طرح توجیهی تولید بنزین و گازوئیل از ضایعات پلاستیکی
کالاهای پلاستیکی غالبا از مواد پلیمری مصنوعی ساخته شده و به خاطر دوام و پایداری زیاد در محیط زیست، آلودگی های شدیدی را به وجود آورده که رهایی از آنها به آسانی میسر نیست.
مصرف پلاستیک ها، با توسعه تکنولوژی های فرآیند و شکل دهی، در صنایع مختلف از جمله صنایع بسته بندی، لوازم خانگی، کشاورزی، خودرو سازی و … گسترش فوق العاده ای یافته است.
هرچند که پلاستیک ها حدود 10% وزنی ضایعات جامد را تشکیل می دهند، ولی به علت دانسیته کم، حجمی بین 30 – 25 درصد از کل ضایعات جامد را در بر می گیرند. از طرف دیگر مواد پلیمری و پلاستیکها تجزیه ناپذیرند و مشکلات زیادی را به لحاظ زیست محیطی ایجاد می کنند.
بنابراین بازیافت پلیمرها هم به لحاظ اقتصادی و هم به لحاظ زیست محیطی حائز اهمیت است و کشورهای پیشرفته در این زمینه فعالیت های زیادی را انجام داده اند و در حال حاضر تکنولوژیهایی ارائه شده است که کیفیت محصولات بازیافتی آنها بسیار بالا و مطابق کلیه استانداردهای بین المللی می باشد.
بازیافت فرآیندی است که طی آن مواد زائد جدا شده و به عنوان ماده اولیه برای تولید بنزین و گازوئیل به کار برده می شوند، به عبارت دیگر بازیافت عبارت است از بازگرداندن مواد قابل استفاده به چرخه تولید یا طبیعت. فواید بازیافت عبارتند از:
- حجم زباله ورودی به محیط زیست کاهش می یابد.
- از آلودگی کاسته می شود.
- نیاز به مراکز دفن و زباله سوزها کاهش می یابد.
- نیاز به تولید و یا ورود مواد خام از خارج کاهش می یابد.
- تولید ملی افزایش می یابد.
- اشتغال ایجاد می شود.
- سطح بهداشت عمومی بالا می رود.
کد آیسیک بنزین و گازوئیل
- کد آیسیک انواع بنزین : ٢٣٢٠١٢٧٢
- کد آیسیک انواع گازوئیل : ٢٣٢٠١٢٧٣
انواع ضایعات پلاستیکی
- ضایعات صنعتی : شامل ضایعات واحدهای تولیدی محصولات پلاستیکی می شود.
- ضایعات خانگی : شامل قطعات پلاستیکی دور ریختنی پس از مصرف، همچون ظروف یکبار مصرف، فیلم های پلاستیکی، قطعات مستعمل و مستهلک شده و نظایر آن می شود.
- ضایعات کشاورزی : شامل کیسه ها و فیلم های پلاستیکی مورد استفاده در کشاورزی و … می شود.
- ضایعات تجاری : شامل بسته بندی کالاهای تجاری می شود.
مواد پلاستیکی، به علت سبک بودن و حجم زیاد مصرف، بخش قابل ملاحظه ای از ضایعات صنعتی را تشکیل می دهند. در نتیجه دور ریختن و انهدام آنها مشکلات بیشماری در پی خواهد داشت.
علاوه بر این مشکلات توجه به مسائل اقتصادی نیز سبب ایجاد حساسیت بیشتری برای بازیافت پلاستیکها شده است. یک برنامه ریزی خوب برای بازیافت ضایعات پلاستیکی ، نه فقط آلودگی محیط زیست را کاهش می دهد بلکه می تواند این مواد را به جای بخشی از مواد اولیه به چرخه تولید برگرداند.
در ادامه توضیحاتی راجع به جنس پلاستیک های بازیافت شده مصرفی در صنایع مختلف ارائه شده است:
- پلی اتیلن ترفتالات (PET): انواع بطری (آشامیدنی، دهان شوی، نوشابه، الیاف، فیلم و ورق، فرش، تسمه، باتری)
- پلی اتیلن سنگین (HDPE): لوله، سطل، گلدان، حفاظ باغچه، فیلم و ورق، خانه حیوانات، الوار پلاستیکی، کاشی، انواع بطری شیر، مواد شوینده، شامپو، روغن موتور
- پلی اتیلن سبک (LDPE): سطل زباله، کاشی، مبلمان، فیلم، ورق، الوار پلاستیکی، ظروف غذا و نان
- پلی وینیل کلراید : بسته بندی، فیلم و ورق، کاشی،جعبه کاست، کابل، انواع بطری
- پلی پروپیلن (PP): باتری اتومبیل، قیف، چرخ دوچرخه، سطل، ورق، سینی های مخصوص ماکروویو
- پلی استایرن (PS): ترمومتر، ایزولاسیون حرارتی، کارتن تخم مرغ، بسته بندی، فنجان نوشیدنیهای گرم، لوازم آشپزخانه
- پلی کربنات (PC): شیشه های شیرخوری کودکان (به دلیل گران بودن پلی کربنات، این پلیمر کمتر در بسته بندی مواد غذایی استفاده شده و بیشتر در شیشه های شیر کودکان بکار می رود).
- مخلوط پلاستیک ها : پایه های زهکشی، نرده های پلاستیکی، بلوک های سنگ فرش، تسمه نقاله
اگر در این صنایع از پلیمرهای بازیافت شده به عنوان ماده اولیه استفاده شود، قیمت تمام شده کالا کمتر از زمانی است که پلیمر نو بکار رود. بنابراین تولیدکنندگان قادر خواهند بود که محصولاتی با قیمت مناسب تر به بازار عرضه کنند.
در برخورد با مسأله بازگردانی یک ماده، می بایست ویژگی های شیمی فیزیکی آن، منابعی که این ماده از آنها بازیافت شده، تکنولوژیهای بکار رفته برای آسیاب و بازگردانی آن و کاربردهای متصور برای محصول قابل ساخت از ماده بازیافتی مورد بررسی قرار گیرد.
معرفی
بنزین :
بنزین موتور، عمدتا مخلوطی از هیدروکربن های سبک مایع است که دامنه تقطیری از 38 تا 205 درجه سلسیوس را در بر می گیرد. در ساخت بنزین موتور، برش های مختلف نفتی به اضافه مواد اکسیژنه، به منظور بالابردن کیفیت (از جمله آرام سوزی) و همچنین شاخص رنگ به کار می رود. در این فرآورده از سرب به عنوان بالا برنده عدد اکتان استفاده نمی شود.
- به عنوان سوخت در انواع موتورهای بنزینی درون سوز
ساختار گازوئیل
این سوخت از فرآورده های میان تقطیر پالایشگاه می باشد که دامنه تقطیری از 385 – 150 درجه سلسیوس را در بر می گیرد. این فرآورده به گونه ای مورد تصفیه شیمیائی و فیزیکی قرار می گیرد که ترکیبات هیدروکربنی متشکله، دارای عملکرد مناسبی در مشعل ها و موتورهای احتراق داخلی است.
رنگ طبیعی این فرآورده زرد کهربایی است.
- به عنوان سوخت در موتورهای درون سوز دیزلی
- به عنوان سوخت در انواع مشعل های خانگی و صنعتی
بررسی عرضه و تقاضا
در سال ١۴٠٠ در حدود 434/8 میلیون بشکه معادل نفت خام انرژی مصرفی فقط در بخش حمل و نقل خواهیم داشت با فرض اینکه سیاست های مدیریت انرژی در کشور منجر به کاهش ١٠ درصدی مصرف نیز گردد.
این زقم به 391/32 میلیون بشکه معادل نفت خام خواهد رسید که اگر شرایط تولید بنزین و گازوئیل افزایش نیابد در حدود ٣٣ میلیون لیتر کمبود تولید خواهیم داشت. همین امر ضرورت و نیاز به محصول را روشن می سازد.
روشهای مختلف تولید و انتخاب روش بهینه
روشهای مختلفی برای تبدیل پلیمرهای ضایعاتی به مواد آلی با وزن مولکولی کم توسعه و ثبت اختراع گردیده اند. که مواد حاصل از هر روش می تواند کاربردهای مختلفی داشته باشد مثلا به عنوان سوخت حلال یا مواد میانی در ساخت فرآورده های شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند.
تولید هیدروکربن ها و مواد آلی با وزن مولکولی کم عمدتا با بازیافت شیمیایی عملی می باشند. یکی از موادی که بر روی بازیافت آن روشهای مختلفی توسعه یافته است بازیافت پت (پلی اتیلن ترفتالات) می باشد که به چند روش آن اشاره می شود:
متانرلایز کردن ضایعات PET درحضور کاتالیست
در این روش متیل ترفتالات و اتیلن گلایکول بدست می آید که می توانند در پلیمریزاسیون مجدد مورد استفاده قرار گیرند. در این روش تجزیه پلیمر پت در حضور کاتالیزورهایی نظیر استات کبالت و استات منگنز در شرایط عملیاتی ملایم (دمای ١٨٠ درجه سانتیگراد و فشار 2/5 مگا پاسکال) انجام می شود. و انجام فرآیند به بیش از ۵ ساعت زمان نیاز دارد.
گلایکولایز ضایعات PET درحضور کاتالیست
مانند روش اول بوده فقط بجای متاول از گلایکول استفاده می شود واکنش در حضور کاتالیست (کبالت، منگنز و …) و در زمانی بیش از ۵ ساعت انجام می گیرد ودر نهایت ضایعات پت را تبدیل به بوتیل هگزیل اتیل ترفتالات (BHET) می گردد.
آمونولایز ضایعات PET
در این روش که امتیاز آن به نام شرکت General Electric ثبت شده است ضایعات PET را تبدیل به ترفتالامید کرده واز آن برای تولید مواد خام مورد نیازآمیه های حلقوی استفاده می نمایند.
هیدرولیزاسیدی ، قلیایی یا خنثی ضایعات PET
روش برعکس پلیمریزاسیون است. در این روش پت دوباره به مونومرهای اولیه اسید ترفتالیک و اتیلن گلایکول تبدیل می نمایند. واکنش در حضور محیط های اسیدی یا قلیایی و یا آب خالص انجام می گیرد.
اما روشی که برای عموم پلیمرهای ضایعاتی لاستیک و پلاستیک جهت تولید سوخت قرار می گیرد روش یک شرکت هندی می باشد که با شماره ٠٠٧٣٨۴/AWO٢٠٠٨ بوسیله Property Organization World Intellectual ثبت اختراع گردیده است.
این روش دی پلیمریزاسیون پلاستیکهای ضایعاتی را در دمای پایین میسر نموده است. این عمل باعث کاهش هزینه عملیات تولید و کاهش گازهای آلوده کننده محیط زیست می گردد. از دیگر مزایای این روش امکان وارد کردن همه ضایعات پلاستیکی اعم از PVC ،PET و لاستیک به پروسه تولید بدون تفکیک آنها می باشد.
در این روش پلیمرهای پلاستیکی و لاستیکی (پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پت، پی وی سی و رزین های لاستیکی) ضایعاتی در دمای پایین تجزیه و به مولکولهای کوچک تبدیل می شوند. از مزایای این روش کاهش هزینه عملیات تولید و کاهش گازهای آلوده کننده محیط زیست می باشد.
در این روش لازم نیست پلاستیکهای ضایعاتی تفکیک گردند بلکه بصورت مخلوط نیز می توان از آنها استفاده نمود. دمای مورد نیاز در این روش حدود ۵٠٠ درجه سانتیگراد و فشار نیز یک اتمسفر می با شد. در این روش کاتالیست که ترکیبی از یک اکسید فلزی و متال سیلیکات و نمک آمونیم می باشد استفاده می گردد.
مواد ضایعاتی همراه با کاتالیست و افزودنیهای در یک راکتور حرارت داده می شوند. دمای تجزیه پلیمر در این روش پایین بوده و گازهای سمی تولید نمی شوند.بطور کلی در این روش ابتدا پلیمرها به قطعات 2*2 میلیمتر خرد شده و سپس وارد راکتور می شوند.
کاتالیست بازای هرتن معادل ٢۵٠ کیلوگرم بوده که این میزان برای شش ماه ثابت بوده و پس از آن جایگزین می گردد. کاتالیست مورد استفاده ترکیبی از اکسید مس و سیلیکات آلومینیم می باشد و علاوه بر آنها مقداری آمونیم سولفات و کلسیم سولفات و نیترات سدیم نیز اضافه می گردد.
تجزیه پلیمر در فشار نزدیک به اتمسفر و دمای ٣۵٠ درجه سانتیگراد انجام می گیرد. هیدروکربن حاصل از تجزیه پلیمر از یک کندانسور آبی که دما به حدود ٢٠ درجه سانتیگراد کاهش می دهد عبور داده می شود و در این دما مواد حاصل از تجزیه پلیمر به صورت مایع جمع می شود که ۵٠ تا ٧٠ درصد وزنی مواد اولیه می باشد.
درصد وزنی تقریبی انواع سوخت های هیدرو کربنی در محصول بصورت زیر می باشد :
- بنزین %٢٠
- گازوئیل %۴٠
- ال پی جی %١٠
- مازوت %٣٠
تجهیزات مورد استفاده در خط بازیافت ضایعات پلاستیکی و تولید بنزین و گازوئیل :
- سیستم خرد کن پلاستیک
- سیستم پیش گرمکن خوراک
- سیستم حرارت دهی در دمای ثابت
- سیستم جذب HCL
- سیستم توزیع مواد اولیه
- سیستم احتراق پیوسته
- سیستم تصفیه گازهای خروجی
- سیستم کنترل پسماند
نتیجه گیری
با عنایت به مباحث فوق و ضرورت توسعه جهت تولید سوخت احداث واحدهای بازیافت و تبدیل ضایعات پلاستیک به بنزین و گازوئیل علاوه بر کمک به مسائل محیط زیستی می تواند در کنار توسعه پالایشگاه ها قسمتی از سوخت مورد نیاز کشور در آینده را تامین نماید. با عنایت به استعلامات مختلف از سازندگان تجهیزات ظرفیت ٢٠ تن در روز می تواند یک ظرفیت اقتصادی جهت اجرای این طرح باشد.