Ανάπτυξη ολοκληρωμένου συστήματος πυρόλυσης χρησιμοποιημένων ελαστικών με ενεργειακή αξιοποίηση για την παραγωγή ανθρακούχων υλικών
Authors: Αντωνίου Νικόλαος 
Published: September 2021

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η μελέτη της πυρόλυσης Ελαστικών στο Τέλος του Κύκλου Ζωής τους (ΕΤΚΖ), με απώτερο στόχο την αξιολόγηση των πειραματικών αποτελεσμάτων, τόσο για την κατανόηση της διεργασίας, όσο και για τον σχεδιασμό, κατασκευή και λειτουργία ολοκληρωμένου συστήματος πυρόλυσης ΕΤΚΖ, πιλοτικής κλίμακας, συνεχούς λειτουργίας, δυναμικότητας 20kg hr-1, για την παραγωγή ενέργειας και ανθρακούχων προϊόντων. Οι ανωτέρω δράσεις έχουν σαν σκοπό την κλιμάκωση μεγέθους της διεργασίας πυρόλυσης ΕΤΚΖ, από εργαστηριακό σε πιλοτικό και τελικά σε βιομηχανικό επίπεδο, εκθέτοντας όχι μόνο τα προβλήματα και τα τεχνικά εμπόδια που αναστέλλουν την ευρύτερη εφαρμογή ενός τέτοιου εγχειρήματος, αλλά και τους τρόπους επίλυσης αυτών, μέσω καινοτόμων προτάσεων για την αξιοποίηση των παραγόμενων ρευμάτων, στοχεύοντας στην ουσιαστική ενίσχυση της βιωσιμότητας του ολοκληρωμένου συστήματος πυρόλυσης.Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής αρχικά πραγματοποιήθηκε ευρεία βιβλιογραφική ανασκόπηση των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των ΕΤΚΖ, των προϊόντων πυρόλυσης ΕΤΚΖ και των φυσικοχημικών και προσροφητικών ιδιοτήτων των Ενεργών Ανθράκων (Ε.Α.) που προέρχονται από πυρολυτικό εξανθράκωμα ΕΤΚΖ.Ακολούθησε η πειραματική μελέτη της θερμοχημικής μετατροπής μέσω πυρόλυσης των ΕΤΚΖ σε εργαστηριακής κλίμακας αντιδραστήρα σταθερής κλίνης, προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση των κυριότερων λειτουργικών παραμέτρων στη σύσταση και απόδοση των προϊόντων πυρόλυσης, με έμφαση στο παραγόμενο στερεό κλάσμα της διεργασίας. Η μελέτη κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η θερμοκρασία κατά την οποία η θερμοχημική μετατροπή ολοκληρώνεται είναι εκείνη των 550 °C. Για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης του εξανθρακώματος στους 550 °C, προτιμώνται τα ΕΤΚΖ να έχουν διαστάσεις μεταξύ 15-20mm, ο ρυθμός θέρμανσης να είναι χαμηλός (20°C min-1) και ο χρόνος παραμονής να είναι 10 min. Σε αυτές τις συνθήκες, λαμβάνεται αέριο και υγρό κλάσμα υψηλής θερμογόνου δύναμης. Το εξανθράκωμα πυρόλυσης εμφάνισε ποιοτικά χαρακτηριστικά ανάλογα με χαμηλότερης καθαρότητας carbon blacks.Στη συνέχεια, μελετήθηκε η διεργασία ενεργοποίησης του πυρολυτικού εξανθρακώματος ΕΤΚΖ. Η διεργασία πραγματοποιήθηκε σε αντιδραστήρα σταθερής κλίνης, χρησιμοποιώντας ατμό, ως μέσο ενεργοποίησης. Τα αποτελέσματα κατέδειξαν ότι η ενεργοποίηση στους 820°C για χρόνο παραμονής 30 min, αύξησε την ειδική επιφάνεια του πυρολυτικού εξανθρακώματος κατά 8 φορές. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε και χημική ενεργοποίηση του πυρολυτικού εξανθρακώματος με KOH, σε αντιδραστήρα σταθερής κλίνης.Σε επόμενη ενότητα της διατριβής, παρουσιάζονται οι ενέργειες για το σχεδιασμό, κατασκευή και λειτουργία πιλοτικής μονάδας πυρόλυσης ΕΤΚΖ, βάσει των εργαστηριακής κλίμακας αποτελεσμάτων. Τα αποτελέσματα από την πιλοτικής κλίμακας πυρόλυση κατέδειξαν ότι οι αποδόσεις και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των λαμβανόμενων προϊόντων είναι πανομοιότυπα με εκείνα, από την πυρόλυση εργαστηριακής κλίμακας.Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναδεικνύουν τη δυνατότητα εναλλακτικής ενεργειακής αξιοποίησης των ΕΤΚΖ μέσω της πυρόλυσης αυτών, σε αντιδραστήρα σταθερής κλίνης συνεχούς λειτουργίας σε μια ενεργειακά βιώσιμη διεργασία, εκμεταλλευόμενη το ενεργειακό φορτίο των λαμβανόμενων αερίων και υγρών προϊόντων. Το λαμβανόμενο στερεό προϊόν στη συνέχεια, προτείνεται να ενεργοποιηθεί για να αποτελέσει τελικά πορώδες υλικό, το οποίο δύναται να χρησιμοποιηθεί σε διεργασίες περιβαλλοντικής απορρύπανσης.