Pyrolys

Ej att förväxla med Pyrrolysine .
Brinnande träbitar som visar olika stadier av pyrolys följt av oxidativ förbränning.

Pyrolysprocessen (eller devolatilization) är den termiska nedbrytningen av material vid förhöjda temperaturer, ofta i en inert atmosfär . Det innebär en förändring av den kemiska sammansättningen . Ordet är myntat från de grekiska härledda elementen pyro "eld", "värme", "feber" och lysis "separerar".

Pyrolys används oftast vid behandling av organiska material. Det är en av processerna som ingår i att förkolna trä. I allmänhet ger pyrolys av organiska ämnen flyktiga produkter och lämnar kol , en kolrik fast rest. Extrem pyrolys, som lämnar mestadels kol som återstod, kallas karbonisering . Pyrolys anses vara det första steget i processerna för förgasning eller förbränning.

Processen används flitigt i den kemiska industrin , till exempel för att producera eten , många former av kol och andra kemikalier från petroleum, kol och till och med trä, eller för att producera koks från kol . Det används också vid omvandling av naturgas (främst metan ) till vätgas och fast kol , som nyligen introducerades i industriell skala. Aspirationella tillämpningar av pyrolys skulle omvandla biomassa till syngas och biokol , plastavfall tillbaka till användbar olja eller avfall till säkert engångsämnen.

Terminologi

Pyrolys är en av de olika typerna av kemiska nedbrytningsprocesser som sker vid högre temperaturer (över kokpunkten för vatten eller andra lösningsmedel). Det skiljer sig från andra processer som förbränning och hydrolys genom att det vanligtvis inte involverar tillsats av andra reagenser såsom syre (O 2 , vid förbränning) eller vatten (vid hydrolys). Pyrolys producerar fasta ämnen ( kol ), kondenserbara vätskor ( tjära ) och okondenserande/permanenta gaser.

Typer

Specifika typer av pyrolys inkluderar:

Allmänna processer och mekanismer

Processer vid termisk nedbrytning av organiskt material vid atmosfärstryck.

Pyrolys består i allmänhet i att värma materialet över dess nedbrytningstemperatur , bryta kemiska bindningar i dess molekyler. Fragmenten blir vanligtvis mindre molekyler, men kan kombineras för att producera rester med större molekylmassa, även amorfa kovalenta fasta ämnen . [ citat behövs ]

I många miljöer kan vissa mängder syre, vatten eller andra ämnen förekomma, så att förbränning, hydrolys eller andra kemiska processer kan inträffa förutom pyrolys. Ibland tillsätts dessa kemikalier avsiktligt, som vid eldning av ved , vid traditionell tillverkning av träkol och vid ångkrackning av råolja. [ citat behövs ]

Omvänt kan utgångsmaterialet upphettas i vakuum eller i en inert atmosfär för att undvika kemiska sidoreaktioner (såsom förbränning eller hydrolys). Pyrolys i vakuum sänker också biprodukternas kokpunkt , vilket förbättrar deras återhämtning.

När organiskt material värms upp vid ökande temperaturer i öppna behållare, sker i allmänhet följande processer, i successiva eller överlappande steg: [ citat behövs ]

  • avdunstar flyktiga ämnen, inklusive lite vatten . Värmekänsliga ämnen, såsom vitamin C och proteiner , kan delvis förändras eller sönderfalla redan i detta skede.
  • Vid cirka 100 °C eller något högre drivs eventuellt kvarvarande vatten som bara absorberas i materialet bort. Denna process förbrukar mycket energi , så temperaturen kan sluta stiga tills allt vatten har avdunstat. Vatten fångat i kristallstrukturen av hydrater kan lossna vid något högre temperaturer.
  • Vissa fasta ämnen, som fetter , vaxer och sockerarter , kan smälta och separera.
  • Mellan 100 och 500 °C bryts många vanliga organiska molekyler ned. De flesta sockerarter börjar sönderfalla vid 160–180 °C. Cellulosa , en huvudkomponent i trä-, papper- och bomullstyger , sönderdelas vid cirka 350 °C. Lignin , en annan viktig träkomponent, börjar sönderfalla vid cirka 350 °C, men fortsätter att släppa ut flyktiga produkter upp till 500 °C. Nedbrytningsprodukterna innefattar vanligtvis vatten, kolmonoxid CO och/eller koldioxid CO 2 , samt ett stort antal organiska föreningar. Gaser och flyktiga produkter lämnar provet, och en del av dem kan kondensera igen som rök. I allmänhet absorberar denna process också energi. Vissa flyktiga ämnen kan antändas och brinna, vilket skapar en synlig låga . De icke-flyktiga resterna blir vanligtvis rikare på kol och bildar stora oordnade molekyler, med färger som sträcker sig mellan brunt och svart. Vid denna tidpunkt sägs saken ha varit " förkolnad " eller "förkolnad".
  • Vid 200–300 °C, om syre inte har uteslutits, kan den kolhaltiga återstoden börja brinna, i en starkt exoterm reaktion , ofta med ingen eller liten synlig låga. När kolförbränningen väl startar stiger temperaturen spontant, vilket gör resterna till en glödande glöd och frigör koldioxid och/eller monoxid. I detta skede kan en del av det kväve som fortfarande finns kvar i återstoden oxideras till kväveoxider som NO 2 och N 2 O 3 . Svavel och andra grundämnen som klor och arsenik kan oxideras och förflyktigas i detta skede.
  • , lämnas ofta en pulverformig eller fast mineralrest ( aska ) kvar, bestående av oorganiska oxiderade material med hög smältpunkt. En del av askan kan ha lämnats under förbränningen, medbringad av gaserna som flygaska eller partikelutsläpp . Metaller som finns i det ursprungliga materialet förblir vanligtvis i askan som oxider eller karbonater , såsom kaliumklorid . Fosfor , från material som ben , fosfolipider och nukleinsyror , blir vanligtvis kvar som fosfater .

Förekomst och användningsområden

Matlagning

Brownish onions with carrots and celery in a frying pan.
Karamelliserad lök är lätt pyrolyserad.
A blacked bent disc, barely recognizible as a pizza, standing up stiffly from a (fresh, white) plate
Denna pizza är pyrolyserad, nästan helt karboniserad.

Pyrolys har många tillämpningar inom matlagning. Karamellisering är pyrolys av sockerarter i mat (ofta efter att sockerarterna har producerats genom nedbrytning av polysackarider ). Maten blir brun och ändrar smak. De distinkta smakerna används i många rätter; till exempel används karamelliserad lök i fransk löksoppa . Temperaturerna som behövs för karamellisering ligger över vattnets kokpunkt . Frityrolja kan lätt stiga över kokpunkten. Att lägga ett lock på stekpannan håller vattnet kvar, och en del av det kondenseras igen, vilket håller temperaturen för kall för att bryna under längre tid.

Pyrolys av mat kan också vara oönskat, som vid förkolning av bränd mat (vid temperaturer som är för låga för att den oxidativa förbränningen av kol ska producera lågor och bränna maten till aska ).

Koks, kol, träkol och kol

Träkolsbriketter , ofta gjorda av komprimerat sågspån eller liknande, används.

Kol och kolrika material har önskvärda egenskaper men är icke-flyktiga, även vid höga temperaturer. Följaktligen används pyrolys för att producera många typer av kol; dessa kan användas som bränsle, som reagens vid ståltillverkning (koks) och som konstruktionsmaterial.

Träkol är ett mindre rökigt bränsle än pyrolyserat trä. Vissa städer förbjuder, eller brukade förbjuda, vedeldningar; när invånarna bara använder träkol (och liknande behandlat stenkol, kallat koks ) minskar luftföroreningarna avsevärt. I städer där folk i allmänhet inte lagar mat eller eldar med eld behövs detta inte. I mitten av 1900-talet krävde "rökfri" lagstiftning i Europa renare förbränningstekniker, såsom koksbränsle och rökförbränningsugnar som en effektiv åtgärd för att minska luftföroreningarna

En smedja, med en fläkt som tvingar luft genom en bädd av bränsle för att höja temperaturen på elden. I periferin pyrolyseras kol, vilket absorberar värme; koksen i mitten är nästan rent kol, och avger mycket värme när kolet oxiderar.
Typiska organiska produkter erhållna genom pyrolys av kol (X = CH, N).

Kosframställnings- eller "koksning"-processen består av att värma upp materialet i "koksugnar" till mycket höga temperaturer (upp till 900 °C eller 1 700 °F) så att molekylerna bryts ner till lättare flyktiga ämnen, som lämnar kärlet och en porös men hård rest som mestadels är kol och oorganisk aska. Mängden flyktiga ämnen varierar med källmaterialet, men är vanligtvis 25–30 viktprocent av det. Högtemperaturpyrolys används i industriell skala för att omvandla kol till koks . Detta är användbart inom metallurgi , där de högre temperaturerna är nödvändiga för många processer, såsom ståltillverkning . Flyktiga biprodukter från denna process är också ofta användbara, inklusive bensen och pyridin . Koks kan också framställas av de fasta resterna från petroleumraffinering.

Den ursprungliga kärlstrukturen hos träet och porerna som skapas av utströmmande gaser kombineras för att producera ett lätt och poröst material. Genom att börja med ett tätt träliknande material, såsom nötskal eller persikostenar , får man en form av träkol med särskilt fina porer (och därmed mycket större poryta), som kallas aktivt kol , som används som adsorbent för en brett utbud av kemiska ämnen.

Biokol är resterna av ofullständig organisk pyrolys, t.ex. från matlagningsbränder. Det är en nyckelkomponent i terra preta -jordarna som är associerade med forntida ursprungsbefolkningar i Amazonas . Terra preta är mycket eftertraktad av lokala bönder för sin överlägsna fertilitet och förmåga att främja och behålla en förbättrad svit av nyttig mikrobiota, jämfört med den typiska röda jorden i regionen. Ansträngningar pågår för att återskapa dessa jordar genom biokol , den fasta återstoden av pyrolys av olika material, mestadels organiskt avfall.

Kolfibrer framställda genom att pyrolysera en sidenkokong. Elektronmikrofotografi, skalfält längst ner till vänster visar 100 μm .

Kolfibrer är filament av kol som kan användas för att göra mycket starka garn och textilier. Kolfiberartiklar framställs ofta genom att spinna och väva det önskade föremålet från fibrer av en lämplig polymer , och sedan pyrolysera materialet vid en hög temperatur (från 1 500–3 000 °C eller 2 730–5 430 °F). De första kolfibrerna gjordes av rayon , men polyakrylnitril har blivit det vanligaste utgångsmaterialet. För sina första fungerande elektriska lampor använde Joseph Wilson Swan och Thomas Edison kolfilament gjorda genom pyrolys av bomullsgarn respektive bambusplinter .

Pyrolys är reaktionen som används för att belägga ett förformat substrat med ett lager av pyrolytiskt kol . Detta görs vanligtvis i en reaktor med fluidiserad bädd uppvärmd till 1 000–2 000 °C eller 1 830–3 630 °F. Pyrolytiska kolbeläggningar används i många applikationer, inklusive konstgjorda hjärtklaffar .

Flytande och gasformiga biobränslen

Se även: Biobränsle

Pyrolys är grunden för flera metoder för att framställa bränsle från biomassa , det vill säga lignocellulosabiomassa . Grödor som studerats som biomassaråvara för pyrolys inkluderar inhemska nordamerikanska präriegräs som switchgrass och uppfödda versioner av andra gräs som Miscantheus giganteus . Andra källor till organiskt material som råvara för pyrolys inkluderar grönavfall, sågspån, träavfall, löv, grönsaker, nötskal, halm, bomullsavfall, risskal och apelsinskal. Djuravfall inklusive fjäderfäströ, mjölkgödsel och eventuellt annan gödsel är också under utvärdering. Vissa industriella biprodukter är också lämpliga råvaror inklusive pappersslam, destillationsspannmål och avloppsslam.

I biomassakomponenterna sker pyrolysen av hemicellulosa mellan 210 och 310 °C. Pyrolysen av cellulosa startar från 300–315 °C och slutar vid 360–380 °C, med en topp vid 342–354 °C. Lignin börjar sönderdelas vid cirka 200 °C och fortsätter till 1000 °C.

Syntetiskt dieselbränsle genom pyrolys av organiskt material är ännu inte ekonomiskt konkurrenskraftigt. Högre effektivitet uppnås ibland genom snabbpyrolys , där finfördelat råmaterial snabbt värms upp till mellan 350 och 500 °C (660 och 930 °F) under mindre än två sekunder.

Syngas produceras vanligtvis genom pyrolys.

Den låga kvaliteten på oljor som produceras genom pyrolys kan förbättras genom fysikaliska och kemiska processer, vilket kan driva upp produktionskostnaderna, men kan vara ekonomiskt logiskt när omständigheterna förändras.

Det finns också möjlighet att integrera med andra processer såsom mekanisk biologisk rening och anaerob rötning . Snabb pyrolys undersöks också för omvandling av biomassa. Bränslebioolja kan också framställas genom vattenhaltig pyrolys .

Metanpyrolys för väte

Illustrerar input och output av metanpyrolys, en effektiv process i ett steg för att producera väte och ingen växthusgas

Metanpyrolys är en industriell process för "turkos" väteproduktion från metan genom att avlägsna fast kol från naturgas . Denna enstegsprocess producerar väte i hög volym till låg kostnad (mindre än ångreformering med kolbindning ). Endast vatten frigörs när vätgas används som bränsle för bränslecellstransport av elektriska tunga lastbilar, elproduktion i gasturbiner och väte för industriella processer inklusive produktion av ammoniakgödsel och cement. Metanpyrolys är en process som arbetar runt 1065 °C för att producera väte från naturgas som gör att kol enkelt kan avlägsnas (fast kol är en biprodukt av processen). Det fasta kolet av industriell kvalitet kan sedan säljas eller deponeras och släpps inte ut i atmosfären, vilket undviker utsläpp av växthusgaser (GHG) eller grundvattenföroreningar från en deponi. 2015 byggde ett företag som heter Monolith Materials en pilotanläggning i Redwood City, Kalifornien för att studera skalning av metanpyrolys med förnybar energi i processen. Ett framgångsrikt pilotprojekt ledde sedan till en demonstrationsanläggning i större kommersiell skala i Hallam, Nebraska 2016. Från och med 2020 är denna anläggning i drift och kan producera cirka 14 ton väte per dag. År 2021 stödde det amerikanska energidepartementet Monolith Materials planer på stor expansion med en lånegaranti på 1 miljard dollar. Finansieringen kommer att hjälpa till att producera en anläggning som kan generera 164 ton väte per dag till 2024. Piloter med gasverk och biogasanläggningar pågår med företag som Modern Electron. Volymproduktion utvärderas också i BASF:s pilotanläggning "metanpyrolys i stor skala", kemiingenjörsteamet vid University of California - Santa Barbara och i sådana forskningslaboratorier som Karlsruhe Liquid-metal Laboratory (KALLA). Effekten för processvärme som förbrukas är endast en sjundedel av den effekt som förbrukas i vattenelektrolysmetoden för att producera väte.

Eten

Pyrolys används för att producera eten , den kemiska förening som produceras i största skala industriellt (>110 miljoner ton/år 2005). I denna process värms kolväten från petroleum till cirka 600 °C (1 112 °F) i närvaro av ånga; detta kallas ångsprickning . Den resulterande etenen används för att tillverka frostskyddsmedel ( etylenglykol ), PVC (via vinylklorid ) och många andra polymerer, såsom polyeten och polystyren.

Halvledare

Illustration av den metallorganiska ångfasepitaxiprocessen , som innebär pyrolys av flyktiga ämnen

Processen med metallorganisk ångfasepitaxi (MOCVD) innebär pyrolys av flyktiga organometalliska föreningar för att ge halvledare, hårda beläggningar och andra tillämpliga material. Reaktionerna innebär termisk nedbrytning av prekursorer, med avsättning av den oorganiska komponenten och frigöring av kolvätena som gasformigt avfall. Eftersom det är en atom-för-atom-avsättning, organiserar dessa atomer sig i kristaller för att bilda bulkhalvledaren. Kiselchips produceras genom pyrolys av silan:

SiH4 -> Si + 2 H2 .

Galliumarsenid , en annan halvledare, bildas vid sampyrolys av trimetylgallium och arsin .

Avfallshantering

Se även: Termisk depolymerisation

Pyrolys kan också användas för att behandla fast kommunalt avfall och plastavfall. Den största fördelen är minskningen i volym av avfallet. I princip kommer pyrolys att regenerera monomererna (prekursorerna) till de polymerer som behandlas, men i praktiken är processen varken en ren eller ekonomiskt konkurrenskraftig källa till monomerer.

Inom däckavfallshantering är däckpyrolys en välutvecklad teknik. Andra produkter från bildäckspyrolys inkluderar stålvajer, kimrök och bitumen. Området står inför lagstiftningsmässiga, ekonomiska och marknadsföringshinder. Olja som härrör från däckgummipyrolys har en hög svavelhalt, vilket ger den hög potential som förorening; följaktligen bör den avsvavlas.

Alkalisk pyrolys av avloppsslam vid en låg temperatur på 500 °C kan förbättra H 2 -produktionen med in-situ kolavskiljning. Användningen av NaOH (natriumhydroxid) har potential att producera H 2 -rik gas som kan användas för bränsleceller direkt.

I början av november 2021 tillkännagav den amerikanska staten Georgia en gemensam ansträngning med Igneo Technologies för att bygga en stor elektronikåtervinningsanläggning för 85 miljoner dollar i hamnen i Savannah . Projektet kommer att fokusera på mindre värdefulla, plasttunga enheter i avfallsströmmen med hjälp av flera rivare och ugnar med pyrolysteknik.

Enstegs pyrolys och Tvåstegs pyrolys för tobaksavfall

Pyrolys har också använts för att försöka lindra tobaksavfall. En metod gjordes där tobaksavfall separerades i två kategorier TLW (Tobacco Leaf Waste) och TSW (Tobacco Stick Waste). TLW fastställdes vara något avfall från cigaretter och TSW fastställdes vara allt avfall från elektroniska cigaretter. Både TLW och TSW torkades vid 80 °C i 24 timmar och lagrades i en exsickator. Proverna jordades så att innehållet var enhetligt. Tobaksavfall (TW) innehåller också oorganiskt (metall) innehåll, vilket bestämdes med hjälp av en induktivt kopplad plasmaoptisk spektrometer. Termogravimetrisk analys användes för att termiskt bryta ner fyra prover (TLW, TSW, glycerol och guargummi ) och övervakades under specifika dynamiska temperaturförhållanden. Ungefär ett gram av både TLW och TSW användes i pyrolystesterna. Under dessa analystester användes CO 2 och N 2 som atmosfärer inuti en rörformig reaktor som byggdes med kvartsrör. För både CO2- atmosfärer och N2 - var flödeshastigheten 100 ml min- 1 . Extern uppvärmning skapades via en rörformig ugn. De pyrogena produkterna klassificerades i tre faser. Den första fasen var biokol , en fast återstod som producerades av reaktorn vid 650 °C. Den andra fasens flytande kolväten uppsamlades med en kall lösningsmedelsfälla och sorterades med hjälp av kromatografi. Den tredje och sista fasen analyserades med en online-mikro GC-enhet och dessa pyrolysat var gaser.

Två olika typer av experiment utfördes: enstegs pyrolys och tvåstegs pyrolys. Enstegs pyrolys bestod av en konstant uppvärmningshastighet (10°C min -1 ) från 30 till 720°C. I det andra steget av det tvåstegs pyrolystestet pyrolyserades pyrolysaten från den enstegs pyrolysen i den andra uppvärmningszonen som reglerades isotermiskt vid 650°C. Den tvåstegspyrolysen användes för att i första hand fokusera på hur väl CO 2 påverkar kolomfördelningen när värme tillförs genom den andra uppvärmningszonen.

Först noterades det termolytiska beteendet hos TLW och TSW i både CO 2 och N 2 miljöer. För både TLW och TSW var de termolytiska beteendena identiska vid mindre än eller lika med 660 °C i CO 2 - och N 2 -miljöerna. Skillnaderna mellan miljöerna börjar uppstå när temperaturen stiger över 660 °C och de kvarvarande massprocenten minskar signifikant i CO 2 -miljön jämfört med den i N 2 -miljön. Denna observation beror sannolikt på Boudouard -reaktionen, där vi ser spontan förgasning ske när temperaturen överstiger 710 °C. Även om dessa observationer sågs vid temperaturer lägre än 710 °C är det troligtvis på grund av oorganiska ämnens katalytiska förmåga i TLW. Det undersöktes ytterligare genom att göra ICP-OES- mätningar och fann att en femtedel av den kvarvarande massprocenten var Ca-arter. CaCO 3 används i cigarettpapper och filtermaterial, vilket leder till förklaringen att nedbrytning av CaCO 3 gör att ren CO 2 reagerar med CaO i ett dynamiskt jämviktstillstånd. Detta är anledningen till att man såg massförfall mellan 660 °C och 710 °C. Skillnader i differentiella termogram (DTG) toppar för TLW jämfördes med TSW. TLW hade fyra distinkta toppar vid 87, 195, 265 och 306 °C medan TSW hade två stora fall vid 200 och 306 °C med en topp däremellan. De fyra topparna indikerade att TLW innehåller fler olika typer av tillsatser än TSW. Restmassprocenten mellan TLW och TSW jämfördes ytterligare, där restmassan i TSW var mindre än den för TLW för både CO 2 och N 2 miljöer, vilket drog slutsatsen att TSW har högre mängder tillsatser än TLW.

Produktion av väte, metan och tjära när man skapar biokol

Det enstegsvisa pyrolysexperimentet visade olika resultat för CO 2 - och N 2 -miljöerna. Under denna process observerades utvecklingen av 5 olika anmärkningsvärda gaser. Väte, metan, etan, koldioxid och etylen produceras alla när den termolytiska hastigheten för TLW började bromsas vid mer än eller lika med 500 °C. Termolytisk hastighet börjar vid samma temperaturer för både CO 2 - och N 2 -miljön, men det finns en högre koncentration av produktionen av väte, etan, etylen och metan i N 2 -miljön än i CO 2 -miljön. Koncentrationen av CO i CO 2 -miljön är betydligt högre när temperaturen stiger över 600 °C och detta beror på att CO 2 frigörs från CaCO 3 i TLW. Denna betydande ökning av CO-koncentrationen är anledningen till att det finns lägre koncentrationer av andra gaser som produceras i CO 2 -miljön på grund av en utspädningseffekt. Eftersom pyrolys är omfördelningen av kol i kolsubstrat till tre pyrogena produkter. CO 2 -miljön kommer att bli mer effektiv eftersom CO 2 -reduktionen till CO möjliggör oxidation av pyrolysat för att bilda CO. Sammanfattningsvis tillåter CO 2 -miljön ett högre utbyte av gaser än olja och biokol. När samma process görs för TSW är trenderna nästan identiska, därför kan samma förklaringar tillämpas på pyrolysen av TSW.

Skadliga kemikalier reducerades i CO 2 -miljön på grund av CO-bildning som gjorde att tjära minskade. Enstegs pyrolys var inte så effektiv för att aktivera CO 2 på kolomlagring på grund av de stora mängderna flytande pyrolysat (tjära). Tvåstegs pyrolys för CO 2 -miljön möjliggjorde högre koncentrationer av gaser på grund av den andra uppvärmningszonen. Den andra uppvärmningszonen hade en konstant temperatur på 650°C isotermiskt. Fler reaktioner mellan CO 2 och gasformiga pyrolysat med längre uppehållstid gjorde att CO 2 ytterligare kunde omvandla pyrolysat till CO. Resultaten visade att tvåstegspyrolysen var ett effektivt sätt att minska tjärhalten och öka gaskoncentrationen med cirka 10 viktprocent. för både TLW (64,20 vikt%) och TSW (73,71%).

Termisk rengöring

Se även: Termisk rengöring

Pyrolys används också för termisk rengöring , en industriell tillämpning för att avlägsna organiska ämnen som polymerer , plaster och beläggningar från delar, produkter eller produktionskomponenter som extruderskruvar , spinndysor och statiska blandare . Under den termiska rengöringsprocessen, vid temperaturer mellan 310 C° till 540 C° (600 ° F till 1000 ° F), omvandlas organiskt material genom pyrolys och oxidation till flyktiga organiska föreningar , kolväten och karboniserad gas . Oorganiska grundämnen finns kvar.

Flera typer av termiska rengöringssystem använder pyrolys:

  • Smält saltbad tillhör de äldsta termiska rengöringssystemen; rengöring med ett smält saltbad går mycket snabbt men innebär risk för farliga stänk, eller andra potentiella faror i samband med användning av saltbad, som explosioner eller mycket giftig vätecyanidgas .
  • Fluidized Bed Systems använder sand eller aluminiumoxid som värmemedium; dessa system rengör också mycket snabbt men mediet smälter eller kokar inte och avger inte heller några ångor eller lukter; rengöringsprocessen tar en till två timmar.
  • Vakuumugnar använder pyrolys i vakuum för att undvika okontrollerad förbränning inuti rengöringskammaren; rengöringsprocessen tar 8 till 30 timmar.
  • Burn-Off Ovens , även känd som Heat-Cleaning Ovens , är gaseldade och används i målnings-, beläggnings- , elmotor- och plastindustrin för att ta bort organiska ämnen från tunga och stora metalldelar.

Fin kemisk syntes

Pyrolys används vid framställning av kemiska föreningar, främst, men inte bara, i forskningslaboratoriet.

Området för borhydridkluster började med studiet av pyrolysen av diboran (B 2 H 6 ) vid ca. 200°C. Produkterna inkluderar klustren pentaboran och dekaboran . Dessa pyrolyser involverar inte bara sprickbildning (för att ge H 2 ), utan även återkondensering .

Syntesen av nanopartiklar, zirkoniumoxid och oxider med hjälp av ett ultraljudsmunstycke i en process som kallas ultraljudsspraypyrolys (USP).

Andra användningsområden och händelser

PAH-generationen

Polycykliska aromatiska kolväten (PAH) kan genereras från pyrolys av olika fasta avfallsfraktioner, såsom hemicellulosa , cellulosa , lignin , pektin , stärkelse , polyeten (PE), polystyren (PS), polyvinylklorid (PVC) och polyetentereftalat ( SÄLLSKAPSDJUR). PS, PVC och lignin genererar betydande mängder PAH. Naftalen är den mest förekommande PAH bland alla polycykliska aromatiska kolväten.

När temperaturen höjs från 500 till 900 °C ökar de flesta PAH. Med stigande temperatur minskar andelen lätta PAH och andelen tunga PAH ökar.

Studieverktyg

Termogravimetrisk analys

Termogravimetrisk analys (TGA) är en av de vanligaste teknikerna för att undersöka pyrolys utan begränsningar av värme- och massöverföring. Resultaten kan användas för att bestämma massförlustkinetiken. Aktiveringsenergier kan beräknas med hjälp av Kissinger-metoden eller toppanalys-minsta kvadratmetoden (PA-LSM).

TGA kan kopplas till Fourier-transform infraröd spektroskopi (FTIR) och masspektrometri . När temperaturen ökar kan de flyktiga ämnen som genereras från pyrolys mätas.

Makro-TGA

I TGA laddas provet först innan temperaturen ökar, och uppvärmningshastigheten är låg (mindre än 100 °C min −1 ). Macro-TGA kan använda prover i gramskala, som kan användas för att undersöka pyrolysen med massa- och värmeöverföringseffekter.

Pyrolys – gaskromatografi – masspektrometri

Pyrolysmasspektrometri (Py-GC-MS) är ett viktigt laboratorieförfarande för att bestämma strukturen hos föreningar.

Historia

Ekkol

Pyrolys har använts för att förvandla trä till träkol sedan urminnes tider. De gamla egyptierna använde metanol , som de erhöll från pyrolys av trä, i sin balsameringsprocess . Den torra destillationen av trä förblev den största källan till metanol in i början av 1900-talet.

Pyrolys var avgörande för upptäckten av många kemiska ämnen, såsom fosfor från ammoniumnatriumvätefosfat NH 4 NaHPO 4 i koncentrerad urin , syre från kvicksilveroxid och olika nitrater . [ citat behövs ]

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Pyrolysis&oldid=1142514478 "