Piroliza to proces prowadzący od rozkładu cząsteczek złożonych związków chemicznych do związków o mniejszej masie cząsteczkowej, pod wpływem podwyższonej temperatury i bez obecności tlenu lub innego czynnika utleniającego.

Podział pirolizy ze względu na na temperaturę procesu:

Piroliza substancji organicznych prowadzi do otrzymania stałej pozostałości, tzw. karbonizatu i wydzielenia części lotnych w postaci smoły pirolitycznej i gazu pirolitycznego. W skali przemysłowej celem procesu pirolizy materiałów organicznych jest przetwarzanie surowców (węgla, biomasy) do użytecznych form energii, recykling surowcowy (polimery odpadowe) oraz wytwarzanie półproduktów będących surowcami do dalszego ich wykorzystania.

Przebieg pirolizy węgla

Możesz spotkać się też z nazwami: sucha destylacja węgla, koksowanie węgla czy odgazowanie węgla - każde z tych określeń opisuje proces polegający na ogrzewaniu węgla w temperaturze 900 – 1200°C, bez dostępu powietrza. Proces przeprowadza się w zakładach przemysłowych - koksowniach.

Proces technologiczny produkcji koksu składa się z trzech etapów:

R6MRyKuRb1CGr

Zdjęcie przedstawia widok z oddali na fabrykę z licznymi wysokimi kominami. Z niektórych kominów wydobywa się biały dym.

RiNoHorv3vKMx

Schemat przedstawia rozbudowaną strukturę połączonych ze sobą między innymi sześcioczłonowych pierścieni z kółkiem w środku lub bez. Gdzieniegdzie z pierścieniami są połączone grupy OH, COOH, grupa metylowa, atomy tlenu, wodoru, siarki, azotu.

Produkty pirolizy i ich zastosowanie

Piroliza węgla prowadzi do powstawania

• koksu;

• smoły;

• wody pogazowej;

• gazu koksowniczego;

• dodatkowo odzyskuje się benzol i amoniak.

Szkielet materiału organicznego w wyniku podwyższania temperatury ulega termicznej dekompozycji z wydzieleniem związków o mniejszej masie cząsteczkowej.

Wydajność procesów koksowania w przeliczeniu na suchą masę węgla wynosi:

Koks

Jest szaro‑czarnym, porowatym ciałem stałym o charakterystycznym zapachu gazów koksowniczych. Jest to paliwo o wyższej wartości opałowej od zwykłego węgla kopalnego (zawartości węgla pierwiastkowego w koksie może wynosić nawet 90–95%), co jest wynikiem usunięcia z węgla, podczas pirolizy gazów, cieczy i innych substancji zanieczyszczających.

Koks wykorzystywany jest przede wszystkim w wytopie żelaza w wielkich piecach w hutach (spełnia trzy podstawowe zadania: jest paliwem, reduktorem oraz pełni funkcję „rusztowania”, pozwalającego na przepuszczanie gazów powstających podczas procesu). Stosuje się go także jako wysokiej jakości paliwo do opalania kotłów grzewczych oraz w odlewniach metali. Wyróżnia się następujące rodzaje koksu: koks wielkopiecowy, koks metalurgiczny, koks odlewniczy, koks opałowy.

Zastosowanie koksu:

• koks wielkopiecowy - paliwo bezdymne o wysokiej wartości opałowej 30‑33 $\frac{\mathrm{Mj}}{\mathrm{kg}}$;

• reduktor, czynnik zapewniający gazoprzepuszczalność wsadu;

• do produkcji żelazostopów ($\text{Fe+Si}$, $\mathrm{Mn}$, $\mathrm{Cr}$);

• koks odlewniczy (paliwo, czynnik zapewniający gazoprzepuszczalność wsadu);

• do wytopu metali nieżelaznych $\mathrm{Zn}$, $\mathrm{Pb}$, $\mathrm{Cu}$ (paliwo, reduktor, czynnik zapewniający gazoprzepuszczalność wsadu);

• materiał opałowy w kotłowniach, warsztatach oraz gospodarstwach indywidualnych;

• do produkcji karbidu;

• do produkcji wapna palonego.

Smoła pirolityczna

Powstająca podczas pirolizy węgla kamiennego, jest ciemnobrunatną cieczą o ostrym, drażniącym zapachu. Stanowi bardzo złożoną mieszaninę związków organicznych, głównie węglowodorów aromatycznych i związków heterocyklicznych, a także związków zawierających azot (pirydyna, akrydyna), tlen (głównie fenole) czy siarkę (siarkowodór, tiofeny, tiofenole).

Klasycznym sposobem przerobu smoły jest proces destylacji smoły węglowej, w jej wyniku można uzyskać szereg cennych produktów, między innymi: benzen i jego pochodne, zasady pirydynowe, naftalen, antracen, oleje smołowe, smoły preparowane czy koks pakowy.

Gaz koksowniczy/gaz świetlny/gaz pirolityczny

W niższych temperaturach rozkładu wydzielają się znaczne ilości dwutlenku węgla i tlenku węgla, podczas gdy w wyższych temperaturach rośnie wydzielanie wodoru i metanu. W zależności od składu różna jest wartość opałowa gazu (7‑30 $\frac{\mathrm{Mj}}{{\mathrm{m}}^3}$). Stosuje się go do otrzymania amoniaku oraz w hutnictwie.

Woda pogazowa

Stanowi mieszaninę zawierającą amoniak (${\text{NH}}_3$), sole amonowe $\left({\left({\mathrm{NH}}_4\right)}_2\right){\mathrm{CO}}_3$, ${\text{NH}}_4\text{Cl}$, ${\text{(NH}}_4{\text{)}}_2\text{S}$, ${\text{(NH}}_4{\text{)}}_2{\text{SO}}_4$, ${\text{(NH}}_4{\text{)}}_2{\text{S}}_2{\text{O}}_3$, ${\text{NH}}_4\text{SCN}$), pirydynę, fenole i inne związki. Jest surowcem do otrzymywania amoniaku i siarczanu(VI) amonu.

Ropa naftowa stanowi wyjściowy surowiec do produkcji wielu różnych produktów. Niestety jest surowcem nieodnawialnym i ostatecznie kiedyś się wyczerpie. Surowa nie nadaje się bezpośrednio do wykorzystania. Aby móc użyć jej produktów w życiu codziennym, musi zostać poddana procesowi oczyszczania (rafinacja), a następnie przetworzona za pomocą destylacji frakcyjnej. Procesy te odbywają się w rafineriach. Przykładem firmy petrochemicznej na terytorium Polski jest PKN Orlen, która w $2020$roku utrzymywała pierwsze miejsce w rankingu najbardziej dochodowych firm w Polsce. Zakłady te usytuowane są najczęściej na wybrzeżach morskich lub wzdłuż wielkich rzek. Położenie takie jest ściśle związane z wysokim zużyciem wody do procesu chłodzenia oraz z uwagi na transport surowców i produktów ropopochodnych. W Europie jest kilka miejsc z bardzo dużą aglomeracją rafinerii, np.: Roterdam – Holandia ($5$rafinerii), Antwerpia – Belgia ($5$), Sycylia – Włochy ($4$). Ropa naftowa jest przetwarzana na bardziej użyteczne produkty ropopochodne. Wszystkie jej frakcje są nierozpuszczalne w wodzie i spalają się w powietrzu. Każda z nich ma określone zastosowanie dla ludzi w zależności od ich potrzeb.

Frakcje ropy naftowej

Mazut jest frakcją poddawaną powtórnej przeróbce. Dzięki temu otrzymujemy m. in. substancję, która znalazła zastosowanie przy produkcji asfaltu, a także oleje smarowe.

ReknzGyii03R2

Na zdjęciu asfalt w dużym zbliżeniu. Jest czarny, grudkowaty.

Gdzie znalazły zastosowanie produkty przerobu ropy naftowej?