Pulper atıklarının katalitik pirolizi
Catalytic pyrolysis of pulper rejects
Yazar: TUFAN SALAN
Danışman: PROF. DR. M. HAKKI ALMA
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik ve Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Atık kağıt = Waste paper ; Doğal zeolit = Natural zeolite ; Endüstriyel atıklar = Industrial wastes ; Kopiroliz = Copyrolysis ; Plastik atıklar = Plastic wastes ; Polimer atıkları = Polymer wastes

Özet:
Bu çalışmada atık kağıt geri dönüşüm fabrikasında pulper kazanında kağıt hamuru açma işlemi sırasında oluşan atık kağıt lifi, odun parçacıkları, elastomer, termoset ve termoplastik polimer atıkların, var olan sentetik katalizörlere alternatif olacak katalizörler ile katalitik piroliz işlemi gerçekleştirilmiştir. Katalitik piroliz işlemleri öncesi pulper atıkları 3 mm, 5 mm ve 7 mm partikül büyüklüğünde piroliz edilmiş ve en yüksek sıvı ürün veriminin elde edildiği örnekler ile katalitik piroliz işlemleri gerçekleştirilmiştir. Pulper atıklarının ısıl bozunma karakteristikleri TGA ve DSC analizleri ile belirlenmiştir. Doğal zeolit, sepiyolit ve kırmızı çamurdan oluşan üç farklı katalizör asit ve ısı aktivasyonu sonrası %5, %10 ve %15'lik oranlarda katalitik piroliz işlemlerinde kullanılmıştır. Piroliz işlemleri 500 °C sıcaklık, 10 °C/dk ısıtma hızı, 50 mL/dk N2 akış hızı şartlarında 30 dk sürede sabit yataklı bir reaktörde gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan katalizör ve elde edilen ürünlerin özelliklerinin belirlenmesi için FT-IR, BET, SEM-EDX, XRF kullanılmış ve sıvı ürünler için bazı yakıt analizleri yapılmıştır. Piroliz işlemleri sonrası en yüksek sıvı ürün (organik faz) verimi %40.28 ile %15'lik zeolit elde edilirken en yüksek katı ürün verimi %36.48 ile %5'lik kırmızı çamur kullanılan işlemden ve en yüksek gaz ürün verimi ise %21.44 ile 3 mm çapındaki pulper atıklarının pirolizinden elde edilmiştir. Katalizör kullanımı biyo-yağ içindeki yakıt özelliği olan asıl ürün katranın yüzdesini arttırırken, sulu ürün verimini azaltmıştır. Sonuç olarak elde edilen sıvı ürünlerin aromatik ve alifatik bir çok bileşiği yapısında bulundurduğu ve ısıl değerlerinin geleneksel yakıtlara oldukça yakın olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, catalytic co-pyrolysis of pulper rejects such as waste paper fibers, wood particles, elastomer, thermoset and thermoplastic polymer wastes, which occur during the first stage of pulping process in the waste paper recycling factory, was performed with the catalysts which would be alternative to synthetic catalyst. Before the catalytic pyrolysis processes, pulper wastes, which had a particle size of 3 mm, 5 mm and 7 mm, were pyrolysed and catalytic pyrolysis experiments were carried out with the sample which yielded maximum liquid product. Thermal decomposition characteristics of pulper wastes were determined by TGA and DSC analysis. Three different catalysts consist of natural zeolite, sepiolite and red mud were used with proportions of 5%, 10% and 15% for the catalytic pyrolysis processes after acid and heat activation. Pyrolysis experiments were performed at 500 °C temperature with a nitrogen flow rate of 50 mL/min and a heating rate of 10 °C/min in a fixed bed reactor for 3 h. For the determination of properties of prepared catalyst and obtained products, FT-IR, BET, SEM-EDX, XRF analysis were performed and some analysis were carried out to determine the fuel properties of liquid products.  The highest liquid yield (40.28%), solid yield (36.48%) and gas yield (21.44%) were obtained from pyrolysis processes in which 15% zeolite, 5% red mud and 7 mm particle size pulper wastes were used. Utilization of catalyst increased the tar content of obtained bio-oil, on the other hand it decreased the aqueous phase of bio-oil. As a result, it was determined that the obtained liquid products consisted of lots of aromatic and aliphatic compounds and their heating value were found to be quite close to traditional fuels.