91556137 Brasil Jurnal Teknik Kimia

Publish in

Documents

28 views

Please download to get full document.

View again

of 12
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Share
Description
first
Transcript
  Brasil Jurnal Teknik Kimia  Cetak versi   ISSN 0104-6632 Braz. J. Chem. Eng. vol.28 no.4 São Paulo Okt / Desember 2011 http://dx.doi.org/10.1590/S0104-66322011000400011 KINETIKA dan katalisis; TEKNIK REAKSI; DAN ILMU BAHAN   Pemulihan cairan hidrokarbon dari polietilen densitas tinggi oleh limbah pirolisis termal   Sachin Kumar  *  ; RK Singh   Departemen Teknik Kimia, Institut Teknologi Nasional, Telepon: 91-6612462260, Faks: 91-6612462022, Rourkela, Orissa, 769008, India.   E-mail: sachin044@gmail.com   ABSTRAK   Degradasi termal dari limbah plastik dalam suasana inert telah dianggap sebagai metode yang produktif, karena proses ini dapat mengkonversi limbah plastik menjadi hidrokarbon yang dapat digunakan baik sebagai bahan bakar atau sebagai sumber bahan kimia.   Dalam karya ini, buang high density polyethylene (HDPE) plastik dipilih sebagai bahan untuk pirolisis.   Sebuah sistem sederhana reaktor pirolisis telah digunakan untuk pyrolyse HDPE sampah dengan tujuan mengoptimalkan hasil produk cair pada suhu antara 400 º C sampai 550 º C.   Hasil percobaan pirolisis menunjukkan bahwa, pada suhu 450 º C dan di bawah, produk utama dari pirolisis adalah cairan berminyak yang menjadi cairan kental atau padat berlilin pada suhu di atas 475 º C.   Hasil dari fraksi cair yang diperoleh meningkat dengan waktu tinggal untuk HDPE sampah.   Fraksi cair yang diperoleh dianalisis untuk komposisi dengan FTIR dan GC-MS.   Sifat-sifat fisik dari minyak pirolitik menunjukkan adanya campuran bahan bakar dari fraksi yang berbeda seperti bensin, minyak tanah dan solar dalam minyak.   Keywords:  Pirolisis; Limbah HDPE; FTIR, GC-MS; bahan bakar alternatif.   PENDAHULUAN   Plastik adalah salah satu bahan yang paling banyak digunakan karena berbagai keuntungan dan berbagai aplikasi dalam kehidupan kita sehari hari.   Plastik produksi telah meningkat rata-rata hampir 10% setiap tahun secara global sejak 1950.   Produksi global total dari plastik telah berkembang dari sekitar 1,3 juta ton (MT) di 1950-230 MT di 2009 (Plastik-Fakta 2010).   HDPE merupakan komoditas thirdlargest plastik bahan di dunia, setelah polyvinyl chloride dan polypropylene dalam hal volume.   Menurut badan riset pasar  konsultasi Inggris, Merchant Research & Consulting Ltd   Density polyethylene tinggi (HDPE) telah menyumbang bagian terbesar dari konsumsi etilen pada beberapa tahun terakhir.   Permintaan untuk HDPE telah meningkat 4,4% per tahun hingga 31,3 juta MT pada tahun 2009 (CEH laporan).   Peningkatan permintaan dan produksi HDPE limbah telah menyebabkan akumulasi sejumlah besar limbah dalam aliran akhir sampah karena hidup rendah manfaatnya.   Daur ulang dari plastik sudah terjadi dalam skala luas.   Daur ulang yang luas dan pengolahan ulang plastik yang dilakukan pada homogen dan kontaminan limbah plastik gratis.   Skema daur ulang yang paling membutuhkan bahan baku yang cukup murni dan berisi hanya item yang terbuat dari jenis polimer tunggal, seperti high density polyethylene (HDPE) biasa digunakan untuk membuat botol susu, atau polyethylene terephthalate (PET) botol minuman ringan.   Namun, sebagian besar dari plastik di tempat sampah umum masih berakhir di tempat pembuangan sampah.   Secara realistis, sebagian besar pasca-konsumen limbah mengandung campuran jenis plastik dan sering terkontaminasi dengan non-plastik item (Hegberg et al.,  1992).   Pendekatan termal alternatif untuk menangani limbah plastik adalah apa yang disebut bahan baku kimia atau daur ulang kimia.   Istilah ini telah digunakan untuk menggambarkan keragaman teknik, termasuk pirolisis, hidrolisis, methanolysis hidrogenasi, dan gasifikasi.   Beberapa teknik ini cocok untuk digunakan hanya dengan limbah polimer homogen tetapi yang lain dapat menerima pakan limbah campuran.   Teknik yang paling menarik dari daur ulang bahan baku kimia adalah  pirolisis.   Retak termal atau pirolisis termal melibatkan degradasi bahan polimer dengan memanaskan dalam ketiadaan oksigen.   Tidak seperti teknik daur ulang mekanik, di mana rantai polimer panjang plastik yang diawetkan utuh, pirolisis menghasilkan fragmen berat molekul rendah Proses ini biasanya dilakukan pada suhu antara 500-800 º C dan hasil dalam pembentukan sebuah char dikarbonisasi dan fraksi yang mudah menguap yang dapat dipisahkan menjadi minyak hidrokarbon dan gas terkondensasi nilai tidak terkondensasi tinggi kalori.   Proporsi dari setiap fraksi dan komposisi tepat mereka sangat tergantung pada sifat dari sampah plastik, tetapi juga pada kondisi proses.   Pengaruh suhu dan jenis reaktor pada pirolisis limbah HDPE dipelajari oleh peneliti yang berbeda adalah sebagai berikut.   Wallis et al.   (2007) melakukan degradasi termal dari polietilen kerapatan tinggi dalam ekstruder reaktif pada kecepatan sekrup berbagai reaksi dengan suhu 400 º C dan 425 º C.   Sebuah model kinetik terus menerus digunakan untuk menggambarkan degradasi polietilen kerapatan tinggi dalam ekstruder reaktif.   Conesa dkk.   (1994) mempelajari produksi gas dari polyethylene (HDPE) di lima temperatur nominal (berkisar antara 500 º C sampai 900 º C) dengan menggunakan reaktor fluidized bed pasir.   Dari studi tentang pirolisis HDPE dalam reaktor unggun terfluidisasi pasir, mereka telah menemukan bahwa hasil dari total gas yang diperoleh meningkat pada kisaran 500 º C - 800 º C 5,7-94,5%, pada suhu yang lebih tinggi.   Walendziewski dkk.   (2001) melaporkan degradasi termal dari polietilena pada kisaran suhu 370-450 º C.   Dalam kasus degradasi termal dari polietilen, peningkatan suhu degradasi menyebabkan peningkatan gas dan produk cair, tetapi penurunan residu (titik didih> 360 º C).   Degradasi termal limbah HDPE dapat ditingkatkan dengan menggunakan katalis yang cocok untuk mendapatkan produk berharga.   Katalis yang paling umum digunakan dalam proses ini yaitu: zeolit alumina, silika-alumina, FCC katalis, katalis reformasi dll Efek dari berbagai katalis pada pirolisis HDPE dipelajari oleh peneliti yang berbeda adalah sebagai berikut.   Beltrame dkk.   (1989) telah mempelajari degradasi polietilen lebih silika, alumina, alumina-  silika dan zeolit dalam reaktor kapal Pyrex kecil tanpa diaduk, pada kisaran suhu 200-600 º C.   Peningkatan katalitik dari gas pirolisis berasal dari pirolisis polietilena lebih zeolit di C Kisaran suhu 400-600 º telah diselidiki oleh Bagri dkk.   (2002).   Sebagai temperatur unggun zeolit meningkat, hasil gas meningkat dengan penurunan minyak dan hasil kokas.   Venuto dkk.   (1979) juga menunjukkan bahwa, karena suhu katalis meningkat 480-590 º C, kokas formasi di catalytic cracking zeolit minyak bumi berkurang dan juga gas alkena meningkat dalam produk gas.   Sharratt dkk.   (1997) dilakukan degradasi katalitik dari high density polyethylene menggunakan zeolit ZSM-5.   Seperti suhu reaksi meningkat 290-430 º C, hasil gas meningkat, sedangkan hasil minyak mengalami penurunan.   Minyak yang diperoleh pada pirolisis termal dari polietilen berisi konsentrasi rendah senyawa aromatik.   Degradasi cair-fase katalitik dari polimer limbah POLYOLEFINIC seperti HDPE, LDPE, dan PP lebih menghabiskan cairan retak katalis (FCC) katalitik dilakukan pada tekanan atmosfer dalam operasi semi-batch yang diaduk oleh Lee et al.   (2003).   Perbedaan antara hasil produk degradasi termal dan katalitik dari HDPE sampah menggunakan menghabiskan FCC katalis dalam reaktor semi-batch yang diaduk pada skala laboratorium dipelajari oleh Lee et al.   (2003).   Dibandingkan dengan degradasi termal, degradasi katalitik menunjukkan peningkatan hasil cair, sedangkan yang dari residu berkurang karena dekomposisi residu lebih berat ke dalam produk minyak ringan.   Miskolczi dkk.   (2008) mempelajari degradasi katalitik dari polietilen limbah padat dengan tiga katalis yang berbeda (ekuilibrium FCC, HZSM-5 dan Klinoptilolit).   Seo dkk.   (2003) meneliti degradasi katalitik dari polietilen kerapatan tinggi untuk limbah hidrokarbon dengan ZSM-5, zeolit-Y, mordenit dan amorf silika-alumina dalam reaktor batch dan menyelidiki efisiensi retak katalis dengan menganalisis produk berminyak, termasuk parafin, olefin , naphthenes dan aromatik, dengan kromatografi gas / spektrometer massa (GC / MS).   Degradasi cair-fase katalitik dari HDPE lebih BEA, Fau, MWW, MOR dan zeolit LKM dengan pori-pori yang berbeda dalam reaktor batch pada 380 º C atau 410 º C telah dipelajari oleh Park et al.   (2002).   Sharratt dkk.   (1997) melakukan pirolisis polietilena densitas tinggi di atas HZSM-5 katalis menggunakan reaktor laboratorium tidur khusus dikembangkan terfluidisasi operasi isotermal pada tekanan ambien.   Pengaruh kondisi reaksi, termasuk suhu, rasio HDPE untuk pakan katalis, dan tingkat aliran pencairan gas, diperiksa.   Manos dkk.   (2000) mempelajari degradasi katalitik dari polietilen kerapatan tinggi untuk hidrokarbon lebih zeolit yang berbeda.   Berbagai produk itu biasanya antara C3 dan C15 hidrokarbon.   Pirolisis katalitik dari polietilen kerapatan tinggi dipelajari pada waktu yang berbeda menggunakan berbagai jenis reaktor: alat pyroprobe, di mana waktu tinggal volatile di kisaran milidetik, dan reaktor fluidized bed, dimana reaksi sekunder dilakukan untuk lebih besar sejauh menggunakan HZSM-5 katalis (Hernandez et al.,  2006).   Garforth dkk.   (1998) mempelajari pirolisis katalitik dari polietilen kerapatan tinggi dalam operasi laboratorium tidur reaktor fluidized di kisaran 290 º C-430 º C di bawah tekanan atmosfer.   Katalis yang digunakan adalah HZSM-5, silikalit, HMOR, HUSY dan Saha dan hasil hidrokarbon yang mudah menguap (berdasarkan feed) itu biasanya HZSM- 5> HUSY ≈ HMOR> Saha.   Degradasi katalitik dari high density polyethylene (HDPE) di bawah nitrogen dengan menggunakan operasi laboratorium tidur reaktor fluidized pada 360 º C dengan katalis untuk pakan polimer dari 2:1 dan pada 450 º C dengan katalis untuk polimer dari rasio pakan 06:01 bawah tekanan atmosfir menggunakan ZSM-5, AS-Y, ASA, segar FCC (catalytic  cracking fluida) katalis komersial (Cat-A) dan keseimbangan FCC katalis dengan berbagai tingkat keracunan logam dipelajari.   (Ali et al.,  2002).   Mastral dkk.   (2006) mempelajari degradasi katalitik dari polietilen kerapatan tinggi dalam reaktor unggun terfluidisasi laboratorium pada suhu ringan, antara 350 º C dan 550 º C.   Katalis yang digunakan adalah nanokristalin HZSM-5 zeolit.   Lin et al.   (2004) mempelajari pirolisis polietilena densitas tinggi di atas berbagai katalis menggunakan laboratorium fluidized-bed reaktor isotermal beroperasi pada tekanan ambien.   Karagoz dkk.   (2003) mempelajari konversi high density polyethylene dalam ruang hampa untuk bahan bakar dalam ketiadaan dan kehadiran lima  jenis logam katalis didukung pada karbon aktif (M-Ac) dan katalis asam {HZSM-5 dan DHC (distilasi Hydro Cracking-8) } katalis.   Jan dkk.   (2010) mempelajari degradasi polietilen limbah padat menjadi fraksi cair termal dan katalis menggunakan MgCO 3  pada 450 º C dalam reaktor batch.   Kondisi yang berbeda seperti rasio suhu, waktu dan katalis yang dioptimalkan untuk konversi maksimum HDPE menjadi fraksi cair.   Dalam penelitian ini, limbah kepadatan tinggi poli etilen itu pyrolyzed dalam reaktor batch pada suhu 400 º C sampai 550 º C dengan laju pemanasan 20 º C / min.   Pengaruh suhu pirolitik dan holding time pada waktu reaksi dan hasil produk cair, char, dan produk gas dipelajari.   Sifat bahan bakar minyak (diperoleh pada suhu 450 º C dari pirolisis limbah HDPE) seperti viskositas kinematik, flash point, titik api, titik awan, titik tuang, berat jenis, dan kadar air ditentukan dengan menggunakan metode uji standar.   Komposisi kimia dari minyak HDPE sampah pirolitik diselidiki dengan FTIR dan GC / MS.   BAHAN DAN METODE   Limbah HDPE dikumpulkan dari Institut Teknologi Nasional Rourkela, Orissa, India kampus halaman limbah dan digunakan dalam percobaan ini.   Limbah plastik dipotong kecil-kecil (sekitar 1 cm 2)  dan digunakan dalam reaksi pirolisis termal.   Analisis proksimat limbah HDPE dilakukan oleh ASTM D3173-75 dan analisis utama dilakukan dengan menggunakan alat analisa CHNS (ELEMENTAR VARIO EL CUBE CHNSO).   Nilai kalori bahan baku ditemukan oleh ASTM D5868-10a.   Termogravimetri analisis sampel HDPE sampah dilakukan dengan alat DTG60/60H Shimadzu.   Sebuah berat dikenal sampel dipanaskan dalam cawan silika pada tingkat pemanasan konstan 20 operasi º C / menit dalam aliran udara dengan laju alir 40ml/min dari 35 º C sampai 600 º C.   Setup pirolisis digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 1 .   Ini terdiri dari reaktor batch setengah terbuat dari tabung stainless steel (panjang-145 mm internal diameter-37 mm dan diameter luar-41 mm) disegel di satu ujung dan sebuah tabung keluar di ujung lainnya.   Reaktor dipanaskan secara eksternal oleh sebuah tanur listrik, dengan suhu yang diukur oleh Cr-Al: termokopel tipe K tetap di dalam reaktor, dan suhu dikontrol oleh pengontrol PID eksternal.   20g sampel limbah plastik yang dimuat dalam setiap reaksi pirolisis.   Cairan terkondensasi produk / lilin dikumpulkan melalui kondensor dan ditimbang.   Setelah pirolisis, residu padat tersisa dalam reaktor ditimbang.   Kemudian berat produk gas  / mudah menguap dihitung dari saldo material.   Reaksi dilakukan pada suhu yang berbeda mulai 400-550 º C.  
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks