روغن پیرولیز از ضایعات پلاستیک چیست؟

روغن پیرولیز از ضایعات پلاستیک محصولی است که از تجزیه حرارتی پلاستیک‌ها در دمای بالا و در غیاب اکسیژن به دست می‌آید. این روغن به دلیل داشتن هیدروکربن‌های سبک و سنگین، یک محصول بالقوه برای استفاده به عنوان سوخت مایع یا خوراک صنایع پتروشیمی است. فرآیند تولید روغن پیرولیز از ضایعات پلاستیک به عنوان یک راه‌حل موثر برای کاهش آلودگی محیط زیست و بازیافت پلاستیک‌ها در نظر گرفته می‌شود.

1. پیرولیز پلاستیک‌ها

پیرولیز فرآیندی است که در آن مواد آلی، به ویژه پلاستیک‌ها، در دماهای بین 300 تا 900 درجه سانتی‌گراد بدون حضور اکسیژن گرم می‌شوند. در طی این فرآیند، پیوندهای شیمیایی مولکول‌های بزرگ پلاستیک شکسته می‌شود و محصولات مختلفی شامل گازهای سوختی، روغن پیرولیز و مواد جامد مانند زغال‌سنگ تولید می‌شود. روغن پیرولیز بخش مایع این فرآیند است.

2. مراحل تولید روغن پیرولیز از ضایعات پلاستیک

1. جمع‌آوری و آماده‌سازی ضایعات پلاستیکی: پلاستیک‌های دور ریختنی مانند پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌پروپیلن (PP)، پلی‌استایرن (PS) و پلاستیک‌های دیگر برای بازیافت از طریق پیرولیز جمع‌آوری می‌شوند. پلاستیک‌ها شسته و خرد می‌شوند تا برای فرآیند پیرولیز آماده شوند.
2. تغذیه در راکتور پیرولیز: پلاستیک‌های خرد شده به راکتور پیرولیز وارد می‌شوند. در این راکتور، مواد پلاستیکی در غیاب اکسیژن تا دماهای بالا حرارت داده می‌شوند.
3. تجزیه حرارتی: در دمای بالا، زنجیره‌های پلیمرها (پلاستیک‌ها) به مولکول‌های کوچک‌تر تبدیل می‌شوند. بسته به شرایط دما و زمان، این فرآیند می‌تواند محصولاتی به صورت گاز، مایع (روغن) و جامد (کربن) تولید کند.
4. تقطیر و جداسازی محصولات: گازهای تولید شده از راکتور پیرولیز به یک کندانسور منتقل می‌شوند که در آنجا گازهای هیدروکربنی به مایعات تبدیل می‌شوند و به عنوان روغن پیرولیز جمع‌آوری می‌شوند. گازهای غیرقابل تراکم به عنوان سوخت برای ادامه فرآیند استفاده می‌شوند.

3. ترکیب شیمیایی روغن پیرولیز

روغن پیرولیز حاصل از ضایعات پلاستیک‌ها مخلوطی از هیدروکربن‌های سبک و سنگین است که شامل ترکیباتی مشابه به سوخت‌های فسیلی مانند بنزین، گازوئیل و نفتا می‌باشد. ترکیب دقیق روغن پیرولیز بستگی به نوع پلاستیک استفاده شده و شرایط فرآیند (مانند دما و فشار) دارد. معمولاً شامل:

• آلکان‌ها و آلکن‌ها: هیدروکربن‌های اشباع و غیراشباع.
• آروماتیک‌ها: ترکیبات معطر مانند بنزن، تولوئن و زایلن.
• ترکیبات اکسیژنه: در موارد خاص، به خصوص اگر ضایعات پلاستیکی شامل پلیمرهای حاوی اکسیژن باشد.

4. مزایای روغن پیرولیز

• بازیافت زباله‌های پلاستیکی: پیرولیز به عنوان یک روش موثر برای بازیافت پلاستیک‌های غیرقابل بازیافت از طریق روش‌های دیگر مانند دفن زباله یا سوزاندن است.
• کاهش آلودگی محیط زیست: پیرولیز می‌تواند حجم زباله‌های پلاستیکی را کاهش داده و از آلودگی خاک و آب‌ها جلوگیری کند.
• تولید انرژی: روغن پیرولیز یک منبع انرژی قابل استفاده است که می‌تواند جایگزین سوخت‌های فسیلی شود.
• کاهش وابستگی به نفت خام: از روغن پیرولیز به‌عنوان خوراک صنایع پتروشیمی می‌توان استفاده کرد و به این ترتیب وابستگی به نفت خام کاهش یابد.

5. کاربردهای روغن پیرولیز

• سوخت: روغن پیرولیز می‌تواند پس از پالایش و تصفیه به عنوان سوخت در موتورهای دیزلی، نیروگاه‌های برق و بویلرها استفاده شود.
• خوراک صنایع پتروشیمی: ترکیبات شیمیایی روغن پیرولیز مشابه با محصولات نفت خام است و می‌تواند به‌عنوان ماده اولیه در تولید محصولات پتروشیمی مانند پلاستیک‌های جدید، الیاف و مواد شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.
• تولید برق: در نیروگاه‌های تولید برق می‌توان از گازهای پیرولیز استفاده کرد تا به تولید برق بپردازند.

6. چالش‌ها و محدودیت‌ها

• کیفیت متغیر روغن: بسته به نوع پلاستیک‌های ورودی و شرایط فرآیند، کیفیت و ترکیب روغن پیرولیز می‌تواند متفاوت باشد که این مسئله نیاز به پالایش بیشتر را ایجاد می‌کند.
• هزینه‌های سرمایه‌گذاری بالا: راه‌اندازی تجهیزات پیرولیز به سرمایه‌گذاری اولیه قابل توجهی نیاز دارد.
• پالایش و تصفیه: برای استفاده تجاری از روغن پیرولیز به‌عنوان سوخت یا خوراک پتروشیمی، نیاز به پالایش برای حذف ناخالصی‌ها و بهبود خواص آن است.

7. جمع‌بندی

روغن پیرولیز از ضایعات پلاستیک یک راهکار نوین و مفید برای بازیافت ضایعات پلاستیکی و تولید انرژی یا محصولات شیمیایی با ارزش است. این فناوری با کاهش آلودگی زیست‌محیطی و ایجاد ارزش افزوده از زباله‌ها می‌تواند به عنوان یک ابزار موثر در مدیریت پسماند و تولید انرژی پایدار ایفای نقش کند.

09123960995

نرخ فعلی رشد اقتصادی بدون صرفه جویی در انرژی های فسیلی مانند نفت خام، گاز طبیعی یا زغال سنگ ناپایدار است. پلاستیک به بخشی جدایی ناپذیری از زندگی روزمره ما تبدیل شده است و اثرات خطرناکی بر حیات وحش و جمعیت انسانی دارد. حدود 380 میلیون تن پلاستیک در سراسر جهان تولید می شود. تبدیل زباله های پلاستیکی به سوخت موجب کاهش مشکلات بزرگ زیست محیطی و اقتصادی می شود. فرایند پیرولیز به گزینه ای از فناوری انرژی پسماند اتلاف باهدف جایگزینی سوخت فسیلی تبدیل می شود. یکی از مزیت های اصلی فرایند پیرولیز پتانسیل آن در دسته بندی پلاستیک های طبقه بندی نشده و کثیف است. این مطالعه به بررسی روغن پیرولیز شده از زباله های پلاستیکی به عنوان روغن پیرولیز پلاستیکی می پردازد که می تواند با نرخ های ارزان تری درمقایسه با نمونه های موجود در بازار مانند گازوئیل به بازار عرضه شود.

آلودگی پلاستیک زمین، آبراه ها و اقیانوس ها را به طور فزاینده ای تحت تاثیر قرار داده و مشکلات زیست محیطی را در مقیاس گسترده ایجاد می کند که نیاز به پاسخ فوری دارند. کشورها به دنبال راه حل هایی هستند تا با تبدیل زباله به یک منبع ارزشمند از ایده مدیریت پسماند حلقه بسته حمایت کنند. پلاستیک نقش مهمی در زندگی روزمره ما دارد. پلاستیک ها مواد مصنوعی یا نیمه مصنوعی هستند که پلیمرها جزء اصلی آنها به شمار می روند. آنها را همچنین می توان با کمک حرارت به هر شکلی قالب زد. طبقه بندی اصلی پلاستیک ها عبارتند از: پلی اتیلن سنگین (HDPE)، پلی اتیلن سبک (LDPE)، پلی استایرن، پلی پروپیلن وغیره. ساختار شیمیایی پلاستیک به گونه ای است که در برابر تجزیه پذیری مقاوم است. باتوجه به مطالعات انجام شده از سال 1950 تاکنون یک میلیارد تن زباله پلاستیکی دور ریخته شده است. از آنجایی که پلاستیک غیرقابل تجزیه است، باید به دنبال روش های جایگزینی برای دفع آن باشیم. پیرولیز فرایند تجزیه حرارتی مواد در دمای بالا بدون حضور اکسیژن است. با این روش، پلاستیک را می توان به انرژی تبدیل کرد. محصول به دست آمده از این فرایند پیرولیز به شکل مایع، جامد و گاز است. فناوری تبدیل زباله به انرژی باهدف پردازش مواد بالقوۀ موجود در زباله های پلاستیکی، زیست توده و تایر لاستیکی به روغن مورد بررسی قرار گرفته است. فرایند پیرولیز به گزینه ای از فناوری تبدیل زباله به انرژی به منظور جایگزینی سوخت فسیلی تبدیل خواهد شد. یافته های علمی نشان می دهد که پیرولیز برخلاف روش سوزاندن زباله، یک فرایند غیرسمی یا بدون انتشار مواد مضر برای محیط زیست است. استراتژی مناسب مدیریت پسماند یکی از جنبه های مهم توسعه پایدار با ظهور مسئلۀ تولید زباله در هر شهر مطرح است.

چرا فرایند پیرولیز مناسب است؟

مطالعه انتشار گازهای گلخانه ای (GHG) توسط فرایند پیرولیز با سایر فرایندها نشان داد:

– انتشار گازها از تولید سایر مواد خام (به استثنای جریان ضایعات پلاستیک) حاوی 13 کیلوگرم CO₂ است. درمورد پیرولیز، این موارد به دلیل هیدروژنی است که در فرایند مصرف می شود.

– انتشار گازها از سوزاندن گازهای پیرولیز، بقایای تقطیر و 3 درصد از محصول دیزل تولید شده شامل 56 کیلوگرم CO₂ می شود.

– انتشار گازها از تمام عناصر حمل و نقل (محصولات و زباله) شامل 197 کیلوگرم CO₂ است.

– انتشار گازهای حاصل از جابجایی و جایگزینی تولید دیزل فسیلی حاوی 426 کیلوگرم CO₂ است.

– به طور کلی، انتشار خالص برای پیرولیز تجزیه تنها شامل 160 کیلوگرم CO₂ است.

بررسی آزمایش انجام شده بر روی روغن پیرولیز شده

مشخصات فیزیکی ممکن است مانند مایع چسبناک با رنگ زرد مایل به تیره با بوی ناخوشایند باشد. اشتعال پذیری آن بسیار بالا است و بدون هیچ گونه پسماندی ذوب می شود. باتوجه به این مطالعات می توان نتیجه گرفت که وزن خالص این سوخت پلاستیکی بیشتر از بنزین و کمتر از دیزل خواهد بود. علاوه براین، همانطور که در جدول زیر هم آمده است، چگالی سوخت پلاستیکی بیشتر از بنزین و کمتر از گازوئیل است.

جدول 1:

Comparison of Obtained Pyrolyzed Oil with Regular Petrol and Diesel

باتوجه به شکل زیر، از آنجایی که ادعا می شود ویسکوزیته سینماتیکی و ویسکوزیته دینامیکی این سوخت پلاستیکی بیشتر از بنزین و کمتر از گازوئیل است؛ پس باید به بنزین استاندارد احترام گذاشت.

شکل 1:

Comparison of Kinematic and Dynamic Viscosity

شکل زیر نشان می دهد که میزان گوگرد در سوخت پلاستیک ممکن است تقریبا معادل گازوئیل و بیشتر از بنزین باشد و در سوخت پلاستیکی پسماند کربن وجود ندارد.

شکل 2:

Comparison of Sulfur Content and Carbon Residue

همانطور که در شکل زیر آمده است، نقطه اشتعال و فلش پوینت سوخت پلاستیکی بیشتر از بنزین و کمتر از گازوئیل است.

شکل 3:

Comparison of Flash and Fire Point

از شکل زیر می توان نتیجه گرفت که ارزش حرارتی ناخالص سوخت پلاستیک کمتر از بنزین و بیشتر از گازوئیل است.

شکل 4:

Comparison of Gross Calorific Value

فرایند پیرولیز ابزاری کارآمد، تمیز و بسیار موثر برای حذف زباله های پلاستیکی است که ما در چند دهه گذشته پشت سر گذاشته ایم. این فرایند که تبدیل ضایعات پلاستیکی به سوخت است دو محدودیت مهم دارد: نیاز به حجم زیادی زباله پلاستیکی و کمبود سوخت. بنابراین به حل مشکل دفع زباله های پلاستیکی، استخراج سوخت های با ارزش بالا و کاهش آلودگی محیط زیست کمک می کند. با افزایش حجم زباله های پلاستیکی، سیستم مدیریت پسماند جامد باید راهکارهای بیشتری برای جمع آوری آنها به دست آورد. حدود 600 تا 750 میلی لیتر سوخت را می توان با پیرولیز 1 کیلوگرم پلاستیک به دست آورد. سوزاندن مستقیم 1 کیلوگرم پلاستیک در محیط باز حدود 3 کیلوگرم CO₂ تولید می کند درحالی که با تبدیل آن به سوخت ازطریق پیرولیز نه تنها می توان انتشار CO₂ را 80 درصد کاهش داد بلکه کاملا سازگار با محیط زیست است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که روغن پیرولیز شدۀ خالص دارای خواص مشابه دیزل یا بنزین است. از این رو سوخت مناسبی برای موتور دیزل و بنزین خواهد بود. به طور کلی، می توان نتیجه گرفت که با پیرولیز حرارتی زباله های پلاستیکی می توان نفت کوره تولید کرد و معضل زباله را کاهش داد.