ไพโรไลซิสคืออะไร? อุตสาหกรรมเคมีสมัยใหม่มีความสำคัญอย่างไร? มาดูปัญหานี้ด้วยกัน
เกี่ยวกับไพโรไลซิสของไฮโดรคาร์บอน
แล้วไพโรไลซิสคืออะไร? คำจำกัดความของกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการสลายตัวทางความร้อนของสารประกอบอินทรีย์โดยไม่มีออกซิเจน ผลิตภัณฑ์น้ำมัน ถ่านหิน ไม้ สัมผัสกับการสลายตัวดังกล่าว หลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการ ก็จะเกิดก๊าซสังเคราะห์ขึ้น เช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายอื่นๆ
คุณสมบัติกระบวนการ
ปฏิกิริยาไพโรไลซิสจะดำเนินการที่อุณหภูมิ 800 ถึง 900 องศา กระบวนการนี้ถือเป็นตัวเลือกหลักสำหรับการก่อตัวของเอทิลีน ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวนี้เป็นวัตถุดิบสำคัญสำหรับการผลิตสารประกอบอินทรีย์ต่างๆ: เบนซิน ไดวินิล โพรพิลีน
ไพโรไลซิสไม้
เมื่อโต้เถียงกันว่าไพโรไลซิสคืออะไร เราสังเกตว่าเทคโนโลยีเคมีสำหรับการแปรรูปวัตถุดิบน้ำมันและก๊าซนี้ได้รับการจดสิทธิบัตรโดย A. A. Letny ในปี พ.ศ. 2420 เป็นครั้งแรก ไพโรไลซิไม้คืออะไร? ปฏิกิริยานี้ดำเนินการที่อุณหภูมิประมาณ 500 องศา มันเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของส่วนประกอบที่สำคัญของการผลิตสารเคมีเช่นกรดอะซิติก, ถ่าน, เรซิน,อะซิโตน พิจารณาว่าประเทศของเราเป็น "ตู้เก็บอาหาร" ของป่าไม้ โรงงานขนาดใหญ่ในรัสเซียดำเนินการกระบวนการไพโรไลซิสของไม้
ไพโรไลซิสในถังขยะ
ไพโรไลซิสของเสียเป็นโครงการพิเศษที่เกี่ยวข้องกับการทำลายขยะในครัวเรือน ความซับซ้อนของกระบวนการไพโรไลซิสของพลาสติก ยางรถยนต์ ขยะอินทรีย์ต่างๆ เกิดจากการใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกัน ซึ่งแตกต่างอย่างมากจากกระบวนการแปรรูปวัสดุที่เป็นของแข็งอื่นๆ
ของเสียจำนวนมากประกอบด้วยกำมะถัน คลอรีน ฟอสฟอรัส ซึ่งหลังจากออกซิเดชัน (การก่อตัวของออกไซด์) จะได้รับคุณสมบัติของความผันผวน ผลิตภัณฑ์ไพโรไลซิสเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
เมื่อคลอรีนทำปฏิกิริยากับสารอินทรีย์ที่เกิดขึ้นหลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการย่อยสลาย สารพิษที่เข้มข้น เช่น ไดออกซินจะถูกปล่อยออกมา เพื่อที่จะดักจับผลิตภัณฑ์ดังกล่าวจากควันที่ปล่อยออกมา จำเป็นต้องมีหน่วยไพโรไลซิสพิเศษ ขั้นตอนดังกล่าวเกี่ยวข้องกับต้นทุนวัสดุจำนวนมาก
สำหรับประเทศในยุโรป ปัญหาการรีไซเคิลยางรถยนต์เก่า ชิ้นส่วนยางที่มีอายุการใช้งานนั้นมีความสำคัญต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก เนื่องจากวัตถุดิบจากน้ำมันธรรมชาติเป็นแร่ธาตุชนิดที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ จึงจำเป็นต้องใช้ทรัพยากรสำรองในระดับสูงสุด
จากขยะในครัวเรือนและจากการก่อสร้าง คุณจะได้รับสารอินทรีย์และอนินทรีย์จำนวนมาก ดังนั้นการพัฒนาจึงเป็นสิ่งสำคัญอุตสาหกรรมนี้
โพลีเมอร์และยางรถยนต์เป็นวัตถุดิบชั้นดีที่ทรงคุณค่า หลังจากผ่านกรรมวิธีโดยไพโรไลซิสที่อุณหภูมิต่ำ เป็นไปได้ที่จะได้เศษส่วนของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว (น้ำมันสังเคราะห์) ก๊าซที่ติดไฟได้ กากคาร์บอน และสายโลหะ การเผายางล้อตันจะปล่อยเขม่าออกสู่บรรยากาศประมาณ 270 กก. และก๊าซพิษอีกประมาณ 450 กก.
ซินกัส
นี่คือส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ (2). ในปริมาณทางอุตสาหกรรม จะได้รับในระหว่างการปฏิรูปไอน้ำของก๊าซมีเทน การแปรสภาพเป็นแก๊สจากถ่านหิน ออกซิเดชันของมีเทน และการแปรรูปขยะอินทรีย์ ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้ในการผลิตก๊าซสังเคราะห์ อัตราส่วนของคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจนในนั้นอาจแตกต่างกันตั้งแต่ 1:1 ถึง 1:3
ในพื้นที่หลักของการใช้วัตถุดิบนี้ การผลิตเมทานอลเป็นพื้นที่พิเศษ เช่นเดียวกับการสังเคราะห์ Fischer-Tropsch เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา ประกอบด้วยการแปลงคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจนเป็นไฮโดรคาร์บอนเหลวหลายชนิด โดยพื้นฐานแล้ว โคบอลต์และเหล็กจะถูกเลือกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (ตัวเร่งปฏิกิริยา) สำหรับการโต้ตอบนี้
ความเฉพาะเจาะจงของกระบวนการนี้คือความเป็นไปได้ในการผลิตวัสดุสังเคราะห์เพื่อใช้เป็นน้ำมันหล่อลื่นสังเคราะห์หรือเชื้อเพลิง
รายละเอียดการรับ
เคมีของปฏิกิริยามีลักษณะอย่างไร? มาลองดูกันว่ามันคืออะไรคำจำกัดความของไพโรไลซิสถูกกล่าวถึงข้างต้น ตอนนี้เรามาดูคุณสมบัติของกระบวนการทางเคมีกัน วิธี Fischer-Tropsch เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของมีเทนกับออกซิเจน ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา ได้แก่ คาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจน เป็นผลมาจากปฏิกิริยา เราได้ไฮโดรคาร์บอนของอัลเคนและไอน้ำจำนวนหนึ่ง เป็นผลิตภัณฑ์ไฮโดรคาร์บอนที่เกิดขึ้นหลังจากการทำให้บริสุทธิ์ซึ่งใช้เพื่อสร้างน้ำมันสังเคราะห์
ความหมายของไพโรไลซิส
คาร์บอนมอนอกไซด์และก๊าซไฮโดรเจนเกิดจากการออกซิเดชันบางส่วนของเชื้อเพลิงไม้และถ่านหิน ความสำคัญของกระบวนการดังกล่าวอยู่ในการก่อตัวของไฮโดรเจนหรือไฮโดรคาร์บอนเหลวจากวัตถุดิบที่เป็นของแข็ง (ขยะไฮโดรคาร์บอนหรือถ่านหิน)
ในไพโรไลซิสที่ไม่เกิดออกซิเดชันของขยะมูลฝอย ปัจจุบันมีการผลิตก๊าซสังเคราะห์ในอุตสาหกรรมเคมี บางส่วนยังใช้ในรูปของเชื้อเพลิงยานยนต์ โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติมโดยปฏิกิริยา Fischer-Tropsch หากจำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงเหลวที่คล้ายกับพาราฟินและสารหล่อลื่น จะใช้เทคโนโลยีเคมีแบบง่าย
หากจำเป็นต้องเพิ่มปริมาณไฮโดรเจนที่ผลิต โดยการเปลี่ยนปริมาตรของไอน้ำ สมดุลเคมีจะเปลี่ยนไปในสมการนี้ ในกรณีนี้ หลังจากเสร็จสิ้นปฏิกิริยา จะเกิดไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์
ปรับปรุงเทคโนโลยี
หลังจากการค้นพบในปี 1920 โดยนักวิจัยชาวเยอรมัน Hans Tropsch และ Franz Fischer เทคโนโลยีนี้ได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัยและปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ปริมาณค่อยๆเชื้อเพลิงสังเคราะห์ที่สร้างขึ้นโดยไพโรไลซิสถึง 124,000 บาร์เรลต่อวันในเยอรมนี ตัวบ่งชี้ดังกล่าวมีอยู่ใน 1944
ความทันสมัย
วันนี้ มีบริษัทขนาดใหญ่สองแห่งที่ใช้กระบวนการ Fischer-Tropsch ในเทคโนโลยีของตน น้ำมันดีเซลส่วนใหญ่ในแอฟริกาใต้ผลิตโดยไพโรไลซิส ตามด้วยการเกิดออกซิเดชันของผลิตภัณฑ์ขึ้นรูป
เทคโนโลยีเคมีนี้ได้รับความสนใจเป็นพิเศษหลังจากที่นักวิทยาศาสตร์เริ่มมองหาวิธีในการผลิตสารดีเซลที่มีกำมะถันต่ำซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด ตัวอย่างเช่น บริษัทอเมริกันกำลังเลือกโค้กหรือถ่านหินเป็นวัตถุดิบในการผลิตไฮโดรคาร์บอนเหลวคุณภาพสูง
แม้ว่ากระบวนการไพโรไลซิสจะเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาแล้วซึ่งสามารถใช้ได้ในวงกว้าง แต่ก็มีความเกี่ยวข้องกับค่าวัสดุที่ค่อนข้างสูงสำหรับการซ่อมแซมและการดำเนินงานของโรงงาน สำหรับผู้ผลิตหลายราย นี่เป็นอุปสรรคเพราะราคาน้ำมันโลกมีแนวโน้มลดลง
สรุป
ปริมาณสำรองถ่านหินของโลกค่อนข้างมาก สามารถใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงได้เนื่องจากมีการสิ้นเปลืองน้ำมันอย่างมาก นักวิเคราะห์ที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซเชื่อมั่นว่าการผลิตไฮโดรคาร์บอนคุณภาพสูงผ่านกระบวนการไพโรไลซิสโดยผ่านกระบวนการไพโรไลซิส พวกเขาทราบว่าเชื้อเพลิงที่ได้นั้นไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงปิโตรเลียมเท่านั้น แต่ยังเป็นที่ยอมรับของผู้บริโภคอีกด้วยตามช่วงราคา ในกรณีของการสังเคราะห์ Fischer-Tropsch และการแปรสภาพเป็นแก๊สชีวมวล เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับวิธีที่มีแนวโน้มในการผลิตเชื้อเพลิงยานยนต์แบบหมุนเวียนได้
วัตถุดิบสังเคราะห์ที่ได้จากกระบวนการไพโรไลซิสของถ่านหินนั้นสามารถแข่งขันได้ก็ต่อเมื่อราคาน้ำมันสูงกว่า 40 ดอลลาร์ต่อบาร์เรลเท่านั้น การผลิตส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนดังกล่าวต้องใช้เงินลงทุนตั้งแต่เจ็ดถึงเก้าพันล้านเหรียญสหรัฐสำหรับเชื้อเพลิงสังเคราะห์แปดหมื่นบาร์เรล เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการไพโรไลซิสได้รับการยอมรับจากนักสิ่งแวดล้อมว่าเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่ปลอดภัยที่สุดสำหรับสิ่งแวดล้อม นั่นคือเหตุผลที่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาประเทศพัฒนาแล้วจำนวนมากให้ความสนใจอย่างมากกับการพัฒนาวิธีการใหม่ๆ สำหรับการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน ซึ่งจะทำให้ประเทศเหล่านี้เลิกใช้วัตถุดิบที่เป็นน้ำมันแบบเดิมๆ ต้องขอบคุณนวัตกรรมและการปรับปรุงห่วงโซ่เทคโนโลยี กระบวนการไพโรไลซิสจึงมีราคาถูกลงและเข้าถึงได้มากขึ้นสำหรับการได้รับไฮโดรคาร์บอนเหลวคุณภาพสูง ผลิตภัณฑ์การศึกษาไม่เพียงแต่ใช้เป็นเชื้อเพลิง แต่ยังสร้างสารอินทรีย์ที่หลากหลายอีกด้วย
