Upgrading von Rückständen aus dem Kunstoffrecycling im FCC-Prozess

Abstract

Die Entsorgung der stetig wachsenden Mengen an Kunststoffabfällen weltweit ist eine enorme Herausforderung. Die Produktion und der Verbrauch zeigen seit der Erfindung von Kunststoff einen steigenden Trend. Eine große Menge der Altkunststoffe aus Europa wird in die Volksrepublik China exportiert und dort ökonomisch günstig entsorgt. Seit Anfang 2018 hat das Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China beschlossen, keine Kunststoffabfälle aus Europa mehr abzunehmen. Aufgrund dessen müssen in Europa alternative Möglichkeiten zur Abfallbehandlung gefunden werden, wobei zwischen der Deponierung und der Verwertung (Recycling und energetische Verwertung) unterschieden wird. Die Deponierung von Kunststoffen ist aufgrund gesetzlicher Vorgaben bereits limitiert. Bei der energetischen Verwertung, der Verbrennung, entstehen auch Gase wie Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, welche hinsichtlich der Emissionen nicht erwünscht sind. Aus diesem Grund wird immer mehr Forschungsarbeit in Recyclingmethoden investiert. Unter anderem wurde von der OMV AG das Verfahren „ReOil“ zur Verwertung von Kunststoffen entwickelt, wobei unter Luftausschluss der Kunststoff zunächst aufgeschmolzen und nachfolgend thermisch gecrackt wird. Vorteile an diesem Verfahren sind, dass die Kunststoffe nicht vorsortiert werden müssen und als Endprodukte erdölähnliche Verbindungen entstehen, welche in den Raffinerieprozess eingebracht werden können. Neben den wertvollen Produkten fällt aber auch ein Rückstand an, für den bis dato keine ideale Verwendung gefunden werden konnte. Ziel der Arbeit ist es nun diesen Rückstand, der als Purge bezeichnet wird, in einer Mischung mit Va-kuumgasöl (VGO) in den Fluid Catalytic Cracking (FCC)-Prozess einzubringen. Die Versuche wurden an der FCC-Pilotanlage der TU Wien durchgeführt, die mit einer intern zirkulierenden Wirbelschicht arbeitet. Die Hauptaufgabe war, die Veränderung des Produktspektrums bei Zumischung von Purge zu analysieren. Für die experimentellen Arbeiten wurde vorerst ein Base Case mit reinem VGO durchgeführt, um eine Referenz zu erhalten. Weiters wurden Mischungen mit 10 m% und 20 m% Purge vorbereitet und diese in den FCC-Prozess eingebracht. Zur Auswertung wurde ein sogenanntes Lump-Modell verwendet, mit dem alle Produkte in unterschiedliche Fraktionen mit ähnlichen Eigenschaften eingeteilt werden. Anhand der Crackversuche konnte gezeigt werden, dass sich die Produktpalette bei Zumischung von Purge merklich verändert. Es werden höhere Mengen an LCO, Rückstand und Koks produziert, im Gegenzug dazu nehmen Gas- und Benzinanteile ab. Diese Ergebnisse wurden erwartet, da es sich bei Purge um eine Mischung aus Verbindungen mit längeren Ketten als beim VGO handelt. Bei der Zumischung von 20 m% Purge zeigt sich die größte Auswirkung im Benzinanteil, denn dieser sinkt um 10,5 %. Die Versuche werden in dieser Arbeit ausgewertet, analysiert und grafisch dargestellt. Mit den Experimenten konnte gezeigt werden, dass eine Beimengung von Purge zum VGO im FCC-Prozess möglich ist und sich das Produktspektrum ein wenig zu schwereren Verbindungen verschiebt.

The disposal of growing amounts of plastic waste is an enormous challenge worldwide. Since the invention of plastics, both production and consumption increased rapidly. A large amount of plastic waste was exported into the People´s Republic of China. There the plastic waste could be treated at low cost. Since January 2018, the Ministry of Enviromental Protection of the People´s Republic of China has decided to completely cut plastic waste imports from Europe. Because of this, alternative options have to be located in Europe. The landfilling of plastics is already limited due to legal requirements. The use of energy recovery (combustion of plastic waste) produces flue gases like car-bon monoxide and carbon dioxide which cause undesireable emissions. As a result, more and more research hast to be invested in recycling methods. The OMV AG developed a process called “ReOil” for the recycling of plastics, with thermal pyrolysis. Advantages of this process are that the plastics do not have to be presorted and that the end prod-ucts are petroleum-like compounds. These can be incorporated in the refinery process. In addition to the useful products there is also a residue called “Purge”. For Purge no ideal application could be found yet. The aim of this work is to use the residue called Purge in a mixture with vacuum gas oil as feedstock for the Fluid Catalytic Cracking (FCC) process. The experiments were carried out in a pilot plant at Vienna University of Technology. The pilot plant works with an internally circulating fluidized bed. The main task was to analyze the change of the product spectrum if purge is added. First of all, a base case with VGO was carried out as a reference. Additionally, blends with 10 wt% and 20 wt% purge were prepared and used in the FCC-process. The analysis was performed utilizing the so called Lump model, in which the products are divided into different groups with similar properties. On basis of the experiments it could be shown that the product range changed noticeable with the addition of Purge. Higher amounts of light cycle oil (LCO), residue and coke were produced. On the other hand, gas and gasoline declined. These results were expected, because Purge is a mixture of longer chain compounds in comparison to VGO. By addition of 20 wt% Purge the product gasoline shows the highest change, a reduction of 10,5 %. The experiments were evaluated, analyzed and graphically presented. The results show that addition of purge in the FCC process is possible and the products change to heavier compounds.