در سال‌های اخیر روند رو به رشد جمعیت و سبک زندگی مدرن، سبب بکارگیری گسترده مواد پلاستیکی شده است. این امر تولید ضایعات پلاستیکی را به‌طور قابل توجهی تشدید کرده و سبب بروز نگرانی‌های زیست محیطی در جهان شده است. هم اکنون، سالانه حدود ۱ میلیون تن پلاستیک در ایران مصرف می‌شود و این میزان به طور مداوم در حال افزایش است. این حجم از مصرف پلاستیک‌ها در کشور موجب تولید حجم قابل توجهی ضایعات پلاستیکی شده که در حدود ۲۸ درصد از کل زباله‌های تولید شده در کشور را شامل می‌شود. مواد زائد پلاستیکی نیز همچون سوخت‌های مشتق شده از نفت، حاوی عناصر کربن و هیدروژن هستند با این تفاوت که زنجیره کربنی طولانی‌تری نسبت به سوخت‌های LPG ، بنزین و گازوئیل دارند. بنابراین، امکان تبدیل مواد زائد پلاستیکی به سوخت وجود دارد.
پیرولیز حرارتی / کاتالیستی به عنوان یک روش کارآمد برای تبدیل و مدیریت پسماندهای پلاستیکی به محصولات ارزشمند همچون سوخت مایع، چار (محصول جانبی -جامد) و گاز سنتز (محصول جانبی -گاز) در غیاب اکسیژن و در گستره دمای ۹۰۰–۳۰۰ درجه سانتیگراد است. بازده محصولات متعدد حاصل از پیرولیز، به نوع مواد اولیه، گستره دمای عملیاتی، سرعت گرمایش و نوع راکتور مورد استفاده بستگی دارد. پیرولیز حرارتی پلاستیک‌ها در دمای بالا انجام می‌پذیرد و طیف وسیعی از محصولات را تولید می‌کند. در حالی‌که پیرولیز کاتالیستی سبب کاهش دمای واکنش، ارتقا واکنش تجزیه و بهبود کیفیت محصولات می‌شود. لازم به ذکر است که کاتالیست، به‌عنوان بار اصلی هزینه بازیافت مواد زائد پلاستیکی از طریق فرآیند پیرولیز شناخته می‌شود و کاهش هزینه کاتالیزور در کشورهای در حال توسعه، به منظور بکارگیری در مقیاس کوچک، چالش بسیار جالبی محسوب می‌شود. در این میان، زئولیت‌های طبیعی که در بسیاری از نقاط جهان یافت می‌شود، می‌تواند به عنوان کاتالیزور تجاری در فرآیند پیرولیز کاتالیزوری پسماندهای پلاستیکی بکار گرفته شوند.
هدف اصلی این طرح تولید مکمل سوختی از طریق فرآیند پیرولیز بود. در طرح مذکور، پیرولیز پلی اتیلن (PE)، پلی پروپیلن (PP) و پلی استایرن (PS) در یک راکتور طراحی شده در مقیاس آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. دمای کراکینگ برای PE و PP برابر با ۴۵۰ درجه سانتیگراد و برای PS پایین‌تر و برابر با ۳۲۰ درجه سانتیگراد است. شایان ذکر است که دمای واکنش بالا و سرعت گرمایش می‌تواند به طور قابل توجهی تولید هیدروکربن‌های سبک را افزایش دهد. علاوه بر این، مدت زمان ماند طولانی نیز منجر به تولید محصولات هیدروکربنی سبک می‌گردد.
همچنین، به منظور حذف اثرات نامطلوب ناشی از محتوای اکسیژن زیاد بر روی خصوصیات سوخت حاصل از فرآیند پیرولیز مانند پایداری حرارتی و شیمیایی، ویسکوزیته، خوردگی و اختلاط با سایر هیدروکربن‌ها ، تصفیه هیدروژنی (HDO) به عنوان یک روش کارآمد بکار گرفته شد. بنابراین، این پروژه سعی دارد با تبدیل پسماندهای پلاستیکی به سوخت مایع از طریق فرآیند پیرولیز و همچنین کاهش میزان آلودگی محیط زیست، در این زمینه گام بردارد.
زباله‌های پلاستیکی از جنس پلی اتیلن (PE) ، پلی پروپیلن (PP) پلی استایرن (PS) و پلی اتیلن ترفتالات (PET) به عنوان ماده اولیه در فرآیند پیرولیز پس از جمع آوری، به منظور ایجاد یک مخلوط همگن، به قطعات کوچک‌تر (در حدود ۲ سانتی متر) خرد شدند. پیرولیز کاتالیستی / غیرکاتالیستی هر یک از ضایعات پلاستیکی به صورت منفرد و همچنین مخلوطی این مواد در نسبت‌های مختلف انجام شد. زئولیت طبیعی پس از اصلاح حرارتی و اسیدی به عنوان کاتالیزور در فرآیند پیرولیز بکار گرفته شد. فعال سازی حرارتی زئولیت طبیعی در کوره‌ای با دمای ۵۵۰ درجه سانتیگراد به مدت ۵ ساعت و فعال سازی اسیدی با قرارگیری زئولیت طبیعی در محلولی از نیتریک اسید به مدت ۴۸ ساعت همراه با همزدن انجام گرفت. سرانجام پیرولیز ضایعات پلاستیکی در یک راکتور پیرولیز آزمایشگاهی در دمای ۴۵۰ درجه سانتیگراد و با نرخ حرارتی ۱۰C/min و زمان واکنش ۷۵ دقیقه انجام شد. پس از اتمام هر آزمایش، بازده به دست آمده از هر محصول پیرولیز بر اساس وزن محاسبه گردید. خصوصیات روغن مایع تولید شده به منظور بررسی تأثیر ترکیب مواد اولیه بر کیفیت روغن مایع تولید شده در حضور زئولیت اصلاح شده انجام شد. شرایط بهینه فرآیند مانند دما و زمان واکنش از طریق آزمون وزن سنجی حرارتی (TGA) مورد بررسی قرار گرفت. پیرولیز در یک سیستم راکتوری پیوسته از جنس کوارتز و متشکل از مخزن گاز نیتروژن، رگولاتور گاز، MFC جهت کنترل دبی گاز، المنت حرارت دهی، راکتور کوارتز، مخزن جمع‌آوری روغن زیستی، مبرد و مخزن جمع‌آوری گاز انجام گردید. زئولیت اصلاح شده همراه با خوراک در داخل راکتور قرار گرفته و با افزایش دما، مواد زائد پلاستیکی (پلیمرهای آلی) به مونومرهایی تبدیل شده و در کندانسور روغن مایع متراکم شد.
از محصول مایع تولید شده می‌توان برای سوخت‌رسانی به موتورهای دیزلی به عنوان یک سوخت منفرد یا ترکیب با سوخت دیزل تجاری استفاده کرد. علاوه براین، محصول گازی نیز می‌تواند به عنوان منبع گرمایی برای راکتورها و یا اجاق گاز جهت پخت و پز و محصولات جامد نیز برای سوختن مشترک با زغال سنگ و زیست توده استفاده شوند.
منبع : https://news.ut.ac.ir
Leave A Comment