Pyrolýza (řecky πῦρ pyr = oheň, λύσις lýsis = rozklad) je tepelný rozklad materiálu (termolýza) za zvýšené teploty obvykle v inertní atmosféře.[1] Dochází při ní ke změně chemického složení materiálu. Jde o fyzikálně-chemický děj řazený do relativně široké skupiny termických procesů.

Pyrolýza se obvykle používá pro zpracování organických materiálů. Jde o jeden z procesů při výrobě dřevěného uhlí. Obecně při pyrolýze organických materiálů vznikají těkavé látky (plynné a kapalné, případně dehet) a zůstává uhlí - tuhý zbytek bohatý na uhlík. Extrémní pyrolýza, při níž je obsah uhlíku v tuhém zbytku vysoký, se nazývá karbonizace. Pyrolýza je považována za první krok v procesech zplynování a spalování.[2]

Tento proces se často využívá v chemickém průmyslu, například k výrobě etylenu, mnoha forem uhlíku a dalších chemikálií z ropy, uhlí a dokonce i ze dřeva nebo k výrobě koksu z černého uhlí. Používá se také při přeměně zemního plynu (především metanu) na plynný vodík a pevné uhlíkaté látky (uhlí), které byly nedávno zavedeny v průmyslovém měřítku.[3] Uvažuje se rovněž o využití pyrolýzy k přeměně biomasy na syngas a biouhel, odpadních plastů zpět na ekvivalent ropy nebo obecně odpadu na bezpečně likvidovatelné látky.

Termické procesy editovat

Termickými procesy jsou v praxi míněny technologie, které působí na odpad teplotou, jež přesahuje mez jeho chemické stability. Tato obecná definice zahrnuje velmi široké rozmezí teplot používaných v jednotlivých technologiích (300 – 2 000 °C), přičemž není brána v úvahu chemická povaha probíhajících dějů. Z tohoto důvodu mohou být termické procesy dále děleny do dvou kategorií, a to na:

  1. procesy oxidativní – v reakčním prostoru je obsah kyslíku stechiometrický nebo vyšší vzhledem ke zpracovávanému materiálu (nízkoteplotní a vysokoteplotní spalování),
  2. procesy reduktivní – v reakčním prostoru je obsah kyslíku nulový nebo substechiometrický (pyrolýza a zplyňování).

Některé, zejména zplyňovací procesy nepoužívají jako oxidační médium molekulární kyslík, ale jiné oxidanty, především CO2 a H2O.

Pyrolýza organických materiálů editovat

Podstatou pyrolýzy je ohřev materiálu nad mez termické stability přítomných organických sloučenin, což vede k jejich štěpení na lehčí sloučeniny a tuhý zbytek.

Typy pyrolýzy editovat

Z technologického hlediska lze pyrolýzní procesy dále rozdělit dle dosahované teploty na:

  1. nízkoteplotní (< 500 °C),
  2. středněteplotní (500–800 °C),
  3. vysokoteplotní (> 800 °C).

V závislosti na dosažené teplotě lze při pyrolytickém procesu pozorovat řadu dějů, které je možné pro jednoduchost rozdělit do tří teplotních intervalů. V oblasti teplot do 200 °C dochází k sušení a tvorbě vodní páry fyzikálním odštěpením vody. Tyto procesy jsou silně endotermické. V rozmezí teplot 200 až 500 °C následuje oblast tzv. suché destilace. Zde nastává ve značné míře odštěpení bočních řetězců z vysokomolekulárních organických látek a přeměna makromolekulárních struktur na plynné a kapalné organické produkty a pevný uhlík. Ve fázi tvorby plynu v oblasti teplot 500 až 1200 °C jsou produkty vzniklé suchou destilací dále štěpeny a transformovány. Přitom jak z pevného uhlíku, tak i z kapalných organických látek vznikají plyny, jako je H2, CO, CO2 a CH4.

Technologie a využití pyrolýzy editovat

Většina v současné době provozovaných pyrolýzních systémů je založena na termickém rozkladu odpadu v rotační peci vytápěné zevně spalinami, které vznikají z následného spalování pyrolýzních plynů v tzv. termoreaktoru. Pyrolýzní jednotky bývají vhodné pro šaržovitý provoz pro odpad, který nemá příliš vysoký obsah škodlivin a nemá tendenci ke spékání. Zbytek energie ze spálení plynů, která se nespotřebuje na ohřev vsádky se využívá v kotlích na odpadní teplo k výrobě páry nebo teplé užitkové vody. Jiný modernější přístup, který je uvažován mimo jiné v rámci této práce, předpokládá využití pyrolýzního plynu jako chemické suroviny nebo jako topného plynu např. pro motory kogeneračních jednotek.

Dříve relativně skeptický pohled na možnosti materiálového a energetického využití pyrolýzních produktů se v posledních letech dosti podstatně mění. Příkladem může být velký rozvoj technologií zpracovávajících převážně odpadní biomasu v USA. Rozvíjí se mimo jiné zpracování odpadního dřeva a dalších substrátů dříve skládkovaných, čímž se rozšiřuje rozsah užitých zdrojů. Stoupá též zájem o energetické využívání chlévské mrvy a kejdy, protože se zpřísňují předpisy zajišťující ochranu zemského povrchu a spodních vod před znečištěním. Technologie, které na základě rychlé pyrolýzy vyrábějí vysoce kvalitní pyrolýzní olej (většinou z dřevních pilin), se už dostaly v posledních létech na komerční úroveň. Ačkoli hlavní upotřebení kvalitního dřevního oleje je v oblasti biochemie, probíhá výzkum jeho užití i jako náhradního paliva, např. po úpravě pro pohon pomaloběžných lodních a podobných velkoobsahových dieselových motorů nebo spalovacích turbín. Některé společnosti dodávají na trh malé agregáty na využívání zplynované práškové biomasy s výkonem 12 až 400 kW určené především pro rozvojové země. Několik výrobců dodává malé spalovací turbíny s výkony o rozsahu 30 až 75 kW. Tyto mikroturbíny jsou miniaturními spalovacími turbínami, jejichž rychloběžná rotační součást – vlastní turbína – se ve vysokých otáčkách pohybuje na vzduchových ložiskách.

Rychlá pyrolýza editovat

Rychlá pyrolýza je jeden z nejnovějších[kdy?] procesů ve skupině technologií, které mění biomasu ve formě dřeva a jiných odpadních materiálů na produkty snadněji využitelné, jako jsou plyny, kapaliny a pevné látky. Jejím primárním energetickým produktem je kapalina – bioolej, kterou lze snadno skladovat a přepravovat. Je to tmavě hnědá kapalina s hustotou asi 1,2 kg/dm3, výhřevností 16–19 MJ/kg. Nezbytným krokem pro omezení obsahu vody v biooleji je předsoušení biomasy na vlhkost nižší než 10 % (výjimečně až 15 %). Správný průběh pyrolýzního procesu je dán extrémně rychlým přívodem tepla do suroviny, udržováním potřebné teploty, krátkou dobou pobytu par v reakční zóně a co nejrychlejším ochlazením vzniklého produktu.

Produkci tekutého paliva pyrolýzou lze uskutečnit z libovolného biopaliva. Procesy rychlé pyrolýzy jsou intenzivně vyvíjeny řadou institucí a výrobců zejména během posledních deseti let. Biomasu je nutno před vstupem do reaktorů rozdrtit na požadovanou velikost (různou podle typu reaktoru), což zabezpečuje rychlý průběh reakce a snadnou separaci pevných částí. Topení může být provedeno různými způsoby, např. recirkulováním horkého písku nebo plynů, přídavným spalováním nebo horkými stěnami.

Odkazy editovat

Reference editovat

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Pyrolysis na anglické Wikipedii.

  1. IUPAC. pyrolysis (P04961). Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford. Online version (2019-) created by S. J. Chalk. [online]. International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), 1997 [cit. 2022-07-19]. ISBN 0-9678550-9-8. https://doi.org/10.1351/goldbook.. Dostupné online. 
  2. ZHOU, Hui; LONG, YanQiu; MENG, AiHong. The pyrolysis simulation of five biomass species by hemi-cellulose, cellulose and lignin based on thermogravimetric curves. Thermochimica Acta. 2013-08, roč. 566, s. 36–43. Dostupné online [cit. 2023-06-18]. DOI 10.1016/j.tca.2013.04.040. (anglicky) 
  3. BRK Technologies s.r.o.. brktechnologies.cz [online]. [cit. 2023-06-18]. Dostupné online. 

Literatura editovat

Související články editovat

Externí odkazy editovat