Catalysis of low Temperature Pyrolysis of Polymeric Waste
DOI:
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-158-5-27-37Keywords:
polymer waste, catalysis, low-temperature pyrolysis, zeolites, thermal destruction, ecologyAbstract
The modern market of production and processing of polymeric waste based on polyolefins (LDPE, LENT, LPE, PP) and also other polymers of PET, PVC has been considered and analyzed. It was shown that in Ukraine the main method of polymer waste processing is mechanical recycling and only a small part is subject to incineration as a part of solid household waste with utilization of thermal energy and its conversion into electric energy. In the EU, the total recycling of plastic waste reaches 57…85 %. In addition, it should be noted that in Ukraine plastic waste is practically not processed by low-temperature pyrolysis to obtain renewable energy sources (gas component, synthesis oil, pyrocarbon). The main processes of thermal and thermocatalytic processing of organic raw materials, namely visbreaking (430…490 °С), catalytic cracking (360…550 °С) and catalytic pyrolysis (650…850 °С) using various catalysts: aluminosilicate ultrafine zeolites of type Y; natural amorphous and crystalline zeolites with the addition of alkali metal oxides; various metal catalysts: Ni0, Cu0, Pt0, Fe0, their oxide forms and salts, which can significantly reduce the temperature of destruction of the polymer matrix and increase the yield of synthesis oil or gas component were considered and analyzed. It was shown that in terms of process chemistry and technological parameters low-temperature pyrolysis of polymer waste, in the first approximation, can be considered as thermocatalytic processing of individual oil fractions (tar, fuel oil, heavy oil distillates and residues) using cracking processes (470…520 °C), reforming (470…520 °C), hydrocracking (245…465 °C). This important generalization, in fact, is the theoretical basis for active and effective study of various catalysts and catalytic processes in the pyrolysis processing of plastic waste. Prospects, as well as high technological, economic and environmental efficiency of the proposed direction of research of catalytic low-temperature pyrolysis of processing of mixtures of plastic waste were confirmed by the data of numerous literature references.
References
BP Statistical Review of World Energy 2017. [Electronic resource]. Available:
Key World Energy Statistics: International Energy Agency. OECD/IEA, 2017. [Electronic resource]. Available: http://svenskvindenergi.org/wp-content/uploads/2017/12/KeyWorld2017.pdf .
М. И. Дли, А. А. Балябина, Н. В. Дроздова, «Водородная энергетика и перспективы ее развития», Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE), № 22, с. 37-41, 2015. https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.22.004.
Б. В. Коріненко, О. С. Худоярова, К. Ю. Гура, А. П. Ранський, «Циркулярна економіка та термохімічна конверсія твердих відходів,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 4, с. 7-19, 2021. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-157-4-7-19 .
S. Dimitris Achilias et al., “Resent Advances in the chemical Recycling of Polumers (PP, PS, LDPE, HDPE, PVC, PC, Nylon, PMMA),” Saloniki: In Tech, 2021, 406 p.
Новости «Эко-Согласия» по химической безопасности IPEN/«Эко-Согласия» Координационный центр IPEN в ВЕКЦА. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https//www.facebook.com/EcoAccord/ .
А. В. Волкова, «Рынок крупнотоннажных полимеров–2020,» Высшая школа экономики, 2020, 74 с.
«Эко-Согласие»: за здоровую окружающую среду и устойчивое развитие. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://wwwfacebook.com/EcoAccord .
О. В. Пиріков, і В. Н. Ардатьєв, «Огляд сучасних тенденцій використання полімерів у пакувальній галузі», Науковий вісник Полтавського університету споживчої кооперації України, № 1 (37), с. 31-36, 2009.
В. С. Міщенко, і Г. П. Виговська, Організаційно-економічний механізм поводження з відходами в Україні та шляхи його вдосконалення. Київ, Україна: Наукова думка, 2009, 294 с.
Н. П. Попович, «Екологічно безпечний збір, транспортування та знешкодження твердих побутових відходів.» дис. канд. техн. наук, спец. 21.06.01 «Екологічна безпека». Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2019.
Кабінет Міністрів України, Розпорядження № 22-р, від 3 січня 2013 р «Про схвалення Концепції Загальнодержавної програми поводження з відходами на 2013 – 2020 роки».
Райдил и Тэйлор, Катализ в теории и практике. Л.: Госхимтехиздат, 1933, 415 с.
П. Сабатье, Катализ в органической химии. Л.: Госхимтехиздат, 1932, 418 с.
С. Н. Обрядчиков, Технология нефти, Д. И. Орочко, Ред. М.–Л.: Госхимтехиздат, Ч. 2, 1952, 405 с.
С. М. Ткачев, «Технология переработки нефти и газа. Процессы углубленной переработки нефти и нефтяных фракций», Курс лекций, Новополоцк, РФ: ПГУ, 2006, 345с.
Б. В. Коріненко, О. С. Худоярова, М. В. Хутько, і А. П. Ранський, «Особливості термодеструкції вторинної полимерної сировини,» Вісник Вінницького політехнічного ін-ту, № 1, с. 29-35, 2021. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-154-1-29-36 .
Б. В. Войцеховський, и А. Корма, Каталитический крекинг. Катализаторы, химия, кинетика, пер. с англ., Н. С. Печуро, Ред. М.: Химия,1990, 152 с.
Ю. С. Коган, и М. Я Конь, Переработка остаточного сырья на установках каталитического крекинга зарубежом. М.: ЦНИИТ Энефтехим, Сер. Переработка нефти, 1988, 75 с.
Химическая энциклопедия. Даф-МЕД. М: Советская энциклопедия, Т. 2, 1990, с. 674-693.
Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство, Б. П. Никольський, Ред. Л: Химия, 1987, 880 с.
Химическая энциклопедия. М.: Большая Российская энциклопедия, т. 3, 1992, с. 1058-1066.
P. Sabatier, «Die Kataluse in der organischen chemie». Akademische Verlags gesellschaft M.B.H., Leipzig, 1927, 418 р.
Ю. Ю. Косивцев, «Низкотемпературный каталитичесский пиролиз органического сырья.» дис. д-ра техн. наук, спец. 05.17.04 «Технология органических веществ». Тверскoй государственный технический университет, М., РФ, 2011.
D. S. Achilias, A. Giannoulis, and G. Z. Papageorgiou, “Recycling of polymers from plastic packaging materials using the dissolution/ reprecipitation technique,” Polym. Bull, no. 63(3), рр. 449-465, 2009.
D. S. Achilias, E. V. Antonakou, C. Roupakias, P. Megalokonomos, and A.A. Lappas, “Recycling techniques of polyolefins from plastic wastes,” Global NEST Journal, no. 10(1), pp. 114-122, 2008.
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, no. 149, pp. 536-542, 2007.
S .M. Al-Salem, and P. Lettieri, Chemical engineering research and design, no. 88, рр. 1599-1606, 2010.
S. M. Al-Salem, P. Lettieri, and J. Baeyens, “Recycling and recovery routes of plastic solid waste (PSW),” A review. Waste Management, no. 29, рр. 2625–2643, 2009.
A. Marcilla, M. I. Beltran, F. Hernandez, and R. Navarro, Appl. Catal. A: Gen., no. 278, pp. 37-43, 2004.
A. Marcilla, M. Beltran and J.A. Conesa, J. Anal. Appl. Pyrolysis, no. 58, pp. 117, 2001.
Y.-H. Seo, K.-H. Lee, and D.-H. Shin, “Investigation of catalytic degradation of highdensity polyethylene by hydrocarbon group type analysis,” J. Anal. Appl. Pyrolysis, no. 70(2), рр. 383-398, 2003.
R.Van Grieken, D. P. Serrano, J. Aguado, R. García and C. Rojo, J. Anal. Appl. Pyrolysis, no. 58, р. 127, 2001.
N. S. Akpanudoh, K. Gobin and G. Manos, J. Mol. Catal. A: Chem., no. 235, p. 67, 2005.
S. C. Cardona and A. Corma, Catal. Today, no. 75, p. 239, 2002.
А. Marcilla, A. Gómez, A. Reyes-Laberta and A. Giner, Polym. Degrad. Stab, no. 80, pp. 233-240, 2003.
А. Marcilla, A. Gómez, A. N. García and M. M. Olaya, J. Anal. Appl. Pyrolysis, no. 64, рр. 85-101, 2002.
A. S. Araujo, V. J. Fernandes Jr. and G. J. T. Fernandes, Thermochim. Acta, no. 392, pp. 55-61, 2002.
G. J. T. Fernandes, V. J. Fernandes Jr. and A. S. Araujo, Catal. Today, no. 75, pp. 233-238, 2002.
H.-J. Park, et al. “Pyrolysis of polypropylene over mesoporous MCM-48 material,” Journal of Physics and Chemistry of Solids, no. 69, pp. 1125-1128, 2008.
D. P. Serrano, J. Aguado, J. M. Escola, J. M. Rodriguez, L. Morselli and R. Orsi, J. Anal. Appl. Pyrolysis, no. 68-69, pp. 481-494, 2003.
G. Elordi, M. Olazar, G. Lopez, M. Amutio, M. Artetxe, R. Aguado, and J. Bilbao, J. Anal. Appl. Pyrolysis, no. 85, pp. 345-351, 2009.
R. Singhal, C. Singhal, and S. Upadhyayula, J. Analyt. Appl. Pyrolysis, no. 89, pp. 313-317, 2010.
Jan M. Rasul, Jasmin Shah, and Hussain Gulab, Fuel Processing Technology, no. 91, pp. 1428-1437, 2010.
J. Huang, Y. Jiang, V. R. R. Marthala, A. Bressel, J. Frey, and M. Hunger, J. Catal., no. 263, pp. 277-283, 2009.
A. Marcilla, M. I. Beltran, A. Gomez-Siurana, R. Navarro, and F. Valdes, Appl. Catal. A: Gen., no. 328, pp. 124-131, 2007.
Downloads
-
PDF (Українська)
Downloads: 371
Published
How to Cite
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgment of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
