A szerves hulladékok – pl. a lakossági kommunális hulladékok jelentős része – kezelésének leginkább elterjedt, klasszikus megoldása volt a lerakás (deponálás), majd ezzel közel egy időben a hulladékok elégetése, kezdetben hőhasznosítás nélkül. Nevezzük ezt „ne is lássuk, csak tűnjön el” korszaknak. Ezt követte a hulladékégetés hőhasznosítással, és a kommunális lerakókban képződő metángáz összegyűjtése energetikai hasznosítás céljából. Mindkét megoldás hatásfoka rendkívül alacsony. Nevezzük ezt „legalább pici hasznunk legyen belőle” korszaknak. Ma már a „hulladék legyen nyersanyag” korszakot éljük, és jelentős a verseny a jobbnál jobb, egyre gazdaságosabb megoldásokra, ahol a hulladékból termékek születnek.

Az egyik perspektivikus, világszerte terjedőben lévő eljárás a szerves hulladékok pirolízisén, azaz hőbontásán alapul. A szerves anyagok 500-600 ^oC hőmérsékleten bomlanak. (Katalitikus hőbontás esetén ennél alacsonyabb hőmérsékleten, már 450-550 ^oC-os jó hatásfokkal bonthatók a szerves hulladékok.) A hőbontás termékei gáz, folyadék és szilárd halmazállapotú anyagokra választhatók szét, amelyek közül a gázhalmazállapotú anyag helyben hasznosítható, magához a pirolízis folyamathoz, a folyamat fenntartására. Sőt általában hulladékhő is keletkezik, amelyre további hasznosítási folyamatokat lehet alapozni. Az esetlegesen képződő gázfelesleg szintézis gáz, vagy fűtési célú gáz céljára hasznosítható. A folyékony halmazállapotú termék elterjedt neve pirolízis olaj, a szilárd halmazállapotú terméket pirolízis koksznak, vagy pirolízis koromnak nevezzük.

A pirolízis technológiák leggyakoribb alapanyaga gumi-, és műanyag hulladék. Mindkettő jelentős részét képezi a lakossági kommunális hulladéknak. Ugyanakkor elvileg minden szerves anyag pirolizálható, a szalma, a nyesedék és a mezőgazdasági hulladékok is. Ezért az utóbbi évtizedekben számos változata született a pirolízis technológiáknak, szakaszos és folyamatos eljárások egyaránt.

A technológia elterjedésének azonban gátat szab, hogy a képződő pirolízis olaj és korom nem elégíti ki az olajokkal és a korommal szemben támasztott minőségi követelményeket, sőt kifejezetten távol áll attól. A pirolízis olaj nem olaj, és a pirolízis korom nem korom. A pirolízis üzemek csak nyomott áron, kvázi veszteségesen tudják ezt a két terméket eladni. Ha nem akarnak maguk is hulladékot termelni, jó esetben energetikai célra adható el ez a két pirolízis termék.

A Palota Környezetvédelmi Kft., mint hulladékkezeléssel és hulladékhasznosítással foglalkozó vállalkozás, alapvetően érdekelt a hulladékok minél szélesebb körű hasznosításában. Társaságunk létezése óta foglalkozik a hulladékhasznosítási eljárások fejlesztésével, részt veszünk az erre irányuló innovációs munkában, és rendszeresen részt veszünk a meghirdetett innovációs pályázatokon is. A „Hulladékfeldolgozás során keletkező olajfrakciók stabilizálására szolgáló technológia kifejlesztése piacképes olajtermékek előállítása céljából.” című pályázatunkkal, KFI_16-1-2017-0359 számon elnyertünk egy fejlesztési munkát, amelynek célja a pirolízis olajok nemzetközi viszonylatban is új felhasználási irányának a kutatása volt. (Az elért eredményeinket a Jövő Gyára weboldalán olvasható cikkben ismertetjük.)

Jelen tanulmányunkban a pirolízis olajok desztillációjával foglalkozunk, amely részben a fent hivatkozott munka járulékos része, de ugyanakkor önálló hasznosítási megoldás is lehetne. Azonban számos téves elképzelés kering róla a szakmai közvéleményben, és többen feltételezik, hogy a pirolízis olaj elhelyezési problémáit megoldja. Egy jellemző pirolízis olaj desztillációs görbét mutat az (1. ábra), kétféle módszerrel mérve: hagyományos Engler desztillációval és gázkromatográfiás méréssel. A görbék jó egyezést mutatnak.

1. ábra | Mért és gázkromatográfiás méréssel szimulált Engler desztillációs görbe nyers pirolízis olajok esetén. Jellemző görbe, nagyszámú vizsgálat egyike. A különböző helyekről származó olajok egymástól csak csekély mértékben térnek el.

A nyers gumipirolízis olajok jellemzője, hogy a benzin és a gázolaj frakció várható hozama 55-65 % között van, 35-45 % desztillációs maradék. Műanyag pirolízise esetén a maradék mennyisége lényegesen kevesebb, akár csak 8-10 % is lehet, de a benzin és a gázolaj frakció görbéje a gumipirolíziséhez nagyon hasonló. A következő ábra (2. ábra) a három lényeges frakció hasonló módon készült desztillációs görbéjét mutatja.

2. ábra | Mért és gázkromatográfiás méréssel szimulált Engler desztillációs görbe, részfrakciók esetén.

A következő ábra (3. ábra) a kísérleti berendezéseinket mutatja, amelyekkel a részfrakciókra bontást végeztük részben a hidrogénezési vizsgálatokhoz, részben késztermékek előállításához.

3. ábra | 3 literes üstméretű laboratóriumi, és 50 literes üstméretű félüzemi kísérleti berendezéseink, pirolízis olajok desztillációjának vizsgálatához.

A kutatásunk során vizsgáltuk a részfrakciók kémiai összetételét és a kémiai csoportösszetételt is, összehasonlítottuk az olajiparban gyártott, kőolajból készült olajtermékekkel.

4. ábra | 13 részfrakcióra bontott pirolízis olaj egyes részfrakcióinak szénatomszám szerinti megoszlása.

Vizsgáltuk az egyes részfrakciókat olajipari szabványos módszerekkel és alkalmazástechnikai vizsgálatokkal is. A tapasztalataink sokrétűek, és az eredményekből számos fontos következtetés vonható le, amit az alábbiakban foglalunk össze.

Összefoglalás, következtetések

A pirolízis olajok desztillációja bonyolult folyamat, mivel az olajok összetétele alapvetően eltér a kőolajtól, az olajipar által használt nyers kőolajtól, és az olajipari termékektől. A legnagyobb különbség az olajok kémiai összetételében van, mivel az olajok jellemző csoportösszetétele a következő.

C₆-C₃₇ n-paraffinok, különösen C₈-C₁₃; alacsony koncentrációban alkének, különösen nem kondenzált butadiének, pentének, pentadienek és izoprén; nagy mennyiségű aromás, naftén és terpén (összesen kb. 65 tömeg %), különösen limonén, BTEX, alkilezett egygyűrűs aromás és 5-gyűrűs benzpirén.

A pirolízis olajok kéntartalma elsősorban a benztiazol (BTZ) és dibenzotiofén (DBT) valamint ezek alkilezett formáiban van jelen, ezek a metil-, dimetil-, és tetrametil-dibenzotiofén (M₁DBT, M₂DBT és M₃DBT).

A pirolízis olajokban lévő nitrogén BTZ (benztiazol) formában is jelen van, míg az oxigén hidroxilvegyületek, például fenol, 3-metil-fenol és 2-etil-l-hexanol formájában jelenik meg. Ezek a heteroatomos molekulák jelentős akadályt jelentenek a pirolízis olajoknak a belsőégésű motorokban vagy tüzelőanyagként történő alkalmazásához.

A desztillációnál, a frakciókra bontás során nem az történik, hogy hasznos frakciók képződnek, hanem a nemkívánatos vegyületek forrpont alapján oszlanak meg, és több semmire nem használható frakció képződik, amely különösen hajlamos öregedésre, gyantás anyagok és lerakódások képződésére. Ugyanakkor a párlatok, és a frakciókban jelenlévő szerves anyagok fontos nyersanyagai lehetnek a jövőben a vegyipari intermedier és végtermékeknek. Kulcsfontosságú a desztilláció olyan értéknövelő olajipari technológiák esetében is, amelyekkel a Palota Környezetvédelmi Kft. foglalkozik jelenleg, és alapvetően speciális olajtermékek előállítását célozták meg. Nélkülözhetetlen a szakszerűen végzett desztilláció a hidrogénezési eljárások alapanyagának az előállításánál, és a stabilizált végtermékek előállításánál is.

5. ábra | A Petrol Kft. által kifejlesztett többfunkciós, portábilis desztilláló berendezés, a telepítést követően, beüzemelés állapotában. Az üzemi méretű, alapvetően folyékony veszélyes hulladékok hasznosítása céljából készült berendezés, a Palota Környezetvédelmi Kft.-vel való együttműködés keretében, és szakértői közreműködéssel jött létre.

A berendezés működését a Petrol Kft. a Jövő Gyára és a Techmonitor folyóiratokban publikálta, ide kattintva ismertetik bővebben.

| Ábrák: Palota Környezetvédelmi Kft.  

Palota Környezetvédelmi Kft.

1151 Budapest, Szántóföld út 4/a.

Telefon: +36 (1) 308-1350 

E-mail:  palotakv@t-online.hu

Web: https://palotakft.hu/