Development of advanced gas analysis for olefin rich gases

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2024-05-21
Department
Major/Subject
Chemistry
Mcode
CHEM3023
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
66
Series
Abstract
Accumulation of plastic waste in the world has become a major problem within the past decades. Discoveries of microplastics everywhere in the environment have raised further concerns. One way to solve these problems is the development and implementation of new and innovative recycling technologies. Pyrolysis of plastic waste feedstock has been found to be promising technology in the chemical recycling of plastics. The aim of this thesis was to develop an analysis method of heterogenous syngas produced by pyrolysis of plastic waste. Gas chromatography (GC) is an industry standard analysis method for gas analysis and was selected to be used in the study. GC-system used was equipped with flame ionization detector (FID), thermal conductivity detector (TCD) and pulsed discharge detector (PDD) for an analysis of wide range of compounds of interest such as H2S, COS and HCl. Main focus of this study was to evaluate this equipment’s detection capabilities in heterogenous pyrolysis gases. Other priority of the thesis was on determining the origin of systematic errors within the system. The GC-system was found to be excellent for analysis of H2S, COS and carbon-based gases such as CH4. Detection of sum C2+ compounds with FID detector were verified to work as expected. Analysis of permanent gases, HCl and NH3 was deemed difficult but feasible. Systematic errors were studied, and the root causes were estimated to be caused by malfunctioning molecular sieve, columns, and relay switches.

Muovijätteen kertymisestä maailmaan on tullut suuri ongelma viime vuosikymmeninä. Mikromuovin löytyminen kaikkialta ympäristöstä on lisännyt huolta muovien käytöstä. Yksi keino vähentää näiden ongelmien vaikutuksia on uusien ja innovatiivisten kierrätystekniikoiden kehittäminen ja käyttöönotto. Muovijätteen pyrolyysin on todettu olevan lupaava tekniikka muovin kemiallisessa kierrätyksessä. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää analyysimenetelmä muovijätteen pyrolyysissä syntyvälle heterogeeniselle kaasulle. Kaasukromatografia (GC) on kaasun analysoinnissa käytettävä alan perusmenetelmä, ja se valittiin pääanalyysitekniikaksi tutkimukseen. Käytetty GC-järjestelmä oli varustettu liekki-ionisaatiodetektorilla (FID), lämmönjohtavuusdetektorilla (TCD) ja pulssipurkausdetektorilla (PDD), joilla voidaan analysoida useita tutkimukselle tärkeitä yhdisteitä kuten H2S, COS ja HCl. Tutkimuksen pääpaino oli toteamisrajojen arvioinnissa heterogeenisistä pyrolyysikaasuista. Työn toinen painopiste oli järjestelmässä syntyvien systemaattisten virheiden tutkiminen. GC-järjestelmän todettiin olevan erinomainen H2S:n, COS:n ja hiilipohjaisten kaasujen, kuten CH4:n, analysointiin. C2+-yhdisteiden summan havaitseminen FID-ilmaisimella todettiin toimivan odotetusti. Pysyvien kaasujen, HCl:n ja NH3:n analysointi koettiin haastavana mutta mahdollisena menetelmien edelleen kehittämisen jälkeen. Systemaattisia virheitä tutkittiin, ja niiden arvioitiin johtuvan molekyyliseulan, kolonnien ja relekytkimien toimintahäiriöistä.
Description
Supervisor
Kulmala, Sakari
Thesis advisor
Nikkanen, Ville
Keywords
gas chromatography, plastic waste, pyrolysis gas, detector
Other note
Citation