تولید گازوئیل از پلاستیک

تولید گازوئیل از پلاستیک:

چالش رو به رشد جهانی زباله های پلاستیکی مستلزم توسعه استراتژی های جدید مدیریت زباله های پلاستیکی مانند تجزیه در اثر حرارت است که اقتصاد دایره ای پلاستیک را ممکن می کند. پلاستیک های پیرولیز شده از نظر حرارتی به مخلوط پیچیده ای از واسطه ها و محصولات تبدیل می شوند که شامل مونومرهای تشکیل دهنده آنها می شود. توسعه راکتورهای پیرولیز بهینه و مقیاس‌پذیر که قادر به به حداکثر رساندن بازده محصولات الفینی مورد نظر هستند، نیازمند درک اساسی مکانیسم‌های پیرولیز پلاستیک و سینتیک واکنش است. بر این اساس، سینتیک واکنش ذاتی پیرولیز پلی پروپیلن (PP) با روش تجزیه و تحلیل واکنش‌های جامد با گرمایش پالسی (PHASR) ارزیابی شده است، که اندازه‌گیری زمان حل‌شده سینتیک‌های پیرولیز را در دمای بالا بدون محدودیت‌های انتقال حرارت و جرم ممکن می‌سازد.

چکیده:
در دهه گذشته، تولید انبوه مواد پلاستیکی باعث ایجاد مقدار قابل توجهی زباله شده است. 
این روند رو به رشد زباله‌های پلاستیکی و تأثیر منفی آن بر محیط‌زیست نگرانی‌های زیادی را ایجاد کرده است.
پیشنهاد راه حل های مختلف برای دفع، بازیافت و استفاده مجدد از آن. از میان روش های مختلف، دفن زباله، سوزاندن و بازیافت مکانیکی مرسوم تر هست.
فرآیندی موثر برای بازیابی و تولید گازوئیل از لاستیک  در این مواد، با تمرکز بر استفاده از آنها برای تولید سوخت گازوئیل مورد برسی قرار میدهیم.
فرآیند پیرولیز کامل این فرآیند تبدیل تنها نشان دهنده سازگاری با محیط زیست است.
راه حلی برای مدیریت زباله های پلاستیکی و تولید گازوئیل از پلاستیک، اما همچنین اجازه تولید یک محصول مایع را می دهد که می تواند برای آن استفاده شود.
تولید حداکثر ضایعات روغن پیرولیز پلاستیک با ویژگی مشابه سوخت دیزل از طریق بررسی مطالعات مختلف قبلی در این زمینه. برای رسیدن به این هدف، تجزیه در اثر حرارت ضایعات پلاستیک انجام شد و پارامترهای اصلی موثر بر عملکرد محصول مایع می باشد.
بر اساس اطلاعات گزارش شده در مورد خواص فیزیکی و شیمیایی آنها و کاربرد آنها در دیزل موتور بر اساس پارامترهایی مانند احتراق، عملکرد و انتشار مورد مطالعه قرار گرفته است.

1-مقدمه:
خواص منحصر به فرد پلاستیک مانند وزن سبک، خوردگی ومقاومت شیمیایی، استحکام مکانیکی و دوام آن را به یک ماده همه کاره تبدیل کرده است که می تواند برای طیف گسترده ای از کاربردها استفاده شود. 
محصولات در مقیاس وسیع در صنایع مختلف مانند بسته بندی، ساخت و ساز، خودرو، برق و الکترونیک. با توجه به محبوبیت استفاده از مواد پلاستیکی، تولید جهانی پلاستیک طی دهه گذشته رشد چشمگیری داشته و افزایش یافته است.

از 1.5 میلیون تن در سال 1950 به 359 تن در سال 2018  و پیش بینی می شود. این مقدار تا سال 2050 چهار برابر خواهد شد [2]. همچنین تخمین زده می شود که در حدود سالانه 300 میلیون تن زباله پلاستیکی تولید می شود .

مشکلات مربوط به پلاستیک دفع غیرمسئولانه تعداد زیادی است زباله های پلاستیکی (4 تا 12 میلیون تن در سال) در اقیانوس ها، که می تواند مضر باشد.
تأثیرات آن بر زندگی دریایی و حتی به طور غیر مستقیم بر سلامت انسان. یکی از راه حل های اساسی در نظر گرفته شده برای مقابله با محیط زیست است.
مشکل زباله های پلاستیکی ممنوعیت مصرف برخی پلاستیک ها است محصولات اگرچه این رویکرد برای برخی در کوتاه مدت موثر به نظر می رسد. اقلام غیر ضروری، نمی تواند چالش های مربوط به زباله را حل کند. بنابراین، کاهش غیر ضروری بسته بندی به منظور کاهش حجم زباله های پلاستیکی باید باشد.
بازیافت پلاستیک:
• بدون به خطر انداختن سلامت انسان و آسیب رساندن به محیط زیست
• بدون خطر برای آب، هوا، خاک، گیاهان یا حیوانات
• بدون ایجاد مزاحمت از طریق صدا یا بو
• و بدون تأثیر نامطلوب بر حومه شهر یا مکان های خاص

بر این اساس، آماده سازی برای استفاده مجدد و بازیافت شهرداری ضایعات برای تولید گازوئیل از پلاستیک  باید به حداقل 55، 60 و 70 درصد افزایش یابد.
دفع زباله های پلاستیکی از طریق دفن زباله رایج ترین روشی است که برای مدیریت زباله های پلاستیکی توصیه می شود. به عنوان مثال، بیشتر
از 75 درصد از زباله های پلاستیکی در ایالات متحده برای دفع به محل دفن زباله فرستاده می شود. مشکلات دفن زباله در اتحادیه اروپا و چندین ایالت آمریکا مانند کالیفرنیا اخیرا ممنوع شده است.
بازیافت مکانیکی یک رویکرد جایگزین برای مدیریت پلاستیک است ضایعات، که می تواند از دفع و کاهش مصرف جلوگیری کند.
 در این روش ضایعات پلاستیکی مخلوط تفکیک، شستشو و به صورت گرانول ذوب می شود و سپس به محصولات جدید تبدیل می شود.
جداسازی ضایعات پلاستیکی مخلوط (MWP) بر اساس ترکیب رزین،متعارف ترین تکنولوژی شیمیایی پیشنهاد شده برای کاهش زباله های پلاستیکی سوزاندن است که بر اساس بازیافت مستقیم انرژی است.
از زباله های پلاستیکی از طریق سوزاندن آنها به عنوان منبع انرژی. با این حال، حذف ضایعات پلاستیک با این روش منجر به رهاسازی بسیار می شود.
انتشارات مضر برای محیط زیست و افزایش میزان گازهای گلخانه ای (GHG) برخلاف سوزاندن، روش‌های مبتنی بر بازیافت انرژی غیرمستقیم از زباله‌های پلاستیکی مانند پیرولیز عبارتند از:
راه حل های سازگار با محیط زیست برای مدیریت زباله های پلاستیکی که در مقایسه با سوزاندن مستقیم کربن به میزان قابل توجهی کمتر است.در فرآیند پیرولیز، مولکول های پلیمری با زنجیره بلند تبدیل به کوچکتر و کمتر پیچیده تحت حرارت شدید.
پیرولیز در  دمای حدود 500 درجه سانتیگراد و در غیاب اکسیژن انجام میگردد.
محصولات حاصل از پیرولیز پلاستیک زباله عبارتند از: گاز، روغن مایع و زغال سنگ با ارزش برای صنایع مختلف از آنجایی که روغن مایع از ضایعات تولید می شود.
پلاستیک با این روش می تواند به عنوان سوخت در موتورهای دیزلی، بویلرها،کوره ها و توربین ها، تمرکز اصلی مطالعات در این زمینه مربوط می شود.
افزایش بازده مایع از این رو، تبدیل زباله های پلاستیکی به محصولات با ارزش یعنی روغن مایع از طریق فرآیند پیرولیز نه تنها مقابله با اثرات نامطلوب زیست محیطی ضایعات پلاستیکی اما همچنین منجر می شود.
از منظر دیگر، تقاضا برای کاهش گازوئیل در کشورهای اروپایی و آمریکا دلیل اصلی ضایعات است. پلاستیک همراه با زیست توده تجدید پذیر در سراسر جهان جذب شده است.
توجه در سال های اخیر در برخی از مطالعات ادعا شده است که نفت خام مایع با محدوده کربن غالب C13-C20 به  دست آمده از تجزیه در اثر حرارت ضایعات پلاستیکی را می توان در گسترده استفاده کرد.

2- تجزیه در اثر حرارت از پلاستیک منفرد:
نتایج مطالعات در مورد تجزیه در اثر حرارت انواع مختلف پلاستیک نشان می دهد که علاوه بر عوامل عملیاتی، بازده و کیفیت محصولات مایع به شدت به نوع پلاستیک وابسته هستند. پلاستیک ها تقسیم می شوند.
به دو گروه کلی ترموپلاستیک و ترموست تقسیم می شود. اولیه تفاوت بین این دو گروه شامل این واقعیت است که ترموپلاستیک ها را می توان دوباره گرم کرد، قالب گیری کرد و دوباره به مایع خنک کرد.
بدون ایجاد هیچ گونه تغییر شیمیایی، در حالی که، ترموست همیشه باقی می ماند در حالت جامد دائمی است و هنگام گرم شدن تقویت می شود، بنابراین نمی تواند باشد.
بعد از شکل‌گیری اولیه دوباره قالب‌گیری یا گرم می‌شود. ترموپلاستیک ها بیشتر هستند در مقایسه با ترموست از نظر قابلیت بازیافت، به دلیل حساسیت به تغییر و فرمول بندی مجدد مولکولی، مطلوب است.
خود ترموپلاستیک ها از نظر تجاری تقسیم بندی شده اند. به هفت گروه زیر بر اساس ساختار شیمیایی آنها و کاربردها: PET (پلی اتیلن ترفتالات)، HDPE (چگالی بالا).پلی اتیلن)، پی وی سی (پلی وینیل کلراید)، LDPE (پلی اتیلن با چگالی کم)، PP (پلی پروپیلن)، PS (پلی استایرن) و غیره (از جمله پلی بوتیلن ترفتالات (PBT)، پلی کربنات (PC)، پلی اکتاید (PLA)، پلی اکریلیک اسید (PAA)، اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)،انواع مختلف پلاستیک از جمله کد شناسایی رزین SPI،ساختار شیمیایی، خواص و کاربردهاهمانطور که در جداول 2 نشان داده شده است، PS و پلی اولفین ها (LDPE، HDPE وPP) همه هیدروکربن هایی هستند که به طور کامل از کربن و هیدروژن تشکیل شده اند که ارزش حرارتی بالایی دارد، در محدوده سوخت های هیدروکربنی مانند بنزین، گازوئیل و گاز مایع (LPG). PET و PVC کمتر هستند.

جدول 1
انواع پلاستیک و کد شناسه رزین SPI آنها، ساختار شیمیایی:

پلاستیک هایی که علاوه بر کربن و هیدروژن دارای کالری هستند همچنین به ترتیب اکسیژن و کلر در زنجیره های هیدروکربنی آنها وجود دارد.
طبق جدول 3، خواص شیمیایی ترکیبات پلاستیکی از طریق تحلیل تقریبی بر اساس چهار مورد خاص اندازه گیری می شوند.
پارامترهای شامل رطوبت، کربن ثابت، مواد فرار،و محتوای خاکستر به عنوان مثال، پلاستیک با مواد فرار بالاتر مانند:
PS و LDPE پتانسیل بالاتری را برای تولید روغن مایع نشان می دهد. مقایسه با PVC و PET.
تجزیه و تحلیل نهایی، همچنین به عنوان تجزیه و تحلیل عنصر شناخته می شود، مشخصه دیگری است که برای تجزیه و تحلیل درصد CHNS (کربن، هیدروژن،نینروژن و گوگرد) درصد کلر و اکسیژن نیز اندازه گیری می شود. غلظت C، H و O اجازه می دهد تا مقدار گرمایش را در حالی که مقادیر N و S ایده ای از اثرات زیست محیطی می دهد [12-13].

جدول 2
ارزش حرارتی برخی از پلاستیک ها و سوخت:

جدول 3
تجزیه و تحلیل تقریبی انواع مختلف پلاستیک:

2.1.1. پلی اتیلن ترفتالات (PET) پلی اتیلن ترفتالات که معمولاً به اختصار PET یا PETE نامیده می شود:

رایج ترین رزین ترموپلاستیک متعلق به خانواده پلی استر که از پلیمریزاسیون مونومرهای اتیلن ترفتالات، با واحدهای تکرار شونده (C10H8O4) تولید می شود.

نتایج تمام مطالعات انجام شده در مورد تجزیه در اثر حرارت PET نشان می دهد که روغن مایع به دست آمده نمی تواند بیشتر از 42 درصد وزنی باشد. در حالی که گاز در اکثر مطالعات و آن محصول غالب بوده است محتوای محصول نهایی حتی می تواند به 77 درصد وزنی برسد  با توجه به این موضوع برای شرایطی که گاز محصول مطلوب باشد،

3-تاثیر پارامتر های فرایند:

علاوه بر نوع پلاستیک، بسیاری از پارامترهای دیگر می توانند به طور مستقیم بر توزیع محصولات تاثیر می گذارد.

ممکن است مگر اینکه شرایط عملیاتی بهینه برای این سیستم ها در نظر گرفته شود. علاوه بر این، درک صحیح در مورد عملکرد انواع مختلف راکتورها و کاتالیزورها به دستیابی به روغن مایع با کمک می کند.

3.1. عوامل عملیاتی

با توجه به مطالعات انجام شده بر روی تجزیه در اثر حرارت زباله های پلاستیکی،نتیجه گیری شد که دما، نرخ گرمایش، فشار و محل سکونت زمان پارامتر اصلی عملیاتی در این فرآیند است. در ادامه مطلبدر بخش‌های فرعی، تأثیر هر یک در دستیابی به حداکثر مایع نفت مورد بررسی قرار گرفته است.

3.1.1. دما

دما مهمترین عامل عملیاتی در فرآیندهای ترموشیمیایی است و تبدیل پلاستیک به محصولات نیروی واندروالس به مولکول های پلیمرها کمک می کند

به یکدیگر جذب شده و از فروپاشی زنجیره پلیمری جلوگیری می کند. اما در دمای بالا، ارتعاش مولکول ها در چه زمانی افزایش می یابد

این ارتعاشات بر نیروی واندروالس یعنی کربن غالب است زنجیره فروپاشی خواهد بود .رفتار تخریب حرارتی پلاستیک های مختلف وزن تغییر پلاستیک به عنوان تابعی از دما و زمان توسط اندازه گیری می شود.

نتایج مطالعه انجام شده بر روی PET و PVC پیرولیز عمدتاً تخریب حرارتی PET را نشان می‌دهند در دمای 400 درجه سانتیگراد شروع شده و حداکثر کاهش وزن در دمای  427.7 ◦C همچنین در این مطالعه تغییرات وزنی بسیار کمی مشاهده شد.

در محدوده دمایی 200-400 ◦C مشاهده شده است. از این رو بود به این نتیجه رسیدند که تخریب حرارتی PET در دما رخ داده است.

4-استفاده از گازوئیل حاصل ازپلاستیک زباله به عنوان سوخت:

رشد تقاضا برای کاهش گازوئیل در کشورهای اروپایی و ایالات متحده دلیل اصلی زباله های پلاستیکی است

زیست توده تجدیدپذیر توجه جهانی را به خود جلب کرده است . گازوئیل استحصال شده از  مایع به‌دست‌آمده از تجزیه در اثر حرارت ضایعات پلاستیکی این پتانسیل را دارد.به جای سوخت های فسیلی متعارف بنزین و دیزل جایگزین شده است. 

تولید سوخت های مایع محدوده بنزین، در سال های اخیر توجه بیشتری به تولید سوخت دیزل از طریق حرارتی-شیمیایی شده است.

تبدیل زباله های پلاستیکی روغن پلاستیک باطله با کربن غالب محدوده C13-C20، می تواند در طیف گسترده ای از موتورهای دیزل استفاده شود

کاربردهای سبک (برای وسایل نقلیه مسافربری) تا سنگین (برای تجهیزات دریایی و صنعتی). با این حال، خواص فیزیکی و شیمیایی WPO باید در محدوده استاندارد ارائه شده برای ذکر شده باشد.

خواص در جدول زیر نشان داده شده است. برای این منظور، فیزیکی و شیمیایی:

ویژگی های سوخت دیزل:

5. نتیجه گیری
تبدیل پیرولیتیک انواع پلاستیک زباله و آنها خلوط (MWP) به سوخت برای یک موتور دیزلی به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفت.
این مقاله بر اساس مطالعات انجام شده در مورد تجزیه در اثر حرارت پلاستیک هابا رزین های مختلف شامل PET، HDPE، PVC، LDPE، PP و PS بود.
به این نتیجه رسیدند که نوع پلاستیک تأثیر قابل توجهی بر توزیع محصول دارد. در شرایط عملیاتی بهینه، PS بالاترین را تولید می کند.
به ترتیب و محصول مایع بدست آمده از HDPE، LDPE و PP می باشد.در محدوده 80-90 درصد وزنی. همچنین، MWP می تواند بیش از 50 درصد وزنی تولید کند.
تجزیه و تحلیل عوامل عملیاتی مانند دما، نرخ گرمایش،زمان ماند، فشار و اندازه ذرات نشان می دهد که بر اساس نوع پلاستیک، محدوده بهینه برای دستیابی به بالاترین عملکرد.
کاهش حرارتی کمتر مانند PS، برای تبدیل به انرژی کمتری نیاز دارد سوخت در مورد دمای بهینه برای تولید بالاترین مایع روغن، دمای بهینه برای پیرولیز حرارتی همه مشاهده شد.
پلاستیک ها، صرف نظر از نوع آنها، در محدوده ای قرار می گیرند.
425-500 ◦C، در حالی که برای MWP این محدوده دما خواهد بود.450-500 ◦C. ارزیابی داده های تجربی نزدیک به 500 ◦C است.
مشاهده شد که حرارت بالاتر برای تولید روغن های هیدروکربنی طولانی مدت با چگالی بالاتر مطلوب تر است.

https://www.aparat.com/v/zal1v01

http://www.irangasoil.com