تولید سوخت توسط فرایند شکست حرارتی-کاتالیستی تایرهای فرسوده با استفاده از زئولیت‌های HY ،β وHZSM-5

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 دانشگاه بین المللی امام خمینی، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بویین زهرا

3 دانشگاه تربیت مدرس دانشکده مهندسی شیمی

10.22034/jfnc.2022.327897.1301

چکیده

افزایش تایرهای فرسوده و مستعمل، به یک معضل جدی در آلودگی محیط زیست تبدیل شده است. با افزایش وسایل نقلیه و رشد متوسط پیمایش هر خودرو، این آلودگی هر روز بیشتر می ­شود. انرژی گرمایی نهان در لاستیک‌ها، باعث شده است تا عملیات بازیافت آن‌ها برای از بین بردن مشکلات به وجود آمده در محیط زیست به یک رویکرد اقتصادی تبدیل شود و علاوه بر از بین بردن آثار مخرب ایجاد شده در محیط زیست، باعث کارآفرینی و سودآوری و تولید محصولات با ارزش شود. در این پژوهش، هدف برسی فرآیند پیرولیز دومرحله­ای گرمایی-کاتالیستی لاستیک‌های فرسوده بر روی کاتالیست‌های زئولیتی ZSM-5، Y وβ به‌منظور تولید سوخت مایع با کیفیت است. خصوصیات کاتالیست‌ها با استفاده از تکنیک‌های طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس (XRD)، آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز جذب-دفع نیتروژن مورد ارزیابی قرار گرفتند. عملکرد کاتالیست‌ها در آزمایش شکست کاتالیستی محصول مایع حاصل از پیرولیز گرمایی تایر، در مجاورت گاز نیتروژن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که زئولیت Y با بازده استحصال مایع 78/98 درصد وزنی عملکرد بهتری در فرآیند فوق نسبت به دو کاتالیست دیگر داشته است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Fuel Production through Thermo-Catalytic Cracking of Waste Tires Using HY, β and HZSM-5 zeolites

نویسندگان [English]

  • Farshid Jafari 1
  • Reza Khoshbin 2
  • Ramin Karimzadeh 3
1 Department of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Buin Zahra Higher Education Center of Engineering and Technology, Imam Khomeini International University , Qazvin, Iran.
3 Department of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The increase in waste and used tires has become a serious problem in environmental pollution. As vehicles increase and the average mileage of each vehicle increases, this pollution increases every day. Having a significant amount of thermal energy in tires has made their recycling very attractive to solve environmental problems, so that the recycling of waste tires not only has no harmful effects on the environment, but also the source of industrial development and economic profitability and processing and production of other products. In this research, the aim of this study is to investigate the two-stage heat-catalytic pyrolysis process of waste tires on ZSM-5, Y and β zeolite catalysts in order to produce quality of liquid fuel. The properties of the catalysts were evaluated using X-ray diffraction (XRD) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and nitrogen adsorption-desorption analysis. The performance of commercial catalysts in the catalytic cracking of liquid product resulting from thermal pyrolysis of waste tires in the presence of nitrogen gas was investigated. The results showed that zeolite Y with liquid yield of 78.91% by weight had better performance in the above process than the other two catalysts.
.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Waste tires
  • Two-stage pyrolysis
  • Zeolite
  • Catalytic cracking
  1. Martínez, J.D., N. Puy, R. Murillo, T. García, M.V. Navarro, et al., Waste tyre pyrolysis–A review. Renewable and sustainable energy reviews, 23, 2013: p. 179-213.
  2. Llompart, M., L. Sanchez-Prado, J.P. Lamas, C. Garcia-Jares, E. Roca, et al., Hazardous organic chemicals in rubber recycled tire playgrounds and pavers. Chemosphere, 90, 2013.(2): p. 423-431.
  3. Jaffar, M.M., M.A. Nahil, and P.T. Williams, Synthetic natural gas production from the three stage (i) pyrolysis (ii) catalytic steam reforming (iii) catalytic hydrogenation of waste biomass. Fuel Processing Technology, 208, 2020: p. 106515.
  4. Czajczyńska, D., R. Krzyżyńska, H. Jouhara, and N. Spencer, Use of pyrolytic gas from waste tire as a fuel: A review. Energy, 134, 2017: p. 1121-1131.
  5. Williams, P.T., Pyrolysis of waste tyres: a review. Waste management, 33, 2013.(8): p. 1714-1728.
  6. Miandad, R., M. Barakat, A.S. Aburiazaiza, M. Rehan, and A. Nizami, Catalytic pyrolysis of plastic waste: A review. Process Safety and Environmental Protection, 102, 2016: p. 822-838.
  7. Kumaran, K.T. and I. Sharma. Catalytic pyrolysis of plastic waste: A Review. in 2020 Advances in Science and Engineering Technology International Conferences (ASET). 2020. IEEE.
  8. Gläser, R. and J. Weitkamp, The application of zeolites in catalysis, in Basic Principles in Applied Catalysis. 2004, Springer. p. 159-212.
  9. Safari, S., R. Khoshbin, and R. Karimzadeh, Catalytic upgrading of heavy oil over mesoporous HZSM-5 zeolite in the presence of atmospheric oxygen flow. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, 129, 2020.(2): p. 941-962.
  10. Vu, X.H., U. Armbruster, and A. Martin, Micro/mesoporous zeolitic composites: Recent developments in synthesis and catalytic applications. Catalysts, 6, 2016.(12): p. 183.
  11. Guo, , N. Yan, L. Wang, and X. Zou, Database mining of zeolite structures. Crystal Growth & Design, 17, 2017.(12): p. 6821-6835.
  12. Li, W., C. Huang, D. Li, P. Huo, M. Wang, et al., Derived oil production by catalytic pyrolysis of scrap tires. Chinese Journal of Catalysis, 37, 2016.(4): p. 526-532.
  13. Olazar, M., R. Aguado, M. Arabiourrutia, G. Lopez, A. Barona, et al., Catalyst effect on the composition of tire pyrolysis products. Energy & Fuels, 22, 2008.(5): p. 2909-2916.
  14. Abbas-Abadi, M.S., The effect of process and structural parameters on the stability, thermo-mechanical and thermal degradation of polymers with hydrocarbon skeleton containing PE, PP, PS, PVC, NR, PBR and SBR. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 143, 2021.(4): p. 2867-288
  15. Sharuddin, S.D.A., F. Abnisa, W.M.A.W. Daud, and M.K. Aroua, A review on pyrolysis of plastic wastes. Energy conversion and management, 115, 2016: p. 308-326.
  16. Vichaphund, S., D. Aht-Ong, V. Sricharoenchaikul, and D. Atong, Effect of CV-ZSM-5, Ni-ZSM-5 and FA-ZSM-5 catalysts for selective aromatic formation from pyrolytic vapors of rubber wastes. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 124, 2017: p. 733-741.
  17. Kordoghli, S., B. Khiari, M. Paraschiv, F. Zagrouba, and M. Tazerout, Production of hydrogen and hydrogen-rich syngas during thermal catalytic supported cracking of waste tyres in a bench-scale fixed bed reactor. International Journal of Hydrogen Energy, 44, 2019.(22): p. 11289-11302.
  18. Boxiong, S., W. Chunfei, L. Cai, G. Binbin, and W. Rui, Pyrolysis of waste tyres: The influence of USY catalyst/tyre ratio on products. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 78, 2007.(2): p. 243-249.