نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی محیط زیست، پردیس فنی مهندسی عباسپور، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 گروه فناوری های محیط زیست، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

سابقه و هدف:
منطقه ویژه اقتصادی انرژی پارس واقع در عسلویه دارای واحدهای پتروشیمی بسیاری می باشد که سالانه حجم قابل توجهیاز انواع پسماندهای مختلف (اعم از عادی و خطرناک) در این واحدها تولید می شود. دو مورد از مهمترین پسماندهای تولیدی در مجتمع هایپتروشیمی، پسماند مولکولارسیو و پسماند کاتالیست می باشد که بر اساس آمار موجود، بطور میانگین و طی 25 سال آینده، سالانه 3000تن پسماند مولکولارسیو و 2000 تن پسماند کاتالیست در این منطقه تولید می شود. نظر بضرورت مدیریت بهینه پسماندهای صنعتی، هدفاولیه این پژوهش شناسایی و طبقه بندی این دو نوع پسماند می باشد و در ادامه، قابلیت بازیابی این پسماندها و بطور خاص امکان سنجی استفاده از آنها در ساخت بتن بررسی می شود.
مواد و روش ها:
در ابتدا شناسایی و طبقه بندی این دو پسماند با استفاده از آزمایش های آنالیز عنصری، اندازه گیری فلزهای سنگین و تعیینترکیب های آلی و مقایسه آن با استاندارد سمیت EPA انجام شده است. در ادامه بمنظور امکان سنجی استفاده از این دو نوع پسماند درساخت بتن، طرح اختلاط اولیه بتن که شامل چگونگی جایگزینی این دو پسماند با سیمان است تهیه شده و بر اساس آن نمونه های بتنساخته شده است. اندازه گیری مقاومت 7 روزه بتن و انجام آنالیز سمیت قابل نشت ( TCLP ) از دیگر آزمایش هایی است که بمنظورامکان سنجی قابلیت بازیافت این پسماندها از دیدگاه فنی و محیطزیستی انجام شده است.
نتایج و بحث:
اجزای اصلی تشکیل دهنده هر دو پسماند ترکیب های 2SiO و 3O2Al بوده که از این جهت قابلیت اولیه جایگزینی با سیماندر ساخت بتن را دارا می باشد. بر اساس نتایج آنالیز فلزهای سنگین، با توجه به مقادیر قابل توجه عنصر کرم در پسماند مولکولارسیو (معادلppm11 ) می توان این پسماند را در گروه پسماندهای خطرناک صنعتی طبقه بندی نمود. همچنین آنالیز ترکیب های آلی نشان می دهد کهمقادیر همه ترکیب های آلی موجود در این دو نوع پسماند از استاندارد مجاز پسماند خطرناک کمتر است. نتایج مقاومت فشاری 7 روزهپسماند مولکولارسیو نشان میدهد که استفاده از این پسماند در ساخت بتن سبب بهبود گیرش اولیه بتن می شود و این بدلیل میزان قابل توجه ترکیب اکسید آلومینیوم ( 3O2Al ) در این پسماند  می باشد و جایگزینی 10 % از این پسماند می تواند بعنوان مقدار بهینه برای افزایشگیرش اولیه بتن مدنظر قرار گیرد. این در حالی است که پسماند کاتالیست تأثیر مثبتی بر گیرش اولیه بتن ندارد. در نهایت آنالیز TCLPنشان می دهد بتن های ساخته شده با این دو پسماند در دسته بندی مواد غیرخطرناک قرار گرفته که این مساله ناشی از خاصیتتثبیت کنندگی بتن می باشد.
نتیجه گیری:
بررسی اولیه ویژگی های پسماند مولکولارسیو وپسماند کاتالیستی حاکی از آن است که امکان استفاده از این دو نوع پسمانددر ساخت بتن از دیدگاه فنی و محیط زیستی وجود داشته و انجام آزمایش های تکمیلی در این مورد ضرورت دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Identification and classification of spent molecular sieve and spent catalyst generated in petrochemical complexes and assessing their recycling feasibility

نویسندگان [English]

  • Ahmadreza Farzaneh 1
  • Maryam Mirabi 1
  • Mahdi Jalili Ghazizade 2
  • Maryam Abbasi 1

1 Department of Water and Environmental Engineering, Abbaspour School of Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

2 Department of Environmental Technologies, Environmental Sciences Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Introduction:
Pars Special Economic Energy Zone in Asaluyeh has several petrochemical units. These units produce a significant amount of different types of wastes) hazardous and non-hazardous (annually. Spent molecular sieve and catalyst wastes are the most important waste produced in petrochemical complexes. Based on available statistics, in the next 25 years, annually an average of 3000 tons of spent molecular sieve and 2000 tons of catalyst waste will be produced in these areas. Because of the necessity of optimal management of industrial wastes, the primary objective of this study was to identify and classify these two types of waste products and then, to investigate the ability to recover these wastes and in particular the feasibility of using them in the manufacture of concrete.
Material and methods:
First, identification and classification of these two wastes was done using elemental analysis experiments, measurements of heavy metals and determination of organic compounds and compare them with the EPA toxicity standard. In order to assess the feasibility of using these two types of waste in the manufacture of concrete, concrete samples were made based on concrete mixing plan, which includes ways of replacing these two wastes with cement. The 7-day compressive strength measurement of the concrete and leakage toxicity analysis (TCLP) were also done in order to assess the feasibility of recycling these wastes from a technical and environmental point of view.
Results and discussion:
Both residues had two major combinations of Silicon dioxide (SiO2) and Aluminium oxide (Al2O3), which makes it possible to replace them with the cement in concrete. Based on the analysis of heavy metals, due to the significant amounts of Chromium (Cr) element in the spent molecular sieve (about 11ppm), this waste can be classified into industrial hazardous waste categories. Also, the analysis of organic compounds showed that the amounts of all organic compounds in these two types of waste are less than the standard amounts for hazardous waste. The results of the 7-day compressive strength measurement of the spent molecular sieve showed that using this waste in the manufacture of concrete improves the initial bonding of concrete, and this is due to the significant amounts of Al2O3 in this waste. So, replacing 10% of this waste can be considered as an optimal amount to increase the initial bonding of the concrete. However, the catalyst waste did not have a positive effect on the primary fix of the concrete. Finally, the TCLP analysis showed that the concretes made with these two wastes are classified as non-hazardous materials, which is due to the stabilizing properties of concrete.
Conclusion:
The preliminary study of spent molecular sieve and catalyst waste characteristics indicates that using these two types of waste in concrete production is feasible from a technical and environmental point of view. Therefore, we suggest that further tests need to be done.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spent molecular sieve
  • Catalyst waste
  • Petrochemical
  • Recycle

American Society for Testing and Material (ASTM), 2011. 'Annual book of ASTM standard', Standard practice for collection and preparation of coke samples for laboratory analysis, ASTM International, West Conshohocken, PA.

American Society for Testing and Material (ASTM), 2012. 'Annual book of ASTM standard', Standard guide for identification and quantitation of organic compounds in water by combined gas chromatography and electron impact mass spectrometry, West Conshohocken, PA.

American Society for Testing and Material (ASTM), 2013. 'Annual book of ASTM standard', Standard guide for elemental analysis by wavelength dispersive X-Ray fluorescence spectrometry, Analytical Chemistry for Metals, Ores, and Related Materials, West Conshohocken, PA.

American Society for Testing and Material (ASTM), 2013. 'Annual book of ASTM standard', UOP389-15, Trace Metals in Organics by ICP-OES, ASTM International, West Conshohocken, PA.

American Society for Testing and Material (ASTM), 2016. 'Annual book of ASTM standard', Standard test method for elements in water by inductively coupled plasma mass spectrometry, Water (II), West Conshohocken, PA.

American Society for Testing and Material (ASTM), 2017. 'Annual book of ASTM standard', Standard specification for Portland cement, Cement; Lime; Gypsum, West Conshohocken, PA.

American Society for Testing and Material (ASTM), 2017. 'Annual book of ASTM standard', Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens, Concrete and Aggregates, West Conshohocken, PA.

Antonovič, V., Baltrėnas, P., Aleknevičius, M., Pundienė, I. and Stonys, R., 2010. Modification of petrochemical fluid catalytic cracking catalyst waste properties by treatment in high temperature. The 10th International Conference, 19th-21th May, Vilnius, Lithuania.

British Standards Institution (BSI), 2011. Cement. Composition, specifications and conformity criteria for common cements.

Dweck, J., Pinto, C. and Buchler, P., 2008. Study of A Brazilian spent catalyst as cement aggregate by thermal and mechanical analysis. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 92 (1), 121–127.

Jafarzadeh, M. and Abbasi, M., 2007. Planning a waste management system in the special economic zone of petrochemicals, In Proceedings 1st Iranian Petrochemical Conference, Tehran, Iran.

Marafi, M. and Stanislaus, A., 2008. Spent Catalyst Waste Management: A Review Part I—Developments In Hydroprocessing Catalyst Waste Reduction and Use Resources, Conservation and Recycling .Volume 52, Issue 6, April 2008, Pages 859-873.

Nejad bahadori, F., Abbasi, M. and Aleahmad, M., 2010. Recycling of special waste from petrochemical industries in cement industry, In Proceedings 4th Professional Conference on Environmental Engineering, Tehran, University of Tehran, Iran.

Rudžionis, Ž., Grigaliūnas P. and Vaičiukynienė, D., 2014. The influence of zeolitic spent refinery admixture on the rheological and technological properties of steel fiber reinforced self-compacting concrete. International Journal of Civil, Environmental, Structural, Construction and Architectural Engineering. 8(1).

Sabzalipoor, S., Jafarzadeh, N. and Monavari, M., 2006 Feasibility of minimize industrial waste at Bandar Imam petrochemical complex, Environmental Science and Technology.

Sade, M., Mahmoudi Manesh, M. and Asadi, S., 2013. Management of industrial waste in petrochemical complexes through recycling and reuse, In Proceedings 16th National Conference on Environmental Health, Tabriz, Iran.

Sadeghi Rad, M., Nikzat, H., Bahmanzangi, B. and Babayi, S., 2016. The future of the petrochemical industry in Iran and the world, In Proceedings 3rd International Oil, Gas and Petrochemical Conference, Tehran, Iran.

Sherman, J.D., 1999. Synthetic zeolites and other microporous oxide molecular sieves, National Academy of Sciences colloquium Geology, Mineralogy, and Human Welfare, Vol. 96, pp. 3471–3478.

Su, N., Chen, Z. and Fang, H., 2000. Reuse of spent catalyst as fine aggregate in cement mortar. Cement and Concrete Composites. 23, 111-118.

Su, N., Chen, Z. and Fang, H., 2000. Reuse of waste catalyst from petrochemical industries for cement substitution. Cement and Concrete Research. 30, 1173-1183.

U.S Environmental Protection Agency (U.S. EPA), 1992. 'Toxicity Characteristics Leachate Procedure (TCLP)', Report No. SW-846.

Universal oil products (UOP), 2000. An Introduction to Zeolite Molecular Sieves, www.uop.com

Yilmaz, B. and Muller, U., 2009. Catalytic applications of zeolites in chemical industry. Top Catal. 52, 888–895