Reciclagem termoquímica de resíduos de plásticos e de pneus por pirólise

A sociedade moderna encontra-se cada vez mais dependente dos combustíveis líquidos bem como de produtos derivados do petróleo. Em virtude do limitado tempo de vida das reservas naturais de petróleo, torna-se imperativo encontrar fontes alternativas de produção de hidrocarbonetos. A pirólise de resíduos de pneus e plásticos pode ser uma dessas possíveis fontes. Neste processo, o tratamento termoquímico implementado aos resíduos permite, não só, a valorização económica resultante da sua transformação em produtos de valor acrescido, como também a recuperação do conteúdo orgânico. O referido processo conduz à formação de hidrocarbonetos em fase líquida que podem ser utilizados pela indústria como combustíveis líquidos e/ou como matéria-prima. O presente trabalho tem como objectivo principal a definição das condições experimentais mais propícias à obtenção de combustíveis líquidos (maximização) resultantes da pirólise de misturas de resíduos de borracha de pneus e plásticos nomeadamente polietileno (PE), polipropileno (PP) e poliestireno (PS). Como instrumento de optimização das condições experimentais optou-se pela Metodologia dos Planos Factoriais de Ensaios. Os resultados experimentais obtidos mostram que as taxas de conversão em fase líquida podem atingir valores superiores a 80% (m/m) dependendo das condições experimentais utilizadas bem como do tipo e mistura de resíduos a pirolisar. Os rendimentos das fracções gasosa e sólida podem atingir valores na ordem dos 5% e 12% (respectivamente). Foi também estudado o efeito das condições experimentais nomeadamente a temperatura de reacção, pressão inicial, tempo de reacção e composição da mistura. Este estudo revelou que a maximização da fracção líquida é favorecida por uma temperatura de ensaio de 370ºC, uma pressão inicial de 0,48MPa e um tempo de ensaio de 15 minutos. Relativamente à composição da mistura, os melhores resultados foram obtidos com 30% (m/m) de resíduos de borracha de pneus (BP) associados a uma mistura de 70% (m/m) de resíduos de plásticos composta por 20% polietileno, 30% polipropileno e 20% poliestireno. Igualmente foi feita a caracterização física e química da matéria-prima e dos produtos obtidos pelo referido processo, bem como, o estudo da presença de diferentes substâncias potencialmente doadores de hidrogénio ao meio reaccional de forma a melhorar o rendimento líquido. Por último, foram realizados estudos cinéticos das reacções químicas de formação dos diferentes produtos aos resíduos de borracha de pneus (BP), misturas de resíduos de plástico (PE, PP e PS) e suas misturas. Ainda, foram ajustados os resultados obtidos pelo modelo teórico aos resultados experimentais, propostos mecanismos reaccionais de formação dos produtos e calculados os parâmetros cinéticos. De acordo com os resultados obtidos, a pirólise pode representar um papel significativo na valorização energética e orgânica destes resíduos apesar de, ainda, ser necessário o desenvolvimento de alguns aspectos tecnológicos de modo a tornar mais atraente a implementação desta tecnologia à escala industrial.

In the world wide present scenario, modern societies are over dependent on fuels as well as derived petroleum products. Due to increasing environmental problems, the limited life time petroleum reserves, the increasing instability in prices and geopolitical and military reasons it is advisable to have a better management of the petroleum resources by using new processes in order to increase energetic efficiency, new alternative fuel sources and waste reutilization. In this scenario, tyre and plastic wastes pyrolysis can be seen as a possible source of hydrocarbon production, mainly liquid, based on the recovery of the residue organic content. Under this process, residues were submitted to a themochemical treatment which promotes the cracking of the polymeric structure which is converted into smaller hydrocarbon molecules being mainly liquid at room temperature. In fact, it is possible to recover the valuable waste organic content which can be used as fuel or raw material to chemical and petrochemical industries. In this work it was studied the pyrolytic process applied to samples of rubber of tyre wastes, plastic wastes (polyethylene, polypropylene and polystyrene) and mixtures of them. The main objective of this work was to find the experimental conditions that maximize the liquid fraction. For the optimization of experimental conditions it was used the Response Surface Methodology (factorial design). The main results show that the experimental conditions optimized were established and found to be: 370ºC temperature, 0,48MPa initial pressure and 15 minutes reaction time. Products yields were found to be around 5% gas, 80% liquid and 12% solid. It was also studied the effect of H-donor solvents with different capacities. Although the incorporation of some H-donor solvents increase liquid yields, they present some economic disadvantages to the process. Finally, were performed kinetics studies to rubber tyre wastes, mixtures of plastic wastes (PE, PP and PS) and mixtures of them, in order to analyse the direct conversion of these wastes into gaseous, liquids and solid products. Based on experimental results obtained at different temperatures and reaction times, different reaction pathways were proposed. It was adjusted the kinetic model to experimental data and estimated the kinetic parameters. Based on experimental results, pyrolysis can represent a significant role in future in the recovery of both energetic and organic content of these wastes. Although, some technologic aspects should be develop in order to make more attractive the implementation of this technology at an industrial scale.

Doutoramento em Ciências Aplicadas ao Ambiente