اساتید راهنما

دکتر مهدی نکومنش حقیقی

دکتر حسین عابدینی

استاد مشاور: دکتر مهرداد سیفعلی

زمستان 1392

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

• فهرست مطالب

عنوان                                                 صفحه
چکیده………………………1
فصل اول            2
1-1    مقدمه      2
1-2    آمارپسماند. 3
1-3    روش­های حذف پسماند. 3
1-3-1   روش دفن زباله. 3
1-3-2   روش سوزاندن پسماند. 4
1-3-3   تبدیل پسماند به کمپوست… 4
1-3-4   بازیافت    4
1-3-5   پیرولیز. 5
فصل دوم :مروری بر مطالعات انجام شده. 6
2-1    طبقه بندی پلیمرها 6
2-1-1   الاستومرها 6
2-1-2   پلاستیک­ها 10
2-1-3     شکست پلی اتیلن.. 13
2-2    انواع تخریب    13
2-3    پیرولیز پلاستیک­ها و رابرها 14
2-4-1     محصولات جانبی پیرولیز. 15
2-5    آزمون­های مورد استفاده در پیرولیز. 16
2-5-1   گرماوزن سنجی حاصل از پیرولیز تایرهای ضایعاتی با سرعت حرارت دهی بالا.. 16
2-5-1   بررسی نمودارهای گرما وزن سنجی.. 17
2-6    کاتالیست­های مورد استفاده در پیرولیز. 21
2-6-1   کاتالیست غربال مولکولی   21
2-6-2   مقدار کاتالیست… 23
2-7    سرعت همزن. 27
2-8      پارامترهای فرآیندی مؤثر بر پدیده پیرولیز پلی الفین ها 28
2-8-1   تأثیر دما برروی فرآیند پیرولیز. 28
2-8-2   تأثیر کاتالیست برروی فرآیند پیرولیز. 32
2-8-3   تأثیر گازهای حامل بر فرآیند پیرولیز. 36
2-8-4   تأثیر سرعت همزن بر روی فرآیند پیرولیز. 38
2-9    چند مثال مختلف از پیرولیز. 40
فصل سوم: مواد و روش­ها 42
3-1    روش­های آزمون. 42
3-1-1  روش انجام آزمون پیرولیز. 42
3-1-2   روش انجام آزمون با استفاده از دستگاه گرماوزن سنجی 43
3-1-3  دستگاه کروماتوگرافی گازی.. 44
3-2    مواد آزمون. 44
3-2-1   استایرن بوتادین رابر. 44
3-2-2   پلی بوتادین رابر. 45
3-2-5   کاتالیست H-Mordenite. 47
3-2-6   کاتالیست  HZSM-5. 47
3-2-7   پلی اتیلن سنگین.. 48
فصل چهارم: تحلیل نتایج و بحث   ……….. 49
4-1    مقدمه      49
4-2    پیرولیز پلی اتیلن سنگین   49
4-2-1   پیرولیز حرارتی  پلی اتیلن سنگین.. 50
4-2-2   پیرولیز کاتالیستی پلی اتیلن سنگین.. 50
4-3    پیرولیز پلی پروپیلن.. 55
4-3-1   پیرولیز حرارتی پلی پروپیلن.. 55
4-3-2   پیرولیز کاتالیستی پلی پروپیلن.. 56
4-4    پیرولیز پلی بوتادین رابر. 60
4-4-1   پیرولیز حرارتی پلی بوتادین رابر. 60
4-4-2   پیرولیز کاتالیستی پلی بوتادین رابر. 60
4-4-3   تأثیر درصدکاتالیست FCC بر پیرولیز پلی بوتادین رابر. 66
4-4-4   بررسی روند تغییرات دما طی فرآیند پیرولیز پلی بوتادین رابر. 69
4-5    پیرولیز استایرن بوتادین رابر. 71
4-5-1   پیرولیز حرارتی استایرن بوتادین رابر. 71
4-5-2   پیرولیز کاتالیستی استایرن بوتادین رابر. 72
4-5-3   بررسی تأثیر درصد کاتالیست FCC بر پیرولیز استایرن بوتادین رابر. 76
4-7     نتایج آزمون گرما وزن سنجی.. 84
4-7-1   بررسی تخریب پلی بوتادین رابر با استفاده از گرما وزن سنجی.. 84
4-7-2   بررسی تخریب استایرن بوتادین رابر با استفاده از گرما وزن سنجی.. 90
فصل 5 : نتیجه گیری و پیشنهادات    93

5-1    نتایج        93
5-2    پیشنهادات    96
ضمائم      97
مراجع    121
فهرست اشکال
شکل ‎1‑1 شکل درصد پسماندهای تولیدی در انگلیس. 3
شکل ‏2‑1 مقایسه­ی منحنی­های گرما وزن سنجی برای پیرولیز حرارتی و کاتالیستی پلی پروپیلن با سرعت حرارت دهی K/min10،تحت گاز نیتروژن 17
شکل ‏2‑2 منحنی های کاهش وزن تخریب پلی پروپیلن با کاتالیست FCC در سرعت های حرارت دهی مختلف 18
شکل ‏2‑3 منحنی های کاهش وزن تخریب پلی پروپیلن با کاتالیست FCC و کاتالیست های بازیابی شده 19
شکل ‏2‑4 منحنی های کاهش وزن TG در تخریب پلی پروپیلن با کاتالیست FCC و کاتالیست های کک­دار شده 20
شکل ‏2‑5  منحنی گرما وزن سنجی  در تخریب الاستومرNR/SBR با سرعت حرارت دهی 40 درجه سانتی گراد بر دقیقه 21
شکل ‏2‑6 درصد محصول مایع حاصل از پیرولیز حرارتی و کاتالیستی پلی اتیلن سنگین با کاتالیست FCC (خط ممتد:کاتالیستی، خط­چین: حرارتی و در دمای مربع: 400 درجه­ی سانتیگراد، دایره: 430 درجه­ی سانتیگراد)…………………………………………………………………………………………………………………………25
شکل ‏2‑7  درصد ترکیبات مختلف در محصول پیرولیز حرارتی پلی اتیلن سنگین در دمای 430 درجه­ی سانتیگراد 26
شکل ‏2‑8  درصد ترکیبات مختلف در محصول پیرولیز کاتالیستی پلی اتیلن سنگین با کاتالیست FCC در دمای 430 درجه­ی سانتیگراد 27
شکل ‏2‑9 مقایسه هیدروکربن­های حاصل از تخریب کاتالیستی ترکیب پلاستیک­های پرمصرف به عنوان تابعی از زمان در دماهای مختلف و با کاتالیست  FCC. 29
شکل ‏2‑10 تأثیر دما بر روی ترکیب درصد محصولات پیرولیزپلی اتیلن سنگین 32
شکل ‏2‑11 مقایسه هیدروکربن­های حاصل از تخریب کاتالیستی ترکیب پلاستیک­های پرمصرف به عنوان تابعی از زمان در دمای 390 درجه سانتیگراد و با کاتالیست­های مختلف… 35
شکل ‏2‑12 بازده محصول مایع حاصل از تخریب کاتالیستی پسماندهای پلاستیکی مختلف با کاتالیست FCC در دمای 400 درجه سانتیگراد 36
شکل ‏2‑13 فرآیند پیرولیز LDPE(Miskokzi) 40
شکل ‏3‑1 سیستم آزمایشگاهی پیرولیز 43
شکل ‏4‑2  تنوع ترکیبات موجود در محصول مایع حاصل از پیرولیز پلی بوتادین رابر با 15 درصد از کاتالیست­های مختلف. 64
شکل ‏4‑3 توزیع محصول مایع از نظر تعدادکربن، درصد محصولات در گستره­ی بنزین حاصل از پیرولیز پلی بوتادین رابر باکاتالیست­های مختلف. 65
شکل ‏4‑4 توزیع ترکیبات مختلف در محصول مایع حاصل از پیرولیز پلی بوتادین رابر با درصدهای مختلف از کاتالیست FCC. 68
شکل ‏4‑5  مقایسه­ی میزان محصول مایع خروجی بر حسب زمان و دما در پیرولیز PBR  با کاتالیست FCC. 71
شکل ‏4‑6  توزیع ترکیبات مختلف در محصول مایع حاصل از پیرولیز استایرن بوتادین رابر با 15 درصد از کاتالیست­های مختلف. 75
شکل ‏4‑7  توزیع محصول مایع از نظر تعدادکربن ودرصد محصولات در گستره­ی بنزین حاصل از پیرولیز استایرن بوتادین رابر با کاتالیست­های مختلف. 76
شکل ‏4‑8 میزان محصول مایع خروجی بر حسب زمان و دما در پیرولیز SBR  با کاتالیست FCC.. 79
شکل ‏4‑9 مقدار محصول مایع خروجی در پیرولیز پلیمرهای مختلف با کاتالیست FCC در شرایط مناسب. 80
شکل ‏4‑10 مقدار محصول مایع خروجی در پیرولیز پلیمرهای مختلف با کاتالیستHZSM-5. 81
شکل ‏4‑11 مقدار محصول مایع  خروجی حاصل از پیرولیز پلیمرهای مختلف با کاتالیست H-Mordenite. 83
شکل ‏4‑12  نمودار کاهش وزن پلی بوتادین رابر در سرعت­های حرارت دهی مختلف. Error! Bookmark not defined.
شکل ‏4‑13 نمودار تخریب حرارتی نمونه­ی H26 در سرعت­های 15، 30 و45 درجه­ی سانتیگراد بر دقیقه. 88
شکل ‏4‑14 نمودار تخریب حرارتی نمونه­ی H33 در سرعت­های 15، 30 و45 درجه­ی سانتیگراد بر دقیقه. 88
شکل ‏4‑15  نمودار تخریب حرارتی نمونه­ی H39 در سرعت­های 15، 30 و45 درجه­ی سانتیگراد بر دقیقه. 89
شکل ‏4‑16  نمودار تخریب حرارتی نمونه­ی H47 در سرعت­های 15، 30 و45 درجه­ی سانتیگراد بر دقیقه. 89
شکل ‏4‑17  نمودار تخریب حرارتی پلی بوتادین رابر و نمونه­های پخت شده­ی آن در سرعت 15 درجه­ی سانتیگراد بر دقیقه. 90

یک مطلب دیگر :

شکل ‏4‑18 نمودار تخریب حرارتی نمونه­ی SBR در سرعت­های 15، 30 و45 درجه­ی سانتیگراد بر دقیقه. 91
فهرست جداول
جدول ‏2‑1  انواع فرایند تبدیل پلیمرها به کوچک مولکول­ها 14
جدول ‏2‑2  درصد آروماتیک موجود در جزء  مایع حاصل از شکست مخلوط پلی الفینی در ˚C400 تحت کاتالیست HZSM-5 و در نسبت­های متفاوت پلیمر به کاتالیست… 24
جدول ‏2‑3  درصد محصولات حاصل از تخریب پلی اتیلن سنگین در 430 درجهی سانتیگراد. 24
جدول ‏2‑4  محصولات و شرایط پیرولیز پلی الفین­ها. 31
جدول ‏2‑5  اثر کاتالیست FCC روی پیرولیز در پنج درصد متفاوت از صفر تا 60 درصد کاتالیست نسبت به پلیمرپلی اتیلن سنگین در دمای  C˚450 و با سرعت همزن RPM50. 34
جدول ‏2‑6  تأثیر گازهای حامل مختلف بر روی محصولات پیرولیز پلی اتیلن سبک خطی  در دمای 450 درجه سانتی گراد و با کاتالیست FCC. 37
جدول ‏2‑7  جدول تأثیر همزن بر روی محصولات پیرولیز پلی اتیلن سبک خطی 39
جدول ‏3‑1 مشخصات استایرن بوتادین رابر. 45
جدول ‏3‑2 مشخصات پلی بوتادین رابر. 46
جدول ‏3‑3 مشخصات پلی پروپیلن. 46
جدول ‏3‑4  مشخصات کاتالیست FCC مورد استفاده. 47
جدول ‏3‑5  نتایج آزمون  BET كاتالیست­های تجاری استفاده شده. 47
جدول ‏3‑6  مشخصات پلی اتیلن سنگین استفاده شده. 48
جدول ‏4‑1  درصد محصولات پیرولیز حرارتی وکاتالیستی  پلی اتیلن سنگین در آزمایش­های مختلف. 51
جدول ‏4‑2  توزیع ترکیبات مختلف در محصول مایع حاصل از پیرولیز پلی اتیلن سنگین با 15 درصد از کاتالیست FCC و HZSM-5. 53
جدول ‏4‑3  توزیع محصول مایع از نظر تعدادکربن، درصد محصولات در گستره­ی بنزین حاصل از پیرولیز پلی اتیلن سنگین با کاتالیست­های FCC و HZSM-5. 54
جدول ‏4‑4  درصد محصولات پیرولیز حرارتی و کاتالیستی پلی پروپیلن در آزمایش­های مختلف. 56
جدول ‏4‑5 توزیع ترکیبات مختلف در محصول مایع حاصل از پیرولیز پلی پروپیلن با 15 درصد از کاتالیست­های FCC وHZSM-5. 58
جدول ‏4‑6 توزیع محصول مایع از نظر تعدادکربن، درصد محصولات در گستره­ی بنزین حاصل از پیرولیز پلی پروپیلن با کاتالیست­های FCC و HZSM-5. 59
جدول ‏4‑7  درصد محصولات پیرولیز حرارتی و کاتالیستی پلی بوتادین رابر در آزمایش­های مختلف. 61
جدول ‏4‑8  تنوع ترکیبات موجود در محصول مایع حاصل از پیرولیز پلی بوتادین رابر با 15 درصد از کاتالیست­های مختلف. 63
جدول ‏4‑9 توزیع محصول مایع از نظر تعدادکربن، درصد محصولات در گستره­ی بنزین حاصل از پیرولیز پلی بوتادین رابر باکاتالیست­های مختلف. 65
جدول ‏4‑10 تأثیر مقدار کاتالیست  FCC بر پیرولیز پلی بوتادین رابر. 66
جدول ‏4‑11 توزیع ترکیبات مختلف در محصول مایع حاصل از پیرولیز پلی بوتادین رابر با درصدهای مختلف از کاتالیست FCC. 67
جدول ‏4‑12 توزیع محصول مایع از نظر تعدادکربن ودرصد محصولات در گستره­ی بنزین حاصل از پیرولیز پلی بوتادین رابر با درصدهای مختلف از کاتالیست FCC. 68
جدول ‏4‑13 روند تغییرات دما و میزان محصول مایع خروجی طی فرآیند پیرولیز پلی بوتادین رابر. 69
جدول ‏4‑14  درصد محصولات پیرولیز حرارتی و کاتالیستی استایرن بوتادین رابر در آزمایش­های مختلف. 72
جدول ‏4‑15 توزیع ترکیبات مختلف در محصول مایع حاصل از پیرولیز استایرن بوتادین رابر با 15 درصد از کاتالیست­های مختلف. 74
جدول ‏4‑16 توزیع محصول مایع از نظر تعدادکربن ودرصد محصولات در گستره­ی بنزین حاصل از پیرولیز استایرن بوتادین رابر با کاتالیست­های مختلف. 76
جدول ‏4‑17 تأثیر درصد کاتالیست FCC بر پیرولیز استایرن بوتادین رابر. 77
جدول ‏4‑18 روند تغییرات دما و میزان محصول مایع طی فرآیند پیرولیز استایرن بوتادین رابر. 78
جدول ‏4‑19  اختلاف دمای T₃ و T₉₇ در تخریب پلی بوتادین رابر با سرعت­های حرارت دهی مختلف. 86
جدول ‏4‑20 مکانیسم­های شکست پلی بوتادین رابر در سه مرحله­ی شروع، رشد و اختتام برای سرعت­های مختلف. 86
جدول ‏4‑21 سیستم پخت نمونه­های پلی­بوتادین رابر با درصدهای مختلف شتاب دهنده­یTMTD. 8

چکیده

در این پژوهش پیرولیز حرارتی و کاتالیستی چهار نوع پلیمر از قبیل دو پلاستیک پلی اتیلن سنگین و پلی پروپیلن و دو لاستیک استایرن بوتادین رابر و پلی بوتادین رابر در راکتور نیمه پیوسته­ی همزن­دار و تحت گاز نیتروژن و با استفاده از کاتالیست­های HZSM-5 ، FCC و H-Mordenite بررسی شده است. در این مطالعه تنها بررسی میزان محصول مایع حاصل از پیرولیز و ترکیب آن مدنظر بوده است و از ارزیابی اجزای محصول گازی و کک صرفنظر شده است. درصد کاتالیست انتخابی برای پیرولیز پلاستیک­ها، با توجه به مقدار بهینه­ی بدست آمده در کارهای قبلی، 15 درصد انتخاب شده است. در انجام پیرولیز هر کدام از پلیمرها با انجام چندین مرحله بهینه­سازی روی راکتور، میزان محصول مایع افزایش یافت. با توجه به بررسی­های انجام شده، در میان سه کاتالیست استفاده شده، کاتالیست FCC بیشترین محصول مایع را تولید می­کند و کاتالیست HZSM-5 به دلیل اندازه حفرات ریز، عمده­ی محصول را به صورت گاز آزاد ­می­کند. با انجام آزمون کروماتوگرافی گازی، درصد اجزای محصول مایع، آروماتیک، الفین، پارافین و نفتن موجود در محصول بدست آمد و همچنین اجزای محصول مایع بر اساس تعداد کربن نیز حاصل گردید. نتایج آزمون کروماتوگرافی گازی نشان می­دهد که درصد قابل توجهی از محصول در پیرولیز با کاتالیست FCC را الفین­ها تشکیل می­دهند.
با بررسی پیرولیز حرارتی و کاتالیستی پلی بوتادین رابر با استفاده از سه کاتالیست مذکور، این نتیجه حاصل شد که پیرولیز کاتالیستی با 45 درصد کاتالیست FCC بیشترین محصول مایع را می­دهد. همچنین با توجه به داده­های آزمون کروماتوگرافی گازی، با افزایش میزان کاتالیست به دلیل احتمال بیشتر وقوع واکنش­های دیلز آلدر، جزء آروماتیکی محصول مایع نسبت به اجزای دیگر نفتن، پارافین و الفین، افزایش می­یابد و از طرف دیگر نیز به دلیل شکست بیشتر، از نظر تعداد کربن به سمت اجزای سبک­تر میل می­کند.
با ارزیابی روند خروج محصول مایع با دما و رسم نمودار آن، این مطلب منتج گردید که در پیرولیز لاستیک­ها (پلی بوتادین رابر و استایرن بوتادین رابر) به دلیل وجود پیوندهای دوگانه­ی فراوان در ساختارشان و ایجاد رادیکال­های زیاد در حین پیرولیز، یک فرآیند پیرولیز چند مرحله­ای خواهد بود و بر خلاف  پیرولیز پلاستیک­ها، محصول مایع هیدروکربنی به صورت مجزا و در چند مرحله خارج می­گردد .روند تغییرات دما در پیرولیز لاستیک­ها نیز به صورت افزایشی و کاهشی است.
در ادامه با بررسی درصدهای مختلف از کاتالیست FCC، این که میزان 45 درصد کاتالیست میزان بهینه­ی کاتالیست در پیرولیز استایرن بوتادین رابر است، نتیجه­گیری شد. با انجام آزمون گرما وزن سنجی در پنج سرعت 5، 15، 30، 45 و 90 درجه­ی سانتی­گراد بر دقیقه برای پلی بوتادین رابر و بررسی نمودارهای کاهش وزن با دما، این مطلب حاصل شد که تخریب پلی بوتادین رابر حاکی از ارتباط تخریب با درصد شبکه­ای شدن لاستیک در حین فرآیند است. در واقع تفاوت موجود بین نمودارهای مذکور نتیجه­ی رقابت بین این دو مکانیسم است. هرچه سرعت حرارت­دهی پایین­تر باشد زنجیرها فرصت ایجاد شبکه­های عرضی را دارند و مکانیسم شبکه­ای شدن غالب است. با افزایش دما شبکه­های تشکیل شده در حین فرآیند شکسته شده و شیب کاهش وزن افزایش می­یابد. اما در سرعت 90 درجه­ی سانتی­گراد بر دقیقه که روند آن با دیگر سرعت­ها کاملا متفاوت است، رادیکال­ها به دلیل سرعت و انرژی بالایی که دارند راحت­تر حرکت کرده و تخریب کلی ساختار را  امکان­پذیر می­سازند.