Co to są węglowodory?
Węglowodór jest związkiem organicznym składającym się wyłącznie z atomów wodoru i węgla. Są to hybrydy grupy 14, co oznacza, że zawierają wodór, jak również atomy z grupy węgla 14; węgiel, krzem, german, cyna i ołów. Węgiel posiada 4 elektrony, co oznacza, że musi utworzyć dokładnie 4 wiązania, aby być stabilnym. Innym rodzajem węglowodorów są węglowodory aromatyczne, do których należą alkany, cykloalkany i związki na bazie alkinów. Węglowodory mogą tworzyć bardziej złożone związki, takie jak cykloheksan, poprzez łączenie się ze sobą. Jest to znane jako katenacja.
Wspólne węglowodory:
- Metan(CH4)
- Etan(C2H6)
- Propan(C3H8)
- Butan(C4H10)
- Pentan(C5H12)
- Heksan(C6H14)
Gdzie występują węglowodory?
Prawie wszystkie węglowodory występują naturalnie w ropach naftowych, takich jak ropa naftowa i gaz ziemny. Ponieważ ropa naftowa jest wykonana z rozłożonej materii organicznej, jest bogata w atomy wodoru i węgla. Są one również obecne w różnych drzewach i roślinach, tworząc naturalny pigment zwany karotenem, który można znaleźć w marchewce i zielonych liściach. Większość naturalnego kauczuku surowego, 98%, jest wykonana z polimeru węglowodorowego; powstaje on, gdy tworzy się cząsteczka podobna do łańcucha, składająca się z wielu połączonych ze sobą jednostek.
Do czego wykorzystywane są węglowodory?
Węglowodory są najczęściej używanym związkiem organicznym na naszej planecie i głównym składnikiem lotnych związków organicznych. Uważa się je za siłę napędową współczesnej cywilizacji, ponieważ stanowią one paliwa kopalne. Paliwa te są wykorzystywane do spalania, szczególnie w zastosowaniach grzewczych i paliwach silnikowych. Węglowodory takie jak propan i butan są używane w latarniach, zapalniczkach, grillach i jako paliwo do jednostek spalania wewnętrznego. Pentan, inny powszechnie występujący węglowodór. Po nasyceniu pentan staje się cieczą o temperaturze pokojowej; ciecz ta jest używana jako rozpuszczalnik organiczny, paliwo transportowe i środek czyszczący. Ciekłe węglowodory są oceniane pod względem właściwości spalania, w odniesieniu do oktanu; tj. benzyna do wewnętrznego spalania w silnikach w samochodach, ciężarówkach i kosiarkach do trawy. Nieco większe cząsteczki węglowodorów, znane jako nafta, paliwo do silników odrzutowych, olej napędowy i olej do ogrzewania. Im większe węglowodory, tym gęstsza mieszanka. Duże węglowodory są często używane jako smary silnikowe i tłuszcze. Cokolwiek grubszego niż to, i tworzą wosk lub substancję podobną do smoły, która jest powszechnie stosowana w budowie autostrad i pokryciach dachowych.
Większość węglowodorów wymienionych powyżej jest wynikiem krakingu termicznego i destylacji frakcyjnej ropy naftowej. Innym bardzo powszechnym źródłem jest przemysłowa obróbka etanolu w celu wytworzenia etylenu. Wyprodukowany etylen jest wykorzystywany do przemysłowej syntezy innych węglowodorów.
Dlaczego węglowodory stanowią zagrożenie?
Węglowodory same w sobie nie stanowią zagrożenia. Jednak w kontakcie ze światłem słonecznym i/lub tlenkami azotu ulegają one reakcji chemicznej. Powszechnie wiadomo, że emisje i zanieczyszczenia wytwarzane przez człowieka w epoce przemysłowej są niebezpieczne, a węglowodory stanowią dużą część tych szkodliwych związków. Węglowodory są głównym składnikiem ropy naftowej, gazów naturalnych i większości pestycydów. Wszystkie te substancje przyczyniają się do powstawania efektu cieplarnianego i zubożenia warstwy ozonowej. Zmniejszają one również zdolność fotosyntezy roślin, zwiększają zachorowalność na raka u ludzi i zwierząt oraz zwiększają ryzyko chorób układu oddechowego. Najbardziej znanym i udokumentowanym zagrożeniem związanym z węglowodorami są wycieki ropy naftowej. Wycieki ropy niszczą morskie życie roślinne oraz zabijają i zagrażają setkom tysięcy, jeśli nie milionom, zwierząt każdego roku.
Jak traktujemy węglowodory?
Ponieważ węglowodory są jednym z najczęstszych związków stosowanych w procesach przemysłowych i spalaniu paliw, istnieje kilka sposobów ich niszczenia lub ograniczania.
Pierwszym z nich byłaby biofiltracja. Biofiltracja jest procesem wykorzystania naturalnego utleniania biologicznego do niszczenia i usuwania lotnych związków organicznych, zapachów i węglowodorów. Mówiąc prosto, biofiltracja to degradacja substancji organicznych i nieorganicznych przez mikroorganizmy. Powietrze przepływa przez tak zwane upakowane złoże mediów, co powoduje, że zanieczyszczenia tworzą cienki biofilm na powierzchni upakowanych mediów. Mikroorganizmy są umieszczone w mikrofilmie i degradują zanieczyszczenia. Najczęstsze zastosowania biofiltracji, bioskruberów i biooksydatorów obejmują przetwarzanie ścieków, wychwytywanie lotnych związków organicznych w spływach powierzchniowych i mikrobiologiczne utlenianie zanieczyszczeń powietrza.
Innym sposobem oczyszczania węglowodorów jest zastosowanie jednostki spalania par lub pochodni. Vapor Combustor Unit (VCU), lub flara, jest systemem redukcji używanym do niszczenia lotnych węglowodorów ciekłych, niebezpiecznych zanieczyszczeń powietrza (HAPs) i lotnych związków organicznych (VOCs). System ten jest często stosowany zamiast otwartej pochodni, ze względu na ostatnie zmiany przepisów dotyczących promieniowania oparów i emisji widzialnych. Jednostki VCU są uważane za bezpieczniejszą i bardziej ekonomiczną opcję niż otwarte pochodnie. Będąc innowacyjnym projektantem ekologicznych systemów pochodni o niskim przepływie, sonicznych, użytkowych i innych, Gulf Coast Environmental Systems może zapewnić efektywne kosztowo, gotowe do użytku rozwiązanie pochodni gazowych, które spełni wszelkie wymagania.
Asorbery węglowe to kolejny powszechny sposób usuwania węglowodorów. W adsorberze węglowym, zanieczyszczony strumień procesowy przepływa przez złoże z węglem aktywnym. Węgiel usuwa lotne związki organiczne ze strumienia procesowego i absorbuje je, zatrzymując je na powierzchni i w porach. Powietrze wolne od LZO jest wydalane do atmosfery. Węgiel jest doskonałym adsorberem materiałów organicznych, takich jak LZO o niskiej masie cząsteczkowej. Kiedy złoże węgla osiągnie swoją pojemność, skoncentrowane LZO są desorbowane do strumienia pary o niskim ciśnieniu i albo poddawane recyklingowi, albo wysyłane do utleniacza termicznego w celu zniszczenia.
Jeśli masz więcej pytań na ten temat, skontaktuj się z [email protected]
Dodatkowe artykuły z serii GCES „Abating Hazardous Air Pollutants” obejmują:
Część 1: BTEX to akronim oznaczający Benzen, Toluen, Etylobenzen i Ksyleny.
Część 2: Zwalczanie chloru
Część 3: NOx to rodzina związków chemicznych zanieczyszczających powietrze, tlenków azotu.
Część 4: Ołów jest również znany (błędnie) jako rtęć, ponieważ często występują razem
Część 5: Płuczki przemysłowe do oczyszczania powietrza z amoniaku
Część 6: SOx – związki cząsteczek siarki i tlenu, w tym tlenek siarki, dwutlenek siarki i trójtlenek siarki
Część 7: Węglowodory – metan, etan, propan, butan, pentan, heksan
Część 8: Methyl Mercaptan – Merkaptan metylu, znany również jako metanetiol
Część 9: H2S – Silnie żrący siarkowodór
Część 10: Siarczek dimetylu – metylotiometan
Część 11: Kwas siarkowy – H2SO4
Część 12: Tlenek etylenu – EtO
Część 13: PFAS jako pojawiające się zanieczyszczenia