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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
RENAN REZENDE FERNÁNDEZ
Teste para obtenção de produtos de valor agregado e combustíveis
para indústria via degradação térmica de resíduos de Polietileno
LORENA-SP
2013
2
RENAN REZENDE FERNÁNDEZ
Teste para obtenção de produtos de valor agregado e combustíveis para
indústria via degradação térmica de resíduos de Polietileno
Trabalho de Conclusão de Curso,
apresentado à Escola de Engenharia
de Lorena – USP, como parte dos
requisitos para obtenção do título de
Engenheiro Químico Industrial
Área de Concentração:
Tecnologia Química
Engenharia Ambiental
Orientador:
Prof. Dr. Domingos Sávio Giordani
LORENA
2013
3
DEDICATÓRIA
Dedico especialmente a Deus por ser a mais íntima força a me guiar, a fim de que eu
pudesse entender quão valiosos seriam estes ensinamentos em minha vida profissional. Dedico
também este trabalho para todos aqueles que me suportaram nos momentos em que o caminho
parecia obscuro, e por isso me possibilitaram chegar até o final desta etapa.
4
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer especialmente a Deus, aos meus pais e familiares, aos meus amigos.
Para que não haja injustiças não mencionarei nomes, porém agradeço a todos que participaram de
uma forma positiva e contribuíram para o meu sucesso de alguma forma. Estes sim, ao lerem estes
agradecimentos saberão de seu valioso papel.
Agradeço também aos que não estiveram ao meu lado, pois foram deles as maiores lições
que recebi, quando pude extrair da adversidade o melhor de mim. Arrepender-me-ei somente
daquilo que não fizer, e serei orgulhoso e grato por tudo o que ainda irei fazer, pois naqueles que
creram em mim eu disse: Grato sois ao Senhor que nos deu o pão para comer, a água para beber, a
sabedoria e a coragem para viver, ou para morrer, sendo os verdadeiramente sábios aqueles que
escolheram viver em Ti.
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RESUMO
Fernández, Renan R. Teste para obtenção de produtos de valor agregado e combustíveis para
indústria, via degradação térmica de resíduos de Polietileno. 2013. Trabalho de Conclusão de
Curso – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2013.
Neste trabalho foram realizadas tentativas de obtenção de frações combustíveis e não
combustíveis de valor agregado para indústria a partir da degradação térmica de resíduos de
polietileno. As poliolefinas, como o Polietileno, podem ser degradadas termicamente para
obtenção de compostos que variam de C2 – C30, ou seja, de gases não condensáveis, óleos
combustíveis até ceras superiores. Para execução deste estudo, resíduos com polietileno agregado
(mistura de polietileno com outros materiais como metais, entre outros) foram submetidos a testes
de degradação térmica na presença de oxigênio e também na ausência de oxigênio (pirólise) em
forno de indução e em forno de infravermelho em temperaturas entre 450 0C e 680 0C. Os
materiais usados para os testes foram obtidos de empresas geradoras de resíduos com estas
características, que contemplam de forma geral embalagens e outras peças atualmente destinadas
para incineração ou para aterros. Quando compostas de polímeros, em geral são de Polietileno de
Baixa Densidade – PEBD, Polietileno de Alta Densidade – PEAD, ou denominados
genericamente de Polietileno – PE. Esses materiais foram separados em grandes grupos (somente
PEBD, somente PEAD, mistura PEBD/PEAD, PE/outros polímeros, PE + alumínio, PE + aço
inox, etc.). Cada tipo selecionado foi preparado para o processo através de redução de tamanho
(picotagem) e, então, destinado ao processo de degradação em reator térmico (aquecimento
indireto) em cada forno separadamente. As frações da degradação térmica (condensáveis, não
condensáveis, resíduos da combustão) foram coletadas e analisadas para determinação média de
sua composição, propriedades combustíveis entre outras, com o objetivo de determinar a
possibilidade de aplicação no mercado desse material como combustível ou como adjunto de
outro processo. Os resíduos não combustíveis contendo metais tem como objetivo final a
destinação para fundição. Testes qualitativos com finalidades apenas exploratórias foram
realizados com os resíduos cerosos da degradação, usando chama direta e análises de
espectrofotometria de infravermelho e ressonância magnética nuclear. Os resultados deste
trabalho exploratório revelam a possibilidade de aplicação dos resíduos como combustíveis, sejam
eles sólidos cerosos ou líquidos, bem como as frações gasosas, com uma reprodutibilidade
satisfatória do perfil da evolução da temperatura nos fornos. As análises qualitativas de
infravermelho e ressonância magnética nuclear evidenciaram a transformação do polietileno em
6
resíduos com cadeia predominantemente linear com e sem insaturações, além de uma faixa ampla
de massas moleculares dos compostos oriundos da degradação observada através de destilação.
Este trabalho não visou uma aplicação estritamente acadêmica, mas sim a aplicação real
objetivando a futura criação e ajuste de um processo de craqueamento térmico de resíduos de
polietileno em frações com valor comercial do tipo combustíveis e/ou adjuntos na indústria, e com
recuperação dos metais agregados no caso de resíduos com aço ou alumínio, gerados em grande
quantidade nas indústrias do setor de embalagens e peças do setor de alumínio principalmente.
Palavras-Chave: Degradação Térmica, Polietileno, Pirólise, Combustíveis.
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ABSTRACT
Fernández, Renan R. Test to obtain value-added or combustibles for industry by the thermal
degradation of polyethylene residues. 2013. Trabalho de Conclusão de Curso – Escola de
Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2013.
This study attempts to verify the possibility of making fractions of fuel and non-fuel value-added
compounds for the industry via thermal degradation of residual polyethylene. Polyolefin such as
polyethylene may be thermally degraded to obtain compounds ranging from C2 - C30, from
non-condensable gases, through fuel oils to superior to waxes. To implement this study, industrial
waste polyethylene (polyethylene blend with other materials such as metals, etc. from packing
materials) are subjected to thermal degradation tests in the presence of oxygen and also in the
absence of oxygen ( pyrolysis ) using induction oven and infrared oven with temperatures ranging
from 450 0C to 680 0C. The materials used for the tests were obtained from companies generating
waste with these technical features, which generally includes packaging materials and other stuff
currently intended for incineration or landfill disposal. When the composition of these materials is
polymers, generally they are made of Low Density Polyethylene - LDPE, High Density
Polyethylene - HDPE, or generically called Polyethylene - PE. These materials were separated
into large groups (LDPE only, only HDPE, LDPE blend / HDPE, PE / other polymers, PE +
aluminum, PE + stainless steel etc.). Each selected type was prepared for the procedure by size
reduction (chopping), and then sent to the degradation process in thermal reactor (indirect
heating). The fractions obtained from thermal degradation (condensable, non-condensable
combustion residues) were collected and analyzed to determine their average composition, basic
properties and others. The goal was to determine the possibility of application of this material in
the industry market as a fuel or as an adjunct to another process. Non-combustible wastes
containing metals has, as its final destination, the foundry. Qualitative tests with only exploratory
purposes were made with the waxy degraded waste using direct flame and analysis of infrared
spectrophotometry and nuclear magnetic resonance. The results of this exploratory study revealed
the possibility of using waste as a fuel, whether liquid or solid waxes, and gaseous fractions, with
satisfactory reproducibility of the temperature profile inside the furnace. Qualitative analyzes of
infrared and nuclear magnetic resonance imaging revealed the transformation of polyethylene
waste into predominantly straight chain carbon compounds with and without unsaturation, plus
compounds with a wide range of molecular masses derived from the degradation observed by
distillation. This study do not aim an strictly academic application, in fact it is aiming the
8
possibility of creating and adjusting a thermal cracking process of waste polyethylene fractions
with commercial value as fuel type compounds and / or adjuncts for the industry, recovery of
metal residues coupled within polyethylene materials, generated in large quantities in the packing
industry mainly aluminum and plastic packing industry.
Keyword: Thermal Degradation, Polyethylene, Pyrolysis, Fuel.
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LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – Balanço de massa para forno de indução (valores em kg)........................................50
TABELA 2 – Balanço de massa para forno de indução (valores em porcentagem).......................51
TABELA 3 – Balanço de massa para forno de infravermelho (valores em kg)..............................51
TABELA 4 – Balanço de massa para forno de infravermelho (valores em porcentagem).............51
TABELA 5 –Descrição das amostras usadas nos testes qualitativos..............................................54
LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
Al Alumínio
PC Policarbonato
PE Polietileno
PEAD Polietileno de Alta Densidade
PEBD Polietileno de Baixa Densidade
PET Poli tereftalato de Etileno
PP Polipropileno
PS Poliestireno
PVC Policloreto de Vinila
USP Universidade de São Paulo
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 – Distribuição em toneladas de alguns países consumidores de polímeros ............................ 14
Figura 2 – Consumo per capita anual de plástico de alguns países ....................................................... 15
Figura 3 – Distribuição percentual do consumo de plásticos por setor ................................................. 15
Figura 4 – Distribuição percentual da produção mundial de polímeros ................................................ 16
Figura 5 - Perfil de aquecimento para o forno de indução Al + PE duplo ............................................ 37
Figura 6 - Perfil de aquecimento para o forno de indução Al + PE ...................................................... 38
Figura 7 - Perfil de aquecimento para o forno de indução Caixa de PE ................................................ 38
Figura 8 - Perfil de aquecimento para os três processos sobrepostas .................................................... 39
Figura 9 - Taxa de variação do aquecimento Al + PE duplo ................................................................. 39
Figura 10 - Taxa de variação do aquecimento Caixa de PE .................................................................. 40
Figura 11 - Taxa de variação do aquecimento Al + PE ........................................................................ 40
Figura 12 - Taxa de variação do aquecimento – sobreposição das curvas ........................................... 41
Figura 13 - Perfil de aquecimento forno de infravermelho Al + PE duplo .......................................... 42
Figura 14 - Perfil de aquecimento do forno de infravermelho Al + PE ................................................ 42
Figura 15 - Perfil de aquecimento do forno de infravermelho Caixa de PE......................................... 43
Figura 16 - Perfil de aquecimento para o forno de infravermelho em sobreposição ............................ 43
Figura 17 - Taxa de variação do aquecimento forno infravermelho Al + PE duplo ............................ 44
Figura 18 - Taxa de variação do aquecimento forno infravermelho Caixa de PE ................................. 44
Figura 19 - Taxa de variação do aquecimento forno infravermelho Al + PE ...................................... 45
Figura 20 - Taxa de variação do aquecimento forno infravermelho testes sobrepostos ........................ 45
Figura 21 – Sobreposição dos espectros de infravermelho das amostras analisadas.......................... 56
Figura 22 – Ressonância da amostra destilada AM3 como exemplo de resultado ............................... 57
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 12
1.1 Justificativa ............................................................................................................................ 12
1.2 Objetivo ................................................................................................................................. 13
2. REVISÃO DA LITERATURA .................................................................................................. 13
2.1. Desenvolvimento do Plástico na História .............................................................................. 13
2.2. Alguns dados de produção / consumo de plásticos no mundo .............................................. 14
2.3. Composição geral do mercado e setor de embalagens .......................................................... 16
2.4. Reciclagem de plásticos em geral.......................................................................................... 17
2.5. Craqueamento térmico do Polietileno ................................................................................... 18
3. MATERIAIS E MÉTODOS ....................................................................................................... 20
3.1 Etapas de Preparação ................................................................................................................... 21
3.2 Materiais, Equipamentos e Instalações ........................................................................................ 22
3.2.1 Fase de Campo ..................................................................................................................... 22
3.2.1 Fase de Laboratório .............................................................................................................. 26
3.3 Desenvolvimentos Experimentais ............................................................................................... 27
3.3.1 Caracterização dos Polímeros............................................................................................... 27
3.3.2 Preparação para o Processo - Picotagem .............................................................................. 28
3.3.3 Preparação do Forno de Indução .......................................................................................... 29
3.3.4 Preparação para o forno de Infravermelho ........................................................................... 30
3.3.5 Configuração dos testes e temperaturas ............................................................................... 31
3.3.6 Coleta das amostras .............................................................................................................. 32
3.3.7 Trabalhos laboratoriais ......................................................................................................... 32
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................................ 35
5. CONCLUSÕES ........................................................................................................................... 58
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................. 60
12
1. INTRODUÇÃO
1.1 Justificativa
Este trabalho surge como uma continuidade na busca por uma alternativa comercial de
aproveitamento de resíduos de polietileno não destinados para reciclagem por razões
técnicas e/ou de viabilidade pelos processos tradicionais e que, atualmente, são
simplesmente incineradas ou descartadas em aterros sem qualquer tipo de aproveitamento
comercial ou manejo.
Os polímeros estão difundidos no mundo inteiro como uma solução barata e de boa
qualidade para inúmeras aplicações com inúmeros benefícios, sendo os três mais notáveis:
peso, custo, aplicabilidade. A crescente demanda por plásticos cada vez mais modernos
não vem acompanhada de soluções ideias para a destinação adequada para os resíduos da
produção e consumo. O Polietileno é, sem dúvidas, o plástico mais produzido
mundialmente e mais reciclado juntamente com o PET – Tereftalato de Polietileno, cuja
derivação principal é do petróleo. Em vista disso, há grande potencial na área de
reutilização de rejeitos para produção de compostos de interesse energético como
combustível e agregados. Muitos estudos acadêmicos foram realizados a respeito desse
assunto, porém visando detalhar a cinética química, a caracterização pura de subprodutos
dessa degradação. Este estudo propõe colocar em prática a obtenção dessas frações e a
tentativa de favorecer aquela ou aquelas de maior interesse que possam ser
comercializadas no mercado. Para estas possibilidades de mercado o proponente deste
trabalho conta com parceria da empresa Metal Américas, detentora do projeto inicial e
para o qual o proponente trabalha, e a parceria com um especialista em polietileno de
âmbito mundial, fornecendo informações vitais sobre possibilidade de inserção da fração
obtida no mercado, seu valor para cada aplicação e possíveis compradores. Assim, é de
conhecimento que pode-se fazer a reutilização desde o gás para mistura nos queimadores
de uma caldeira, incinerador ou qualquer outro processo de aquecimento via combustível
gasoso, passando pela geração de frações de óleo combustível até ceras passíveis de
utilização como adjunto em biodiesel.
13
1.2 Objetivo
O objetivo deste trabalho é explorar a possibilidade de obtenção e aproveitamento
de produtos oriundos da degradação térmica do polietileno em forno com aquecimento
indireto.
2. REVISÃO DA LITERATURA
2.1. Desenvolvimento do Plástico na História
Na antiguidade o homem já teve seu primeiro contato com materiais resinosos,
graxas extraídas ou refinadas. Na época dos descobrimentos ocorreu o contato inicial dos
europeus com a resina natural de látex. Até que o homem dominasse a técnica de trabalhar
esse material (vulcanização) e até que processos de produção de polímeros sintéticos
surgissem, algumas boas décadas, por que não dizer que séculos, se passaram. Enfim, em
1912 obteve-se o primeiro polímero sintético. Pode-se afirmar que, nos 40 anos seguintes,
observou-se o surgimento de diversos polímeros que são mundialmente conhecidos e
utilizados hoje em dia. Estes são PVC – Policloreto de Vinila, PS - Poliestireno, PEBD –
Polietileno de Baixa Densidade, Nylon, PEAD – Polietileno de Alta Densidade, PP -
Polipropileno, PC - Policarbonato, em ordem de ocorrência respectivamente [1].
A produção destes polímeros sintéticos, ou seja, o desenvolvimento de uma técnica
industrial capaz de permitir a inserção deste produto no mercado em quantidades
comerciais demorou, após seus descobrimentos, um tempo que variou de 2 a 36 anos,
variando de acordo com o polímero e também em função dos avanços tecnológicos
daquela época. Após a década de 50, quando o PC, o último destes citados foi produzido,
muitos outros polímeros foram descobertos, sintetizados e produzidos industrialmente, e
com o avanço da tecnologia e engenharia, computação e outras áreas, o tempo para
industrialização de um processo de síntese de polímeros foi reduzido e suas tecnologias
foram dominadas pelo homem [1-2].
Os polímeros são utilizados mundialmente em diversos setores, desde a produção
de copos descartáveis e sacolinhas de supermercados, até a produção de asas de avião,
próteses entre outros. Os três principais pilares sustentadores que justificam essa ampla
utilização são: peso, custo, aplicabilidade. Pode-se facilmente fazer uma avaliação e
chegar à conclusão que os polímeros em geral são muito mais leves do que qualquer outro
14
material disponível no mercado, cuja produção é relativamente barata devido às grandes
quantidades produzidas mundo, e cuja aplicação é tão ampla e versátil que hoje já é
possível até dizer que o mundo não poderá evoluir sem os polímeros [1-3].
A produção mundial de plásticos vem aumentando a cada ano devido à grande
demanda. Consequentemente o aumento da geração de resíduos de plásticos aumenta na
mesma medida. Isso solidifica a importância de trabalhos como este, cujo objetivo é
encontrar meios de dar continuidade a um resíduo de plástico que não pode ou não será
mais destinado para reciclagem. Trata-se de um problema mundial e não local [1-2].
2.2. Alguns dados de produção / consumo de plásticos no mundo
Efetuando uma rápida análise ao longo dos últimos 10 anos, observa-se um elevado
consumo de plásticos ao redor do mundo. O consumo mundial para este período havia
sido estimado em 120 milhões de toneladas. Dentre os maiores consumidores estão os
Estados Unidos da América com 43 milhões de toneladas, Alemanha com 13 milhões de
toneladas, Japão com 11 milhões de toneladas, Itália com 7 milhões de toneladas, França,
Coréia e Inglaterra com aproximadamente 5 milhões de toneladas e o Brasil com 4,2
milhões de toneladas.
Figura 1 – Distribuição em toneladas de alguns países consumidores de polímeros
É possível inclusive fazer uma análise do desenvolvimento de um país através do
consumo per capita de plásticos, em que os três primeiros da lista são:
4311
7
5 4,2
Maiores Consumidores de Polímerosdados em milhões de toneladas
USA
Alemanha
Japão
França, Coréia, Inglaterra
Brasil
15
Bélgica (180 kg/habitante), EUA (159 kg/habitante), Alemanha (154 kg/habitante). O
Brasil ocupava o vigésimo lugar com 25 kg/habitante [1-3].
Figura 2 – Consumo per capita anual de plástico de alguns países
Nesta mesma época a indústria de plásticos já empregava mais de 200 mil pessoas no
setor. Os negócios produtores de plástico ainda têm como principais objetivos a produção
de embalagens, seguida da construção civil e descartáveis em geral [2-3].
Figura 3 – Distribuição percentual do consumo de plásticos por setor
A produção mundial de plásticos publicada pela Associação de Fabricantes de
Plásticos da Europa retrata uma realidade importante do ponto de vista econômico,
energético e de desenvolvimento, porém preocupante do ponto de vista ambiental.
BÉLGICA USA ALEMANHA JAPÃO BRASIL
180
159 154
96
33
Consumo per capita anualdados em kg/habitante
41%
20%
20%
19%
Distribuição de consumo de Plásticos
EMBALAGENS
CONSTRUÇÃO CIVIL
CONSUMO DOMÉSTICO
OUTRAS INDÚSTRIAS
16
Segundo essa associação, a produção de plásticos no mundo aumentou de 1,7 milhões de
toneladas na década de 50 para um valor que chega a aproximadamente 280 milhões de
toneladas em 2012. Nos últimos 10 anos ocorreu um aumento de aproximadamente 37%
na produção mundial. Também segundo esta associação, a distribuição desse volume de
produção concentra 23% do total produzido para China, 21% produzido na Europa,
20% pelos integrantes da NAFTA – Tratado Norte Americano de Livre Comércio,
16% pelo resto da Ásia, 7% pelo oriente médio e África, 5% para Japão, outros 5% pela
América Latina e 3% para associação dos estados independentes [2-3].
Figura 4 – Distribuição percentual da produção mundial de polímeros
2.3. Composição geral do mercado e setor de embalagens
Segundo a Plastics Europe Market Research Group, estima-se que na Europa
aproximadamente 40% dos plásticos estão concentrados na indústria de embalagens, 21%
na construção e os demais setores com distribuições que variam de percentagens menores
que 10% cada. Verifica-se então que um dos maiores mercados consumidores de plástico
do mundo também segue a mesma distribuição mencionada [2-3].
Baseado nesses dados recentes é possível afirmar que a indústria de embalagens é o
setor mais importante quando se trata de plásticos, e por isso merece especial atenção,
afinal é das embalagens que vêm os principais resíduos geradores de problemas
ambientais, pois são produtos geralmente descartados após sua utilização, seja ela
CHINA23%
EUROPA21%
USA, CANADÁ, MÉXICO
20%
ÁSIA (EXCETO JAPÃO E CHINA)
16%
JAPÃO7%
ORIENTE MÉDIO E ÁFRICA
5%
AMÉRICA LATINA (EXCETO BRASIL)
3%BRASIL
2%
OUTROS3%
Produção mundial de Plásticos
17
ambientalmente correta e planejada ou não. Pois bem, se este mercado concentra a maior
fatia da produção mundial e também é o principal gerador de resíduos, entende-se como
sendo uma área ideal para desenvolvimento de processos de reaproveitamento, como
propõe este trabalho [2-3].
Ainda segundo a mesma instituição, o setor de embalagens é composto em primeiro
lugar por polímeros do tipo PE (isso inclui suas variações baixa, ultrabaixa, alta
densidade), seguido de PP, e PET. Esses dados não se aplicam só a indústria de plásticos
europeia, uma vez que já verificamos que os mercados de plásticos mundiais obedecem às
mesmas distribuições observadas no mercado europeu e americano. [2-3].
2.4. Reciclagem de plásticos em geral
A reciclagem de plásticos pode ser feita de duas formas principais: mecânica ou
química [4-5].
Na reciclagem mecânica pode-se utilizar de técnicas de processamento de
polímeros para reprocessar os resíduos e fazer inclusive misturas poliméricas, nas quais se
destaca a técnica de extrusão. Geralmente, os plásticos obtidos da reciclagem têm
propriedades mecânicas e térmicas deficientes em relação aos seus precursores, não tendo
o mesmo valor agregado. Na reciclagem química os resíduos são convertidos em outros
produtos de cadeia menor e com propriedades e aplicações variadas, dependendo do
polímero que está sendo processado na reciclagem [4-5].
Um dos processos químicos para reaproveitamento de massas poliméricas
residuais é conseguido através do tratamento térmico destes resíduos na presença ou não
de oxigênio e aditivos (catalisadores, dentre outros). Durante esse tratamento térmico as
cadeias poliméricas serão rompidas, resultando na geração de produtos de reação de
menor peso molecular, com estruturas variadas obedecendo a certa distribuição em função
de fatores principais como o tipo de polímero tratado, dos seus aditivos, da temperatura do
processo, do tempo de residência, da pressão do sistema, presença de catalisadores e do
tipo de atmosfera empregada (oxidante, redutora, inerte) [6].
Como mencionado anteriormente, o aumento da produção e consumo de materiais
poliméricos, especialmente de embalagens tem dificultado o controle da destinação dos
resíduos por eles gerados [2-6]. Países desenvolvidos como Suíça, Alemanha, Áustria,
Bélgica, Suécia e outros da comunidade europeia reciclam uma porção considerável de
seus resíduos plásticos com elevadas taxas de recuperação de energia. Nesses países
18
severas restrições legais proíbem a destinação para aterros desses materiais, restando então
a destinação correta para processos de reciclagem seja mecânica ou química com geração
de energia. [2-5]
Assim sendo, a aplicação de um processo de craqueamento térmico pode ser uma das
alternativas para tratamento desses resíduos. Se realizado da forma correta e otimizada
este processo pode contribuir com a geração de frações com valor agregado como
combustíveis por exemplo. Se realizado da forma incorreta pode causar poluição.
2.5. Craqueamento térmico do Polietileno
Craqueamento térmico de um polímero pode ser feito na presença de oxigênio, na
ausência de oxigênio, na presença de catalisadores ou não. O processo realizado na
ausência de oxigênio recebe a denominação de pirólise [6-7]. O fato de a grande maioria
das embalagens serem feitas a partir de Polietileno e suas variações, sendo PEBD e PEAD
as principais, levanta a hipótese de que um processo de tratamento térmico de resíduos de
embalagens e peças contendo polietileno agregado pode ter um impacto positivo em
diversos aspectos, como o econômico, ambiental e social. Observa-se uma grande
oportunidade, visto que os dados disponíveis a respeito do mercado de polímeros mostram
que a sua maior porção está concentrada na indústria de embalagens, e que as poliolefinas
como PE, PP são os principais compostos envolvidos.
A indústria petroquímica é a base de geração desses plásticos [1]. É através de
intermediários obtidos a partir da derivação do petróleo que se pode produzir tais
compostos. Mais recentemente polímeros vêm sendo produzidos com fontes renováveis de
energia, chamadas fontes verdes. Uma das empresas envolvidas é a Braskem com
produção de PE a partir de fontes renováveis, quando certo percentual do monômero
Etileno é obtido de biomassa.
Plásticos em geral apresentam propriedades combustíveis, com poder calorífico
semelhante aos combustíveis tradicionais como gás natural. Porém, a incineração direta de
plásticos não traz benefícios, ao contrário gera poluição e desperdício de energia. Em
virtude dessas propriedades e de sua composição básica, uma alternativa é a conversão de
plásticos como o Polietileno em frações combustíveis para aproveitamento na indústria.
Além das frações combustíveis outras também podem ser obtidas. Dependendo das
condições, o craqueamento térmico do Polietileno leva à formação de gases basicamente
compostos de hidrocarbonetos saturados e insaturados de baixo peso molecular
19
(denominados de fração não condensável), óleos formados por uma mistura de compostos
orgânicos desde hidrocarbonetos alifáticos até aromáticos, e compostos complexos
(denominados de fração condensável) e borras residuais. Dependendo do processo haverá
produção de uma fração em maior quantidade do que a outra, formação de um óleo menos
denso, mais denso, ou até de uma cera.
O processo de avaliação do ciclo de vida (Life Cycle Assessment – LCA) usada para
comparar diversas alternativas para tratamento de resíduos sugere o tratamento mais
favorável como sendo a reciclagem, a recuperação de monômeros e o desenvolvimento de
produtos de valor agregado a partir do plástico original, ao contrário da incineração direta
ou aterro do material. Como o custo da segregação de materiais é questionável, considera-
se como uma valiosa alternativa o uso de técnicas como a degradação térmica do
polímero, recuperando frações gasosas e/ou líquidas de considerável poder calorífico.
Devido ao elevado teor de carbono do plástico (cerca de 85 % em massa) e a composição
de hidrogênio em cerca de 15 % em massa, tem-se um favorecimento da produção de
óleos de hidrocarbonetos a partir de processos de pirólise [6-10].
Diversos estudos determinaram, além dos fatores cinéticos que melhor modelam o
processo de pirólise do Polietileno, a distribuição dos produtos de sua degradação térmica.
Uma informação importante obtida nestes trabalhos foi que o principal fator que altera a
distribuição e caracterização dos produtos é a temperatura de processo. O processo de
pirólise do polietileno pode ser iniciado a partir de temperaturas superiores a 325 0C.
Também há limites para a temperatura, chegando ao máximo de 850 0C [6-10].
Utilizando-se de baixas temperaturas ocorre na fração gasosa o favorecimento, em termos
de composição de espécies, do monóxido e dióxido de carbono, etileno (monômero),
metano, benzeno e hidrogênio [6-10]. Alguns estudos como os realizados investigaram
apenas as frações condensáveis, ou seja os óleos combustíveis, sendo então descartadas
como resíduo as frações gasosas. Uma vez que os produtos de degradação do Polietileno
não possuem um tamanho limite, podem ser identificadas durante o processo graxas de
alto peso molecular. [11-13]
Outra abordagem para este processo pode ser feita através do emprego de
catalisadores. Observou-se em outros estudos que o emprego de catalisadores influencia
na taxa reacional, ou seja, na perda de massa em função do tempo. Em outros estudos
também foi estudada a gaseificação do polietileno em mistura com outros polímeros como
polipropileno e poliestireno, obtendo-se frações gasosas contendo principalmente metano
e olefinas básicas como o etileno e propileno, além de óleos contendo aromáticos
[6, 11-13].
20
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Para realização deste projeto foram empregados testes experimentais com o
objetivo de explorar a capacidade geradora de produtos de valor agregado a partir de
resíduos de polietileno via degradação térmica. Assim, a matéria-prima principal para este
estudo foi composta de rejeitos contendo polietileno. Estes rejeitos foram fornecidos pela
empresa Metal Américas através de seus parceiros comerciais e compõe-se basicamente
de polietileno que, em alguns casos, estavam agregados a outro material como alumínio
ou outro polímero.
Fazendo uma avaliação geral da metodologia, a partir do objetivo descrito, o
projeto dividiu-se em duas partes: a primeira fase experimental de campo e laboratório
com a geração de frações via degradação e coleta de dados, e a segunda contemplando
testes laboratoriais com os produtos obtidos do processo e posterior análise e comparação
dos dados de processo com os resultados de laboratório.
Massas conhecidas de rejeitos previamente classificados foram testadas num
processo de degradação térmica através de forno de aquecimento em campo na empresa
Metal Américas, em que as temperaturas utilizadas estarão na faixa de 450 0C até 680 0C.
O tempo de processo variou de acordo com a quantidade de amostra inicial e o tipo de
forno usado, chegando a 15 minutos. A atmosfera do teste foi oxidativa nos instantes
iniciais do processo, ou seja, na presença de oxigênio do ar contido no fechamento. As
frações sólidas, líquidas e gasosas desse processo foram coletadas em recipientes
previamente identificados e o balanço de massa global foi calculado apenas para avaliação
exploratória. As principais variáveis de processo como temperatura e tempo de residência
foram observadas e alteradas para avaliar o impacto da mudança nos produtos.
Os materiais foram pesados antes do processo e o balanço de massa global foi
realizado para fins exploratórios. O objetivo é obter dados percentuais de fração presente,
após as mudanças de temperatura e tempo de processo.
Na segunda fase, os resíduos desse processo foram submetidos a testes
laboratoriais incluindo tentativas de purificação dos compostos parafínicos e outros
obtidos, utilizando-se de técnicas de partição e destilação, com uso de solventes como
acetona, hexano, tolueno. Foram determinados alguns parâmetros aproximados como
ponto de início de ebulição das misturas oleosas que foram condensadas, e também se
estudou as características combustíveis como a capacidade de fornecer chama em testes
qualitativos, todos obtidos através de análises em bancada. Outras análises foram
realizadas como espectroscopia de infravermelho e ressonância magnética nuclear, para
21
obtenção de informações qualitativas sobre o perfil químico geral das amostras oriundas
da degradação.
Uma vez determinadas as características físico-químicas e químicas dos produtos
líquidos e das frações gasosas, uma análise dos resultados foi feita comparando-se a
composição e características dos produtos com a configuração usada no processo em
termos de temperatura e tempo de processo. O objetivo foi relacionar três parâmetros
principais de entrada, que foram tipo de rejeito, temperatura e tempo de processo, com os
resultados de saída, os dados analíticos, que possibilitam estabelecer um set ideal para
obtenção de uma fração de composição média definida. Por fim, uma comparação entre os
combustíveis tradicionais e as frações obtidas foi feita, além de consulta à empresa
envolvida para coleta de informações pertinentes à introdução de alguma fração no
mercado como óleo combustível ou adjunto de outro processo em algum parceiro ou
cliente, ou então em algum processo interno.
Testes suplementares de degradação térmica na presença de catalisadores simples
como BaCO3, sílica-alumina ou Zeolitas não foram realizados neste estudo. Como
observado em estudos já realizados, catalisadores como Zeolitas podem ser uma
alternativa importante para futuros trabalhos de otimização do processo de degradação.
3.1 Etapas de Preparação
Para o início dos trabalhos de campo na fábrica, a fim de investigar a capacidade
de degradação dos resíduos gerados pelos clientes desta empresa, foram levantados todos
os materiais necessários, bem como a lista de resíduos que seria usado durante os estudos.
Foram selecionados três tipos principais de resíduos. O primeiro deles é derivado
do processamento de embalagens de iogurtes, sendo esta embalagem composta de uma
folha de alumínio relativamente rígida protegida por duas camadas opostas de polietileno.
A camada interna é fina, sua espessura pode ser considerada da ordem de centésimos de
milímetro; a camada externa é composta de polietileno da ordem de décimos de
milímetros. Com relação à apresentação dessas camadas, a interna mais fina não era
pigmentada tendo como finalidade a proteção do contato entre o alimento e o alumínio; a
camada externa era pigmentada com os detalhes do produto com a finalidade de
propaganda e informação de conteúdo.
O segundo deles é derivado do processamento de pacotes de biscoitos, sendo esta
embalagem composta de uma folha de alumínio relativamente flexível protegida por uma
22
camada de polietileno. A camada interna de alumínio é fina, sua espessura pode ser
considerada da ordem de aproximadamente décimos de milímetros; a camada externa é
composta de polietileno da ordem de décimos de milímetro. Com relação a apresentação
dessas camadas, a interna de alumínio não era pigmentada tendo como finalidade a
proteção do contato entre o alimento e o meio externo; a camada externa era pigmentada
com os detalhes do produto com a finalidade de propaganda e informação de conteúdo.
O terceiro deles é derivado do processamento de caixas para perfuro cortantes,
sendo esta embalagem composta de uma peça única de polietileno de alta densidade, com
tampa de polietileno de baixa densidade. Ambas as superfícies são pigmentadas, sendo a
natureza do pigmento desconhecida. Estas caixas são produzidas por processo de injeção
que consiste em alimentar uma máquina injetora com uma massa polimérica aquecida
misturada a cargas diversas (pigmentos, plastificantes, etc.) através de um molde
aquecido. Com o resfriamento do molde e sua abertura obtém-se a peça pronta, sendo
apenas necessário aparar a parte onde os moldes se unem com objetivo de acabamento
final. Com relação a apresentação destas caixas, seu formato é retangular com medidas
aproximadas de 28 cm de comprimento, 18 cm de profundidade e 18 cm de altura. A
pigmentação destas caixas é de cor amarela parda.
Todos os resíduos mencionados foram obtidos diretamente das empresas
geradoras, tendo sido reservados em local fresco e arejado, longe de materiais oxidantes
ou da incidência de sol que pudesse alterar as características iniciais dos resíduos.
3.2 Materiais, Equipamentos e Instalações
Assim como os trabalhos se dividiram em etapas inicialmente de campo seguidas
de etapas em laboratório, os materiais e equipamentos também são apresentados
separadamente por fase como segue abaixo.
3.2.1 Fase de Campo
Instalações
Para fase de campo os trabalhos foram realizados nas instalações industriais da
empresa Metal Americas localizada na cidade de Pindamonhangaba na Estrada do
23
Atanázio, 339 distrito de Feital. As reuniões foram feitas na sede administrativa na cidade
de São José dos Campos, rua José Alves dos Santos 281, sala 413.
Equipamentos
Os equipamentos usados na fase de campo são do tipo industrial e semi-industrial.
Abaixo segue a lista de equipamentos, seguida da descrição sucinta do uso de cada um
deles.
- Picotadeira
- Forno de Indução
- Banho de aquecimento
- Rosca dosadora com alimentação manual
- Forno com aquecimento via infravermelho
- Sistema de coleta e lavagem de gases
- Sistema de exaustão
A picotadeira industrial utilizada tinha capacidade de processamento de 50 kg/min
de resíduo. Foi utilizada para a operação de redução de tamanho dos resíduos antes da
alimentação nos fornos.
O forno de indução foi usado para fazer o aquecimento indireto do material, ou
seja, sem o uso de chamas evitando assim a combustão do material cuja incineração não
era desejada. Fornos de indução não aquecem os resíduos plásticos, mas sim os resíduos
metálicos presentes, assim como podem ser usados com um cadinho metálico para
aquecimento de materiais não indutivos.
O forno elétrico de indução é um tipo de forno que utiliza correntes elétricas para
fundir o metal. Sua parte interna consiste de duas bobinas, uma com enrolamento primário
e outra secundário. A diferença de quantidade de espiras entre o enrolamento primário e o
secundário gera uma diferença com redução considerável de potencial entre estas bobinas,
que compensada pelo efeito indutivo da alta corrente gerada, fornece uma potência
dissipada elevada. Estas correntes elétricas são alternadas através de bobinas grandes em
torno do cadinho que contém o metal, aquecendo-o e formando uma espécie de
redemoinhos na superfície do metal, inclusive verificados visualmente. O metal puro
derretido vai para o fundo do cadinho devido sua densidade superior, enquanto isso os
contaminantes e os demais materiais migram à superfície, de onde eles são tirados ou
degradados termicamente. Os sistemas de água são utilizados para manter a resistência
24
elétrica fria. O forno de indução é mais rápido e mais preciso em temperatura que um
forno tradicional, e tem difundido o seu uso na metalurgia.
O banho de aquecimento consiste de serpentina de água circulada em trocador de
calor móvel. Consiste de uma pequena cuba de aço inoxidável contendo uma resistência
para aquecimento elétrico. Esta cuba é preenchida com óleo de natureza mineral e que
servia de meio para o aquecimento indireto de um material evitando seu contato com a
umidade do ar e o oxigênio.
Rosca dosadora com alimentação manual do tipo industrial foi usada no
processamento térmico de resíduos em forno de aquecimento do tipo infravermelho. Um
funil de alimentação conectado diretamente a um parafuso com rosca sem fim capaz de
dosar no interior do forno de 3 kg/min a 17 kg/min de resíduo picotado. Esta dosadora é
na verdade parte integrante do forno de infravermelho.
O forno de infravermelho foi concebido através da montagem de um sistema
fechado sob a rosca dosadora. O forno usado era alimentado por um sistema de
aquecimento a gás. Tochas alimentadas por gás combustível são usadas no aquecimento
do material cerâmico que é responsável pela emissão do infravermelho. A montagem
consiste de um canal retangular longitudinal construído de material refratário cerâmico,
estando embutido dentro deste o sistema de tochas alimentadas pelo gás combustível. Esse
canal está presente nas duas extremidades opostas da rosca dosadora, sendo fechados
sobre esta durante o processo permitindo a selagem do meio. A energia gerada pelo
condutor de calor é transferida para o material através de radiação infravermelha. O
material utilizado deve ter boas propriedades de absorção e de emissão no alcance
e comprimento de onda de infravermelho desejado. Fornos desse tipo foram concebidos
inicialmente em 1950, com a patente inicial sendo registrada pela empresa Elstein-Werk.
Tal denominação aos fornos resistivos cerâmicos que trabalham com infravermelho foi
atribuída.
No caso deste trabalho não foi utilizado forno com aquecimento da cerâmica via
resistência elétrica, mas sim foi concebido um forno cum aquecimento via chama, através
de tochas alimentadas por gás combustível.
O sistema de coleta de gases utilizado variou conforme o forno empregado no
processo. No caso do forno de indução o sistema de coleta era simplificado e em escala
piloto. Devido ao tamanho do cadinho metálico usado na indução (cilindro de cerca de 30
cm de altura por 20 cm de diâmetro ou 9,42 litros) o sistema não foi conectado a exaustão
mecânica. A própria geração de gases dos gases durante a degradação térmica aumentava
a pressão interna do cilindro fazendo com que houvesse o transporte de massa devido a
25
diferença de pressão. Da tampa do cadinho sai uma tubulação metálica de diâmetro
interno de 5 mm (mesmo material do cilindro) que se conecta a uma cuba com água para
lavagem dos gases e coleta dos óleos condensáveis. Esta cuba é aberta possibilitando a
evolução das frações não condensáveis para uma coifa de exaustão posicionada na parte
superior da cuba, bem como o alívio da pressão interna do cilindro.
No caso do forno infravermelho, devido a sua escala aumentada, o sistema de
coleta e exaustão, apesar de simples, foi concebido em maiores proporções. Uma coifa na
parte superior do forno conectada diretamente ao sistema dosador é responsável pela
captura dos gases da degradação no interior do forno. Esta coifa não permite o contato do
ar externo com estes gases, sendo esta vedada e permitindo o sistema a trabalhar de forma
pressurizada. Como as dimensões da rosca contemplam um comprimento de cerca de 3
metros, aplicam-se as mesmas medidas longitudinais à coifa. Na parte superior da coifa
uma tubulação de aço de cerca de 4 polegadas de diâmetro interno conecta a exaustão dos
gases à uma cuba de 7,5 m³ contendo água para coleta de óleos do processos.
A disposição dos equipamentos é feita com uma plataforma industrial elevada em
3 metros do chão gradeada. Sobre ela está localizado o forno com a rosca e o sistema de
exaustão. A tubulação desce para a cuba localizada sobre o piso da instalação. A cuba é
dividida em duas partes: uma das partes é fechada na parte superior, contendo uma válvula
de escape de emergência para casos de excesso de pressão no sistema. Nesta parte
conecta-se a entrada do sistema de exaustão por onde os gases da degradação irão fluir,
além da saída dos gases que também é feita de tubulação idêntica a entrada dos gases
porém é conectada a um exaustor mecânico responsável por manter a pressão do sistema
levemente negativa.
A parte inferior desta primeira câmara é aberta fazendo conexão (vasos comunicantes)
com a segunda parte anexa cuja porção superior é aberta. Isso permite ao sistema uma
equalização da pressão simples e do nível da água nas duas cubas, além da coleta do óleo
via conexão posterior a um separador líquido-líquido. Entre as duas câmaras desta cuba,
foi instalado um manômetro em U com o objetivo de observar a manutenção do vácuo
gerado pela bomba de exaustão mantendo assim a pressão levemente negativa no sistema
garantindo a evolução dos gases e a segura operação do sistema de processamento do
resíduo. Todo o sistema é conectado a um painel de controle elétrico com sistema de
travamento caso a bomba de exaustão pare.
26
3.2.1 Fase de Laboratório
Instalações
Para os trabalhos no laboratório foram utilizadas as instalações da Escola de
Engenharia Química de Lorena – EEL USP, Campus I - Estrada Municipal do Campinho,
s/nº. Os trabalhos foram realizados no laboratório de química fina, laboratório 01
(analítico para aulas da graduação), laboratório de infravermelho e RMN.
Os equipamentos utilizados nos trabalhos em laboratório estão listados abaixo com
uma sucinta descrição da utilização.
Vidrarias
- Espátula
- Bico de Bünsen
- Vidro de relógio
- Bastão de vidro
- Balão de fundo redondo com duas vias
- Termômetro de Mercúrio (graduado até 240 graus Célsius)
- Condensador de bolas feito em vidro
- Béquer, Erlenmeyer e conexões diversas
Equipamentos
- Analisador Infravermelho IV-FT modelo Frontier da Perkin-Elmer
- Ressonância Magnética Nuclear - 300MHz modelo Mercury da Varian
- Balança Analítica de 4 casas decimais
- Balança semi-analítica
- Manta de aquecimento elétrica
- Chapa de aquecimento com agitação elétrica
- Pirômetro infravermelho
Solventes / Reagentes
- Água destilada
- Hexano
- Acetona
- Tolueno
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- Sulfato de Sódio Anidro
- Pastilha de Brometo de Potássio para o infravermelho
- Clorofórmio / Clorofórmio Deuterado
- Óleo Mineral comercial alifático (para banhos de aquecimento)
Os materiais usados no laboratório foram empregados na manipulação das
amostras de produtos obtidos na degradação térmica dos resíduos. As vidrarias foram
utilizadas na separação, conservação, fracionamento, dissolução entre outras atividades.
Os equipamentos foram utilizados para aquecimento e dissolução, destilação, agitação e
análise química. Os solventes e reagentes foram empregados para solubilização, lavagem,
destilação, preparo para análise.
3.3 Desenvolvimentos Experimentais
3.3.1 Caracterização dos Polímeros
Para este trabalho os resíduos escolhidos eram compostos de Polietileno de
baixa densidade e Polietileno de alta densidade em alguns casos. Não foi realizada
caracterização analítica para confirmação da espécie polimérica de cada resíduo. O motivo
para não executar uma investigação a fim de confirmar a natureza do polímero envolvido
é de que os materiais residuais que foram submetidos ao processo de tratamento térmico
são provenientes de embalagens já certificadas no mercado, de uma única fonte e sem a
presença de contaminantes externos. Cada fonte confirmou a composição de suas
embalagens através das especificações técnicas registradas de suas embalagens
comerciais. Durante o processo de certificação destas embalagens para uso comercial,
principalmente as usadas nesses estudos que são provenientes da indústria alimentícia, as
empresas responsáveis por tal embalagem utilizaram-se de métodos analíticos para
determinação de todas as propriedades do polímero usado na confecção das embalagens,
bem como sua composição e comportamento térmico / mecânico. Assim, a execução de
uma análise para determinação da composição dessas embalagens foi considerado como
desnecessária para os fins aos quais se destinam este trabalho.
28
3.3.2 Preparação para o Processo - Picotagem
Amostras de resíduos plásticos de três fontes distintas de três clientes distintos
foram separadas em contentores plásticos de 1 m³ cada. O processo completo foi realizado
com cada uma das três variações de forma individual, ou seja, não foram misturadas as
frações de cada cliente. Uma vez separados os contentores de cada cliente, estes foram
individualmente submetidos ao processo de picotagem.
No processo de picotagem foi utilizado um funil metálico alimentador, constituinte
da própria máquina de corte, cuja alimentação pode ser feita numa razão máxima de
50 kg/min. Devido à baixa densidade dos resíduos, pela sua constituição de alumínio e
polietileno, a alimentação contínua deste equipamento com a carga de resíduo não é
limitada pelo peso, mas sim pelo volume da carga. Estima-se que a velocidade de
alimentação tenha sido de 10 kg/min, sendo esta informação não relevante ao trabalho
uma vez que o processo de picotagem foi realizado em sistema de batelada, sem o
objetivo inicial de conjugar a picotagem com a alimentação da rosca do forno de
infravermelho ou o cadinho do forno de indução (que por si só apenas opera em condição
batelada ou semi-batelada).
A carga alimentada passa através de roletes laminados e facas giratórias presas ao
rolamento central. Dois rolamentos idênticos, opostos e operando de forma contra rotativa
compõe a câmara de picotagem. O resíduo foi passado pelo interior desta câmara dosado
pelo funil metálico mencionado, sendo picotado em tamanhos de aproximadamente 2,5
cm de diâmetro. Este diâmetro é uma aproximação, uma vez que a forma dos fragmentos
do corte não é definida, muito menos circular. Após serem expulsos da câmara já
picotados em alta velocidade, os fragmentos são depositados sobre uma plataforma
vibratória inclinada, também parte integrante do equipamento. Sobre esta plataforma os
fragmentos são transportados para parte inferior do equipamento, onde são coletados em
um bag identificado.
O mesmo procedimento foi realizado para as outras duas amostras diferentes após
a realização de uma varredura com escova nas áreas do picotador para evitar misturar um
material com o outro.
A apresentação do material picotado é muito parecida para as duas amostras de
embalagens alimentícias, porém um pouco diferenciada para a caixa de perfuro cortante.
Para esta caixa, os fragmentos tinham cerca de 1,5 cm de diâmetro.
29
3.3.3 Preparação do Forno de Indução
O forno de indução utilizado era do tipo portátil, não atendia escala industrial,
podendo ser usado para atividades piloto e fusão de pequenas ligas e materiais metálicos.
De acordo com os seus princípios de funcionamento que envolvem a excitação eletrônica
do material metálico através das correntes de indução, não se pode usar qualquer
configuração para qualquer metal. Para tanto, antes do início dos trabalhos, o forno de
indução precisou ser calibrado para o alumínio presente nos resíduos. Inicialmente o forno
foi ligado em sistema elétrico trifásico de 380 V de alimentação. O sistema de refrigeração
das bobinas foi acionado juntamente com a máquina para evitar o superaquecimento e a
falha do equipamento. O sistema de exaustão sobre o cadinho também foi ligado antes
para assegurar seu funcionamento correto durante a evolução dos gases.
Após o tempo de estabilização do equipamento previsto pelo fabricante (cerca de
10 minutos) foi inserido no controlador digital do equipamento as informações relevantes
do processo que contemplavam a voltagem à ser aplicada, a frequência da corrente
aplicada e o tempo total de aplicação. Inicialmente um valor de voltagem e frequência foi
selecionado para teste com folha de alumínio em formato circular. Esta folha foi colocada
em posição perpendicular ao eixo do campo gerado pelo forno, a fim de calibrar o
equipamento. Disparos de 10 segundos de indução foram realizados com ajustes entre eles
para determinar qual a frequência ideal para aquecimento instantâneo e eficiente do metal.
Uma vez determinada esta frequência, o equipamento estava pronto para o uso.
Foram carregados no cilindro de indução 2 kg de resíduo plástico picotado do tipo
embalagens para alimentos. Para este carregamento pegou-se o resíduo previamente
picotado do bag e adicionou-se manualmente ao forno fazendo compressão devido ao
volume da amostra, evitando que o espaço entre os fragmentos fosse muito grande
impedindo o carregamento com a massa pretendida. Após ter finalizado o carregamento,
fechou-se o cadinho cilíndrico com uma tampa de mesmo material metálico em aço,
usando-se de parafusos sextavados para fixação. A tubulação oriunda da tampa do cadinho
foi conformada na forma de um sifão. O terminal da tubulação foi imerso em uma cuba de
vidro contendo água para lavagem dos gases, contendo cerca de 10 litros de água imersos
em uma segunda cuba de refrigeração com água a aproximadamente 1,2 ◦C em banho de
gelo. Um pirômetro portátil do tipo infravermelho foi utilizado para medir as temperaturas
do banho e do cadinho durante a evolução do processo. Ligou-se a exaustão, programou-
se o forno para disparos de 30 segundos de indução e iniciou-se a sequência de disparos,
no total de 10 disparos com tempo total de 5 minutos. O perfil da temperatura versus o
30
tempo foi medido usando o pirômetro digital e os dados foram anotados. Os gases
oriundos da degradação térmica do resíduo evoluíram através da tubulação para a cuba,
convertendo-se inicialmente as frações condensáveis até a temperatura de
aproximadamente 2 ◦C. A fração que não foi condensada foi liberada na forma de gás.
Coletou-se parte deste gás para posteriores trabalhos e reservou-se em balões de borracha
e provetas com água que foram utilizadas como sistema tipo trap (aprisionamento de gás).
Para o resíduo proveniente da caixa de perfuro cortantes, o material picotado foi colocado
no cadinho seguindo a mesma sequência experimental observada para os dois outros
resíduos picotados. Os tempos aplicados nos disparos de indução foram os mesmos dos
dois outros processos. O sistema de coleta de gases foi o mesmo. Dados de temperatura
versus tempo foram coletados e anotados usando um pirômetro digital. Os gases foram
coletados para posteriores trabalhos.
Foi realizado um quarto teste utilizando das amostras de caixas inteiras, sem o
processo de redução de tamanho empregado nas demais amostras, adicionando-se ainda
material metálico não contaminado do tipo biqueiras de seringas, agulhas médicas,
grampos médicos e tesouras médicas. O cadinho foi carregado para este teste com 2,5 kg
de material, sendo 1,5 kg de material metálico extra e 1,0 kg de plástico. Fechou-se o
cadinho e os mesmos procedimentos foram aplicados na degradação. Medidas de
temperatura foram realizadas com o pirômetro digital em função do tempo, gases foram
coletados para trabalhos posteriores.
3.3.4 Preparação para o forno de Infravermelho
O forno de infravermelho foi preparado através da prévia configuração do sistema
de aquecimento via gás combustível. Mantendo-se a parte superior do forno aberta com os
queimadores expostos, fez-se a abertura da válvula de gás combustível do sistema no
painel de controle do forno, acionando-se ao mesmo tempo os starters das tochas
queimadoras. O sistema de exaustão foi ligado para garantir a exclusão dos gases da
queima do gás combustível durante a partida do sistema. Um tempo médio de 30 minutos
para o sistema se estabilizar foi necessário, durante o qual foram realizados ajustes da
vazão do gás combustível para o correto cumprimento do perfil de temperatura da
cerâmica envolvida no forno.
Uma vez estabilizado o sistema das tochas queimadoras, as comportas superiores
do forno com rosca acoplada são fechadas para o aquecimento da rosca dosadora. Nas
31
proximidades da cerâmica a temperatura pode atingir valores superiores a 1140 ◦C. Um
tempo superior a 30 minutos foi utilizado para estabilizar a temperatura no interior da
rosca dosadora. Com o sistema estabilizado inicialmente em cerca de 380 ◦C, foram
adicionados 10 kg de material picotado de um contentor individual no funil receptor da
rosca dosadora através de transbordo manual realizado por operador. Um pirômetro foi
usado para determinar a temperatura da câmara de degradação na entrada, no meio e na
saída da rosca, bem como da tubulação de gases. Após a introdução do material na rosca,
um tempo total de residência foi estimado em 15 minutos segundo a velocidade da rosca
que foi previamente configurada para 0,2 m/min. Os gases provenientes da degradação
foram coletados pelo sistema de exaustão, evoluindo através do sistema de tubulações
cujo comprimento linear era de aproximadamente 7 metros. Estes gases foram
borbulhados na cuba de água, a pressão foi monitorada e a temperatura coletada. A fração
condensada sobre a água foi removida por separação líquido-líquido e uma amostra dos
gases foi coletada para trabalhos posteriores. O restante dos gases passou por filtro de
solventes com leito de carvão ativo e soda e evoluiu para atmosfera.
Somente as amostras de plástico picotado são possíveis de atender ao tipo de
alimentação prevista para o forno infravermelho.
3.3.5 Configuração dos testes e temperaturas
As configurações de temperatura utilizadas no processo foram obtidas de
resultados de testes feitos através de técnica de termogravimetria em outros estudos sobre
este assunto de outros autores, os quais revelam que a temperatura de início dos processos
de degradação no polietileno é de aproximadamente 320 ◦C, tendo finalizado todo
processo de degradação e perda de massa a cerca de 490 ◦C.
No forno de indução os disparos indutivos foram realizados objetivando um
aquecimento tipo flash, com aumento rápido de temperatura até cerca de 450 ◦C. No forno
tipo infravermelho, na medida em que a amostra é submetida ao interior do forno o
aquecimento ocorre de forma gradativa na rosca, com uma rampa de cerca de 60 ◦C por
minuto até o máximo de 680 ◦C, permanecendo assim por mais 4 minutos no interior do
forno até descarte no bocal. Os materiais metálicos, em tese compostos de alumínio puro,
foram coletados no final da rosca num sistema de eliminação em um cadinho que, nas
instalações previstas, conectam-se ao forno de alumínio da fábrica.
32
A pressão no interior dos fornos não foi medida ou calculada. Dados de pressão
seriam importantes para os estudos cinético da degradação e favorecimento de produtos,
porém como o escopo do estudo é simplificado apenas os dados da rampa de temperatura
foram coletados para cada processo.
A adição de carbonato de cálcio foi realizada em um teste após os ensaios
principais, a fim de verificar a alteração no comportamento do resíduo final bem como a
evolução de produtos diferenciados. Observações foram feitas e avaliadas a respeito deste
teste.
3.3.6 Coleta das amostras
As amostras de óleo condensado permaneceram sobre a superfície da água devido
a densidade, sem que houvesse mistura entre eles, formando uma interface líquido-
líquido, além de algumas porções de cera sólida. Amostras desse óleo ceroso foram
coletadas usando espátulas, reservando-as em Erlenmeyer de vidro tampado com rolha de
cortiça. As amostras gasosas foram reservadas num trap com água feito com uma proveta
e também em bexigas de borracha látex. A massa das frações foi medida e o cálculo do
balanço de massa foi realizado usando a massa da cuba contendo água, tendo as perdas
por evaporação desconsideradas.
3.3.7 Trabalhos laboratoriais
As amostras foram levadas para o laboratório para testes de solubilidade, chama,
poder calorífico e características químicas básicas usando infravermelho e ressonância
magnética nuclear.
Teste de solubilidade simples / extração
Uma porção de aproximadamente 10 g da amostra degradada foi colocada em um
Béquer de vidro contendo 10 ml de hexano a temperatura ambiente. Colocou-se o meio
sob agitação em uma placa agitadora usando agitador magnético por cerca de 10 minutos.
Após o tempo previsto, verificou-se as características do líquido denominado
extrato e do resíduo sólido ceroso. Novas adições de solvente foram feitas para verificar o
comportamento da cera em função da adição de solvente ao meio sob agitação.
33
O mesmo procedimento foi realizado para as demais amostras oriundas dos outros
tipos de embalagens. Repetiram-se as adições de hexano conforme as características do
meio se alteravam. Anotaram-se as observações pertinentes e o extrato foi reservado.
Realizou-se um teste semelhante com mais uma alíquota das amostras degradas,
individualmente, mas com substituição do solvente hexano por solvente acetona.
Adicionou-se 10 ml de acetona em um Béquer e aproximadamente 10 g da amostra
degradada, mantendo-se o meio sob agitação contínua por 10 minutos. Repetiram-se as
adições de acetona conforme as características do meio se alteravam. Anotaram-se as
observações pertinentes e o extrato foi reservado.
Em um último teste do gênero com mais uma alíquota das amostras degradas,
individualmente, mas com substituição do solvente acetona por solvente Tolueno.
Adicionou-se 10 ml de Tolueno em um Béquer e aproximadamente 10 g da amostra
degradada, mantendo-se o meio sob agitação contínua por 10 minutos. Repetiram-se as
adições de tolueno conforme as características do meio se alteravam. Anotaram-se as
observações pertinentes e o extrato foi reservado.
Teste de inflamabilidade das amostras
Pequenas alíquotas de aproximadamente 1 g foram pesadas em papel alumínio e
expostas a chama direta e a presença de chama na superfície. Observou-se a capacidade de
se inflamar na presença de uma chama direta, a capacidade de se inflamar após a ignição
de vapores na superfície (relacionado ao ponto de fulgor) e a capacidade dessa chama se
manter em ambos os casos se houvesse a produção de uma chama. Anotaram-se as
observações pertinentes e as frações usadas foram descartadas.
Destilação simples
Foi preparado um conjunto simples de destilação conectando um balão de fundo
redondo de duas vidras feito em vidro a um condensador de bolas através de um cotovelo
feito em vidro, mantendo-se o condensador na posição inclinada a fim de que o
condensado escoasse por gravidade pelas paredes para um recipiente anexo ao conjunto.
Sob o balão de fundo redondo foi colocado um sistema de manta de aquecimento elétrico
com controlador de temperatura. Em uma das vias do balão foi colocada uma rolha de
cortiça perfurada, e no orifício da rolha foi introduzido um termômetro de mercúrio no
interior do balão. Na outra via inicialmente introduziu-se 50 g da amostra degradada em
34
forma cerosa com o uso de espátulas de metal e bastão de vidro dentro do balão cujo
volume total era de 100 ml. Na entrada de água de resfriamento do condensador,
localizada próxima ao bocal do balão de duas vias (região mais quente), foi conectada a
saída da água de refrigeração para o ralo. Na outra extremidade mais distante do balão foi
conectada a entrada da água (região mais fria).
Na extremidade do condensador um frasco tipo Erlenmeyer de 100 ml foi
posicionado para receber o condensado por gravidade proveniente do condensador.
O sistema de aquecimento foi ligado e um cronômetro foi disparado para
determinar o tempo total que a amostra foi submetida ao aquecimento. O termostato da
manta foi regulado inicialmente para 50 ◦C. Anotaram-se as características da amostra
durante o aquecimento e a evolução de algum condensado. Após a estabilização do meio,
incrementos de 10 ◦C foram realizados sequencialmente e novas anotações a cada
incremento e estabilização foram realizadas. Após o final do processo, ponto determinado
pelo limite da manta aquecedora (cerca de 200 ◦C) foi reservado o líquido destilado e o
resíduo para posteriores trabalhos.
A massa de líquido foi determinada para balanço de massa durante o processo de
destilação simples.
Teste de inflamabilidade do destilado
Alíquotas de aproximadamente 1 ml do destilado foram depositadas com um conta
gotas na superfície de uma espátula de metal e foram expostas ao calor da chama na
superfície e chama direta. Anotações foram realizadas a cerca da capacidade do destilado
de se inflamar na presença de chama superficial ou direta, bem como a manutenção dessa
chama também foi observada e anotada.
Outras características como aspecto, coloração, produção de fumaça e suas
características foram observadas e anotadas.
Análise química das amostras
Algumas amostras dos resíduos degradados foram submetidas à análise química
qualitativa a fim de determinar certas características básicas para se confirmar um perfil
35
simplificado do tipo de substâncias presente. Alíquotas do destilado foram preparadas
para análise de espectroscopia de infravermelho e ressonância magnética nuclear.
Para as amostras que foram analisadas pela técnica de infravermelho a preparação
foi feita retirando-se uma alíquota de 3 ml de cada destilado e de cada extrato submetido
ao teste, transferindo-se estas alíquotas para vias de vidro identificadas. Uma pequena
porção de sulfato de sódio anidro foi depositada no interior de cada frasco, que foi
fechado e agitado vigorosamente, sendo deixado em repouso para decantação na
sequência. Após a decantação, uma pipeta pasteur de vidro com um algodão na ponta
acoplado foi utilizada para retirar uma alíquota filtrada do meio. A alíquota filtrada no
algodão foi transferida para uma via limpa e seca que foi identificada e enviada para
análise de infravermelho.
O mesmo procedimento foi realizado para todos os demais extratos e destilados
envolvidos no trabalho, utilizando-se de sulfato de sódio para extração de resíduos de
água da amostra e de algodão para filtração final.
Alíquotas desse filtrado foram depositadas sobre pastilhas de KBr preparadas pelo
analista responsável e foram submetidas à análise de espectroscopia de infravermelho. Os
resultados foram coletados.
Para as amostras que foram analisadas pela técnica de ressonância magnética
nuclear, a preparação foi realizada retirando-se uma alíquota de aproximadamente 3 ml da
amostra, transferindo-a para uma via contendo sulfato de sódio anidro para retirada de
traços de água. Após a agitação e decantação do sólido, uma alíquota foi filtrada usando
pipeta pasteur de vidro e uma pequena esfera de algodão. O líquido filtrado foi reservado
em uma via limpa e seca para análise. Uma gota do líquido filtrado foi adicionada a uma
pequena porção de clorofórmio para testar a solubilidade, verificando-se a possibilidade
de ser submetida ao RMN (utilização apenas de clorofórmio deuterado no equipamento).
Os resultados das análises foram coletados e avaliados.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A respeito da escolha dos fornos
O aquecimento de um dado material, ou seja, o processo de transferência de calor
através de uma fonte energética pode ser feito de diversas maneiras. Para este trabalho foi
36
escolhido o método indireto de aquecimento onde não há o contato do objeto com a
chama. Neste caso, o processo de aquecimento com chama direta promoveria a oxidação
do material polimérico e também do material metálico, fato este não desejado. A oxidação
por chama direta, em presença de oxigênio é denominada combustão do material e
basicamente está relacionada com os processos de incineração tradicionais. Assim, o
aquecimento direto em chama apenas faria a conversão da matéria polimérica em CO2 e
H2O com alguns traços de outros gases.
O aquecimento indireto poderia ser feito através de fornos a gás ou fornos
elétricos. O forno de indução é um forno elétrico em sua essência, capaz de promover o
aquecimento quase que instantâneo de uma massa metálica devido ao seu modo de ação
relacionado ao excitamento eletrônico e troca de correntes. Como observado em outros
estudos, um aquecimento rápido pode favorecer a formação de compostos de maior
cadeia, em geral alcanos lineares e em menor proporção ramificados, além de reduzir ou
inibir a formação de aromáticos na degradação térmica de polietileno, favorecendo as
terminações em hidrogênio dos radicais alifáticos formados durante o processo. [6,7]
[18,19,20]
No caso do uso do forno de infravermelho, a proposição foi criar uma rampa de
aquecimento somada a um tempo de residência maior do que no forno de indução, com
capacidade para desenvolvimento de um processo com alimentação contínua e com a
possibilidade de trabalhar com resíduos misturados contendo alumínio ou não. Esta
realidade não é possível no forno de indução, uma vez que alimentações com resíduos
unicamente compostos de polietileno não sofreriam ação indutiva e, por tanto, não
sofreriam degradação térmica.
Sobre as temperaturas usadas
Após avaliação de estudos feitos por diversos autores e suas variadas proposições,
determinou-se o uso de uma temperatura de 450 ◦C para o forno de indução. Os trabalhos
realizados no forno de infravermelho foram realizados obedecendo a uma rampa de
aquecimento de 60 ◦C por minuto até a temperatura máxima de 680 ◦C, com o objetivo de
avaliar se o perfil de resíduo da degradação era alterado devido ao uso de uma rampa
específica, favorecendo a produção de líquidos e gases combustíveis ao final do processo,
conforme previsto por alguns autores. Os gráficos a seguir se referem aos registros de
temperatura em função do tempo feitos no processo usando o forno de indução.
37
Analisando as Figuras 1, 2 e 3 foi possível observar que a evolução da temperatura
no forno de indução, para os três tipos de resíduos empregados, é muito mais intensa nos
primeiros instantes do processo, que o caracteriza como um aquecimento tipo flash.
Observa-se também que o perfil do avanço cumulativo da temperatura para as três
repetições do processo demonstrou uma reprodutibilidade satisfatória, com curvas de
avanço de temperatura muito semelhantes, como se observa na Figura 4.
Os dados indicam o processo iniciando na temperatura ambiente do galpão, onde se
localizava o forno, e atingindo valores máximos de 274,1 ◦C para o primeiro processo,
273,6 ◦C para o segundo processo e 263,3 ◦C para o terceiro processo. É possível observar
nas Figura 5, 6 e 7 que a taxa de variação da temperatura foi máxima no primeiro minuto
para os três processos, decaindo com o aumento do tempo até a estabilização da
temperatura no forno e o fim do processo, e que a reprodutibilidade entre eles foi
satisfatória como mostra a Figura 8. Analisando as Figuras 1, 2, 3 e 4 verifica-se que para
os três processos, o tempo de residência da mistura a ser degradada quando submetida à
temperatura final de aproximadamente 450 ◦C foi de 2 minutos e 39 segundos,
representando assim 53,2 % do tempo total de residência no forno.
Figura 5 - Perfil de aquecimento para o forno de indução Al + PE duplo
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0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
Tem
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C
tempo [s]
Perfil de Aquecimento - Forno de Indução
Amostra Al + PEdupla camada
38
Figura 6 - Perfil de aquecimento para o forno de indução Al + PE
Figura 7 - Perfil de aquecimento para o forno de indução Caixa de PE
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Perfil de Aquecimento - Forno de Indução
Amostra Al + PE
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Perfil de Aquecimento - Forno de Indução
Caixa de PE
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Figura 8 - Perfil de aquecimento para os três processos sobrepostas
Figura 9 - Taxa de variação do aquecimento Al + PE duplo
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Perfil de Aquecimento - Forno de Indução
Amostra Al +PE duplacamadaAmostra Al +PE
Caixa de PE
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Taxa de Aquecimento - Forno Indução
Amostra Al + PEdupla camada
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Figura 10 - Taxa de variação do aquecimento Caixa de PE
Figura 11 - Taxa de variação do aquecimento Al + PE
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Taxa de Aquecimento - Forno Indução
Caixa de PE
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tempo [min]
Taxa de Aquecimento - Forno Indução
Amostra Al + PE
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Figura 12 - Taxa de variação do aquecimento – sobreposição das curvas
Analisando agora os perfis de temperatura registrados nos três processos
realizados no forno de infravermelho, observa-se nas figuras 9, 10 e 11 a evidência da
rampa de aquecimento pretendida inicialmente, assim como a reprodutibilidade entre os
ensaios na figura 12. Analisando as figuras 13, 14 e 15 verifica-se a manutenção da taxa
de aquecimento por cerca de 9 minutos, até que com a proximidade da temperatura final a
taxa decaia. Na figura 16 fica evidente a reprodutibilidade do aquecimento.
Ainda analisando as figuras de 9 a 16, observa-se que para os três processos, a temperatura
de 450 ◦C é atingida com aproximadamente 7,5 minutos de tempo de residência
(50% do tempo total de residência), e a temperatura final de 680 ◦C é atingida com cerca
de 12 minutos (80% do tempo total de residência) permanecendo por 3 minutos (20% do
tempo total de residência). Utilizando estes dados e fazendo uma comparação com o forno
de indução, verifica-se que o forno de infravermelho leva 2,82 vezes mais tempo para
atingir 450 ◦C cuja temperatura é a final do processo no forno de indução.
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Taxa de Aquecimento - Forno Indução
Amostra Al + PE duplacamada
Amostra Al + PE
Caixa de PE
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Figura 13 - Perfil de aquecimento forno de infravermelho Al + PE duplo
Figura 14 - Perfil de aquecimento do forno de infravermelho Al + PE
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Perfil de Aquecimento - Forno Infravermelho
Amostra Al + PEdupla camada
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Perfil de Aquecimento - Forno Infravermelho
Amostra Al + PE
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Figura 15 - Perfil de aquecimento do forno de infravermelho Caixa de PE
Figura 16 - Perfil de aquecimento para o forno de infravermelho em sobreposição
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Perfil de Aquecimento - Forno Infravermelho
Caixa de PE
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Perfil de Aquecimento - Forno Infravermelho
Amostra Al + PEdupla camada
Amostra Al + PE
Caixa de PE
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Figura 17 - Taxa de variação do aquecimento forno infravermelho Al + PE duplo
Figura 18 - Taxa de variação do aquecimento forno infravermelho Caixa de PE
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Taxa de Aquecimento - Forno Infravermelho
Amostra Al + PEdupla camada
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Taxa de Aquecimento - Forno Infravermelho
Caixa de PE
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Figura 19 - Taxa de variação do aquecimento forno infravermelho Al + PE
Figura 20 - Taxa de variação do aquecimento forno infravermelho testes sobrepostos
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Taxa de Aquecimento - Forno Infravermelho
Amostra Al + PE
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Taxa de Aquecimento - Forno Infravermelho
Amostra Al + PE duplacamada
Amostra Al + PE
Caixa de PE
46
Sobre o resultado do trabalho de campo
Forno de Indução
Foi observado que o processo realizado com o forno de indução conseguiu
degradar totalmente toda a massa depositada no seu interior no tempo previsto,
convertendo a massa inicial em uma mistura gasosa que fluiu pela tubulação e borbulhou
na água de arrefecimento. Observou-se a formação de uma pasta com viscosidade elevada,
hidrofóbica e de coloração cinzenta para as embalagens alimentícias. A coloração foi
amarela para as caixas de polietileno. Uma das prováveis razões para coloração observada
está relacionada com os corantes presentes nas embalagens.
No caso das embalagens alimentícias a presença de corantes vermelhos e cor de
chumbo no polietileno promoviam a coloração, sendo que no caso das caixas de
polietileno para perfuro cortantes, a totalidade da embalagem era pigmentada em amarelo.
O uso de cargas como pigmentos e outros aditivos é uma prática comum na indústria de
polímeros, tão necessária para acabamento, estabilidade e melhora de propriedades
térmicas e mecânicas do polímero. Estes compostos influenciam na coloração final da cera
após a degradação. Outras influências como alterações nas reações químicas, na cinética
do processo e outros aspectos não foram avaliados nesse estudo, porém é de conhecimento
que a presença de outras substâncias durante um processo de degradação térmica, por
exemplo, compostos com grupos funcionais como carbonilas, halogênios, azo compostos,
anéis aromáticos, entre outros, podem agir como facilitadores na quebra das cadeias e
como terminações para algumas frações [20].
Os gases que não condensaram após a lavagem através de borbulhas na água
seguiram para o sistema de exaustão. Parte desses gases foi coletada com o auxílio de um
balão de látex. Esta fração gasosa foi reservada para posteriores estudos, tendo sido
apenas submetida a um teste de chama. Observou-se o poder combustível desta mistura
gasosa através da conexão desde balão de látex com uma mangueira de um bico
queimador. Após iniciar o starter do queimador manual através de centelhamento elétrico,
o gás foi liberado lentamente pelo bico provendo uma chama com regiões azul e amarela
com pouca formação de fumaça negra. Observando os estudos realizados por outros
autores a cerca da composição média gasosa de um processo de degradação térmica de
polietileno e, considerando que esta obedeça ao mesmo padrão de geração destes estudos
compreendendo a formação principalmente de alcanos de baixo peso molecular e alcenos
de baixo peso molecular, pode-se afirmar que o potencial combustível dessa mistura
47
gasosa se assemelha ao gás natural, tendo seu poder calorífico superior provavelmente
entre o gás natural e o propano e butano comercial [6-7], [18-20]. A fumaça gerada na
queima deve-se ao fato da mistura ar / combustível não estar devidamente equalizada e
também a presença de impurezas. Os gases não aproveitados passaram pelo sistema de
exaustão e filtro de carvão ativo impregnado com soda, sendo liberados na atmosfera.
Nenhuma análise instrumental foi realizada com os gases não condensáveis em razão de
exceder os limites técnicos e financeiros deste trabalho.
A cera gerada consistia de uma mistura de óleo associada a um material pastoso. O
aspecto do material condensado sugere a presença de uma vasta variedade de
comprimentos de cadeia. Verificou-se uma oleosidade intensa durante a remoção do
material, sendo a limpeza dos instrumentos usados possível apenas com o uso de
querosene comercial.
Dentro do cadinho restou um resíduo escurecido, que após resfriamento foi
identificado como o alumínio das embalagens coberto por uma fina borra preta. Esta borra
sugere uma carbonização do material polimérico na superfície do filme de alumínio.
Atribui-se esta carbonização ao fato de que na interface alumínio / polímero a taxa de
transferência de calor é muito superior em relação à interface polímero / ar da embalagem,
que associada a rápida rampa de aquecimento promove uma carbonização de uma camada
micrométrica sobre o alumínio. Segundo os princípios de utilização de alumínio reciclado
em fornos, o fato de esta carbonização estar depositada sobre o alumínio não reduz seu
valor ou capacidade de ser reciclado. Durante o processo de fusão do alumínio nos fornos,
a escória formada por essas carbonizações possui menor densidade do que o metal
fundido, permanecendo na superfície do cadinho no forno de alumínio.
O alumínio foi facilmente removido e forma de raspas carbonizadas e transferido
para o cadinho do forno de alumínio para posteriores trabalhos.
O material ceroso manteve certa umidade uma vez que o processo de condensação
ocorreu com contato direto da água. Não foi elaborado um sistema de condensação sem
contato com o fluido refrigerante visto que o tempo e os recursos disponíveis para este
trabalho não objetivavam tal realização. É possível notar que um sistema de resfriamento
fracionado, com o aproveitamento da energia dos gases da exaustão, poderia fornecer um
ganho de processo em termos de tempo e energia. Através da condensação fracionada dos
gases, misturas mais específicas compreendendo moléculas com comprimentos de cadeia
em uma faixa mais estreita seriam recuperados de forma seletiva, facilitando os processos
de downstream antes dos processos de destilação para extração de produtos de interesse
industrial.
48
Forno de Infravermelho
Foi observado que o processo realizado com o forno infravermelho conseguiu
degradar totalmente toda a massa alimentada na rosca dosadora no tempo de residência
ajustado pela velocidade da rosca, convertendo a massa inicial em um gás que fluiu pela
tubulação e borbulhou na água de arrefecimento do sistema de coleta na cuba abaixo do
forno. Observou-se a formação de uma pasta com viscosidade elevada, hidrofóbica e de
coloração cinzenta para as embalagens alimentícias. A coloração foi amarela para as
caixas de polietileno. As razões para a coloração já foram discutidas no tópico anterior.
Os gases que não condensaram após a lavagem através de borbulhas na água
seguiram para o sistema de exaustão. Parte desses gases foi coletada com o auxílio de um
balão de látex. Esta fração gasosa também foi reservada para posteriores estudos, tendo
sido apenas submetida a um teste de chama. Observou-se o poder combustível desta
mistura gasosa através da conexão desde balão de látex com uma mangueira de um bico
queimador. Após iniciar o starter do queimador manual através de centelhamento elétrico,
o gás foi liberado lentamente pelo bico provendo uma chama com regiões azul e amarela
com pouca formação de fumaça negra, assim como foi observado para os gases oriundos
do forno de indução. Os gases não aproveitados passaram pelo sistema de exaustão e filtro
de carvão ativo impregnado com soda, sendo liberados na atmosfera.
A cera gerada consistia de uma mistura óleo associada a um material pastoso. O
aspecto do material condensado sugere a presença de uma vasta variedade de
comprimentos de cadeia. Verificou-se uma oleosidade intensa durante a remoção do
material, sendo a limpeza dos instrumentos usados possível apenas com o uso de
querosene comercial.
Dentro da rosca dosadora restaram borras sobre a superfície da rosca, que após
resfriamento foi identificada como uma fina borra preta. Esta borra sugere uma
carbonização do material polimérico na superfície da rosca. Atribui-se esta carbonização
ao fato de que na interface metal / polímero a taxa de transferência de calor é muito
superior em relação a interface polímero / ar da embalagem, que associada a rápida rampa
de aquecimento promove uma carbonização de uma camada micrométrica sobre o metal
da rosca. O alumínio foi depositado no cadinho de derrame no final da rosca em forma de
aparas irregulares também com uma fina camada de carbonização, sem prejuízo de sua
qualidade.
O material ceroso manteve certa umidade uma vez que o processo de condensação
ocorreu com contato direto da água.
49
Observou-se que, em comparação com o processo no forno de indução, o processo
realizado no forno infravermelho possui as mesmas características de rendimento e
conversão, porém com a vantagem de possuir alimentação contínua se desejado, além de
ter como fonte de energia primária o gás e não energia elétrica, cujo valor é superior.
Nos dois processos alguns fatos experimentais importantes foram observados.
Talvez o mais relevante deles esteja relacionado com a forma com que se iniciaram as
transformações do resíduo. No caso do forno de indução, poucos segundos após o início
do processo, nenhuma evolução de gás foi notada no sistema de sifão na cuba. Após cerca
de 30 segundos, ou seja, ao final do primeiro disparo de indução, iniciou-se a liberação de
bolhas no interior da cuba com água. Isso se deve ao fato de que o ar no interior do
cadinho sofreu expansão volumétrica devido ao aumento de temperatura, porém até certo
patamar de temperatura e consequentemente de pressão, não conseguia vencer a pressão
oferecida como resistência na ponta do sifão. Após os 30 segundos iniciais, a temperatura
já passava dos 190 ◦C e a pressão interna excedeu a resistência da pressão estática da água
na cuba. Somente após 1,5 minuto que se observou o inicio da formação de óleo
condensado. Esse tempo morto pode ser relacionado com a difusão térmica na massa,
devido à viscosidade do conteúdo após a fusão inicial do polímero passada a temperatura
de fusão.
Antes de ocorrer a formação de óleo condensado ou material ceroso, os gases já
estavam evoluindo do interior do cadinho com propriedades combustíveis, pois as frações
coletadas nos tempos iniciais já resultavam em chama no queimador. Isso demonstra que a
degradação das primeiras cadeias localizadas na superfície dos resíduos é mais rápida e
pronunciada devido a sofrerem interação somente em uma das interfaces com outras
cadeias, sendo a outra interface polímero / ar. Logo que as primeiras cadeias são
convertidas em moléculas de menor massa molecular já ocorre a formação de frações
menores de alcanos leves, porém quase que imediatamente as demais cadeias vão sendo
degradadas e então, devido ao rápido aquecimento e curto tempo de processo, são
favorecidos os produtos de maior massa molecular. Este fato foi observado em outros
trabalhos de outros autores onde aspectos de cinética e aspectos quantitativos mais
detalhados foram abordados para outras configurações semelhantes de degradação. Isso se
deve ao fato de que quando se varia o tempo do processo, para mais ou para menos, a
energia disponível e o tempo reacional podem ou não atingir os limites necessários para
rompimento das cadeias maiores em frações cada vez menores. [6,7] [18,19,20]
Foi observado que ocorreu um aumento de temperatura na água dentro da cuba.
Este aumento era esperado, uma vez que é relacionado com a transferência de calor pelo
50
contato direto dos gases oriundos do forno com a água, e também através da condensação
de parte do material sobre a água fornecendo seu calor de condensação ao meio. Como o
sistema da cuba do forno infravermelho não foi acoplado a um sistema de troca térmica,
admite-se que houve uma perda na eficiência na recuperação de condensado com o
aumento da temperatura da água cuja porcentagem em perda não pode ser estimada. Esta
perda está associada com a redução do ∆T entre a água da cuba e os gases oriundos do
forno. A temperatura final da água chegou a 52,4 ◦C no final do processo. Termopares
padrão instalados na porção inicial, central e final da rosca forneceram dados de
temperatura em tempo real das regiões citadas.
Verificou-se uma certa estabilidade em cada região, com valores médios entre os testes de
aproximadamente 89,6 ◦C para região inicial, 412,9 ◦C para região central da rosca e
683,3 ◦C para região final. Variações para mais ou para menos eram observadas apenas
quando a alimentação era interrompida e uma porção da rosca seguia apenas com ar, ou
quando uma nova carga era alimentada após interrupção. Esta variação é normal e se
relaciona com a demanda de energia na presença dos resíduos dentro do forno.
Balanço de massa
O balanço de massa aplicado para este estudo foi simplificado e não englobou as
perdas por evaporação e ganhos por umidade da fração líquida final.
O método para o cálculo foi baseado na determinação da massa inicial que foi carregada
em cada forno, seguida de determinação da massa de resíduos cerosos coletada ao final do
processo na cuba. A diferença entre estas parcelas fornece a quantidade de gás em massa
liberada. As Tabelas 1, 2, 3, 4 abaixo registram os valores para cada tipo de forno.
Tabela 1: Balanço de massa forno de Indução (valores em Kg)
valores em Kg Al + PE dupla Al + PE Caixa PE Caixa + metais
Total pesado 2,02 2,01 2,02 2,54
Sólido Restante 0,32 0,23 0,00 1,59
Líquido / Cera 1,51 1,59 1,80 0,70
gás (teórico) 0,20 0,20 0,22 0,25
51
Tabela 2: Balanço de massa forno de Indução (valores em porcentagem)
Tabela 3: Balanço de massa forno Infravermelho (valores em Kg)
Tabela 4: Balanço de massa forno Infravermelho (valores em porcentagem)
Ao analisar os valores das Tabelas 1, 2, 3 e 4, obtidos nos balanços de massa
aproximados, observa-se que a formação de produtos gasosos no forno de indução é
inferior à produção de gasosos no forno de infravermelho. Em contrapartida, a produção
de produtos líquidos / pastosos foi superior no forno de indução. Atribui-se estas variações
não ao tipo de aquecimento empregado, mas a forma com a qual o aquecimento foi
realizado.
No forno de indução o aquecimento é rápido e o tempo de processo é curto. No
forno de infravermelho o processo é gradual e relativamente linear, o que garante tempo
para que produtos gaseificados logo entre a porção inicial e média da rosca ainda sejam
expostos a temperaturas maiores promovendo o cracking destes compostos em frações
menores aumentando a produção gasosa. Em contrapartida, uma vez que o infravermelho
fornece um tempo de residência superior com exposição a temperaturas maiores, as
cadeias formadoras da mistura cerosa serão mais degradadas do que as submetidas ao
tempo reduzido do forno de indução com temperatura inferior. Como observado pelos
porcentagem Al + PE dupla Al + PE Caixa PE Caixa + metais
Total pesado 100 100 100 100
Sólido restante 15,6 11,3 0 62,7
Líquido / cera 74,7 78,9 89,1 27,4
gas (teórico) 9,7 9,8 10,9 9,9
valores em Kg Al + PE dupla Al + PE Caixa PE
Total pesado 10,04 10,01 10,02
Sólido Restante 1,45 1,73 0,00
Líquido / Cera 6,03 6,44 7,61
gás (teórico) 2,56 1,84 2,41
porcentagem Al + PE dupla Al + PE Caixa PE
Total pesado 100 100 100
Sólido Restante 14,4 17,3 0
Líquido / Cera 60,1 64,3 75,9
gás (teórico) 25,5 18,4 24,1
52
outros autores, o aumento da temperatura favorece o aumento na formação de gases para a
degradação térmica do polietileno [18-20].
Laboratório – extração
Em relação aos primeiros testes realizados no laboratório, com o objetivo de
verificar a capacidade de extração de alguns solventes frente ao resíduo ceroso foram
feitas três observações principais. A escolha dos solventes foi baseada em um simples
critério de polaridade e funcionalidade química.
O polietileno é uma poliolefina de cadeia linear, por isso a sua degradação térmica sugere
de maneira intuitiva a formação de compostos de cadeia linear de diversos tamanhos. O
próprio polímero já se apresenta como uma distribuição de massas moleculares,
denominada de polidispersidade. Como o processo é feito a altas temperaturas e com
presença de oxigênio em maior quantidade ou em traços no início do processo, o fato
sugere a possível formação de algum composto com terminação funcional devido a uma
série de reações orgânicas que não serão estudadas neste trabalho, e que envolvem
radicais [20].
Assim, assumindo a possibilidade de uma vasta distribuição de cadeias de tamanhos
variados, assumindo a possibilidade da existência de compostos com terminações
funcionais devido a reações ou aditivos presentes como corantes, além da possibilidade de
existência de algum aromático, seja oriundo de um plastificante ou corante, ou por alguma
reação mais complexa, optou-se por solventes como hexano, acetona e tolueno.
O hexano se justifica pela sua característica apolar e linear, de tamanho de cadeia
não excessivo, capaz de solubilizar diversos compostos lineares de maior número de
carbonos. A escolha da acetona foi feita baseada na sua polaridade e carácter orgânico
associado, possibilitando extrair alguma fração por interação com a carbonila. O tolueno
foi escolhido para verificar se haveria extração de algum aromático. As extrações com
hexano resultaram em um extrato de coloração igual ao resíduo ceroso, com aspecto turvo
e com material finamente dividido suspenso. As extrações com acetona forneceram um
extrato com aspecto inicialmente turvo de coloração semelhante ao resíduo ceroso, mas
que após repouso apresentou sólido branco finamente dividido depositado. Estes extratos
foram analisados posteriormente, porém neste estudo não foram feitas análises de cada
fração sedimentada separadamente, apenas da mistura.
53
Laboratório – destilação
Durante o processo de destilação, o resíduo ceroso foi submetido inicialmente a
uma temperatura de cerca de 50 ◦C. Observou-se que uma parte desta cera rapidamente
passou da condição pastosa para a condição líquida oleosa, porém a grande parte do
conteúdo do balão permaneceu inalterada. Depois de estabilizada esta condição novos
incrementos de temperatura foram feitos, verificando-se que mais líquido era formando no
interior do balão. Pode-se atribuir de forma coerente este comportamento com o perfil do
composto e de sua possível degradação.
A distribuição de massa molecular do polímero e o processo de degradação são
responsáveis por uma formação diversa em termos de tamanho de cadeia de compostos
oriundos da degradação térmica. Como previsto na teoria, o tamanho da cadeia de
compostos alifáticos tende a influenciar em propriedades como ponto de ebulição e ponto
de fusão, solubilidade, entre outros. Neste caso, os incrementos de temperatura com fusão
parcial do material indica que existem cadeias com menos comprimento e outras com
maior comprimento, em uma larga faixa que, segundo alguns autores, podem variar de C6
até C30.
Observou-se que em temperaturas superiores a 98 ◦C, houve tendência do
conteúdo do balão de se projetar devido ebulição vigorosa de alguns compostos, o que
também reforça que compostos orgânicos de cadeias menores cujo ponto de ebulição é
inferior a esta temperatura estavam presentes. A partir deste ponto já era possível observar
a formação de condensados. Outro fato relevante é de que a humidade presente na cera
oriunda da água onde ela foi condensada evaporou durante a destilação, formando
gotículas no condensador. Estas gotículas foram arrastadas com a primeira fração
condensada e formaram duas fases no frasco coletor. Depois de estabilizada a condição
anterior descrita, a temperatura foi novamente aumentada de forma gradual, porém
verificou-se que o aspecto do líquido que condensava era o mesmo do inicial até cerca de
120 ◦C quando não mais foi observada condensação.
Observou-se que um fumo esbranquiçado evoluía da superfície da cera liquefeita e
não conseguia evoluir pelo sistema. Após esta temperatura não foi possível mais coletar
nenhuma fração condensada. O aumento da temperatura até cerca de 200 ◦C levou o
sistema a uma estabilidade e promoveu a degradação dos compostos que estavam no balão
carbonizando o fundo do balão. Foi possível notar que para a destilação desta cera o
sistema utilizado não era o ideal, sendo necessário para demais estudos um sistema do tipo
evaporador rotativo com banho de óleo mineral e pressão reduzida.
54
Assim, temperaturas mais brandas serão necessárias para, sob ação de vácuo devidamente
dimensionado, obter as frações sem que ocorra degradação dos compostos ali presentes,
assim como permitir a evolução dos demais compostos mais pesados. Estes compostos
foram observados no fumo esbranquiçado que não evoluiu pelo sistema, devido sua
densidade superior em relação ao ar, não seguiram pelo condensador e permaneceram em
refluxo dentro do próprio balão.
Análise Química
Cinco amostras foram conduzidas para trabalhos analíticos qualitativos
exploratórios. A Tabela 5 classifica cada uma delas.
Tabela 5 – Descrição das amostras usadas nas análises qualitativas exploratórias
Amostras do condensado único obtido foram preparadas para análise qualitativa
por espectroscopia de infravermelho e ressonância magnética nuclear a fim de investigar
seu perfil. Verificou-se que a condensação da cera no processo feita em contato direto
com a água enriquece a pasta em umidade, o que dificulta os processos posteriores de
destilação e consequentemente de análise. A presença de água nas análises propostas não
permite a correta determinação do perfil da mistura obtida, como verificado no espectro
de infravermelho com uma banda larga referente a presença de água.
As amostras foram submetidas à agitação em presença de sulfato de sódio anidro
para remover traços de água. Durante as preparações foram feitas cinco amostras
diferentes para as análises instrumentais. As amostras AM1 e AM5 são referentes as
extrações com acetona e hexano, respectivamente. As amostras AM2, AM3 e AM4 são
referentes aos destilados dos três processos do forno de infravermelho. Não foram
analisadas as amostras do forno de indução, uma vez que foi concluído que a viabilidade
de um processo em batelada não seria a melhor para saneamento de embalagens, tendo um
Código da Amostra Descrição
AM1 Resíduo ceroso extraído com Acetona
AM2 Resíduo ceroso do teste com Alumínio + PE dupla camada
AM3 Resíduo ceroso do teste com Alumínio + PE simples
AM4 Resíduo ceroso do teste com PE somente
AM5 Resíduo ceroso extraído com Hexano
55
processo contínuo muito mais vantagens técnicas e econômicas. De qualquer forma, o
aspecto da cera era idêntico. Acredita-se que variações em composição podem ocorrer
devido tempo de processo e temperatura, como observado por outros autores que
estudaram a influência da temperatura, pressão e tempo de exposição na composição das
frações e na cinética do processo.
A avaliação do espectro de infravermelho da amostra AM1 na Figura 21 revela a
existência de uma banda na região de 3430 cm-1 de largura considerável e característica de
presença de água na amostra. Este fato pode ser explicado uma vez que ao extrair a cera
com acetona a água presente misturou-se com parte da acetona, formando uma solução de
água com acetona. Assim, a utilização de sulfato de sódio anidro não foi suficiente para
remover a água do meio, apenas os traços. Dois picos na região de 1700 cm-1 indicam uma
deformação axial da ligação dupla entre carbonos em alquenos não conjugados,
apresentando uma banda de intensidade moderada e intensa. Pode-se associar esta
informação a presença de alifáticos com instauração na cadeia, proveniente das reações de
degradação. A formação de compostos com dupla ligação do tipo alcenos foi verificada
em outros trabalhos por outros autores, porém em menor quantidade. Esta banda foi
verificada nos extratos com acetona e na extração com hexano. Picos acima de 3000 cm-1
podem indicar a presença de estiramento sp2 de dupla ligação carbono com simples
ligação em hidrogênio = C – H, provavelmente um alceno com terminação em hidrogênio.
Nos gráficos da análise de ressonância magnética nuclear dessas amostras verificam-se
apenas dois picos, um referente ao solvente deuterado e outro na região de 30 ppm com
valores negativos, confirmando a presença de carbonos do tipo CH3 e CH.
A avaliação do espectro das amostras de destilado AM2, AM3 e AM4 na Figura
21 revelam espectros de infravermelho muito semelhantes. Pode-se analisar que, mesmo
utilizando fontes diferentes de plástico no processo, ao menos a primeira mistura destilada
de compostos apresenta as mesmas características químicas. Nos espectros dessas
amostras verifica-se a presença de um pico de intensidade moderada para leve na região
de 3074 cm-1 indicando um estiramento sp2 do tipo dupla carbono simples hidrogênio
= C – H . Uma banda de picos conjugados na região de 2957,2 cm-1 ; 2929,3 cm-1 indicam
estiramento sp3 ligação simples entre carbono e hidrogênio de CH3, CH2 e CH. Na região
de 1650 cm-1 aproximadamente picos demonstram deformação axial da ligação C = C em
alquenos não conjugados. Esta banda apresenta-se com intensidade moderada à fraca na
região entre 1667 cm-1 e 1640 cm-1. Picos na região de 1458 cm-1 aproximadamente
revelam deformação angular de CH2, na região de 1379,8 cm-1 revelam deformação
angular de CH3 e na região de 887 cm-1 revelam deformação angular fora do plano de
56
CH2. Na Figura 22 obtida da ressonância magnética nuclear confirmam-se a presença de
carbonos de cadeias lineares tipo CH2 observados em picos na região de 110, 50 e 40 ppm
com intensidade positiva, bem como a presença de carbonos do tipo CH e CH3 lineares na
região entre 40 e 15 ppm com intensidade negativa. Foi observado também um conjunto
de pequenos picos de CH característicos de aromáticos na região de 140 ppm com
intensidade negativa, além de um pico na região de 150 ppm de carbono C quaternário.
Atribui-se a presença do pico de aromático ao corante orgânico usado no polímero
que possa ter sofrido degradação térmica também, além de algumas reações complexas
que possam ter ocorrido no meio e que foram estudadas apenas por alguns autores, não
sendo objetivo deste trabalho. Mais uma vez existe uma clara relação entre a linearidade
do polímero que está sendo degradado, sua distribuição de cadeia e a presença de picos
nos espectros indicando que a composição dos extratos e principalmente dos destilados é
composta de orgânicos alifáticos em geral com estrutura linear. A presença de
insaturações em alguns compostos foi prevista por outros autores, tanto os de menor
massa molecular encontrados na fase não condensável como etileno, propeno, como
outros de cadeias maiores. As Figuras 21 e 22 podem ser encontradas com mais detalhes
ampliadas no apêndice deste trabalho.
Figura 21 – Sobreposição dos espectros de infravermelho das amostras analisadas
57
Figura 22 – Ressonância da amostra destilada AM3 como exemplo de resultado
Nota-se que o uso de um forno para preparação de uma mistura de compostos a
partir de produtos plásticos de PE para posterior processo de craqueamento, separação e
utilização são perfeitamente possíveis. Observou-se que é necessário um estudo refinado
das condições de processo para maximizar produtos específicos. Um dos principais
benefícios é a recuperação do alumínio associado nessas embalagens.
Para concluir as observações, os testes realizados com os destilados e a cera
utilizando chama para verificar a capacidade de inflamação foram feitos e observou-se
que a cera quando submetida a uma chama direta rapidamente tem seu aspecto alterado de
pastoso para líquido, não fornecendo chama inicialmente. Passados alguns segundos uma
chama é produzida com formação de pouca fumaça negra e alguns estalos com projeção
de material. Atribui-se estes acontecimentos ao fato de que a cera no estado natural em
que se encontra após o processo é uma mistura muito vasta de compostos, que somente
após a exposição ao calor teve suas frações liquefeitas e vaporizadas numa pequena fração
de tempo, alcançando assim a condição ideal para produzir chama.
No caso dos destilados as observações são diferentes. O comportamento é similar
ao de um solvente ou combustível, tendo se comportado como um líquido translúcido a
temperatura ambiente, de cheiro característico, e que ao se aproximar de uma chama
incendeia mantendo uma chama amarela com pouca produção de fumaça. Sua queima se
58
assemelha a uma chama de vela, coerente com sua composição que lembra uma estrutura
parafínica em menor tamanho de cadeia.
Para este trabalho não foi realizada a determinação do poder calorífico como
previsto inicialmente. A razão para a não realização desta análise está relacionada á dois
fatores principais: o primeiro deles é o fator limitação técnica e orçamento e a segunda
está relacionada ao fato de que se observou que o destilado não é puro, mas sim uma
mistura de vários outros componentes que precisam ser destilados. Como não foi possível
fazer destilações mais refinadas para os fins ao que se destinavam este trabalho, optou-se
por não seguir com análises posteriores. Análises de cromatografia gasosa acoplada a um
detector de massas, usando de alguma variação no tipo de forno usado, poderiam ser
usadas para determinar as composições dos gases e das frações líquidas passíveis de serem
vaporizadas em injetor apropriado. Estas análises não foram realizadas, pois demandariam
a obtenção de inúmeros padrões de compostos orgânicos e a disponibilidade de colunas e
equipamentos apropriados cujas obtenções estão fora do escopo e orçamento deste
trabalho. Trabalhos posteriores deverão envolver tais análises.
5. CONCLUSÕES
Após a avaliação de todo o contexto do trabalho, desde o levantamento de
parceiros para fornecimento e tratamento de refugos de processamento de resíduos
plásticos associados ao alumínio em embalagens até o estudo das características do
produto de degradação, pode-se concluir que a execução de um projeto para
beneficiamento de resíduo de Polietileno com alumínio associado é possível com
tecnologia relativamente simples.
Foi possível concluir que um estudo detalhado sobre a utilização e classificação
dos compostos oriundos da degradação é requerido para o sucesso da aplicação final,
determinação do valor agregado e correta destinação dos resíduos não tratáveis.
Durante os estudos dos trabalhos já realizados sobre o tema notou-se uma
tendência em detalhar quimicamente e cineticamente todos os processos, reações e
situações, porém não é de conhecimento que as propostas para execução de um projeto de
planta de aproveitamento térmico e residual tenha sido concretizada no Brasil e inclusive
em outros países.
59
Nem todos os resíduos poderão ser aproveitados, uma vez que o rejeito
carbonizado que não destila, com características acima da curva de destilação de um
gasóleo, somente poderá ser destinado a incineração. Porém, como esta fração é pequena
em relação ao montante processado, o fato de enviar o resíduo não destilado para
incineração não reduz o benefício gerado pela obtenção de compostos alifáticos com
potencial combustível e a preparação de ceras para indústria a partir do polietileno de
refugos do setor de embalagens.
O aproveitamento das frações gasosas não condensáveis poderia encontrar
dificuldades de viabilidade caso o objetivo fosse a conversão e separação dos gases em
suas substâncias constituintes, ou conversão em algum gás de interesse, gás de síntese, etc.
Para evitar estas dificuldades, o simples aproveitamento energético dos gases, cujo poder
calorífico como observado em outros estudos se assemelha ao gás natural, através da
alimentação de geradores e fornos na própria indústria, ou como co-alimentação de
combustível em queimadores paralelos em caldeira ou fornos reduziria os custos
energéticos da indústria e poderia produzir energia elétrica em geradores adaptados à gás.
Cuidados deverão ser tomados no processo como a não utilização de polímeros
como policloreto de vinila (PVC) ou Poliestireno (PS) devido a formação de compostos
tóxicos durante o processo, como Ácido Clorídrico e compostos aromáticos como
Benzeno, Xileno, Tolueno e outros de estruturas mais complexas.
Trabalhos posteriores deverão incorporar o refinamento das condições
operacionais do forno utilizado neste estudo, ou desenvolvimento de tecnologia mais
refinada e adequada, bem como a determinação das condições ótimas de processo que
envolvem um completo estudo de engenharia e um detalhamento químico dos produtos,
todas estas ações hoje fora do escopo simplificado deste trabalho. Ao final, foi possível
concluir que o teste para obtenção de compostos de interesse forneceu um sinal positivo
de que todas as toneladas de rejeito que são aterradas hoje poderiam estar sendo utilizadas
com processos relativamente simples para extrair produtos com valor agregado, reduzindo
a deposição de material no meio ambiente e reaproveitando materiais com potencial
energético acumulado.
60
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gasosos por pirólise de resíduos plásticos” (2006)
62
APÊNDICE
Ampliação do espectro de infravermelho das amostras
Figura 21 – Sobreposição dos espectros de infravermelho das amostras analisadas
63
Ampliação da ressonância nuclear magnética das amostras
Figura 22 – Ressonância da amostra destilada AM3 como exemplo de resultado