الانحلال الحراري: تفاعل الخشب ، النفط ، الكتلة الحيوية والألكانات
يتكون الانحلال الحراري من عملية تحلل حراري حيث تتعرض المواد ذات الأصل العضوي في أغلبيتها العظمى لدرجات حرارة عالية في وسط خامل (بدون وجود الأكسجين). عندما يتم التعامل مع المواد العضوية عن طريق الانحلال الحراري ، يتم الحصول على المنتجات المستخدمة في المجال الصناعي.
واحد من العناصر التي يمكن الحصول عليها هو فحم الكوك ، والذي يستخدم كنوع من الوقود مع الخصائص الصناعية. يمكنك أيضًا الحصول على biochar (المعروف باسم biochar) ، والذي يستخدم لتعديل أو تحسين التربة.
يتسبب هذا التفاعل في مركبات أخرى ، مثل الغازات غير القابلة للتكثيف أو السوائل التي يمكن تكثيفها ، مع تحويل المادة بشكل لا رجعة فيه.
على الرغم من أن هذه التقنية مهمة للغاية ولديها العديد من التطبيقات ، إلا أنها يمكن أن تولد عناصر ضارة بالبيئة وتشكل خطراً على السمية للكائنات الحية.
التفاعل الكيميائي للتحلل الحراري
يتضمن تفاعل الانحلال الحراري ، كما ذكر سابقًا ، استخدام درجات حرارة عالية جدًا في جو بدون أكسجين ، للحث على تغييرات في الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد من خلال تحللها الحراري.
وبهذا المعنى ، تحول هذه العملية المادة العضوية إلى مواد تشكلها في طور الغاز ، وهي نوع متبق من الطور الصلب يتكون من الكربون والرماد ، ومادة سائلة ذات خصائص زيتية تُعرف بالزيت الحيوي.
يستخدم هذا التفاعل للتخلص من المواد الملوثة من المواد العضوية ، وتحقيق هذا الغرض من خلال وسيلتين:
- تفتيت الجزيئات الملوثة من خلال كسر الروابط لتكوين الأنواع ذات الوزن الجزيئي الأصغر (المعروف باسم التدمير).
- فصل هذه المركبات الضارة عن المواد دون تدميرها.
لذلك يتم استخدام تقنية الانحلال الحراري على نطاق واسع في علاج المواد العضوية التي تخضع للكسر أو التحلل عند التعرض للحرارة ، مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات.
على العكس من ذلك ، فإن هذا التفاعل لا ينجح إذا تم استخدامه للتخلص من الأنواع غير العضوية مثل المركبات المعدنية ؛ ومع ذلك ، فمن الممكن استخدامه في العمليات التي تحول هذه المعادن إلى خاملة.
رد فعل الخشب
في حالة تفاعل الانحلال الحراري في الخشب ، تتضمن هذه العملية تطبيق درجات حرارة عالية جدًا (حوالي 1000 درجة مئوية) في بيئة خالية من الهواء. اعتمادًا على المنتجات التي ترغب في الحصول عليها ، هناك العديد من العمليات التي يتم استخدامها بانتظام.
واحدة من التقنيات هي الكربنة ، حيث يتم تركيب الأعمدة الخشبية المخروطية وتغطيتها بالأرض لتسخينها في أفران معدنية ؛ هذا ينشأ منتجات مختلفة ، مثل الكربون المنشط ، والمخدرات ، والألعاب النارية ، وغيرها.
من ناحية أخرى ، يسبب التقطير المدمر حمض الخليك والقطران والمواد الأخرى من خلال تسخين الخشب تدريجياً ، مما يزيد درجة الحرارة تدريجياً في العبوات المغلقة المستخدمة لهذا الغرض.
يستخدم التسييل أيضًا ، وهو إجراء شائع الاستخدام في إنتاج وقود المرحلة السائلة المعروف باسم زيت الانحلال الحراري ، والذي يتم إنتاجه في الخزانات المصممة لهذا الغرض.
رد فعل النفط
عند الحديث عن الانحلال الحراري للزيوت ، تتم الإشارة إلى عملية تحلل أو تجزئة الهيدروكربونات عالية الوزن الجزيئي الموجودة في المخاليط التي تشكل هذه المادة.
لذلك ، عندما تتعرض بعض المنتجات المشتقة من النفط الخام لظروف معينة من الضغط ودرجة الحرارة ، فإن الجزيئات ذات الوزن الأكبر الموجودة في هذه المنتجات تخضع لعملية تكسير أو "تكسير" تقسمها إلى هيدروكربونات أخف (ذات نقطة أقل من الغليان وانخفاض الوزن).
هذا الإجراء ، الذي يستخدم بشكل أساسي الكسور الأثقل من البترول ، يحول الكميات الكبيرة من الهيدروكربونات الأليفاتية إلى جزيئات عطرية ويساعد في إنتاج وتحسين أنواع الوقود مثل البنزين والديزل ووقود الطيران وغيرها.
وبهذا المعنى ، يمكن فصل وتطهير الجزيئات مثل الألكانات والألكينات وغيرها من الأنواع ذات الوزن الجزيئي المنخفض الناتجة عن هذا التفاعل من أجل الحصول على مادة خام ذات أهمية كبيرة لإجراءات أخرى ، مثل تخليق مركبات عضوية معينة.
تفاعل الكتلة الحيوية
ينطوي تفاعل الانحلال الحراري للكتلة الحيوية (المادة العضوية المودعة من الكائنات الحية) على كسر الروابط الكيميائية في المركبات ذات الوزن الجزيئي العالي ، مثل الهيمسيلولوز أو السليلوز ، والتي تعتبر جزيئات كبيرة.
هذه المواد مجزأة إلى أنواع غازية أصغر من خلال ردود الفعل المعقدة للانقسام ، وفتح الحلقة وإزالة البلمرة ، لتحويل الكتلة الحيوية إلى مادة يمكن استخدامها من حيث الطاقة.
وفقًا لحالة التجميع التي تكون فيها في ظروف بيئية طبيعية ، يمكن أن يحدث الانحلال الحراري للكتلة الحيوية ثلاثة أنواع من المواد: الفحم والقطران والغاز ؛ هذه يمكن أن تؤدي إلى منتجات قيمة مثل الوقود الحيوي.
رد فعل الألكانات
كما ذكرنا سابقًا ، يتكون الانحلال الحراري من تحلل المواد العضوية عن طريق تطبيق الحرارة ، وفي حالة الألكانات ، يتم استخدام غرفة مغلقة في درجات حرارة عالية بطريقة مشابهة لأنواع الانحلال الحراري.
ومع ذلك ، نظرًا لأن هذه المسألة تتعلق بالأجناس الكبيرة ، فإن الروابط بين الكربون والكربون مكسورة - بطريقة عشوائية - على طول الجزيء وتولد أنواع جذرية مختلفة.
لذلك ، عندما تكون سلسلة الألكيل من هذه المركبات مجزأة ، ألكانات أصغر ، يتم إنتاج بعض الألكينات (وخاصة الإيثيلين) وأنواع أصغر أخرى مثل جذور الألكيل ، بالإضافة إلى كميات أقل من الهيدروجين.
