Produção de hidrocarbonetos líquidos e gasosos por pirólise de resíduos plásticos

Costa, Paula

http://hdl.handle.net/10400.9/415

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Authors

Costa, Paula

Abstract(s)

A sociedade moderna está bastante dependente do petróleo, quer em termos de combustível, quer como matéria prima fundamental para numerosas indústrias. Perante esta situação é urgente gerir de forma mais eficaz os recursos petrolíferos que ainda nos restam, quer por técnicas de optimização de eficiência energética pela utilização de fontes alternativas para obtenção de combustíveis, quer ainda por processos de reciclagem e reutilização dos recursos provenientes do petróleo, de modo a diminuir o recurso crescente ao petróleo. Por outro lado os resíduos plásticos, sofreram um enorme crescimento, sendo por isso uma das principais preocupações da União Europeia. A necessidade de encontrar soluções urgentes para os problemas mencionados, conduziu ao estudo da pirólise para efectuar o aproveitamento energético dos resíduos plásticos. A pirólise é especialmente adequada para a reciclagem de misturas de resíduos plásticos uma vez que, contrariamente à reciclagem física ou mecânica, não exige a presença de um único tipo de plástico e permite a existência de contaminantes ao contrário da reciclagem física, constituindo este aspecto a principal vantagem da pirólise. Este trabalho teve como principal objectivo estudar a pirólise de resíduos plásticos para efectuar o seu aproveitamento energético sem recorrer ao uso de catalisadores, e com condições experimentais economicamente mais favoráveis, nomeadamente temperaturas mais baixas. O trabalho teve como fase inicial o estudo das condições experimentais nomeadamente, o tempo e temperatura de reacção e a pressão inicial, a fim de optimizar os rendimentos e a qualidade dos produtos. Foram estudados os três tipos de plásticos mais utilizados: PE (polietileno), PP (polipropileno) e PS (poliestireno). Este estudo revelou os seguintes valores para condições mais favoráveis: tempo reacção 30 minutos, pressão inicial de 0,41 MPa e temperatura 400ºC. Estas condições foram utilizadas para estudar o efeito da composição dos resíduos plásticos e do aumento de escala nos rendimentos e composição dos produtos. Verificou-se que a composição das misturas de resíduos foi o parâmetro que mais afectou os resultados obtidos. Esse efeito foi mais notório na composição dos produtos líquidos, tendo-se detectado que a presença de maiores teores de polietileno nas misturas favoreceu a formação de alcanos, a presença de polipropileno aumentou a concentração de alcenos e a de poliestireno favoreceu a formação de compostos aromáticos. Foi também estudada a ocorrência de eventuais interacções durante a pirólise de misturas de resíduos plásticos. Para tal, foram comparados os resultados obtidos na pirólise de várias 2 misturas dos três tipos de plásticos estudados com os resultados obtidos por pirólise dos plásticos usados individualmente. Apenas na composição dos produtos líquidos foram detectadas interacções entre os produtos formados por pirólise. Verificou-se que a presença de poliestireno parece ter um efeito predominante em relação aos outros plásticos, uma vez que, a existência de maiores teores deste plástico aumentou significativamente a concentração de compostos aromáticos na fracção líquida e diminuiu a de alcenos. O efeito do aumento de escala no processo de pirólise de resíduos plásticos também foi estudado, utilizando-se três reactores com diferentes capacidades, tendo este efeito sido diverso consoante a mistura de resíduos plásticos testada, o que não permitiu estabelecer claramente o efeito das dimensões do reactor no processo de pirólise. Provavelmente o efeito da composição das misturas sobrepôs-se ao da influência das características do reactor. A razão entre o volume do reactor e a quantidade de mistura utilizada também parece ter sido um parâmetro importante, uma vez que, esta razão teve de ser igual ou superior a 10, caso contrário não ocorria a formação de compostos líquidos. Por último foram efectuados estudos cinéticos destes três tipos de plásticos usados individualmente e de uma mistura contendo igual percentagem de todos eles. Com base nos resultados obtidos nos diversos ensaios, a diferentes temperaturas e tempos de reacção, foram propostos mecanismos reaccionais para todos os plásticos testados e para a mistura. Baseado no esquema reaccional proposto, foram desenvolvidos modelos cinéticos para a pirólise de PE, PP e PS e da mistura. Verificou-se que os resultados obtidos pelos modelos se ajustaram satisfatoriamente aos resultados experimentais, permitindo explicar os diversos resultados obtidos na pirólise. Os parâmetros cinéticos foram estimados verificando-se, em todos os casos, a possível dependência da energia de activação e do factor pré-exponencial da temperatura, não exibindo, por isso, algumas constantes de velocidade, uma dependência linear com a temperatura, na sua forma logarítmica. A composição das várias fracções obtidas na pirólise também foi analisada e com base nos resultados obtidos foram propostos esquemas reaccionais para a degradação dos três tipos de plástico e da mistura destes. Os resultados obtidos demonstraram que a pirólise de resíduos plásticos poderá, no futuro, desempenhar um papel importante no aproveitamento energético destes resíduos, embora o seu estudo deva ser continuado de forma a melhorar os aspectos económicos desta tecnologia e a demonstrar a sua viabilidade à escala industrial.

Description

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Química, especialidade de Engenharia da Reacção Química, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia