بخشی از مقاله
پیرولیز پلاستیکهاي پسماند و تبدیل آنها به سوخت هاي هیدروکربنی مفید
چکیده
در حال حاضر پسماندهاي پلاستیکی یک نگرانی کلیدي در تمام دنیا به شمار می آید، از طرفی با توجه به کاربرد گسترده پلاستیک ها در زندگی بشر، مصرف پلاستیک ها با افزایش جمعیت به طور چشمگیري افزایش می یابد. ورود این حجم عظیم از ضایعات پلاستیکی به طبیعت، آثار زیانباري را براي محیط زیست به همراه خواهد داشت. در این میان مدیریت صحیح ضایعات پلاستیکی می تواند نقش مؤثري در حفظ محیط زیست ایفا کند. از روش هاي مختلف بازیافت ضایعات پلاستیکی می توان به سوزاندن ضایعات در زباله سوزها، دفن ضایعات در زمین، به آب ریختن ضایعات و غیره اشاره کرد. سوزاندن پلاستیک ها در محیط آزاد باعث متصاعد شدن گازهایی همچون PbO,NH3,NO2,NO,CO و غیره می شود و دفن در زمین و به آب ریختن ضایعات با توجه به تجزیه ناپذیري پلاستیک ها در بیش از چندصدسال آسیب هاي جبران ناپذیري به محیط زیست وارد می سازد. با توجه به پیامدهاي زیست محیطی و هزینه هاي بالاي اقتصادي روش هاي فوق، در سال هاي اخیر محققین به مطالعه بر روي روش هاي جایگزین مدیریت ضایعات پلاستیکی پرداخته اند. پیرولیز می تواند جایگزین مناسبی براي دفن یا سوزاندن ضایعات پلاستیکی باشد. در فرایند پیرولیز (گرمایش در یک فضاي خالی از اکسیژن)، ترکیبات آلی مواد تجزیه شده و محصولات مایع و گازي تولید می کند، که می تواند به عنوان سوخت و یا منبع مواد شیمیایی مفید باشد، در این مقاله به بازیابی ضایعات پلاستیکی از طریق پیرولیز کاتالیستی و تبدیل به سوخت هاي هیدروکربنی مفید، به عنوان یکی از روش هاي مؤثر مدیریت ضایعات پلاستیکی، که از نظر اقتصادي و زیست محیطی نیز قابل توجیه می باشد پرداخته می شود.
واژههاي کلیدي: مدیریت پسماند، پلاستیک هاي پسماند، واکنش پیرولیز، کاتالیست، سوخت هاي هیدروکربنی
-1 مقدمه
در تمام دنیا، ضایعات پلاستیکی به دلیل مقادیر عظیم آن و مسائل انهدام و دفع آن، چالش هاي زیست محیطی خطرناکی را خلق کرده اند. در حال حاضر پلاستیک ها جزء مواد ضروري به شمار می آیند و کاربردهاي آنها در زمینه هاي صنعتی به طور مداوم در حال افزایش است. پلاستیک ها از مشتقات نفتی تولید می شوند و به صورت مقدماتی از هیدرو کربن ها تشکیل شده اند اما محتویات اضافی آن مانند آنتی اکسید، کلرانت و دیگر تثبیت کننده ها می باشد. اگرچه زمانی که محصولات پلاستیکی استفاده می شوند و دور انداخته می شوند، این اضافه شونده ها از دیدگاه محیط زیستی ناخواسته می باشند 1]و.[2 هم اکنون، 60 میلیون تن از کالاهاي پلاستیکی در اروپاي غربی تولید می شود و تخمین زده شده است که حدود 40 درصد آنها در بسته بندي و خدمات بسته بندي به کاربرده می شود، یک کاربرد کوتاه مدت که منجر به تولید حدود
15 میلیون تن ضایعات پلاستیک در هر سال می گردد .[3] این روزها در اروپا، سالانه حدود 24 درصد از ضایعات پلاستیکی تولید شده توسط مصرف کنندگان خانگی بازیافت می شود و بسیاري از آنها توسط فرآیندهاي مکانیکی بازیافت می شوند، در حالی که نرخ بازیافت شیمیایی در این ضایعات کمتر از یک درصد می باشد. فرآیندهاي جدیدي لازم است تا درصد بازیافت شیمیایی را افزایش دهد و پیرولیز ممکن است به عنوان یک انتخاب مناسب در تهیه مایعات با ارزش و سوخت هاي گازي از ضایعات پلاستیکی به کار برده شود. در فرآیند پیرولیز، اجزاء آلی مواد شکسته می شوند و به محصولات مایع و گازي تجزیه می گردند که می توانند به عنوان سوخت و یا منابع شیمیایی مفید استفاده شوند. مواد غیر آلی (پرکننده ها، فلزات) بدون تغییر باقی می ماند و از هرگونه اتصال آزاد می باشد. بنابراین فلزات باید جدا شوند و باقی مانده ي جامد باید دوباره مورد استفاده واقع شود (افزودنی، پرکننده، رنگدانه). پیرولیز به عنوان یک تکنیک بازیافت درست براي جریان ضایعات شامل پلاستیک هاي مخلوط و دیگر مواد می باشد در جایی که بازیافت مکانیکی امکان پذیر نیست4]و.[5
پیرولیز پلاستیک هاي ضایعاتی و نو در سال هاي اخیر به شدت مورد مطالعه قرار گرفته است .[10-6] علیرغم اینکه راکتورهاي بچ (batch) و سمی بچ (semi-batch) از تغییرات دمایی به علت پایین بودن قابلیت هدایت حرارتی و بالا بودن ویسکوزیته ضایعات پلاستیک رنج می برند، آنها می توانند در مقیاس هاي بزرگ آزمایشگاهی مورد استفاده واقع شوند، جایی که آنها به راحتی قابل طراحی بوده و قابل عمل می باشند. در کنار اینها، آنها قادر به کار کردن با نمونه هاي بزرگ و با اندازه هاي بزرگ ذرات هستند که شرایط نزدیکتري در مقایسه با کاربردهاي صنعتی دارند .[11]
در میان پارامترهاي عملیاتی تاکنون دما بیشترین مورد مطالعه در میان متغیرها را داشته است، جایی که این پارامتر بیشترین تأثیر را در کراکینگ حرارتی پلاستیک محصولات پیرولیز دارد .[14-12] چنین واکنش هایی از زمان ماند بسیار تأثیرپذیرند، اگرچه گزارشات مورد مطالعه واقع شده در این زمینه مبنی بر تأثیر زمان بر محصولات پیرولیز کم می باشد 15]و.[16
از طرف دیگر، بسیاري از مطالعات اشاره شده بالا در مورد پلاستیک هاي شخصی و یا ترکیبات ساده و یا مقدار پلاستیک کم می باشد که به صورت ضایعات پلاستیک واقعی ظاهر نمی شودتقریباً. مطالعات پیرولیز که شامل PVC و PET در پلاستیک هاي ساده باشد موجود نیست در حالی که این دو نوع از پلاستیک ممکن است مسائل و مشکلاتی از قبیل خوردگی، گرفتگی خطوط لوله را ایجاد می نماید. الکس و همکاران در تحقیقی بر روي پیرولیز ترکیب پلاستیک ها ي پیچیده مانند PVC و PET که خواصی مشابه ضایعات پلاستیکی واقعی را دارند کار کرده اند .[11]
پلاستیک ها در زمان کم قابل تجزیه بیولوژیکی نمی باشند از طرفی نابودي آنها از طریق سوزاندن، مشکلات جدي آلودگی هوا را به سبب آزاد کردن ذرات در هوا را باعث می شود 17]و.[18 بازیافت به عنوان یک پاسخ اصلی به چالش هاي محیطی در مقابله با صنعت پلاستیک است. بازیافت معانی مختلفی را با توجه به پلاستیک ها دارد و می تواند به فرم هاي بازیافت اولیه، ثانویه، درجه سوم و یا درجه چهارم تقسیم شود .[19] بازیافت نوع سوم به پلاستیک و مونومرهاي تشکیل دهنده ي آن بستگی دارد .[20] مواد خام بدست آمده دوباره تحت فرآیندهایی به مواد پلاستیکی و دیگر محصولات تبدیل می شوند.
گزارشاتی در مورد پیرولیز پلی الفین ها و تبدیل آنها به هیدروکربن هاي آروماتیک به کمک کاتالیزورهاي فلزي فعال شده با کربن 21]و[22 کراکینگ پلی استایرن و پلی اتیلن توسط سیلیکا-آلومینا [23] بازیابی روغن هاي سنگین از پلاستیک هاي ضایعاتی توسط کاتالیست زئولیت 24]و[25 و دیگران 26]و[27 موجود است. نتایج تحقیقات نشان می دهد که تبدیل ضایعات پلاستیکی به سوخت هاي مایع در دماينسبتاً بالا 400) تا 450 درجه سانتیگراد) و کنترل کردن فشار بالاي هیدروژن psi)
800 تا (2000 در مقیاس آزمایشگاهی امکان پذیر است 20]و28و.[29
-2 تأثیر دما و زمان بر پیرولیز ضایعات پلاستیک
دما و زمان دو پارامتر مهم در واکنش پیرولیز می باشند. در سال 2011 تأثیر دما و زمان در محصولات به دست آمده از پیرولیز ضایعات پلاستیکی توسط الکس و همکاران بررسی شد. به وسیله ي نویسندگان اثبات شد که دما تأثیر زیادي در رفتار مایعات پیرولیز و تأثیر کمتر در محصولات گاز و جامد دارد. در کمترین دماي آزمایش شده 460) درجه سانتیگراد)، نسبت زیادي از یک مایع ویسکوز با محتویات بالاي زنجیره هیدرو کربنی بدست آمده است و در حالی که در بالاترین دماي آزمایش شده 600) درجه سانتیگراد) نسبت کمی از مایعات با محتویات بالاي آروماتیک تولید شده است. به جز در مواردي که زمان واکنش بسیار کوتاه باشد 0) تا 15 دقیقه) تأثیر زمان به اندازه تأثیر دما قوي نیست. 15 تا 30 دقیقه به عنوان بازه ي زمانی بهینه واکنش به تثبیت رسیده است. زمانی که تبدیل کلی به دست آمد، زمان هاي واکنش طولانی تر هیچ تأثیري در تولید و خصوصیات محصولات نخواهد داشت. درجه حرارت 500 درجه سانتیگراد به عنوان بهترین دما در پیرولیز ضایعات پلاستیکی هم در تبدیل و هم در کیفیت محصولات گزارش شده است .[11]
مخلوط پلاستیک که مورد آزمایش شامل مواد زیر است: -1 پلی اتیلن (PE) نو تهیه شده توسط رپسول کمیکا
