Estudo de processo de upgrading catalítico de vapores da pirólise de resíduos plásticos de equipamentos de informática em reator catalítico com carvão ativado impregnado com NaOH
This study investigated thermal cracking and catalytic upgrading of plastic waste from computer equipment on a semi-batch reactor coupled to a heated catalyst fixed bed (2-stage vapor cracking). The catalyst used was a Si–Al ash obtained from commercial activated carbon pellets treated with co...
| Autor principal: | COSTA, Augusto Fernando de Freitas |
|---|---|
| Grau: | Tese |
| Idioma: | por |
| Publicado em: |
Universidade Federal do Pará
2023
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/15637 |
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ir-2011-15637 |
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ir-2011-156372023-05-31T12:07:18Z Estudo de processo de upgrading catalítico de vapores da pirólise de resíduos plásticos de equipamentos de informática em reator catalítico com carvão ativado impregnado com NaOH COSTA, Augusto Fernando de Freitas MACHADO, Nélio Teixeira http://lattes.cnpq.br/5698208558551065 Craqueamento térmico Tempo de reação Termogravimetria Pirólise de ABS retardante de chrome Thermal cracking Reaction time Thermogravimetry Flame-retardant ABS pyrolysis CNPQ::ENGENHARIAS ENGENHARIA DE PROCESSOS USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS This study investigated thermal cracking and catalytic upgrading of plastic waste from computer equipment on a semi-batch reactor coupled to a heated catalyst fixed bed (2-stage vapor cracking). The catalyst used was a Si–Al ash obtained from commercial activated carbon pellets treated with concentrated NaOH solution and calcination. The purpose of the study was to characterize the waste stream through its thermogravimetry (TG) analysis and pyrolysis products, study the effect of temperature (350 - 500 °C) and catalyst quantity (0.0 - 7.5 wt%) on yields of reaction products, physical chemical properties, and chemical composition of organic liquid product in order to understand and evaluate production of fuels and chemical feedstock by recycling of plastic waste from computer equipment through catalytic upgrading. Time fractioned samples were taken in determined reaction times (15 min, 30 min, 45 min, and 60 min) to study the evolution of cracking reactions during experiment runs through changes to chemical composition (GC-MS). A comparison with other previous work was also presented to show similarities between different feedstocks using the same thermal unit. The results indicate composition of brominated acrylonitrile-butadiene-styrene (Br-ABS), polycarbonate (PC), and high impact polystyrene (HIPS) for the plastic waste from computer equipment. The temperature of 350 °C produced better results when considering acid value but presented lower liquid phase yields (38 %) and high gas phase yields (42 %). Catalytic upgrading experiments revealed the increased presence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) with an increase in kinematic viscosity of organic liquid product, increase in char yield (from 11 % to 24 %), and decrease in gas yields (15 % to 5 %). Chemical composition showed presence of aromatic hydrocarbons such as styrene, methyl-styrene, and diphenyl-propane and nitrogenated compounds such as benzene butane-nitrile, phenolic compounds, polycyclic aromatic hydrocarbons, and brominated compounds. Plastic waste from computer equipment pyrolysis is a challenging subject due to contaminant presence and varying composition, and chemical composition evaluation according to reaction time provides interesting insights into the evolution of semi-batch pyrolysis/catalytic upgrading experiments. Standardization and reproducibility of the tool should be conducted to continue the evaluation of pyrolysis and catalytic upgrading of a wide range of feedstocks. Este estudo investigou o craqueamento térmico e o upgrading (melhoramento) catalítico de vapores da pirólise de resíduos plásticos de equipamentos de informática em um reator em semi batelada acoplado a um leito fixo catalítico aquecido (craqueamento a vapor em 2 estágios). O catalisador utilizado foi cinza de Si-Al obtida a partir da ativação de pastilhas comerciais de carbono por meio de solução concentrada de NaOH e calcinação. O objetivo do estudo foi caracterizar o fluxo de resíduos por meio de termogravimetria (TG) e produtos de pirólise, estudar o efeito da temperatura (350 °C - 500 °C) e da quantidade de catalisador (0,0 % m/m – 7,5 % m/m) nos rendimentos de produtos de reação, propriedades físico-químicas e composição química do produto líquido orgânico, a fim de compreender e avaliar a produção de combustíveis e o upgrading catalítico a partir de resíduos plásticos usados como matérias-primas químicas. Amostras fracionadas foram coletadas em determinados tempos de reação (15 min, 30 min, 45 min e 60 min) para estudar a evolução das reações de craqueamento nos experimentos através da composição química dos produtos na análise do GC-MS. Trabalhos anteriores também foram comparados para mostrar semelhanças entre matérias-primas diferentes em unidades térmicas iguais à utilizada. Os resultados indicaram composição de acrilonitrila-butadieno-estireno bromado (ABS-Br), policarbonato (PC) e poliestireno de alto impacto (HIPS) para o resíduo plástico dos equipamentos de informática. À temperatura de 350 °C os resultados foram melhores quando se considera o índice de acidez, mas os rendimentos da fase líquida foram os menores (38 %) e os rendimentos da fase gasosa elevados (42 %). Os experimentos de upgrading catalítico revelaram o aumento da presença de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAH) com o aumento da viscosidade cinemática do produto líquido orgânico, o aumento do rendimento de carvão (de 11 % para 24 %) e a diminuição do rendimento de gases (de 15 % para 5 %). A composição química mostrou presença de hidrocarbonetos aromáticos como estireno, metil-estireno e difenil-propano, e de compostos nitrogenados como benzeno butano-nitrila, de compostos fenólicos, de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e de compostos bromados. A pirólise de resíduos plásticos de equipamentos de informática é desafiadora, devido à composição variável de contaminantes presentes e à avaliação da composição química de acordo com o tempo de reação, que fornece informações interessantes a respeito da evolução de experimentos de pirólise em semi-batelada/upgrading catalítico. A padronização e a reprodutibilidade do método devem ser conduzidas para continuar a avaliação da pirólise e o upgrading catalítico de uma ampla gama de matérias-primas. UFPA - Universidade Federal do Pará 2023-05-30T17:15:12Z 2023-05-30T17:15:12Z 2023-04-03 Tese COSTA, Augusto Fernando de Freitas. Estudo de processo de upgrading catalítico de vapores da pirólise de resíduos plásticos de equipamentos de informática em reator catalítico com carvão ativado impregnado com NaOH. Orientador: Nélio Teixeira Machado. 2023. 138 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Universidade Federal do Pará, Instituto de Tecnologia, Belém, 2023. Disponível em:https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/15637 . Acesso em:. https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/15637 por Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ application/pdf Universidade Federal do Pará Brasil Instituto de Tecnologia UFPA Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia 1 CD-ROM Disponível via internet através do e-mail bibliotecaitec@ufpa.br |
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Repositório Institucional - Universidade Federal do Pará |
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This study investigated thermal cracking and catalytic upgrading of plastic waste from computer
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products, study the effect of temperature (350 - 500 °C) and catalyst quantity (0.0 - 7.5 wt%) on
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