Wat zijn koolwaterstoffen?
Een koolwaterstof is een organische verbinding die alleen uit waterstof- en koolstofatomen bestaat. Het zijn groep 14 hybriden, wat betekent dat ze waterstof bevatten, evenals atomen van de groep koolstof 14; koolstof, silicium, germanium, tin, en lood. Koolstof heeft 4 elektronen, wat betekent dat het precies 4 bindingen moet maken, om stabiel te zijn. Een ander type koolwaterstoffen zijn aromatische koolwaterstoffen, waartoe alkanen, cycloalkanen en verbindingen op basis van alkynen behoren. Koolwaterstoffen kunnen complexere verbindingen vormen, zoals cyclohexaan, door aan zichzelf te binden. Dit staat bekend als catenering.
Gemeenschappelijke koolwaterstoffen:
- Methaan(CH4)
- Ethaan(C2H6)
- Propaan(C3H8)
- Butaan(C4H10)
- Pentaan(C5H12)
- Hexaan(C6H14)
Waar worden koolwaterstoffen gevonden?
Alle koolwaterstoffen komen van nature voor in ruwe olie, zoals aardolie en aardgas. Omdat ruwe olie is gemaakt van ontbonden organisch materiaal, is het rijk aan waterstof- en koolstofatomen. Ze zijn ook aanwezig in verschillende bomen en planten, en vormen een natuurlijk pigment, caroteen genaamd, dat kan worden gevonden in wortelen en groene bladeren. Het grootste deel van natuurlijk ruw rubber, 98%, bestaat uit een koolwaterstofpolymeer; dit wordt gevormd wanneer zich een kettingvormig molecuul vormt, bestaande uit vele aan elkaar gekoppelde eenheden.
Waarvoor worden koolwaterstoffen gebruikt?
Koolwaterstoffen zijn de meest gebruikte organische verbinding op de planeet, en het hoofdbestanddeel van VOC’s. Zij worden beschouwd als de drijvende kracht achter de moderne beschaving, omdat zij de fossiele brandstoffen vormen. Deze brandstoffen worden gebruikt voor verbranding, met name in verwarmings- en motorbrandstoftoepassingen. Koolwaterstoffen zoals propaan en butaan worden gebruikt in lantaarns, aanstekers, grills en als brandstof voor verbrandingsmotoren. Pentaan, een andere veel voorkomende koolwaterstof. Wanneer pentaan verzadigd is, wordt het een vloeistof op kamertemperatuur; deze vloeistof wordt gebruikt als organisch oplosmiddel, transportbrandstof en schoonmaakmiddel. Vloeibare koolwaterstoffen worden beoordeeld op verbrandingseigenschappen, in verhouding tot het octaangehalte; d.w.z. benzine voor interne verbranding in motoren van auto’s, vrachtwagens en grasmaaiers. Iets grotere koolwaterstofmoleculen, bekend als kerosine, vliegtuigbrandstof, dieselbrandstof, en olie voor verwarming. Hoe groter de koolwaterstoffen, hoe dikker de verbinding. Grote koolwaterstoffen worden vaak gebruikt als smeermiddelen voor motoren, en vetten. Hoe dikker ze zijn, hoe meer ze een was of teerachtige substantie vormen, die vaak wordt gebruikt in de wegenbouw en voor dakbedekking.
De meeste van de hierboven genoemde koolwaterstoffen zijn het resultaat van thermisch kraken en gefractioneerde destillatie van ruwe olie. Maar een andere veel voorkomende bron is de industriële verwerking van ethanol, om ethyleen te produceren. Het geproduceerde ethyleen wordt gebruikt voor de industriële synthese van andere koolwaterstoffen.
Waarom zijn koolwaterstoffen een probleem?
Op zichzelf vormen koolwaterstoffen geen risico. Wanneer zij echter aan zonlicht en/of stikstofoxiden worden blootgesteld, ondergaan zij een chemische reactie. Het is bekend dat de door de mens in dit industriële tijdperk veroorzaakte emissies en verontreiniging gevaarlijk zijn, en koolwaterstoffen maken een groot deel van deze schadelijke verbindingen uit. Koolwaterstoffen zijn het hoofdbestanddeel van ruwe olie, natuurlijke gassen en de meeste bestrijdingsmiddelen. Al deze stoffen dragen bij tot het broeikaseffect en de aantasting van de ozonlaag. Zij verminderen ook het fotosynthesevermogen van planten, verhogen het aantal kankergevallen bij mens en dier, en verhogen het risico op aandoeningen van de luchtwegen. De bekendste en gevaarlijkste vorm van koolwaterstoffen zijn olielekken. Olielekkages vernietigen het plantenleven in zee, en doden en bedreigen elk jaar honderdduizenden, zo niet miljoenen dieren.
Hoe behandelen we koolwaterstoffen?
Sinds koolwaterstoffen een van de meest voorkomende verbindingen zijn die bij industriële processen en brandstofverbranding worden gebruikt, zijn er verschillende manieren om ze te vernietigen of te verminderen.
De eerste manier is door middel van biofiltratie. Biofiltratie is het proces waarbij gebruik wordt gemaakt van natuurlijke biologische oxidatie voor de vernietiging en verwijdering van VOC’s, geuren en koolwaterstoffen. Eenvoudig gezegd, biofiltratie is de afbraak van organische en anorganische stoffen door micro-organismen. De lucht stroomt door een zogenaamd gepakt bed van media waardoor de verontreinigende stoffen zich overzetten in een dunne biofilm op het oppervlak van de gepakte media. De micro-organismen zijn gehuisvest in de microfilm en breken de verontreinigende stoffen af. De meest gebruikelijke toepassingen van biofiltratie, biowassers en biooxidizers zijn onder meer de verwerking van afvalwater, het afvangen van VOS in afvloeiend water en microbiotische oxidatie van luchtverontreinigende stoffen.
Een andere manier om koolwaterstoffen te behandelen is met een Dampverbrandingsinstallatie of fakkel. Een dampverbrandingseenheid (Vapor Combustor Unit – VCU) of fakkel is een zuiveringssysteem dat wordt gebruikt voor de vernietiging van vluchtige vloeibare koolwaterstoffen, gevaarlijke luchtverontreinigende stoffen (HAP’s) en vluchtige organische stoffen (VOS). Dit systeem wordt vaak gebruikt in plaats van een open fakkel, omdat de regelgeving inzake dampuitstoot en zichtbare emissies onlangs is gewijzigd. VCU’s worden beschouwd als een veiligere, en meer economische optie, dan open fakkels. Als innovatief ontwerper van milieuvriendelijke low flow, sonische, utility fakkelsystemen en meer, kan Gulf Coast Environmental Systems u voorzien van een kosteneffectieve, kant-en-klare gasfakkeloplossing die ruimschoots aan alle eisen zal voldoen.
Koolstofabsorbers zijn een andere veelgebruikte manier om koolwaterstoffen af te voeren. In een Koolstofadsorber, stroomt een verontreinigde processtroom over een actief koolstofbed. De koolstof verwijdert de VOS uit de processtroom en absorbeert ze, waarbij ze aan het oppervlak en in de poriën worden vastgehouden. De VOS-vrije lucht wordt afgevoerd naar de atmosfeer. Koolstof is een uitstekende adsorber van organische stoffen zoals VOS met een laag moleculair gewicht. Wanneer het koolstofbed zijn capaciteit heeft bereikt, worden de geconcentreerde VOS gedesorbeerd in een lagedrukstoomstroom en ofwel gerecycleerd ofwel naar een thermische oxidator gestuurd voor vernietiging.
Als u meer vragen heeft over dit onderwerp, kunt u contact opnemen met [email protected]
Volgende artikelen in de GCES-serie ‘Abating Hazardous Air Pollutants’ zijn toegevoegd:
Part 1: BTEX is een acroniem dat staat voor Benzeen, Tolueen, Ethylbenzeen en Xylenen.
Deel 2: Chloorbestrijding
Deel 3: NOx is de familie van luchtverontreinigende chemische verbindingen, Stikstofoxiden.
Deel 4: Lood wordt (ten onrechte) ook wel kwik genoemd omdat ze vaak samen voorkomen
Deel 5: Industriële luchtwassers voor de zuivering van ammoniak
Deel 6: SOx, de verbindingen van zwavel- en zuurstofmoleculen, waaronder zwavelmonoxide, zwaveldioxide en zwaveltrioxide
Deel 7: Koolwaterstoffen – methaan, ethaan, propaan, butaan, pentaan, hexaan
Deel 8: Methyl Mercaptan – Methyl Mercaptan, ook bekend als Methanethiol
Deel 9: H2S – Zeer corrosief Waterstofsulfide
Deel 10: Dimethylsulfide – Methylthiomethaan
Part 11: Zwavelzuur – H2SO4
Part 12: Ethyleenoxide – EtO
Part 13: PFAS als opkomende verontreinigingen