تولید و جداسازی TPO کارخانه پیرولیز دوقلو تولید گازوئیل و نفت کوره از تایر فرسوده،مواد اولیه مورد استفاده برای تولید TPO شامل در مخلوط نامشخصی از لاستیک تایر با اندازه ذرات بین 2و 4 میلی متر بدون نخ فولادی و توری پارچه. لاستیک گرانول ها حاوی کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن و گوگرد هستند. محتوای 82.4 وزنی، 8.2 وزنی، <0.1 وزنی، 0.8 وزنی، و 1.9 وزنی درصدی به ترتیب. این ماده همچنین حاوی مقادیر قابل توجهی فرار است ماده (62.2 وزنی، بر اساس خشک) و کربن ثابت (29.9 وزنی، پایه خشک)متصل به لاستیک (هر دو طبیعی و مصنوعی) و چندین رنگ سیاه کربن به ترتیب در ساخت تایر استفاده می شود. در حالی که محتوای خاکستر کم (6.9 درصد وزنی)پایه خشک مربوط به پرکننده های معدنی است. شرایط آزمایشی به تولید TPO عبارتند از: (1) دمای تجزیه در اثر حرارت 475 درجه سانتیگراد، (ب) زمان ماندن جامد 3.5 دقیقه، (iii) سرعت جریان جرمی تایر 1.16 کیلوگرم در ساعت، و (IV) N2جریان 300 میلی لیتر در دقیقه [67]. علاوه بر این، 15 درصد وزنی CaO (اندازه ذرات از149-841 میکرومتر)، بر اساس نرخ جریان جرمی تایر، در طول دوره اضافه شد. فرآیند پیرولیز به عنوان یک کاتالیزور کم هزینه برای ارتقاء فیزیکوشیمیایی خواص مایع مشتق شده [45]. این پارامترهای عملیاتی بودند به عنوان آنهایی که بازده TPO را به حداکثر می‌رسانند، در حالی که فرار را حفظ می‌کنند، انتخاب شدندمحتوای ماده در کربن سیاه بازیافت شده (rCB) تا حد امکان کم است. بر اساس این شرایط تجربی، بازده TPO، rCB و TPG دارند. 45 درصد وزنی، یافت شد. شایان ذکر است که افزودن CaO در طی پیرولیز WT منجر به این نشد تغییرات قابل توجهی در این بازده. شرح مفصلی از پیرولایزر دوقلو، معیارهای انتخاب شرایط آزمایشی پیرولیز، و روش‌های مشخص کردن مواد اولیه می‌تواند در کارهای قبلی ما یافت می شود.
TPO به ترتیب با تقطیر به چهار بخش مختلف تقسیم شد،برای کشف و درک ویژگی های اصلی هر یک. یک شماتیک نمایشی از تنظیمات آزمایشی مورد استفاده برای انجام تقطیرTPO در شکل 1 نشان داده شده است. در ابتدا یک فلاسک ته گرد با آن پر شد.200 میلی لیتر TPO و به تدریج از دمای اتاق (25 ◦C) گرم می شود350 ◦C با استفاده از یک گوشته گرم کننده. یک ترموکوپل دمای فاز بخار را در موقعیت تیک آف، قبل از سیستم خنک کننده ثبت کرد. با افزایش دما، بخارات متراکم در آن جمع آوری شد.
تولید گازوئیل و نفت کوره از تایر فرسوده ظروف مختلف با توجه به حجم بازیافت شده بنابراین، TPO بودبه چهار بخش حجمی تقطیر تقسیم می شود:
(1) سبک (حجم بازیابی شده:40%).
(ii) کم متوسط (حجم بازیابی شده: 20٪)،
(iii) بالا-متوسط(حجم بازیابی شده: 20%).
(IV) سنگین (حجم بازیابی شده: 20%). محدوده دمایی مربوط به هر بخش در شکل 1 مشخص شده است .درصد حجم بازیافتی این کسرها بر اساس انتخاب شدند. مشخصات منحنی تقطیر TPO، در حالی که هدف آن همپوشانی است با محدوده نقطه جوش سوخت های تجاری مشتق شده از نفت. 2.2. خصوصیات فراکسیون های تقطیر شده: کسرهای سبک، متوسط پایین، متوسط بالا و سنگین شکل 2 یک نمای کلی از تکنیک های تحلیلی مورد استفاده را نشان می دهد برای مشخص کردن بخش های تقطیر به دست آمده از TPO. کسرهای سبک، lowmiddle، high-middle، و سنگین در ابتدا مشخص شدند.از نظر آنالیز عنصری، ارزش حرارتی، ویسکوزیته سینماتیکی وتراکم تجزیه و تحلیل عنصری در Thermo Scientific در سال 2000 انجام شد دستگاه، که در آن روغن روان کننده (C: 82.07 وزنی، H: 13.62 وزنی، N: 1.09 وزنی ،درصد S: 3.22 درصد وزنی به عنوان استاندارد داخلی استفاده شد. هر آزمایش بود. برای اطمینان از تکرارپذیری، سه نسخه انجام می شود.مقدار گرمایش در دماسنج Parr 6400 اندازه‌گیری شد.روش استاندارد ASTM D240-17، در حالی که ویسکوزیته سینماتیک وچگالی بر اساس ASTM D445-12 و ASTM D4052- به دست آمد. ترکیبات شیمیایی اصلی در کسر نور(محدوده نقطه جوش: 70-176 ◦C) توسط گاز کیفی تعیین شد.طیف سنجی جرمی کروماتوگرافی (GC-MS). علاوه بر این، ساختاری توصیف سطح با در نظر گرفتن تکنیک‌های تحلیلی با وضوح بالا مانند APPI FT-ICR MS برای بخش‌های پایین متوسط، متوسط بالا و سنگین انجام شد. در نهایت، گروه های عملکردی موجود در تمام فراکسیون های TPO توسط 1H و 13C NMR مورد بررسی قرار گرفت. مهم است که توجه داشته باشید که GC-MS می تواند ساختارهای شیمیایی دقیقی را ارائه دهداجزاء در کسرهای TPO سبک و بنابراین در اینجا به کار گرفته می شود. با این حال، به دلیل پیچیدگی بالا و نوسانات کم سنگین تر کسری، توضیح ساختار شیمیایی دقیق آنها ممکن نیست .مرحله فعلی بنابراین، FT-ICR MS در اینجا برای دستیابی به خصوصیات سطح مولکولی این بخش های سنگین تر TPO استفاده می شود. هم هست شایان ذکر است که هیدروکربن های سبک وزن مولکولی کمی دارند،که باعث می شود آنها در سلول ICR با تداخل احتمالی سیگنال ها حرکت کنند که تعیین دقیق را دشوار می کند [68]. اینهاترکیبات برای شناسایی توسط GC-MS مناسب تر هستند. در این راستا،داده های FT-ICR MS برای کسر نور در این کار مورد بحث قرار نگرفته است.
شکل 1. روش تقطیر.
2.2.2. APPI FT-ICR MS: کسرهای پایین متوسط، بالا متوسط و سنگین FT-ICR MS برای ارزیابی ویژگی‌های مولکولی بخش‌های lowmiddle، high-middle و سنگین TPO استفاده شد. این آزمایش بر روی 9.4 Tesla SolariX FT-ICR MS (Bruker GmbH، برمن، آلمان)، مجهز به منبع APPI انجام شد. نمونه ها حل شدند ودر تولوئن خالص رقیق شده و سپس مستقیماً به منبع APPI تزریق می شود. همانطور که در مقدمه اشاره شد، FT-ICR MS را می توان با موارد مختلف ترکیب کرد. منابع یونیزاسیون هر منبع در یونیزه کردن یک منبع خاص موثر است کلاس ترکیبات نسبت به سایرین [49]. با این حال، یونیزاسیون APPI بوددر مطالعه حاضر استفاده شده است زیرا برای یونیزاسیون بسیار مناسب است ترکیبات غیر قطبی مانند ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای (PAHs)و هتروسیکل‌های آروماتیک گوگردی چند حلقه‌ای (PASHs)، شناخته شده‌اند. فراوان در TPO [70]. منبع APPI از نور کریپتون استفاده می کند که 10.6 eV انرژی یونیزاسیون برای آنالیت ها فراهم کرد و تنها یون های تک شارژ مشاهده شدند. مولکول های نمونه عمدتاً یونیزه شدند.به یون های مولکولی بدون تکه تکه شدن، زیرا APPI یک تکنیک یونیزاسیون نرم است. سپس، وضوح فوق العاده بالا و دقت جرم ارائه شده توسط FT-ICR MS امکان اختصاص یک فرمول مولکولی به هر یون شناسایی شده APPI FT-ICR MS نمونه ها در m/z به دست آمد. محدوده بین 154 و 1200. زمان تجمع یون در شش قطبی 0.01 ثانیه بود و هر طیف با انباشت 300 به دست آمد.اسکن با اندازه دامنه زمانی هشت مگا نقطه، طول گذرا از4.4739 s. تمام طیف های جرمی با استفاده از mg/ml 05/0 کالیبره شدند.محلول پلی استایرن (m/z از 100 تا 1200). داده های خام بود.بیشتر با استفاده از مجموعه ای از ترکیبات آلکیله همولوگ مجددا کالیبره شد هر نمونه لیست جرم با نسبت سیگنال به نویز > 5 از هر جرم طیف توسط Data Analysis V4.5 تولید و وارد شد. نرم افزار Composer (Sierra Analytics، Pasadena، California، USA) برای تخصیص فرمول شیمیایی [71]. محتمل‌ترین ترکیب عنصری هر پیک جرمی تک ایزوتوپی با توجه به تعیین شد ،جرم دقیق حاصل در محدوده C1-100H1-200N0-3O0-3S0-3، با محدوده خطای 0.5 ppm.
شکل 2 :بررسی اجمالی خصوصیات فراکسیون های TPO.
تولید گازوئیل و نفت کوره از تایر فرسوده
3. نتایج و بحث: شکل 3 ظاهر کسری به دست آمده را نشان می دهد F. Campuzano و همکاران Fuel 290 (2021) 120041 تقطیر TPO همانطور که اشاره شد، کسر نور (محدوده نقطه جوش: 70 – 176 ◦C) ظاهری مایل به زرد دارد، با ویسکوزیته کم، شبیه سوخت بنزین پایین وسط (محدوده نقطه جوش: 176 – 240 ◦C) وکسرهای متوسط بالا (محدوده نقطه جوش: 240 – 280 ◦C) تاریکی نشان می دهند. رنگ مایل به قهوه ای و کمی چسبناک تر از کسر روشن بودند .به ویژه کسر متوسط بالا. این ویژگی های کیفی ممکن است نشان دهنده سازگاری با دیزل یا سوخت های تقطیر دریایی است. در نهایت، کسر سنگین (محدوده نقطه جوش: 280 – 550.9 ◦C) سیاه به نظر می رسد، باویسکوزیته بالا در دمای اتاق (به سختی جریان دارد)، شبیه قیر علاوه بر مقایسه خواص آنها با خواصسوخت های مشتق شده از نفت، توصیف دقیق این بخش ها در بخش های بعدی ارائه شده است.
شکل 3. کسرهای TPO از چپ به راست ظاهر می شوند: سبک، متوسط پایین، متوسط بالا، سنگین
3.1. ویژگی های فیزیکی و شیمیایی فراکسیون های تقطیر TPO برای تولید گازوئیل و نفت کوره از تایر فرسوده:
مشخصات فیزیکی و شیمیایی کسرهای سبک، متوسط پایین، متوسط بالا و سنگین در جدول 2 آورده شده است. قابل ذکر است کهسوخت های جدید و جایگزین مانند TPO و فراکسیون های تقطیر مرتبط با آن به ترتیب باید خواصی شبیه به همتایان هیدروکربنی خود داشته باشند
برای جلوگیری از تغییرات در سیستم های سوخت رسانی و موتورها. بررسی دقیق استانداردهای مربوط به سوخت‌های مشتق شده از نفت به هموار کردن آن کمک می‌کند.
روشی برای ارزیابی خواص اساسی مانند فرار، ترکیب،چگالی، ویسکوزیته، و ارزش حرارتی، و اولین گام را به سوی ارائه می دهداستفاده های ممکن به صورت رایگان با مواردی که برای بنزین ایجاد شده است (ASTMD4814-19a)، سوخت دیزل (ASTM D975-19c)، سوختتوربین هوانوردی (ASTM)D1655-19a)، یا نفت کوره (ASTM D396-19a)، در میان دیگران.همانطور که قبلا ذکر شد، TPO یک مخلوط پیچیده حاوی ارزش است . پس از تقطیر، میزان گوگرد به تدریج افزایش یافتاز سبک (0.06 درصد وزنی) تا کسر سنگین (0.89 درصد وزنی)، تأیید می کند
مزایای تقطیر برای غنی سازی ترکیبات حاوی گوگرد در کسر باقی مانده سنگین در حال حاضر، استراتژی های گوگرد زدایی بیشتر می تواند باشدبسته به کاربرد خاص برای این کسر سنگین اعمال می شود.توزیع گوگرد در بین بخش ها با داده های FTICR MS در بخش 3.3 تأیید می شود. نسبت H/C از کاهش یافت1.7 (کسری سبک) تا 1.33 (سنگین ترین کسر). این مقدار ارائه شده است بینش به تنوع مولکولی سوخت، ترکیبی نسبی ازپارافین ها، آروماتیک ها، نفتن ها و الفین ها. حلقه های معطر دارای H/C نزدیک به یک یا کمتر است، در حالی که در پارافین ها، H/C نزدیک به دو است[64]. به این ترتیب، با افزایش نقطه جوش (به عنوان TPO تقطیرکسر سنگین‌تر می‌شود)، طبیعتاً معطرتر است. برای به عنوان مثال، در کار قبلی این گروه [45]، وزن مولکولی بالاترکیبات (تعداد کربن بالا) موجود در TPO مقدار زیادی از خود نشان دادند
عدد DBE (> 20)، و از این رو، درجه بالایی از اشباع نبودن. اینهاترکیبات را می توان به ساختارهای معطر بسیار متراکم مرتبط کرد،
که تمایل دارند در سنگین ترین کسر باقی بمانند [78]. این گرایش خواهد بودبا نتایج FT-ICR MS و NMR تایید شد.
ارزش بخش های TPO به طور کلی با سوخت های نفتی مانند بنزین (کسر سبک)، گازوئیل (کسر متوسط پایین)، سوخت های دریایی تقطیر درجه DMZ (بالا-متوسط) و قیر قابل مقایسه است.(کسری سنگین). در این راستا، برنامه های کاربردی مشابه به کسانی که تاسیس شده است .برای این سوخت های معمولی می توان برای تقطیر به دست آمده در نظر گرفتکسری از TPO به همین ترتیب، به دلیل سازگاری و کامل بودن آنهااختلاط پذیری، ترکیبی از این فراکسیون های تقطیر با همتایان نفتی مربوطه می تواند به عنوان جایگزینی برای تقویت آن خواص دیده شود.که خارج از مشخصات استاندارد سوخت هستند، یعنی محتوای گوگرد. بدین وسیله،کاربردهایی مانند (i) موتورهای جرقه زنی (کسری سبک)، (ii) دیگهای بخاریا موتورهای دیزلی ثابت برای تولید برق (کسری کم و متوسط)،(iii) سوخت دریایی یا مخلوط با سوخت های دریایی برای بهبود خواص آنها(کسری های متوسط و سنگین)، برخی از جایگزین های بالقوه هستند.برای استفاده از کسرهای TPO با این حال، اطلاعات تکمیلی در موردرفتار احتراق هر یک از آنها برای تقویت آنها لازم است.
