Description du processus
Le besoin d'équipements respectueux de l'environnement pour le traitement des déchets chimiques est apparu dans notre société depuis longtemps. Les premières chaudières à pyrolyse ont commencé à fonctionner à la fin du XIXe siècle. Et la création d'unités de pyrolyse modernes a résolu plusieurs problèmes à la fois:
- composante écologique;
- la capacité d'accumuler les résultats de la combustion;
- avantage économique.
Cependant, l'aspect économique de l'utilisation de la pyrolyse est conçu pour l'avenir. La pyrolyse est un plaisir assez coûteux. Il nécessite un équipement approprié et un personnel spécialement formé.
Mais en fonctionnement, les installations de pyrolyse sont pratiquement autonomes. Les unités ne nécessitent que de l'électricité pour démarrer; la poursuite du fonctionnement de la chaudière est effectuée au détriment des ressources produites pendant le processus de combustion. Dans le même temps, le surplus d'énergie et de vapeur produite peut être utilisé à des fins domestiques, en les redirigeant vers les réseaux de services publics.
En Russie, la pyrolyse commence à peine à gagner en popularité, tandis qu'en Europe, aucune grande entreprise ne peut se passer d'unités de pyrolyse. Il y a plusieurs raisons à une telle demande de pyrolyse:
- un moyen de traiter les déchets et toutes sortes de pollutions industrielles sans déchets;
- le niveau d'efficacité de la pyrolyse est de 90%;
- la possibilité d'obtenir de nouveaux composés, des matériaux recyclables;
- la création de ressources irremplaçables telles que l'huile synthétique;
- l'obtention d'hydrocarbures, d'acides organiques et d'autres éléments chimiques;
- source de chaleur pour les entreprises.
En fonction du choix des matières premières à traiter, la réaction de pyrolyse peut se dérouler à différentes conditions de température. Le résultat final différera également dans la composition des éléments chimiques.
En fonction de la température de chauffage du four et des composants supplémentaires de la pyrolyse, la distillation est généralement divisée en deux types: sèche et oxydante.
Pyrolyse oxydante
Ce type de pyrolyse peut être qualifié de plus respectueux de l'environnement et de plus productif. Il est utilisé pour traiter les matières recyclables. La réaction a lieu à des températures élevées. Par exemple, dans la pyrolyse du méthane, il se mélange à l'oxygène, la combustion partielle de la substance libère de l'énergie, qui chauffe la matière première restante à une température de 16 000 ºC.
La pyrolyse oxydante est utilisée pour neutraliser les déchets industriels à haute teneur en huile. Et aussi pour le traitement du plastique, du caoutchouc et d'autres matériaux qui ne se prêtent pas à la décomposition naturelle dans l'environnement naturel.
«La pyrolyse oxydante permet de traiter des matières premières de consistances diverses. Y compris les matériaux à l'état liquide et gazeux ».
Le principe de fonctionnement d'une chaudière à pyrolyse à combustion longue
Les chaudières à pyrolyse à combustion longue gagnent en popularité, en particulier dans les zones où il n'y a pas d'accès au gaz
Le fonctionnement de l'équipement est basé sur la décomposition du combustible organique (bois de chauffage) dans des conditions de température élevée et de manque d'oxygène, suivie de la combustion des gaz de pyrolyse libérés. Étant donné que le processus peut être conditionnellement divisé en deux étapes, une chambre de combustion à deux compartiments est utilisée pour son écoulement. Le carburant est placé dans la chambre de chargement et commence à brûler. Le processus de combustion se transforme en douceur en décomposition thermique en raison de la restriction de l'accès à l'oxygène nécessaire à la combustion. Une température élevée et une faible concentration en oxygène entraînent la formation de produits de décomposition: coke et gaz de pyrolyse. Ce dernier, entrant dans la seconde chambre, subit déjà une combustion dans les conditions d'accès d'air secondaire.Il est alimenté le plus souvent de force au moyen d'un ventilateur soufflant ou d'un extracteur de fumée. Le processus de combustion a lieu à des températures supérieures à 1000 ° C. À partir des produits de combustion, la chaleur est transférée au liquide qui remplit l'échangeur de chaleur. Les produits gazeux finaux du procédé sont évacués par la cheminée. Aujourd'hui, les chaudières à pyrolyse à combustion longue sont considérées comme l'équipement de chauffage le plus efficace et le plus économique. La conception complexe à deux chambres de la chaudière explique son coût élevé. L'efficacité, qui est la plus élevée parmi les unités de chauffage, vous permet d'obtenir un retour sur investissement rapide de la chaudière.
Types de pyrolyse sèche
La pyrolyse sèche est l'une des plus demandées dans l'industrie. Avec son aide, le carburant, divers composés chimiques sont obtenus et les matériaux recyclables sont rendus inoffensifs. En utilisant différents régimes de température de pyrolyse, des produits de combustion gazeux, liquides et solides sont obtenus.
Le chauffage de la chaudière à une température maximale de 5500 ºC est considéré comme un mode basse température. À de telles températures, la formation de gaz ne se produit pratiquement pas. Les travaux visent la production de semi-cokes (dans l'industrie, ils sont activement utilisés comme combustible) et de résines, à partir desquelles du caoutchouc artificiel est ensuite produit.
Le déroulement de la pyrolyse à des températures comprises entre 550 et 9000 ºC est considéré comme à basse température, mais en fait, compte tenu des capacités techniques, il appartient au régime de température moyen. Son utilisation est conseillée lorsqu'il est nécessaire de produire du gaz de pyrolyse et des sédiments solides. Dans ce cas, la charge peut comprendre des fractions d'origine minérale.
Le déroulement de la pyrolyse à des températures supérieures à 9000 ° C est considéré comme une réaction à haute température. Le fonctionnement de la chaudière à une température maximale de 9000 ºC permet d'obtenir des matériaux solides (coke, charbon de bois, etc.) avec une faible proportion de gaz émis.
Une distillation dans des conditions de température plus élevée est nécessaire pour obtenir des substances essentiellement gazeuses. L'avantage pratique du régime à haute température est que les gaz produits peuvent être utilisés comme combustible.
«La pyrolyse à haute température n'est pas pointilleuse sur le contenu des matières premières transformées. Lors de l'utilisation du mode basse température, toutes les étapes de préparation doivent être suivies, y compris le séchage et le tri. "
Pyrolyse. référence
Types de pyrolyse
Pyrolyse oxydante - le processus de décomposition thermique des déchets industriels lors de leur combustion partielle ou de leur contact direct avec les produits de la combustion du combustible. Cette méthode est applicable pour l'élimination de nombreux déchets, y compris ceux "incommodants" pour l'incinération ou la gazéification: déchets visqueux et pâteux, sédiments humides, plastiques, boues à forte teneur en cendres, sol contaminé par du fioul, des huiles et d'autres composés, et déchets très poussiéreux.
De plus, les déchets contenant des métaux et leurs sels, qui fondent et s'enflamment à des températures de combustion normales, des pneus usés, des câbles écrasés, des déchets d'automobiles, etc., peuvent subir une pyrolyse oxydante.
La méthode de pyrolyse oxydante est une direction prometteuse pour l'élimination des déchets industriels solides et des eaux usées.
Pyrolyse sèche... Cette méthode de traitement thermique des déchets garantit leur neutralisation et leur utilisation très efficaces comme combustibles et matières premières chimiques, ce qui contribue à la création de technologies à faibles déchets et sans déchets et à l'utilisation rationnelle des ressources naturelles.
La pyrolyse sèche est un processus de décomposition thermique sans oxygène. Le résultat est un gaz de pyrolyse à haut pouvoir calorifique, un produit liquide et un résidu carboné solide. En fonction de la température à laquelle se déroule la pyrolyse, elle diffère:
1. Pyrolyse à basse température ou semi-cokéfiable (450–550 ° C).Ce type de pyrolyse se caractérise par un rendement maximal en résidus liquides et solides (semi-coke) et un rendement minimal en gaz de pyrolyse avec une chaleur de combustion maximale. Le procédé convient à la production de résine primaire - un combustible liquide précieux, et à la transformation de caoutchouc de qualité inférieure en monomères, qui sont la matière première pour la création secondaire de caoutchouc. Le semi-coke peut être utilisé comme énergie et comme combustible domestique.
2. Pyrolyse à moyenne température ou la cokéfaction à température moyenne (jusqu'à 800 ° C) produit plus de gaz avec un pouvoir calorifique inférieur et moins de résidus liquides et de coke.
3. Pyrolyse à haute température ou cokéfaction (900–1050 ° C). Ici, il y a un rendement minimum de produits liquides et solides et une production maximale de gaz avec une valeur calorifique minimale - un carburant de haute qualité adapté au transport longue distance. En conséquence, la quantité de résine et la teneur en fractions légères précieuses qu'elle contient sont réduites.
La méthode de pyrolyse sèche est de plus en plus répandue et est l'une des méthodes les plus prometteuses pour l'élimination des déchets organiques solides et l'isolement de leurs composants précieux au stade actuel du développement de la science et de la technologie.
Pyrolyse des hydrocarbures
Le procédé de pyrolyse des hydrocarbures (800 900 ° C) (hydrocarbures gazeux, essence simple, gazole atmosphérique) est la principale source de production d'éthylène et l'une des principales sources de production de propylène, divinyle, benzène et un certain nombre d'autres produits. Le procédé de pyrolyse (craquage) des matières premières pétrolières et gazières a été breveté en 1877 par un ingénieur russe, le chimiste Alexander Aleksandrovich Letniy.
Pyrolyse du bois
Lors de la pyrolyse du bois (450-500 ° C), un certain nombre de substances se forment, telles que: charbon de bois, alcool méthylique, acide acétique, acétone, résine, etc. La Russie est l'un des pays les plus riches en forêts. Par conséquent, les meilleures écoles de pyrolyse du bois au monde ont été créées et exploitées en Russie. Leur contribution a reçu une reconnaissance mondiale.
Pyrolyse des déchets et des déchets
Il existe des projets de destruction des ordures ménagères par pyrolyse. Les difficultés d'organisation de la pyrolyse des pneumatiques, des plastiques et d'autres déchets organiques ne sont pas associées à la technologie de la pyrolyse elle-même, qui ne diffère pas de la technologie de traitement thermique d'autres matériaux solides.
Le problème est que la plupart des déchets contiennent du phosphore, du chlore et du soufre. Le soufre et le phosphore sous forme oxydée sont volatils et nuisent à l'environnement. Le chlore réagit activement avec les produits de pyrolyse organiques avec la formation de composés toxiques persistants (par exemple, les dioxines).
Capturer ces composés de la fumée n'est pas bon marché et a ses propres complexités. Le problème du recyclage des pneus d'automobiles usés et des produits en caoutchouc hors service est d'une grande importance écologique et économique pour tous les pays développés du monde. Et l'irremplaçabilité des matières premières pétrolières naturelles dicte la nécessité d'utiliser des ressources secondaires avec une efficacité maximale.
Les pneus et les polymères sont des matières premières précieuses, du fait de leur traitement par pyrolyse à basse température (jusqu'à 500 ° C), des fractions d'hydrocarbures liquides (huile synthétique), des résidus de carbone (noir de carbone), des câbles d'acier et des gaz combustibles sont obtenus. Dans le même temps, si 1 tonne de pneus est brûlée, 270 kg de suie et 450 kg de gaz toxiques seront rejetés dans l'atmosphère.
Avantages des installations de pyrolyse:
1. Une utilisation pratiquement complète des ressources matérielles et énergétiques des déchets solides et l'autonomie énergétique de l'ensemble du cycle technologique sont atteintes.
2. Étant donné que la décomposition thermique se produit sans accès à l'air, il n'y a aucune condition pour la formation de composés toxiques tels que la dioxine, le furane, le benzopyrène, etc.
3.Le circuit fermé, la compacité des équipements et le respect de l'environnement déterminent la possibilité de placer une telle entreprise dans les limites de n'importe quelle ville.
4. Étant donné que le composant minéral des MSW - laitier écologiquement propre après traitement thermique - peut être utilisé pour les travaux routiers, cette technologie peut être classée comme totalement exempte de déchets.
5. Ces installations permettent de profiter de la vente de produits manufacturés (vapeur, électricité), contrairement aux installations de production en activité aujourd'hui, où les coûts d'exploitation dépassent largement les revenus des ventes, et la rentabilité des entreprises est basée sur les paiements de la population pour le traitement des déchets.
Pour les usines de pyrolyse, il n'est pas nécessaire de construire des structures de capital et des cheminées hautes. Les unités peuvent être montées sous un auvent ou dans des hangars légers sur une base en béton.
Le matériel a été préparé sur la base d'informations de RIA Novosti et de sources ouvertes
Pyrolyse des déchets solides
Le traitement des déchets respectueux de l'environnement est l'un des domaines clés de l'utilisation de la pyrolyse. Ces unités peuvent réduire considérablement l'impact négatif du facteur anthropique sur l'environnement.
Dans le processus de pyrolyse, les substances bioactives se décomposent, les métaux lourds ne sont pas fondus. Après décomposition thermique dans des chaudières à pyrolyse, il n'y a pratiquement pas de déchets non réclamés, ce qui permet de réduire considérablement la surface de leur stockage ultérieur.
Ainsi, par exemple, en brûlant 1 tonne de pneus, nous polluons l'atmosphère avec 300 kg de suie. De plus, environ 500 kg de substances toxiques sont rejetés dans l'air. Le recyclage du même matériau dans les usines de pyrolyse permet d'utiliser le caoutchouc à des fins énergétiques, d'obtenir des matériaux recyclables pour une production ultérieure et de réduire considérablement les émissions nocives.
Il est possible de réduire les effets néfastes sur l'environnement grâce à un système de traitement en plusieurs étapes. Dans le processus de pyrolyse, les déchets passent par quatre étapes d'élimination:
- séchage initial;
- fissuration;
- postcombustion des restes de traitement dans l'atmosphère;
- purification des substances gazeuses obtenues dans des absorbeurs spéciaux.
Les usines de pyrolyse permettent de traiter les déchets:
- entreprises de transformation du bois;
- industrie pharmaceutique;
- industrie automobile;
- ingénierie électrique.
La méthode de pyrolyse traite avec succès les polymères, les eaux usées et les déchets ménagers. Annule l'impact sur la nature des produits pétroliers. Idéal pour l'élimination des déchets organiques.
Le seul inconvénient des unités de pyrolyse se trouve dans le traitement des matières premières contenant du chlore, du soufre, du phosphore et d'autres produits chimiques toxiques. Les produits de demi-vie de ces éléments sous l'influence de la température peuvent se combiner avec d'autres substances et former des alliages toxiques.
L'essence de la chaudière à pyrolyse
Une telle chaudière à pyrolyse est également appelée générateur de gaz. L'essence du travail dans la combustion des combustibles de pyrolyse: sous l'influence de températures élevées et dans des conditions de manque d'oxygène, le combustible solide (lignite, briquettes de bois de houille) se décompose en particules volatiles. Il s'avère que ce qu'on appelle le gaz de pyrolyse. Indicateurs de température pour équipement de chauffage 200-800 degrés. Cette réaction chimique contribue à un meilleur chauffage et séchage du combustible dans la chaudière, un chauffage est effectué, ce qui va dans le sens de la combustion de l'air.
Figure. 2
La température élevée favorise le mélange de l'oxygène avec le gaz de pyrolyse émis. En conséquence, le gaz brûle. L'énergie thermique est générée à partir du gaz brûlant. Il est à noter que le gaz de pyrolyse interagit également avec le charbon actif lors de sa combustion. Par conséquent, à la sortie de la chaudière, les gaz de combustion ne comportent pratiquement pas de composants nocifs. Il s'agit plutôt d'un mélange de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau. Le CO2 qui en résulte est rejeté dans l'environnement en trois fois moins qu'après le fonctionnement des émissions conventionnelles des chaudières à charbon ou à bois.Ces unités sont considérées comme respectueuses de l'environnement, ne polluent pas l'environnement.
Les unités de ce type fonctionnent au charbon et au bois de feu. Si vous utilisez du carburant brut de mauvaise qualité, le chauffage perdra sa puissance jusqu'à 50%. Un tel combustible brûle mal, fume, chauffe peu et raccourcit la durée de vie de la chaudière et de la cheminée.
Avantages des unités de pyrolyse:
- la puissance est régulée de 30% à 100%;
- le processus de nettoyage et d'entretien est simple;
- faible consommation de carburant;
- approvisionnement en carburant par jour une seule fois;
- une grande quantité de carburant brûle ensemble à la fois;
- l'utilisation de combustible brut par une chaudière à charbon dont la teneur en humidité n'est pas supérieure à 20%.
Désavantages:
- appareil de chauffage coûteux;
- besoin d'électricité.
Chaque type de combustible brûle différemment. En ce qui concerne le charbon, le combustible brun brûle en 8 heures et le combustible noir en 10 heures. Avec les chaudières à pyrolyse, des économies sont possibles, même en tenant compte d'inconvénients tels que le besoin en électricité, et non à faible coût. L'électricité est nécessaire pour alimenter le ventilateur, mais il n'a besoin que de 85 watts pour fonctionner (tout comme une ampoule ordinaire). Si cela pose un problème, le générateur diesel le réglera.
Pyrolyse du bois
Cette procédure est également appelée fissuration du bois et est originaire de Russie. Le prototype de l'unité moderne a été inventé par nos brûleurs à charbon dans des temps immémoriaux. Pour obtenir du charbon de bois sans accès à l'air, ils ont enflammé le bois sous une couche de terre.
Aujourd'hui, ce processus est beaucoup plus parfait et se déroule en plusieurs étapes. La fissuration commence lorsqu'elle est chauffée à 2000 ºC. À ce stade, une grande quantité de monoxyde de carbone est libérée. Si vous continuez à le brûler dans l'atmosphère, vous pourrez obtenir une énorme quantité d'énergie.
Ensuite, la chaudière est chauffée jusqu'à 5000 ° C. Dans ce régime de température, on obtient du méthanol, des résines, de l'acétone et de l'acide acétique. Il produit également du carbone dur, mieux connu sous le nom de charbon de bois.
Caractéristiques de la pyrolyse du bois
Une telle pyrolyse est une procédure de combustion du bois sans présence d'air, réalisée à une température d'environ 5000 degrés. L'acide acétique, l'acétone, le méthanol et également la résine sont des produits précieux obtenus au cours d'une telle interaction. La particularité de cette réaction chimique est que le charbon de bois peut être utilisé comme un excellent carburant pour accélérer de nombreuses interactions chimiques.
Une telle pyrolyse est un processus qui commence à se produire à deux cents degrés Celsius, accompagné d'une réaction avec la libération d'un mélange d'oxydes de carbone. Avec la combustion ultérieure des produits dans une atmosphère d'oxygène atmosphérique, on observe une augmentation du pouvoir calorifique total.
La pyrolyse du bois est une section distincte de la chimie qui mérite un examen et une étude détaillés.
