Pyrolysis ist eine thermochemical Zergliederung des organischen Materials bei Hochtemperaturen ohne die Teilnahme von Sauerstoff. Es schließt die gleichzeitige Änderung der chemischen Zusammensetzung und physischen Phase ein und ist irreversibel. Das Wort wird von den von den Griechen abgeleiteten Elementen pyr "Feuer" und lysis "das Trennen" ins Leben gerufen.

Pyrolysis ist ein Fall von thermolysis, und wird meistens für organische Materialien verwendet, deshalb, einen der am Verkohlen beteiligten Prozesse zu sein. Der pyrolysis von Holz, das daran anfängt, kommt zum Beispiel in Feuern vor, wo feste Brennstoffe brennen, oder wenn Vegetation in Kontakt mit der Lava in vulkanischen Ausbrüchen eintritt. Im Allgemeinen, pyrolysis organischer Substanzen erzeugt flüssige und Gasprodukte und verlässt einen festen Rückstand reicher am Kohlenstoff-Inhalt, Rotforelle. Äußerster pyrolysis, der größtenteils Kohlenstoff als der Rückstand verlässt, wird Karbonisieren genannt.

Der Prozess wird schwer in der chemischen Industrie verwendet, um zum Beispiel Holzkohle, aktivierten Kohlenstoff, Methanol, und andere Chemikalien von Holz zu erzeugen, um Äthylen dichloride ins Vinylchlorid umzuwandeln, um PVC zu machen, um Cola von Kohle zu erzeugen, um Biomasse in syngas und biochar umzuwandeln, Verschwendung in sicher verfügbare Substanzen zu verwandeln, und um Kohlenwasserstoffe des mittleren Gewichts von Öl in leichtere wie Benzin umzugestalten. Dieser Spezialgebrauch von pyrolysis kann verschiedene Namen, wie trockene Destillation, zerstörende Destillation oder das Knacken genannt werden.

Pyrolysis spielt auch eine wichtige Rolle in mehreren Kochen-Verfahren, wie das Backen, Braten, Grillen und Karamellisieren. Außerdem ist es ein Werkzeug der chemischen Analyse zum Beispiel in der Massenspektrometrie und in der C-14 Datierung. Tatsächlich wurden viele wichtige chemische Substanzen, wie Phosphor und Schwefelsäure, zuerst durch diesen Prozess erhalten. Wie man angenommen hat, hat Pyrolysis während catagenesis, der Konvertierung der begrabenen organischen Sache zu fossilen Brennstoffen stattgefunden. Es ist auch die Basis von pyrography. In ihrem Einbalsamieren-Prozess haben die alten Ägypter eine Mischung von Substanzen einschließlich des Methanols verwendet, das sie vom pyrolysis von Holz erhalten haben.

Pyrolysis unterscheidet sich von anderen Hoch-Temperaturprozessen wie Verbrennen und Hydrolyse, in die es Reaktionen mit Sauerstoff, Wasser oder irgendwelchen anderen Reagenzien nicht einschließt. In der Praxis ist es nicht möglich, eine Atmosphäre völlig ohne Sauerstoff zu erreichen. Weil etwas Sauerstoff in jedem pyrolysis System da ist, kommt ein kleiner Betrag der Oxydation vor.

Der Begriff ist auch auf die Zergliederung des organischen Materials in Gegenwart von überhitztem Wasser oder Dampf (wasserhaltiger pyrolysis) zum Beispiel im Dampfknacken von Öl angewandt worden.

Ereignis und Gebrauch

Feuer

Pyrolysis ist gewöhnlich die erste chemische Reaktion, die im Brennen von vielen festen organischen Brennstoffen, wie Holz, Stoff und Papier, und auch einiger Arten von Plastik vorkommt. In einem Holzfeuer sind die sichtbaren Flammen nicht wegen des Verbrennens des Holzes selbst, aber eher des durch seinen pyrolysis veröffentlichten Benzins, wohingegen das Brennen der Flamme weniger eines festen, genannten Glimmens, das Verbrennen des festen Rückstands (Rotforelle oder Holzkohle) zurückgelassen durch pyrolysis ist. So ist der pyrolysis von allgemeinen Materialien wie Holz, Plastik und Kleidung für die Feuersicherheit und Brandbekämpfung äußerst wichtig.

Das Kochen

Pyrolysis kommt vor, wann auch immer Essen zu hoch genug Temperaturen in einer trockenen Umgebung, wie das Rösten, Backen, Rösten, Grillen usw. ausgestellt wird. Es ist der chemische Prozess, der für die Bildung der golden-braunen Kruste in durch jene Methoden bereiten Nahrungsmitteln verantwortlich ist.

Im normalen Kochen sind die Hauptnahrungsmittelbestandteile, die pyrolysis erleben, Kohlenhydrate (einschließlich Zuckers, Stärke und Faser) und Proteine. (Sieh: Reaktion von Maillard.) verlangt Pyrolysis von Fetten eine viel höhere Temperatur, und, da er toxische und feuergefährliche Produkte erzeugt (wie acrolein), wird er im Allgemeinen im normalen Kochen vermieden. Es kann jedoch vorkommen, wenn es Fettfleisch über heiße Kohlen grillt.

Wenn auch das Kochen normalerweise in Luft ausgeführt wird, sind die Temperaturen und Umweltbedingungen solch, dass es wenig oder kein Verbrennen der ursprünglichen Substanzen oder ihrer Zergliederungsprodukte gibt. Insbesondere der pyrolysis von Proteinen und Kohlenhydraten beginnt bei Temperaturen viel tiefer als die Zünden-Temperatur des festen Rückstands, und die flüchtigen Subprodukte werden in Luft zu verdünnt, um sich zu entzünden. (In flambé Tellern ist die Flamme größtenteils zum Verbrennen des Alkohols erwartet, während die Kruste durch pyrolysis als im Backen gebildet wird.)

Pyrolysis von Kohlenhydraten und Proteinen verlangt Temperaturen wesentlich höher als, so kommt pyrolysis nicht vor, so lange freies Wasser, z.B, im kochenden Essen — nicht sogar in einem Schnellkochtopf da ist. Wenn geheizt, in Gegenwart von Wasser ertragen Kohlenhydrate und Proteine allmähliche Hydrolyse aber nicht pyrolysis. Tatsächlich, für die meisten Nahrungsmittel, wird pyrolysis gewöhnlich auf die Außenschichten des Essens beschränkt, und beginnt nur, nachdem jene Schichten ausgetrocknet haben.

Essen pyrolysis Temperaturen ist jedoch tiefer als der Siedepunkt von lipids, so kommt pyrolysis vor, wenn er in Pflanzenöl oder Rindertalg brät, oder Fleisch in seinem eigenen Fett verhaut.

Pyrolysis spielt auch eine wesentliche Rolle in der Produktion des Gerste-Tees, des Kaffees und der gerösteten Nüsse wie Erdnüsse und Mandeln. Da diese größtenteils aus trockenen Materialien bestehen, wird der Prozess von pyrolysis auf die äußersten Schichten nicht beschränkt, aber streckt sich überall in den Materialien aus. In allen diesen Fällen schafft pyrolysis oder veröffentlicht viele der Substanzen, die zum Geschmack, der Farbe und den biologischen Eigenschaften des Endproduktes beitragen. Er kann auch einige Substanzen zerstören, die toxisch, im Geschmack unangenehm sind, oder diejenigen, die zu Fehldruck beitragen können.

Kontrollierter pyrolysis von Zucker, der daran anfängt, erzeugt Karamell, einen beige zum braunen wasserlöslichen Produkt, das weit in Süßigkeiten und (in der Form des Karamells verwendet ist, das sich färbt) als ein Farbstoff für alkoholfreie Getränke und andere industrialisierte Nahrungsmittelprodukte.

Der feste Rückstand vom pyrolysis des verschütteten und bespritzten Essens schafft die braun-schwarze Krustenbildung, die häufig beim Kochen von Behältern, Ofen-Spitzen und den Innenoberflächen von Öfen gesehen ist.

Holzkohle

Pyrolysis ist seit alten Zeiten verwendet worden, um Holz in Holzkohle auf einer Industrieskala zu verwandeln. Außer Holz kann der Prozess auch Sägemehl und andere Holzabfallprodukte verwenden.

Holzkohle wird durch die Heizung von Holz erhalten, bis sein ganzer pyrolysis (Karbonisieren) vorkommt, nur Kohlenstoff und anorganische Asche verlassend. In vielen Teilen der Welt wird Holzkohle noch halbindustriell, durch das Brennen eines Stapels von Holz erzeugt, das größtenteils mit dem Schlamm oder den Ziegeln bedeckt worden ist. Die Hitze, die durch den brennenden Teil des Holzes und der flüchtigen Nebenprodukte pyrolyzes der Rest des Stapels erzeugt ist. Die beschränkte Versorgung von Sauerstoff hält die Holzkohle davon ab zu brennen. Eine modernere Alternative soll das Holz in einem luftdichten Metallbehälter heizen, der viel weniger beschmutzt und den flüchtigen Produkten erlaubt, kondensiert zu werden.

Die ursprüngliche Gefäßstruktur des Holzes und der geschaffenen Poren durch das Entgehen Benzin verbindet sich, um ein leichtes und poröses Material zu erzeugen. Indem man mit einem dichten holzähnlichen Material, wie Nussschalen oder Pfirsich-Steine anfängt, erhält man eine Form von Holzkohle mit besonders feinen Poren (und folglich eine viel größere Porenfläche), genannt aktivierten Kohlenstoff, der als ein adsorbent für eine breite Reihe von chemischen Substanzen verwendet wird.

Biochar

Wie man

denkt, sind Rückstände von unvollständigem organischem pyrolysis, z.B, davon, Feuer zu kochen, der Schlüsselbestandteil der Erde preta mit alten einheimischen Gemeinschaften der Waschschüssel von Amazonas vereinigte Böden.

Erde preta wird sehr von lokalen Bauern für seine höhere Fruchtbarkeit im Vergleich zum natürlichen roten Boden des Gebiets gesucht. Anstrengungen sind laufend, um diese Böden durch biochar, den festen Rückstand von pyrolysis von verschiedenen Materialien, größtenteils organischer Verschwendung zu erfrischen.

Biochar verbessert die Boden-Textur und Ökologie, seine Fähigkeit vergrößernd, Dünger zu behalten und sie langsam zu veröffentlichen. Es enthält natürlich viele der Mikronährstoffe, die von Werken wie Selen erforderlich sind. Es ist auch sicherer als andere "natürliche" Dünger wie Mist oder Abwasser, seitdem es bei der hohen Temperatur desinfiziert worden ist. Und da es seine Nährstoffe an einer langsamen Rate veröffentlicht, reduziert es außerordentlich die Gefahr der Wasserabflussleiste-Verunreinigung.

Biochar wird auch für den Kohlenstoff-Ausschluss mit dem Ziel der Milderung der Erderwärmung betrachtet. Wenn seine flüchtigen und gasartigen Produkte combusted oder gewonnen sind, strahlt der Biochar-Prozess in erster Linie Wasserdampf aus. Die feste, Kohlenstoff enthaltende erzeugte Rotforelle kann im Boden abgesondert werden, wo es unbestimmt bleiben wird.

Cola

Pyrolysis wird auf einer massiven Skala verwendet, um Kohle ins Cola für die Metallurgie, besonders Stahlerzeugung zu verwandeln.

Cola kann auch vom festen von der Erdölraffinierung verlassenen Rückstand erzeugt werden.

Jene Ausgangsmaterialien enthalten normalerweise Wasserstoff, Stickstoff oder Sauerstoff-Atome, die mit Kohlenstoff in Moleküle des Mediums zum hohen Molekulargewicht verbunden sind. Das Cola-Bilden oder Prozess "verkokend", besteht daraus, das Material in geschlossenen Behältern zu sehr hohen Temperaturen (bis dazu) zu heizen, so dass jene Moleküle unten in leichtere flüchtige Substanzen zerbrochen werden, die den Behälter und einen porösen, aber harten Rückstand verlassen, der größtenteils Kohlenstoff und anorganische Asche ist. Der Betrag von volatiles ändert sich mit dem Quellmaterial, aber ist normalerweise 25-30 % davon durch das Gewicht.

Kohlenstoff-Faser

Kohlenstoff-Fasern sind Glühfäden von Kohlenstoff, der verwendet werden kann, um sehr starke Garne und Textilwaren zu machen. Kohlenstoff-Faser-Sachen werden häufig durch das Drehen und das Weben des gewünschten Artikels von Fasern eines passenden Polymers, und dann pyrolyzing das Material bei einer hohen Temperatur (davon) erzeugt.

Die ersten Kohlenstoff-Fasern wurden von der Kunstseide gemacht, aber Polyacrylnitril ist das allgemeinste Ausgangsmaterial geworden.

Für ihre ersten bearbeitungsfähigen elektrischen Lampen haben Schwan von Joseph Wilson und Thomas Edison Kohlenstoff-Glühfäden verwendet, die durch pyrolysis von Baumwollgarnen und Bambus-Splittern beziehungsweise gemacht sind.

Kohlenstoff von Pyrolytic

Pyrolysis ist die Reaktion, die verwendet ist, um ein vorgebildetes Substrat mit einer Schicht von pyrolytic Kohlenstoff anzustreichen. Das wird normalerweise in einem fluidized Bettreaktor getan, der dazu geheizt ist. Kohlenstoff-Überzüge von Pyrolytic werden in vielen Anwendungen einschließlich künstlicher Herzklappen verwendet.

Bio-Treibstoff

Pyrolysis ist die Basis von mehreren Methoden, die entwickelt werden, um Brennstoff von der Biomasse zu erzeugen, die entweder Getreide einschließen kann, die zum Zweck oder biologische Abfallprodukte von anderen Industrien angebaut sind.

Obwohl synthetisches Diesel direkt durch pyrolysis von organischen Materialien nicht noch erzeugt werden kann, gibt es eine Weise, ähnliche Flüssigkeit ("Lebensöl") zu erzeugen, das als ein Brennstoff nach der Eliminierung von wertvollen Lebenschemikalien verwendet werden kann, die als Nahrungsmittelzusätze oder Arzneimittel verwendet werden können. Höhere Leistungsfähigkeit wird durch den so genannten Blitz pyrolysis erreicht, in dem sich fein geteilt hat, wird feedstock zu zwischen seit weniger als 2 Sekunden schnell geheizt.

Kraftstofflebensöl, das leichtem grobem Ölkanister ähnelt, auch durch wasserhaltigen pyrolysis von vielen Arten von feedstock einschließlich der Verschwendung von der Schwein- und Truthahn-Landwirtschaft durch einen Prozess erzeugt werden, hat thermischen depolymerization genannt (der jedoch andere Reaktionen außer pyrolysis einschließen kann).

Plastikmüllbeseitigung

Wasserfreier pyrolysis kann auch verwendet werden, um flüssigen Brennstoff zu erzeugen, der dem Diesel von der Plastikverschwendung ähnlich ist.

Prozesse

In vielen Industrieanwendungen wird der Prozess unter dem Druck und bei Betriebstemperaturen oben getan. Für die landwirtschaftliche Verschwendung, zum Beispiel, sind typische Temperaturen.

Prozesse

Da pyrolysis endothermic ist, sind verschiedene Methoden, Hitze den reagierenden Biomasse-Partikeln zur Verfügung zu stellen, vorgeschlagen worden:

• Teilweises Verbrennen der Biomasse-Produkte durch die Lufteinspritzung. Das läuft auf Produkte der schlechten Qualität hinaus.
• Die direkte Wärmeübertragung mit einem heißen Benzin, das ideale, das Produktbenzin ist, das wiedergeheizt und wiederverwandt wird. Das Problem ist, genug Hitze mit angemessenen Gasdurchflüssen zu versorgen.
• Indirekte Wärmeübertragung mit Austauschoberflächen (Wand, Tuben). Es ist schwierig, gute Wärmeübertragung an beiden Seiten der Hitzeaustauschoberfläche zu erreichen.
• Direkte Wärmeübertragung mit zirkulierenden Festkörpern: Festkörper übertragen Hitze zwischen einem Brenner und einem pyrolysis Reaktor. Das ist eine wirksame, aber komplizierte Technologie.

Für den Blitz pyrolysis muss die Biomasse Boden in feine Partikeln und die Isolieren-Rotforelle-Schicht sein, die sich an der Oberfläche der reagierenden Partikeln formt, muss unaufhörlich entfernt werden. Die folgenden Technologien sind für die Biomasse pyrolysis vorgeschlagen worden:

• Feste Betten für die traditionelle Produktion von Holzkohle verwendet. Schlechte, langsame Wärmeübertragung läuft auf sehr niedrige flüssige Erträge hinaus.
• Erdbohrer: Diese Technologie wird von einem Prozess von Lurgi an die Kohlenvergasung angepasst. Heißer Sand und Biomasse-Partikeln werden an einem Ende einer Schraube gefüttert. Die Schraube mischt den Sand und die Biomasse und befördert ihnen vorwärts. Es stellt eine gute Kontrolle der Biomasse-Verweilzeit zur Verfügung. Es verdünnt die pyrolysis Produkte mit einem Transportunternehmen oder fluidizing Benzin nicht. Jedoch muss Sand in einem getrennten Behälter wiedergeheizt werden, und mechanische Zuverlässigkeit ist eine Sorge. Es gibt keine groß angelegte kommerzielle Durchführung.
• Ablativprozesse: Biomasse-Partikeln werden mit der hohen Geschwindigkeit gegen eine heiße Metalloberfläche bewegt. Ablation jeder Rotforelle, die sich an einer Oberfläche einer Partikel formt, erhält eine hohe Rate der Wärmeübertragung aufrecht. Das kann durch das Verwenden einer Metalloberfläche erreicht werden, die mit der hohen Geschwindigkeit innerhalb eines Betts von Biomasse-Partikeln spinnt, die mechanische Zuverlässigkeitsprobleme aufwerfen können, aber jede Verdünnung der Produkte verhindern. Als eine Alternative können die Partikeln in einem Fremdgas aufgehoben und mit der hohen Geschwindigkeit durch einen Zyklon eingeführt werden, dessen Wand geheizt wird; die Produkte werden mit dem Fremdgas verdünnt. Ein mit allen Ablativprozessen geteiltes Problem besteht darin, dass Skala schwierig seit dem Verhältnis der Wandoberfläche zu den Reaktorvolumen-Abnahmen gemacht wird, weil die Reaktorgröße vergrößert wird. Es gibt keine groß angelegte kommerzielle Durchführung.
• Das Drehen des Kegels: Vorgewärmter heißer Sand und Biomasse-Partikeln werden in einen rotierenden Kegel eingeführt. Wegen der Folge des Kegels wird die Mischung von Sand und Biomasse über die Kegel-Oberfläche durch die Zentrifugalkraft transportiert. Wie andere seichte Reaktoren des transportierten Betts sind relativ feine Partikeln erforderlich, einen guten flüssigen Ertrag zu erhalten. Es gibt keine groß angelegte kommerzielle Durchführung.
• Betten von Fluidized: Biomasse-Partikeln werden in ein Bett von heißem Sand fluidized durch ein Benzin eingeführt, das gewöhnlich ein in Umlauf wiedergesetztes Produktbenzin ist. Hohe Wärmeübertragungsraten von fluidized Sand laufen auf schnelle Heizung von Biomasse-Partikeln hinaus. Es gibt einen ablation durch die Abreibung mit den Sand-Partikeln, aber es ist nicht so wirksam wie in den Ablativprozessen. Hitze wird gewöhnlich durch Hitzeex-Wechsler-Tuben zur Verfügung gestellt, durch die heißes Verbrennen-Benzin fließt. Es gibt eine Verdünnung der Produkte, die es schwieriger macht, dann den Lebensölnebel vom Benzin zu kondensieren und zu entfernen, das über die Kondensatoren herrscht. Dieser Prozess ist von Gesellschaften wie Dynamotive und Agri-Therm hoch geschraubt worden. Die Hauptherausforderungen sind in der Besserung der Qualität und Konsistenz des Lebensöls.
• Das Zirkulieren fluidized Betten: Biomasse-Partikeln werden in ein Zirkulieren fluidized Bett von heißem Sand eingeführt. Benzin, Sand und Biomasse-Partikeln rücken mit dem Transportbenzin zusammen, das gewöhnlich ein in Umlauf wiedergesetztes Produktbenzin ist, obwohl es auch ein Verbrennen-Benzin sein kann. Hohe Wärmeübertragungsraten von Sand sichern schnelle Heizung von Biomasse-Partikeln und ablation stärker als mit regelmäßigen fluidized Betten. Ein schneller Separator trennt das Produktbenzin und die Dämpfe vom Sand und den Rotforelle-Partikeln. Die Sand-Partikeln werden in einem fluidized Brenner-Behälter wiedergeheizt und zum Reaktor wiederverwandt. Obwohl dieser Prozess leicht hoch geschraubt werden kann, ist es ziemlich kompliziert, und die Produkte werden sehr verdünnt, der außerordentlich die Wiederherstellung der flüssigen Produkte kompliziert.

Gebrauch des Vakuums

Im Vakuum pyrolysis wird organisches Material in einem Vakuum geheizt, um seinen Siedepunkt zu vermindern und nachteilige chemische Reaktionen zu vermeiden. Es wird in der organischen Chemie als ein synthetisches Werkzeug verwendet. Im Blitz-Vakuum thermolysis oder FVT wird die Verweilzeit des Substrats bei der Arbeitstemperatur so viel wie möglich wieder beschränkt, um sekundäre Reaktionen zu minimieren. So ist eine Synthese von 2-Furonitrile beschrieben worden, den Wasserentzug von 2-furoic Säure amide oder oxime über das Blitz-Vakuum pyrolysis über molekulare Siebe in der Gasphase verwendend.

Industriequellen

Viele Quellen der organischen Sache können als feedstock für pyrolysis verwendet werden. Passendes Pflanzenmaterial schließt greenwaste, Sägemehl, überflüssiges Holz, waldiges Unkraut ein; und landwirtschaftliche Quellen einschließlich Nuss-Schalen, Strohes, Baumwollabfalls, Reisrümpfe, schalten Gras; und Tierverschwendung einschließlich der Geflügel-Sänfte, des Molkereimistes, und potenziell des anderen Mistes. Pyrolysis wird als eine Form der Thermalbehandlung verwendet, um überflüssige Volumina des Innenabfalls zu reduzieren. Einige Industrienebenprodukte sind auch passender feedstock einschließlich des Papiermatsches und Destillateur-Kornes.

Es gibt auch die Möglichkeit der Integrierung mit anderen Prozessen wie mechanische biologische Behandlung und anaerobic Verzehren.

Industrieprodukte

• syngas (feuergefährliche Mischung des Kohlenmonoxids und Wasserstoff): Kann in genügend Mengen erzeugt werden, um sowohl die Energie zur Verfügung zu stellen, die für pyrolysis als auch etwas Überproduktion erforderlich

ist

• feste Rotforelle, die entweder für die Energie verbrannt werden oder als ein Dünger (biochar) wiederverwandt werden kann.

Feuerschutz

Zerstörende Feuer in Gebäuden werden häufig mit der beschränkten Sauerstoff-Versorgung brennen, pyrolysis auf Reaktionen hinauslaufend. So sind pyrolysis Reaktionsmechanismen und die pyrolysis Eigenschaften von Materialien in der Feuerschutz-Technik für den passiven Feuerschutz wichtig. Kohlenstoff von Pyrolytic ist auch wichtig, um Ermittlungsbeamte als ein Werkzeug zu entlassen, um Ursprung und Ursache von Feuern zu entdecken.

Siehe auch

• Das Knacken (der Chemie)
• Zerstörende Destillation
• Dextrin
• Trockene Destillation
• Vergasung
• Karrick bearbeiten
• Überzug von Pyrolytic
• Torrefaction
• Holzbenzin

Links

• BESTER Pyrolysis, eine BESTE Energietochtergesellschaft