Piroliza (din altă greacă πῦρ „ foc , căldură” + λύσις „descompunere, descompunere”) - descompunerea termică a compușilor organici și a multor compuși anorganici .
În sens restrâns - descompunerea compușilor organici naturali cu o lipsă de oxigen ( lemn , produse petroliere etc.). Piroliza poate fi definită ca termoliza la temperatură înaltă (750-800 °C) a hidrocarburilor , efectuată la presiune joasă și de scurtă durată [1] .
În sens larg, piroliza este înțeleasă ca termoliza la temperatură înaltă a compușilor organici [2] .
În sensul cel mai larg, descompunerea oricăror compuși în molecule constitutive mai puțin grele sau elemente chimice sub influența temperaturii ridicate [3] . Deci, de exemplu, telurura de hidrogen se descompune în hidrogen și telur deja la o temperatură de aproximativ 0 °C.
Procesul de piroliză termică a materiilor prime de hidrocarburi (ulei și fracțiunile acestuia) este principala metodă de obținere a hidrocarburilor nesaturate cu greutate moleculară mică - olefine ( alchene ) - etilenă și propilenă .
Capacitatea existentă a instalațiilor de piroliză în lume este de 113,0 milioane tone/an pentru etilenă, sau aproape 100% din producția mondială, și 38,6 milioane tone/an pentru propilenă, sau mai mult de 67% din producția mondială (restul - 30% din Producția de propilenă este reprezentată de cracarea catalitică , aproximativ 3% din producția mondială de propilenă este obținută din gazele secundare ale rafinăriilor de petrol, și anume din gazele provenite din procesele de cocsare întârziată și viscozărire ). În același timp, creșterea medie anuală a consumului de etilenă și propilenă în lume este de peste 4%.[ când? ] .
Alături de producția de etilenă și propilenă, procesul de piroliză a uleiului este sursa principală pentru producerea divinilului , care este izolat prin rectificare din fracția C4 de piroliză însoțitoare și din distilate de benzen obținute din produse lichide de piroliză.
Aproximativ 80% din producția mondială de butadienă și 39% din producția de benzen este realizată prin piroliza hidrocarburilor .
În condiții industriale, piroliza hidrocarburilor se efectuează la temperaturi de 800-900 ° C și la presiuni apropiate de atmosferică (la intrarea în conducta încălzită - un pirobobina ~ 0,3 MPa , la ieșire din aceasta - 0,1 MPa de suprapresiune ).
Timpul de trecere a materiei prime prin piro-coil este de 0,1-0,5 sec.
Teoria pirolizei nu este bine înțeleasă. Majoritatea cercetătorilor aderă la teoria unui mecanism de descompunere a lanțului de radicali liberi în timpul pirolizei în astfel de condiții.
În mod convențional, toate reacțiile din timpul pirolizei pot fi împărțite în primare și secundare. Reacțiile primare au loc cu o scădere a greutății moleculare a produselor de piroliză. Acestea sunt în principal reacții de scindare ale parafinelor cu greutate moleculară mare și hidrocarburilor naftenice cu formarea de hidrocarburi cu greutate moleculară mai mică, care este însoțită de o creștere a volumului amestecului gazos.
Mai mult, sunt posibile reacții secundare pentru sinteza moleculelor mai grele din hidrocarburi nesaturate cu greutate moleculară mică. Aceste reacții au loc în principal în etapele târzii ale pirolizei.
Odată cu creșterea greutății moleculare a moleculelor dintr-un amestec de produse de reacție, volumul gazelor din masa de reacție scade.
Practic, reacțiile de formare a hidrocarburilor aromatice aromatice condensate precum naftalina , antracenul ca urmare a reacției de condensare/policondensare duc la sinteza hidrocarburilor aromatice stabile termic , inclusiv reacții de tip Diels-Alder .
De asemenea, reacțiile secundare includ formarea unui amestec de diferite hidrocarburi păstoase, cu un conținut scăzut de hidrogen specific în moleculele de compuși, care sunt numite smoală în industrie .
Pek în timpul arderii la temperaturi peste 1000 ° C pierde hidrogen în compoziția moleculelor de hidrocarburi cu fierbere ușoară. Produsul rezultat este denumit în general cocs pirolitic . Dar cocsul pirolitic diferă în multe proprietăți fizice, în special în capacitatea de absorbție , de cocsul de cărbune.
Împărțirea reacțiilor în primare (distrugerea moleculelor grele) și secundare (sinteza hidrocarburilor aromatice policondensate) este arbitrară, deoarece ambele tipuri de reacții apar simultan.
Pentru a reduce vitezele reacțiilor secundare de piroliză - sinteză, se utilizează diluarea materiei prime de piroliză cu vapori de apă. Ca urmare, presiunea parțială a vaporilor de hidrocarburi scade și, conform principiului lui Le Chatelier , o scădere a presiunii în zona de reacție va contribui la desfășurarea reacțiilor cu o scădere a greutății moleculare, adică cu o creștere. în volum, crescând astfel randamentul produselor de clivaj - produse ale reacțiilor primare.
Concentrația de vapori de apă în procesul de piroliză este selectată în funcție de produsul țintă. Deci, pentru producția de etilenă, butilenă, benzină, raportul dintre abur și materie primă este de obicei 0,3:1,0, 0,4:1,0, respectiv 0,5:1,0.
În industrie, reactoarele tubulare de piroliză au devenit larg răspândite. Ele constau din două părți care diferă prin natura transferului de căldură - radiație și convecție . În secțiunea de radiație sunt amplasate reactoarele tubulare de piroliză (pirobobine), încălzite prin căldura de ardere a gazului combustibil alimentat extern în arzătoarele acestei secțiuni.
În secțiunea de radiații, piro-bobinele sunt încălzite nu direct de flacăra arzătoarelor, ci de radiația termică (radiația) de la flacără (vezi formula lui Planck ). si din radiatia termica a zidariei refractare interioare a sectiei de radiatii a instalatiei, incalzita direct de flacara arzatoarelor.
În partea de convecție a instalației, schimbul de căldură între gazul de încălzire - produsele de ardere are loc datorită transferului de căldură convectiv. În această parte a instalației de piroliză, materia primă, vaporii de apă este preîncălzit și încălzit la temperatura de pornire a pirolizei ( 600–650 °C ). Gazele intră în partea convectivă din secțiunea de radiație.
Pentru a controla cu precizie temperatura în ambele secțiuni, la ieșirea din unitate este instalat un extractor de fum cu un clapete de reglare pentru controlul debitului de gaze arse.
Pentru eficiența energetică, instalațiile de piroliză sunt echipate suplimentar cu sisteme de recuperare a căldurii - cazane de căldură reziduală . Pe lângă încălzirea materiei prime și vaporii de apă care o diluează, apa de alimentare a cazanului de căldură reziduală este încălzită în partea de convecție, iar apoi această apă este folosită pentru a răci produsele de piroliză, în timp ce se încălzește. Amestecul abur-apă obținut ca urmare a evaporării parțiale a apei este alimentat în tamburul cazanului de căldură reziduală. Aburul este separat de lichidul din tambur. Aburul saturat din tambur este supraîncălzit suplimentar în supraîncălzitorul aceleiași instalații, rezultând abur supraîncălzit la presiune medie, care este apoi utilizat ca fluid de lucru al turbinei cu abur, care este motorul compresorului-supraalimentator pentru piroliză brută. materiale - pyrogas.
În instalațiile moderne de piroliză, în partea sa de convecție, există suprafețe pentru încălzirea aburului saturat supraîncălzit la o temperatură acceptabilă din punct de vedere tehnologic ( 550 ° C , cu o scădere a temperaturii aburului supraîncălzit, eficiența termică scade, la temperaturi ridicate, fiabilitatea și siguranţa instalaţiei scade din cauza scăderii rezistenţei oţelurilor de structură la temperaturi ridicate de funcţionare).temperaturi). Aceste măsuri au făcut posibilă creșterea eficienței utilizării căldurii în modelele moderne de cuptoare de piroliză până la 91-93% .
Pentru a crește selectivitatea procesului și a randamentelor de produs (asigurând randamentul maxim al produselor de reacție dorite și suprimând formarea de produși de reacție nedoriți) în timpul pirolizei, timpul de rezidență al materiei prime în zona de reacție - zona de temperatură înaltă trebuie redus , iar temperatura procesului trebuie crescută. Această abordare asigură o creștere a randamentului produselor de piroliză țintă cu o scădere simultană a formării produselor secundare de reacție.
Prin urmare, proiectanții de plante au căutat să reducă durata fazei de piroliză. În instalațiile moderne, timpul de supraîncălzire a materiilor prime și răcirea ulterioară a produselor este de ~0,2 s, iar temperatura de încălzire pentru reacțiile de piroliză ajunge la 870–900 °C.
Problema încălzirii-răcirii rapide a amestecului de reacție în 0,2 s de la ~600°C la ~1000°C este o problemă tehnică complexă. Sarcina este complicată de faptul că este necesar să se ia în considerare temperatura maximă admisă de funcționare a aliajelor moderne de crom-nichel, care sunt principalele oțeluri structurale ale unor astfel de instalații, din care sunt fabricate bobinele de reacție. De asemenea, la temperaturi ridicate, formarea de cocs crește brusc pe suprafețele interioare ale țevilor din aceste aliaje.
Încălzirea-răcirea rapidă a amestecului se poate realiza fie prin creșterea diferenței de temperatură dintre suprafața de încălzire și amestec, fie prin dezvoltarea suprafeței de schimb de căldură, fie prin optimizarea geometriei și aranjamentului suprafețelor de schimb de căldură. În instalațiile moderne, se utilizează o combinație a tuturor abordărilor. Fără a crește diferența de temperatură dintre peretele pirocoilului și fluxul de abur, încălzirea rapidă poate fi realizată prin creșterea suprafeței specifice a pirocoilului, adică suprafața per unitate de debit a fluxului de abur. Majoritatea dezvoltatorilor de cuptoare de piroliză au luat calea executării constructive a serpentinelor de piroliză ca conducte de ramificare cu diametru variabil incluse în pachetul de serpentine.
În plantele din generațiile anterioare, bobinele piro erau o țeavă lungă cu diametru constant, îndoită în părți egale (într-o bobină) pentru a reduce dimensiunea cuptorului, acum bobinele piro sunt realizate dintr-un număr mare de țevi (10-20) de diametru mic, care sunt combinate în țevi comune la intrarea și la ieșirea amestecului și, ca urmare, la ieșire, bobina se termină cu 1-2 țevi cu un diametru semnificativ mare. În astfel de piro-bobine, se obține o densitate ridicată a căldurii (diferență de temperatură) la secțiunea inițială și scăzută la sfârșit, unde temperatura ridicată a peretelui conductei provoacă în mod nedorit formare mare de cocs.
La plantele din generațiile timpurii, bobinele piro din secțiunea de radiație au fost orientate orizontal, timpul de contact al reacției în astfel de cuptoare nu a fost mai mic de 1,0 secunde, iar temperatura optimă de piroliză nu a fost mai mare de 800°C. În generațiile ulterioare, tuburile de reacție sunt orientate vertical - țevile suspendate din secțiunea radiantă a piro-bobinelor au făcut posibilă utilizarea materialelor mai rezistente la căldură, dar mai fragile pentru fabricarea piro-bobinelor, deoarece cu aceasta aranjament, materialul conductei nu suferă solicitări mecanice de încovoiere, ci doar de tracțiune. Acest lucru a făcut posibilă crearea de instalații de înaltă temperatură cu un timp de rezidență scurt al fluxului de materii prime în piro-bobine.
Pentru răcirea rapidă a amestecului reacţionat pentru a menţine starea de neechilibru termodinamic a amestecului şi pentru a preveni apariţia unor reacţii secundare nedorite, la ieşirea din piro-bobinele sunt instalate aşa-numitele aparate de stingere-evaporare. În spațiul lor tub, produsele de reacție sunt răcite (stinse) rapid la temperaturi de 450–550 °C, la care rata reacțiilor de policondensare a hidrocarburilor este foarte scăzută. În spațiul inelar, se evaporă apa cazanului a cazanului de căldură reziduală, care, așa cum sa menționat mai sus, este utilizată pentru a produce abur de înaltă presiune.
Tabelul 1 de mai jos prezintă date despre randamentele unor produse în cuptoarele moderne de piroliză.
Tabelul 1 - Randamentul unor produse de piroliză a diferitelor materii prime de hidrocarburi
| Componente | Materia prima de piroliza - Etan | Materia prima de piroliza - butan | Materie primă pentru piroliză – Benzină directă | Materie primă pentru piroliză – motorină atmosferică |
|---|---|---|---|---|
| Hidrogen | 3.4 | 1.3 | 1.0 | 0,7 |
| Metan | 3.4 | 21.6 | 16.6 | 11.5 |
| Acetilenă | 0,2 | 0,4 | 0,4 | 0,3 |
| Etilenă | 48,7 | 37,8 | 29.3 | 25,0 |
| Etan | 39.3 | 5.1 | 4.0 | 3.4 |
| propilenă | 1.1 | 17.3 | 16.4 | 14.5 |
| Divinyl | 1.1 | 3.6 | 5.6 | 5.1 |
| butene | 0,2 | 1.5 | 4.4 | 3.9 |
| Benzen | 0,6 | 2.5 | 7.1 | 7.0 |
| rășină grea | 0,1 | 0,6 | 5.2 | 9.1 |
În perioada de dezvoltare a pirolizei termice a hidrocarburilor, au fost aduse o serie de îmbunătățiri importante în proiectarea cuptoarelor de piroliză și în schema tehnologică pentru producerea de olefine inferioare. Unele îmbunătățiri în proiectarea cuptoarelor de piroliză au fost discutate în secțiunea anterioară. Acum câteva cuvinte despre cele mai importante schimbări în schema tehnologică pentru prelucrarea produselor de piroliză.
Introducerea aparatelor de stingere și evaporare în schema blocurilor de cuptoare a făcut posibilă utilizarea căldurii produselor de piroliză cu producerea de abur de înaltă presiune. Prezența propriului abur de înaltă presiune a dus la înlocuirea compresoarelor acționate electric cu compresoare cu turbină cu abur, ceea ce a condus la o reducere de ordin de mărime a costului produselor de piroliză. O tranziție completă de la schema de absorbție a separării gazelor a produselor de reacție la fracționarea la temperatură joasă a condus la producerea de olefine inferioare de calitate superioară - puritate de polimerizare. Luate împreună, toate schimbările în tehnologia de producție a olefinelor inferioare au contribuit la tranziția la unități individuale de mare capacitate. Dacă la începutul anilor 1960 capacitatea instalațiilor avansate de piroliză era de aproximativ 100-140 mii tone/an, pentru etilenă, atunci în momentul de față capacitatea ajunge la 1,0-1,4 milioane tone/an. Creșterea capacităților unitare ale uzinelor de etilenă a fost însoțită de o scădere semnificativă a costurilor unitare ale materiilor prime și energiei pentru producție. În plus, odată cu creșterea capacității instalațiilor de piroliză, care au fost inițial destinate numai producției de etilenă, a devenit fezabilă din punct de vedere economic separarea produselor gazoase rămase și apoi obținerea de benzen și alte componente valoroase din produse lichide, care au crescut și mai mult. eficienta procesului.
Producția modernă de etilenă include următoarele componente: piroliza în sine, fracționarea primară și separarea produselor de piroliză, compresia , deshidratarea, răcirea profundă a piroliza și separarea gazelor.
Unitatea de piroliză este formată din mai multe cuptoare de piroliză. Capacitatea totală anuală de etilenă a tuturor cuptoarelor, cu excepția cuptoarelor care sunt în rezervă (pentru regenerare), determină capacitatea întregii instalații de piroliză. La ieșirea ZIA, produsele de piroliză sunt supuse unei căliri secundare prin injectarea directă a rășinii de piroliză (așa-numitul ulei de stingere) la temperaturi care nu depășesc 200 °C.
Unitatea de fracţionare primară şi separare a produselor de piroliză este formată din sisteme de coloane de fracţionare şi decantare. Ca urmare, produsele de piroliză sunt separate în apă de proces, în rășină grea (punct de fierbere ~ 200 °C), în rășină ușoară (pirobenzină), în pyrogas pre-aluminate (U/V С1-С4 cu conținut U/V С5). -С8) .
Apoi, pyrogas ușoare intră în unitatea de compresie , care constă dintr-un compresor cu mai multe trepte. Între etapele de comprimare sunt prevăzute schimbătoare de căldură și separatoare pentru răcirea pirogelor comprimate și separarea acestuia cu eliberare suplimentară de umiditate și pirocondens. În această etapă, pyrogas este comprimat la presiuni de 3,7–3,8 MPa pentru a crește punctele de fierbere ale produselor separate. De asemenea, între etapele de comprimare este prevăzută o unitate de purificare pyrogas din gaze acide (CO 2 , H 2 S), care este o coloană compactă în care gazele acide sunt chemisorbite de o soluție de NaOH.
Pyrogas comprimat intră în unitatea de uscare - în adsorbante cu site moleculare umplute , unde apa este complet îndepărtată.
La unitatea de răcire adâncă pyrogas , pyrogas este răcit treptat la o temperatură de -165 °C. La această temperatură, practic, doar hidrogenul este în stare gazoasă. În plus, pirogile răcite (în stare lichidă, fără hidrogen) trec în paralel și în serie prin patru coloane de distilare, în care sunt metan , etan-etilenă (EEP), propan-propilenă (PPF), fracțiune C4 și piro -benzină. distilat . EEF și PPF sunt hidrotratate în continuare pentru a îndepărta hidrocarburile acetilenice (și propadiena în PPF), apoi etilena și propilena sunt separate prin distilare . Etanul și propanul rămas sunt utilizați ca materie primă pentru piroliză reciclată. Fracția de piroliză C4 este utilizată pentru a izola distilarea extractivă a divinilului și butilenei .
Rășina de piroliză obținută în stadiul de fracționare primară este utilizată pentru obținerea negru de fum .
În instalațiile de etilenă de mare capacitate (de la 250 de mii de tone / an și mai mult), rășinile ușoare ( pirobenzină ) sunt de obicei prelucrate cu eliberarea de fracții C5, BTX ultra-înalte (hidrocarburi aromatice C6-C8) și fracții C9. Fracția BTK, constând din 90 wt. % din hidrocarburi aromatice, este utilizat pentru obținerea benzenului prin hidrodealchilare termică sau catalitică sau pentru izolarea benzenului , toluenului și xilenului prin extracție și distilare extractivă. Izopren , ciclopentadienă ( diciclopentadienă în formă comercială), pirilene sunt obținute în continuare din C5 ultrasonic . Fracția C9 este utilizată pentru a produce rășini petroliere .
Structura mondială modernă a materiilor prime de piroliză este următoarea: etan - 27,6% în greutate, gaze lichefiate ( propan , butan ) - 14,0% în greutate, benzină directă ( nafta ) - 53,1% în greutate, kerosen hidrotratat - motorină fracțiuni - 5,3% greutate.
Utilizarea acestor tipuri de materii prime în fiecare țară este diferită. Deci, în SUA și Canada, etanul este materia primă predominantă (49,1% în greutate și 69,7% în greutate), în Germania, China, Franța și Japonia - nafta (57,4% în greutate, 73,3% în greutate, 60,0% în greutate). şi 80,3% în greutate). În plus, fracțiile kerosen-motorină hidrotratate (32,0% în greutate și 26,7% în greutate) sunt utilizate pe scară largă în Germania și China.
În Rusia, structura materiilor prime de piroliză în 2002 este următoarea: etan - 7,9% masă, gaze lichefiate (propan, butan) - 29,6% masă, NGL - 6,5% masă, benzină directă - 56,0% masă. Aceasta, în comparație cu structura materiei prime de piroliză în URSS în 1990, arată o creștere a ponderii materiei prime gazoase cu 20% în greutate. Acest lucru se datorează faptului că în perioada 1990-1998. în Federația Rusă, volumul producției și rafinării petrolului a scăzut brusc. Cu toate acestea, datorită creșterii producției de petrol în Rusia de la 301 milioane de tone în 1998 la 458,8 milioane de tone. în 2004, în Federația Rusă, a crescut ponderea hidrocarburilor lichide în materia primă pentru piroliză. Drept urmare, compoziția materiilor prime pentru piroliză în Rusia de astăzi este următoarea: etan - 8,0% în greutate, gaze lichefiate (propan, butan) - 24,0% în greutate, NGL - 6,7% în greutate, benzină directă - 61 , 3% gr.
Tabelele de mai jos prezintă datele din raportul anual al Oil and Gas Journal, care caracterizează nivelul de dezvoltare a producției de olefine inferioare în străinătate și în Rusia.
Cei mai mari producători de etilenă din lume
| Țară | Capacitate, mii tone/an |
|---|---|
| STATELE UNITE ALE AMERICII | 27 653 |
| Japonia | 7576 |
| Arabia Saudită | 5640 |
| Republica Coreea | 5450 |
| Germania | 5415 |
| Canada | 5377 |
| China | 4988 |
| Olanda | 3900 |
| Franţa | 3433 |
| Rusia | 2810 |
Cele mai mari companii de etilenă din lume
| Companie | Capacitate, mii tone/an |
|---|---|
| Dow Chemical | 12900 |
| ExxonMobil | 11467 |
| Produse chimice Shell | 8432 |
| SABIC | 6890 |
| Equistar Chemical | 4880 |
| BP | 6009 |
| Chemical | 3993 |
| Sinopec | 3505 |
| Atofina | 5653 |
| Nova Chemicals | 3537 |
Tabelul 4 - Cele mai mari complexe de etilenă din lume
| Companie | Locație | Capacitate mii tone/an |
|---|---|---|
| Nova Chemicals | Joffre, Prov. Alberta, Canada | 2818 |
| Arabian Petrochemical Co. | Jbeil, Arabia Saudită | 2250 |
| Exxon Mobil Chemical Corp. | Baytown Texas | 2197 |
| Chevron Phillips Chemicals Co. | Sweeney Texas | 1905 |
| Equistar Chemical L.P. | Channelview, pc. Texas | 1750 |
| Dow Chemical | Terneuzen, Țările de Jos | 1750 |
| Yanbu Petrochemical Co. | Yanbu, Arabia Saudită | 1705 |
| Shell Chemicals Ltd. | Norco, buc. Louisiana | 1556 |
| Dow Chemical Co. | Port liber Texas | 1540 |
| Grupul Formosa Plastics | Point-Comfort, buc. Texas | 1530 |
Tabelul 5 - Cele mai mari companii rusești - producători de etilenă și propilenă
| Companie | Capacitate etilenă, mii tone/an | Capacitate propilenă, mii tone/an |
|---|---|---|
| ZapSibNeftekhim LLC | 1500 | 500 |
| OAO Nizhnekamskneftekhim | 600 | 280 |
| OJSC Kazanorgsintez | 375 | 60 |
| OOO SIBUR-Kstovo | 360 | 170 |
| SRL „Stavrolen” | 350 | 140 |
| Gazprom Salavat neftekhim" | 300 | 140 |
| OJSC Angarsk Polymer Plant | 300 | 140 |
| OJSC „Uzina Petrochimică Tomsk” | 300 | 140 |
| OJSC „ Ufaorgsintez ” | 210 | 185 |
| ZAO Neftekhimiya (regiunea Samara) | 180 | 40 |
| ZAO Sibur-Khimprom | 45 | 46 |
| OJSC „Rafinăria de petrol din Moscova” | ||
| 100 | ||
| SA „Omsk cauciuc” | ||
| 52 | ||
| Total | 2810 | 1403 |
După cum se poate observa din tabele, nivelul de dezvoltare a pirolizei în Rusia este extrem de scăzut, deoarece după construirea fabricii EP-450 din Nijnekamsk (1970-1976) nu a fost construită nici o singură fabrică. Creșterea capacității în Federația Rusă, în acest moment, se realizează datorită reconstrucției instalațiilor de piroliză existente, de exemplu, reconstrucția complexului de etilenă „Etilena-450” al OAO Nizhnekamskneftekhim (Nizhnekamsk, Tatarstan) cu o creștere. capacitate de la 450 mii tone/an la 600 mii tone/an. În tabelul 6 sunt prezentate posibile proiecte pentru construcția de instalații pentru producția de etilenă în Federația Rusă pentru următorul deceniu în cazul implementării planurilor anunțate de companiile lider.
Tabelul 6 - Proiecte pentru construcția de instalații de piroliză în Federația Rusă
| Nume întreprindere / complex | Anul intrării | Capacitate etilenă, mii tone/an |
|---|---|---|
| Compania Petrochimică ZAO Vostochnaya ( Rosneft ) | N / A | N / A |
| Amur GCC | 2024 | 2700 |
| Uzina de polimeri din Irkutsk | 2024 | 650 |
| Complexul chimic baltic, regiunea Leningrad | 2023-2024 | 3050 |
| PJSC " Nizhnekamskneftekhim " | 2023 | 600 |
| Total | 2015—2025 | 8500 |
Trebuie remarcate două domenii principale de cercetare în domeniul pirolizei: piroliza catalitică și piroliza cu adaos de diferite substanțe (inițiatori de descompunere sau inhibitori de reacție secundară).
Atunci când se utilizează diferiți catalizatori, selectivitatea și randamentul unor produse principale sunt crescute semnificativ. În acest caz, temperatura de piroliză poate fi redusă semnificativ. Principalele dezavantaje ale pirolizei catalitice sunt, fără îndoială, cocsificarea rapidă a catalizatorilor și necesitatea creării de noi instalații și noi echipamente tehnologice. Și, deoarece instalațiile industriale de piroliză catalitică cu drepturi depline nu au apărut încă, aceasta înseamnă că este destul de dificil să se creeze acelea care ar fi fiabile și ușor de operat. Deși cercetătorii japonezi efectuează intens cercetări în acest domeniu, în presă apar periodic note despre testele în Japonia ale instalațiilor experimentale de piroliză catalitică.
În a doua direcție, un număr mare de compuși au fost testați cu adăugarea lor de la zeci de ppm la zeci de procente în materii prime. Aceste substanțe inițiază reacții de descompunere a materiilor prime și/sau inhibă procesele secundare nedorite. În industrie, utilizarea unor aditivi mici (50-300 ppm) de substanțe care ajută la reducerea formării de cocs în timpul pirolizei a devenit larg răspândită. Compușii care conțin sulf (cum ar fi disulfura de dimetil , polisulfura de terț-butil) sunt eliberați din aceste substanțe. Nalco promovează în mod activ un inhibitor de cocsare pe bază de substanțe care conțin fosfor. Principiul de acțiune al acestor substanțe este pasivizarea centrilor activi de formare a cocsului pe peretele pirocoilului. Totuși, această direcție are și o mulțime de dezavantaje, cum ar fi: complexitatea dozării uniforme, distribuția uniformă a aditivului peste fluxul de abur brut, limitarea utilizării inhibitorilor de formare a cocsului în piroliza materiilor prime cu conținut de sulf (directe). -benzină de rulare, motorină atmosferică).
Dintre cele mai recente evoluții, trebuie remarcată utilizarea diferitelor câmpuri fizice (acustice, electromagnetice) în procesul de piroliză. Efectul acestor câmpuri este aproximativ același ca atunci când se utilizează catalizatori.
În plus, interesul pentru tehnologiile plasma-chimice care utilizează plasmă la temperatură joasă nu scade, permițând desfășurarea reacțiilor la temperaturi de 1000–10000 K. Principalul avantaj al reacțiilor plasma-chimice este posibilitatea utilizării de valoare scăzută sau dificilă. -materiile prime pentru procesare. De exemplu, metanul poate fi descompus cu ușurință la astfel de temperaturi. Pe fondul unei creșteri rapide a prețurilor petrolului, acest proces este foarte promițător.
Piroliza este prima etapă în arderea lemnului. Toată lumea cunoaște flăcările de la arderea lemnului, ramurile în foc se formează din cauza arderii nu a carbonului lemnului în sine, ci a gazelor - produse volatile de piroliză. În timpul pirolizei lemnului (450-500 ° C), se formează o mulțime de substanțe diferite, cele mai mari concentrații în produșii gazoși de piroliză sunt: alcool metilic (prin urmare, metanolul are denumirea învechită de „alcool de lemn”), acid acetic , acetonă , benzen , furan , etc. Produse nevolatile de piroliză incompletă - rășini lichide și păstoase , (vezi Gudron ). Produsul final al pirolizei complete a lemnului este carbonul aproape pur (conținând câțiva oxizi de potasiu , sodiu , calciu , magneziu și fier ca impurități ) - cărbune .
Acest proces este utilizat în cazanele de piroliză . Procesul de gazeificare a lemnului (piroliza) are loc în camera superioară a cazanului (spațiul de încărcare) sub influența temperaturii ridicate și cu acces limitat la aer. Gazele formate în timpul acestui proces trec printr-o zonă de temperaturi ridicate, ajung în conducta dispozitivului de evacuare și se amestecă cu aerul secundar acolo.
Vezi articolul principal: Fumatul
Pe baza procesului de piroliză a lemnului (cel mai adesea așchii de arin ), se afumă diverse produse alimentare. Este mai corect să numim acest proces oxidare parțială sau piroliză oxidativă, deoarece are loc cu acces limitat la aer. S-a dovedit că această metodă de fumat nu este inofensivă pentru corpul uman, deoarece agenții cancerigeni periculoși , cum ar fi 3,4-benzpirenul , se formează și se consumă în timpul pirolizei oxidative .
Există proiecte pentru distrugerea deșeurilor menajere prin piroliză. Dificultățile de organizare a pirolizei anvelopelor , materialelor plastice și a altor deșeuri organice nu sunt asociate cu tehnologia pirolizei în sine, care nu diferă de tehnologia de prelucrare termică a altor materiale solide. Problema este că majoritatea deșeurilor conțin fosfor , clor și sulf . Sulful și fosforul sub formă oxidată sunt volatile și dăunătoare mediului. Clorul reacționează activ cu produsele organice de piroliză pentru a forma compuși toxici persistenti (de exemplu, dioxine ). Captarea acestor compuși din fum este costisitoare și are propriile provocări. Problema reciclării anvelopelor auto uzate și a produselor din cauciuc învechite este de mare importanță ecologică și economică pentru toate țările dezvoltate ale lumii. Iar caracterul de neînlocuit al materiilor prime petroliere naturale dictează necesitatea utilizării resurselor secundare cu eficiență maximă, adică în locul munților de gunoaie s-ar putea dezvolta o nouă industrie - prelucrarea deșeurilor comerciale.
Anvelopele și polimerii sunt materii prime valoroase, ca urmare a prelucrării lor prin piroliză la temperatură joasă (până la 500 ° C), se obțin fracții lichide de hidrocarburi ( ulei sintetic ), reziduuri de carbon (negru de fum ), cordon metalic și gaz combustibil. . În același timp, dacă ardeți 1 tonă de anvelope în mod obișnuit, atunci vor fi eliberate în atmosferă 270 kg de funingine și 450 kg de gaze toxice.