熱裂解
編輯熱解(或脫揮發分)過程是材料在高溫下的熱分解,通常是在惰性氣氛中。 它涉及化學成分的變化。 這個詞是從希臘語衍生元素 pyro 火、熱、熱和裂解分離中創造出來的。
熱裂解最常用于有機材料的處理。 它是炭化木材的過程之一。 一般來說,有機物質的熱解會產生揮發性產物并留下焦炭,這是一種富含碳的固體殘留物。 極端熱解,主要留下碳作為殘留物,稱為碳化。 熱裂解被認為是氣化或燃燒過程的xxx步。
該過程在化學工業中大量使用,例如,從石油、煤炭甚至木材中生產乙烯、多種形式的碳和其他化學品,以從煤炭中生產焦炭。 它也用于將天然氣(主要是甲烷)轉化為氫氣和固體碳炭,最近已達到工業規模。 熱解的理想應用是將生物質轉化為合成氣和生物炭,將廢塑料轉化為可用的油,或將廢物轉化為可安全處理的物質。
術語
編輯熱裂解是在較高溫度(高于水或其他溶劑的沸點)下發生的各種化學降解過程之一。 它不同于燃燒和水解等其他過程,因為它通常不涉及添加其他試劑,例如氧氣(O2,在燃燒中)或水(在水解中)。 熱裂解產生固體(炭)、可冷凝液體(焦油)和非冷凝/xxx性氣體。
類型
具體類型的熱解包括:
- 碳化,有機物的完全熱解,通常會留下主要由元素碳組成的固體殘留物。
- 甲烷熱解,將甲烷直接轉化為氫燃料和可分離的固體碳,有時使用熔融金屬催化劑。
- 在存在過熱水或蒸汽的情況下進行水熱解,產生氫氣和大氣中大量的二氧化碳。
- 干餾,就像最初從硫酸鹽生產硫酸一樣。
- 干餾,如木炭、焦炭和活性炭的制造。
- 糖的焦糖化。
- 高溫烹飪過程,例如烘烤、煎炸、烘烤和燒烤。
- 木炭燃燒,木炭的生產。
- 通過在焦油窯中對木材進行干餾來生產焦油。
- 將較重的碳氫化合物裂解成較輕的碳氫化合物,如煉油。
- 熱解聚,將塑料和其他聚合物分解成單體和低聚物。
- 陶瓷化涉及在惰性氣氛下從預陶瓷聚合物形成聚合物衍生陶瓷。
- 復原作用,將掩埋的有機物質自然轉化為化石燃料。
- 閃蒸真空熱解,用于有機合成。
一般流程和機制
編輯熱裂解通常包括將材料加熱到高于其分解溫度,從而破壞其分子中的化學鍵。 碎片通常會變成較小的分子,但可能會結合產生具有較大分子量的殘基,甚至是無定形共價固體。
在許多環境中,可能存在一定量的氧氣、水或其他物質,因此除了本身的熱解之外,還可能發生燃燒、水解或其他化學過程。 有時,這些化學物質是有意添加的,例如在木柴燃燒、木炭的傳統制造以及原油的蒸汽裂解中。
相反,起始材料可以在真空或惰性氣氛中加熱以避免化學副反應(例如燃燒或水解)。 真空中的熱裂解也降低了副產品的沸點,提高了它們的回收率。
當有機物在開口容器中以升高的溫度加熱時,通常會在連續或重疊階段發生以下過程:
- 在大約 100°C 以下,揮發物(包括一些水)會蒸發。 在此階段,維生素 C 和蛋白質等熱敏物質可能會發生部分變化或分解。
- 在大約 100 °C 或稍高的溫度下,任何僅吸收在材料中的剩余水都會被排出。 這個過程消耗大量能量,所以溫度可能會停止上升,直到所有的水都蒸發掉。 水合物晶體結構中的水可能會在稍高的溫度下脫落。
- 一些固體物質,如脂肪、蠟和糖,可能會熔化并分離。
- 在 100 到 500 °C 之間,許多常見的有機分子會分解。 大多數糖在 160–180°C 時開始分解。 纖維素是木材、紙張和棉織物的主要成分,在約 350°C 時會分解。
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