Polistirenin akışkan yatak reaktörde katalitik pirolizi
Catalytic pyrolysis of polystyrene at fluidized bed reactor
Yazar: DİLEK YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ALİ KARADUMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Plastik tüketimi, nüfus artışının çok fazla olması ve insanların yaşam koşullarının gelişmesiyle birlikte tüm dünyada büyük oranda artış göstermiştir. Bir polimerik madde olan plastiklerin başlıca kullanım alanları paketleme, evsel ürünler, elektrik ve elektronik, inşaat ve otomotiv endüstrisidir. Plastikler içinde geri kazanımı olabilen termoplastikler, diğer tür olan termosetlere göre çok kullanılmakta ve atıklar içerisinde de yüksek bir oran teşkil etmektedir. Plastikler, uzun süre bozunmadan kaldıkları için önemli bir çevre kirleticidir. Ayrıca, çevre sorunlarının yanı sıra enerji kaynağı olarak da önemli bir ekonomik değeri vardır. Tüm bu durumlar göz önüne alındığında, plastiklerin geri kazanımı ve özellikle de kimyasal geri kazanımına ilgi her geçen gün artmaya başlamıştır. Önemli bir kimysal geri kazanım yöntemi olan piroliz yöntemi son yıllarda plastik atıkların geri kazanımına uygulanarak yararlı sıvı ve gaz ürünlerin eldesi amaçlanmaktadır.Yapılan bu tez çalışmasında, termoplastik atıklar içerisinde önemli bir orana sahip olan polistiren plastik atıkların akışkan yatak bir reaktörde katalitik pirolize ile kimyasal geri kazanımı amaçlanmıştır. Laboratuvar ortamında yapılan deneylerde kullanılan akışkan yataklı reaktör özel olarak tasarlanmış, dolgu maddesi olarak kum parçacıkları ve akışkanlaştırıcı gaz olarak da azot kullanılmıştır. Deneyler 400 ile 600 oC sıcaklık aralığında 3 farklı katalizör ile gerçekleştirilmiştir. Deneylerde sıcaklık, katalizör cinsi, PS/ Katalizör oranı gibi parametrelerin Stiren monomerinin oluşumuna etkisi araştırılmıştır. Elde edilen sıvı ürün analizleri GC/MS ile yapılmıştır.Katalitik olarak gerçekleştirilen ısıl piroliz deneyleri sonucu, her üç katalizör için de en yüksek sıvı ürün verimi 500 ile 550 oC sıcaklık aralığında elde edilmiştir. Kullanılan katalizörlerden en yüksek sıvı ürünü % 91,13 ve toplam dönüşüm % 98,96 olarak Cu-ZrO2 ile 550 oC sıcaklıkta elde edilmiştir ve sıvı ürün içerisindeki stiren monomeri oranı GS/MS analizi sonucu % 45,88 olarak belirlenmiştir. Elde edilen tüm sıvı ürünler içerisinde en yüksek stiren monomeri oranı ise % 59,49 ve toplam dönüşüm %96,96 olarak Cu-Al2O3 ile 600 oC sıcaklıkta elde edilmiştir.Katalizörsüz olarak yapılan ısıl piroliz deneylerinde ise en yüksek sıvı verimine % 84,03 ile 500 oC sıcaklıkta ulaşılmış ve bu sıcaklıkta sıvı ürün içerisindeki stiren oranı % 53,60 olarak belirlenmiş ve toplam dönüşüm % 89,91 olarak hesaplanmıştır. Yapılan tüm deneyler sonucunda katalizör kullanımının sıvı ürün miktarını önemli oranda artırdığı sonucuna varılmıştır. Akışkan yatak kullanımının da yapılan literatür araştırmalarına göre piroliz süresini önemli oranda kısalttığı belirlenmiştir.

Abstract:
The consumption of plastics has risen substantially throughout the world due to great increase in population and development of life conditions of people. The main usage fields of plastics which is a polymeric substance are packaging, domestic goods, electric and electronic, construction and automotive industry. Thermoplastics, which can be recycled, are generally used as per other thermosets and constitute a great deal rate in wastes. Plastics are significant environment pollutants as they can survive for a very long time without any distortion. Furthermore, it has an economic value as being an energy source despite the environmental problems. Taking all these situations into consideration, interest in recycling plastics and especially chemical recycling has started to increase lately. Being a significant chemical recycling method, pyrolysis method has been implemented recently to the recycling of plastic wastes the aim of which is obtaining liquid and gas output.The main object of this thesis study is chemical retrieval of the polystyrene wastes, which has an important rate in thermoplastic wastes, together with catalytic pyrolysis at fluidized bed reactor. The fluidized bed reactors that are used in the experiments carried out in laboratory environment are specially designed and grits are used as filling material and nitrogen is used as fluidifier. Experiments were carried out with 3 different catalyzers between 400 and 600 oC. The affect of parameters such as temperature, the type of catalyzers, PS/ catalyzer rate etc. on the constitution of styrene monomer was researched. The obtained liquid output analyses were carried out with GC/MS.As a result of the thermal prolysis experiments carried out catalytically, the most liquid efficiency is obtained between 500 and 550 oC temperatures for each three of catalyzers. From the catalyzers that are used, the most liquid output is 91,13 % and 98,96 % Cu-ZrO2 total recycle is obtained in 550 oC. The rate of styrene monomer in the liquid is found as 45,88% as a result of GS/MS analysis. The highest rate of styrene monomer among all obtained liquids is 59,49 % and total cycle is obtained as 96,96 % with Cu-Al2O3 in 600 oC.As for the thermic prolysis experiments that are carried out without catalyzers, the highest liquid efficiency is reached as 84,03% in 500 oC and the styrene rate in the liquid is determined as 53,60 % and total cycle is counted as % 89,91. It is come to a conclusion that the liquid amount is increased in a considerable amount together with the usage of catalyzers. As per the literature researches that are carried out, it is found out that period of pyrolysis is shortened in a significant rate with the usage of fluid bed.