Tái chế rác thải nhựa thành các chất hóa dầu có giá trị

Theo báo cáo của Tổ chức Bảo tồn Thiên nhiên Thế giới - WWF, lượng rác thải nhựa (nhựa phế liệu) hiện đang tàn phá hệ sinh thái và các loài hoang dã. Hơn 270 loài được ghi nhận bị tổn thương do vướng phải rác thải nhựa và hơn 240 loài được ghi nhận là ăn phải đồ nhựa. Hàng năm, cả con người và các loài động vật phải tiếp nhận nhựa vào cơ thể thông qua thực phẩm và nguồn nước uống. Báo cáo trên cũng đưa ra số liệu cảnh báo, theo đó, tới năm 2030 sẽ có thêm 104 triệu tấn nhựa phế liệu có khả năng gây ô nhiễm các hệ sinh thái của trái đất, nếu như không quyết liệt thay đổi tình trạng hiện thời. 

Từ các hiện trạng này, nhóm các nhà nghiên cứu gồm Ward Andrew Mark (Anh), Oprins Armo Johannes Maria (Hà Lan) và Narayanaswamy Ravichander (Ấn Độ) đã nghiên cứu thành công quy trình tái chế nhựa phế liệu (MWP) thành hóa chất dầu khí có giá trị cao và thực hiện đăng ký bảo hộ sáng chế tại Mỹ.

Theo sáng chế này, các bước thực hiện bao gồm:

Nhiệt phân hỗn hợp MPW cung cấp sản lượng khí và lỏng. Sản phẩm khí rất giàu thành phần olefinic – là chất hóa dầu có giá trị cao, và các sản phẩm lỏng rất giàu chất thơm. Tùy thuộc vào mức độ hoạt động trong lò phản ứng nhiệt phân, năng suất của olefin và chất thơm có thể tăng lên. Sản phẩm nhiệt phân lỏng có tất cả các loại hợp chất thơm với các tỷ lệ khác nhau, ví dụ như parafin, iso-parafin, naphten, olefin và các chất thơm khác.

Tách sản phẩm lỏng từ lò nhiệt nhân thành dòng chất lỏng có hàm lượng chất thơm cao và dòng chất lỏng có hàm lượng chất thơm thấp. Sau đó kết hợp dòng chất lỏng có hàm lượng chất thơm thấp với các nguồn nguyên liệu hydrocracker qua lò phản ứng hydrocracking tiếp tục tạo thành 2 dòng sản phẩm khí và lỏng. Dòng sản phẩm khí này tiếp tục xử lý thành chất hóa dầu có giá trị cao.

Kết hợp 2 dòng khí từ lò nhiệt phân và từ lò phản ứng hydrocraking, sau đó tách thành nhiều phần, phần nhẹ, phần C2, C3 và C4 trước khi xử lý tiếp. Phần C2 đem xử lý cracking hơi nước, C3 xử lý khử hydro propan và C4 được xử lý khử hydro butan, hỗn hợp bao gồm cả C3 và C4 được xử lý khử hydro propan/butan kết hợp

Các nhà nghiên cứu đã thấy rằng, bằng cách kết hợp dòng chất lỏng từ lò nhiệt phân với các nguồn nguyên liệu hydrocracker khi đưa vào cột chưng cất khí quyển (hoặc chưng cất chân không) sẽ tạo ra asphalten ở trạng thái hòa tan (thông thường các asphalten ở trạng thái kết tủa) và do đó sẽ làm giảm sự tắc nghẽn của các chất xúc tác thủy hóa, kết quả là nguồn nguyên liệu cho phản ứng hydrocracking có đường cong sôi tương tự như dầu thô.

Phương pháp này cũng giảm được hàm lượng kim loại, lưu huỳnh và độ nhớt trong nguyên liệu cho phản ứng hydrocraking.

Lò phản ứng nhiệt phân vận hành trong điều kiện nhiệt độ từ 550-730^oC, sử dụng chất xúc tác cracking (FCC) và chất xúc tác zeolit ​​ZSM-5. Trong đó, chất xúc tác zeolit ​​ZSM-5 chiếm ít nhất 10% khối lượng thành phần xúc tác. Nên thực hiện phản ứng nhiệt phân sao cho 90% dòng sản phẩm chất lỏng sôi dưới 350°C.

Các điều kiện xử lý lò phản ứng hydrocracking gồm: Nhiệt độ từ 330-500^oC, áp suất từ ​​70-200 bar, lò phản ứng cố định, sôi hoặc bùn. Chất xúc tác cho quá trình hydrocracking: Co—Mo/Ni—Mo trên alumina hoặc những chất khác được sử dụng trên thị trường.

Theo nhóm tác giả sáng chế, phương pháp này có thể xử lý với khối lượng lớn các loại nhựa thải, giúp giải quyết ô nhiễm môi trường và đem lại nguồn nhiên liệu tái tạo có giá trị cao, phục vụ cho nhu cầu của con người.