Пиролиз формула: Пиролиз углеводородного сырья — Что такое Пиролиз углеводородного сырья?

Содержание

Пиролиз метана: понятие, реакция, уравнение, продукты

Какой станет наша планета через пару десятков лет – вот вопрос, который до сих пор мучает все человечество. Превратится ли наш дом в уютный уголок, или же постоянно расширяющаяся свалка скоро доберется до наших дворов? Переработка бытового мусора используется в развитых странах вот уже более 40 лет, но для России до сих пор являются чем-то новым. Тем более, что общественности практически ничего не известно о наиболее прогрессивных технологиях в сфере переработки мусора.

Так, далеко не все из нас знают о том, что из обычного бытового мусора, которым забит каждый полигон ТБО, вернее из его органической составляющей при помощи такого устройства как биореактор можно получить биогаз – газ, имеющий в своем составе метан.

Полученная путем сжигания биогаза электроэнергия способна не только удовлетворить собственные нужды мусороперерабатывающего завода, но и использоваться для последующей продажи. Представьте себе, как это удобно, ведь из обычных отходов можно получить доходы. Причем данная технология переработки мусора является абсолютно безопасной и экологически чистой.

Однако полученный из мусора метан можно не только сжигать для получения тепла и электричества. Из метана путем процесса пиролиза можно получать ацителен. Что же это за вещество, и для чего оно нужно? Об этом мы поговорим чуть позже, а пока сделаем основной упор на самом процессе пиролиза метана.

Пиролиз метана реакция

Пиролиз метана это процесс, осуществляемый при высокой температуре в 1200-1500°С с последующим ему быстрым охлаждением продуктов реакции. В результате пиролиза образуется ацитилен, который здесь является скорее не конечной целью, а промежуточным продуктом, необходимым для дальнейшего производства продуктов органического синтеза. Поскольку пиролиз метана только для получения ацетилена экономически невыгоден, данная технология обычно применяется на заводах, осуществляющих его дальнейшую переработку в такие продукты как, например, синтетический каучук. Важным фактором, определяющим степень эффективности процесса пиролиза метана, является стойкость получаемых и исходных углеводородов при высокой температуре.

Судить о термической стойкости углеводородов можно по изменению в зависимости от температуры свободной энергии их образования. Чем ниже при данной температуре будет свободная энергия, тем стабильнее углеводород. Исследования данной зависимости показали, что стабильность ацетилена увеличивается с повышением температуры у, в то время как у других углеводородов стабильность падает. Это означает, что они при соответствующих условиях способны превратиться в ацетилен. Поскольку свободная энергия образования ацетилена при температуре 1200 °С меньше чем свободная энергия образования метана, то это сделало возможным образование ацетилена непосредственно из метана.

Однако ацетилен при 1500°С является термодинамически неустойчивым веществом, и в весьма короткий промежуток времени может разложиться на водород и углерод (сажу). Во избежание разложения получившегося в процессе пиролиза метана ацетилена время пребывания пиролизных газов в реакционной зоне ни в коем случае не должно превышать сотой доли секунды.

Продукты, полученные в результате реакции пиролиза метана, быстро охлаждаются до температуры 90—200 «С. Делается это для того, чтобы сохранить ацитилен, поскольку при такой температуре реакция разложения ацетилена прекращается. Охлаждение ацитилена производят путем впрыскивания в газовый поток воды. Данный процесс называется закалкой ацитилена.

Пиролиз метана уравнение

В настоящее время подробной кинетической схемы процесса пиролиза метана не существует. Однако метод и реакции пиролиза можно представить в виде ряда химических уравнений. Ацетилен добывают из метана путем термического разложения (пиролиза) по реакции:

2СН₄→С₂Н₂ + ЗН₂ — 91 ккал

Для поддержания реакции пиролиза необходимо тепло, которое подводится путем нагрева исходных газов и образуется в результате сжигания непосредственно в реакционном объеме небольшого количества метана. В связи с тем фактом, что процесс пиролиза метана осуществляется в факеле, одновременно с образованием ацетилена протекает целый ряд побочных реакций, среди которых:

СН₄ + 0,5О₂→СО + 2Н₂ + 6,1 ккал

СН₄ + 2О₂ →СО₂ + 2Н₂О + 212 ккал

СО + Н₂О →СО₂ + Н₂ + 10 ккал

С₂Н₂ →2С + Н₂ + 18 ккал

Помимо указанных, также протекают и реакции образования высших ацетиленовых углеводородов, например, таких как диацетилен, метил ацетилен, винилацетилен и др.

Продукты пиролиза метана.

Ацетилен это бесцветный горючий газ с формулой C₂H_2. Данное вещество, которое по своей массе легче воздуха, обладает резким запахом. Ацетилен был впервые получен в 1836 году химиком Эдмондом Дэви, который получил его путем обработки карбида калия водой. Тогда ацетилен было решено использовать для освещения улиц. Ацетиленовые горелки давали примерно в 15 раз больше света, нежели обычные газовые фонари на метане, которыми освещали улицы. С течением времени они были вытеснены электрическими фонарями, но еще долго использовались в отдельных местностях.

Данное вещество так и осталось бы забытым, если бы не развитие химической промышленности не нашло ему новое применение. В середине прошлого века ацетилен нашел все более широкое применение в качестве исходного сырья при производстве самых различных химических продуктов. Ацитилен используется для получения:

мономеров для хлоропренового каучука
различных пластических масс (поливинилхлорид, поливинилацет)
химических волокон
растворителей

Комментарии к статье
Вконтакте

Что такое пиролиз метана, какие продукты пиролиза существуют

Пиролиз метана – это процесс расщепления углеводородов на соединения с более низкой молекулярной массой. Для этого газ нагревают до высоких температур в специальной установке.

Содержание статьи:

Разновидности пиролиза

Выделяют две основных разновидности пиролиза: низко- и высокотемпературный. В первом случае газ нагревают до 450-900°С. При высокотемпературном пиролизе установку разогревают выше 900°С. Главное отличие этого вида реакции – возможность получения с ее помощью ацетилена и диеновых углеводородов.

В зависимости от способа подвода тепла к пиролитической установке, выделяют такие виды превращения метана:

Регенеративный – печь сначала подогревают топочными газами, а потом при помощи насадки пропускаю газ.
Гомогенный – в горячий газ вводят сырье, которое поддается переработке.
Электрокрекинг – для обработки используют электродуговые печи.
Окислительный – горение углеводородов, сопровождающееся выделением кислорода, и реакция пиролиза с его поглощением соединены в одном устройстве.

Имеет значение скорость подвода тепла к установке. Быстрый пиролиз требует меньше энергии и не вредит окружающей среде. Продукты этого вида переработки чище, чем при медленной реакции.

Как осуществляется реакция

Кратко химическую реакцию можно описать следующим образом:

СН₄ = С + 2Н₂.

На первом этапе пиролитического превращения газ нагревают до 900-1000°К. Следующая стадия получила название конверсии. Она состоит из двух этапов. На первом за несколько миллисекунд метан нагревают до 2000°К. Далее смесь выдерживают под давлением от 2 до 5 МПа в течение 5 мс. Заключительный этап – закалка метана.

Продукты пиролиза

При высокотемпературном нагревании метана получают вещества из группы олефинов. К продуктам пиролиза газа относятся этилен и ацетилен. Помимо этих веществ, образуются такие соединения:

бутан;
окись углерода;
водород;
пропилен;
диацетилен;
венилацетилен.

Ацетилен – это горючий газ. Его химическая формула – С

2Н₂. Он легче воздуха, имеет резкий запах.

Фактором, характеризующим эффективность реакции, является устойчивость получаемых соединений к действию высоких температур. Стойкость ацетилена при нагревании увеличивается, а других продуктов – падает.

Недостаток ацетилена – неустойчивость. За минимальный промежуток он может превратиться в водород и углерод. Поэтому газы, образованные в результате пиролитической реакции, могут пребывать в реакционной зоне 0,01 секунду.

Технический углерод (сажа) вместе с водородом являются конечными продуктами высокотемпературной обработки метана. Пиролиз используют для получения сажи. В результате реакции образуется 1 атом углерода и 2 атома водорода.

Этилен – результат превращения ацетилена. Переработка последнего усложняет процесс и делает его более затратным. Важный углеводород получают также при прямом превращении метана. С этой целью изобрели комбинированную закалку.

Области применения пиролиза метана

Раньше ацетилен использовали для освещения улиц, устанавливая лампы с этим веществом. Сейчас газ применяют в химической промышленности. Из ацетилена изготавливают каучук, пластмассы, растворители, волокна химического происхождения – вот, для чего используют пиролиз метана.

Этилен добывают как мономер для полиэтилена, сополимеров. Их применяют в следующих областях:

автомобилестроении;
изготовлении транспортных лент;
производстве оболочек для кабелей;
изготовлении резины, шлангов.

Пиролиз метана – реакция, с помощью которой получают важные углеводороды ацетилен и этилен. Их используют в химической промышленности, автомобилестроении, производстве резины.

Прогноз теплотворной способности карбонизированного твердого топлива, полученного из мазутного топлива при низкотемпературном пиролизе в CO2

1. Стемпень П., Пулка Ю., Серовик М., Беловец А. Термогравиметрические и калориметрические характеристики альтернативного топлива с точки зрения его использования в низкотемпературном пиролизе. Отходы биомассы Валори. 2019;10:1669–1677. doi: 10.1007/s12649-017-0169-6. [CrossRef] [Google Scholar]

2. Крашевский А. Рынок альтернативных видов топлива, производимых для цементной промышленности в Польше. [(по состоянию на 8 октября 2020 г.)]; Доступно онлайн: https://www.polskicement.pl/wp-content/uploads/2019/07/Rynek-paliw-alternatywnych-na-potrzeby-przemysłu-cementowego-Andrzej-Kraszewski.pdf

3. Chen X., Xie J., Mei S., He F., Yang H. Пиролиз RDF методом TG- FTIR и Py-GC/MS и сжигание в реакторе с двумя печами. Дж. Терм. Анальный. Калорим. 2018;9 doi: 10.1007/s10973-018-7694-9. [CrossRef] [Google Scholar]

4. Беловец А. Инновации в управлении отходами. Избранные вопросы. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu; Вроцлав, Польша: 2018 г. [(по состоянию на 8 октября 2020 г.)]. Доступно в Интернете: https://www.researchgate.net/publication/325367684_Innowacje_w_gospodarce_odpadami_Zagadnienia_wybrane [Google Scholar]

5. Папуга С.В., Гверо П. М., Вукич Л.М. Влияние температуры и времени на пиролиз пластиковых отходов в реакторе с неподвижным слоем. Терм. науч. 2016;20:731–741. doi: 10.2298/TSCI141113154P. [CrossRef] [Google Scholar]

6. Faussone G.C. Транспортное топливо из пластика: два случая исследования. Управление отходами. 2017;73:416–423. doi: 10.1016/j.wasman.2017.11.027. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

7. Голубчик М., Клачкова И., Дурчански П. Пиролизная конверсия полимерных отходов в благородные топлива в условиях Словацкой Республики. Энергии. 2020; 12:1–12. [Академия Google]

8. Забаниоту А.А., Ставропулос Г. Пиролиз отработанных автомобильных шин и утилизация остаточного кокса. Дж. Анал. заявл. Пиролиз. 2003; 70: 711–722. doi: 10.1016/S0165-2370(03)00042-1. [CrossRef] [Google Scholar]

9. Lee J., Lee T., Tsang Y.F., Oh J., Kwon E.E. Улучшение извлечения энергии из полиэтилентерефталата посредством пиролиза в атмосфере CO2 при подавлении кислотных химических соединений. Преобразование энергии. Управление 2017; 148: 456–460. doi: 10.1016/j.enconman.2017.06.026. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

10. Чо С., Ли Дж., Ким К., Джэ Ю., Квон Э.Э. Сопиролиз угля и лигноцеллюлозной биомассы с помощью диоксида углерода. Преобразование энергии. Управление 2016; 118: 243–252. doi: 10.1016/j.enconman.2016.03.093. [CrossRef] [Google Scholar]

11. Lee J., Yang X., Cho S., Kim J., Soo Lee S., Tsang D.C.W., Ok Y.S., Kwon E.E. Процесс пиролиза сельскохозяйственных отходов с использованием CO2 для управления продуктами питания. , рекуперация энергии и производство биоугля. заявл. Энергия. 2017;185:214–222. doi: 10.1016/j.apenergy.2016.10.092. [CrossRef] [Google Scholar]

12. Квон Э.Э., Ким С., Ли Дж. Пиролиз отходов сырья в CO2 для эффективного извлечения энергии и переработки отходов. J. Утилизация CO2. 2019;31:173–180. doi: 10.1016/j.jcou.2019.03.015. [CrossRef] [Google Scholar]

13. Стемпень П., Беловец А. Кинетические параметры процесса торрефикации альтернативного топлива, полученного из твердых бытовых отходов, и характеристика топлива, полученного из карбонизированных отходов. Детрит. 2018;3:75–83. doi: 10.31025/2611-4135/2018.13702. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

14. Малышка П. Количественный анализ потока бытовых отходов, образующихся в Польше, и правовой и экономический потенциал сжигания — перспектива 2020 года. Рынок Энергии. [(по состоянию на 8 октября 2020 г.)]; 2016 г. Доступно в Интернете: https://www.cire.pl/pliki/2/2016/10___malyska__autoryzowana_2.pdf

15. Вильянуэва А., Венцель Х. Бумажные отходы — переработка, сжигание или свалка? Обзор существующих оценок жизненного цикла. Управление отходами. 2007; 27 doi: 10.1016/j.wasman.2007.02.019. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

16. Меррильд Х., Дамгаард А., Кристенсен Т.Х. Переработка бумаги: учет парниковых газов и вклада в глобальное потепление. Управление отходами. Рез. 2009; 27: 746–753. doi: 10.1177/0734242X09348530. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

17. Валентшак Г. Текстильные отходы — ценное сырье или проблемные остатки. [(по состоянию на 8 октября 2020 г. )]; Logistyka Odzysku. 2016 21 Доступно в Интернете: http://yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.desklight-21a89f0b-ef88-4d7c-8c67-c185e913f9a7 [Google Scholar]

18. Риберио А., Вилариньо К., Араужо Дж., Карвалью Дж. Интегрированный процесс повышения ценности текстильных хлопковых отходов (TCW): преобразование отходов в энергию и обеззараживание сточных вод. Американское общество инженеров-механиков; Феникс, Аризона, США: 2016. стр. 1–10. [Google Scholar]

19. Канца А. Исследование характеристик пиролиза и горения низкокачественного бурого угля, хлопковых отходов и их смесей методом ТГА-ИК-Фурье. Топливо. 2019:116517. doi: 10.1016/j.fuel.2019.116517. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

20. Центральное статистическое управление GUS, Польша. [(по состоянию на 8 октября 2020 г.)]; Доступно в Интернете: https://bdl.stat.gov.pl/BDL/dane/podgrup/temat/9/223?fbclid=IwAR2ee-tHhogOc18seqribcPGFcBtd7ly2avgKI0qWQiE9r1fcJYV1llMt5w

-компостирование на вермикомпостировании кухонных отходов. Биоресурс. Технол. 2006; 97: 2091–2095. doi: 10.1016/j.biortech.2005.09.020. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

22. Ади А.Дж., Нур З.М. Переработка отходов: Использование кофейной гущи и кухонных отходов в вермикомпостировании. Биоресурс. Технол. 2009 г.;100:1027–1030. doi: 10.1016/j.biortech.2008.07.024. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

23. Xu C., Zhao J., Yang W., He L., Wei W., Tan X., Wang J., Lin A. Оценка биоугля, полученного пиролизом из кухонные отходы, кукурузная солома и шелуха арахиса на иммобилизацию Pb и Cd в загрязненной почве. Окружающая среда. Загрязн. 2020; 261:1–8. doi: 10.1016/j.envpol.2020.114133. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

24. Сломка-Полонис К., Кордон-Лапчиньска Б., Фрончек Ю. Кинетика сушки RDF: экспериментальное исследование и моделирование; Труды современных направлений исследований в области сельскохозяйственной инженерии; Краков, Польша. 25–27 сентября 2017 г.; [(по состоянию на 8 октября 2020 г.)]. стр. 1–7. Доступно в Интернете: https://www. researchgate.net/publication/324010720_Drying_kinetics_of_RDF_Experimental_investigation_and_modeling [Google Scholar]

25. Gerassimidou S., Velis C.A., Williams P.T., Komilis D. Характеристика и идентификация состава топлива из отходов, полученного из твердых бытовых отходов, с использованием термогравиметрии: обзор. Управление отходами. Рез. 2020; 38:1–24. doi: 10.1177/0734242X20941085. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Кинетическая оценка пиролиза отходов полиэтилена. Энергетическое топливо. 2007;21:2489–2498. doi: 10.1021/ef070115p. [CrossRef] [Google Scholar]

27. Коркмаз А., Яник Дж., Бребу М., Василе С. Пиролиз тетрапак. Управление отходами. 2009; 29: 2836–2841. doi: 10.1016/j.wasman.2009.07.008. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

28. Локахита Б., Азиз М., Йошикава К., Такахаши Ф. Извлечение энергии и ресурсов из отходов Tetra Pak с помощью гидротермальной обработки. заявл. Энергия. 2017: 1–7. doi: 10.1016/j.apenergy.2017. 05.141. [CrossRef] [Google Scholar]

29. Xing L., Gu J., Zhang W., Tu D., Hu C. Нанокристаллы целлюлозы I и II, полученные сернокислотным гидролизом целлюлозы Tetra pak I. Carbohydr. Полим. 2018 г.: 10.1016/j.carbpol.2018.03.042. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

30. Ма Ю. Изменение Tetra Pak: от отходов к ресурсам. науч. прог. 2018;101:161–170. doi: 10.3184/003685018X15215434299329. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

31. Liu H., Wang X., Jia D. Переработка отработанного резинового порошка механохимической модификацией. Дж. Чистый. Произв. 2019:118716. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.118716. [CrossRef] [Google Scholar]

32. Фазли А., Родриг Д. Переработка отходов резины: обзор эволюции и свойств термопластичных эластомеров. Материалы. 2020;13:782. дои: 10.3390/ma13030. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

33. Абрамек К.Ф., Уздовски М. Восстановление бумажного материала при переработке многокомпонентных компонентов ELV как этап внедрения экономики замкнутого цикла. [(по состоянию на 8 октября 2020 г.)]; Autobusy. 2011 10:37–40. Доступно в Интернете: http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-article-BWAW-0016-0001?printView=true [Google Scholar]

34. Чандреш Д., Манджаре С. ., Раджан С.К. Переработка изношенных шин путем пиролиза для извлечения сажи: альтернативный и экологически безопасный армирующий наполнитель для смесей натурального каучука. Композиции Часть. Б инж. 2020; 200 doi: 10.1016/j.compositesb.2020.108346. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

35. Хванг И., Кобаяси Дж., Кавамото К. Характеристика продуктов, полученных пиролизом и паровой газификацией древесных отходов, RDF и RPF. Управление отходами. 2014; 34:402–410. doi: 10.1016/j.wasman.2013.10.009. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

36. Качор З., Булински З., Верле С. Моделирование подходов к пиролизу отходов биомассы: обзор. Продлить. Энергия. 2020; 159: 427–443. doi: 10.1016/j.renene.2020.05.110. [CrossRef] [Google Scholar]

37. Эрен Путун А., Онал Э., Бурку У.Б., Озбай Н. Сравнение «медленного» и «быстрого» пиролиза табачных остатков. инд. урожая. Произв. 2007; 26: 307–314. doi: 10.1016/j.indcrop.2007.03.011. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

38. Хан С., Джанг Ю.-К., Чой Ю.-С., Чой С.-К. Термогравиметрическое кинетическое исследование пиролиза остатков автомобильных измельчителей (ASR). Энергии. 2020;13:1451. doi: 10.3390/en13061451. [CrossRef] [Google Scholar]

39. Хосокаи С., Мацуока К., Курамото К., Судзуки Ю. Модификация формулы Дюлонга для оценки теплотворной способности газа, жидкого и твердого топлива. Топливный процесс. Технол. 2016; 152:399–405. doi: 10.1016/j.fuproc.2016.06.040. [CrossRef] [Google Scholar]

40. Озюу Уран А., Яман С. Прогноз теплотворной способности биомассы на основе экспресс-анализа. Энергетическая процедура. 2017; 107: 130–136. doi: 10.1016/j.egypro.2016.12.149. [CrossRef] [Google Scholar]

41. Багери М., Эсфилар Р., Сина Голчи М., Кеннеди К. А. На пути к экономике замкнутого цикла: всестороннее исследование более высокой теплотворной способности и потенциала выбросов различных твердых бытовых отходов. Управление отходами. 2020;101:210–221. doi: 10.1016/j.wasman.2019.09.042. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

42. Syguła E., Koziel J.A., Białowiec A. Доказательство концепции торрефикации компоста из отработанных грибов — изучение кинетики процесса и влияние температуры и продолжительности на теплотворную способность произведенного биоугля. Энергии. 2019;12:3060. doi: 10.3390/en12163060. [CrossRef] [Google Scholar]

43. Пулка Ю., Манчарски П., Стемпень П., Маржена С., Козель Ю.А., Беловец А. Отходы в углерод: Является ли торрефицированный осадок сточных вод с высоким содержанием золы лучшим? топливо или удобрения? Материалы. 2020;13:954. doi: 10.3390/ma13040954. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

44. Свеховский К., Лишевский М., Бомбелевский П., Козель Ю.А., Беловец А. Oxytree торрефикация обрезанной биомассы: математические модели влияния температуры и время выдержки по улучшению свойств топлива. Материалы. 2019;12:2228. doi: 10.3390/ma12142228. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

45. Стемпень П., Свеховский К., Гнат М., Куглер С., Стегента-Домбровска С., Козель Ю.А., Манчарский П., Беловец А. Отходы в углерод: биоуголь из слоновьего помета как новое топливо для приготовления пищи. Энергии. 2019;12:4344. doi: 10.3390/en12224344. [CrossRef] [Google Scholar]

46. Лин Б., Сильвейра Э.А., Колин Б., Чен В.-Х., Петриссанс А., Руссе П., Петриссанс М. Прогнозирование более высоких теплотворных способностей (ВТС) и энергии выход во время торрефикации через кинетику. Энергетическая процедура. 2019;158:111–116. doi: 10.1016/j.egypro.2019.01.054. [CrossRef] [Google Scholar]

47. Джамин Н.А., Салех С., Самад Н.А.Ф.А. Прогнозирование свойств торрефицированных твердых бытовых отходов с использованием линейной корреляционной модели. Энергетическая процедура. 2019; 158: 836–841. doi: 10.1016/j.egypro.2019.01.217. [CrossRef] [Google Scholar]

48. Li J., Zhu X., Li Y., Tong Y.W., Ok Y.S., Wang X. Многозадачное прогнозирование и оптимизация свойств гидроугля из твердых бытовых отходов с высокой влажностью: применение машинного обучения по преобразованию отходов в ресурсы. Дж. Чистый. Произв. 2020;278:123928. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.123928. [CrossRef] [Google Scholar]

49. Мачневский П., Рудняк Л., Молга Э. Моделирование процесса пиролиза резиновых отходов. [(по состоянию на 8 октября 2020 г.)];Inżynieria Apar. хим. 2016: 28–29. Доступно в Интернете: http://inzynieria-aparatura-chemiczna.pl/pdf/2016/2016-1/InzApChem_2016_1_028-029.pdf [Google Scholar]

быстрый пиролиз биомассы и образование бионефти. Примечание I: Кинетический механизм пиролиза биомассы. ACS Sustain. хим. англ. 2017;5:2867–2881. doi: 10.1021/acssuschemeng.6b03096. [CrossRef] [Google Scholar]

51. Стемпень П., Серовник М., Козель Ю.А., Беловец А. Модель потребления энергии от отходов к углероду и данные, основанные на анализе ТГА и ДСК отдельных компонентов ТБО. Данные. 2019;4:53. doi: 10.3390/data4020053. [CrossRef] [Google Scholar]

52. Tadeusiewicz R., Migut G. Онлайн-обучение нейронным сетям, 23–24 ноября 2020 г. [(по состоянию на 23 ноября 2020 г.)]; StasSoft Pol. 2020 г. Доступно в Интернете: https://www.classcentral.com/tag/neural-networks [Google Scholar]

53. Олатунджи О., Акинлаби С., Мадушеле Н. Применение искусственного интеллекта в прогнозировании тепловых свойств биомассы. В: Дарамола М.О., Айени А.О., редакторы. Превращение биомассы в товары с добавленной стоимостью: текущие тенденции, проблемы и перспективы на будущее. Спрингер; Чам, Швейцария: 2020. стр. 59–91. [CrossRef] [Google Scholar]

54. Басу П. Глава 2 — Характеристики биомассы. В: Басу П., редактор. Газификация биомассы и пиролиз. Академическая пресса; Бостон, Массачусетс, США: 2010. стр. 27–63. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

55. Аккая Э., Демир А. Прогнозирование теплотворной способности материалов на основе твердых бытовых отходов: модель искусственной нейронной сети. Источники энергии. 2010; 32:1777–1783. doi: 10.1080/15567030902882950. [CrossRef] [Google Scholar]

56. Сукиран М.А., Абниса Ф., Сяфии С., Ван Дауд В.М.А., Насрин А.Б., Абдул Азиз А., Лох С.К. Экспериментальное и модельное исследование торрефикации пустых связок фруктов в качестве потенциального топлива для котлов на заводе по производству пальмового масла. Биомасса Биоэнергетика. 2020;136:105530. doi: 10.1016/j.biombioe.2020.105530. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

57. Учебник по электронной статистике StatSoft. [(по состоянию на 12 декабря 2020 г.)]; Доступно на сайте: https://www.statsoft.pl/textbook/stathome_stat.html?https%3A%2F%2Fwww.statsoft.pl%2Ftextbook%2Fstgrm.html

58. Свеховский К., Сигула Э., Козел Ю.А. , Стемпень П., Куглер С., Манчарски П., Беловец А. Низкотемпературный пиролиз компонентов твердых бытовых отходов и топлива из отходов — эффективность процесса и топливные свойства карбонизированного твердого топлива. Данные. 2020;5:48. дои: 10. 3390/данные5020048. [CrossRef] [Google Scholar]

59. Тиикма Л., Тамвелиус Х., Луйк Л. Совместная переработка тяжелого сланцевого масла с полиэтиленовыми отходами. Дж. Анал. заявл. Пиролиз. 2007; 79: 191–195. doi: 10.1016/j.jaap.2006.12.029. [CrossRef] [Google Scholar]

60. Горбель Л., Руисси Т., Брар С.К., Лопес-Гонсалес Д., Рамирес А.А., Годбаут С. Добавленная стоимость переработанного картона и сельскохозяйственного компоста путем пиролиза. Управление отходами. 2015; 38: 164–173. doi: 10.1016/j.wasman.2015.01.009. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

61. Фан А.Н., Рю С., Шарифи В.Н., Свитенбанк Дж. Характеристика продуктов медленного пиролиза из сегрегированных отходов для производства энергии. Дж. Анал. заявл. Пиролиз. 2008; 81: 65–71. doi: 10.1016/j.jaap.2007.09.001. [CrossRef] [Google Scholar]

62. Сотудениа Ф., Баба Рабиу А., Алаят А., Макдональд А.Г. Характеристика бионефти и биоугля при пиролизе отходов гофрированного картона. Дж. Анал. заявл. Пиролиз. 2020; 145 doi: 10.1016/j.jaap.2019.104722. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

Декарбонизация природного газа: метановое топливо без углекислого газа

Джеффри Озин | 20 марта 2018 г.

Обсуждается увлекательный подход к использованию химической энергии, содержащейся в углерод-водородных связях метана, без совместного производства углекислого газа в процессе горения.

В настоящее время огромные объемы природного газа доступны для производства энергии и химического производства. Было подсчитано, что газовая промышленность во всем мире уже произвела около 3000 триллионов кубических футов газа, а оставшиеся запасы газа оцениваются в 7000 триллионов кубических футов. Мировой спрос на природный газ сегодня составляет около 100 триллионов кубических футов и, как ожидается, вырастет примерно до 130–210 триллионов кубических футов в 2030 году. Таким образом, даже если половина запасов природного газа используется для производства тепла и электроэнергии, это соответствует примерно 278 миллиардов тонн эквивалента CO

2 выпущено в атмосферу.

Это много парниковых газов, которые могут способствовать изменению климата.

Увлекательный подход к использованию химической энергии, содержащейся в углерод-водородных связях метана, без совместного производства CO ₂ в процессе горения, описываемом уравнением реакции:

CH ₄ + 2O ₂ → CO ₂ + 2H ₂ O

происходит путем пиролиза, а именно термической обработки метана в отсутствие кислорода, описываемого уравнением реакции:

CH ₄ → C + 2H ₂

Пришло время обезуглерожить метан в топливо, превратив его в твердый углерод и газообразный водород без образования углекислого газа. Работа предоставлена Chenxi Qian.

Продукт этого пиролиза представляет собой твердый углерод и газообразный водород, но не CO ₂ .

Сжигание метана является сильно экзотермическим процессом с выделением тепла, в то время как пиролиз метана является сильно эндотермическим процессом, требующим подвода тепла. Пиролиз метана представляет собой равновесную реакцию, которая начинает производить углерод и водород при температуре около 300°C и завершается при температуре около 1000°C в соответствии с приведенным выше уравнением.

Один из предполагаемых способов пиролиза метана в промышленных масштабах основан на доменной печи для добычи железной руды. В этом процессе железная руда, кокс и известняк подаются в верхнюю часть печи, а расплавленное железо и шлак, полученные таким образом, опускаются и разделяются в нижней части печи.

Аналогичный технологический принцип был предложен для пиролиза метана, при котором метан подают в нижнюю часть высокотемпературного реактора, заполненного расплавленным металлом, таким как Pb или расплавленный металлический сплав NiBi, при температуре 1000°C. Эти металлические расплавы катализируют образование твердого углерода и газообразного водорода. Образовавшийся таким образом углерод всплывает наверх расплава, откуда его откачивают и переносят в резервуар для хранения углерода.

Из совместно произведенного водорода 1/3 моля используется для обогрева реактора, а остальные 5/3 моля охлаждаются и хранятся для использования в качестве топлива.

Технико-экономическая оценка процесса пиролиза метана показывает, что он является более рентабельным (0,95 доллара США за кг H ₂ ), чем метод паровой конверсии метана (1,12 доллара США за кг H

2 ) в водород, CH ₄ + H ₂ O → CO + 3H ₂ .

Основываясь на том же принципе обработки, можно представить будущий гибридный автомобиль с нулевым выбросом CO ₂, работающий на бортовой системе пиролиза природного газа, в которой водородный продукт работает на водородно-кислородном топливном элементе или двигателе внутреннего сгорания, а углеродный продукт собирается в сборный резервуар, который периодически заменяется по мере заполнения.

Проблема в процессах метанового пиролиза для получения H ₂ заключается в том, что делать с огромным количеством углеродного побочного продукта? Одной из рассмотренных возможностей является использование реакции между углеродом и диоксидом углерода при повышенных температурах около 1150 °C:

C + CO ₂ → 2CO

для получения монооксида углерода для использования в качестве синтона для изготовления топлива и химикатов.

Эта реакция имеет связанный эндотермический штраф DH = 172,6 кДж на моль, который может быть обеспечен возобновляемой формой энергии.

Другим возможным применением углерода может быть прямой углеродно-кислородный топливный элемент, хотя недостатком общей электрохимической реакции C + O ₂ → CO ₂ является образование двуокиси углерода. Еще одна возможность заключается в контроле морфологии углерода, полученного в результате реакции пиролиза метана, например, в форме углеродных нанотрубок, графена, аморфного и графитового углерода и углеродных волокон. Эти различные формы углерода могут найти множество применений, использующих их уникальные электрические, оптические, механические, химические и поверхностные свойства.

Следует отметить, что энергоемкость реакции пиролиза различных форм углерода может быть снижена за счет фототермического управления обезуглероживанием. Это потребует использования катализатора, такого как Ni@SiO

2 , в котором наноструктурированный металлический компонент сильно и широко поглощает свет во всем диапазоне длин волн солнечного спектра.