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Tipo: Tese
Data do documento: 3-Abr-2023
Autor(es): COSTA, Augusto Fernando de Freitas
Afiliação do(s) Autor(es): UFPA - Universidade Federal do Pará
Primeiro(a) Orientador(a): MACHADO, Nélio Teixeira
Título: Estudo de processo de upgrading catalítico de vapores da pirólise de resíduos plásticos de equipamentos de informática em reator catalítico com carvão ativado impregnado com NaOH
Citar como: COSTA, Augusto Fernando de Freitas. Estudo de processo de upgrading catalítico de vapores da pirólise de resíduos plásticos de equipamentos de informática em reator catalítico com carvão ativado impregnado com NaOH. Orientador: Nélio Teixeira Machado. 2023. 138 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Universidade Federal do Pará, Instituto de Tecnologia, Belém, 2023. Disponível em:https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/15637 . Acesso em:.
Resumo: Este estudo investigou o craqueamento térmico e o upgrading (melhoramento) catalítico de vapores da pirólise de resíduos plásticos de equipamentos de informática em um reator em semi batelada acoplado a um leito fixo catalítico aquecido (craqueamento a vapor em 2 estágios). O catalisador utilizado foi cinza de Si-Al obtida a partir da ativação de pastilhas comerciais de carbono por meio de solução concentrada de NaOH e calcinação. O objetivo do estudo foi caracterizar o fluxo de resíduos por meio de termogravimetria (TG) e produtos de pirólise, estudar o efeito da temperatura (350 °C - 500 °C) e da quantidade de catalisador (0,0 % m/m – 7,5 % m/m) nos rendimentos de produtos de reação, propriedades físico-químicas e composição química do produto líquido orgânico, a fim de compreender e avaliar a produção de combustíveis e o upgrading catalítico a partir de resíduos plásticos usados como matérias-primas químicas. Amostras fracionadas foram coletadas em determinados tempos de reação (15 min, 30 min, 45 min e 60 min) para estudar a evolução das reações de craqueamento nos experimentos através da composição química dos produtos na análise do GC-MS. Trabalhos anteriores também foram comparados para mostrar semelhanças entre matérias-primas diferentes em unidades térmicas iguais à utilizada. Os resultados indicaram composição de acrilonitrila-butadieno-estireno bromado (ABS-Br), policarbonato (PC) e poliestireno de alto impacto (HIPS) para o resíduo plástico dos equipamentos de informática. À temperatura de 350 °C os resultados foram melhores quando se considera o índice de acidez, mas os rendimentos da fase líquida foram os menores (38 %) e os rendimentos da fase gasosa elevados (42 %). Os experimentos de upgrading catalítico revelaram o aumento da presença de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAH) com o aumento da viscosidade cinemática do produto líquido orgânico, o aumento do rendimento de carvão (de 11 % para 24 %) e a diminuição do rendimento de gases (de 15 % para 5 %). A composição química mostrou presença de hidrocarbonetos aromáticos como estireno, metil-estireno e difenil-propano, e de compostos nitrogenados como benzeno butano-nitrila, de compostos fenólicos, de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e de compostos bromados. A pirólise de resíduos plásticos de equipamentos de informática é desafiadora, devido à composição variável de contaminantes presentes e à avaliação da composição química de acordo com o tempo de reação, que fornece informações interessantes a respeito da evolução de experimentos de pirólise em semi-batelada/upgrading catalítico. A padronização e a reprodutibilidade do método devem ser conduzidas para continuar a avaliação da pirólise e o upgrading catalítico de uma ampla gama de matérias-primas.
Abstract: This study investigated thermal cracking and catalytic upgrading of plastic waste from computer equipment on a semi-batch reactor coupled to a heated catalyst fixed bed (2-stage vapor cracking). The catalyst used was a Si–Al ash obtained from commercial activated carbon pellets treated with concentrated NaOH solution and calcination. The purpose of the study was to characterize the waste stream through its thermogravimetry (TG) analysis and pyrolysis products, study the effect of temperature (350 - 500 °C) and catalyst quantity (0.0 - 7.5 wt%) on yields of reaction products, physical chemical properties, and chemical composition of organic liquid product in order to understand and evaluate production of fuels and chemical feedstock by recycling of plastic waste from computer equipment through catalytic upgrading. Time fractioned samples were taken in determined reaction times (15 min, 30 min, 45 min, and 60 min) to study the evolution of cracking reactions during experiment runs through changes to chemical composition (GC-MS). A comparison with other previous work was also presented to show similarities between different feedstocks using the same thermal unit. The results indicate composition of brominated acrylonitrile-butadiene-styrene (Br-ABS), polycarbonate (PC), and high impact polystyrene (HIPS) for the plastic waste from computer equipment. The temperature of 350 °C produced better results when considering acid value but presented lower liquid phase yields (38 %) and high gas phase yields (42 %). Catalytic upgrading experiments revealed the increased presence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) with an increase in kinematic viscosity of organic liquid product, increase in char yield (from 11 % to 24 %), and decrease in gas yields (15 % to 5 %). Chemical composition showed presence of aromatic hydrocarbons such as styrene, methyl-styrene, and diphenyl-propane and nitrogenated compounds such as benzene butane-nitrile, phenolic compounds, polycyclic aromatic hydrocarbons, and brominated compounds. Plastic waste from computer equipment pyrolysis is a challenging subject due to contaminant presence and varying composition, and chemical composition evaluation according to reaction time provides interesting insights into the evolution of semi-batch pyrolysis/catalytic upgrading experiments. Standardization and reproducibility of the tool should be conducted to continue the evaluation of pyrolysis and catalytic upgrading of a wide range of feedstocks.
Palavras-chave: Craqueamento térmico
Tempo de reação
Termogravimetria
Pirólise de ABS retardante de chrome
Thermal cracking
Reaction time
Thermogravimetry
Flame-retardant ABS pyrolysis
Área de Concentração: USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS
Linha de Pesquisa: ENGENHARIA DE PROCESSOS
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Fonte URI: Disponível via internet através do e-mail bibliotecaitec@ufpa.br
Fonte: 1 CD-ROM
Aparece nas coleções:Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC

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