Polietilen atıklardan elde edilmiş piroliz sıvısının polimerizasyonu
Polymerization of the liquid products gained from pyrolysis of polyethylene
Yazar: EMİNE KANGALLI
Danışman: PROF. DR. ALİ Y. BİLGESÜ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Olefinler = Olefines ; Piroliz = Pyrolysis ; Plastik atıklar = Plastic wastes ; Polietilen = Polyethylene

Özet:
Plastik atıklar çevre kirliliğinde önemli yere sahiptir. Başta ambalaj sektörü olmak üzere bir çoksektörde yaygın kullanımı, plastiklerin üretimini ve kullanım sonrası atık oluşumunu artırmaktadır.Plastikler kimyasal yapıları itibariyle tabiat şartlarında çok zor bozunduklarından atıldıkları çevredekirliliklere sebep olmaktadır. Diğer taraftan, petrokimya tesislerinde plastik üretiminde kullanılanmaddelerin petrole dayalı olması ve dünya petrol rezervinin de sınırlı olması, atık plastiklerin gerikazandırılmasını hammadde kaynaklarının etkin kullanımı yönünden zorunlu kılmaktadır.Bu çalışmada; alçak yoğunluk polietilenin (AYPE) ısıl pirolizi ile elde edilen sıvı ürün içerisindekidoymamış bileşenlerin, bir Friedel-Crafts katalizörü olan susuz AlCl3 ile polimerizasyon şartlarıaraştırılmıştır. AYPE, yarı kesikli bir reaktörde, 380, 480, 580mmHg vakumda ve atmosferik basınçta,450 ºC sıcaklıkta piroliz edilmiştir. Oluşan sıvı ürünlerin bileşimleri GC/MS kullanılarak analizlenmişve iyot sayıları belirlenmiştir. Piroliz sonucunda karbon sayıları C7-C36 arasında, iyot sayıları 78-92arasında değişen, olefin ve parafin karakterinde yapıları içeren hidrokarbon ürünler elde edilmiştir.Piroliz sıvı ürünü karıştırmalı bir cam reaktörde, toluen ortamında çözülerek susuz AlCl3 eşliğindepolimerleştirilmiştir. Polimerizasyona; sürenin, sıcaklığın, katalizör oranının ve çözücü oranının etkisiincelenmiştir. Bu parametreler için optimum polimerizasyon şartları belirlenmiştir. Bu optimumşartlarda süre 5 saat, sıcaklık -10 ºC, katalizör oranı %7 ve çözücü oranı hacimce 1/3(pirolizsıvısı/toluen) olarak belirlenmiştir. Bu şartlarda sayıca ortalama mol kütlesi 2700 olan oligomerlerüretilmiştir.Polimerizasyon verimi % 87 olarak bulunmuştur. Ürünün molekül ağırlığı GPC ilebelirlenmiştir.Ayrıca stiren monomeri varlığında oluşan oligomere karışım oranlarının etkisi incelenmiştir. Stirenoranının artmasıyla oluşan oligomerin molekül ağırlığında, yumuşama noktasında ve verimde artışgözlenmiştir. Farklı vakum basınçlarında elde edilen piroliz sıvıları ile yapılan deneyler sonucundaelde edilen polimerizasyon ürünlerinin molekül ağırlıklarında ve verimde çok fazla bir değişimgözlenmemiştir. Ancak daha yüksek vakumda elde edilen piroliz sıvılarının polimerizasyonu ile eldeedilen ürünün molekül ağırlığında ve polimerizasyon veriminde bir miktar azalma gözlenmiştir. Sondeney grubunda polimerizasyondan önce piroliz sıvısı distillenmiş ve elde edilen distilatpolimerizasyonda kullanılmıştır. Bu şartlarda sayıca ortalama mol kütlesi 2800 olan ürünler eldeedilmiştir.Anahtar Kelimeler: Polimerizasyon, ?-olefin, olefin, polietilen, piroliz, plastik atık

Abstract:
Plastic wastes have an important role in environmental pollution. The common usage of plastics inmany sectors, especially in packacing , increases the production of plastics and formation of plasticwastes. Because of their chemical composition, plastic wastes do not decompose easily in the natureand cause pollution in the places where they were disposed. On the other hand, the material which isused for plastic production is petroleum originated and the petroleum resources are limited. Therefore,these situations make the recycling of plastic wastes necessary in terms of the effective usage of rawmaterial sources.In this study, the polymerization conditions of unsaturated components of thermal pyrolysis productsof low density polyethylene (LDPE) using anhydrous AlCl3, which is a Friedel-Crafts type catalyst.LDPE is pyrolyzed in semi-batch reactor under various pressures; such as ;atmospheric, 380 mmHg,480 mmHg, 580 mmHg vacuum at 450 ºC. The composition of liquid products was analyzed by usingGC/MS and iodine number was determined for each sample. Hydrocarbon numbers distributionbetween C7-C36 and the iodine number between 78-92 were obtained from pyrolysis liquid productsof LDPE.. The liquid products were polymerized in a glass reactor in the presence of anhydrous AlCl3in toluene medium. The effects of time, temperature, catalyst ratio, solvent ratio parameters onpolymerization were investigated and optimum polymerization condition for these parameters weredetermined. 5 hours reaction time, -10 ºC temperature, 7 % catalyst ratio, 1/3 solvent ratio (the liquidprocutds/toluene, by volume) was found as the optimum condition.The yield of polymerization was 87% and the number average moleculat weight was 2700 .The yield was determined using GPC.Also, the effect of mixture ratio was investigated in the presence of styrene. It was observed that themolecular weight of the oligomer , softening point and the efficiency were increased when the styreneratio was increased. When the liquid pyrolysis products obtained under different conditions were usedin polymerization, the molecular weight of the oligomer and the efficiency didn?t change much.However some decrease was observed in the molecular weight of the oligomer and in the yield whenthe liquid pyrolysis products obtained under high vacuum were used. In the last group of experiments,the liquid pyrolysis products were distilled before polymerization and the distilat was used inpolymerization. After oligomerization the number average molecular weight was 2800 .Key Words: Polymerization, ?-olefin, olefin, polyethylene, pyrolysis, plastic waste