تقطیر روغن پیرولیز تایر Tire pyrolysis oil (TPO)
چکیده:
روغن پیرولیز تایر (TPO) مخلوط پیچیده ای از هیدروکربن ها است که محدوده نقطه جوش گسترده ای را در بر می گیرد. به دلیل پیچیدگی آن، اجرای مستقیم TPO در کاربردهای احتراق چالش برانگیز بوده است. تقطیر روشی ساده برای گروه بندی ترکیبات مشابه بر اساس فراریت آنها است که در نتیجه ارتقاء و استفاده بیشتر را تسهیل می کند. در این کار، TPO در فشار اتمسفر به بخشهای مختلف (سبک، متوسط پایین، متوسط بالا و سنگین) تقطیر شد و ویژگیهای ساختاری هر بخش مورد بررسی قرار گرفت. بنابراین، تکنیک های تحلیلی پیشرفته مانند GC-MS، APPI FT-ICR MS و 1H و 13C NMR مورد استفاده قرار گرفت. برای کسر نور، GC-MS حضور قابل توجهی از بنزن، تولوئن، و زایلن، و همچنین لیمونن را نشان داد. از نتایج APPI FT-ICR MS، کسرهای متوسط پایین، متوسط بالا و سنگین به تعدادی از کلاسهای مولکولی طبقهبندی شدند.
در این میان، هیدروکربنهای خالص (HC)، هیدروکربنهای حاوی یک اتم گوگرد (S1) هیدروکربنهای حاوی دو اتم اکسیژن (O )، و غیره HC و S1 فراوانترین کلاسهای مولکولی در همه بخشها هستند. در نهایت، تجزیه و تحلیل ساختاری از گروه های عاملی موجوددر هر بخش TPO توسط 1H و 13C NMR انجام شد. میانگین پارامترهای مولکولی (AMPs) مانند تعداد کربن،هیدروژنهای معطر، نفتنیک و الفینی تعیین شد.
1- مقدمه
توسعه سوخت های جایگزین معادل نفت خام رقیب و سازگاری کامل با زیرساخت های موجود افزایش می یابد. به شدت جذاب بی ثباتی قیمت نفت و وابستگی به مناطق بی ثبات سیاسی برای سوخت حمل و نقل، انگیزه های کلیدی هستند.
برای پیگیری سوخت های جایگزین علاوه بر این، این سوخت های جدید نباید کمک به گرم شدن کره زمین یا نشان دادن معایب مرتبط با سوخت های زیستی مشتق شده از کشاورزی (به عنوان مثال بحث مواد غذایی و سوخت) جستوجوی سوختهای غیر متعارف از زبالهها،
حرکت رو به جلو بزرگ، عمدتاً با مقررات جدید متمرکز بر انگیزه ایجاد می شود. بستن چرخه عمر محصولات و مواد برای رسیدن به یک بخشنامه مفهوم اقتصاد در نتیجه و بر اساس پالایشگاه زباله رویکرد، چندین عملیات با هدف تولید سوخت با ارزش و مواد شیمیایی حاصل از ضایعات مورد بررسی قرار گرفته است. در این اثر توجه ویژه ای شده است به موادی داده شده است که با چالش های دفع روبرو هستند:
زباله لاستیک فرآیندهای دفع آنها شامل پیرولیز / هیدروترمال است پلتفرم های مایع سازی و فناوری گازی سازی/فیشر-تروپش نولوژی هایی که در میان دیگران تحت تحقیقات مستمر بوده اند.
به طور خاص، اجرای این فرآیندها برای والوریزا تایر زباله پتانسیل گسترده ای برای بخش های مختلف اقتصادی و انرژی دارد امکان به دست آوردن مواد، مواد شیمیایی و سوخت با ارزش بالا است.
کسری هیدروکربنی با ارزش و گستره وسیعی از نقاط جوش را در بر می گیرد،
از جمله نفتای سبک (<70◦C)، نفتای سنگین (71-182◦C)،گازوئیل (260 – 338 ◦C) و گازوئیل (338 – 566 ◦C). آن را دارای ویسکوزیته سینماتیکی بین 1.70 و 17.80 cSt، چگالی بین 871 – 995 کیلوگرم بر متر مکعب و مقدار گرمایش بین 40 تا 44 مگاژول بر کیلوگرم است.
TPO همچنین محتوای هیدروژن و کربن را نشان می دهد. 11 درصد وزنی و 83 تا 87 درصد وزنی، مشابه موارد گزارش شده برای سوخت بنزین و دیزل به دلیل ویژگی تجدید پذیر آن ویژگی ها (با توجه به لاستیک طبیعی موجود در لاستیک ها) و سازگاری آن با نفت خام (کاملا قابل اختلاط)، TPO تعریف سوخت های زیستی دراپی را که توسط وظیفه 39 آژانس بین المللی انرژی تعیین شده است، برآورده می کند.
(IEA): «سوختهای زیستی قطرهای، هیدروکربنهای مایعی هستند که عملکردی دارند.
معادل سوخت های نفتی و کاملاً با نفت موجود سازگار است.
روغنهای پیرولیز از لاستیکهای زائد پتانسیل مهمی برای جایگزینی سوختهای مشتق شده از نفت در چندین فرآیند صنعتی دارند.
سیستم های حرارتی مانند بویلرها، کوره ها، توربین ها و احتراق داخلی موتورها استفاده می شوند. TPO برای استفاده مستقیم
این برنامه ها برای افزایش کاربرد آن، مقداری ترکیبی ویژگی ها و ویژگی ها هنوز نیاز به ارتقاء تکمیلی از دیدگاه فنی و زیست محیطی این خواص معمولا شامل محتوای بالا (تا 65 درصد وزنی)، و همچنین چندین مورد دیگر است.
عناصر – نیتروژن متصل به سوخت (0.40 – 1.05 وزنی٪)، گوگرد (0.6 – 1.4 وزنی٪)،و اکسیژن (0.2 – 3.50 درصد وزنی). معایب اضافی TPO عبارتند از: (i)حضور قابل توجه بنزن، تولوئن، زایلن و لیمونن،
نقطه تقطیر(iii)، نقطه اشتعال پایین (تا 30 ◦C)، که کار کردن با آن را دشوار می کند و (550 ◦C) که بر تبخیر آن در حین احتراق تأثیر می گذارد.
جدول 1 برخی از ویژگی هاذکر شده است.
چالش های مرتبط برای کاربرد آن تحقیقات فشرده برای بهبود این خواص انجام شده است را افزایش دهید.
و ارزش و کیفیت پیرولیز (به روز رسانی در محل)، یا بهینه سازی شرایط پیرولیز، TPO تکنیک هایی مانند کاتالیزور انجام شده است تا به طور انتخابی از بازده ترکیبات خاص در طی پیرولیز لاستیک های زائد حمایت کند آثار دیگر دارند.
ترکیبات گزارش شده از متیل استرها ، استفاده از TPO به عنوان سوخت در احتراق موتورها به دلیل قوانین فعلی در مورد سوخت رایج شده است، یعنی TPO با سوخت های معمولی (دیزل) یااستاندارد کیفیت هوای اروپا در کاربردهای احتراق لازم است. (EU2015/2193). بنابراین، مراحل ارتقاءاستفاده به سازگاری استراتژی ها ممکن است چندین مرحله مشترک با مواردی که در آن اجرا می شوند داشته باشند.
پالایشگاه های معمولی، معمولاً شامل گوگرد زدایی است. TPO با سوخت های مشتق شده از نفت، ارتقاء
قبلاً در چندین مطالعه تجربی ارزیابی شده است و درصد گوگرد زدایی تا 75 درصد وزنی به دست آمده است.
حتی اگر به نظر می رسد این استراتژی های ارتقاء کافی درغلبه بر موانع ترکیبی TPO، چنین فرآیندهایی بوده است.بیشتر در یک آزمایشگاه تحت شرایط بسیار کنترل شده انجام می شود،عدم قطعیت کاربرد آنها برای تولید TPO در مقیاس بزرگ.اول، ODS چالش های مهمی را ارائه می کند. اکسیدان های خاصی تمایل دارند باعث شوند واکنش های همراهی که باعث کاهش کیفیت محصول نهایی می شود.استفاده از یک حلال ناسازگار ممکن است منجر به حذف ترکیبات مطلوب یا استخراج گوگرد کمتر از سوخت شود و کیفیت و کیفیت را تحت تاثیر قرار دهد.بازده محصول نهایی در هر دو مورد، عواقب آن گران است . HP به عنوان یک فرآیند گران قیمت توصیف شده است که برای کارخانه های تجزیه در اثر حرارت در مقیاس کوچک تا متوسط ناپایدار است. یک HP اختصاصی تسهیلات برای TPO به معنای ساخت واحدهایی با عرضه انبوه است.
H2 که منجر به هزینه های عملیاتی بالا و افزایش قیمت می شود.محصول نهایی این محدودیتها مفهوم پیرولیز را به عنوان یک فناوری نسبتاً ساده و به طور گسترده توزیع میکند. پیرولیز لاستیک زباله صنعت در مراحل اولیه خود قرار دارد و نمی تواند از نظر ظرفیت فناوری و هزینه با پالایشگاه های نفت رقابت کند.
جدول 1:ویژگی های TPO و چالش های مرتبط
به عنوان یک جایگزین، تقطیر کسری مزایای جالبی را ارائه می دهد یا ارتقاء TPO . با توجه به پیچیدگی شیمیایی TPO،محدوده عدد کربن گسترده (C6 – C55) و نقطه جوش (70 – 550 ◦C) شکنش با تقطیر یک روش جذاب خواهد بود.گروه بندی ترکیبات مشابه بر اساس فراریت آنها. تقطیر توسط مهم ترین و پرکاربردترین فرآیند جداسازی در یک پالایشگاه نفت است. در پالایشگاه های معمولی، نفت خام به داخل تقطیر می شود.
گروه هایی با ویژگی های مشابه که بیشتر مشخص می شوند، ارتقا می یابند،و در سیستم های مختلف استفاده می شود. به روشی مشابه، بخشهای مختلف TPO را می توان با توجه به نقطه جوش آنها به ترتیب جدا کرد.به صورت جداگانه تصفیه و استفاده شود. کار قبلی این را گزارش کرده است.
جدا کردن TPO به بخش های مجزا با تقطیر می تواند باعث گسترش آن شود طیف وسیعی از امکانات، آن را برای کاربردهای خاص مناسب تر می کند،
به جای استفاده مستقیم از روغن خام به عنوان مثال، کار قبلی این گروه نشان داد که ترکیبات حاوی گوگرد در TPO وزن مولکولی بالایی را نشان داد (وزن مولکولی متوسط =444.56 گرم در مول) [ و حتی اگر تقطیر اینها را از بین نبرد ترکیبات، آنها می توانند در بخش سنگین باقیمانده متمرکز شوند،
بهبود خصوصیات کسرهای باقی مانده. به این ترتیب،مراحل ارتقاء شدید بعدی را می توان به حداقل رساند.
داده های تقطیر به تنهایی در مورد اینکه آیا برای یک کاربرد خاص مناسب است. بنابراین، پس از تقسیم، اطلاعات دقیق تر در مورد ویژگی های هر یک
کسر نیز لازم است. شفاف سازی این ویژگی ها ضروری است استقرار هر کسری در احتراق عملی را درک کنید.
برنامه های کاربردی، و همچنین برای استراتژی های ارتقاء سوخت. علاوه بر این، مبتنی بردر یک توصیف جامع از فراکسیون های TPO، باید باشد.
ممکن است به همبستگی (و در نهایت پیش بینی) خواص آنها ورفتار به عنوان مثال، توزیع جرم مولکولی، مشخصات تقطیر،انتهای سنگین و توزیع گوگرد را می توان تخمین زد.
چندین تکنیک تحلیلی برای توصیف به کار گرفته شده است انواع هیدروکربن ها، .نشان داده شده است که طیف سنجی جرمی وضوح، تکنیکی پیشرفته برای تجزیه و تحلیل مخلوط های بسیار پیچیده است. از جمله این تکنیک ها، طیف سنجی جرمی رزونانس سیکلوترون یون تبدیل فوریه است(FT-ICR MS) می تواند یون ها را در سطح مولکولی با اختصاص منحصر به فرد حل کند.
ترکیبات عنصری برای هر پیک توده. این تکنیک تحلیلی داردبه طور گسترده در کارهای قبلی برای مطالعه ویژگی های مولکولی روغن پایه [55]، روغن های سوخت سنگین [56]، روغن کوره [57]، محصولات مایع سازی زغال سنگ [58]، روان کننده ها [59،60] و غیره استفاده شده است.
به همین ترتیب، دانش ساختاری کسری TPO با شناسایی ویژگی های گروه های عاملی اصلی آن را می توان با 1H انجام داد.
و طیفسنجی رزونانس مغناطیسی هستهای 13C (NMR)، یک تکنیک که امکان تعیین کمیت اتم های هیدروژن و کربن را در موارد مختلف فراهم می کند.
انواع ترکیبات موجود در یک سوخت [61] (معطر، پارافینیک، نفتنیک و اتم های هیدروژن/کربن الفینی). سپس می توان از این اطلاعات استفاده کرد برای پیش بینی مشخصات احتراق و مشخصات انتشار است
هدف از این کار بررسی ویژگی های ساختاری است فراکسیون های تقطیر مختلف به دست آمده از TPO. به این ترتیب، TPO بود.
در ابتدا به چهار بخش حجمی تقطیر تقسیم می شود: (1) سبک (جوش محدوده نقطه: 70 – 176 ◦C)، (ii) کم متوسط (محدوده نقطه جوش: 176 -240 ◦C)، (iii) بالا متوسط (محدوده نقطه جوش: 240 – 285 ◦C)، و (iv)سنگین (محدوده نقطه جوش: 285 – 550.9 ◦C). پس از آن، هر کسریبا استفاده از تکنیک های تحلیلی پیشرفته، مانندطیفسنجی جرمی کروماتوگرافی گازی (کسری نور)، APPI FT-ICR MS(کسری های پایین-متوسط، بالا-متوسط و سنگین)، 1H و 13C NMRطیف سنجی (همه کسری ها) و آنالیز عنصری (همه کسری ها).
خواصی مانند چگالی، ویسکوزیته و ارزش حرارتی نیز وجود داشت برای هر کسری تعیین می شود.
روغن استحصال شده با فرایند پیرولیز
[55] Hourani N, Muller H, Adam FM, Panda SK, Witt M, Al-Hajji AA, Sarathy SM
Structural Level Characterization of Base Oils Using Advanced Analytical
Techniques. Energy Fuels 2015;29(5):2962–70. https://doi.org/10.1021/acs
energyfuels.5b00038
[56] Elbaz AM, Gani A, Hourani N, Emwas A-H, Sarathy SM, Roberts WL. TG/DTG, FTICR Mass Spectrometry, and NMR Spectroscopy Study of Heavy Fuel Oil. Energy
Fuels 2015;29(12):7825–35. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5b01739
[57] Chen H, Nelson RK, Swarthout RF, Shigenaka G, de Oliveira AHB, Reddy CM
McKenna AM. Detailed Compositional Characterization of the 2014 Bangladesh
Furnace Oil Released into the World’s Largest Mangrove Forest. Energy Fuels 2018; 32(3):3232–42. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b03944.s001
[58] Wu Z, Rodgers RP, Marshall AG. ESI FT-ICR mass spectral analysis of coal
liquefaction products. Fuel 2005;84(14-15):1790–7. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2005.03.025
[59] Kuti OA, Yang SY, Hourani N, Naser N, Roberts WL, Chung SH, Sarathy SM
A fundamental investigation into the relationship between lubricant composition
and fuel ignition quality. Fuel 2015;160:605–13. https://doi.org/10.1016/j
fuel.2015.08.026
[60] Abdul Jameel AG, Sarathy SM. Lube products: Molecular characterization of base
oils. Encycl. Anal. Chem. Appl. Theory Instrum. 2018:1–14
.
