Image Credit: Mr. B-king/. com

artikkeli päivitetty 18/02/20 Susha Cheriyadath

pyrolyysi on prosessi kemiallisesti hajoavia orgaanisia materiaaleja korkeissa lämpötiloissa ilman happea. Prosessi tapahtuu tyypillisesti yli 430 °C: n (800 °F) lämpötilassa ja paineessa. Siihen liittyy samanaikaisesti fyysisen faasin ja kemiallisen koostumuksen muutos ja se on peruuttamaton prosessi. Sana pyrolyysi on muodostettu kreikan sanoista ”pyro”, joka tarkoittaa tulta ja” lysis”, joka tarkoittaa erottamista.

Pyrolyysiä käytetään yleisesti orgaanisten materiaalien muuttamiseen kiinteäksi jäännökseksi, joka sisältää tuhkaa ja hiiltä, pieniä määriä nestettä ja kaasuja. Äärimmäinen pyrolyysi taas tuottaa hiiltä jäännöksenä ja prosessia kutsutaan karbonisoinniksi. Toisin kuin muissa korkean lämpötilan prosesseissa, kuten hydrolyysissä ja palamisessa, pyrolyysiin ei liity reaktiota veden, hapen tai muiden reagenssien kanssa. Koska hapetonta ympäristöä ei kuitenkaan käytännössä ole mahdollista saavuttaa, tapahtuu aina pieni määrä hapettumista missä tahansa pyrolyysijärjestelmässä.

Pyrolyysireaktioiden tyypit

pyrolyyttisiä reaktioita on kolmea tyyppiä, jotka eriytyvät biomassan käsittelyajan ja lämpötilan mukaan.

hidas pyrolyysi

hidas pyrolyysi on ominaista pitkät kiintoaineiden ja kaasun viipymisajat, alhaiset lämpötilat ja hidas biomassan lämmitysnopeus. Tässä tilassa lämmityslämpötilat vaihtelevat 0,1-2 °c (32,18-35,6 °F) sekunnissa ja vallitsevat lämpötilat ovat lähes 500°C (932°F). Kaasun viipymisaika voi olla yli viisi sekuntia ja biomassan viipymisaika voi vaihdella minuuteista päiviin.

hitaan pyrolyysin aikana tervaa ja nieriää vapautuu päätuotteina, kun biomassa devolatisoituu hitaasti. Repolymerisaatio / rekombinaatioreaktiot tapahtuvat primaarireaktioiden jälkeen.

Flash pyrolyysi

Flash pyrolyysi tapahtuu nopeassa kuumennusnopeudessa ja kohtalaisessa lämpötilassa 400-600 °C (752-1112 °F). Höyryn viipymisaika tässä prosessissa on kuitenkin alle 2s. Flash pyrolyysi tuottaa vähemmän kaasua ja tervaa verrattuna hitaaseen pyrolyysiin.

nopea pyrolyysi

tätä prosessia käytetään pääasiassa bioöljyn ja-kaasun tuottamiseen. Prosessin aikana biomassa kuumennetaan nopeasti 650-1000 °C: n (1202-1832 °F) lämpötilaan riippuen halutusta Bioöljy-tai kaasutuotteiden määrästä. Nieriää kertyy suuria määriä ja sitä joudutaan poistamaan usein.

Mikroaaltopyrolyysin

nopean pyrolyysin on osoitettu hyötyvän mikroaaltolämmityksestä. Biomassa tyypillisesti imee mikroaaltosäteilyä erittäin hyvin, jolloin materiaalin lämmitys on erittäin tehokasta – aivan kuten ruoan mikroaaltolämmitys, se voi vähentää aikaa, joka kuluu pyrolyysireaktioiden aloittamiseen, ja myös vähentää huomattavasti prosessin vaatimaa energiaa. Koska mikroaaltolämmitys voi aloittaa pyrolyysin paljon alhaisemmissa kokonaislämpötiloissa (joskus jopa 200-300 °C), on havaittu, että tuotettu Bioöljy sisältää suurempia pitoisuuksia termisesti labiileja, arvokkaampia kemikaaleja, mikä viittaa siihen, että mikroaaltobioöljyä voitaisiin käyttää raakaöljyn korvaajana joidenkin kemiallisten prosessien raaka-aineena.

teollisuudessa käytettyjä Pyrolyysireaktorityyppejä

joitakin pyrolyysiprosessissa käytettäviä reaktoreita ovat muun muassa seuraavat:

kuplivat Leijupedipyrolysaattorit

Leijupedit ovat yleensä yksinkertaisia rakentaa ja suunnitella verrattuna muihin reaktorityyppeihin. Kupliva leijupeti pyrolysaattoreilla on suuri lämmönvarauskapasiteetti, parempi lämpötilan säätö, erinomaiset lämmönsiirto-ominaisuudet ja parempi kaasun ja kiintoaineiden kosketus. Tässä pyrolysaattorissa höyryjen ja kiintoaineiden viipymisaikaa säädellään leijuvan kaasun virtausnopeudella. Pyrolyysireaktion aikana char toimii katalyyttinä krakkaushöyryissä. Char kerätään lopulta sisäänpääsyprosesseilla.

kiertävät Nestesängyt ja kuljetettavat vuode

kiertävät leijusänkypyrolysaattorit ovat ominaisuuksiltaan samanlaisia kuin kuplivat vuodepyrolysaattorit, lukuun ottamatta sitä, että höyryjen ja nieriän viipymisaika on nopeampi kaasun suurempien nopeuksien vuoksi. Näillä pyrolysaattoreilla on parempi kaasu-kiinteä kosketus, korkea käsittelykapasiteetti ja potentiaali käsitellä yhtenäisiä kiintoaineita, jotka saattavat muuten olla tarpeeksi kovia leijumaan kuplivissa leijupedeissä.

ablatiivinen Pyrolysaattori

ablatiivinen pyrolysaattori sen sijaan suunniteltiin niin, että kuumareaktorin seinämästä siirretty lämpö pehmentää syöttöainetta paineen alla. Suuria raaka-ainehiukkasia voidaan pyrolysoida tässä pyrolysaattorissa, koska biomassahiukkasen kautta tapahtuva lämmönsiirto ei vaikuta reaktionopeuksiin. Nämä pyrolysaattorit varmistavat suuren suhteellisen liikkeen reaktorin seinämän ja hiukkasen ja korkean paineen välillä kuuman reaktorin seinämässä. Se välttää inertin kaasun tarpeen ja siksi sen käsittelylaitteet ovat pieniä ja reaktiojärjestelmä on voimakkaampi.

mitkä ovat pyrolyysin edut?

pyrolyysin keskeisiä etuja ovat seuraavat:

• se on yksinkertainen, edullinen tekniikka monenlaisten raaka-aineiden käsittelyyn.
• se vähentää kaatopaikalle menevää jätettä ja kasvihuonekaasupäästöjä.
• se vähentää vesien pilaantumisriskiä.
• sillä on mahdollista vähentää maan riippuvuutta tuontienergiasta tuottamalla energiaa kotimaisista luonnonvaroista.
• jätehuolto nykyaikaisen pyrolyysitekniikan avulla on edullista kuin kaatopaikoille sijoittaminen.
• pyrolyysivoimalaitoksen rakentaminen on suhteellisen nopea prosessi.
• se luo useita uusia työpaikkoja pienituloisille alueella syntyvien jätemäärien perusteella, mikä puolestaan tuottaa kansanterveydellistä hyötyä jätteen puhdistamisen kautta.

pyrolyysin Sovellukset

joitakin pyrolyysin tärkeimpiä sovelluksia ovat seuraavat:

• sitä käytetään laajalti kemianteollisuudessa metanolin, aktiivihiilen, puuhiilen ja muiden aineiden valmistamiseen puusta.
• synteettistä kaasua, joka on tuotettu jätteiden konversiossa pyrolyysillä, voidaan käyttää kaasu-tai höyryturbiineissa sähkön tuottamiseen.
• pyrolyyttisestä jätteestä saatua kiven, maa – aineksen, keramiikan ja lasin seosta voidaan käyttää rakennusmateriaalina-rakennuskuonana tai kaatopaikan peitteiden täyttämiseen.
• sillä on suuri merkitys hiili-14: n iänmäärityksessä ja massaspektrometriassa.
• sitä käytetään myös useisiin kypsennystapoihin, kuten karamellisointiin, grillaamiseen, paistamiseen ja paistamiseen.