Purificação e caractetização de negro de fumo obtido a partir da pirólise de pneus usados

Abstract

Aproximadamente 1,5 milhares de milhões de pneus são produzidos, anualmente, em todo o mundo, o que representa um elevado fluxo de resíduos. Por este motivo, há um interesse crescente na pirólise como uma tecnologia para tratar pneus em fim-de-vida e produzir produtos valiosos, tais como negro de fumo, combustíveis, e gás de síntese. A BB&G-AWES é uma empresa registada em Fátima, Portugal, detentora de uma patente de um processo contínuo de pirólise de pneus em fim-de-vida e conta com a colaboração da Universidade de Aveiro para a realização de estudos de avaliação da qualidade do negro de fumo recuperado (rCB). O negro de fumo corresponde a um produto sólido constituído maioritariamente de carbono. É fabricado em processos altamente controlados para produzir agregados de partículas, que variam em tamanho de partícula, tamanho de agregado, forma, porosidade e química da superfície. Na presente dissertação foram realizados ensaios de caracterização e purificação do rCB produzido na instalação piloto da BB&G a uma temperatura de 550 ºC. Em paralelo, foi analisada uma amostra altamente contaminada de uma empresa concorrente, aqui designada “amostra turca”. A caracterização das amostras foi feita por microscopia eletrónica de varimento (SEM), termogravimetria (TGA), análise elementar (C, H, N, S) e transmitância de tolueno para avaliação da contaminação orgânica. Pela análise elementar comprovou-se que ambas as amostras são ricas em carbono, apresentando concentrações reduzidas de hidrogénio, azoto e enxofre. Através de análises TGA verificou-se que a amostra de rCB produzida pela BB&G possui uma menor fração de compostos orgânicos voláteis (2,85 % (m/m)), maior teor de carbono (77,35 % (m/m)) e de cinzas (19,80 % (m/m)), quando comparada com a amostra turca (5,18 73,34 e 21,48 % (m/m)), respetivamente. Para purificação de ambas as amostras foram realizados ensaios de tratamento térmico a elevada temperatura (400-600 ºC) sob atmosfera inerte, (50 cm3/min de azoto), com duração de 1,5 h e 2,5 h. Constatou-se, de forma coerente, que quanto mais elevados forem a temperatura e o tempo de residência maior é a remoção de contaminantes orgânicos. Com efeito as amostras originais (i.e., não refinadas) apresentavam valores de transmitância de 90,38 % ( para o rCB da BB&G-AWES) e 0,33 % (amostra turca). As amostras refinadas apresentam valores de transmitância superiores a 99 %. Assim, foi possível atestar a qualidade do rCB produzido pela BB&G e uma excelente redução de contaminação orgânica após o tratamento térmico implementado.

Approximately 1.5 billion of tires are produced annually around the world, representing a high waste stream. That is why, there is growing interest in pyrolysis as a technology to treat end-of-life tires and produce valuable products such as carbon black, fuels and syngas. BB&G-AWES is a company registered in Fátima, Portugal, which holds a patent for a continuous process of pyrolysis of end-of-life tires, it has the collaboration of the University of Aveiro to carry out studies to assess the quality of recovered carbon black (rCB). Carbon black is a solid product made up mostly of carbon. It is manufactured in highly controlled processes to produce specially engineered particle aggregates that vary in particle size, aggregate size, shape, porosity and surface chemistry. In this dissertation, characterization and purification tests of the rCB produced were carried out in BB&G's pilot plant at a temperature of 550 oC. In parallel, a sample from a highly contaminated competitor company, referred to here as “Turkish sample” was analyzed. The characterization of the samples was based on the performance of Scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetry (TGA), elemental analysis (C, H, N, S) and toluene transmittance to evaluate organic contamination. Elemental analysis showed that both samples are rich in carbon, with reduced concentrations of hydrogen, nitrogen and sulphur. Through TGA analysis it was verified that the rCB sample produced by BB&G has a lower fraction of volatile organic compounds (2.85 % (m/m)), higher carbon content (77.35 % (m/m)) and ash (19.80 % (m/m)), when compared to the Turkish sample (5.18, 73.34 and 21.48 % (m/m)), respectively. For purification of both samples, heat treatment tests were carried out at high temperature (400-600 oC) under an inert atmosphere, (50 cm3/min of nitrogen), lasting 1,5 h and 2,5 h. It was found, in a coherent way, that the higher the temperature and the residence time, the greater the removal of organic contaminants. In fact, the original samples (i.e., unrefined) had transmittance values of 90.38 % (for the rCB from BB&G-AWES) and 0.33 % (Turkish sample). Refined samples have transmittance values greater than 99 %. Thus, it was possible to attest to the quality of the rCB produced by BB&G-AWES and an excellent reduction of organic contamination after the implemented thermal treatment.