Chemický a fyzikální proces pyrolýzy oleje

Proces zpracování „černého zlata“ vlivem teploty a tlaku, nezbytný pro získání petrochemických produktů, je pyrolýza ropy. Slouží k rozkladu organických surovin na složky: ty jsou potřebné k výrobě všeho od balzámu na vlasy až po raketové palivo.

Chemické a fyzikální procesy pyrolýzy

Ropa obsahuje asi tisíc (setin procenta) různých uhlovodíkových složek. Zahříváním od středních po vysoké teploty se ropa dělí na frakce. Získávají se lehké uhlovodíky (benzín, petrolej) a těžké.

Aby se však získala celá škála možných petrochemických produktů, jsou tyto frakce podrobeny pyrolýze. Jedná se o štěpení organických molekul pod destruktivním vlivem teplot (od 650 do 950-1000 stupňů) a tlaku, což pomáhá proces urychlit.

Výsledné látky jsou však nestabilní: aby se mohly fixovat, je třeba je ochladit. Problém je v tom, že zároveň nelze dovolit předčasné tuhnutí – polymeraci.

Proto je proces technicky složitý:

• vhánět páry ropných frakcí do vyhřívaných pecí;
• rozložit složité molekuly na jednoduché pod tlakem;
• rychle vychladnout.

Všechny fáze zahrnují vodní páru, která slouží jak k vytápění, tak k chlazení.

Suroviny pro pyrolýzu

Základní produkty petrochemie – ethyleny a propyleny – se získávají z ropy, benzínových frakcí, doprovodných plynů, plynového oleje, nafty, topného oleje a dokonce i z pevného odpadu.

Doprovodné plyny (etan, propan, butan) produkují ethyleny. Těžší uhlovodíky (plynový olej, topný olej, nafta) produkují propyleny, benzen a butadieny.

To znamená, že každá surovina pro pyrolýzu produkuje na výstupu určitou sadu petrochemikálií.

Kromě aromatických a nenasycených uhlovodíků, které jsou pro průmysl tolik nezbytné, slouží krakování ropy k získávání paliva.

Pyrolýza ropy může produkovat více benzínu, než kolik ropy přirozeně obsahuje! Rozkladem molekul ropy se získá nejen vyšší množství benzínu, ale i jeho kvalita je při pyrolýze vyšší než při fyzikální destilaci.

Maximální možné množství paliva se získá katalytickým krakováním.

Pyrolýza ropných surovin závisí na možnostech a nutnosti použití konkrétního organického produktu. Například v Americe se proces aromatizace ropy začal používat dříve. Tradiční surovinou tam byly přidružené plyny. V Evropě a Asii se ropa nebo její frakce používají k získání celého spektra uhlovodíkových produktů.

Ropa má velkou hodnotu, protože:

• války o suroviny na Blízkém východě;
• cenové skoky;
• vyčerpání starých ložisek a potřeba rozvíjet nová;
• nebezpečí těžby břidlic.

Petrochemický průmysl proto musí hledat dostupnější suroviny.

Typy pyrolýzy ropných surovin

Existují dva běžné procesy, které lze použít k rozkladu molekul surovin:

Termická metoda pyrolýzy ropných produktů je nejběžnější. Produkuje většinu potřebného ethylenu, propylenu a benzenu. Její nevýhody jsou:

• rigidita procesů;
• velké koksování;
• spotřeba energie kvůli nutnosti ohřívat pece na extrémně vysoké teploty.

Proto se v posledních desetiletích začaly aktivně používat i jiné typy:

• nízká teplota s katalyzátory;
• zahájeno;
• hydropyrolýza;
• tepelný kontakt;
• oxidační.

Experimenty v této oblasti probíhají v podnicích v Japonsku, Rusku a USA.

Pyrolýza organických sloučenin za použití katalyzátorů je dražší, ale slibný proces. Je schopen produkovat uhlovodíky a jejich deriváty, jako je acetylen, isopren, toluen, xyleny, amoniak, methanol a formaldehyd.

Pyrolýza

Trubková pec je nejběžnější pyrolýzní jednotkou.

Princip rozkladu organických surovin je následující: suroviny a ohřátá pára se přivádějí do trubek, mezi trubky se přivádí nosič tepla, který ohřívá směs v trubkách na stanovenou teplotu (až 1000 stupňů).

Poté se potrubí rozdělí do dvou částí:

• horké (kde pyrolýza probíhá ve zlomku sekundy);
• za studena (kde se výsledné petrochemické produkty oddělují a čistí).

Před vstupem do studené sekce pece se směs ochladí a vytvrdí ve dvou fázích – vodním kondenzátem a pyrolýzním olejem.

Neustále se hledá přijatelnější provedení. Pokrok se dotkl konvekčních sekcí, podávacích cívek, kalicích a odpařovacích zařízení (QED). Úpravy trubkových pecí souvisejí s:

• použití té či oné základní suroviny;
• potřeba organizovat spalování koksu na stěnách trubek během hoření;
• pečlivé oddělení produktů pyrolýzy.

Do budoucna je nutné upravit trubkové pece na náročnější pyrolýzu s kratší dobou expozice, ale extrémními teplotami (od 1200 stupňů). K tomu je nutné vyřešit problém koksování na stěnách trubek při použití těžkých uhlovodíků (topný olej, plynový olej, nafta).

Účel procesu

Pyrolýza je univerzální a ekologická metoda zpracování surovin. Rozkládá organickou hmotu (pevnou, kapalnou i plynnou) bez zanechání zbytků.

Kromě paliva se vyrábí:

• kyselina octová;
• pryskyřice;
• gumy a pryže;
• maziva;
• složky barev, výbušnin, krémů.

Čtyři hlavní účely procesu pyrolýzy jsou:

1. Získávání petrochemických komponentů.
2. Recyklace odpadu z ropného a plynárenského průmyslu.
3. Likvidace ropných skvrn.
4. Likvidace.

Problémy pyrolýzního procesu zůstávají nevyřešené: spotřeba energie, odstraňování koksu a řiditelnost reakce. Práce vědců je zaměřena na nalezení materiálů odolných vůči extrémním teplotám a přísad na ochranu potrubí před usazeninami. Pokud se však vyvine zisková technologie katalytické pyrolýzy, svět na ni postupně přejde. A štěpení založené na ultravysokých teplotách zůstane minulostí.

Pyrolýza a zplyňování biomasy jsou technologie termochemické přeměny. Používají se k přeměně biomasy na energii nebo jiné užitečné produkty. Jejich specifické procesy a produkty se však mohou lišit.

Technologie pyrolýzy biomasy zahřívá biomasu za nepřítomnosti kyslíku a rozkládá ji na plyny, kapaliny (biooleje) a pevné látky (biouhlí). Proces pyrolýzy biomasy obvykle vyžaduje vyšší teploty, které se mohou pohybovat od 300 do 800 stupňů Celsia. Bioolej v produktu lze dále zpracovat na palivo a biouhlí lze použít jako přísadu do půdy nebo k jiným účelům. Primárním účelem pyrolýzy může být výroba biooleje a biouhlí, zatímco plynné produkty mohou být vedlejšími produkty.

Technologie zplyňování biomasy přeměňuje biomasu na syntézní plyn (zejména CO a H2) za přítomnosti omezeného kyslíku nebo vodní páry. Tento proces obvykle vyžaduje vyšší teploty, které mohou přesáhnout 700–1000 stupňů Celsia. Syntézní plyn lze použít k výrobě elektřiny, kapalných paliv nebo chemických surovin. Hlavním produktem technologie zplyňování biomasy je plyn a může existovat malé množství pevných zbytků.

Rozdíl mezi zařízením na pyrolýzu biomasy a zařízením na zplyňování

Mezi zařízením pro pyrolýzu biomasy a zařízením pro zplyňování existují zjevné rozdíly, pokud jde o reakční podmínky, vlastnosti produktu a scénáře použití.

Co je to zařízení na pyrolýzu biomasy?

Zařízení na pyrolýzu biomasy je klíčovým technickým zařízením pro přeměnu organického odpadu na biouhel nebo dřevěné uhlí. Technologie pyrolýzy biomasy dokáže efektivně přeměnit odpadní surovinu z biomasy na plynné palivo, kapalný olej a pevný biouhel. Zařízení na karbonizaci biomasy je důležitým směrem pro rozvoj energie z biomasy.

Zařízení na karbonizaci biomasy se široce používá v ochraně životního prostředí, zemědělství, energetice a dalších oblastech. Zařízení na pyrolýzu biomasy využívá kontinuální konstrukci s přívodem a odvodem, podporuje vysokoteplotní (380 °C–850 °C) bezkyslíkovou pyrolýzu a výrazně zlepšuje efektivitu výroby biocharu.

Aplikace zařízení pro pyrolýzu biomasy

Zařízení na pyrolýzu biomasy lze použít v zemědělství a lesnictví. Dokáže zpracovávat rýžové slupky, slámu, dřevěné štěpky, kokosové skořápky, palmové skořápky, bagasu atd. a přeměňovat je na biochar pro zlepšení půdy nebo palivo. Stroj na pyrolýzu biomasy lze také použít v komunálních a průmyslových účelech ke zpracování odvodněného kalu na dřevěné uhlí jako hnojivo.

Zařízení pro pyrolýzu biomasy se používá hlavně v následujících typických scénářích:

• Energie: maloobjemová a střední pyrolýzní výroba dřevní štěpky, výroba hnojiv na bázi biocharu.
• Ochrana životního prostředípyrolýza kalu za účelem dosažení regenerace a sekvestrace uhlíku (50 % uhlíku je fixováno v biocharu).
• Produkty s vysokou přidanou hodnotouFenolické sloučeniny se extrahují z biooleje pro použití ve farmaceutickém nebo materiálovém průmyslu.

Produkty pyrolýzy biomasy

• Pevná látka: Biouhel (s obsahem uhlíku vyšším než 90 %), který lze použít ke zlepšení půdy nebo jako adsorbent.
• Kapalina: Bioolej (obsahující komplexní organické látky, jako jsou fenoly a organické kyseliny) s energetickou hustotou přibližně 15–17 MJ/kg, vyžadující další čištění.
• Plyn: převážně H₂, CO a CH₄, které lze použít jako palivo pro pyrolýzní reaktory a recyklovat.

Co je technologie zplyňování biomasy?

Technologie zplyňování biomasy vyžaduje omezené množství kyslíku nebo vodní páry. Proces zplyňování biomasy přeměňuje biomasu na plynné palivo parciální oxidací, aby se maximalizoval výtěžek plynu. Proces zplyňování může generovat škodlivé látky, jako jsou dioxiny, které vyžadují vysokoteplotní krakování nebo katalytické čištění.

Produkty pro zplyňování biomasy

Syntézní plynHlavními složkami jsou CO a H₂ s nízkou výhřevností (800–1200 kcal/m³). Před použitím k výrobě energie nebo chemické syntéze musí být vyčištěn.
Pevný zbytekObsahuje popel a neúplně zreagovaný uhlík, které lze použít k výrobě aktivního uhlí nebo stavebních materiálů.

Hlavní oblasti použití zplyňování

• Velkoobjemové dodávky energie: syntézní plyn pro výrobu energie a vytápění.
• Chemická surovina: H₂ pro výrobu vodíkového paliva, CO pro syntézu methanolu.
• Společné zpracování: Zplyňování s uhlím za účelem snížení emisí uhlíku.

Shrnutí

Hlavní rozdíl mezi technologií pyrolýzy biomasy a zplyňování spočívá v podílu kyslíku a regulaci teploty, což vede k významným rozdílům ve struktuře produktu, scénářích použití a technické ekonomice. Pyrolýza je známá svou diverzifikací produktů a flexibilitou v malém a středním měřítku. Zplyňování má více výhod díky efektivní přeměně plynu a integraci energie ve velkém měřítku.

Pyrolýza a zplyňování se vzájemně nevylučují. V praktických aplikacích je lze flexibilně volit podle charakteristik vstupní suroviny, cílových produktů a politické orientace. Pokud je třeba uhlíkové materiály a energii vyrábět současně, lze pro maximalizaci využití zdrojů zvážit vícestupňové kombinované procesy.