Producción en semilote y caracterización del aceite de la pirólisis de residuos plásticos postindustriales

Abstract

La generación de residuos plásticos postindustriales (RPP), particularmente de mezclas de polietileno (PE) y polipropileno (PP), representa un reto para la economía circular. La pirólisis constituye una alternativa para su valorización; sin embargo, existe información limitada sobre la pirólisis de mezclas PE–PP en la cual la distribución de productos depende de la naturaleza de la mezcla, las condiciones de operación y el sistema de recuperación de los condensados de pirólisis. El objetivo de esta tesis fue desarrollar y validar una metodología experimental para comprender y correlacionar la distribución de productos en la pirólisis de mezclas PE–PP, con un enfoque que integra la caracterización estructural y comportamiento térmico de los polímeros, y su evaluación en un pirolizador de semilote con condensación multietapa. La investigación comprendió dos casos. En el primero se comparó la pirólisis de PE y PP vírgenes mediante espectroscopia ATR-FTIR, análisis termogravimétrico (TGA) y pirólisis en un reactor de semilote operado a 550 °C bajo atmósfera de N₂, utilizando un sistema de condensación escalonado (150, 90, 50 y 4 °C) para recuperar ceras y líquidos, los cuales fueron caracterizados mediante cromatografía de gases. En el segundo caso se evaluaron mezclas PE–PP para establecer una correlación entre la composición de la alimentación y la distribución de productos. Los resultados muestran que las diferencias estructurales entre PE y PP determinan diferencias en su comportamiento térmico y en la distribución de productos. La proporción PE–PP modifica la relación entre ceras y líquidos, cuya separación y caracterización detallada se facilitó con el sistema de condensación multietapa implementado. La metodología desarrollada constituye una herramienta para comprender el comportamiento de mezclas PE–PP durante la pirólisis y apoyar el diseño de estrategias de reciclaje químico. La correlación obtenida entre la composición de la alimentación y la distribución de productos representa una herramienta potencial para la toma de decisiones en procesos industriales de valorización de residuos plásticos.

The generation of post-industrial plastic waste, particularly mixtures of polyethylene (PE) and polypropylene (PP), represents a challenge for the transition toward a circular economy. Pyrolysis has emerged as an alternative for the valorization of these materials; however, limited information is available regarding the pyrolysis of PE–PP mixtures, where product distribution depends on the feedstock composition, operating conditions, and the recovery system used for pyrolysis condensates. The objective of this thesis was to develop and validate an experimental methodology to understand and correlate the product distribution obtained during the pyrolysis of PE PP mixtures by integrating the structural characterization and thermal behavior of the polymers with their evaluation in a semibatch pyrolysis reactor equipped with a condensation system. The research included two case studies. In the first, the pyrolysis behavior of virgin PE and PP was compared using ATR-FTIR spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), and pyrolysis in a semi-batch reactor operated at 550 °C under a N2 atmosphere. A staged condensation system operating at 150, 90, 50, and 4 °C was employed to separately recover waxes and liquid products, which were subsequently characterized by gas chromatography. In the second case study, PE–PP mixtures with different compositions were evaluated to establish a correlation between feed composition and pyrolysis product distribution. Results demonstrated that the structural differences between PE and PP lead to distinct thermal degradation behaviors and product distributions. Furthermore, the PE–PP ratio systematically affects the wax-to-liquid product distribution, while the multistage condensation system enabled the efficient separation and detailed characterization of condensable fractions with different volatilities. The proposed methodology provides a useful framework for understanding the pyrolysis behavior of PE–PP mixtures and supports the development of chemical recycling strategies for post-industrial plastic waste. In addition, the correlation established between feed composition and product distribution represents a potential decision-support tool for industrial plastic waste valorization processes.