الانحلال الحراري هو عملية كيميائية حرارية تتحلل فيها المواد العضوية في درجات حرارة مرتفعة في غياب الأكسجين.تعمل هذه العملية على تكسير الجزيئات المعقدة إلى مكونات أصغر، وتنتج غازات وسوائل (مثل الزيت الحيوي) ومواد صلبة (مثل الفحم الحيوي).ينطوي التفاعل الكيميائي على التحلل الحراري للمواد القائمة على الكربون، مما يؤدي إلى تكوين جزيئات جديدة ذات خصائص مختلفة.ويُستخدم الانحلال الحراري على نطاق واسع في الصناعات لتحويل النفايات إلى منتجات ذات قيمة، مثل الوقود والمواد الكيميائية.تعتمد العملية بشكل كبير على درجة الحرارة والضغط ونوع المادة التي يتم تحللها حرارياً.
شرح النقاط الرئيسية:
-
تعريف الانحلال الحراري وآلية عمله:
- الانحلال الحراري هو عملية تحلل كيميائي تحدث عندما يتم تسخين المواد العضوية إلى درجات حرارة عالية (عادةً 300-900 درجة مئوية) في غياب الأكسجين.
- ويمنع غياب الأكسجين الاحتراق، مما يسمح للمادة بالتفكك إلى جزيئات أصغر من خلال التحلل الحراري.
- هذه العملية لا رجعة فيها وتتضمن تغيرات فيزيائية وكيميائية متزامنة.
-
درجة الحرارة ومراحل الانحلال الحراري:
-
يحدث الانحلال الحراري على مراحل متميزة مع ارتفاع درجة الحرارة:
- 100°C:تبدأ الجزيئات الصغيرة في المادة في التطاير.
- 140°C:تذوب المادة في حالة سائلة.
- 260-280°C:يتم الحفاظ على العملية لمدة 6-12 ساعة، مما يؤدي إلى إنتاج الغاز.
- فوق 430 درجة مئوية:يحدث تحلل كبير ينتج عنه غازات وسوائل ومواد صلبة.
- بالنسبة للخشب، يبدأ الانحلال الحراري فوق 270 درجة مئوية، مما يؤدي إلى الكربنة وإنتاج الفحم.
-
يحدث الانحلال الحراري على مراحل متميزة مع ارتفاع درجة الحرارة:
-
نواتج الانحلال الحراري:
- الغازات (غازات (سينغاز):يشمل الهيدروجين (H₂) وأول أكسيد الكربون (CO) والميثان (CH₄).يمكن استخدام هذه الغازات كوقود أو مواد وسيطة كيميائية.
- السوائل (الزيت الحيوي):خليط من الماء والمركبات العضوية المتطايرة.يمكن تكرير الزيت الحيوي إلى وقود أو استخدامه كسلائف كيميائية.
- المواد الصلبة (الفحم الحيوي):مادة غنية بالكربون يمكن استخدامها كتعديل للتربة أو وقود أو في التطبيقات الصناعية.
-
التفاعلات الكيميائية أثناء الانحلال الحراري:
- يؤدي عدم الاستقرار الحراري للروابط الكيميائية في المواد العضوية إلى تفككها إلى جزيئات أصغر.
- على سبيل المثال، في التحلل الحراري للخشب، يتحلل السليلوز والهيميسليلوز واللجنين إلى غازات وسوائل وفحم.
- يمكن تمثيل التفاعل العام على النحو التالي:
- [
-
\\النص{مواد عضوية}\xrightarrow{\نص {{حرارة (بدون أكسجين)}}}\\{غازات}+ \\نص{سوائل} + \نص{مواد صلبة} ]
- تعتمد التفاعلات المحددة على المادة والظروف، مثل درجة الحرارة ومعدل التسخين.
- تطبيقات وأهمية الانحلال الحراري
- :
-
يُستخدم الانحلال الحراري لتحويل النفايات (مثل الإطارات والبلاستيك والكتلة الحيوية) إلى منتجات ذات قيمة، مما يقلل من التلوث البيئي. وهي عملية رئيسية في إنتاج الوقود والمواد الكيميائية المتجددة، مما يساهم في الممارسات الصناعية المستدامة.
- تضيف العملية قيمة اقتصادية للمواد منخفضة القيمة أو النفايات من خلال تحويلها إلى منتجات عالية القيمة. العوامل المؤثرة في الانحلال الحراري
- : درجة الحرارة
- :يزيد ارتفاع درجات الحرارة بشكل عام من إنتاجية الغازات ويقلل من إنتاجية السوائل والمواد الصلبة. معدل التسخين
- :تفضل معدلات التسخين الأسرع إنتاج السوائل، بينما تفضل المعدلات الأبطأ تكوين الفحم الصلب. تكوين المواد
-
:تنتج المواد المختلفة (مثل الخشب والبلاستيك والإطارات) نسبًا متفاوتة من الغازات والسوائل والمواد الصلبة. الضغط
- :يمكن أن يؤثر الضغط المرتفع على توزيع نواتج الانحلال الحراري.
- مقارنة بالعمليات الأخرى
:
يختلف الانحلال الحراري عن الاحتراق الذي يتطلب الأكسجين وينتج الحرارة وثاني أكسيد الكربون والماء.
| وهو يشبه التكسير الحراري في تكرير البترول ولكنه يعمل في درجات حرارة أقل وبدون محفزات. | ومن خلال فهم التفاعلات الكيميائية والظروف التي ينطوي عليها الانحلال الحراري، يمكن للصناعات تحسين العملية لزيادة إنتاجية المنتجات المرغوبة مثل الوقود الحيوي والمواد الكيميائية ومواد الكربون.وهذا يجعل الانحلال الحراري أداة متعددة الاستخدامات وقيّمة لإدارة النفايات واستعادة الموارد. |
|---|---|
| جدول ملخص: | الجانب الرئيسي |
| التفاصيل | التعريف |
| تحلل المواد العضوية في درجات حرارة عالية بدون أكسجين. | نطاق درجة الحرارة |
| 300-900 درجة مئوية، بمراحل متميزة عند 100 درجة مئوية، و140 درجة مئوية، و260-280 درجة مئوية، وما فوق 430 درجة مئوية. | المنتجات |
| غازات (غاز تخليقي)، وسوائل (زيت حيوي)، ومواد صلبة (فحم حيوي). | التطبيقات |
تحويل النفايات إلى طاقة، والوقود المتجدد، والممارسات الصناعية المستدامة. العوامل الرئيسية درجة الحرارة ومعدل التسخين وتكوين المواد والضغط.
