Forbehandling af hærdeplastbaserede kompositmaterialer til genanvendelse

Bilag A Rapport over pyrolyse

Pyrolyse af kompositmateriale af glasfiberforstærket polyester

1 Sammenfatning

Der er blevet gennemført seks forsøg med pyrolyse af prøver af kompositmateriale i laboratorieskala. Prøverne, der var blevet afleveret af Teknologisk Institut, blev pyrolyseret ved følgende temperaturer:

Forsøg nr. Temperatur
1 500°C
2 450°C
3 500°C
4 400°C
5 550°C
6 600°C

Der ses bort fra forsøg 1, idet temperaturmålingen blev foretaget uden for det glasrør, hvori pyrolysen fandt sted, og det viste sig ikke at være pålideligt nok.

Foto: Forsøgsopstilling

Forsøgene blev udført, ved at en prøve blev lagt ind i et glasrør, der blev placeret i en kold ovn. Glasrøret blev proppet til i den ene ende, og i den anden ende var der gasudtag via en vandfyldt vaskeflaske. Temperaturen blev målt med en termoføler, der var ført ind i glasrøret gennem en gummiprop. Ovnen blev varmet op til den ønskede temperatur, hvorefter denne temperatur blev holdt konstant, indtil der ikke blev observeret mere gasudvikling i røret.

Opstilling inden opvarmning

Temperaturmålingerne blev registreret i en datalog. Disse ses som trendkurver i efterfølgende logbog.

Illustration: Forsøgsopstilling

Det så ikke ud til, at variationen af temperaturen havde den store indflydelse på, hvordan pyrolyseprocessen forløb. Det var stort set de samme observationer, der blev gjort ved de enkelte forsøg.

  • Ved ca. 350°C så man en ravgul væske i bunden af glasrøret, og ganske hurtigt var der så megen væske, at det løb ned i vaskeflasken. Samtidigt var der en kraftig udvikling af hvidgul damp/røg, der kondenserede på væggene af glasrør og bøjninger. Der var en kraftig gasudvikling svarende til 4 - 5 bobler pr. sekund i vaskeflasken.
  • Få minutter senere var der ikke mere røgudvikling. Gasdannelsen svarede til ca. 1 boble pr. sekund.
  • Herefter var gasdannelsen jævnt aftagende over de næste 1 - 2 timer, og ovnen blev slukket, når der ikke var observeret bobler i ca. 5 min.
  • Pyrolyseresten var sort med temmeligt mange koksskaller og støv.
Forsøg nr. Temperatur Pyrolysetid Vægt før Vægt efter Vægttab
  °C min. g g %
2 450 72 15,15 6,53 56,9
3 500 130 24,35 10,08 58,6
4 400 80 17,05 8,83 48,2
5 550 107 16,91 6,78 59,9
6 600 73 15,62 6,47 58,6

Registreringer ved pyrolyseforsøgene

Diagram over pyrolysetid og vægttab

Diagram over pyrolysetid og vægttab

Det ses, at vægttabet af prøverne ligger meget konstant ved alle temperaturer bortset fra i forsøg 4 (400°C), hvor prøven har ligget for tæt på ovnlågen, hvorfor den yderste ende ikke er blevet færdig-pyrolyseret. Om forsøg 2, 3, 5 og 6 må man konkludere, at pyrolysen er fuldstændig.

Ved pyrolysetiden forstås den tid, der er gået, fra den ønskede temperatur blev opnået, indtil der ikke blev observeret gasbobler i vaskeflasken i ca. 5 min.

Mht. pyrolysetiden er det svært at drage nogle konklusioner. At tiden ikke er så lang ved de 600°C, kan skyldes, at opvarmningsperioden har været længere end ved de lavere temperaturer, og/eller at reaktionen er hurtigere ved den høje temperatur.

Der er ikke lavet analyser af pyrolyseprodukterne.

2. Logbog

20-05-2003
Kontaktperson: Torben Knudsen, Teknologisk Institut, tlf. 72 20 31 19.

Der skal laves fem forsøg med de tilsendte prøver. Prøverne skal varmes op fra kold ovn til hhv. 400, 450, 500, 550 og 600°C.

Prøverne vejes før og efter pyrolysen.

De pyrolyserede prøver skal sendes til Teknologisk Institut.

Lavet registreringsprogram 'molle.ltc'. Data gemmes i loggen molleMMDDseq.prn

Lavet opstilling i stinkskab.

21-05-2003
Prøver at finde den rigtige indstilling på ovnen.

Forsøg 1
Har kørt første forsøg. Temperaturen har ligget på ca. 500 °C. I starten løb der en væske ned i vaskeflasken, da den smeltede. Røret blev vippet, så det hælder modsat vaskeflasken.

Der måles med to termofølere på begge sider af røret. Der var stor temperaturforskel (200°C). Næste forsøg vil jeg prøve at måle temperaturen inde i røret i stedet for.

Efter 2 timer og 10 min kommer der stadig enkelte gasbobler ud gennem vaskeflasken (ca. 1 hver 1½ min.)

Slukket kl. 14.42, og ladet udstyr blive i ovnen.

Diagram: Pyrolyse af kompositmateriale. Forsøg 1.

Fotos: Opstilling inden opvarmning, Prøven efter pyrolysen, Prøven efter pyrolysen, Vaskeflaske efter pyrolyse og Opstilling under pyrolyseprocessen

22-05-2003
Har skilt opstillingen fra forsøg 1 ad. Pyrolyseresten vejer 12,03 g. Røret er meget sodet til, og der ligger kondens i rørenden væk fra lågen.

Forsøg nr. 2.
450°C.
Prøven vejer 15,15 g.
Startindstilling på ovnen 3,0. Slutindstilling 3,3.

I modsætning til ved forsøg 1 måles der her temperatur inde i røret. Det tilstræbes at ramme 450°C i røret.

Ved 400°C begynder der at løbe en brunlig væske ned i vaskeflasken. Der er en smule hvidlig røg. Der er ca. 1 boble pr. sekund. Da det stadigt er i opvarmningsfasen, kan det både være pyrolysegas og et udslag af varmeudvidelse af gassen.

Temperaturen i røret ligger ca. 50°C under den, der er målt i ovnen uden for røret. Dvs. at temperaturen i røret ved forsøg 1 ikke kendes nøjagtig. Det vælges derfor at se bort fra forsøg 1.

Der slukkes for varmen kl. 11.40, da der ikke observeres mere gasproduktion.

Pyrolysetiden ved ca. 450°C var fra kl. 10:28 til kl. 11:40 = 1 time 12 min. Vægt efter pyrolyse: 6,53g.

Diagram: Pyrolyse af kompositmateriale. Forsøg 2.

Fotos: Opstilling under pyrolyseprocessen, Prøven før opvarmning, Prøven efter opvarmning, Prøven efter opvarmning og Prøven efter opvarmning, forsøg 2

23-05-2003

Forsøg 3.
500°C.

Prøven vejer 24,35 g før pyrolysen. Ovnindstilling 3,7.
Samme opstilling som ved forsøg 2.
Vaskeflasken er ikke renset, men nyt vand er påfyldt.

6.55    Opstart
7.15 244°C. Der er ikke observeret væske endnu
7.22 Begyndende væskedannelse
7.23 Loggen blev afbrudt – startet den op igen.
7.24 376°C. Gylden væske løber ned i vaskeflasken. Hvidlig damp/røg i reaktorrøret. Kraftig gasudvikling (4 - 5 bobler pr. sekund)
7.30 Gullig røg/damp fylder det bøjede rør (464°C)
7.35 500°C er nået. Ikke så megen røg mere. Færre bobler (1 - 2 pr. sekund). Den væske der kommer ud, er mørkebrun.
7.55 Ca. 1 boble pr. sekund
8.03 503°C. 1 boble pr. 4 s
8.40 1 boble pr. 8 - 9 s.
8.55 1 boble pr. 30 – 60 s.
9.25 Mellem 18 s og 1 min 44 s
9.30 Koks i dataloggen; temperaturen er 505°C. Det ses af nedenstående diagram
9.45 Slukket for ovnen, da der var over 4 min mellem boblerne

Skilt opstillingen ad den 25/5-03. Vægt af pyrolyseresten: 10,08 g

Diagram: Pyrolyse af kompositmateriale. Forsøg 3.

Fotos: Røgudvikling under forsøg 3 og Røgudvikling og kondensering under forsøg 3

26-05-2003
Gjort klar til forsøg 4.
Samme opstilling som ved forsøg 3.
Alle dele er blevet rengjort.

27-05-2003. Forsøg 4.
400°C.

Prøven vejer 17,05 g før pyrolysen.
Ovnindstilling 3,0.

8:40 Opstart
9:00 286°C. Ingen reaktioner observeret
9:07 348°C. Gullig væske i bunden af røret
9:09 360°C. Svag, hvidlig røg/damp.
9:12 390°C. Mørkbrun væske, der løber ned i vaskeflasken. 1 - 2 bobler pr. sekund
9:30 Ca. 400°C. 1 boble pr. s
9:50 Ca. 1 boble pr. 10 s
10:10 Ca. 1 boble pr. 20 s
10:50    Stoppet, da der ikke er observeret bobler i over 5 minutter.

Pyrolysetid : 1 time 20 min

Diagram: Pyrolyse af kompositmateriale. Forsøg 4.

Der har været problemer med dataloggen. Som det ses, er der 'huller', hvor der ikke er blevet registreret noget. Det første hul er dog pga., at termoføleren blev koblet af.

Vægt af pyrolyseresten: 8,83 g.

Den ene ende af staven var ikke pyrolyseret; den må have ligget for langt henne mod åbningen. Røret var meget rent i det område, hvor det har været varmt. I bøjningen efter røret sidder der krystaller på væggene.

28-05-2003. Forsøg 5. 550°C.

Prøven vejer 16,91 g før pyrolysen.
Rent rør. Øvrige dele som ved forsøg 4.
Ovnindstilling 4,0.

8:40 Opstart
9:07 384°C. Gul væske i bunden af rør. Hvid damp/røg
9:09 3 - 4 bobler pr. s
9:12 466°C. Meget hvidgul damp/røg og meget udkondensering
9:16 501°C. En smule hvid røg/damp
9:22 Nået 550°C. 1 boble pr. s
9:33 1 boble pr. 4 - 6 s
9:50 1 boble pr. 5 s
10:10 1 boble pr. 10 - 15 s
10:23 1 boble pr. 40 s
10:40    1 boble pr. 40 s
11:09 Stoppet, da ingen gasudvikling i minimum 5 minutter

Prøven vejer 6,78 g efter pyrolysen.
Pyrolysetid ved 550°C: 1 time 47 min.

Diagram: Pyrolyse af kompositmateriale. Forsøg 5.

02-06-2003. Forsøg 6. 600°C.

Prøven vejer 15,62 g før pyrolysen.
Rent udstyr.
Ovnindstilling 5,0.

10:42 Opstart
11:07 Begyndende væskedannelse og kondensering. 333°C
11:09 Mørk, brunlig væske. En enkelt gul skal i vaskevandet. Hvidgul røg
11:11 Væsken løber ned i vaskeflasken sammen med meget kondensat, der dannes på glasvæggen
11:15 Kun svag røg
11:18 1 boble pr. s
11:33 1 boble pr. 4 s
11:43 Nået 600°C
12:06 1 boble pr. 16 - 18 s
12:35 Der er fra 16 s til 5 min mellem boblerne
12:56    Stoppet forsøget, da der ikke er kommet bobler i over 5 minutter

Pyrolyse tid: 1 time 13 min.

Diagram: Pyrolyse af kompositmateriale. Forsøg 6.

 



Version 1.0 Maj 2005, © Miljøstyrelsen.