CRAQUEAMENTO TÉRMICO DE FRASCOS DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE EM ESCALA SEMI-PILOTO

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Faial, C.R.F. (IC/UFPA) ; Santos Neto, O. (PPGQ/UFPA) ; Furtado, R.M. (IC/UFPA) ; Santos, F.S. (IC/UFPA) ; Pereira, R.C.R. (IC/UFPA) ; Conceição, L.R.V. (PPGQ/UFPA) ; Rocha Filho, G.N. (FQ/UFPA) ; Zamian, J.R. (FQ/UFPA)

Resumo

Neste trabalho foi investigado o craqueamento de frascos de polietileno de alta densidade em escala semi-piloto.Foi avaliado o efeito de 400,425 e 450°C e sob a melhor destas condições,diferentes agitações,425,1000 e 1500 rpm além de 10 horas de reação sobre algumas propriedades físico-químicas dos produtos.Os resultados mostraram o aumento de craqueado líquido de 400-425°C de 10,5 para 32,8%,sem entretanto sofrer alteração significativa entre 425 e 450°C.A acidez foi nula e a viscosidade e a densidade aumentaram com a temperatura de 400- 425°C.A espectroscopia de absorção na região do infravermelho identificou alcanos de cadeia longa e alcenos dentre as substâncias formadas.A conversão foi baixa,como visto,sugerindo-se aumentar a temperatura ou empregar patamares de temperatura.

Palavras chaves

Craqueamento; Térmico; Polietileno

Introdução

O consumo de vários materiais plásticos tem aumentado continuamente devido a sua versatilidade e baixo custo(PATEL et al.,1998),tornando necessários o seu processo de reutilização uma vez que estão envolvidas questões ambientais, sociais e econômicas(RIBEIRO et al.,2004).Uma das formas encontradas para o destino de plásticos descartáveis tem sido a sua reciclagem,em pequena porcentagem,enquanto que a maioria é depositada em aterros ou incinerada.Métodos alternativos adequados para a reciclagem destes materiais são necessários para obtenção de produtos de elevado valor agregado(LEE et al.,2002).A degradação térmica é aceita como um método alternativo na reciclagem de plásticos que tem como produtos,líquidos e gases combustíveis e uma pequena fração de resíduos sólidos(KAHLOW et al.,2007).A pirólise poderia ser proposta para produzir óleos combustíveis para indústria do petróleo como um abastecimento para refinarias de craqueamento catalítico na produção de gasolina e vários alcenos.Este método é um processo térmico simples no qual os polímeros em elevadas temperaturas são fundidos e quebrados em moléculas menores formando uma mistura de hidrocarbonetos gasosos,líquidos e sólidos(LEE et al.,2002).Neste sentido,um dos possíveis materiais poliméricos que podem ser empregados para a obtenção de frações combustíveis a partir do craqueamento térmico,são frascos de polietileno de alta densidade,que é constituído de cadeias polietilências lineares e de elevada cristalinidade(COUTINHO et al.,2003).Desta forma,o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da temperatura,tempo e agitação sobre algumas propriedades físico-químicas do produto de craqueamento de frascos de polietilênico de alta densidade em reator semi-piloto.

Material e métodos

Os materiais utilizados para estudo de craqueamento foram frascos de polietileno de alta densidade do Laboratório de Pesquisa e Análises de Combustíveis(LAPAC).Os frascos foram levados ao Laboratório de Ecocompósitos da Faculdade de Engenharia Mecânica da UFPA,onde foram triturados usando um moinho de facas modelo:NFA 1533.Os testes de craqueamento foram realizadas em um reator semi-piloto utilizando 500g de amostra,a 25°C/min.e fluxo de nitrogênio a 80ml/min (para evitar ignição da amostra e/ou produtos formados).A temperatura inicial dos testes foi determinada pela análise da curva TG em um equipamento Analisador térmico simultâneo TG/DTG/DTA Shimadzu e modelo DTG- 60H(Kioto/Japan) de 25 a 600°C à 10°C/min.A fim de analisar a influência da temperatura no craqueamento,as amostras foram submetidas a testes com três diferentes temperaturas,inicialmente a 5h e agitação 450 rpm.Sob a melhor condição térmica foi avaliado o efeito das seguintes agitações:1000 rpm e 1500 rpm.Em seguida sob a melhor destas condições foi avaliado o efeito de 10 horas de reação.As quantidades percentuais formadas de craqueado e resíduo foram calculadas pela razão entre as respectivas massas obtidas e a de amostra inicial,e a quantidade de produto gasoso determinada indiretamente.O índice de acidez foi determinado conforme método AOCS Cd3d63.A viscosidade cinemática foi determinada de acordo com o método ASTM D445 em equipamento modelo AVS 350 da marca SCHOTT.A densidade foi determinada em um picnômetro de 10 ml.A espectroscopia de absorção na região do infravermelho foi determinada utilizando um equipamento da marca Thermo Electron Corporation modelo IR 100 Spectrometer,utilizando a técnica de KBr na região de 4000-400 cm-1 e resolução de 16 cm-1.

Resultado e discussão

A curva TG mostrou perda de massa inicial próximo de 380°C,Figura1(a),e com isso foram feitos testes em 400,425 e 450°C.A Figura1(b)mostra os balanços de massa.O aumento na faixa de 400-425°C aumentou o produto líquido e gasoso e levou à diminuição de resíduo conforme estudos de Walendziwiesk e Steininger(2001).Os resultados mostram que em 400°C,a temperatura é baixa para promover de forma efetiva a quebra das ligações C-C que ocorrem na primeira etapa(KUMAR et al.,2011).Não há diferença significativa em conversão de 425-450°C.A Figura 1(c)mostra algumas propriedades físico-químicas dos craqueados.A acidez nula deve-se à ausência de estrutura oxigenada enquanto a viscosidade e a densidade aumentaram de 400-450°C,o que pode ser explicado que de 380-400°C,o tempo residente é importante para a formação de produtos de menor cadeia,ao passo que o craqueado obtido na maior temperatura,seja formado por substâncias da degradação primária que devido ao curto intervalo de tempo entre as temperaturas não sofressem quebras efetivas.A Figura 1(a)mostra o espectro no infravermelho do craqueado obtido em 425°C que foi similar aos demais. Foram assinaladas bandas de alcanos de cadeia longa principalmente pela banda próxima a 909 cm-1 devida à deformação simétrica fora do plano de grupos metileno,e em 720cm-1 que deve-se a modos vibracionais da molécula para cadeias carbônicas abertas com mais de quatro grupos-CH2-(SILVERSTEIN et al.,2005;OLIVEIRA et al.,2009).A presença de alquenos é indicada pelo estiramento de C=C em 1640cm- 1(SILVERSTEIN et al.,2005).As agitações 1000 e 1500rpm,como mostra a Figura2(b),e 10 horas de teste,não propiciaram efeito significativo sobre o rendimento embora diminua a viscosidade.

(a)Curva TG de frasco de polietileno de alta densidade;(b)Conversão em produtos a 400,425 e 450°C;(c)Acidez,viscosidade e densidade em 400,420 e 450°C


(a)Espectro de absorção no infravermelho do craqueado obtido em 425°C;(b)Viscosidade do craqueado em 425°C em função das agitações,450,1000 e 1500rpm

Conclusões

Baseado nas propriedades físico-químicas e no rendimento dos produtos obtidos no craqueamento térmico do HDPE:  A temperatura influenciou na quantidade de craqueado líquido apenas na faixa de 400-425°C.  As agitações não influenciaram maior conversão em produtos sendo observado o mesmo quando se emprega 10 horas de teste.  Sugere-se aumentar a temperatura ou método como patamares de temperatura em uma mesmo teste para aumentar o rendimento em produto líquido e então se proceder a sua destilação

Agradecimentos

Coordenação de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Laboratório de Pesquisa e Análises de Combustíveis (LAPAC)

Referências

COUTINHO,F.M.B;MELLO,I.L;MARIA,L.C.S.2003.Polietileno:Principais Tipos,Propriedades e Aplicações.Polímeros:Ciência e tecnologia,13,p:1-13.

KHALOW, S.2007. Pirólise de propileno pós-consumo visando a obtenção de novos produtos. Dissertação de Mestrado. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. 128 f.
KUMAR, S.; PANDA, A. K.; SINGH, R. K.2011.A review on tertiary recycling of high-density polyethylene to fuel. Resources, Conservation and Recycling, vol. 55, p. 893-910.

LEE, K.H.; NOH, N.S.; SHIN, D.H.; SEO,Y. 2002. Comparison of plastic types for catalytic degradation of waste plastics into liquid product with spent FCC catalyst. Polymer Degradation and Stability, v. 78, p. 539-544.

OLIVEIRA, M. L; CABRAL, L. L.; LEITE, M. C. A. M.; MARQUES, M. R. C.2009. Pirólise de Resíduos Poliméricos Gerados por Atividades offshore. Polímeros: Ciência e Tecnologia. vol. 19, n° 4, p. 297-304.

PATEL, M.K., JOCHEM, E., RADGEN, P. AND WORRELL, E.1998. Plastics Streams in Germany-an Analysis of Production, consumption and Waste Generation, Res. Con. Recycl., vol. 24, p. 191.

RIBEIRO, A. M.; JÚNIOR, H. F. M.; COSTA, D. A.; MAIA, J. E. P. S.2004.FERREIRA, J. C. N. Craqueamento catalítico de polímeros utilizando catalisadores comerciais de FCC para a produção de frações combustíveis. Revista Universidade Rural: Série Ciências Exatas e da Terra, Seropédica, RJ:EDUR, v.23, n.1-2, p. 120-128, jan.- dez.

SILVERSTEIN, R. M.; WEBSTER, F. X.; KIEMLE, D. J.2005.Identification of Organic Compounds. Seventh edition.p. 550.

WALENDZIEWSKI, J.; STEININGER, M.2001.Thermal and catalytic conversion of waste polyolefins. Cataysis Today, vol. 65, p. 323-330.