Bildnachweis: Mr.B-king/.com

Artikel aktualisiert am 18/02/20 von Susha Cheriyadath

Pyrolyse ist ein Prozess der chemischen Zersetzung organischer Materialien bei erhöhten Temperaturen in Abwesenheit von Sauerstoff. Der Prozess tritt typischerweise bei Temperaturen über 430 ° C (800 ° F) und unter Druck auf. Es beinhaltet gleichzeitig die Änderung der physikalischen Phase und der chemischen Zusammensetzung und ist ein irreversibler Prozess. Das Wort Pyrolyse stammt aus den griechischen Wörtern „Pyro“, was Feuer bedeutet, und „Lyse“, was Trennung bedeutet.

Pyrolyse wird üblicherweise verwendet, um organische Materialien in einen festen Rückstand umzuwandeln, der Asche und Kohlenstoff, kleine Mengen Flüssigkeit und Gase enthält. Extreme Pyrolyse hingegen liefert Kohlenstoff als Rückstand und der Prozess wird Karbonisierung genannt. Im Gegensatz zu anderen Hochtemperaturprozessen wie Hydrolyse und Verbrennung beinhaltet die Pyrolyse keine Reaktion mit Wasser, Sauerstoff oder anderen Reagenzien. Da es jedoch praktisch nicht möglich ist, eine sauerstofffreie Umgebung zu erreichen, tritt in jedem Pyrolysesystem immer eine geringe Menge Oxidation auf.

Arten von Pyrolysereaktionen

Es gibt drei Arten von Pyrolysereaktionen, die sich durch die Verarbeitungszeit und die Temperatur der Biomasse unterscheiden.

Langsame Pyrolyse

Die langsame Pyrolyse zeichnet sich durch lange Feststoff- und Gasverweilzeiten, niedrige Temperaturen und langsame Biomasseerwärmungsraten aus. In diesem Modus reichen die Heiztemperaturen von 0,1 bis 2 ° C (32,18 bis 35,6 ° F) pro Sekunde und die vorherrschenden Temperaturen betragen fast 500 ° C (932 ° F). Die Verweilzeit von Gas kann mehr als fünf Sekunden betragen und die von Biomasse kann von Minuten bis zu Tagen reichen.

Bei der langsamen Pyrolyse werden Teer und Saibling als Hauptprodukte freigesetzt, da die Biomasse langsam entgast wird. Repolymerisations- / Rekombinationsreaktionen treten auf, nachdem die Primärreaktionen stattgefunden haben.

Flash-Pyrolyse

Die Flash-Pyrolyse erfolgt bei schnellen Aufheizraten und moderaten Temperaturen zwischen 400 und 600 °C (752 und 1112 °F). Die Dampfverweilzeit dieses Prozesses beträgt jedoch weniger als 2 s. Die Flash-Pyrolyse erzeugt im Vergleich zur langsamen Pyrolyse weniger Gas und Teer.

Schnelle Pyrolyse

Dieses Verfahren wird hauptsächlich zur Herstellung von Bioöl und -gas eingesetzt. Während des Prozesses wird Biomasse schnell auf Temperaturen von 650 bis 1000 ° C (1202 bis 1832 ° F) erhitzt, abhängig von der gewünschten Menge an Bioöl- oder Gasprodukten. Char wird in großen Mengen angesammelt und muss häufig entfernt werden.

Mikrowellenpyrolyse

Es wurde gezeigt, dass die schnelle Pyrolyse von der Verwendung der Mikrowellenheizung profitiert. Biomasse absorbiert Mikrowellenstrahlung typischerweise sehr gut, wodurch die Erwärmung des Materials hocheffizient wird – genau wie die Mikrowellenheizung von Lebensmitteln kann sie die Zeit für die Einleitung der Pyrolysereaktionen verkürzen und auch die für den Prozess erforderliche Energie erheblich reduzieren. Da die Mikrowellenerwärmung die Pyrolyse bei viel niedrigeren Gesamttemperaturen (manchmal bis zu 200-300 ° C) auslösen kann, wurde festgestellt, dass das produzierte Bioöl höhere Konzentrationen thermisch labiler, höherwertiger Chemikalien enthält, was darauf hindeutet, dass Mikrowellen-Bioöl als Ersatz für Rohöl als Ausgangsmaterial für einige chemische Prozesse verwendet werden könnte.

Die Arten von Pyrolysereaktoren, die in der Industrie verwendet werden

Einige der im Pyrolyseprozess verwendeten Reaktoren umfassen die folgenden:

Sprudelnde Wirbelschichtpyrolysatoren

Wirbelbetten sind im Vergleich zu anderen Reaktortypen im Allgemeinen einfach zu konstruieren und zu konstruieren. Sprudelnde Wirbelschichtpyrolysatoren haben eine große Wärmespeicherkapazität, eine bessere Temperaturregelung, hervorragende Wärmeübertragungseigenschaften und einen besseren Gas-Feststoff-Kontakt. In diesem Pyrolysator wird die Verweilzeit von Dämpfen und Feststoffen durch den Fluidisierungsgasdurchfluss gesteuert. Während der Pyrolysereaktion wirkt Char als Katalysator in Spaltdämpfen. Char wird schließlich durch Entrainment-Prozesse gesammelt.

Zirkulierende Fluidbetten und transportiertes Bett

Zirkulierende Wirbelschichtpyrolysatoren haben ähnliche Eigenschaften wie Blasenbettpyrolysatoren, außer dass die Verweilzeit von Dämpfen und Verkohlung aufgrund höherer Gasgeschwindigkeiten schneller ist. Diese Pyrolysatoren haben einen besseren Gas-Feststoff-Kontakt, eine hohe Verarbeitungskapazität und das Potenzial, mit kohäsiven Feststoffen umzugehen, die sonst hart genug sein könnten, um in sprudelnden Wirbelschichten zu fluidisieren.

Ablativpyrolysator

Der Ablativpyrolysator hingegen wurde so konstruiert, dass die von einer heißen Reaktorwand übertragene Wärme das Einsatzmaterial unter Druck erweicht. Große Einsatzstoffpartikel können in diesem Pyrolysator pyrolysiert werden, da die Reaktionsgeschwindigkeiten nicht durch Wärmeübertragung über das Biomassepartikel beeinflusst werden. Diese Pyrolysatoren gewährleisten eine hohe Relativbewegung zwischen der Reaktorwand und dem Partikel und einen hohen Druck des Partikels auf die heiße Reaktorwand. Es vermeidet den Bedarf des Edelgases und folglich ist seine Verarbeitungsausrüstung klein und das Reaktionssystem ist intensiver.

Was sind die Vorteile der Pyrolyse?

Die wichtigsten Vorteile der Pyrolyse sind die folgenden:

• Es ist eine einfache, kostengünstige Technologie für die Verarbeitung einer Vielzahl von Rohstoffen.
• Es reduziert Abfalldeponien und Treibhausgasemissionen.
• Es reduziert das Risiko von Wasserverschmutzung.
• Es hat das Potenzial, die Abhängigkeit des Landes von importierten Energieressourcen durch die Erzeugung von Energie aus inländischen Ressourcen zu verringern.
• Die Abfallwirtschaft mit Hilfe moderner Pyrolysetechnologie ist kostengünstiger als die Entsorgung auf Deponien.
• Der Bau eines Pyrolysekraftwerks ist ein relativ schneller Prozess.
• Es schafft mehrere neue Arbeitsplätze für Menschen mit niedrigem Einkommen, basierend auf den Abfallmengen, die in der Region anfallen, was wiederum der öffentlichen Gesundheit durch die Abfallreinigung zugute kommt.

Anwendungen der Pyrolyse

Einige der wichtigsten anwendungen der pyrolyse umfassen die folgenden:

• Es ist weit verbreitet in der chemischen industrie zu produzieren methanol, aktivkohle, holzkohle und andere substanzen aus holz.
• Synthetisches Gas, das aus der Umwandlung von Abfällen mittels Pyrolyse gewonnen wird, kann in Gas- oder Dampfturbinen zur Stromerzeugung verwendet werden.
• Eine Mischung aus Stein, Erde, Keramik und Glas, die aus pyrolytischen Abfällen gewonnen wird, kann als Baustoff – Bauschlacke oder zum Füllen von Deponiedeckungsauskleidungen verwendet werden.
• Es spielt eine wichtige Rolle bei der Kohlenstoff-14-Datierung und Massenspektrometrie.
• Es wird auch für verschiedene Kochvorgänge wie Karamellisieren, Grillen, Braten und Backen verwendet.