Kapalný produkt pyrolýzy plastů, včetně plastů z elektroodpadu, má potenciál být využit jako surovina pro rafinérsko-petrochemický průmysl. Zásadním problémem je však přítomnost halogenů, které po pyrolýze plastů přecházejí do tzv. pyrolýzního oleje. Halogeny přítomné v pyrolýzním oleji způsobují jeho degradaci a korozi všech dotčených zařízení, včetně navazujících petrochemických technologií. V rámci této diplomové práce je zmíněná problematika řešena v souvislosti s pyrolýzou plastů z elektroodpadu, jež obecně obsahují velké množství chloru a bromu.
V první fázi této studie bylo provedeno několik sérií dehalogenačních experimentů s modelovou směsí obsahující 1,2-dichlorethan, 1,2-dibromethan, chlorbenzen a brombenzen. Experimenty probíhaly v průtočném reaktoru se speciálním ložem, které sloužilo k umístění dehalogenačního činidla. Použita byla činidla na bázi železa, hydroxidu vápenatého a hydrotalcitu CuMgAl. Na účinnost dehalogenace byl kromě vlivu dehalogenačních činidel sledován i vliv teploty (250, 350 a 450 °C). Výsledky dehalogenace z první fáze experimentů sloužily jako podklad pro realizaci druhé fáze experimentů, v níž byla studována pyrolýza plastů z elektroodpadu s tzv. on-line dehalogenací. Kombinací aplikace krokové pyrolýzy a působení vybraného dehalogenačního činidla Ca(OH)2, umístěného v loži o teplotě 450 °C, se podařilo dosáhnout snížení obsahu Cl na 9,8 ? 1,3 mg l-1 a Br na 80,3 ? 10,7 mg l-1. Výsledky odpovídají účinnosti dehalogenace 99,3 % v případě Cl a 96,5 % v případě Br.
Anotace v angličtině
The liquid product of pyrolysis of plastics, including plastics from electronic waste, has the potential to be used as a raw material for the refinery-petrochemical industry. However, a fundamental problem is the presence of halogens, which after the pyrolysis of plastics pass into the pyrolysis oil. Halogens present in pyrolysis oil cause its degradation and corrosion of all affected equipment, including subsequent petrochemical technologies. As part of this diploma thesis, the mentioned problem is solved in connection with the pyrolysis of plastics from electronic waste, which generally contain a large amount of chlorine and bromine.
In the first phase of this study, several series of dehalogenation experiments were performed with a model mixture containing 1,2-dichloroethane,
1,2-dibromoethane, chlorobenzene and bromobenzene. The experiments took place in a flow reactor with a special bed that served to place the dehalogenation agent. Agents based on iron, calcium hydroxide and CuMgAl hydrotalcite were used. Apart from their effect on dehalogenation efficiency, the effect of temperature (250, 350 and 450 °C) was also monitored. The dehalogenation results from the first phase of the experiments served as a basis for the realization of the second phase of the experiments, where the pyrolysis of plastics from electronic waste with
on-line dehalogenation was studied. By combining the application of stepwise pyrolysis and the action of the selected dehalogenation agent Ca(OH)2, placed in a bed at a temperature of 450 °C, it was possible to reduce the content of Cl to
9.8 ? 1.3 mg l-1 and Br to 80.3 ? 10.7 mg l-1. The results correspond to a dehalogenation efficiency of 99.3 % in the case of Cl and 96.5 % in the case of Br.
Klíčová slova
Pyrolýza, odpad z elektrických a elektronických zařízení, bromovaná zhášedla, dehalogenace, kroková pyrolýza.
Klíčová slova v angličtině
Pyrolysis, waste from electrical and electronic equipment (WEEE), brominated fire retardants (BFRs), dehalogenation, stepwise pyrolysis.
Rozsah průvodní práce
88 str. (+ 2 str. příloh)
Jazyk
CZ
Anotace
Kapalný produkt pyrolýzy plastů, včetně plastů z elektroodpadu, má potenciál být využit jako surovina pro rafinérsko-petrochemický průmysl. Zásadním problémem je však přítomnost halogenů, které po pyrolýze plastů přecházejí do tzv. pyrolýzního oleje. Halogeny přítomné v pyrolýzním oleji způsobují jeho degradaci a korozi všech dotčených zařízení, včetně navazujících petrochemických technologií. V rámci této diplomové práce je zmíněná problematika řešena v souvislosti s pyrolýzou plastů z elektroodpadu, jež obecně obsahují velké množství chloru a bromu.
V první fázi této studie bylo provedeno několik sérií dehalogenačních experimentů s modelovou směsí obsahující 1,2-dichlorethan, 1,2-dibromethan, chlorbenzen a brombenzen. Experimenty probíhaly v průtočném reaktoru se speciálním ložem, které sloužilo k umístění dehalogenačního činidla. Použita byla činidla na bázi železa, hydroxidu vápenatého a hydrotalcitu CuMgAl. Na účinnost dehalogenace byl kromě vlivu dehalogenačních činidel sledován i vliv teploty (250, 350 a 450 °C). Výsledky dehalogenace z první fáze experimentů sloužily jako podklad pro realizaci druhé fáze experimentů, v níž byla studována pyrolýza plastů z elektroodpadu s tzv. on-line dehalogenací. Kombinací aplikace krokové pyrolýzy a působení vybraného dehalogenačního činidla Ca(OH)2, umístěného v loži o teplotě 450 °C, se podařilo dosáhnout snížení obsahu Cl na 9,8 ? 1,3 mg l-1 a Br na 80,3 ? 10,7 mg l-1. Výsledky odpovídají účinnosti dehalogenace 99,3 % v případě Cl a 96,5 % v případě Br.
Anotace v angličtině
The liquid product of pyrolysis of plastics, including plastics from electronic waste, has the potential to be used as a raw material for the refinery-petrochemical industry. However, a fundamental problem is the presence of halogens, which after the pyrolysis of plastics pass into the pyrolysis oil. Halogens present in pyrolysis oil cause its degradation and corrosion of all affected equipment, including subsequent petrochemical technologies. As part of this diploma thesis, the mentioned problem is solved in connection with the pyrolysis of plastics from electronic waste, which generally contain a large amount of chlorine and bromine.
In the first phase of this study, several series of dehalogenation experiments were performed with a model mixture containing 1,2-dichloroethane,
1,2-dibromoethane, chlorobenzene and bromobenzene. The experiments took place in a flow reactor with a special bed that served to place the dehalogenation agent. Agents based on iron, calcium hydroxide and CuMgAl hydrotalcite were used. Apart from their effect on dehalogenation efficiency, the effect of temperature (250, 350 and 450 °C) was also monitored. The dehalogenation results from the first phase of the experiments served as a basis for the realization of the second phase of the experiments, where the pyrolysis of plastics from electronic waste with
on-line dehalogenation was studied. By combining the application of stepwise pyrolysis and the action of the selected dehalogenation agent Ca(OH)2, placed in a bed at a temperature of 450 °C, it was possible to reduce the content of Cl to
9.8 ? 1.3 mg l-1 and Br to 80.3 ? 10.7 mg l-1. The results correspond to a dehalogenation efficiency of 99.3 % in the case of Cl and 96.5 % in the case of Br.
Klíčová slova
Pyrolýza, odpad z elektrických a elektronických zařízení, bromovaná zhášedla, dehalogenace, kroková pyrolýza.
Klíčová slova v angličtině
Pyrolysis, waste from electrical and electronic equipment (WEEE), brominated fire retardants (BFRs), dehalogenation, stepwise pyrolysis.
Zásady pro vypracování
Moderní plasty a reaktoplasty jsou dnes nedílnou součástí elektronických součástek a zařízení. Tvoří tak nezanedbatelný podíl odpadů po ukončení jejich životního cyklu. Přitom je známo, že právě plasty z elektroniky jsou skupinou materiálů, jejichž recyklace je často obtížná, jelikož obsahují řadu speciálních aditiv. Významnou skupinu těchto chemikálií tvoří retardéry hoření, dnes nejčastěji na bázi sloučenin bromu a chloru.
Pyrolýza je jednou z možností, jak tento odpad recyklovat, a získat tak kapalný produkt pro další využití. Při termickém rozkladu ovšem dochází k tvorbě HBr, HCl a halogenovaných uhlovodíků, jejichž přítomnost v kapalném produktu komplikuje jeho úpravu v navazujících technologiích.
Práce se proto bude zabývat postupy eliminace těchto sloučenin. Předmětem teoretické části bude literární rešerše shrnující problematiku pyrolýzy plastů s obsahem halogenů a možnosti jejich odstranění. V experimentální části bude nejprve provedena pyrolýza elektroodpadu a analýza jednotlivých produktů. Zjištěné složení a obsah halogenů budou zohledněny při návrhu modelové směsi, na kterou budou aplikovány vybrané dehalogenační metody navržené na základě rešerše. Nakonec bude vybraný postup aplikován také na reálný kapalný produkt z pyrolýzy elektroodpadu.
Zásady pro vypracování
Moderní plasty a reaktoplasty jsou dnes nedílnou součástí elektronických součástek a zařízení. Tvoří tak nezanedbatelný podíl odpadů po ukončení jejich životního cyklu. Přitom je známo, že právě plasty z elektroniky jsou skupinou materiálů, jejichž recyklace je často obtížná, jelikož obsahují řadu speciálních aditiv. Významnou skupinu těchto chemikálií tvoří retardéry hoření, dnes nejčastěji na bázi sloučenin bromu a chloru.
Pyrolýza je jednou z možností, jak tento odpad recyklovat, a získat tak kapalný produkt pro další využití. Při termickém rozkladu ovšem dochází k tvorbě HBr, HCl a halogenovaných uhlovodíků, jejichž přítomnost v kapalném produktu komplikuje jeho úpravu v navazujících technologiích.
Práce se proto bude zabývat postupy eliminace těchto sloučenin. Předmětem teoretické části bude literární rešerše shrnující problematiku pyrolýzy plastů s obsahem halogenů a možnosti jejich odstranění. V experimentální části bude nejprve provedena pyrolýza elektroodpadu a analýza jednotlivých produktů. Zjištěné složení a obsah halogenů budou zohledněny při návrhu modelové směsi, na kterou budou aplikovány vybrané dehalogenační metody navržené na základě rešerše. Nakonec bude vybraný postup aplikován také na reálný kapalný produkt z pyrolýzy elektroodpadu.
Seznam doporučené literatury
ALTARAWNEH, Mohammednoor, et al. Thermal decomposition of brominated flame retardants (BFRs): Products and mechanisms. Progress in Energy and Combustion Science, 2019, 70: 212-259.
GAO, Ruitong; XU, Zhenming. Pyrolysis and utilization of nonmetal materials in waste printed circuit boards: debromination pyrolysis, temperature-controlled condensation, and synthesis of oil-based resin. Journal of hazardous materials, 2019, 364: 1-10.
YANG, Xiaoning, et al. Pyrolysis and dehalogenation of plastics from waste electrical and electronic equipment (WEEE): A review. Waste management, 2013, 33.2: 462-473.
HORNUNG, A., et al. Detoxification of brominated pyrolysis oils. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2003, 70.2: 723-733.
BHASKAR, Thallada, et al. Pyrolysis studies of PP/PE/PS/PVC/HIPS-Br plastics mixed with PET and dehalogenation (Br, Cl) of the liquid products. Journal of analytical and applied pyrolysis, 2004, 72.1: 27-33.
Seznam doporučené literatury
ALTARAWNEH, Mohammednoor, et al. Thermal decomposition of brominated flame retardants (BFRs): Products and mechanisms. Progress in Energy and Combustion Science, 2019, 70: 212-259.
GAO, Ruitong; XU, Zhenming. Pyrolysis and utilization of nonmetal materials in waste printed circuit boards: debromination pyrolysis, temperature-controlled condensation, and synthesis of oil-based resin. Journal of hazardous materials, 2019, 364: 1-10.
YANG, Xiaoning, et al. Pyrolysis and dehalogenation of plastics from waste electrical and electronic equipment (WEEE): A review. Waste management, 2013, 33.2: 462-473.
HORNUNG, A., et al. Detoxification of brominated pyrolysis oils. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2003, 70.2: 723-733.
BHASKAR, Thallada, et al. Pyrolysis studies of PP/PE/PS/PVC/HIPS-Br plastics mixed with PET and dehalogenation (Br, Cl) of the liquid products. Journal of analytical and applied pyrolysis, 2004, 72.1: 27-33.