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Riscaldando i rifiuti di plastica a una temperatura compresa tra 300°C e 500°C senza ossigeno nel reattore, le lunghe catene polimeriche non bruciano, ma si spezzano. Questa rottura termica è la pirolisi e divide la plastica in tre flussi: un olio liquido, un gas combustibile e un residuo solido di carbone o nero di carbonio. La frazione liquida è ciò che l'industria chiama olio di pirolisi plastica, ed è il flusso con il valore commerciale più diretto.
Poiché non è coinvolta alcuna combustione, la chimica è più vicina al cracking che alla combustione, ed è esattamente il motivo per cui il petrolio risultante assomiglia agli idrocarburi derivati dal greggio piuttosto che alla cenere o alla fuliggine. Il La definizione dell'EPA di processi di riciclaggio avanzati classifica la pirolisi in questo modo proprio perché il risultato è una materia prima chimica o un combustibile, non la cenere dell’inceneritore.
Per chiunque valuti questo come una linea di business piuttosto che una curiosità di laboratorio, la questione pratica non è se la pirolisi funziona. Lo fa in modo affidabile. La domanda è quali materie prime e quale configurazione delle attrezzature producano effettivamente petrolio che vale la pena vendere, ed è qui che si collocano la maggior parte delle decisioni reali.
Non tutta la plastica si decompone allo stesso modo e la scelta della materia prima determina sia la resa che il valore a valle più di quasi ogni altra variabile nel processo. Polietilene, polipropilene e polistirene sono i cavalli di battaglia qui: le loro lunghe catene di idrocarburi si rompono nettamente in olefine e paraffine, dando rese di petrolio che comunemente vanno dal 40 al 55% in peso.
| Tipo di plastica | Idoneità alla pirolisi | Nota |
|---|---|---|
| PE/PP | Eccellente | Elevato contenuto di olefine, ottimo per materie prime per cracking con vapore |
| PS | Bene | Maggiore contenuto di carbonio, petrolio più denso di energia |
| PVC | Evitare | Rilascia cloro, corrode le apparecchiature e avvelena i catalizzatori a valle |
| ANIMALE DOMESTICO | Povero | Bassa resa in olio, alto contenuto di composti ossigenati |
Il PVC merita un'attenzione speciale perché è la plastica che la maggior parte degli operatori seleziona attivamente prima di alimentare il reattore. Il suo contenuto di cloro non si limita a contaminare l'olio, ma accelera la corrosione all'interno del reattore e del condensatore nel tempo, trasformando un problema di manutenzione in un costo ricorrente. I flussi misti di rifiuti plastici urbani necessitano quasi sempre almeno di una selezione di base prima della pirolisi, non perché il processo non sia in grado di gestire la contaminazione, ma perché la qualità dell’olio risultante diminuisce drasticamente quando lo fa.
La configurazione del reattore è importante quasi quanto la materia prima. I sistemi batch caricano, riscaldano, reagiscono e si raffreddano prima dello scarico, il che funziona bene per operazioni più piccole o strutture che gestiscono flussi di rifiuti variabili in cui la composizione delle materie prime cambia da un carico a quello successivo.
I sistemi continui continuano ad alimentare il materiale mentre estraggono petrolio, gas e carbone senza interrompere il processo, e il funzionamento a stato stazionario tende a produrre batch dopo batch una chimica del petrolio più coerente, poiché la temperatura del reattore e il tempo di permanenza rimangono stabili anziché ciclici. Per un'operazione che tratta un volume costante e maggiore di plastica selezionata, a Impianto di pirolisi plastica continua costruito per materie prime miste PP/PE/PS generalmente offre una produttività migliore per ora di manodopera rispetto ai cicli batch ripetuti.
Le operazioni più piccole, o quelle che stanno ancora verificando l'offerta di materie prime e la domanda di mercato prima di espandersi, sono spesso meglio servite iniziando con a impianto di pirolisi plastica batch adatto ad operazioni su scala ridotta , poiché il minor investimento iniziale e la semplicità operativa riducono i rischi mentre il modello di business è ancora in fase di sperimentazione. Uno più dettagliato guida approfondita ai tipi e alla selezione delle apparecchiature per la pirolisi della plastica esamina in modo più dettagliato la capacità, il livello di automazione e le scelte dei materiali del reattore.
Il petrolio direttamente dal reattore di pirolisi viene raramente venduto così com'è. Si tratta di un flusso misto di idrocarburi che trasporta un ampio intervallo di punti di ebollizione, tracce di zolfo e qualsiasi contaminante residuo sfuggito allo smistamento delle materie prime. La distillazione è ciò che separa quella miscela in frazioni che corrispondono effettivamente a un mercato: materiale della gamma nafta, olio della gamma diesel e residui più pesanti.
La distillazione atmosferica gestisce le frazioni più leggere in modo efficiente ed è il primo passo più comune per le operazioni mirate alla produzione di gasolio. An impianto di distillazione atmosferica per la raffinazione dell'olio di pirolisi separa queste frazioni in base al punto di ebollizione senza il costo aggiuntivo delle apparecchiature per il vuoto, che di solito è sufficiente quando l'obiettivo è l'olio combustibile industriale piuttosto che un prodotto completamente raffinato.
Le frazioni più pesanti, tuttavia, si degradano o si rompono ulteriormente se si tenta di farle bollire a pressione atmosferica, poiché le temperature richieste superano il punto in cui gli idrocarburi iniziano di nuovo a scomporsi. È lì che a sistema di distillazione sotto vuoto per trasformare l'olio di pirolisi in combustibile di qualità superiore guadagna il suo costo: l’abbassamento della pressione abbassa il punto di ebollizione delle frazioni pesanti, lasciando che si separino in modo pulito invece di cuocerle in coke.
Lo sbocco più semplice è la vendita diretta a industrie ad alta intensità energetica, forni per vetro, cementifici, acciaierie, che possono bruciare oli combustibili più pesanti senza gli stessi requisiti di purezza del carburante per trasporti. Questo è solitamente il percorso più veloce per ottenere entrate per una nuova operazione, poiché richiede un'elaborazione minima.
Le raffinerie rappresentano il livello successivo, acquistando olio distillato di pirolisi come materia prima di miscelazione per la produzione diesel commerciale. Questo percorso paga di più per tonnellata ma richiede una qualità costante, che si ricollega direttamente alle scelte di selezione e distillazione delle materie prime sopra descritte.
Il percorso tecnicamente più impegnativo ma di maggior valore è il recupero delle materie prime chimiche, in cui l’olio di pirolisi viene crackizzato con vapore in monomeri di etilene e propilene, chiudendo sostanzialmente il ciclo nella produzione di plastica equivalente vergine. Raggiungere questo livello richiede costantemente la materia prima più pulita e il controllo di processo più rigoroso di qualsiasi applicazione presente in questo elenco, motivo per cui la maggior parte degli operatori si avvicina a questo livello per fasi anziché iniziare da lì.
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