راید > پلی پروپیلن > پلی اتیلن
مشکلاتی که در خصوص تکنولوژیهای شکست پلاستیکها وجود دارد:
فرآیندهای ناپیوسته ( که از نظر تجاری قابل قبول نیستند )
نشست کک و کربن روی سطوح تبادل کنندهی حرارت
چسبندگی ذرات بستر در فرآیندهای بستر سیال
کیفیت نامناسب سوخت
مقدار نسبتا زیاد سولفور در محصولات نهایی (ppm700 -100 )
اگرچه در سالهای اخیر، تعداد محدودی فرآیند پیرولیزی نیز برای غلبه بر این محدودیتها، ارائه شده است[3].
پلی اتیلن3
مطالعات زیادی روی پیرولیز حرارتی و کاتالیستی پلیاتیلن سنگین4 انجام شده است [5-12]. زیرا پلیاتیلن سنگین، یکی از پلیمرهای اصلی در زبالههای جامد شهری است [13].
مایع حاصل از تخریب پلی اتیلن غنی از پارافینها و الفینهای خطی است. پارافینها، هیدروکربنهای راست زنجیر هستند که به طور معمول در بنزین وجود دارند. گرایش کریستالهای پارافین به خوشهای شدن در دماهای پایین و شکل گیری صفحاتی از آنها منجر به گرفتگی فیلتر سوخت و مختل شدن جریان سوخت میگردد.
ایزومرهای شاخه دار مانند پارافینهای خطی، گرایشی به کریستال شدن نشان نمیدهند، بنابراین تا وقتی به دماهای پایینتر نرسیدهایم، کریستالهای واکسی تشکیل نمیشوند. هیدروکربنهای مایع حاصل از پیرولیز پلی اتیلن به طور گسترده از 3C تا 25C را در برمیگیرند و از پارافینها و الفینهای خطی تشکیل شدهاند. هیدروکربنهای مایع بدست آمده از پیرولیز پلی پروپیلن نیز در گسترهی 3C تا 25C هستند اما جزء بنزین بدست آمده از پیرولیز پلی پروپیلن در مقایسه با پلی اتیلن، عدد اکتان بالاتری دارد[14].
پلی پروپیلن5
هر دو پلیمر پلی اتیلن و پلی پروپیلن از ساختمانی شامل پیوندهای C-C ساخته شدهاند، تنها با این تفاوت که هیدروژن موجود در اتیلن با یک گروه متیل جابهجا شده است. از این رو، اتم کربنی که به گروه متیل متصل است، تبدیل به کربن نوع سوم شده و اساسا شکست بین اتمهای دوم و سوم رخ میدهد. درحالیکه در پلی اتیلن ، تمام کربنهای موجود در زنجیر اصلی یکساناند و شکست به صورت اتفاقی بین هردو اتم کربن میتواند اتفاق بیفتد. پیرولیز پلی پروپیلن نیز مورد توجه محققین بسیاری بوده است [15-19].
شکست پلی اتیلن
اگرچه کاتالیستهای متنوعی برای شکست PE به کار رفتهاند، اما در این میان کاتالیستهای زئولیتی مؤثرترین بودهاند. به عنوان مثال، گارفورث6 گزارش میدهد که انرژی فعال سازی (Ea) اندازهگیری شده وقتی که پلی اتیلن به صورت کاتالیستی با HZSM-5، HY و MCM-41 شکسته میشود، بسیار کمتر از حالتی است که از هیچ نوع کاتالیستی استفاده نمیشود [20]. آنها به این نتیجه رسیدند که HZSM-5 و HYفعالیتی مشابه هم دارند و هردوی این کاتالیستها موثرتر از MCM-41 هستند. مانوس7 و همکارانش بررسی کردند که شکست کاتالیستی پلیاتیلن با HZSM-5 و HY در تولید هیدروکربنهایی در اندازهی بنزین در راکتور آزمایشگاهی نیمه پیوسته، مؤثرند [20-21]. طبق تحقیقات آنها، زئولیتهایH-Theta-1 وH-Mordenite که قطر حفراتشان قابل مقایسه با HZSM-5 و HY است، در تولید هیدروکربنهایی در اندازهی بنزن از شکست پلیاتیلن، کاربرد زیادی ندارند [22]. اسیدیته و اندازهی حفرهی کاتالیست عوامل مهمی در شکست کاتالیستی پلیمرها هستند [23].
اگر مخزن واکنش بسته به کار ببریم، محصولات واکنش اولیه ممکن است با کاتالیست واکنش داده تا محصولات ثانویه شکل گیرند. اخیرا آزمون کروماتوگرافی گازی برای شناسایی محصولات فرار تولید شده در شکست پلیمرها، استفاده میگردد. این آنالیز کنندهی گاز آزاد شده، شناسایی و اندازهگیری کمی مواد فرار تولید شده توسط حرارت دادن نمونههای جامد را تسهیل میکند [24].
انواع تخریب
فرایندهای مختلفی در زمینهی تخریب پلیمرها وجود دارد که در جدول 2-1 نشان داده شده است. در صورتی که هیچ واکنشگری همچون آب؛ هیدروژن و اکسیژن در محیط نباشد فرایند پیرولیز بوده، در صورت واکنش با آب هیدرولیز ، واکنش با اکسیژن سوختن نامیده شده و سایر واکنشها نیز در جدول مورد اشاره آمده است] 2[.
جدول ‏2-1 انواع فرایند تبدیل پلیمرها به کوچک مولکولها] 2[.
نوع فرآیندواکنشهای اصلیشرایطهدف فرآیندHydrogenationواکنش با هیدروژن، شکست حرارتیمواد همگنبازیافت مواد خامHydrolysisواکنش با آبمواد همگنبازیافت مواد خامGasificationواکنش با آب، هیدروژن و اکسیژنماهیت آلیگاز سوخت، گاز سنتزCombustionواکنش با اکسیژنماهیت آلیبازیافت انرژیPyrolysisتخریب حرارتیماهیت آلیبازیافت انرژی و مواد خام
پیرولیز پلاستیکها و رابرها
پیرولیز در شرایط مختلفی از جمله گسترههای دمایی متفاوت، زمان واکنش متفاوت، فشار متفاوت و در حضور یا غیاب مایعات و گازهای فعال و کاتالیست، میتواند انجام گردد. پیرولیز پلاستیکها در دمای پایین (<400??)، متوسط 400-600??) ) و بالا (>600??) صورت میگیرد وعموما فشار به صورت اتمسفریک است. اگر اکثر محصولات مطلوب از نظر حرارتی ناپایدار باشند مانند وقتی که به راحتی واپلیمریزه میشوند، ممکن است شرایط زیر فشار اتمسفریک، با استفاده از خلاء یا یک رقیق کننده مانند بخار انتخاب گردد. تخریب حرارتی پلیمرها تولید گاز، کک و محصول مایع میکند که مقدار هر یک از اجزاء به متغیرهای بسیاری بستگی دارد. این محصولات میتوانند به عنوان سوخت، مواد پتروشیمیایی و منومر مورد استفاده قرار گیرند [1].
محصولات حاصل از پیرولیز پلی بوتادین رابر و استایرن بوتادین رابر
پلیبوتادین رابر در گسترهی دمایی 370 تا 480 درجهی سانتیگراد پیرولیز شده وتنها 3 درصد به صورت باقیماندهی پیرولیز میماند. گسترهی دمای تخریب استایرن بوتادین رابر تقریبا مشابه پلی بوتادین رابر است. در پیروگرام استایرن بوتادین رابر، علاوه بر الیگومرهای بوتادین رابر، استایرن نیز جزئی مهم است. اما دیگر ترکیبات آروماتیک از قبیل بنزن، تولوئن و زایلن با غلظت کمی در محصول مایع هستند. غلظت ترکیبات آروماتیک در روغن حاصل از پیرولیز با افزایش دمای پیرولیز، افزایش مییابد.
زمانی که محدودهی جوش بوتادین رابر مشابه استایرن بوتادین رابر است، مشارکت مهم استایرن در بنزین حاصل از استایرن بوتادین رابر این است که آن را آروماتیکیتر میکند. در نمودارهای گرما وزن سنجی پیرولیز تایرهای ضایعاتی، سه مرحلهی کاهش وزن داریم: ??330-200، ??400-330 و??500-400 [25].
مرحلهی اول مربوط به تخریب حرارتی ترکیبی از روغنها، رطوبت، نرم کنندهها ودیگر افزودنیهاست. مرحلهی دوم مربوط به تخریب لاستیک طبیعی و مرحلهی سوم شامل تخریب بوتادین رابر و استایرن بوتادین رابر موجود در تایر است. شرایط پیرولیز شدیدا روی محصول مایع تأثیر گذارند [26].
محصول مایع با ارزش ناخالص گرمازایی MJ/kg 43-41، در پیرولیز ناپیوسته ضایعات تایری حاصل شده است [27]. در یک واحد آزمایشگاهی صنعتی با خوراک دهی نیمه پیوسته، با افزایش دما، بازده محصول مایع حاصل از ضایعات تایر به طور چشمگیری کاهش یافت [28].
محصولات جانبی پیرولیز
پیرولیز، تخریب هیدروکربنها در محیطی عاری از اکسیژن و در حضور یا غیاب کاتالیست و برای پلاستیکها در محدودهی دمایی ??700-500 است. این فرآیند برای تخریب پلاستیکها به هیدروکربنهای سبکتر استفاده میشود. حالت فیزیکی محصولات به اندازه اجزای هیدروکربنی بستگی دارد. این محصولات، به صورت گسترده به سه فاز جامد، مایع و گاز دسته بندی میشوند. وزن محصول خروجی کلی با وزن خوراک ورودی برابر است، از اینرو اگر درصد جامد یا گاز کاهش یابد، افزایش مرتبطی در درصد جزء مایع خواهیم داشت و بلعکس [14].
محصولات شامل هیدروکربنهای مایع و گازی، جامدات شامل کک و باقیمانده هستند. ترکیب و ویژگیهای محصولات خروجی به عوامل زیر وابسته است:
ویژگیهای کاتالیست
شرایط عملیاتی

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

فشار
شرایط اجرایی اثر قابل توجهی روی ویژگیهای مایع خروجی و ترکیب آن دارد. با افزایش دما، سرعت واکنش نیز افزایش مییابد. تقریبا برای هر40 درجهی سانتیگراد افزایش دما، سرعت تخریب دو برابر میشود. زمانی که فشار راکتور بالاست، زمان ماند افزایش مییابد و منجر به غیراشباعیت بیشتر محصول و کاهش عدد اکتان بنزین بدست آمده میشود.
وقتی واکنش در فشار اتمسفریک انجام میشود، زمان تماس کوتاهتر احتمال واکنشهای شکست ثانویه و انتقال هیدروژن را کاهش داده و بنابراین میزان الفینی بودن محصول مایع افزایش مییابد.
زمانیکه پیرولیز تحت خلاء انجام میشود، طیف محصولات و کیفیت آنها از دیگر فرآیندهای پیرولیزی (اتمسفریک) متفاوت خواهد بود. به عبارت دیگر، از مزیتهای کاهش فشار، میتوان به محدود شدن واکنشهای شکست ثانویهی هیدروکربنها اشاره کرد [14].
آزمونهای مورد استفاده در پیرولیز
آزمونهای کروماتوگرافی گازی8 و گرما وزن سنجی9 از مهمترین آزمونها در بررسی پیرولیز هستند. با استفاده از این آزمونها روند تخریب پلیمرها با دما مورد بررسی قرار میگیرند. همچنین میتوان میزان جرم مولکولیهای مختلف و نیز چهار نوع هیدروکربن موجود در محصول شامل آروماتیکها، الفینها، نفتنها و پارافینها (PONA) را از هم تمیز داد.
گرماوزن سنجی حاصل از پیرولیز تایرهای ضایعاتی با سرعت حرارت دهی بالا
پیرولیز تایرهای ضایعاتی با گرما وزن سنجی غیر همدما و با سرعتهای حرارتدهی مختلف و اندازه ذرات 1 و 3 میلیمتر بررسی شده است. طبق نتایج این بررسی در سرعتهای پایین وجود مراحل اولیه و ثانوی