Reciclado químico de residuos poliméricos a hidrocarburos de interés para la industria petroquímica

LAURA C. LERICI

Buenos Aires

Jornada; Primeras Jornadas de Intercambio y Difusión de los Resultados de Investigaciones de los Doctorandos en Ingeniería; 2010

El aumento en el consumo de los materiales plásticos trae aparejado un incremento en el volumen de los desperdicios provenientes de estos materiales. Este hecho combinado con la gran resistencia a la degradación natural y a los impactos biofísicos de su acumulación y/o disposición final representan un grave problema ambiental que requiere de inmediata atención. La degradación termo-catalítica de los residuos plásticos se convierte en una alternativa que permite obtener una mezcla de hidrocarburos con valor comercial para la industria petroquímica. El uso de catalizadores con respecto a los ensayos puramente térmicos, permite la reducción de la temperatura de trabajo y genera productos en un rango de números de átomos de carbono más acotado. La caracterización fisicoquímica de los catalizadores se realizó por difracción de rayos X (XRD), espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), absorción atómica (AA) y área superficial (método BET). La determinación de las propiedades ácidas se realizó por FTIR de piridina adsorbida. El polímero fue estudiado por análisis térmicos (TG y DSC). Los ensayos de degradación fueron realizados en un reactor tubular de vidrio a 500°C, presión atmosférica y flujo constante de N2. Los productos de reacción se analizaron por cromatografía gaseosa (CG) y cromatografía gaseosa acoplada a espectrometría de masas (CG-masas). Se realizó un estudio comparativo de la actividad catalítica de polietileno de baja densidad (LDPE) sobre Zn- Beta, H-Beta, Zn-ZSM-11 y H-ZSM-11. Los resultados obtenidos mostraron que tanto la forma protónica como la intercambiada con Zn2+ de la zeolita Beta, presentaron un rendimiento elevado hacia la fracción de gases licuados de petróleo (C3-C4) y mayor porcentaje de coque (> al 2%p/p) con respecto a los dos catalizadores ZSM-11 en las mismas condiciones operativas. Además, la Zn-ZSM-11 fue la más selectiva hacia los hidrocarburos aromáticos efecto atribuido a la mayor cantidad de sitios Lewis presentes. Por otra parte, se realizaron estudios de desactivación sobre Zn-ZSM-11 y H-ZSM-11, encontrándose que los residuos carbonosos acumulados fueron de 3.28 %p/p para H-ZSM-11 y 4.49 %p/p para Zn-ZSM-11. Se pudo concluir que ambas zeolitas mantuvieron una importante actividad/estabilidad catalítica, a lo largo del tiempo de reacción de 300 min con rendimientos que oscilan entre 27 y 39%p/p para la fracción liquida y 61 y 73%p/p para los productos gaseosos. Se realizó también un estudio para evaluar la variación de los rendimientos hacia los productos líquidos, gaseosos y coque sobre la zeolita Zn-ZSM-11, en función del flujo de gas de arrastre. Los rendimientos obtenidos oscilaron entre 27 y 42 %p/p para los líquidos, entre 58 y 72 %p/p para los gases y 0.25 y 0.77 %p/p para el coque. Se observó que un flujo de gas portador intermedio (25 ml/min) favorece la generación de productos líquidos (~42%p/p), mientras que los caudales extremos (15 y 45 ml/min) producen mayores porcentajes de productos gaseosos (~71%p/p). Para flujos bajos, esto podría adjudicarse al sobrecraqueo producido por el mayor tiempo de contacto entre polímero y catalizador, mientras que a altos caudales, el tiempo de contacto no es suficiente para que se produzcan las reacciones secundarias responsables de la formación de hidrocarburos aromáticos. Actualmente se está realizando un estudio de desactivación de H-Beta y se planifica hacer lo mismo con Zn-Beta. Por otra parte, se realizarán ensayos de actividad catalítica sobre las matrices zeolíticas Y, Beta y ZSM-5 modificadas con la incorporación de Co2+. Se tiene previsto hacer pruebas en un reactor de lecho fluidizado tipo Riser con aquellos catalizadores que hayan presentado mejor desempeño.