Gas dechlorination of plastic pyrolysis derived oil with model compounds using Fe based materials.

Abstract

Verdens produksjon av plast har økt raskt siden 1950-tallet på grunn av dens utmerkede egenskaper. Dessverre blir bare en liten fraksjon av denne plasten resirkulert, noe som fører til massive mengder plastavfall som forurenser hav og natur. Dette har medført skadelige effekter på miljøet. Mekanisk resirkulering er den mest vanlige metoden for plastresirkulering i dag, men dessverre har den sine begrensninger på grunn av vanskeligheter for å fjerne forurensninger og produserer plast av lavere kvalitet. Pyrolyse har nylig fått mye oppmerksomhet for plastgjenvinning, på grunn av at den håndterer forurensninger bedre. Men PVC inneholder en høy mengde klor, som kan føre til dannelse av klorogene forbindelser og forårsake problemer for dampkrakkerne. Avkloriering har blitt foreslått som en potensiell oppgraderingsteknologi for å fjerne klorinnholdet fra plastavfall. Dette prosjektet er en del av et samarbeid med Quantafuel og fokuserer på å redusere klorinnholdet i oljen til den tillatte grensen på 10 ppm for dampkrakkeren. For å senke klorinnholdet, vil det bli brukt et modellsystem for avklorering av klorbensen, med en Fe-basert sorbent, som rødslam. Klorbensen er valgt på grunn av dens kjente kompleksitet i avklorering. Preparasjon av rødslam involverte tørking og kalsinering ved 550°C. Rødslam ble utsatt for reduksjonstemperature på 350°C og 500°C, og vasket med HCl. Regenereringseffekten for rødslam ble også undersøkt med en regenereringstemperatur på 350°C og 500°C. Fe/SiO2 ble prepart for å bruke som en referanse. De forskjellige karakteriseringsmetodene som ble brukt i denne studien var N2 adsorpsjon-desorpsjon analyse, XRF, XRD, TGA og TPR. Vasking av rødslam med HCl førte til at BET-overflatearealet økte til 41.9 cm2/g, samtidig som natriuminnholdet ble redusert med 97% og kalsiuminnholdet med 54%. Ved aktivitetstesting, ble det oppdaget at andre elementer i rødslam muligens kan være aktive. I tillegg til inhomogenitet kan dette føre til utfordringer med reproduksjonsevne i rødslam. Selv om vasking med HCl ble forsøkt, syntes det ikke å ha noen innvirkning på aktiviteten eller regenereringen. Det er mulig at dette skyldes de andre elementene i rødslam som danner faser som ikke kan bli redusert under disse eksperimentelle forholdene. Likevel hadde rødslam evnen til å regenerere mer effektivt sammenlignet med Fe/SiO2, noe som indikerer at andre elementer i rødslam forårsake dette. Reaktivitet ble også observert etter regenereringen av rødslam. Dette indikerer at rødslam er en interessant kandidat for videre undersøkelser som en sorbent, i tillegg til sin høye konsentrasjon av jernoksid og lave kostnader som et biprodukt.

World plastic production has increased rapidly since the 1950s due to its excellent properties. Unfortunately, only a small fraction of this plastic is recycled, leading to massive amounts of plastic waste polluting our oceans and nature. This has resulted in harmful effects on the environment. Mechanical recycling is currently the most common method for plastic recycling. Unfortunately, mechanical recycling has its limitations due to difficulties in the removal of contaminations and produces lower-quality plastics. Pyrolysis has recently gained a lot of attention for plastic recycling because it more effectively manages the contaminations. However, PVC contains a high amount of chlorine, which can lead to the formation of chlorogenic compounds and cause problems for the steam crackers. Dechlorination has been suggested as a potential upgrading technology to remove the chlorine content from plastic waste. This project is part of a collaboration with Quantafuel and focuses on reducing the chlorine content in the oil. The levels of chlorine in the oil are higher than the allowed limit of 10 ppm for the steam cracker. To lower the chlorine content, a model system of dechlorination of chlorobenzene, with a Fe-based sorbent, such as red mud. Chlorobenzene is chosen due to its known complexity of dechlorination. The preparation of red mud involved drying and calcination at 550°C. The red mud was subjected to reduction temperatures of 350°C and 500°C, and washed with HCl. The regeneration effect was also investigated with a regeneration temperature of 350°C and 500°C. A reference sorbent with Fe/SiO2 was prepared as well. The different characterization techniques used for this study were N2 adsorption-desorption analysis, XRF, XRD, TGA and TPR. Washing the red mud with HCl caused the BET surface area to increase to 41.9 m2/g, while also reducing the sodium content by 97% and the calcium content by 54%. It was discovered that it is possible that other elements in red mud might be active. In addition to inhomogeneity, this could cause the observed challenges with reproducibility in red mud. Although washing with HCl was attempted, it did not seem to have any impact on the activity or regeneration. It is possible that this lack of effect is due to the other elements in red mud forming nonreducible species under the experimental conditions. Nevertheless, red mud had the ability to regenerate more efficiently compared to Fe/SiO2, indicating that other elements in red mud could cause this. Reactivity was also observed after the regeneration of red mud. This indicates that red mud is an interesting candidate for further investigation as a sorbent, in addition to its high concentration of ferric oxide and low cost as a by-product.