Процесс пиролиза — реакции, распад, факторы влияния, проблемы
Основными реакциями процесса пиролиза являются реакции разложения алканов и нафтеновых углеводородов на меньшие молекулы-осколки, которые, в свою очередь, вступают в разнообразные реакции между собой.
Предельные углеводороды
|
С12Н26—> |
С6Н14 |
+ С6Н12 |
|
додекан |
гексан |
Гексен |
С уменьшением молекулярного веса и ростом температуры распад молекулы происходит ближе к ее краю, при этом образуется легкий углеводород и тяжелый остаток молекулы, который быстро разлагается.
|
С6Н14 |
С2Н4 |
+ С4Н10 |
|
гексан |
этилен |
Бутан |
|
С4Н10 —> |
С2Н4 |
+ С2Н6 |
|
бутан |
этилен |
этан |
Распад изобутана при пиролизе протекает в основном в двух направлениях:
СН3 — СН — СН3 —> СН 2 = С — СН3 + Н2
¦ ¦
СН3 СН3
изобутан изобутилен
СН3 — СН — СН3 —> СН2 = СН — СН3 + СН4
¦ пропилен метан
СН3
изобутан
В этих реакциях этилен не образуется.
Если основной задачей является получение максимального количества этилена, то изобутан считается нежелательным компонентом сырья пиролиза.
При пиролизе этановой фракции реакция проходит по следующей схеме:
|
С2Н6 —> |
С2Н4 |
+ Н2 |
|
этан |
этилен |
водород |
При пиролизе рецикловых сбросов с высоким содержанием пропана реакция проходит по следующей схеме:
|
С3Н8 —> |
С2Н4 |
+ СН4 |
|
пропан |
этилен |
Метан |
|
С3Н8 —> |
С3Н6 |
+ Н2 |
|
пропан |
пропилен |
Водород |
Непредельные углеводороды
Непредельные углеводороды — олефины, являются конечным продуктом пиролиза, поэтому присутствие их в сырье нежелательно.
При температуре 600 оС и выше реакция распада олефинов сопровождается реакциями конденсации с образованием непредельных углеводородов с двумя двойными связями — диолефинов.
2СН2 = СН2 —> СН2 = СН — СН = СН2 + Н2
этиленбутадиен
При дальнейшей конденсации образуются ароматические углеводороды.
СН2 = СН — СН = СН2 + СН2 = СН2 —> С6Н6 + 2Н2
бутадиен этилен бензол
Устойчивость олефинов к действию высоких температур понижается с увеличением числа атомов углерода в молекуле. Этилен является наиболее устойчивым из непредельных углеводородов, но при температуре выше 650
|
4С2Н4 |
—> 2С4Н8 |
+ 4Н2 |
|
|
бутен |
|
При температуре выше 600 оС для этилена характерны реакция конденсации:
|
2С2Н4 |
—> С4Н6 |
+ Н2 |
|
|
бутадиен |
|
и присоединение водорода:
|
С2Н4 |
+ Н2—> |
С2Н6 |
|
|
|
этан |
Нафтеновые углеводороды
Нафтеновые углеводороды, например, циклопентан и циклогексан, более устойчивы к действию температуры, чем нормальные пентан и гексан.
С увеличением длины боковой цепи устойчивость нафтеновых углеводородов понижается.
Сырье
Лучшим сырьем для процесса пиролиза являются предельные углеводороды. Их используют в смеси с другими углеводородами, которые также участвуют в процессе.
Температура
Температура является одним из основных факторов, определяющих процесс пиролиза. При повышении температуры резко повышается скорость реакции пиролиза, иногда меняется их характер.
С повышением температуры скорость первичных реакций распада растет быстрее, чем вторичных реакций полимеризации и конденсации. Поэтому непредельные углеводороды (этилен, пропилен) сохраняются в пирогазе и выход их на сырье возрастает, а выход смолы и кокса снижается.
Время контакта
Это время, в течение которого углеводороды находятся в зоне высоких температур (в реакционной зоне).
С увеличением времени контакта пирогаза в зоне высоких температур снижается выход этилена и пропилена, увеличивается коксообразование.
Давление
Снижение давления способствует образованию газообразных продуктов реакции, увеличению выхода этилена и пропилена. Увеличение давления приводит к увеличению выхода смол и кокса, снижению выхода этилена и пропилена.
Добавка инертных разбавителей
Разбавление сырья водяным паром способствует увеличению выхода этилена и пропилена, снижает выход кокса. Разбавляя реагирующие вещества, водяной пар тем самым уменьшает вероятность столкновения между собой молекул непредельных углеводородов и снижает реакции полимеризации и конденсации.
Примерно технологическая схема печи выглядит следующим образом:
В качестве основной проблемы процесса можно выделить невозможность наблюдения за происходящим с сырьем в реальном времени. Есть данные «что вошло», и данные о том «что получилось», однако любое воздействие на процесс возможно уже по факту свершившегося нарушения преобразований.
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 C2H2. 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
Сети реакций пиролиза модельных соединений лигнина: распутывание термической деструкции соединений β-O-4 и α-O-4
Сети реакций пиролиза для модельных соединений лигнина: распутывание термической деконструкции соединений β-O-4 и α-O-4†
Йонг С.
Чой, и Рахул
Сингх, б Цзин
Чжан, и Ганеша
Баласубраманян, б Мэтью Р.
Осетр, c Руи
Катахира,
Принадлежности автора
* Соответствующие авторы
и Кафедра химической и биологической инженерии, Университет штата Айова, Эймс, ИА 50011, США
Электронная почта: bshanks@iastate.
edu
б Факультет машиностроения, Университет штата Айова, Эймс, IA 50011, США
с Национальный центр биоэнергетики, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, Голден, Колорадо 80401, США
Аннотация
Хотя лигнин является одним из основных компонентов биомассы, химия его пиролиза изучена недостаточно из-за сложной гетерогенности.
Чтобы лучше понять эту химию, пиролиз семи модельных соединений лигнина (пять связанных молекул β-O-4 и две молекулы α-O-4) был исследован в микропиролизере, подключенном к ГХ-МС/ПИД. В соответствии с количественным молярным балансом продукта для реакционных сетей, согласованная фрагментация ретроена и гомолитическая диссоциация были настоятельно предложены в качестве начальной стадии реакции для соединений β-O-4 и соединений α-O-4 соответственно. Считалось, что разница в пути реакции между соединениями с разными связями является результатом термодинамики инициирования радикалов. Константы скорости для различных путей реакции были предсказаны из ab initio Расчеты теории функционала плотности и предэкспоненциальные литературные значения. Результаты расчетов согласуются с результатами эксперимента, что еще раз подтверждает различные механизмы пиролиза для соединений, связанных β-эфиром и α-эфиром. Комбинация двух путей из димерных модельных соединений позволила качественно описать пиролиз тримерного модельного соединения лигнина, содержащего связи как β-O-4, так и α-O-4.
Механизмы реакций при пиролизе целлюлозы: обзор литературы (технический отчет)
Механизмы реакций при пиролизе целлюлозы: обзор литературы (технический отчет) | ОСТИ.GOVперейти к основному содержанию
- Полная запись
- Другое связанное исследование
Представлен библиографический обзор из 195 источников, отражающий историю изучения механизмов пиролиза целлюлозы. Обсуждаемые темы: идентификация начального продукта, механизм начального образования левоглюкозана из целлюлозы и родственных соединений, разложение целлюлозы на другие соединения, образование ароматических соединений, пиролиз левоглюкозана, сшивание целлюлозы, пиролитические реакции производных целлюлозы и эффекты.
неорганических солей на механизм пиролиза. (ДжСР)
- Авторов:
- Молтон, П. М.; Деммит, Т. Ф.
- Дата публикации:
- Исследовательская организация:
- Battelle Pacific Northwest Labs., Ричленд, Вашингтон (США)
- Идентификатор ОСТИ:
- 7298596
- Номер(а) отчета:
- БНВЛ-2297
- Номер контракта Министерства энергетики:
- EY-76-C-06-1830
- Тип ресурса:
- Технический отчет
- Страна публикации:
- США
- Язык:
- Английский
- Тема:
- 37 НЕОРГАНИЧЕСКАЯ, ОРГАНИЧЕСКАЯ, ФИЗИЧЕСКАЯ И АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ; 09 ТОПЛИВО НА БИОМАССЕ; ЦЕЛЛЮЛОЗА; ПИРОЛИЗ; КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ; ВЫХОД ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ; ОБЗОРЫ; УГЛЕВОДЫ; ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ; РАЗЛОЖЕНИЕ; ТИПЫ ДОКУМЕНТОВ; КИНЕТИКА; ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ; ПОЛИСАХАРИДЫ; КИНЕТИКА РЕАКЦИИ; САХАРИДЫ; ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ; УРОЖАЙНОСТЬ; 400800* — Горение, пиролиз и высокотемпературная химия; 090400 — Твердые отходы и древесное топливо- (-1989)
Форматы цитирования
- MLA
- АПА
- Чикаго
- БибТекс
Молтон П.
М. и Деммитт Т.Ф. Механизмы реакций при пиролизе целлюлозы: обзор литературы . США: Н. П., 1977.
Веб. дои: 10.2172/7298596.
Копировать в буфер обмена
Молтон П.М. и Деммитт Т.Ф. Механизмы реакций при пиролизе целлюлозы: обзор литературы . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/7298596
Копировать в буфер обмена
Молтон, П.М., и Деммитт, Т.Ф., 1977.
«Механизмы реакций при пиролизе целлюлозы: обзор литературы». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/7298596. https://www.osti.gov/servlets/purl/7298596.
Копировать в буфер обмена
@статья{osti_7298596,
title = {Механизмы реакций при пиролизе целлюлозы: обзор литературы},
автор = {Молтон П.
М. и Деммитт Т.Ф.},
abstractNote = {Представлен библиографический обзор 195 ссылок, отражающий историю изучения механизмов пиролиза целлюлозы. Обсуждаемые темы: идентификация начального продукта, механизм начального образования левоглюкозана из целлюлозы и родственных соединений, разложение целлюлозы на другие соединения, образование ароматических соединений, пиролиз левоглюкозана, сшивание целлюлозы, пиролитические реакции производных целлюлозы и эффекты. неорганических солей на механизм пиролиза. (JSR)},
дои = {10,2172/7298596},
URL = {https://www.osti.gov/biblio/7298596},
журнал = {},
номер =,
объем = ,
место = {США},
год = {1977},
месяц = {8}
}
Копировать в буфер обмена
Посмотреть технический отчет (2,86 МБ)
https://doi.org/10.2172/7298596
Экспорт метаданных
Сохранить в моей библиотеке
Вы должны войти в систему или создать учетную запись, чтобы сохранять документы в своей библиотеке.