Es la descomposición química de materia orgánica y todo tipo de materiales, excepto metales y vidrios, causada por el calentamiento a altas temperaturas en ausencia de oxígeno (y de cualquier halógeno). Involucra cambios simultáneos de composición química y estado físico, los cuales son irreversibles.
La pirólisis extrema, que solo deja carbono como residuo, se llama carbonización.
Un ejemplo de pirólisis es la destrucción de neumáticos usados. En este contexto, es la degradación del caucho de la rueda mediante el calor en ausencia de oxígeno.
El término se utiliza en ocasiones para denominar también la termólisis con presencia de agua, tal como el craqueo por vapor de agua del petróleo o la depolimerización térmica de los residuos orgánicos en crudo pesado.
En la pirólisis al vacío el material orgánico se calienta en el vacío para reducir el punto de ebullición y evitar reacciones químicas adversas.
CLASIFICACIÓN
AL REQUERIR ENERGÍA TÉRMICA PARA QUE SE LLEVE A CABO EL PROCESO, PERMITE QUE SE PUEDA DIVIDIR A LA PIRÓLISIS EN DOS GRUPOS:
1. Sistemas alotérmicos o indirectos: la fuente de energía suele ser el propio gas producido o el char generado, y se transmite por conducción y radiación de las paredes del reactor.
2. Sistemas autotérmicos o directos: la energía necesaria la proporciona la combustión de parte de la carga.
Etapas del proceso
El proceso consta de 3 etapas claramente diferenciadas:
1. En esta primera etapa se produce una descomposición lenta con producción de pequeñas cantidades de agua, óxidos de carbono, hidrógeno y metano. Esto es consecuencia de la ruptura de enlaces debido a alta temperatura a la que se lleva el proceso y consecuencia también de la liberación de gases retenidos en el carbón.
2. Esta segunda etapa se conoce como descomposición térmica activa. La temperatura aumenta y se produce una fragmentación más profunda de la molécula de carbón con la formación de hidrocarburos condensables y alquitranes. Esta etapa comienza alrededor de los 360 ºC y finaliza cuando se han alcanzado temperaturas alrededor de los 560 ºC aproximadamente.
3. La última etapa, que transcurre a temperaturas superiores a los 600 ºC, se caracteriza por la eliminación gradual de hidrógeno y otros heteroátomos.
Factores que influyen
Durante el proceso, la cantidad de componentes tantos gaseosos como líquidos puede variar desde un 25 a un 70% en peso aproximadamente. Esta cantidad depende de una serie de factores y variables que se mencionan a continuación:
Temperatura y velocidad de calentamiento
El carbón sufre una gran variedad de cambios tanto físicos como químicos cuando se incrementa la temperatura desde la ambiente hasta el final de la última fase, 1000 ºC aproximadamente. Si la temperatura de reacción es demasiado baja, las reacciones de descomposición no se producirán con la extensión debida y la obtención de gases y alquitranes será incompleta y, por tanto, el rendimiento en estos productos será bajo. A temperaturas de reacción altas, se producirán rupturas térmicas de los alquitranes y será por tanto pequeño el rendimiento en líquidos.
Tipo de carbón
El tipo de carbón influye fuertemente en el comportamiento de la pirólisis. Los carbones de bajo rango (lignitos) contienen oxígeno que durante el proceso de pirólisis se desprenden como agua y óxidos de carbono. Los carbones con alto rango (bituminosos) contienen una menor cantidad de oxígeno y, por tanto, producen un menor volumen de agua y de óxidos de carbono que hidrocarburos gaseosos cuando se pirolizan.
Tipo de reactor
El tipo de reactor es otro de los parámetros más influyentes en el proceso. Su importancia se basa en aspectos claves como los tiempos de residencia y la transferencia de calor, influyendo en los mecanismos que pueden controlar la velocidad de pirólisis.
En reactores de lecho fijo, la etapa controlante de la velocidad es la transferencia de calor. Esto supone una limitación en la velocidad de calentamiento y un tiempo de residencia elevado. Los reactores de lecho fluidizado se adaptan mejor a los procesos continuos. En ellos la transferencia de calor a las partículas de carbón es muy rápida y pueden alcanzase altas velocidades de calentamiento.
Presión
La pirólisis en atmósfera inerte a presión reducida aumenta el rendimiento en alquitranes.
Tamaño de la partícula
Influye sobre los mecanismos de transferencia de calor. A mayor tamaño de la partícula, menor velocidad de reacción y menor rendimiento en gases y líquidos.
DIFERENCIA ENTRE INCINERACIÓN, GASIFICACIÓN Y PIRÓLISIS.
La gasificación de residuos es una tecnología diseñada para obtener un gas de síntesis, “Syngas”, es decir, un producto que puede ser empleado para producir combustibles, productos químicos o energía. Puede definirse como un proceso pirolítico optimizado por el que una sustancia sólida o líquida con alto contenido en carbono es transformada en una mezcla combustible gaseosa mediante oxidación parcial con aplicación de calor.
La diferencia entre la incineración y la gasificación radica en la presencia de oxígeno. En la incineración, el proceso es de combustión completa en presencia de oxígeno, mientras que en la gasificación y pirólisis, la reducción se realiza en ausencia o a baja concentración de oxígeno, evitando las emisiones a la atmósfera de CO2.
Pirólisis y gasificación
La pirólisis y la gasificación son dos formas de tratamiento térmico en las que los residuos se calientan a altas temperaturas con una cantidad de oxígeno limitada. El proceso se lleva a cabo en un contenedor sellado a alta presión. Convertir el material en energía es más eficiente que la incineración directa, se genera energía que puede recuperarse y usarse, mucha más que en la combustión simple.
La pirólisis de los residuos sólidos convierte el material en productos sólidos, líquidos y gaseosos. El aceite líquido y el gas pueden ser quemados para producir energía o refinado en otros productos. El residuo sólido puede ser refinado en otros productos como el carbón activado.
