Was sind Kohlenwasserstoffe?
Ein Kohlenwasserstoff ist eine organische Verbindung, die nur aus Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen besteht. Sie sind Hybride der Gruppe 14, d.h. sie enthalten sowohl Wasserstoff als auch Atome der Kohlenstoffgruppe 14: Kohlenstoff, Silizium, Germanium, Zinn und Blei. Kohlenstoff hat 4 Elektronen, was bedeutet, dass er genau 4 Bindungen eingehen muss, um stabil zu sein. Eine andere Art von Kohlenwasserstoffen sind aromatische Kohlenwasserstoffe, zu denen Alkane, Cycloalkane und Verbindungen auf Alkinbasis gehören. Kohlenwasserstoffe können komplexere Verbindungen, wie Cyclohexan, bilden, indem sie sich mit sich selbst verbinden. Dies ist als Verkettung bekannt.
Gängige Kohlenwasserstoffe:
- Methan(CH4)
- Ethan(C2H6)
- Propan(C3H8)
- Butan(C4H10)
- Pentan(C5H12)
- Hexan(C6H14)
Wo werden Kohlenwasserstoffe gefunden?
Nahezu alle Kohlenwasserstoffe kommen in der Natur in Rohölen vor, wie Erdöl und Erdgas. Da Erdöl aus zersetztem organischem Material besteht, ist es reich an Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen. Sie kommen auch in verschiedenen Bäumen und Pflanzen vor und bilden ein natürliches Pigment namens Karotin, das in Karotten und grünen Blättern zu finden ist. Der größte Teil des natürlichen Rohkautschuks, nämlich 98 %, besteht aus einem Kohlenwasserstoffpolymer; dieses entsteht, wenn sich ein kettenförmiges Molekül bildet, das aus vielen miteinander verknüpften Einheiten besteht.
Wofür werden Kohlenwasserstoffe verwendet?
Kohlenwasserstoffe sind die am häufigsten verwendeten organischen Verbindungen auf der Erde und der Hauptbestandteil der flüchtigen organischen Verbindungen. Sie gelten als die treibende Kraft der modernen Zivilisation, denn sie bilden die fossilen Brennstoffe. Diese Brennstoffe werden zur Verbrennung verwendet, insbesondere für Heizzwecke und als Kraftstoffe. Kohlenwasserstoffe wie Propan und Butan werden in Laternen, Feuerzeugen, Grills und als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren verwendet. Pentan, ein weiterer häufiger Kohlenwasserstoff. Wenn es gesättigt ist, wird Pentan bei Raumtemperatur flüssig; diese Flüssigkeit wird als organisches Lösungsmittel, Transportkraftstoff und Reinigungsmittel verwendet. Flüssige Kohlenwasserstoffe werden nach ihren Verbrennungseigenschaften in Bezug auf die Oktanzahl eingestuft, d. h. Benzin für die Verbrennung in Motoren von Autos, Lastwagen und Rasenmähern. Etwas größere Kohlenwasserstoffmoleküle sind als Kerosin, Flugzeugtreibstoff, Dieselkraftstoff und Heizöl bekannt. Je größer die Kohlenwasserstoffmoleküle sind, desto dicker ist die Verbindung. Große Kohlenwasserstoffe werden häufig als Motorschmierstoffe und Fette verwendet. Alles, was dicker ist, bildet eine wachs- oder teerähnliche Substanz, die häufig im Straßenbau und auf Dächern verwendet wird.
Die meisten der oben aufgeführten Kohlenwasserstoffe sind das Ergebnis des thermischen Crackens und der fraktionierten Destillation von Rohöl. Eine weitere sehr häufige Quelle ist die industrielle Verarbeitung von Ethanol zur Herstellung von Ethylen. Das erzeugte Ethylen wird für die industrielle Synthese anderer Kohlenwasserstoffe verwendet.
Warum sind Kohlenwasserstoffe besorgniserregend?
Für sich genommen stellen Kohlenwasserstoffe kein Risiko dar. Wenn sie jedoch mit Sonnenlicht und/oder Stickoxiden in Berührung kommen, kommt es zu einer chemischen Reaktion. Es ist bekannt, dass die vom Menschen im Industriezeitalter verursachten Emissionen und Verschmutzungen gefährlich sind, und die Kohlenwasserstoffe machen einen großen Teil dieser schädlichen Verbindungen aus. Kohlenwasserstoffe sind der Hauptbestandteil von Erdöl, natürlichen Gasen und den meisten Pestiziden. Alle diese Stoffe tragen zum Treibhauseffekt und zum Abbau der Ozonschicht bei. Außerdem verringern sie die Photosynthesefähigkeit von Pflanzen, erhöhen die Krebsrate bei Menschen und Tieren und steigern das Risiko von Atemwegserkrankungen. Das bekannteste und gefährlichste Beispiel für Kohlenwasserstoffe ist die Ölpest. Ölverschmutzungen zerstören die Pflanzenwelt im Meer und töten und gefährden jedes Jahr Hunderttausende, wenn nicht Millionen von Tieren.
Wie behandeln wir Kohlenwasserstoffe?
Da Kohlenwasserstoffe zu den häufigsten Verbindungen gehören, die in industriellen Prozessen und bei der Verbrennung von Brennstoffen verwendet werden, gibt es mehrere Möglichkeiten, sie zu zerstören oder abzubauen.
Die erste Möglichkeit wäre die Biofiltration. Die Biofiltration ist ein Prozess, bei dem die natürliche biologische Oxidation zur Zerstörung und Entfernung von flüchtigen organischen Verbindungen, Gerüchen und Kohlenwasserstoffen genutzt wird. Einfach ausgedrückt ist Biofiltration der Abbau von organischen und anorganischen Substanzen durch Mikroorganismen. Die Luft strömt durch ein sogenanntes Füllkörperbett, wodurch die Schadstoffe in einen dünnen Biofilm auf der Oberfläche des Füllkörpers übergehen. Die Mikroorganismen sind in dem Mikrofilm untergebracht und bauen die Schadstoffe ab. Zu den häufigsten Anwendungen der Biofiltration, Biowäscher und Biooxidationsanlagen gehören die Aufbereitung von Abwasser, das Auffangen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in Oberflächenabflüssen und die mikrobiotische Oxidation von Luftschadstoffen.
Eine weitere Möglichkeit zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen wäre eine Dampfverbrennungsanlage oder Fackel. Eine Dampfverbrennungsanlage (Vapor Combustor Unit, VCU) oder Fackel ist ein System zur Vernichtung flüchtiger flüssiger Kohlenwasserstoffe, gefährlicher Luftschadstoffe (HAP) und flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs). Dieses System wird häufig anstelle einer offenen Fackel eingesetzt, da es die jüngsten Änderungen der Vorschriften für Dampfabstrahlung und sichtbare Emissionen berücksichtigt. VCUs gelten als eine sicherere und wirtschaftlichere Option als offene Fackeln. Als innovativer Konstrukteur von umweltfreundlichen Niedrigfluss-, Schall- und Versorgungsfackelsystemen kann Gulf Coast Environmental Systems Ihnen eine kostengünstige, schlüsselfertige Gasfackellösung anbieten, die allen Anforderungen mehr als gerecht wird.
Kohlenstoffabsorber sind eine weitere gängige Methode zur Entsorgung von Kohlenwasserstoffen. In einem Kohlenstoffadsorber fließt ein verunreinigter Prozessstrom über ein Aktivkohlebett. Die Aktivkohle entzieht dem Prozessstrom die flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) und absorbiert sie, indem sie sie an der Oberfläche und in den Poren festhält. Die VOC-freie Luft wird in die Atmosphäre abgeleitet. Kohlenstoff ist ein hervorragender Adsorber für organische Stoffe wie VOC mit niedrigem Molekulargewicht. Wenn das Kohlenstoffbett seine Kapazität erreicht hat, werden die konzentrierten flüchtigen organischen Verbindungen in einen Niederdruckdampfstrom desorbiert und entweder recycelt oder zur Zerstörung in einen thermischen Oxidator geleitet.
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Weitere Artikel in der GCES-Reihe „Beseitigung gefährlicher Luftschadstoffe“ sind:
Teil 1: BTEX ist ein Akronym, das für Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylole steht.
Teil 2: Chlorreinigung
Teil 3: NOx ist die Familie der luftverschmutzenden chemischen Verbindungen, Stickoxide.
Teil 4: Blei ist auch (fälschlicherweise) als Quecksilber bekannt, weil sie oft zusammen vorkommen
Teil 5: Industrielle Luftwäscher zur Behandlung von Ammoniak
Teil 6: SOx, die Verbindungen von Schwefel- und Sauerstoffmolekülen einschließlich Schwefelmonoxid, Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid
Teil 7: Kohlenwasserstoffe – Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan, Hexan
Teil 8: Methylmercaptan – Methylmercaptan, auch bekannt als Methanthiol
Teil 9: H2S – Hochkorrosiver Schwefelwasserstoff
Teil 10: Dimethylsulfid – Methylthiomethan
Teil 11: Schwefelsäure – H2SO4
Teil 12: Ethylenoxid – EtO
Teil 13: PFAS als neu auftretende Kontaminanten