تولید سوخت از ضایعات پلاستیک و لاستیک

تولید سوخت از کیسه های پلاستیکی، لاستیک ضایعاتی و روغن ضایعاتی

مواد منفجره امولسیونی پیش ساز ترجیحی برای ساخت مواد منفجره معدنی هستند. بیش از 40 تا 50 سال است که از مواد منفجره امولسیونی به دلیل مزایایی ازجمله به عنوان سهولت در آماده سازی، هزینه کم، مقاومت در برابر آب وغیره استفاده می‌شود. این مواد منفجره سیستم‌های ظریفی هستند که اگر مختل شوند، می توانند به آسانی متبلور شوند. با این وجود، فناوری امولسیفایر در 20 سال گذشته پیشرفت کرده و کیفیت کلی مواد منفجره امولسیونی را حتی درصورت وجود مواد یا آلاینده های ضعیف بهبود بخشیده است. این مطالعه به تولید مواد منفجره امولسیونی با استفاده از روغن ضایعاتی، سوخت حاصل از تصفیه تایر و گازوئیل از کیسه های پلاستیکی می پردازد. معیار این فرایند امولسیون ساخته شده از دیزل/سوخت بازیافتی (به علاوه امولسیفایر) بود. یافته های حاصل از این مطالعه نشان داد که می تواند از ضایعات امولسیون هایی با فاز سوخت تولید کرد و با نگهداری در دمای محیط نیز نسبتا پایدار هستند. در برخی موارد مشخص شد که امولسیون های مبتنی بر سوخت ضایعاتی، درمقایسه با امولسیون فرمول استاندارد، مقاومت بالاتری در برابر آب داشتند. سایر معیارها همچون نرخ گازگیری ترکیبات ANE/AN و رشد کریستال درطول زمان با امولسیون استاندارد قابل قیاس بودند. نتایج به دست آمده دلگرم کننده هستند و احتمالا پیشرفت/بهبود فناوری امولسیفایر ادامه خواهد داشت و ازطرفی، ساخت امولسیون با استفاده از مواد خام درجه پایین ممکن است جایگزین مناسبی برای استفاده مجدد از ضایعات باشد.

برای ساخت مواد منفجره معدنی از امولسیون های مبتنی بر نیترات آمونیوم (ANE) استفاده می شود. برای تولید ANE محلول فوق اشباع نیترات آمونیوم با یک امولسیفایر، روغن ضایعاتی یا دیزل ترکیب می شوند. امولسیفایرها جزء اصلی آماده سازی ANE هستند. اکثر آنها ازطریق واکنش آمین ها با پلی ایزوبوتیلن سوکسینیک انیدرید (PIBSA) ایجاد می شوند. حساسیت امولسیفایرها به آلاینده ها و سایر ترکیبات موجود در سیستم یک مسئله عادی است؛ این ناخالصی‌ها ممکن است با امولسیفایرها تعامل داشته و پایداری ANE را کاهش می دهند که منجر به تبلور می شود. باوجود این نقص، امولسیفایرهای بهبود یافته پیوسته ایجاد می شوند. به عنوان مثال، در امولسیون نمک دوتایی (که نقطه تبلور پایین است و به پایداری امولسیون کمک می کند) BME حدود 30 سال پیش شروع به استفاده از روغن ضایعاتی کرد. از محلول اکسید کننده مذاب PPAN برای تولید امولسیون نسبتا پایدار، که در سال 1998 اختراع شد، استفاده می شود. استفاده از PPAN مذاب برای تولید امولسیون در آن زمان چالش برانگیز بود زیرا دارای یک سورفکتانت داخلی (Galoryl) است  که با امولسیفایر PIBSA تعامل دارد. سپس، در سال 2011 AEL یک ANE منفرد تولید کرد که در آن روغن ضایعاتی به عنوان جایگزین فاز سوخت تا 80 درصد از گازوئیل عمل می کند. علاوه براین، لابریزول به عنوان یک تولید کننده امولسیفایر، نیز در گذشته از روغن ضایعاتی استفاده کرده است. در این مطالعه به قابلیت‌های بسیار امولسیفایر مبتنی بر PIBSA پی برده ایم. در فاز سوخت امولسیون ها از روغن ضایعاتی، سوخت لاستیکی و گازوئیل پلاستیکی استفاده شده است. همچنین از یک اکسید کننده نمک منفرد نیز استفاده شد.

فرمول

در جدول زیر فرمول امولسیون ها نشان داده شده است.

جدول 1:

از یک امولسیفایر مبتنی بر PIBSA در تمام فرمول ها استفاده شده است.

تشکیل امولسیون

ویسکوزیته هدف از 30 تا 40 Pa*s متغیر بود. در امولسیون مبتنی بر TO، اولین مورد (TO-01) دارای ترکیبی از TO با گازوئیل (68/26) بود که بسیار روان و با ویسکوزیته بالا بود. برای کاهش ویسکوزیته نهایی امولسیون، TO با مقدار بیشتری گازوئیل ترکیب شده و امولسیون TO-02 تولید شد. ویسکوزیته این امولسیون در محدوده هدف بود؛ البته نسبتا پایین. ویسکوزیته امولسیون مبتنی بر روغن ضایعاتی (WO) و امولسیون استاندارد در محدوده تعیین شده بود. امولسیون گازوئیل برای رسیدن به ویسکوزیته مورد نظر به اختلاط بیشتری نیاز داشت و حتی در آن زمان فقط ویسکوزیته های زیر 30  Pa*s تعیین شدند (نکته هم این است که امولسیون PD-02 دارای امولسیفایر بیشتر و فاز سوخت کمتری بود که در رسیدن به ویسکوزیته بالاتر موثر است. در شکل زیر خلاصه داده ها ارائه شده است.

شکل 1:

به طور کلی، هیچ مشکلی در تشکیل امولسیون مشاهده نشد و مهمتر از آن، حتی با گذشت زمان متبلور نشدند. همچنین در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل 2:

نظارت بر ویسکوزیته

شکل زیر نمودار پایش ویسکوزیته در نمونه های ذخیره شده در دمای 25 و 50 درجه سانتیگراد را نشان می دهد.

شکل 3:

هیچ تبلوری نیز مشاهده نشد. بنابراین اگر امولسیون ها پس از تولید و نگهداری در دمای 30 درجه سانتیگراد یا کمتر سرد شوند، تغییرات ویسکوزیته درطول ذخیره سازی به حداقل می رسد. نمونه‌های حاوی روغن لاستیکی (TO-01 و TO-02) که در دمای 50 درجه سانتیگراد ذخیره شده بودند، طی 20 تا 25 روز متبلور شدند. ویسکوزیته نمونه‌ها با فاز سوخت استاندارد (STD) و گازوئیل پلاستیکی (PD-01 و PD-02) در دمای 50 درجه سانتیگراد 3 برابر افزایش یافت. نمونه روغن ضایعاتی (WO) فاقد ویسکوزیته بود اما درصورت نگهداری در همان دما افزایش می‌یابد. به طور کلی، امولسیون هایی که از مواد اولیه فوق استفاده می کنند باید (با استفاده از مبدل حرارتی) خنک شوند و به این ترتیب، از هرگونه افزایش ویسکوزیته و/یا تبلور در هنگام ذخیره سازی اجتناب می شود.

نرخ گاز گیری

نرخ گازگیری مخلوط هایANE/AN–70/30  در اینجا اندازه گیری شد. از سیستم دو افزودنی (نیتریت/تیوسیانات سدیم و اسید استیک) برای فرایند گازگیری نیز استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که نرخ گازگیری برای اکثر مخلوط ها، به استثنای امولسیون WO، کند بود. آیا علت متفاوت بودن این نرخ گازگیری ناشناخته بودن ویژگی های روغن یا زمان اختلاط است؟ بنابراین، این امر به مطالعات بیشتری نیاز دارد.

خلاصه آنچه بیان شد

در این مطالعه به بررسی کاربرد نمونه‌های روغن و گازوئیل‌های حاصل از ضایعات در مواد منفجره امولسیونی پرداخته ایم. مشاهده شد که نمونه های WO و TO دارای آلاینده (ذرات) و ویسکوزیته نسبتا بالایی هستند. با این حال، نمونه PD تمیز و شفاف بود؛ بدون ذرات. کار با نمونه WO نسبتا آسان بود. نمونه های TO و PD قوی تر بودند (این می تواند باعث مشکلات ایمنی و بهداشتی شود). امولسیون های حاوی سوخت های گفته شده در بالا درطول ذخیره سازی در دمای کمتر از 30 درجه سانتیگراد پایین تر تشکیل شده و پایدار هستند. بنابراین نتایج به دست آمده از این سوخت ها دلگرم کننده است. با این حال، برای مدیریت ویسکوزیته امولسیون های TO و PD به تحقیقات بیشتری نیاز است. امولسیون با روغن پسماند به بهترین نرخ گازدهی در ترکیبANE/AN-70/30  رسید، اما بهترین نرخ مقاومت در برابر آب برای امولسیون های PD-01 ثبت شد. تا آنجایی که به کریستالیزاسیون مربوط می شود، امولسیون های TO در محیط گرم (که با خنک کردن محصول با استفاده از مبدل حرارتی قابل اصلاح است) متبلور نمی شوند و پس از گازگیری - برای غلبه بر این محدودیت اقدامات بیشتری لازم است.