A világszerte – elsősorban a fejlett országokban – alkalmazott adókedvezmények, és állami támogatások (pályázatok) a különböző ipari kutatásokra, termék-, és technológia-fejlesztésekre, a nagyobb vegyipari és olajipari cégeket is arra ösztönözték, hogy bekapcsolódjanak a zöld technológiákkal kapcsolatos fejlesztésekbe. Részt vesznek a munkában a kis- és középvállalkozások is, a rendelkezésükre álló tőkével és szellemi kapacitásokkal. A Palota Környezetvédelmi Kft. 2018 óta foglalkozik a hőbontási technológiákhoz kapcsolódó eljárások fejlesztésével, nagyobb hozzáadott értékű olajtermékek előállítása céljából.
Az éghető hulladékok klasszikus hasznosítási módja, az energetikai célú hasznosítás. Az elsődleges cél a hulladéklerakás elkerülése volt. A hulladékégetés hulladékégetőkben, célerőművekben és/vagy cementgyárakban folyt és még ma is folyik, ugyanakkor terjednek az ettől eltérő felhasználási irányzatok is, amelyek a hulladékok anyagában történő hasznosítását teszik lehetővé. Az Unió az utóbbi években ösztönözte az őrölt műanyag (SRF) hasznosítását is erőművekben, cement- és kerámiaiparban, termékdíjakkal és más módon is. Korán felmerült azonban annak az igénye, hogy ennél jobb megoldást találjunk, és ennek egy széles spektrumú megvalósítási módja a hulladékok hőbontása. Ugyanis ezzel a módszerrel értékesebb termékek nyerhetők, amelyeknek magasabb piaci ára van, és ez a hozzáadott érték növelni képes a hőbontási technológia gazdaságosságát. A hozzáadott érték növelhető az elsődlegesen képződő hőbontási termékek tisztításával illetve további feldolgozásával.
A hőbontás során a gumit és a műanyagokat jellemző makromolekulák krakkolódnak, és egyéb kémiai átalakulások is történnek. Jellemző kémiai reakció az olefinek és cikloalkének képződése. Ugyanakkor a heteroatomok – általában és jellemzően fémek, halogének, kén, oxigén, nitrogén, és foszfor - a krakktermékekbe kerülnek, kémiailag átalakult vegyületek formájában. Olyan jelenség is tapasztalható, hogy a szervetlen vegyületek részben szerves vegyületekké alakulnak a hőbontás hatására. Ezen okok miatt az elsődleges termékei nem hasznosíthatók közvetlenül céltermékként, kellemetlen szaguk van, instabil az anyag, gyantásodásra hajlamos, és korróziót is okozhat.
A leggyakrabban pirolízis technológiának nevezett hőbontási eljárásoknak számos változata van, és különböző módon foglalhatók rendszerbe. Az olajiparban más néven krakkolási eljárásnak nevezik ezeket a technológiákat, nehéz desztillációs maradékokból fehéráru előállítása céljából. Újabban műanyagok termikus bontására is alkalmazzák az eljárást, az olefingyári technológiákhoz igazodva.
Attól függően osztályozhatók a pirolízis technológiák, hogy mi a pirolízis alapanyaga, szakaszos, vagy folyamatos technológiákról van szó, katalitikus a pirolízis, vagy csak termikus, alkalmaznak-e segédanyagokat (például gőzt) a folyamatban, vagy nem, továbbá céltechnológia-e a rendszer. Céltechnológiáknál egy bizonyos szűk minőségi határok között változó minőségű alapanyagra és végtermékre használják, míg a kisebb kapacitású, 5.000-10.000 tonna/év kapacitású rendszereket rugalmasan változtatható, szélesebb nyersanyag tartományban használják, és jellemzően több reaktor is része a rendszernek. Ebben az utóbbi esetben természetesen a termékek minősége is változó.
A Palota Környezetvédelmi Kft. 2017-ben nyújtott be KFI pályázatot azzal az elképzeléssel, hogy fejlesztési munkát valósítsunk meg laboratóriumi méretben gumi- és/vagy a műanyag pirolízisből származó pirolízis olajok hidrogénezésére. A munka célja annak vizsgálata volt, hogy megvalósítható-e a hidrogénezés gazdaságosan az Európában elterjedt néhány ezer tonnás – jellemzően 5.000-10.000 t/év kapacitású – pirolízis rendszerek esetében, melyek az ismert hidrogénezési technológiák gyenge pontjai az eljárást pirolízis olajokra alkalmazva, van-e remény folyamatos, egyenletes minőséget biztosító automatikus rendszerek kidolgozására akkor is, ha a bemenő anyagok minősége nagy valószínűsséggel széles határok között változó. Az elnyert pályázatunk száma: KFI_16-1-2017-0359, címe: “Hulladékfeldolgozás során keletkező olajfrakciók stabilizálására szolgáló technológia kifejlesztése piacképes olajtermékek előállítása céljából.”
A projekt legfontosabb eredményeit közzétettük a Jövő Gyára és a Techmonitor weboldalon https://jovogyara.hu/specialis-olajtermekek-eloallitasa-pirolizis-olajokbol.html
A projekt fontosabb megállapításai a következők voltak
1./ A vizsgálatok legfontosabb következtetése az volt, hogy a pirolízis olajok meghidrogénezhetők kereskedelmi olajipari hidrogénező katalizátorokkal igen jó konverzióval, ami számos speciális olajtermék követelmény rendszerét kielégíti. A használati paraméterek is könnyen teljesíthetők, mert a rendszer nyomása 30-60 bar között van, a reaktor hőmérséklete 300-400 oC között, a térsebesség pedig 1-4 h-1 között változik.
2./ Ebben a projektben számos körülményt vizsgáltunk, elsősorban a fizikai körülmények hatását a folyamatra (hőmérséklet, térsebesség, nyomás). A korlátozott rendelkezésünkre álló idő (402 óra volt az összes üzemelés), nem tette lehetővé hogy tartamkísérletet végezzünk. Azt kimutattuk, hogy némelyik olajtípusnál a konverzió mértéke gyorsan romlik, de ennek okát nem tártuk fel.
3./ További vizsgálatok szükségesek a katalizátorok minőségével kapcsolatban, a gazdaságosság és a tartós üzem biztosítása érdekében. Ugyanezen okból vizsgálni kell a katalizátorok regenerálásának lehetőségét és szükségességét is.
4./ Ugyancsak fontos lehet a nyersanyag minőségének az előkészítése, amely túlmutat a desztilláción. Fizikai és/vagy kémiai tisztítást is jelenthet.
5./ Az elvárt követelmények nagy valószínűséggel egy többreaktoros rendszerrel valósíthatók meg. A kérdés az, hogy szükséges-e még a rendszeren túlmutató nyersanyag előkészítés is.
A hivatkozott projekt eredményei alapján a projekt folytatására pályáztunk, amit elnyertünk. A projekt száma: 2020-1.1.2-PIACI-KFI-2021-00226, címe: “Hulladék újrahasznosítási technológia továbbfejlesztése pirolízis olajok gazdaságosabb előállítása és alkalmazása céljából”.
A munka alapvetőn két párhuzamosan végzett fejlesztésből állt: a gépészeti fejlesztés célja egy folyamatos üzemű rendszer fő alkotóelemeinek kidolgozása volt a folyamatos és tartós üzem biztosítása érdekében, míg ezzel párhuzamosan egy katalizátorfejlesztési munka folyt a HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont munkatársainak a részvételével, akik számunkra XPS méréseket végeztek, és szakértői támogatást nyújtottak.
Jelen publikációnkban elsősorban a gépészeti munka eredményeiről számolunk be, mivel a fejlesztésünk potenciális alkalmazói és jövőben várható partnereink számára ezek az információk a leginkább fontosak.
.jpg)
1. ábra: 100 cm3-es főreaktorral működő mikroreaktor rendszer fotója. (Munkavédelmi okokból elszívó fülkében szerelve.)
A többreaktoros rendszer a főreaktorból, két gyantamentesítő reaktorból, egy kémiai előkezelő reaktorból, és egy desztilláló rendszerből áll. A fentiek mellett a rendszer tartalmazza a gázadagoló - hidrogén és nitrogén adagoló - elemeket, valamint termék oldalon a szeparáló és hulladékgáz-kezelő rendszereket. A technológia része a szabályozó rendszer és automatika, amelynek segítségével a működés távoli eléréssel is ellenőrizhető, és a mért fizikai paramétereket (hőmérséklet, nyomás, térsebesség) automatikusan, naplószerűen rögzíti.
.jpg)
2. ábra: A desztilláló és 100 cm3-es többreaktoros hidrogénező berendezés P&I ábrája
3.a-3.f ábrák: Konverziók néhány vegyület és néhány kísérlet esetében egyedi, a folyamathoz gyártott katalizátorokkal.
A 3.a.-3.e. ábráknál a 100 %, a nyersanyagban mérhető koncentráció. A különböző színű oszlopok, különböző mérési eredményeket jelentenek egy tartamkísérlet során, különböző időpontokból vett mintákból, ugyanolyan reakciókörülmények között, ugyanazzal a katalizátorral.
3.a. ábra: Néhány alifás olefin vegyület telítődése a hidrogénezési folyamatban.
A 3.a. ábra szerint az alifás olefinek mennyisége hidrogénezéssel jelentősen csökkenthető, néhány vegyület teljesen eltávolítható.
3.b. ábra: Néhány kénvegyület mennyiségének a csökkenése a hidrogénezési folyamatban.
A 3.b. ábra szerint a kénvegyületek mennyisége hidrogénezéssel jelentősen csökkenthető.
3.c. ábra: Normál paraffinok növekedése a hidrogénezési folyamatban.
A 3.c. ábra szerint az alifás szénhidrogének mennyisége a reakciótermékben egyértelműen növekszik, azaz az olefinek telítődnek.
3.d. ábra: Aromások mennyiségének változása a hidrogénezési folyamatban
A 3.d. ábra szerint az aromások mennyisége nő a folyamatban, tehát az alliciklikus olefinek telítődnek.
3.e. ábra: Indán-indén konverzió a hidrogénezés során
A 3.e. pont szerinti telítődési reakciót külön is bemutatjuk az indén-indán konverzió esetében.
3.f. ábra: Konverzió változása a térsebesség függvényében
A 3.f. ábra szerint a kisebb térsebesség kedvez a hidrogénezési folyamatnak, bár némelyik görbe alapján optimális térsebesség is feltételezhető.
Összefoglaló értékelés
2020-1.1.2-PIACI-KFI-2021-00226. számú projekt keretében, többreaktoros rendszerré fejlesztettük a hőbontásából képződő olajok hasznosítása céljából kidolgozott rendszerünket. A méréseket egy 100 cm3-es főreaktorral rendelkező, összegében 500 cm3-es négyreaktoros mikroreaktor rendszerrel végeztük. A rektorokban külön-külön a funkciójuknak megfelelő saját gyártású katalizátorokat fejlesztettünk ki a HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont mérési és szakértői támogatásával. Megállapítható volt, hogy a gyantásodásra hajlamos, csekély értékű hőbontásból származó olajok piaci értéke jelentősen növelhető a pirolízis olajtermék hidrogénezésével. Folyamatos, jól szabályozható hidrogénezéssel.
A technológia rugalmas, a fizikai paraméterek mellett az alkalmazott katalizátorok is növelhetik a változtatási lehetőségeket, amellyel a minőség a végfelhasználó igényeihez igazítható. Többhetes – de minden valószínűség szerint több hónapos – katalizátor csere nélküli üzemelést tudtunk biztosítani. Az üzemelésnek nincsen jelentős létszámigénye, a műszaki megoldás a folyamatos üzemű pirolízis reaktorokhoz megfelelő méretezéssel illeszthető. Méretnövelési lépcsőként megvalósítottuk a technológia 1.000 cm3-es főreaktorú változatát, egy négyreaktoros rendszerrel, amelynek összes reaktor-térfogata 3.300 cm3. Ez már egy gyógyszeripari méret, ami havi kb. 1-5 m3 hidrogénezett végtermék előállítását teszi lehetővé, az 0,5-4 határok között beállítható térsebességtől, azaz a minőségi igényektől függően. Ez a rendszer egy méretnövelési lépcső, amit az Electraplan Kft-vel történt előzetes egyeztetés alapján a cég vésztői pirolízis üzemében tervezünk próbaüzem jelleggel üzembe helyezni.
| Ábrák: Palota Környezetvédelmi Kft.
(1).png){kind=logo} |
Palota Környezetvédelmi Kft.
1151 Budapest, Szántóföld út 4/a.
Telefon: +36 (1) 308-1350
E-mail: palotakv@t-online.hu
Web: palotakft.hu
