热裂解

热裂解(pyrolysis)又称热解热裂高温裂解,指有机物质於惰性气體[1][2]下(inert atmosphere,常为几近无氧状态)的高温分解英语Thermal decomposition[3]。此反应涉及了化学成分和物理相态的同时变化,且为不可逆反應。热裂解另一术语为脱挥发分(devolatilization)或去揮發作用,简称“脱挥”。

燃料(原物料)在熱裂解之後,會形成裂解氣體焦油

热解与干馏及烷烃的裂化反应有相似之处,同属于熱分解反應英语Thermal decomposition;但由於細部的差異與專門用途的不同,因此有不同的稱呼,如干馏、破坏蒸馏英语destructive distillation,和裂化反应。如果热解的温度再升高,则会发生碳化反應,所有的反应物都会转变为

热解与燃烧水解等其他工艺不同之处在于它通常不涉及与、水或任何其它试剂的反应[4] ,但是在实作上,不一定會在完全无氧的环境下進行熱裂解反應,因为任何热解系统中都存在一些空氣(含有氧),因此會发生少量的氧化反應。此外,若着火时(如:火災)氧气供应较少,便會發生類似热解的反应,这也是目前研究热解反应机理和性质的重要原因。

類型

热解可分为以下几种主要类型:

  • 无水热解:在古代时无水热解用于将木材转化为木炭,现在可用该法从生物质能塑料制取液体燃料。[5]
  • 含水热解英语Hydrous pyrolysis:如油的蒸汽裂化(steam cracking)及由有机废料的熱解聚合英语Thermal depolymerization反應制取轻质原油
  • 真空热解:用于有机合成。
  • 甲烷热解:将甲烷直接转化为氢燃料和可分离的固体碳,有时使用熔融金属催化剂。
  • 热解聚:将塑料和其他聚合物分解成单体和低聚物。

應用

熱裂解工艺被大量使用在化学工业中,熱裂解反应可用于合成化工产品,比如二氯乙烷熱裂解可生成氯乙烯(VCM)。此外,也可用于将生物质能或废料转化为低害或可以利用的物质,例如用此法来制取合成气碳煙木醋液生質柴油生質燃料生物能源)。

熱裂解也用于製造纳米颗粒[6]氧化锆[7],和氧化物[8]利用超声波喷嘴英语Ultrasonic nozzle的超声喷雾熱裂解工艺(USP)。

熱裂解亦可運用於分析化学,以分析复杂化合物的结构,例如熱裂解气相色谱-质谱法英语Pyrolysis–gas chromatography–mass spectrometry放射性碳定年法。事实上,许多重要的化学物质,例如硫酸,最初是由该方法获得的。

参见

参考资料