Mecanismos de decomposição pirolítica de resíduos com PVC com vista à sua valorização

Abstract

Se considerarmos que o recurso a combustíveis fósseis e a sua previsibilidade de fim ser tão iminente quanto a necessidade de desenvolvimento de alternativas que os substituam, enveredamos num mundo de investigação e pesquisa, que envolve cada vez mais a valorização de resíduos, através do aproveitamento do seu potencial energético. Neste sentido, surgem inúmeros estudos sobre técnicas de valorização térmica e energética de resíduos, visando a formação de produtos combustíveis. O facto de serem utilizados resíduos como matéria-prima é uma mais-valia para todo o processo, constituindo uma alternativa à sua eliminação em aterro sanitário através do seu reaproveitamento em processos para valorização energética. Existem inúmeros processos de valorização que podem ser adaptados tanto a resíduos como a materiais virgens. Estes processos podem ser utilizados para valorização material ou energética sendo que neste último caso se pretende obter um gás com valor combustível através da degradação térmica do polímero. Em processos de tratamento térmico, como a pirólise e a gasificação, a presença de PVC, um composto com 56,7 % de cloro na sua composição, pode comprometer a integridade ambiental, em consequência da formação de ácido clorídrico, gás de cloro e dioxinas, bem como provocar a corrosão dos materiais constituintes dos equipamentos utilizados. Assim, uma solução possível para o seu tratamento consiste na remoção do cloro contido na molécula de PVC, recorrendo a um processo de pirólise a baixa temperatura, a montante de um processo de valorização energética. Nesta tese, desenvolveu-se um modelo cinético representativo da decomposição térmica do PVC, com base na sua descloração. Os ensaios de DTA/TGA, realizados a temperaturas entre 250 e 400 °C, indicaram uma reação de descloração de primeira ordem com uma energia de ativação de 133 800 ± 800 J/mol. A decomposição térmica do PVC foi validada em instalação de laboratório e em piloto. Nos ensaios efetuados em laboratório, à temperatura de 340 °C, registou-se uma taxa de descloração de 99,9 %, resultando no final do ensaio, um resíduo carbonoso com 89 % de carbono na sua constituição. Na instalação piloto desenvolveu-se um processo constituído por duas fases, conjugando o tratamento e posterior valorização energética de resíduos com PVC, cujos produtos de reação são o ácido clorídrico e um resíduo rico em carbono, na fase de tratamento, e um gás de síntese rico em hidrogénio, com elevado valor combustível, no final da fase de valorização energética.

If we consider that the use of fossil fuels and their predictable end be as imminent as the need for alternatives to replace them, we set in a world of investigation and research, which increasingly involves processes of energy recovery of waste by taking advantage of its heat content. In this sense, there are numerous studies on the development of techniques for thermal and energetic valorization, in order to produce a combustible gas resulting from wastes. Using wastes instead of virgin products as a raw material, is an asset to the entire process, since in this way landfilling wastes (hazardous or non-hazardous) is replaced by their use in processes for energy recovery. There are many recovery processes that can be adapted to both wastes and the virgin materials. These processes may be employed as thermal treatment or as a technique for its valorization, in which case the aim is to obtain a gas with fuel value by thermal degradation of the polymer. In thermal treatment processes, such as pyrolysis and gasification, the presence of PVC, a compound of 56.7 % of chlorine in its composition, can compromise the environmental integrity, as a result of the formation of hydrochloric acid, chlorine gas and dioxins, as well as cause corrosion of the constituent materials of the equipment used. Thus, one possible solution consists in removing the chlorine contained in the molecule of PVC, using a pyrolysis process at low temperature, before the process for energy recovery. In this work, a kinetic model representative of the thermal decomposition of PVC was developed, based on its dechlorination. DTA/TGA tests were performed at temperatures between 250 and 400 °C, indicating a first order dechlorination reaction, with an activation energy of 133 800 ± 800 J / mol. The thermal decomposition of PVC was validated in laboratory and pilot scale. In the tests conducted in the laboratory at 340 °C, dechlorination rate of 99.9 % was obtained, resulting a carbonaceous residue with 89 % of carbon in its constitution. The overall process developed under the scope of this thesis, consisted in two phases, the treatment and subsequent energetic valorization of PVC-containing wastes, whose reaction products are, for the treatment step, hydrochloric acid and a residue rich in carbon and a hydrogen-rich synthesis gas, with high fuel potential in the late phase of energetic valorization.