Plastik atıkların petrokimyasal atıklarla katalitik eş-pirolizi
Catalytic co-pyrolysis of plastic wastes with petrochemical wastes
Yazar: MEHMET GÖKKAYA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. EMİR HÜSEYİN ŞİMŞEK
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Piroliz = Pyrolysis ; Plastik atıklar = Plastic wastes ; Polipropilen = Polypropylene ; Polistiren = Polystyrene

Özet:
Enerji ihtiyacının artması yeni kaynak arayışının yanı sıra mevcut kaynakların da verimli bir şekilde kullanılmasını gerektirmektedir. Çevre kirliliğinin azaltılması ve enerji kaynaklarının etkin kullanılarak ekonomiye katkı sağlaması açısından plastik ve petrokimyasal atıkların değerlendirilmesi önemlidir.Yapılan çalışmada, Polipropilen (PP) ve Polistiren (PS) plastik atıkları ile rafinerilerin ağır vakum fraksiyonu (HVGO) ve Ağır Aromatik (AA) atıkların katalizörsüz ve katalizörlü olarak olarak ayrı ayrı prolizi ve eş-pirolizi yapılmıştır. Deneyler, yüksek basınca ve sıcaklığa dayanıklı, 250 ml hacminde, paslanmaz çelik reaktörde 375- 450 °C aralığında gerçekleştirilmiştir. Piroliz sonucunda elde edilen sıvı ürünlerin GC-MS cihazında analizleri yapılmıştır. Sıvı, gaz ve katı kalıntının sıcaklık, süre, plastik/petrokimyasal atık oranı ve katalizör ile değişimleri incelenmiştir. Ayrıca, sıvı ürünler fraksiyonlu destilasyonu yapılarak ve her bir fraksiyonun GC-MS analizi yanında parlama noktası ve setan indeksi gibi yakıt özelliklerine de bakılmıştır.Katalizörsüz yapılan deneysel çalışmalarda; PP atıkların ısıl bozundurmasında sıvı ürün en fazla 375 °C de %82.30 olarak gerçekleşmiştir. Sıcaklık artışı (375 °C?den 450 °C?ye) ile sıvı ürün miktarı %82.3?den %54.43?e düşmüş, gaz ürün miktarı %9.63?ten %35.51?e yükselmiştir. PP ve AA atıkların ısıl bozundurmasında sıvı ürün en fazla PP/AA oranının 5/1 ve 400 °C de % 68.24 olarak gerçekleşmiştir. Sıcaklık artışı (375?den 400 °C?ye) ile katı kalıntı miktarı %19,75?den %12.99?a düşmüştür. PP ve HVGO ile 5/1 oranında yapılan ısıl bozundurmada sıvı ürün miktarı sıcaklık artışı ile %82.45?den %49.24?e düşmüştür. Toplam dönüşüm %93.45 ile en fazla gerçekleşmiştir. PP?nin ısıl bozundurulmasında en fazla sıvı ürün 60 dakika bekleme süresinde %82.30 olarak çıkmıştır. Katalizör ile yapılan çalışmalarda ; Cu-Al2O3 katalizörü ile PP/PS (1/1) ısıl bozundurulmasında sıvı ürün miktarı %74.7?den %83.20?ye çıkmış, diğer çalışmalarda sıvı ürün miktarı azalmış, katı miktar artmıştır. PP/Katalizör oranı artıkça sıvı ürün miktarı düşmektedir. Diğer bir önemli nokta ise proliz sıvı ürünlerinin GC-MS ile yapılan analizlerinden C5-C25 aralığında hidrokarbonlar olduğu, bu hidrokarbonların ise ağırlıklı olarak C6-C12 aralığında yoğunlaştığı görülmüştür. Bu ham petrol fraksiyonları içerisindeki ürünlere benzerlik göstermektedir.Anahtar Kelimeler: Polipropilen, Polistiren, ağır aromatik, hvgo, piroliz, , katalitik piroliz, plastik atıklar, geri kazanım

Abstract:
Increase in energy demand needs to find new sources as well as optimum usage of prensent sources. Recovery of wastes is important for using efficiently of scarce sources. In this sense, both reduction of environmental pollution and for the contribution to economy recovery of plastic and petrochemical wastes is important.In this study pyrolysis and co ? pyrolysis of the plastic wastes of Polypropylene (PP) and Polystyrene (PS), the heavy vacuum gas oil (HVGO) and the heavy aromatic (AA) wastes are made with catalysis and without catalysis. The experiments are performed at 375 between 450 °C temprature range in 250 milliliters volume high pressure and high temperature resistant chrom nickel stainless steel autoclave. After the pyrolysis the formed liquid products are analysed with GC-MS. Temprature and time effect on plastic/petrochemical waste ratio and catalysis effect on the liquid, solid and gas resudials are analysed. Also the liquid products are distillated fractionally, each fractions are analysed with GC-MS and fuel properties of each fractions such as flash point and cetane index are examined.In the experiments which are performed without catalysis, termal degredation of PP wastes the highest liquid product are formed 82.3 percent at 375 cantigrate celcius. By the temprature increase ( from 375 °C to 450 °C) the liquid product formation reduct from 82.3 to 54.43 percent and the gaseous product formation increases from 9.63 to 35.51 percent. The thermal degredation of PP and AA wastes maximum liquid product formation is achieved 68.24 percent at the ratio of PP to AA is 5/1 and 400 °C. By the temperature increase ( from 375 °C to 450 °C) resudial quantity decreases from 19.75 to 12.99 percent. By The thermal degredation with the ratio of PP and HVGO 5/1 liquid production quantity decreases from 82.45 to 49.24 percent with the increase of temperature. Total conversion is maximum 93.45 percent. Degredation of PP experiment the maximum liquid product is achieved at 60 minute experiment by 82.30 percent. In the experiments which are performed with catalysis; the thermal degredation of PP/PS (1/1) with the Cu-Al2O3 catalyst the formation of liquid product quantity increases from 74.7 percent to 83.2 percent, the quantity of liquid formation decreases and the solid formation increases at the other experiments. The quantity of liquid product decreases by the PP/Catalyst ratio increases. Another important point is from the GC-MS analyses the existance of hydrocarbons in the range of C5-C25 and these hydrocarbons are concentrated in the range of C6-C12 is observed. The results are similar to fractions in the crude oil.Key Words: Polypropylene, polystyrene, heavy aromatic, hvgo, pyrolysis, catalytic pyrolysis, plastic waste, recovery of waste plastic