Experimental investigation and modeling of a polyolefin pyrolysis process

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Der steigende Einsatz von Kunststoffen als kurzlebige Verpackungsmaterialien wie Folien, Filme und Säcke führt zu zunehmenden Mengen an Plastikabfällen, welche im Zuge eines nachhaltigen Ressourcenmanagements recycelt und wiederverwertet werden müssen. In einer vorangegangenen Arbeit wurde hierzu ein tertiäres Behandlungsverfahren entwickelt, das durch pyrolytische Zersetzung wertvolle Kohlenwasserstoffe wiedergewinnt und ein organisches Lösungsmittel als Trägermedium einsetzt, um die Verarbeitbarkeit der Polymerschmelze zu verbessern. Das Ziel dieser Arbeit war es, ein besseres Verständnis der ablaufenden Degradationsreaktionen und deren Einflussfaktoren zu generieren, um darauf aufbauend den technischen Prozess optimieren und modellieren zu können. Zu diesem Zweck wurde nach einer umfassenden Literaturstudie eine kontinuierliche Versuchs-anlage im Labormassstab, genannt "Flash", entwickelt und zur Untersuchung von LDPE Cracking in Kombination mit Lösungsmittel in einem Rohrreaktor eingesetzt. Die herrschenden Prozessparameter wie Polymer/Lösungsmittel-Verhältnis, Druck, Temperatur und Verweilzeit wurden systematisch variiert und der resultierende Effekt auf die flüssigen und gasförmigen Produktmengen und -qualitäten erfasst. Hierbei konnte festgestellt werden, dass höhere Polymeranteile, höhere Temperaturen und Drücke sowie längere Verweilzeiten zu einer Zunahme der auftretenden Leichtprodukte auf Kosten der schweren Fraktionen führen. Aufgrund des Anlagensetups treten Abhängigkeiten der einzelnen Prozessparameter auf, welche bei der Auswertung und Interpretation berücksichtigt werden müssen. So kommt es zum Beispiel durch Erhöhung des Reaktordrucks zu reduzierten Gasanteilen im Rohr und dadurch einer Erhöhung der Verweilzeit, welche sich ihrerseits auf die erreichte Konversion auswirkt. Das Zersetzungsverhalten unterschiedlicher Kunststoffsorten, die häufig als Verpackungsmaterial eingesetzt werden, wurde unter einander verglichen indem thermogravimetrischen Analysen bei konstanten Heizraten durchgeführt wurden. Dadurch konnten Informationen über die relative thermische Stabilität erlangt und auch Vergleiche zwischen Neugranulat und Altkunststoff aufgestellt werden. Desweiteren zeigten thermogravimetrische Analysen von LDPE, dem reinen Lösungsmittel und Mischungen der beiden Komponenten, dass Interaktionen zwischen ihnen bei der Zersetzung nicht ausgeschlossen werden können. Auf Basis der gemessenen Produktmengen bei unterschiedlichen Verweilzeiten wurde ein zusammenfassendes, pauschalisierendes Kinetikmodell (auf Englisch: lumped kinetic model) entwickelt, welches komplexe Reaktionsnetzwerke durch Zusammenfassung von einzelnen Spezies anhand ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften vereinfacht. Ein solches Reaktionsmodell, das mit vier Pseudokomponenten mit unterschiedlichem Siedebereich und sechs verschiedenen Reaktionswegen zwischen ihnen aufgestellt wurde, beschreibt die in den Versuchen erzielten Ergebnisse ausreichend genau.

Details

Titel in ÜbersetzungExperimental investigation and modeling of a polyolefin pyrolysis process
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Lehner, Markus, Beurteiler A (intern)
  • Winter, Franz, Beurteiler B (extern), Externe Person
StatusVeröffentlicht - 2018