Atık plastiklerin mikrodalga ve termal yöntemlerle pirolizi
Pyrolysis of waste plastics with microwave and thermal methods
Yazar: MİKAİL OLAM
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN KARACA
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kesikli reaktörler = Batch reactors ; Mikrodalgalar = Microwaves ; Piroliz ürünleri = Pyrolysis products ; Plastik atıklar = Plastic wastes ; Plastikler = Plastics ; Polietilen tereftalat = Polyethylene terephthalate

Özet:
Hidrokarbonların polimerizasyonu ile elde edilen plastikler, modern dünyanın taleplerini karşılamak için her yıl 400 milyon tondan fazla üretilmektedir. Plastikler dayanıklı, güçlü, ucuz ve çok sayıda başka özelliğe sahip önemli bir malzemedir. Bu da her geçen gün plastiklerin kullanım miktarını artırmaktadır. Ancak, plastikler doğada uzun süre bozunmadan kalabildikleri için çevre kirliliği açısından önemli sorunlar oluşturmaktadır. Öte yandan, kentleşmedeki sürekli artış ve sanayileşme enerji talebinde önemli bir artışa neden olmuştur. Günümüzde bu talebi karşılamak için geleneksel enerji kaynaklarının yanında alternatif enerji kaynaklarının araştırılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Atık plastiklerin uygun yöntemlerle alternatif enerji kaynaklarına dönüştürülmesi, hem çevre kirliliği hem de alternatif yakıt elde edilmesi açısından önem arz etmektedir. Bu çalışmada, atık plastiklerden polietilen tereftalat (PET) piroliz yöntemi ile alternatif yeni bir sıvı yakıta dönüşümü incelenmiştir. Piroliz deneyleri kesikli bir reaktörde, katalitik ve katalitik olmayan koşullarda, 15-90 dk reaksiyon süresi, 325-425 °C reaksiyon sıcaklığı, 1/4 katı/çözücü oranlarında ve başlangıç 20 bar azot gazı ortamında yapılmıştır. Atık plastik örnekleri ham ve mikrodalgada ön işlem görmüş olarak kullanılmıştır. Ham ve mikrodalgada ön işlem görmüş örneklerin katalitik ve katalitik olmayan koşullardaki pirolizi sonucunda uygun reaksiyon sıcaklığı 375-400 °C ve reaksiyon süresi 30 dk olarak bulunmuştur. Mikrodalgada ön işlem süresinin sıvılaşma ürünleri üzerinde kısmi bir etkisinin olduğu belirlenmiştir. Mikrodalgada ön işlem görmüş örneğin katalitik koşullardaki optimum değerlerde pirolizi sonucunda toplam dönüşüm % 62,4 ve yağ+gaz verimi % 38,7 oranında elde edilmiştir. GC-MS analiz sonuçlarına göre, elde edilen yağlar önemli ölçüde tek ve çok halkalı aromatik bileşikler ve poliaromatik bileşiklerden oluşmaktadır.

Abstract:
Plastics obtained by the polymerization of hydrocarbons are produced more than 400 million tons each year to meet the demands of the modern world. Plastics are important materials that are durable, strong, inexpensive and with many other features. Due to these properties, the use of plastic is increasing day by day. But, plastics are important in terms of environmental pollution since they can remain in nature for a long time without degradation. On the other hand, the continuous increase in urbanization and industrialization caused a significant increase in energy demand. Nowadays, there is a need to search alternative energy sources in addition to traditional energy sources to meet this demand. The transformation of waste plastics into alternative energy sources by appropriate methods is important both for environmental pollution and for obtaining alternative fuel. In this study, the conversion of waste plastic to a new liquid fuel by polyethylene terephthalate (PET) pyrolysis method was investigated. Pyrolysis experiments were performed in a batch reactor under catalytic and non-catalytic conditions, reaction time of 15-90 minutes, reaction temperature of 325-425 °C, solid/solvent ratio of 1/4 and initial nitrogen gas of 20 bar. The waste plastic samples were used as raw and pre-treated in the microwave. The pyrolysis studies showed that the pyrolysis of received and microwave pre-treated samples in catalytic and non-catalytic conditions gave the appropriate processes parameters: at temperature of 375-400 °C and reaction time of 30 minutes. It was determined that the pre-treatment time in the microwave had a partial effect on the liquefaction products. As a result of the pyrolysis at the optimum values in the catalytic conditions of the pre-treated in microwaves sample, the total conversion was 62,4 % and the oil+gas yield was 38,7 %. According to the results of GC- MS analysis, the obtained oils consist of mainly single and multi-ring aromatic compounds and polyaromatic compounds.