بازیافت پسماند اسفنج پلییورتان: بازیافت گرماشیمیایی
Recycling of Polyurethane Foam Waste: Thermochemical Recycling
برگردان: مهندس رویا پورشوشتر
در بازیافت گرماشیمیایی (Thermomechanical Recycling) پسماند پلییورتان (PU)، جریان پسماند به عنوان منبع انرژی، سوخت یا تکپارهای با ارزش استفاده میشود. طرحواره¬ای از تمام این فرایندها در شکل 1 نشان داده شده است.
تفکافت (Pyrolysis)
تفکافت یک فرایند بازیافت شناخته شده برای پسماند PU است. تفکافت از یک محیط گرم شده و بدون اکسیژن برای تجزیه پلاستیک به گاز و مخلوطی از تکپارها استفاده میکند. در این روش، اتلاف جرم (mass loss) در دمای حدود 250 درجه سلسیوس شروع میشود و در دمای 300 درجه سلسیوس با 80 درصد کاهش جرم ثابت میماند، در حالی که 20 درصد باقیمانده تا دمای 500 درجه سلسیوس تجزیه میشود. نظارت بر این فرایند توسط گرماسنجی روبشی تفاضلی (differential scanning calorimetry) انجام میشود که قله¬های گرمازای مختلفی را در طول فرایند که مهمترین آن-ها در دمای 250 تا 300 درجه سلسیوس و بقیه در شروع (340 درجه سلسیوس) و پایان (490 درجه سلسیوس) مراحل تجزیه دوم نشان میدهند. دود زرد و مایع گران¬رو در مرحله اول تولید میشود و سپس مایع به آرامی به محصولات گازی تجزیه میشود.
گرما دادن نمونههای PU با سرعت K/s 300 تحت جریان نیتروژن یا هوا ( 850 تا 1000 درجه سلسیوس) علاوه بر مقادیر قابل توجهی CO، متان (CH4)، HCN، NH3 و NO مقادیر کمی اتیلن (C2H4) و استیلن (C2H2)، تولید میکند. مقادیر اندازهگیری شده به عنوان کسری از کربن در اسفنج پلییورتان (PUF) (برای CO و CH4) و نیتروژن (برای HCN، NH3، NO) به ترتیب 26، 18، 34، 8 و 21 درصد در 850 درجه سلسیوس و 24، 17، 64، 14 و 9 درصد در 1000 درجه سلسیوس به¬دست آمده است. تشکیل CO و NO از طریق واسطههایی مانند یورتان (HNCOO) توصیف میشود. برخی از پژوهشگران استدلال میکنند که مقداری نیتروژن در PU بهطورمستقیم به صورت NO آزاد میشود و به دنبال آن HCN زیادی آزاد میشود که همچنین ممکن است در فاز گاز به NO اکسید شود.
تفکافت یک چسب PU نیز یک روش رایج است. تجزیه PU به کاهش جرم تا حدود 95 درصد در دمای 230-380 درجه سلسیوس رخ میدهد. تفکافت RIM بهطورمعمول (در 450 درجه سلسیوس) 5 تا 25 درصد وزنی زغال، 10 تا 45 درصد وزنی مایعات و بیش از 40 درصد وزنی گاز میدهد. این محصول یک روغن قرمز، گران¬رو و تک¬فاز است که گرانروی آن با گذشت زمان افزایش می¬یابد. برای افزایش مقدار، کیفیت و بازارپسندی (marketability) مایع، استفاده از کربن فعال و ذرات PU در مرحله واکنش تفکافت ثانویه آزمایش شده است.
تبدیل به گاز (Gasification)
فرایند تبدیل به گاز برای جریانهای پسماند مخلوط مفید است. از یک فرایند گرمازا تشکیل شده است که گرما، خاکستر و بخش گازی را تولید میکند که حاوی مخلوط قابل احتراق هیدروژن (H2) و CO (گاز سنتزی) است. در این روش، یک جریان پسماند گرم میشود و سپس با هوا/ اکسیژن (O2) ترکیب میشود، که گاز سنتز CO + H را تشکیل میدهد که میتواند برای تولید مواد شیمیایی مختلف (مانند NH3، الکلها) وارد فرایندهای پالایشی شود. یک پمپ برای مواد اولیه مایع مورد نیاز است که با مایعسازی در شرایط فرایندی 20 تا 80 بار محیط اکسیژن و 1200 تا 1500 درجه سلسیوس به دست میآید. در عرض چند ثانیه 98 تا 99 درصد تبدیل به گاز به اضافه یک سرباره میشود. H2 و CO تولید شده میتوانند به ترتیب به عنوان مواد اولیه در تولید پلیاتر و ایزوسیاناتها نیز استفاده شوند.
هیدروژندار کردن (Hydrogenation)
هیدروژندار کردن یک “سازش” بین تفکافت و فرایند تبدیل به گاز است. اثر گرما و فشار بالا H2 باعث تولید محصولات گازی و مایع میشود. هیدروژندار کردن شامل یک مرحله بیشتر از تجزیه در اثر گرما است تا از طریق ترکیبی از گرما، فشار و هیدروژن، امکان ساخت گازها و روغنهایی با خلوص بیشتر را فراهم کند. دوام این فرایند مستلزم حل دو موضوع مهم است: 1) خلوص گازها و روغنهای حاصل از تجزیه در اثر گرما و هیدروژندار کردن و 2) هزینههای مربوط به ساخت محصولات نهایی کاربردی. این محصولات را میتوان به عنوان سوخت (تا حدی به عنوان منبع انرژی برای فرایند استفاده میشود) و مواد اولیه شیمیایی استفاده کرد.
منبع:
Mir Mohammad Alavi Nikje, “Recycling of Polyurethane Wastes,” Smithers Information Ltd, page 24-27, 2016.