پایان نامه با کلید واژه های زمان واکنش، دسته بندی

ر اندازهی بنزن از شکست پلیاتیلن، کاربرد زیادی ندارند [۲۲]. اسیدیته و اندازهی حفرهی کاتالیست عوامل مهمی در شکست کاتالیستی پلیمرها هستند [۲۳].
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 [۲۴].
انواع تخریب
فرایندهای مختلفی در زمینهی تخریب پلیمرها وجود دارد که در جدول ۲-۱ 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] ۲[.
جدول ‏۲-۱ انواع فرایند تبدیل پلیمرها به کوچک مولکولها] ۲[.
نوع فرآیند
واکنشهای اصلی
شرایط
هدف فرآیند
Hydrogenation
واکنش با هیدروژن، شکست حرارتی
مواد همگن
بازیافت مواد خام
Hydrolysis
واکنش با آب
مواد همگن
بازیافت مواد خام
Gasification
واکنش با آب، هیدروژن و اکسیژن
ماهیت آلی
گاز سوخت، گاز سنتز
Combustion
واکنش با اکسیژن
ماهیت آلی
بازیافت انرژی
Pyrolysis
تخریب حرارتی
ماهیت آلی
بازیافت 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 (>۶۰۰??) 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 [۱].
محصولات حاصل از پیرولیز پلی بوتادین رابر و استایرن بوتادین رابر
پلیبوتادین رابر در گسترهی دمایی ۳۷۰ تا ۴۸۰ درجهی سانتیگراد پیرولیز شده وتنها ۳ 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: ??۳۳۰-۲۰۰، ??۴۰۰-۳۳۰ و??۵۰۰-۴۰۰ [۲۵].
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 [۲۶].
محصول مایع با ارزش ناخالص گرمازایی MJ/kg 43-41، در پیرولیز ناپیوسته ضایعات تایری حاصل شده است [۲۷]. 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 [۲۸].
محصولات جانبی پیرولیز
پیرولیز، تخریب هیدروکربنها در محیطی عاری از اکسیژن و در حضور یا غیاب کاتالیست و برای پلاستیکها در محدودهی دمایی ??۷۰۰-۵۰۰ 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 [۱۴].
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
فشار
شرایط اجرایی اثر قابل توجهی روی ویژگیهای مایع خروجی و ترکیب آن دارد. با افزایش دما، سرعت واکنش نیز افزایش مییابد. تقریبا برای هر۴۰ 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 [۱۴].
آزمونهای مورد استفاده در پیرولیز
آزمونهای کروماتوگرافی گازی۸ و گرما وزن سنجی۹ 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 ۱ و ۳ میلیمتر بررسی شده است. طبق نتایج این بررسی در سرعتهای پایین وجود مراحل اولیه و ثانویه قابل تشخیص است. براساس نتایج آزمایشگاهی و براساس مقالات مرتبط، مرحلهی اول کاهش وزن مربوط به واپلیمر شدن ترکیبات لاستیکی است. ولی باقیماندهها، در مرحلهی دوم و در دماهای بالاتر تخریب میشوند. از طرف دیگر در سرعتهای حرارتدهی بالا، فاصلهای بین پیرولیز اولیه و ثانویه وجود ندارد و تنها یک پیک سرعت پیرولیز مشاهده میشود. این پدیده به دلیل کاهش واکنشهای حلقوی شدن و شبکهای شدن که وقتی سرعت حرارتدهی بالا میرود اتفاق میافتند، رخ میدهد. بعلاوه، غیر یکنواختی شعاعی دما، غلظت یا فشار مواد فرار در سرعتهای حرارت دهی بالاتر میتواند گسترش یابد. همهی این موارد میتوانند برای اصلاح الگوهای پیرولیز مهم باشند [۲۵].
بررسی نمودارهای گرما وزن سنجی
در این بخش به بررسی چند نمودار گرما وزن سنجی می پردازیم.
تخریب پلی پروپیلن با استفاده از کاتالیستهای مختلف در گرماوزن سنجی
منحنیهای گرما وزن سنجی برای واکنشهای تخریب پلیپروپیلن با کاتالیست و بدون آن با سرعت حرارت دهیmin/10K درشکل ۲-۱ نشان داده شدهاند. طبق شکل ۲-۱، به دلیل تشکیل مواد غیر فرار با وزن مولکولی بالا و رسوب آنها درسیستم کاتالیست و عدم انتقال آنها با استفاده از گاز حامل نیتروژن در فرآیند گرما وزن سنجی، جرم مولکولی باقیمانده نسبت به حالت بدون کاتالیست افزایش یافته است [۲۹].
شکل ‏۲-۱ مقایسهی منحنیهای گرما وزن سنجی برای پیرولیز حرارتی و کاتالیستی پلی پروپیلن با سرعت حرارت دهی K/min10، تحت گاز نیتروژن [۲۹].
به دلیل اینکه ساختار حفره کاتالیست فاکتور مهمی در فرآیند شکست است مسیرهای گرما وزن سنجی برای تخریب پلیپروپیلن با استفاده از کاتالیستهایHUSY وFCC، جرم باقیمانده بیشتری نسبت به کاتالیستهای SAHA و سیلیکاتهای HZSM-5 میدهند. همانطور که در شکل ۲-۱ دیده میشود، پلیپروپیلن میتواند در۷۷۰ کلوین با کاتالیست یا بدون آن تخریب شود. با مقایسه دو منحنی تخریب پلیپروپیلن با سیلیکات و بدون آن مشاهده میشود که هر دو تقریبا روند یکسانی دارند. فرم سیلیس HZSM-5(سیلیکات) که شامل تعداد کمی سایتهای فعال کاتالیستی است، تأثیر بسیار کمی روی تخریب پلیپروپیلن در دمای یکسان با شکست حرارتی، دارد. همانطور که انتظار میرفت، تفاوتهای بسیار آشکار در منحنیها، اثر قابل توجه کاتالیستFCC با حالت بدون کاتالیست را نشان میدهد. اگرچه، با زئولیتهایی با اسیدیتهی بالا (HZSM-5 و HUSY) 90 درصد از تخریب پلیمر در دمای پایینتر اتفاق افتاده و در دمایی که کاتالیستهای FCC و SAHA تنها نیمی از پلی پروپیلن را تخریب کردهاند، تکمیل شده است.
تأثیر سرعت حرارت دهی بر فرآیند تخریب پلی پروپیلن
نتایج تحقیقات نشان می‌‌دهد که با افزایش سرعت تخریب، دمای پیرولیز افزایش می‌‌یابد. شکل ۲-۲ تأثیر سرعت حرارت دهی بر روی فرایند تخریب پلیپروپیلن با استفاده از دستگاه گرما وزن سنجی را نشان می‌‌دهد. با افزایش سرعت تخریب از ۲ درجه سانتیگراد در دقیقه به ۴۰ درجه سانتیگراد در دقیقه، دمای تخریب در حدود ۸۰ درجه سانتیگراد افزایش می‌‌یابد و شیب تخریب با افزایش سرعت تخریب تندتر می‌‌شود [۲۹].
شکل ‏۲-۲ منحنی های کاهش وزن تخریب پلی پروپیلن با کاتالیست FCC در سرعت های حرارت دهی مختلف [۲۹].
تأثیر احیای کاتالیست بر روند تخریب پلیپروپیلن
در شکل۲-۳ منحنیهای کاهش وزن ناشی از تخریب برای کاتالیست نو وکاتالیستهایی که استفاده شده و بین یک تا چهار بار مورد بازیابی و احیا قرار گرفتهاند، نشان داده شده است [۲۹].
شکل ‏۲-۳ منحنی های کاهش وزن تخریب پلی پروپیلن با کاتالیست FCC و کاتالیست های بازیابی شده [۲۹].
نتایج نشان می دهد اختلافی که در این مورد دیده می شود مشهود نیست و این بدین معنی است که اگر کاتالیست FCC چندین بار مورد بازیابی و احیا قرار گیرد، تقریبا همان جواب نخست حاصل میگردد که از لحاظ اقتصادی می تواند تأثیر خوبی بر روی روندکار داشته باشد. زیرا با توجه به قیمت بالای کاتالیست می توان میزان مصرف آن را کاهش داد.
اثر تشکیل کک بر فعالیت کاتالیست
ککها پلی آروماتیکهایی هستند که در اثر کاهش هیدروژن درهیدروکربنهای موجود و در اثر تشدید واکنشهای دیلز-آلدر به وجود میآیند و غیر قابل تبدیل به ترکیبات فعال هستند. کک تشکیل شده روی سطح کاتالیست مینشیند و سایتهای فعال کاتالیست را از بین میبرد و با کاهش سطح کاتالیست منجر به کاهش فعالیت آن میشود. با توجه به تأثیر مستقیم اندازه سطح بر رو

این نوشته در No category ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید