Pirolisi
Che cos'è la pirolisi?
Con il termine pirolisi o piroscissione (più corretta sarebbe la parola termoscissione) si indica la decomposizione chimica di un composto o di una miscela di composti in una o più sostanze diverse, ottenuta esclusivamente mediante l'applicazione di energia termica (calore).
Le nuove sostanze che si formano provengono unicamente dal riassestamento di atomi (o molecole) presenti nel materiale di partenza. Ciò significa che, se alla reazione chimica prende parte più di una sostanza o di un gruppo omogeneo di sostanze, anche se viene impiegato del calore, i mutamenti chimici che ne derivano non sono di natura pirolitica, ma di tipo diverso (per esempio, in presenza di ossigeno, combustione o, in presenza di idrogeno, idrogenazione).
Reazioni pirolitiche possono tuttavia avvenire in presenza di altri composti che non si decompongono e che si ritrovano ancora tra i prodotti della reazione. L'uso di solventi e di catalizzatori ne è un esempio. Un caso analogo si ha nell'impiego di raggi γ durante la decomposizione pirolitica.
Applicazioni della pirolisi
I processi di pirolisi furono tra le prime reazioni impiegate dagli alchimisti e dai chimici per studiare le sostanze esistenti in natura. Esempi sono dati dalla produzione di ossigeno per riscaldamento dell'ossido mercurico e la decomposizione pirolitica della gomma naturale in isoprene.
Schema del processo di produzione del carbone vegetale (biochar).
Lo "spirito di legno" (ora detto alcol metilico o metanolo) era un tempo ottenuto per pirolisi di legni duri (distillazione distruttiva).
L'industria moderna adotta su vasta scala processi pirolitici. Come esempi si possono ricordare il cracking degli oli minerali, la produzione di nerofumo, dell'etilene, del difenile, del chetene e la distillazione secca (carbonizzazione) di carbon fossile in coke, derivati chimici del carbone e gas. Anche la calcinazione del calcare a calce è un processo pirolitico.
La maggior parte dei processi pirolitici di interesse industriale è condotta a temperatura elevata. Tuttavia il livello termico deve essere sufficiente solo per fornire l'energia necessaria a demolire la struttura chimica originale e a provocare il riassestamento della molecola sotto altra forma. Si può operare in una fase qualsiasi: liquida, vapore, o solida.
La pirolisi dei pneumatici, condotta a 500/600 °C in assenza di ossigeno, porta alla formazione di una componente solida (char), una parte liquida (oli) ed una gassosa (syngas),in parte condensabile.
La pressione, sebbene di solito sia svantaggiosa dal punto di vista termodinamico, spesso è usata per ridurre il volume dei gas trattati, per aumentare la velocità della reazione o per mantenere una fase liquida. Talvolta si opera a pressione ridotta.
I processi di pirolisi più largamente adottati dall'industria petrolchimica sono quelli per produrre olefine (etilene, propilene e olefine superiori) da petrolio grezzo o da frazioni di petrolio e anche l'acetilene si ottiene in Italia per pirolisi del metano.
Pirolisi del petrolio
Il petrolio grezzo o una sua frazione, sottoposti a pirolisi, danno frazioni liquide più ricche in distillati leggeri del materiale caricato all'impianto, come benzina e cherosene, e gas leggeri prevalentemente non saturi, come etilene, propilene e butilene. Questi gas sono largamente usati per sintesi organiche.
Il cracking termico è condotto a 480-600 °C a pressioni di 40-70 kgp/cm2 in fase liquida o mista liquido-vapore. Il cracking catalitico, in presenza di silicati di alluminio, è un processo simile, ma condotto a temperature e pressioni più basse (450°C a 3-4 kg/cm2).
Pirolisi del gas naturale
I principali idrocarburi componenti i gas naturali (metano, etano, propano e butano) possono essere separati e utilizzati per sintesi organiche industriali. Attraverso processi pirolitici, questi idrocarburi possono venire trasformati in intermedi dai quali si ottengono, con successive lavorazioni, numerosi prodotti di importanza industriale.
Normalmente si ottengono, da tali frazioni, acetilene (da cui si possono ottenere cloruro di vinile, acetato di vinile e cianuro di vinile, da destinarsi alla produzione di resine e fibre sintetiche, e aldeide acetica, utile per molte sintesi, acido acetico, butanolo, ecc.) ed eventualmente etilene.
Pirolisi del carbone
La pirolisi del carbone è condotta a temperature elevate (780-1010 °C) o relativamente basse (510-780 °C) per ottenere coke, benzene, naftalina, toluene, xilene, cresoli come intermedi principali. Questi sono trasformati attraverso ulteriori sintesi organiche in sostanze quali anilina, anidride ftalica, materie coloranti e plastiche, ecc.
Pirolisi dei rifiuti
Anche i rifiuti possono essere sottoposti a trattamento di pirolisi in assenza d'aria a temperature che raggiungono i 500 °C. Tale processo trasforma i rifiuti domestici e industriali in gas combustibili e cenere.
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