الانحلال الحراري
الانحلال الحراري هو التحلل الكيميائي للمواد العضوية المكثفة عن طريق التسخين. الكلمة مشتقة من اللغة اليونانية من كلمتي pyro "النار" و lysys "التحلل".
الانحلال الحراري هو حالة خاصة من عملية التحلل الحراري المتصلة بالعملية الكيميائية للتفحيم، وأكثر استخداماته في المواد العضوية. يحدث الانحلال الحراري عفويا في درجات حرارة عالية (على سبيل المثال تزيد عن 300 درجة مئوية للخشب وهي تختلف من مواد لأخرى)، على سبيل المثال في النار التي تندلع بالغطاء النباتي أو عندما تلامس حمم الثوران البركان يغطاء النبات. بشكل عام فهو ينتج الغاز بشكل سائل ويترك رواسب صلبة غنية بالكربون. ويسمى الانحلال الحراري المدقع الذي يترك معظم المخلفات من الكربون بالكربنة. انها لا تنطوي على التفاعل مع الأكسجين أو أي عناصر أخرى أخرى ولكن يمكن أن تحدث في وجودهم.
الانحلال الحراري يستخدم بكثرة في صناعة المواد الكيميائية فعلى سبيل المثال لإنتاج الفحم النباتي ,الكربون المنشط، والميثانول وغيرها من المواد الكيميائية التي تستخرج من الخشب، ويستخدم لتحويل ثاني كلوريد الايثيلين لكلوريد الفينيل الذي يستخدم في صناعة البلاستيك ،كما أنه يستخدم لإنتاج فحم الكوك من الفحم، لتحويل الكتلة الحيوية إلى السيانيد، ولتحويل النفايات إلى مواد يمكن التخلص منها بأمان ،ولتكسير المواد الهيدروكربونية المتوسطة من النفط لإنتاج مواد أخف منها مثل البنزين.
وهو عملية كيميائية مهمة تشمل عدة إجراءات مثل الخبز القلي الشوي. الانحلال الحراري هو أيضا أداة لتحليل المواد الكيميائية، على سبيل المثال عن طريق الغاز الانحلال الحراري اللوني الطيفي والكربون 14. والواقع أن العديد من المواد الكيميائية الهامة، مثل الفوسفور وحمض الكبريتيك، كانت الأولى التي حصلت عن طريق هذه العملية. كما أن الانحلال الحراري هو أيضا أساس الدمغ.
على الرغم من أن الماء يستبعد عادة كغيره من المواد الكاشفة، على المدى كما تم تطبيقها على المواد العضوية في وجود المياه المغلية بشدة أو البخار (الانحلال الحراري المائي) على سبيل المثال في تكسير البخار من النفط.
طريقة الحدوث والاستخدامات
النار
الانحلال الحراري هو عادة أول التفاعل الكيميائي الذي يحدث في اي حرق للوقود العضوي الصلب، مثل الخشب والقماش والورق وأيضا من بعض أنواع البلاستيك.في حريق الخشب فألسنة اللهب الواضحة ليست نتيجة لاحتراق الخشب في حد ذاته، ولكن بدلا من الغازات الصادرة عن والانحلال الحراري، في حين أن أقل لهب حرق هو الناتج عن حرق مخلفات الصلبة (الفحم) التي خلفها هو. وبالتالي، فإن الانحلال الحراري للمواد المعروفة مثل الخشب والبلاستيك، والملابس في غاية الأهمية من أجل السلامة من الحريق ومكافحة الحريق.
الطهى
الانحلال الحراري يحدث كلما تتعرض المواد الغذائية لدرجات حرارة مرتفعة بما فيه الكفاية في البيئة الجافة مثل تحميص الخبز وشرب نخب،، الخانها عملية الكيميائية المسؤولة عن تشكيل القشرة ذهبية-بنية اللون في الأطعمة التي أعدتها تلك الأساليب.
في عمليات الطبخ العادية المكونات الغذائية الرئيسية التي تعاني الانحلال الحراري هي الكربوهيدرات (بما في ذلك السكر النشا والالياف والبروتين). الانحلال الحراري من الدهون يتطلب درجة حرارة أعلى من ذلك بكثير، وذلك لأن منتجاتها سمية وقابلة للاشتعال (مثل الأكرولين)، ومن المسلم به عموما تجنبها في الطبخ العادي. أنه قد يحدث حتى عند شوي اللحوم الدهنية على الجمر.
بالرغم من الطبخ عادة ما ينفذ في الهواء، ودرجات الحرارة والظروف البيئية طبيعية إلا أن هناك القليل أو لا احتراق في المواد الأصلية أو منتجاتها أو تحلل لها. على وجه الخصوص الانحلال الحراري من البروتين والكربوهيدرات ويبدأ في درجات حرارة أقل بكثير من درجة حرارة الاشتعال من المخلفات الصلبة والمواد الفرعية المتقلبة خفيفة جدا في الهواء المشتعل. الشعلة ترجع أساسا إلى احتراق الكحول في حين أن القشرة شكلها الانحلال الحراري كما هو الحال في الخبز.
الانحلال الحراري من الكربوهيدرات والبروتينات وتتطلب درجات حرارة أعلى بكثير من غيرها ولذلك فالانحلال الحراري لا يحدث ما دام الماء الحر حاضرا على سبيل المثال في غليان الغذاء حتى في طنجرة ضغط.عند تسخينها في وجود الماء، الكربوهيدرات والبروتينات تتحلل تدريجيا بدلا من الانحلال الحراري. في الواقع، لمعظم الأغذية الانحلال الحراري وعادة ما يقتصر على الطبقات الخارجية من المواد الغذائية، وفقط بعد أن تكون تلك الطبقات قد جفت.
درجات حرارة الانحلال الحراري للغذاء هي أقل من نقطة الغليان للدهون وبالتالي الانحلال الحراري يحدث عند القلي في زيت نباتي أو تغطية اللحوم بالحساء في الدهون الذاتية.
الانحلال الحراري أيضا يلعب دورا أساسيا في إنتاج الشاي والقهوة والجوز والبندق المحمص مثل الفول السوداني واللوز. ولأن معظمها تتألف من المواد الجافة فعملية الانحلال الحراري لا يقتصر على الطبقات الخارجية ولكنه يمتد في جميع أنحاء المواد. في جميع تلك الحالات، يخلق الانحلال الحراري العديد من المواد أو النشرات التي تساهم في النكهة واللون والخصائص البيولوجية للمنتج النهائي. قد تدمر أيضا بعض المواد السامة والطعم غير الجيد أو تلك المواد التي يمكن أن تسهم في التلف.
انحلال السكر الحراري المضبوط يبدأ بإنتاج الكرميل وهو منتج البيج إلى البني للذوبان في الماء الذي يستخدم بشكل واسع في صناعة الحلويات و(في شكل التلوين الكرميل) باعتباره عامل التلوين في المشروبات الغازية وغيرها من المنتجات الغذائية المصنعة.
المخلفات الصلبة من الانحلال الحراري للتسرب وتطاير المواد الغذائية يخلق القشرة السوداء وغالبا ما ترى على اواني الطبخ وقمم المواقد والأسطح الداخلية للأفران.
الفحم
الانحلال الحراري قد استخدم منذ العصور القديمة لتحويل الحطب إلى فحم في نطاق صناعي. إلى جانب الخشب، ويمكن لهذه العملية أيضا استخدام نشارة الخشب وغيرها من منتجات النفايات.
الفحم التي يتم الحصول عليها إلى حين استكمال الانحلال الحراري (الكربنة)لخشب التدفئة، تاركا فقط الكربون والرماد غير العضوييين. لا يزال الفحم في أجزاء كثيرة من العالم ينتج بشل شبه صناعي، عن طريق حرق كومة من الأخشاب التي كانت في معظمها مغطاة بالطين أو الطوب. الحرارة المتولدة من حرق جزء من الخشب والمنتجات الثانوية تنتقل إلى بقية كومة. التعريض المحدود للأوكسجين يمنع من حرق الفحم أيضا. وثمة بديل أكثر حداثة هو لتسخين الخشب في اناء محكم المعادن، وهي كمية اقل تلويثا ويسمح للمنتجات المتقلبة لتكون مكدسة.
والهيكل الأصلي من الخشب والمسام التي أنشأتها الهروب تجمع الغازات لإنتاج المواد الخفيفة والتي يسهل اختراقها.بدءا من المواد الكثيفة مثل الخشب ،باختصار مثل الخوخ، يحصل الشخص على شكل من أشكال الفحم وخاصة مع غرامة المسام (وبالتالي أكبر بكثير من مسام المساحة السطحية)، ويطلق عليه الكربون المنشط والذي يستخدم بوصفه الممتزات ل مجموعة واسعة من المواد الكيميائية.
الفحم الحيوي
البقايا العضوية غير مكتملة الانحلال الحراري، على سبيل المثال مواقد الطهي يعتقد أنها العنصر الأساسي في تربة التيرابيتا المرتبطة بالمجتمعات الأصلية القديمة في حوض الأمازون. سعى كثير من المزارعين المحليين من اجل تربة تيرا بريتا لخصوبتها المتفوقة مقارنة مع التربة الحمراء الطبيعية للمنطقة. هناك جهود جارية لإعادة هذه التربة عن طريق الفحم النباتي والمخلفات الصلبة من الانحلال الحراري لمواد مختلفة معظمها من النفايات العضوية.
يحسن الفحم النباتي قوام التربة والبيئة وزيادة قدرتها على الاحتفاظ بالأسمدة والإفراج عنهم ببطء. فإنه من الطبيعي أن تحتوي على العديد من المغذيات الدقيقة التي تحتاجها النباتات مثل السيلينيوم.كما أنها أكثر أمانا من غيرها "الأسمدة" الطبيعية مثل الروث أو مياه الصرف الصحي نظرا لأنه تم تعقيمها في درجة حرارة عالية ،ولذلك تفقد النشرات والمواد الغذائية بمعدل بطيء ويقلل إلى حد كبير من خطر تلوث المياه الجوفية.
الفحم النباتي يعمل أيضا على امتصاص الكربون ويؤدي ذلك للتخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري. [١] [٢]
فحم الكوك
الانحلال الحراري ويستخدم على نطاق واسع لتحويل الفحم إلى فحم الكوك لاستخراج المعادن وخاصة صناعة الصلب. ويمكن أيضاأن ينتج فحم الكوك من المخلفات الصلبة من مخلفات تكرير النفط.
وعادة ما تحتوي هذه المواد البادئة على الهيدروجين والنيتروجين أو تجتمع مع ذرات الاوكسجين إلى جزيئات الكربون من متوسطة إلى عالية الوزن الجزيئي. وعملية صنع فحم الكوك أو "الكوك" تتألف من تسخين المواد في أوعية مغلقة لدرجات حرارة عالية جدا، حتى ان هذه الجزيئات يتم تقسيمها إلى مواد أخف والتي يسهل اختراقها ولكن المخلفات الصلبة التي هي في معظمها غير عضوية مثل الكربون والرماد. حجم المتطايرة يختلف مع مصدر المواد ولكن عادة 25-30 ٪ منه من حيث الوزن.
ألياف الكربون
ألياف الكربون هي خيوط من الكربون التي يمكن استخدامها لصنع المنسوجات وخيوط قوية للغاية. ألياف الكربون التي تنتجها شركات الغزل والنسيج في كثير من الأحيان العنصر المطلوب من ألياف من البوليمر، ومن ثم يتم تقليب المواد في درجة حرارة عالية (من 1500 إلى 3000 مئوية).
وألياف الكربون الأولى كانت مصنوعة من الحرير الصناعي ولكن البولي أكريلونيتريل أصبحت المواد البادئة الأكثر شيوعا.
أول مصباح كهربائي عملي صنعه جوزيف ويلسون سوان وتوماس اديسون استخدم خيوط الكربون الذي أدلى به الانحلال الحراري من الغزول القطنية وشظايا الخيزران على التوالي.
الوقود الحيوي
الانحلال الحراري هو أساس العديد من الطرق التي يجري تطويرها لإنتاج وقود من الكتل الحيوية، والتي قد تشمل إما المحاصيل المزروعة لهذا الغرض أو منتجات النفايات البيولوجية من الصناعات الأخرى.
على الرغم من أن وقود الديزل الاصطناعي لا يمكن إنتاجه مباشرة عن طريق الانحلال الحراري للمواد العضوية حتى الآن ,إلا أن هناك طريقة لإنتاج سائل مماثل لل(النفط الحيوي) التي يمكن استخدامها كوقود، بعد زوال قيمة المواد الكيميائية الحيوية التي يمكن استخدامها بالمضافات الغذائية أو المستحضرات الصيدلانية. الكفاءة العالية تتحقق عن طريق ما يسمى فلاش الانحلال الحراري السريع حيث يتم تسخين حبيبات سيطة بسرعة إلى ما بين 350 و 500 مئوية لمدة أقل من 2 ثانية.
الوقود الحيوي يشبه النفط الخام ويمكن أيضا أن ينتج عن طريق الانحلال الحراري المائي من أنواع كثيرة من المواد الوسيطة، بما في ذلك النفايات من الخنازير والزراعة، من خلال عملية تسمى التحلل الحراري(التي قد تشمل تفاعلات أخرى إلى جانب الانحلال الحراري).
التخلص من النفايات البلاستيكية
الانحلال الحراري اللامائى يمكن أن تستخدم أيضا لإنتاج وقود سائل يماثل وقود الديزل من نفايات البلاستيك. [٣]
العمليات
في العديد من التطبيقات الصناعية، تتم العملية تحت الضغط، وعند درجات حرارة التشغيل أعلاه.للمخلفات الزراعية على سبيل المثال درجة الحرارة النموذجية هي 450 إلى 550 مئوية.
الانحلال الحراري الفراغي
' الانحلال الحراري في الفراغ يتم تسخين المواد العضوية في فراغ من أجل خفض درجة الغليان وتجنب التفاعلات الكيميائية الضارة. فهو يستخدم في الكيمياء العضوية كأداة اصطناعية. في التحلل الحراري الفراغي السريع الوقت محدود للغاية لإقامة الركازة في درجة الحرارة العمل، ومرة أخرى من أجل تقليل ردود الفعل الثانوية.
مراحل الانحلال الحراري للكتلة الحيوية
لأن الانحلال الحراري يحتاج للحرارة، اقترحت أساليب مختلفة لتوفير الحرارة لجزيئات رد فعل الكتلة الحيوية :
-
- الاحتراق الجزئي لمنتجات الكتلة الحيوية عن طريق حقن الهواء. هذه الطريقة تؤدي لمنتجات ذات نوعية رديئة.
- نقل الحرارة مباشرة مع الغازات الساخنة من خلال الغازات المثالية التي يتم تسخينها وإعادة تدويرها. المشكلة هي لتوفير ما يكفي من الحرارة مع التدفق المعقول للغاز.
- نقل الحرارة غير المباشر مع سطوح متبدلة (الجدار، والأنابيب). فمن الصعب تحقيق نقل الحرارة الجيد على جانبي من الحرارة سطوح التبادل.
- نقل الحرارة مباشرة مع مواد صلبة دوارة : المواد الصلبة تنقل الحرارة بين الموقد ومفاعل الانحلال الحراري. هذه العملية فعالة ولكن التكنولوجيا معقدة.
الانحلال الكتلة الحيوية الحراري السريع يجب أن تكون الأرض في الجسيمات الدقيقة وطبقة عازلة شار أن الأشكال على السطح من الجزيئات يجب أن يكون رد فعل مستمر إزالتها. تم اقتاح التقنيات التالية لالانحلال الحراري للكتلة الحيوية :
-
- الاسرة الثابتة كانت تستخدم لإنتاج الفحم التقليدي. نقل الحرارة البسيط والبطيء ينتج في حقول منخفضة السوائل.
- الخرامة: هذه التكنولوجيا هي مقتبسة من عملية لورجي لتغويز الفحم. الرمال الساخنة والجسيمات الكتلة الحيوية ويتم تغذية واحد في نهاية برغي. المسمار يخلط الرمل والكتلة الحيوية. فهو يوفر تحكم جيد في الوقت الذي تحتاجه الكتلة الحيوية للاحتراق. هذا لا يخفف من منتجات الانحلال الحراري مع الناقل أو الغاز السائل. ومع ذلك، يجب إعادة تسخينها الرمل في وعاء منفصل والاعتماد على الميكانيكية هو الامر المهم. لا يتم تنفيذه على نطاق تجاري واسع.
- عمليات صيغة الجر : جزيئات الكتلة الحيوية تنتقل بسرعة عالية على سطح معدني ساخن. تذرية أي حرف في تشكيل سطح جزيئات يحافظ على نسبة عالية من نقل الحرارة. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام السطح المعدني الغزل بسرعة عالية داخل سرير من جسيمات الكتلة الحيوية، والتي قد تثير مشاكل اعتمادية ميكانيكية ولكن يمنع أي تمييع لهذه المنتجات. كبديل يتم تعليق الجسيمات مع الغاز الناقل وعرضه بسرعة عالية من خلال الإعصار الذي يتم تسخين جداره ،يتم تبريد المنتجات مع الغاز الحامل. وهناك مشكلة مشتركة مع جميع عمليات الجر هو أن حجم المتابعة أمر صعب نظرا لأن نسبة من سطح الجدار إلى انخفاض حجم المفاعل كما هو زيادة حجم المفاعل. لا يتم تنفيذها على نطاق تجاري واسع.
- مخروط الدورية : الرمال غير الساخنة وجسيمات الكتلة الحيوية يتم أدخالها في مخروط الدورية. نظرا لنظام التناوب في مخروط، مزيج من الرمل والكتلة الحيوية تنقل عبر سطح مخروط بواسطة قوة الطرد المركزي. مثل غيرها نقل مفاعلات السرير نسبيا جزيئات دقيقة هي المطلوبة للحصول على ناتج سائل جيد. لا تنفذ على نطاق تجاري واسع.
- اسرة التحكم : جزيئات الكتلة الحيوية تدخل على سرير من الرمال الساخنة، التي عادة ما تكون معممة منتج للغاز. معدلات نقل الحرارة العالية نتيجة تحكم الرمل في التدفئة السريعة لجسيمات الكتلة الحيوية. هناك بعض التذرية عن طريق الاستنزاف مع حبيبات الرمل ولكنها ليست فعالة كما في عمليات الجر. الحرارة التي عادة ما تنقل من خلال أنابيب المبادلات الحرارية التي تسخن غاز الاحتراق. هناك بعض التخفيف من المنتجات، مما يجعل الأمر أكثر صعوبة لاختصار وإزالة ضباب النفط الحيوي واخراجه من مكثفات الغاز. هذه العملية قد تم الارتقاء بها من جانب شركات مثل دينامتوف واجري ثيرم. تتمثل التحديات الرئيسية في تحسين نوعية واتساق النفط الحيوي.
- تعميم أسرة التحكم: جزيئات الكتلة الحيوية تدخل على سرير تحكم بالرمال الساخنة.الغاز، والرمل، وجسيمات الكتلة الحيوية التحرك معا، مع نقل الغاز عادة ما يجري على الغاز المنتج تعميمها، على الرغم من أنه قد يكون أيضا غازات الاحتراق. ارتفاع الحرارة ومعدلات نقل الرمال من ضمان التدفئة السريع للجسيمات الكتلة الحيوية والتذرية أقوى من سرير مع تحكم والعادية. فاصل سريع يفصل بين المنتج الغازات والأبخرة من الرمال والجسيمات شار. حبيبات الرمل يتم إعادة تسخينها في سفينة تحكم والموقد وإعادة تدويرها إلى المفاعل. على الرغم من أن هذه العملية يمكن بسهولة الارتقاء بها، بل هي معقدة والمنتجات التي تضعف كثيرا، والذي يعقد كثيرا الانتعاش من المنتجات السائلة.
مصادر صناعية
- رفض محلي : التحول الحراري يستخدم كشكل من أشكال المعالجة الحرارية لخفض كميات النفايات.
- نشارة الخشب ونفايات الخشب
هناك أيضا إمكانية دمج مع العمليات الأخرى مثل المعالجة البيولوجية الميكانيكية والهضم اللاهوائي.
منتجات صناعية
- (خليط قابل للاشتعال من أول أكسيد الكربون والهيدروجين) : يتم إنتاجها بكميات طاقة كافية لالانحلال الحراري وبعض الفائض في الإنتاج.
- النواتج الصلبة التي يمكن أن تكون إما للحرق الطاقة أو إعادة تدويرها لتصبح سمادا(الفحم النباتي).
الحماية من الحريق
الحرائق المدمرة في المباني وغالبا ما يحرق الاوكسجين مع محدودية العرض مما أدى إلى ردود فعل الانحلال الحراري. وبالتالي، وآليات تفاعل الانحلال الحراري وخصائص الانحلال الحراري للمواد هامة في الوقاية من الحريق الهندسية للحماية من النار. بالتحلل الحراري الكربوني المهم أيضا للمحققين باعتباره أداة لاكتشاف أصل وسبب الحرائق.
انظر أيضا
- تكسير (كيمياء)
- التقطير المدمر
- التقطير الجاف
- التغويز
- عملير الكرييك
- الطلاء الحراري
- الخشب الغاز
- المواد النشوية
المراجع
- ^ "Trial to reverse global warming"، BBC Newsوصل لهذا المسار 2009-04-21.
- ^ "The virtues of biochar: A new growth industry?"، The Economist، 2009-08-27وصل لهذا المسار 2009-08-30.
- ^ Middleton، Marc، "Local recycler ignites Euro fuel market"، Waste Management & Environment، Waste Management & Environment Media Pty Ltd.، 2005-02-06وصل لهذا المسار 2008-07-10.
الروابط الخارجية
| مشاريع شقيقة | ابحث عن الانحلال الحراري في ويكاموس، القاموس الحر. |
bg:Пиролиза bs:Piroliza ca:Piròlisi cs:Pyrolýza da:Pyrolyse de:Pyrolyse el:Πυρόλυση Pyrolysis]] eo:Pirolizo es:Pirólisis fa:کراکینگ fr:Pyrolyse he:פירוליזה id:Pirolisis it:Pirolisi ja:熱分解 la:Destillatio sicca nl:Pyrolyse nn:Pyrolyse no:Pyrolyse pl:Piroliza pt:Pirólise ru:Пиролиз sh:Piroliza simple:Pyrolysis sr:Пиролиза sv:Pyrolys uk:Піроліз vi:Chưng khô zh:裂解
