseng i inni. Ultrasonic Spray Pyrolysis for Synthesis of Spherical Zirconia Particles. „Journal of the American Ceramic Society”. 87 (10), s. 1864–1871, 2005. DOI: 10.1111/j.1151-2916.2004.tb06332.x. (ang.).