Liquefied waste plastic oil hydroprocessing
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2020-08-18
Department
Major/Subject
Chemical and Process engineering
Mcode
CHEM3043
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
98+7
Series
Abstract
Plastic waste pollution is one of the critical problems in modern world. When plastic waste is generated the most efficient way of preventing plastic pollution is recycling. There are many ways of plastic recycling mechanical recycling being the most frequent. New recycling methods have increased in interest due to increasing pollution problem and feedstock recycling of plastics back to raw materials is one of potential methods. After converting the waste plastic back to raw materials these can be used as feedstock for refinery hydroprocesses to produce more valuable chemicals. This thesis begins with literature part examining two refinery hydroprocesses: hydrotreating and hydrocracking. Literature part describes chemical reactions associated with these processes, description of these processes, operating the processes and catalysts used in these processes. Literature part continues with examination of liquefied waste plastic oils, common impurities in waste plastics and objectives of liquefied waste plastic hydroprocessing. In the applied part a hydrocracker model pre-calibrated for a traditional refinery feedstock is simulated with feed properties of two liquefied waste plastics found from literature. Simulations included case specific reference runs and a sensitivity analysis, in which effect of various process variables on hydrocracking efficiency was studied. Simulation results indicated that feed properties had a significant effect on hydrocracking performance: Boiling point reduction as well as reactor effluent composition depended on feed composition. A heavier- and mostly paraffinic feed with a boiling point range close to typical hydrocracker feed resulted in good boiling point reduction throughout distillation range and moderate isotherms on both hydrotreating- and hydrocracking catalyst. On the other hand, a lighter feed with considerable amount of aromatics resulted in much poorer reduction of boiling point and greater isotherm over hydrotreating catalyst than hydrocracking catalyst. Results of sensitivity analysis indicated that increasing reactor bed outlet temperatures and increasing bottoms recycle ratio increase conversion and lighter component yields. On the other hand increasing feed nitrogen content and decreasing hydrogen partial pressure decreases conversion and increases heavy component yields. Increasing reactor bed outlet temperatures increased effluent paraffin content and decreased aromatic content. Increasing bottoms recycle ratio increased reactor effluent aromatic content in case of feed containing aromatics. Decreasing hydrogen partial pressure and increasing feed nitrogen content decreased effluent paraffin content and increase aromatic content. Decreasing hydrogen partial pressure had the biggest effect on increasing catalyst deactivation rates.Kasvava jätemuovin määrä on yksin nykymaailman kriittisistä ongelmista. Tehokkain keino estää syntyneen jätemuovin pääsy ympäristöön on kierrätys. Jätemuovin kierrättämiseen on monia menetelmiä joista yleisin on mekaaninen kierrätys. Kasvavan jätemuovimäärän takia uudet kierrätysmenetelmät kiinnostavat yhä enemmän ja yksi lupaava kierrätysmenetelmä on jätemuovin nesteytys takaisin muovin raaka-aineiksi. Näistä raaka-aineista voidaan jalostaa arvokkaampia aineita vetyprosessiyksiköissä. Diplomityön alussa tarkasteltiin kirjallisuuslähteiden avulla kahta yleistä vetyprosessia: vetykäsittelyä ja vetykrakkausta. Kirjallisuusosassa kuvaillaan näiden prosessien kemiallisia reaktioita, itse prosesseja, näiden prosessien operointia ja näissä prosesseissa käytettyjä katalyyttejä. Myöhemmin kirjallisuusosassa tarkastellaan nesteytettyjä jätemuoviöljyjä, yleisesti jätemuoveissa esiintyviä epäpuhtauksia ja vetyprosessoinnin käyttötarkoituksia nesteytetyn jätemuoviöljyjen tapauksissa. Työn soveltavassa osassa käytettiin vetykrakkerimallia, joka oli kalibroitu vastaamaan tuotannossa olevan vetykrakkerin ominaisuuksia, simuloimaan vetykrakkausta kahdella nesteytetyllä jätemuoviöljysyötöllä. Simuloinnit koostuivat syöttö kohtaisista referenssiajoista ja herkkyysajoista, joissa useiden prosessimuuttujien vaikutusta vetykrakkauksen tehokkuuteen tutkittiin. Simuloinnin tulokset osoittivat että syöttöaineen ominaisuuksilla oli suuri merkitys vetykrakkauksen tehokkuuden kannalta: kiehumispisteen alenema sekä reaktorin effluentin koostumus riippuivat syöttöaineesta. Raskaamman ja hyvin parafiinisen syötön, jonka kiehumispistealue on hyvin lähellä tyypillistä vetykrakkerin syöttöä, kiehumispistealue aleni merkittävästi koko tislausalueelta ja reaktorien isotermit olivat maltilliset sekä vetykäsittely-, että vetykrakkerireaktoreissa. Toisaalta kevyempi ja aromaattipitoinen virta ei kokenut suurta kiehumispisteen alenemaa ja vetykäsittelyreaktorin isotermi oli suurempi, kuin vetykrakkausreaktorin. Herkkyysajojen tulokset osoittivat että reaktorien operointilämpötilojen nosto ja tislauskolonnin pohjan kierrätysasteen nosto johtivat korkeampaan konversioon ja kevyempien komponenttien saantojen kasvamiseen. Toisaalta syötön typpipitoisuuden kasvu ja vedyn osapaineen laskeminen laskivat konversiota ja kasvattivat raskaiden komponenttien saantoa. Reaktorien operointilämpötilojen nosto johtivat reaktorin effluentin parafiinipitoisuuden kasvuun ja aromaattipitoisuuden laskuun. Tislauskolonnin pohjan kierrätysasteen kasvattaminen nosti reaktorin effluentin aromaattipitoisuutta, kun syöttö sisälsi aromaatteja. Vedyn osapaineen laskeminen ja syötön typpipitoisuuden nousu johtivat effluentin parafiinipitoisuuden laskuun ja aromaattipitoisuuden kasvuun. Vedyn osapaineen lasku vaikutti eniten katalyytin deaktivoitumisen kasvuun.Description
Supervisor
Alopaeus, VilleThesis advisor
Keskitalo, TuomoKeywords
waste plastic oil, hydroprocessing, hydrocracking, chemical recycling