Kinetic Study of Thermal Pyrolysis of Polypropylene Waste from North Refineries Company

مروان ابراهيم حمد; نهى صخي كريم; صبا عدنان غني

doi:10.52716/jprs.v15i3.958

المؤلفون

مروان ابراهيم حمد وزارة النفط، شركة نفط الشمال
نهى صخي كريم جامعة تكريت، كلية الهندسة
صبا عدنان غني جامعة تكريت، كلية الهندسة

DOI:

https://doi.org/10.52716/jprs.v15i3.958

الكلمات المفتاحية:

Thermal pyrolysis, Waste Plastics, Kinetics, Green fuel.

الملخص

عملية الانحلال الحراري هي تحلل حراري للنفايات البلاستيكية في غياب الأكسجين عند درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى تحلل المادة لتكوين خليط من الغازات والسوائل وبعض المخلفات الصلبة. من أجل دراسة نمط التحلل الذي يحدث في المواد البلاستيكية عند تعرضها لظروف التفاعل التي يمكن استخدامها للانحلال الحراري أجريت دراسات تحليل الجاذبية الحرارية. ونتيجة لذلك، تم إجراء تحليل TGA عند درجة حرارة تفاعل تبلغ 900 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة بتدفق النيتروجين. كان الهدف من التجربة هو التنبؤ بانخفاض وزن البلاستيك بالنسبة للوقت ودرجة الحرارة. تضمنت العملية تسخين حوالي 10 ملجم من البولي بروبيلين (في جو من النيتروجين) بمعدل 5 درجات مئوية على الأقل إلى درجة حرارة نهائية قدرها 900 درجة مئوية. تم ابقاء العينة لمدة ثلاثين دقيقة عند درجة الحرارة المذكورة. الهدف من هذا البحث هو بناء نموذج حراري من مادة البولي بروبيلين لإنتاج البنزين الأخضر. في العمل الحالي، تم تطوير نموذج حركي للتحلل الحراري للنفايات البلاستيكية المصنوعة من مادة البولي بروبيلين التابعة لشركة مصافي الشمال من خلال بيانات TGA التي تم الحصول عليها في ظروف غير منتظمة الحرارة. تم ربط بيانات TGA مع معادلة أرينيوس لإيجاد حركية التحلل الحراري. تم فحص نماذج مختلفة لمعرفة النموذج الأنسب الذي يناسب حركية التحلل الحراري وتبين أن نموذج كوتس-ردفيرن هو الذي يناسب آلية التحلل الحراري للنفايات. كانت طاقة التنشيط المتوقعة والعامل الأسي الذي تم الحصول عليه من تحليل البيانات الحركية بناءً على نموذج كوتس-ريدرسن مساوي لـ 128.74 كيلو جول / مول و 2.603. تشير قيمة طاقة التنشيط للبولي بروبيلين الى انها ضمن القيم المتوسطة لطاقة التنشيط في الأدبيات الأخرى وذلك بالاتفاق مع تقارير الأدبيات المماثلة الأخرى.

المراجع

A. Fivga, and I. Dimitriou, "Pyrolysis of plastic waste for the production of heavy fuel substitute: A techno-economic assessment", Energy, vol. 149, pp. 865-74, 2018. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.02.094.

R. Miandad, M. A. Barakat, A. S. Aburiazaiza, M. Rehan M, and A. Nizami, "Catalytic pyrolysis of plastic waste: A review", Process Safety and Environmental Protection, vol. 102, pp. 822-838, 2016. https://doi.org/10.1016/j.psep.2016.06.022.

R. Pawar Harshal, and M. Lawankar Shailendra, "Waste plastic pyrolysis oil alternative fuel for CI engine–A review", Research Journal of Engineering Sciences, vol. 2, no. 2, pp. 26-30, 2013.

A. Hornung, and E. Schröder, "Production of Biochar and Activated Carbon via Intermediate Pyrolysis–Recent Studies for Non‐Woody Biomass", Transformation of Biomass: Theory to Practice, pp. 321-338, 2014. https://doi.org/10.1002/9781118693643.ch17.

V. Chhabra, Y. Shastri, and S. Bhattacharya, "Kinetics of pyrolysis of mixed municipal solid waste-a review", Procedia Environmental Sciences, vol. 35, pp. 513-527, 2016. https://doi.org/10.1016/j.proenv.2016.07.036.

U. Hujuri, A. K. Ghoshal, and S. Gumma, "Temperature‐dependent pyrolytic product evolution profile for polypropylene", Journal of Applied Polymer Science, vol. 119, no. 4, pp. 2318-2325, 2011. https://doi.org/10.1002/app.32904.

C. Xing, G. Yang, M. Wu, R. Yang, L. Tan, P. Zhu, Q. Wei, J. Li, J. Mao, Y. Yoneyama, and N. Tsubaki, "Hierarchical zeolite Y supported cobalt bifunctional catalyst for facilely tuning the product distribution of Fischer–Tropsch synthesis", Fuel, vol. 148, pp. 48-57, 2015. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.01.040.

S. H. Gebre, M. G. Sendeku, and M. Bahri, "Recent Trends in the Pyrolysis of Non-Degradable Waste Plastics", ChemistryOpen, vol. 10, no. 12, pp. 1202-1226, 2021. https://doi.org/10.1002/open.202100184.

R. Liu, G. Liu, B. Yousaf, Z. Niu, and Q. Abbas, "Novel investigation of pyrolysis mechanisms and kinetics for functional groups in biomass matrix", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 153, p. 111761, 2022. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111761.

G. Su, H. C. Ong, M. Mofijur, T. M. I. Mahlia, and Y. S. Ok, "Pyrolysis of waste oils for the production of biofuels: A critical review", Journal of Hazardous Materials, vol. 424, part B, p. 127396, 2022. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127396.

P. Luu, K. Daly, B. Croke, G. Sherwin, and B. Miñana, "Transitioning to a Circular System for Plastics", Assessing Molecular Recycling Technologies in the United States and Canada, Closed Loop Partners: New York, NY, USA, 2021.

P. Parthasarathy, K. N. Sheeba, "Generation of fuel char through biomass slow pyrolysis", Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, vol. 39, no. 6, pp. 599-605, 2017. https://doi.org/10.1080/15567036.2016.1248799.

L. Arribas, N. Arconada, C. González-Fernández, C. Löhrl, J. González-Aguilar, M. Kaltschmitt, and M. Romero, "Solar-driven pyrolysis and gasification of low-grade carbonaceous materials", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 42, no. 19, pp. 13598-13606, 2017. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.02.026.

P. Parthasarathy, T. Al-Ansari, H. R. Mackey, K. S. Narayanan, and G. McKay, "A review on prominent animal and municipal wastes as potential feedstocks for solar pyrolysis for biochar production", Fuel, vol. 316, p. 123378, 2022. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123378.

F. R. McDougall, P. R. White, M. Franke, and P. Hindle "Integrated solid waste management: a life cycle inventory", John Wiley & Sons, 2008.

J. Van Gerpen, B. Shanks, R. Pruszko, D. Clements, and G. Knothe, "Analytical Methods: August 2002--January 2004", No. NREL/SR-510-36240, National Renewable Energy Lab. (NREL), Golden, CO (United States), 2004.

J. V. Kumar, and B. C. Pratt, "Determination of calorific values of some renewable biofuels", Thermochimica Acta, vol. 279, pp. 111-120, 1996. https://doi.org/10.1016/0040-6031(96)90070-2.

A. Nawaz, and P. Kumar, "Pyrolysis behavior of low-value biomass (Sesbania bispinosa) to elucidate its bioenergy potential: Kinetic, thermodynamic and prediction modelling using artificial neural network", Renewable Energy, vol. 200, pp. 257-270, 2022. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.09.110.

X. Zhang, W. de Jong, and F. Preto, "Estimating kinetic parameters in TGA using B-spline smoothing and the Friedman method", Biomass and Bioenergy, vol. 33, no. 10, pp. 1435-1441, 2009. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2009.06.009.

K. K. Dwivedi, M. K. Karmakar, and P. K. Chatterjee, "Thermal degradation, characterization and kinetic modeling of different particle size coal through TGA", Thermal Science and Engineering Progress, vol. 18, p. 100523, 2020. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2020.100523.

A. C. R. Lim, B. L. F. Chin, Z. A. Jawad, and K. L. Hii, "Kinetic analysis of rice husk pyrolysis using Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) method", Procedia Engineering, vol. 148, pp. 1247-1251, 2016. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.486.

S. L. Narnaware, and N. Panwar, "Kinetic study on pyrolysis of mustard stalk using thermogravimetric analysis", Bioresource Technology Reports, vol. 17, p. 100942, 2022. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2021.100942.

A. Aboulkas, and A. El Bouadili, "Thermal degradation behaviors of polyethylene and polypropylene. Part I: Pyrolysis kinetics and mechanisms", Energy Conversion and Management, vol. 51, no. 7, pp. 1363-1369, 2010. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2009.12.017.

J. Yu, L. Sun, C. Ma, Y. Qiao, and H. Yao, "Thermal degradation of PVC: A review", Waste management, vol. 48, pp. 300-314, 2016. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.11.041.

M. Raza, B. Abu-Jdayil, and A. Inayat, "Pyrolytic kinetics and thermodynamic analyses of date seeds at different heating rates using the Coats–Redfern method", Fuel, vol. 342, p. 127799, 2023. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.127799.

R. Ebrahimi-Kahrizsangi, and M. H. Abbasi, "Evaluation of reliability of Coats-Redfern method for kinetic analysis of non-isothermal TGA", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 18, no. 1, pp. 217-221, 2008. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(08)60039-4.

K. K. Vuba, N. Etakula, and A. N. Uttaravalli, "Thermal degradation kinetic study of polypropylene co-polymer (PPCP) nanocomposites", International Research Journal of Engineering and Technology, vol. 9, no. 7, pp. 663-668, 2022.

C-H Wu, C-Y Chang, J-L Hor, S-M Shih, L-W Chen, and F-W Chang, "On the thermal treatment of plastic mixtures of MSW: pyrolysis kinetics", Waste Management, vol. 13, no. 2, pp. 221-235, 1993. https://doi.org/10.1016/0956-053X(93)90046-Y.

S. L. Kumar, S. Radjarejesri, and R. R. Jawahar, "Characterization of waste plastic oil as biodiesel in IC engines", Materials Today: Proceedings, vol. 33, part 1, pp. 833-838, 2020.