АЛЬТЕРНАТИВНА ЕНЕРГЕТИКА: ОТРИМАННЯ СИНТЕЗ-НАФТИ В ПРОЦЕСІ ПІРОЛІЗНОЇ ПЕРЕРОБКИ ПОЛІПРОПІЛЕНОВИХ ВІДХОДІВ

А. П. Ранський; Б. В. Коріненко

doi:10.31649/1997-9266-2023-167-2-6-14

Автор(и)

А. П. Ранський

Вінницький національний технічний університет ROR

Б. В. Коріненко

Вінницький національний технічний університет; Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В. П. Кухаря НАН України, Київ

DOI https://doi.org/10.31649/1997-9266-2023-167-2-6-14

Ключові слова

синтез-нафта піролізна рідина низькотемпературний піроліз полімерні відходи поліпропілен хроматографічний аналіз

Анотація

Показана та обґрунтована доцільність переробки полімерних відходів, зокрема поліпропіленових, методом низькотемпературного піролізу з метою отримання альтернативних/відновлювальних джерел енергії: синтез-нафти/піролізної рідини, піролізних газів та пірокарбону. Досліджена термодеструкція відходів поліпропілену на технологічній установці періодичної дії за відсутності кисню повітря та кислотних каталізаторів. Показано, що проведення низькотемпературного піролізу відходів поліпропілену в температурному інтервалі 250…412 °С протягом 3,5 годин забезпечує вихід основного продукту, а саме синтез-нафти 78,5 % мас., газової суміші 13,6 % мас. та пірокарбону 5,1 % мас. Результати проведених досліджень дозволяють стверджувати, що температура в зоні піролізу полімерних відходів має визначальний характер як на співвідношення основних продуктів процесу — піролізна рідина : газова суміш : пірокарбон, так і на хімічний склад перших двох складових. Фракційною перегонкою синтез-нафти отримані бензинова (28,8 % об.), лігроїнова (12,4 % об.), керосинова (16,0 % об.) та дизельна (23,6 % об.) фракції. Методом газової хроматографії проведено їхній якісний та кількісний аналіз. Встановлено, що переважна більшість сполук у різних фракціях є насиченими вуглеводнями нормальної та ізомерної будови: для бензинової фракції насичені вуглеводні складають 77,86 % мас., для лігроїнової — 84,15 % мас., для керосинової — 78,92 %, для дизельної — 60,82 % мас. На основі отриманих результатів досліджень запропоновано загальну схему термічної деструкції відходів поліпропілену з отриманням насичених та ненасичених (C₆ – C₁₃) рідких вуглеводнів, насичених та ненасичених (C₁ – C₅) газоподібних вуглеводнів, водню та пірокарбону. Незначна частина алкенів (C₆ – C₁₃) може підлягати циклізації або ароматизації з утворенням, нафтенів (C₆ – C₁₃) або аренів (C₈ – C₉).

685 504

Як цитувати

[1]

«АЛЬТЕРНАТИВНА ЕНЕРГЕТИКА: ОТРИМАННЯ СИНТЕЗ-НАФТИ В ПРОЦЕСІ ПІРОЛІЗНОЇ ПЕРЕРОБКИ ПОЛІПРОПІЛЕНОВИХ ВІДХОДІВ», Вісник ВПІ, вип. 2, с. 6–14, Трав 2023, doi: 10.31649/1997-9266-2023-167-2-6-14.

Завантажити посилання

Біографії авторів

автор А. П. Ранський, афіліація Вінницький національний технічний університет

д-р. хім. наук, професор, професор кафедри екології, хімії та технологій захисту довкілля

автор Б. В. Коріненко, афіліація Вінницький національний технічний університет; Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В. П. Кухаря НАН України, Київ

аспірант кафедри екології, хімії та технологій захисту довкілля, Вінницького національного технічного університету; інженер першої категорії відділу № 8 Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В. П. Кухаря НАН України, Київ

Посилання

L. M. Heidbreder, I. Bablok, S. Drews, and C. Menzel, “Tackling the plastic problem: A review on perceptions, behaviors, and interventions,” Science of the total environment, vol. 668, pp. 1077-1093, Jun. 10, 2019. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.02.437 .

D. J. Lee, J. S. Lu, and J. S. Chang, “Pyrolysis synergy of municipal solid waste (MSW): A review,” Bioresource Technology, vol. 318, pp. 123912, Dec. 2020. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123912 .

А. П. Ранський, Б. В. Коріненко, О. А. Гордієнко, і Є. О. Євдокименко, «Альтернативна енергетика: отримання паливних брикетів із пірокарбону термодеструкції полімерних відходів,» Вісник Вінницького політехнічного університету, № 1, с.13-20, 2023. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2023-166-1-13-20 .

Б. В. Коріненко, О. С. Худоярова, К. Ю. Гура, і А. П. Ранський, «Циркулярна економіка та термохімічна конверсія твердих відходів,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 4, с. 7-19, Серп. 31. 2021. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-157-4-7-19 .

D. DeNeve, C. Joshi, J. Higgins, and J. Seay, “Optimization of an Appropriate Technology Based Process for Converting Waste Plastic in to Liquid Fuel via Thermal Decomposition,” J. Sust. Dev., vol. 10, no. 2, pp. 116, 2017. https://doi.org/10.5539/jsd.v10n2p116 .

S. Kumar, and R. K. Singh, “Recovery of Hydrocarbon Liquid from Waste High Density Polyethylene by Thermal Pyrolysis,” Braz. J. Chem. Eng., vol. 28, pp. 659-667, 2011. https://doi.org/10.1590/S0104-66322011000400011 .

A. K. Panda, R. K. Singh, and D. K. Mishra, “Thermolysis of Waste Plastics to Liquid Fuel. A Suitable Method for Plastic Waste Management and Manufacture of Value Added Products — A World Prospective,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 14, iss. 1, pp. 233-248, Jan. 2010. https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.07.005 .

L. Patil, A. K. Varma, G. Singh, and P. Mondal, “Thermocatalytic Degradation of High Density Polyethylene into Liquid Product,” J. Polym. Environ., vol. 26, pp. 1920-1929, Jun. 29, 2017.

C. Santaweesuk, and A. Janyalertadun, “The Production of Fuel Oil by Conventional Slow Pyrolysis Using Plastic Waste from a Municipal Landfill,” Int. J. Environ. Sci. Dev., vol. 8, no. 3, pp. 168-173, Mar. 2017. https://doi.org/10.18178/ijesd.2017.8.3.941.

S. I. Wong, N. Ngadia, T. A. T. Abdullahb, and I. M. Inuwac, “Current State and Future Prospects of Plastic Waste as Source of Fuel: A Review,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 50, pp. 1167-1180, Oct. 2015. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.04.063.

C. A. Joshi, and J. R. Seay, “An appropriate technology based solution to convert waste plastic into fuel oil in underdeveloped regions”, J. Sustain. Dev., vol. 9, no. 4, pp. 133-143, Jul. 20. 2016. https://doi.org/10.5539/jsd.v9n4p133 .

C. Joshi, and J. Seay, “Building momentum for sustainable behaviors in developing regions using Locally Managed Decentralized Circular Economy principles,” Chin. J. Chem. Eng., vol. 27, iss. 7, pp. 1566-1571, Jul. 2019. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2019.01.032 .

C. A. Joshi, and J. R. Seay, “Total generation and combustion emissions of plastic derived fuels: A trash to tank approach,” Environ. Prog. Sustain. Energy, vol. 39, iss. 5, Jan. 18. 2019. https://doi.org/10.1002/ep.13151 .

C. Joshi, J. Seay, and N. Banadda, “A Perspective on a Locally Managed Decentralized Circular Economy for Waste Plastic in Developing Countries,” Environ. Prog. Sustain. Energy, vol. 38, pp. 3-11, Dec. 2019. https://doi.org/.1002/ep.13086.

C. Joshi, S. Browning, and J. Seay, “Combating plastic waste via Trash to Tank,” Nat. Rev. Earth Environ., vol. 1, p. 142, Feb. 17. 2020. https://doi.org/10.1038/s43017-020-0032-3 .

А. П. Ранський, Органічна хімія і екологія. Теоретичні основи органічної хімії. Аліфатичні вуглеводні, навч. пос. Вінниця, Україна: ВНТУ, 2012.

P. T. Williams, and E. Slaney, “Analysis of products from the pyrolysis and liguefaction of single plastics and waste plastic mixtures,” Resources, Conservation & Recyclibg., vol. 51, iss. 4, pp. 754-769, Oct. 2007. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2006.12.002 .

P. Palmay, C. Haro, I. Huacho, D. Barzallo, and J. C. Bruno, “Production and analysis of the physicochemical properties of the pyrolytic oil obtained from pyrolysis of different thermoplastics and plastic mixtures,” Molecules, vol. 27, iss. 10, p. 3287, May 20. 2022. https://doi.org/10.3390/molecules27103287 .

D. S. Achilias, C. Roupakias, P. Megalokonomosa, A. A. Lappas, and E. V. Antonakou, “Chemical recycling of plastic wastes made from polyethylene (LDPE and HDPE) and polypropylene (PP) ,” J. Hazard. Mater., vol. 149, iss. 3, pp. 536-542, Nov. 19, 2007. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.06.076 .

E. T. Aisien, I. C. Otuya, and F. A. Aisien, “Thermal and catalytic pyrolysis of waste polypropylene plastic using spent FCC catalyst,” Environ. Technol. Innov., vol. 22, pp. 101455, May. 2021. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101455 .

J. M. A. Torres, M. L. M. Constante, and E. O. P. Borja, “Evaluación de la pirólisis térmica de aceite vegetal de desecho en un reactor batch,” Revista Politécnica, vol. 33, no. 1, Feb. 1. 2014. [Electronic resource]. Available: https://revistapolitecnica.epn.edu.ec/ojs2/index.php/revista_politecnica2/article/view/137 .

A. Marcilla, J. C. García-Quesada, S. Sánchez, and R. Ruiz, “Study of the catalytic pyrolysis behaviour of polyethylene-polypropylene mixtures,” J. Anal. Appl. Pyrolysis., vol. 74, iss. 1-2, pp. 387-392, Aug. 2005. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2004.10.005 .

R. Kuncser, M. Paraschiv, M. Tazeroyt, and I. Bellettere, “Liquid fuel recovery through pyrolysis of polyethylene waste,” Environmental Engineering and Management Journal, vol. 9, no. 10, pp. 1371-1374, Oct. 2010. https://doi.org/10.30638/eemj.2010.180 .

G. K. Roy, B. Kumar, and S. Jha, “Chromatographic study of the recovered gases from hydropyrolytic de-polymerization of LDPE, MDPE and HDPE mix type of waste polyethylene,” Appl. Petrochem Res., no. 6, pp, 65-72, Nov. 18. 2010. https://doi.org/10.1007/s13203-015-0138-6 .

D. Damayanti, and other, “Current Prospects for Plastic Waste Treatment”, Polymers, vol. 14, pp. 3133, Jul. 31, 2022. https://doi.org/10.3390/polym14153133 .