La pirolisi è il processo di conversione termica delle sostanze organiche che avviene utilizzando un catalizzatore in assenza di ossigeno
Le reazioni di decomposizione, partendo da molecole complesse, portano a molecole a minor peso molecolare o addirittura agli stessi componenti allo stato elementare. La decomposizione è favorita da somministrazione di energia per lo più termica e dalla bassa pressione.
La decomposizione che avviene con metodi termici utilizzando temperature tra i 400 e gli 800 °C, in assenza di un agente ossidante o con una quantità minima di ossigeno viene detta pirolisi.
Il calore fornito nel processo viene quindi utilizzato per scindere i legami chimici (piroscissione) tramite una omolisi termicamente indotta.
Modi con cui avviene la pirolisi
La pirolisi può avvenire nei seguenti modi:
1) per riscaldamento del composto a bassa temperatura in presenza di un solvente inerte come, ad esempio, la decomposizione di un diazocomposto alifatico in difenilchetone che avviene a 60°C in soluzione benzenica:
2) per riscaldamento a riflusso del composto alla temperatura di ebollizione di questo, con allontanamento del prodotto più basso bollente di reazione al fine di spostare la reazione verso la decomposizione come, ad esempio, la decomposizione dell’acetilacetato di etile in acido deidroacetico per riscaldamento a ricadere a 200 °C con distillazione in continuo dell’alcol etilico formatosi
3) per riscaldamento ad alta temperatura del composto vaporizzato ( pirolisi in fase vapore). I composti in fase vapore da soli o miscelati sono portati nel reattore di pirolisi operante a temperature comprese tra 500-800 °C. Il reattore, in metallo, porcellana o quarzo è riscaldato a gas o elettricamente.
Esso esercita una notevole influenza di parete sui prodotti della reazione, infatti nella pirolisi del n-butano a 600 °C, usando un reattore in ferro, nichel o quarzo, si ottengono olefine o paraffine, mentre in un reattore di Monel la decomposizione è totale con formazione di idrogeno e carbonio. Il reattore può essere vuoto o riempito di materiale inerte o di materiale cataliticamente attivo (pirolisi catalitica). E’ buona norma, per minimizzare la formazione del carbone che si forma come sottoprodotto nella decomposizione di materiali organici, operare a bassa pressione parziale, sia ricorrendo al vuoto, sia con l’uso di un gas inerte come CO2 o N2 come diluente.
L’impiego di vapore come diluente è molto usato nella pirolisi catalitica, in quanto esso distrugge, per reazione del gas d’acqua C + H2O → CO + H2 il carbone depositato nella massa catalitica.
Esempi
Esempi di pirolisi industriale sono:
– il cracking termico o catalitico di idrocarburi nell’industria petrolifera;
– la decomposizione catalitica del n-butano e dei buteni a butadiene:
CH2=CH-CH2-CH3 → CH2=CH-CH=CH-CH2 + H2
– la disidratazione catalitica degli alcoli a diolefine:
OH-CH2-CH2-CH2–CH2OH → CH2=CH-CH=CH-CH2 + 2 H2O
– la deidrogenazione catalitica degli alcoli ad aldeide:
CH3OH → CH2O + H2
– la disidratazione termica dell’acido acetico a chetene:
CH3COOH → CH2=CO + H2O
– la produzione di nerofumo da metano:
CH4 → C + 2 H2
– la decomposizione del nicheltetracarbonile a 200°C in nichel e ossido di carbonio (processo Mond):
Ni(CO)4 → Ni + 4 CO
4) per riscaldamento dei vapori su una spirale arroventata di platino. Questo metodo generale di pirolisi è detto “ a lampada per chetene” in quanto è applicato per la preparazione di laboratorio del chetene.
Un esempio di pirolisi su spirale è la decomposizione dell’acetone a chetene e metano:
CH3-CO-CH3 → CH2=CO + CH4