Piròlisi

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Esquema de la piròlisi.

La piròlisi és la descomposició química de matèria orgànica causada per l'escalfament en absència d'oxigen o altres reactius, excepte possiblement el vapor d'aigua.

La piròlisi extrema, que només deixa carboni com a residu, s'anomena carbonització. La piròlisi és un cas especial de termòlisi.

Un exemple de piròlisi és una manera de reciclar rodes usades. En aquest context la piròlisi és la degradació del cautxú de la roda fent servir calor en absència d'oxigen.

Productes primaris obtinguts en la piròlisi[modifica | modifica el codi]

Podem considerar que la piròlisi comença al al voltant dels 250º arribant a ser gairebé completa al voltant dels 500º. A partir de la piròlisi podem obtenir diferents productes secundaris que podem utilitzar en funció de la tecnològia de tractament que s'utilitzi. Podem obtenir diferents productes i en diferents proporcions depenen del procés de piròlisi que utilitzem i el que cremem. Els principals productes primaris que podem obtenir del procés de piròlisi són:

  • Gasos: CO, CO2, CH4, C2H6; petites quantitats de hidrocarburs lleugers
  • Líquids: compostos per una gran varietat de productes com cetones, àcid acètic i compostos aromàtics
  • Sòlids: el producte sòlid és el residu carbonós que pot ser utilitzat com a combustible per la producció de carbó actiu.

Piròlisi anhidra[modifica | modifica el codi]

La piròlisi és normalment anhidra (sense aigua).

Aquest fenomen ocorre normalment quan un compost orgànic sòlid s'escalfa suficientment, exemples: en fregir, rostir o torrar. (Encara que aquests processos es duen a terme en una atmosfera normal, les capes externes del material conserven l'interior sense oxigen.

El procés també ocorre quan es crema un combustible sòlid compacte, com la fusta. De fet, les flames d'un foc de fusta es deuen a la combustió de gasos expulsats per piròlisi, no per la combustió de la fusta en si mateixa.

Un antic ús industrial de la piròlisi anhidra és la producció de carbó vegetal mitjançant la piròlisi de la fusta. Més recentment la piròlisi ha estat feta servir a escala massiva per tornar el carbó en carbó de coc per la metal·lúrgia, especialment en la fabricació d'acer.

Es pensa que la piròlisi anhidra té lloc durant la catagènesi, la conversió de querogen a combustible fòssil.

En moltes aplicacions industrials aquest procés es duu a terme sota pressió i a temperatures per sobre dels 430 °C. La piròlisi anhidra també es pot fer servir per produir un combustible líquid similar al gasoil a partir de biomassa sòlida o plàstics. La tècnica més comuna fa servir uns temps de residència molt baixos (<2 segons) i temperatures entre 350-500 °C.

La piròlisi i el tractament de residus[modifica | modifica el codi]

L'aplicació de piròlisi al tractament de residus ha guanyat acceptació juntament amb altres tecnologies avançades de tractament de residus. La piròlisi es pot fer servir també com una forma de tractament termal per reduir el volum dels residus i produir combustibles com a subproducte. També ha sigut emprada per produir un combustible sintètic per motors de cicle dièsel a partir de residus plàstics.[1]

Piròlisi aquosa[modifica | modifica el codi]

El terme piròlisi es fa servir de vegades per anomenar també la termòlisi amb presència d'aigua, tal com el craqueig per vapor d'aigua del petroli o la depolimerització tèrmica dels residus orgànics en cru lleuger.

Mecanismes[modifica | modifica el codi]

Els diferents mecanismes de la piròlisi són:[2]

Carbonització[modifica | modifica el codi]

La carbonització és una piròlisi extrema que té per objectiu reduir la matèria orgànica a carbó o bé a augmentar el contingut de carboni d'un material parcialment carbonitzat. Sovint la carbonització és exotèrmica, el que significa que en principi podria ser auto-sostenible i ser utilitzat com una font d'energia que no produeix diòxid de carboni. En el cas de la glucosa, la reacció allibera al voltant de 237 calories per gram.

Convencional[modifica | modifica el codi]

És un tipus de piròlisi suau. Es duu a terme a temperatures inferiors a 500 °C, baixes velocitats d'escalfament i temps de residència que van des de mig minut als 5 minuts. Obtenim quantitats semblants de sòlid, líquid i gas.

Fast[modifica | modifica el codi]

La piròlisi ràpida (piròlisi flash) es duu a terme en menys de 250g amb temperatures entre 300 °C i 550 °C.

Flash-líquid[modifica | modifica el codi]

Flash-líquid o "flash" a temperatures moderades. És una de les varietats de piròlisi que hi ha. Consisteix a maximitzar el rendiment a líquid amb temperatures al voltant dels 500 °C, velocitats d'escalfament moderadament altes i curts temps de residència. Els reactors ideals de treball són el de llit fluïditzat i el llit de transport(riser).

Flash-gas[modifica | modifica el codi]

En piròlisi, es denomina flash-gas o "flash" a altes temperatures quan es vol maximitzar el rendiment a gas amb altes temperatures (majors de 700 °C), amb velocitats d'escalfament altes i curts temps de residència. Els reactors ideals de treball són el llit fluïditzat i el llit fluïditzat circulant. Podem considerar dues temperatures òptimes per la piròlisi flash-gas segons dos tipus de conversió:

  • 800-900 °C. Condueix a la formació d'un gas amb un alt contingut en hidrocarburs (gas combustible).
  • 900-1000 °C. Condueix a la formació d'un gas compost principalment per H2 i CO (gas de síntesi).

Piròlisi al buit[modifica | modifica el codi]

A la piròlisi al buit el material orgànic s'escalfa al buit per tal de reduir el punt d'ebullició i evitar reaccions químiques adverses.

Influència de la temperatura[modifica | modifica el codi]

La temperatura de piròlisi és, sinó el paràmetre de major importància, una de les variables primordials juntament amb la velocitat de calefacció. La temperatura és un paràmetre important en totes les etapes, i per tant en el rendiment final del procés, ja que afavoreix al trencament de molècules complexes per donar lloc a altres més senzilles, el que sembla ser la causa de l'augment, amb la temperatura, de la producció de gas juntament amb la disminució dels rendiments líquids i sòlids. Com a idea general es pot dir que a altes velocitats d'escalfament i a alta temperatura final es produeix majoritàriament gas, mentre que a temperatures finals i velocitats d'escalfament menors es produeixen majoritàriament líquids o sòlids.[3]

En els gasificadors de llit fluïditzat es té normalment velocitats d'escalfament altes (fins a milers d'EC/s), mentre que en els reactors de llit mòbil les velocitats d'escalfament solen ser moderades (de l'ordre de 0,2-0,5 EC/s).

En l'etapa de gasificació pròpiament dita, donada la reversibilitat de la majoria de les reaccions, la temperatura influeix en els equilibris de reacció. En general per a diferents combustibles es pot dir que l'augment de temperatura afavoreix l'augment del contingut en el gas producte d'H2 i CO en detriment del CH4 i l'H2O.[4]

Hi ha una sèrie de paràmetres importants i relacionats amb la temperatura en piròlisi que són[5]

  • Humitat
  • Velocitat de calefacció o escalfament

És un paràmetre de gran importancia que marca la diferència entre una piròlisi flash i una piròlisi suau. Es pot definir com la velocitat corresponent al temps necessari perquè les partícules s’escalfin des de la temperatura ambient fins a la temperatura de completa descomposició. La piròlisi flash queda definida per una velocitat mitjana de 250-300 K/s quan la temperatura máxima és de 700-1000 °C. Quan el component principal d’un reactor és un material refractari i, treballant a elevades temperaturas, la velocitat de calefacció arriba a ser d'1.000.000 K/s. En aquestes condicions s’obté una alta producción de gasos, la qual cosa fa que, un augment en la velocitat de calefacció no millora els resultats, mentre que, si es disminueix, s’entra en les condicions de piròlisi suau, on el rendiment en gasos i líquids és menor i la quantitat de residu sòlid carbonós és major. Quan es treballa a velocitats de calefacció baixes (de 5 a 30 °C/min) i per a temperatura final de 200 a 500 °C, les diferents velocitats tenen poca influència sobre els productes de piròlisi. I, segons Leu (1975), a velocitats de calefacció per sota dels 160 °C/min, el mecanisme de piròlisi és normalment independent d'aquesta velocitat.

La quantitat de mostra és una variable important en la piròlisi. Les modificacions en el pes de la mostra influeixen més directament sobre la transferència de matèria i calor en el reactor que sobre els mecanismes químics. S'han realitzat molts estudis sobre la influència de la quantitat de mostra quan es treballa amb TG. Així, per exemple, Antal i col. comprovaren que els resultats no s'alteraven si la quantitat de mostra oscil·lava entre 2 i 10 mg; segons Bilbao i col el pes inicial de mostra no influeix en la conversió obtinguda per a pesos menors de 5 mg; Raman i col treballen amb una quantitat de mostra entre 0,5 i 1,5 mg per a reduir els efectes de transmissió de calor i matèria. Quan es treballa amb un equip analític Pyroprobe, es pot concloure que no hi ha variacions significatives dels resultats si la quantitat de mostra oscil·la entre 0.02 i 0.9 mg.

Atmosfera de reacció[modifica | modifica el codi]

Per a l'atmosfera de reacció és preferible utilitzar gasos inerts com ara el N2 o l'heli. També s'ha estudiat l'acció de vapors condensables de dissolvents com ara el metanol o l'etilglicol i atmosferes reductores com la de CH4 o H2. En el cas de l'ús de dissolvents, no s'aprecia que intervinguin en cap reacció química, però es recullen condensats juntament amb l'oli pirolític, la qual cosa complica l'anàlisi de l'oli. Així doncs, es pot dir que si s'utilitzen atmosferes reductores, s'ha de tenir en compte les possibles reaccions del gas portador amb els fragments de descomposició de la piròlisi o amb el vapor d'aigua format.[6]


Contaminació produïda per la piròlisi[modifica | modifica el codi]

El tractament tèrmic de residus té una història llarga i polèmica, ja que es pot considerar una combustió incontrolada que no proporciona cap tipus de contenció o tractament dels gasos, cendres i altres residus.

La piròlisi és una tècnica que crema a altes temperatures i amb poc oxigen, (per sota de l'òptim per la combustió) és a dir, funciona amb aire controlat o en mode piròlitc.

Amb la piròlisi es produeix una certa oxidació i la formació de dioxines i altres compostos relacionats amb la combustió incompleta.

En la piròlisi treballem a temperatures entre els 400 °C y 800 °C i aquestes temperatures els residus que es formen són gasos, líquids i cendres sòlides que s’anomenen ‘’coque’’ de piròlisi. La proporció relatives dels productes depèn de la composició del residu, de la temperatura i del temps que li apliquem.

Una curta exposició a altes temperatures, piròlisi ràpida, maximitza el producte líquid. Si apliquem temperatures més baixes durant temps més llargs predominaran les cendres sòlides.

Hi ha molts compostos que són produïts durant la piròlisi i algun d'ells encara no han sigut identificats. Si aquests productes no són recollits pel seu aprofitament i els deixem anar al medi ambient, poden ser considerats contaminats en major o menor grau del aire, aigua o sòl. Aquests contaminants es poden classificar en tres grups:[7]

  • Partícules sòlides
  • Gasos no condensables, que inclouen: gasos nocius com CO, CO2, hidrocarburs (metà, età, etilè, acetilè, propà, butilè...) i H2.

En la piròlisi de biomassa, hem de tenir cura amb la generació de productes tòxics com SOx, NOx HCl i compostos organoclorats. Si comparem els nivells obtinguts amb els obtinguts en una incineració:[8]

Article relacionats[modifica | modifica el codi]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Cynar plc (2006) Convertint residuus plàstics en combustible dièsel
  2. http://www.monografias.com/trabajos66/residuos-solidos-toronja/residuos-solidos-toronja2.shtml
  3. García Cortes, Angela Nuria. Estudio termoquímico y cinético de la pirólisis de residuos sólidos urbános, pg 14. Universidad de Alicante, Facultad de Ciencias, Departamento de Ingenieria Química, Septiembre 2003.
  4. http://193.146.36.56/catedra/catedra/asignaturas/Pirogas.pdf
  5. García Cortes, Angela Nuria. Estudio termoquímico y cinético de la pirólisis de residuos sólidos urbános, pgs 15-16. Universidad de Alicante, Facultad de Ciencias, Departamento de Ingenieria Química, Septiembre 2003.
  6. García Cortes, Angela Nuria. Estudio termoquímico y cinético de la pirólisis de residuos sólidos urbános, pg 18. Universidad de Alicante, Facultad de Ciencias, Departamento de Ingenieria Química, Septiembre 2003.
  7. García Cortes, Angela Nuria. Estudio termoquímico y cinético de la pirólisis de residuos sólidos urbános. Universidad de Alicante, Facultad de Ciencias, Departamento de Ingenieria Química, Septiembre 2003.pàg 35-36
  8. García Cortes, Angela Nuria. Estudio termoquímico y cinético de la pirólisis de residuos sólidos urbános. Universidad de Alicante, Facultad de Ciencias, Departamento de Ingenieria Química, Septiembre 2003.pàg 36-38

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Piròlisi Modifica l'enllaç a Wikidata
  • [1]Productes de la piròlisi
  • [2]Tipus de piròlisi.
  • [3]Contaminació piròlisi