ATIK MOTOR YAĞLARININ SÜREKLİ BİR SİSTEMDE PİROLİZİ

Transkript

1 ATIK MOTOR YAĞLARININ SÜREKLİ BİR SİSTEMDE PİROLİZİ M. SEZER, S. ALTIN, A. Y. BİLGESÜ, A. KARADUMAN Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü Tandoğan ANKARA ÖZET Bu çalışmada atık motor yağına piroliz yöntemi uygulanarak değerli kimyasallar elde edilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla, 5 C-65 C arasındaki sıcaklıklarda atmosferik basınç altında sürekli bir reaktörde piroliz işlemi gerçekleştirilmiştir. Seramik dolgu maddesinin ve Co-Mo katalizörünün pirolize etkisi aynı reaktörde belirlenmiştir. Piroliz işlemi yarı kesikli reaktörde de gerçekleştirilerek sürekli sistem ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlardan, sıcaklığın artmasıyla atık motor yağının daha küçük karbon sayılı ürünlere dönüştüğü ve viskozitesinin düştüğü görülmektedir. Bununla beraber sıcaklık artışı ile sıvı ürün verimi düşmekte iyot sayısı ise 55 C ye kadar artıp sonra düşmektedir. Yarı kesikli reaktörde ise daha küçük karbon sayılı ürünler uzun bir reaksiyon süresi sonunda elde edilmektedir. Anahtar Kelimeler Atık Motor Yağı; Piroliz. GİRİŞ Motor yağları, petrolden damıtma yoluyla elde edilen baz yağlara çeşitli katkı maddelerinin belirli standartlarda karıştırılması ile üretilir. Kullanılan katkı maddeleri oksidasyon önleyiciler, korozyon önleyiciler, dispersanlar, renklendiriciler v.b. dir. Motor yağı, otomotiv endüstrisinde hareketli parçaların sürtünmelerini azaltmak, motordaki ısınmayı dengelemek, tortu ve birikinti oluşumunu kontrol etmek, yakıt tüketimini azaltmak, silindir ve segmanlar arasındaki boşluğu doldurup sızdırmazlığı sağlamak için kullanılır. Belli bir kullanım süresi sonunda motordaki aşınmalar ve sıcaklığın etkisiyle yağda nitelik düşmesi olmakta ve yağ atık yağ haline dönüşmektedir. Atık motor yağının içinde motor parçalarından gelen çeşitli metal atıklar, okside olmuş hidrokarbonlar, karbonize tortular ve diğer bileşikler bulunabilmektedir[1]. Gelişen teknolojiye paralel olarak motor yağı kullanımı dolayısıyla atık motor yağı miktarı artmaktadır. Sadece Türkiye de 13.5 milyon motorlu taşıttan 25 milyon litre atık yağ çıkmaktadır. Global ölçekte bu miktar milyarlarca litreyi bulmaktadır. Hem çevresel hem de ekonomik nedenlerden dolayı bu ürünlerin yeniden değerlendirilmesi zorunluluk haline gelmiştir. Bu amaçla birçok çalışma yapılmıştır. Atık motor yağı farklı reaktörlerde [1-5] pirolize [2-7], katalitik pirolize [1,9] tabii tutularak yakıta veya değerli kimyasallara dönüştürülmeye çalışılmış, piroliz kinetiği [7-1] incelenmiştir. Bu çalışmanın amacı atık motor yağlarına sürekli bir sistemde piroliz yöntemini uygulayarak değerli kimyasalların elde edilmesidir. DENEYSEL Atık motor yağı önce süzülerek içerisinde bulunan katı partiküllerden arındırılmıştır. Piroliz işlemi için 45 ml hacme sahip borusal reaktör kullanılmıştır. Borusal reaktör

2 1±2 C ye kadar çıkabilen borusal bir fırın içine yerleştirilmiştir. Motor yağı 1.5 ml/dk akış hızında borusal reaktörün altından reaktöre sürekli olarak beslenmiştir. Piroliz işlemi 5 C ila 65 C arasındaki sıcaklıklarda atmosferik basınç altında gerçekleştirilmiştir. Piroliz sırasında reaktörün iç ve dış sıcaklıkları PID kontrol edici ile kontrol edilmiştir. Reaksiyon ortamını terk eden sıvı ve gaz ürünlerin bileşimleri Rtx- SMS 3 cm boyunda.25 mm çapında kapiler kolon Termofinnigan DSG-25 GC/MS kullanılarak analizlenmiştir. Sıvı ürünlerin verimleri ve TS 342 standardına göre iyot sayıları belirlenmiştir. Viskoziteler ise konik tabanlı Brookfield DV marka viskozimetre ile oda sıcaklığında belirlenmiştir. Seçilen sıcaklıkta seramik dolgu maddesinin ve Co-Mo katalizörünün pirolize etkisi aynı reaktörde belirlenmiştir. Piroliz işlemi yarı kesikli reaktörde de gerçekleştirilerek sürekli sistem ile karşılaştırılmıştır. SONUÇLAR 5 C-65 C arasında yapılan piroliz deneyleri sonucunda elde edilen sıvı ürünlerin verimleri şekil 1 de sunulmuştur. 1 8 % Sıvı Verimi Sıcaklık, C Şekil 1. Sıvı Ürün Verimleri. Şekil incelendiğinde en yüksek sıvı ürün veriminin 5 C de elde edildiği ve sıcaklık artışı ile sıvı ürün veriminin düştüğü görülmektedir. Sıcaklığın artmasıyla motor yağının daha çok parçalanarak gaz ürünlere dönüştüğü dolayısıyla sıvı ürün veriminin düşüp gaz ürün veriminin arttığı düşünülebilir. Sıvı ürünlerin iyot sayıları TS 342 standardına göre belirlenmiş ve şekil 2 de sunulmuştur İyot sayısı Sıcaklık, C Şekil 2. Sıvı Ürünlerin İyot Sayılarının Sıcaklıkla Değişimi.

3 Şekilden de görüldüğü gibi sıvı ürünlerin iyot sayısı 55 C ye kadar artış, bu değerden sonra düşüş göstermektedir. Bunun nedeni yüksek sıcaklıklarda oluşan H2 gazı ile olefinlerin parafinlere dönüşmesi ve bu sıcaklıklarda siklizasyon ile aromatizasyon reaksiyonlarının olabileceği şeklinde açıklanabilmektedir. Bu durumu GC/MS analiz sonuçlarında da görülen aromatik ve siklik bileşikler olması doğrulamaktadır. Sıvı ürünleri viskoziteleri şekil 3 de sunulmuştur Viskozite, cp Sıcaklık, C Şekil 3.Sıvı Ürünlerin Viskozite Değerlerinin Sıcaklıkla Değişimi. Şekilden de görüldüğü gibi viskozite değerleri sıcaklığın artmasıyla azalmıştır. Bunun nedeni atık motor yağının sıcaklığın artmasıyla daha küçük karbon sayılı bileşiklere kadar parçalanması şeklinde yorumlanabilir. Sıvı ürünler GC/MS ile analizlenmişdir. Karbon sayılarının sıcaklıkla değişim grafikleri şekil 4 de verilmiştir. 1 5 Atık Motor Yağı 5 C C6 C7 C8 C9 C1 C11 C12 C13 C14 C15 >C15 C6 C7 C8 C9 C1 C11 C12 C13 C14 C15 >C15 (a) (b)

4 C 55 C C6 C7 C8 C9 C1 C11 C12 C13 C14 C15 >C15 C6 C7 C8 C9 C1 C11 C12 C13 C14 C15 >C15 (c) (d) C 6 C C6 C7 C8 C9 C1 C11 C12 C13 C14 C15 >C15 C6 C7 C8 C9 C1 C11 C12 C13 C14 C15 >C15 (e) (f) C 65 C C6 C7 C8 C9 C1 C11 C12 C13 C14 C15 >C15 C6 C7 C8 C9 C1 C11 C12 C13 C14 C15 >C15 (g) (h) Şekil 4.Karbon Sayılarının Sıcaklıkla Değişimi. a) Atık Motor Yağı; b) 5 C; c) 525 C; d) 55 C; e) 575 C; f) 6 C; g) 625 C; h) 65 C. Şekil incelendiğinde 5 C yapılan pirolizde C9 dan büyük karbon sayılı bileşiklerin elde edildiği sıcaklığın artmasıyla daha küçük karbon sayılı bileşiklerin oluştuğu 575 C üzerinde C6-C11 arası bileşiklerin elde edildiği sonucuna varılır. Bu sonuçlar sıcaklığın artmasıyla daha küçük karbon sayılı ürünlerin oluştuğunu gösterirken sıcaklıkla sıvı ürün veriminin ve viskozitenin düşmesi ile ilgili verdiğimiz teorileri de ispatlamaktadır.

5 Yapılan deneyler ışığında 5 C daha büyük karbon sayılı ürünlerin oluştuğu görülmektedir. Bundan sonraki deneylerde bu büyük karbon sayılı ürünlere katalizörün ve dolgunun etkisinin belirlenmesi için piroliz sıcaklığı 5 C olarak seçilmiştir. Reaktör önce seramik dolgu ile doldurularak sonra Co-Mo katalizörü ile doldurularak 5 C de deneyler gerçekleştirilmiş elde edilen sıvı ürünler GC/MS ile analizlenerek sonuçlar çizelge 1 de sunulmuştur. Çizelge 1. Isıl, Dolgulu Ve Katalizörlü Reaktörden Elde Edilen Sıvı Ürünlerin Analiz Sonuçları. C5 C6 C7 C8 C9 C1 C11 C12 C13 C14 C15 >C15 Isıl Dolgulu Katalizörlü Çizelge incelendiğinde, ısıl işlemle C9 dan büyük karbon sayılı ürünler elde edilirken reaktör seramik dolgu ile doldurulduğunda ürün dağılımının C5-C12 arasında, katalizör kullanıldığında ise C5-C11 arasında olduğu görülmektedir. İki farklı sıcaklıkta katalizörlü reaktörden deneyler yapılmış elde edilen sıvı ürünlerin analiz sonuçları çizelge 2 de sunulmuştur. Çizelge 2. Farklı Sıcaklıklarda Katalizörlü Reaktörden Elde Edilen Sıvı Ürünlerin Analiz Sonuçları. C5 C6 C7 C8 C9 C1 C11 C12 C13 C14 C15 >C15 Katalizörlü 5 C Katalizörlü 4 C de reaktör katalizör ile dolu iken yapılan deneylerden sonra da düşük karbon sayılı ürünlerin elde edildiği görülmektedir. Karbon sayısı dağılımı C7 C12 arasındadır. Piroliz işlemi 5 C yarı kesikli bir reaktörde 2 saat süreyle gerçekleştirilmiştir. Sıvı ürünlerin GC/MS sonuçları çizelge 3 de verilmiştir. Çizelge3. Sürekli Ve Yarı Kesikli Sistemlerin Ürün Dağılımları. C5 C6 C7 C8 C9 C1 C11 C12 C13 C14 C15 >C15 Sürekli Yarı Kesikli 3, ,9 18,3 18,3 25,7 7,15 4, Çizelge incelendiğinde yarı kesikli sistemde daha küçük karbon sayılı ürünlerin elde edildiği görülmektedir. Bu, atık motor yağının yarı kesikli bir reaktörde 2 saat boyunca tekrar tekrar pirolize uğrayarak daha küçük birimlere parçalandığını göstermektedir. Elde edilen gaz ürünler de GC/MS ile analizlenmişdir. Farklı sıcaklıklarda boş reaktörde yapılan deneylerde C2-C4 oluşurken seramik dolgulu reaktörde ve katalizörlü reaktörde ise C1-C4 oluşmaktadır. Yapılan deneyler sonucunda 5 C de % 94 sıvı ürün elde edilirken 65 C ye çıkıldığında %32 sıvı ürün elde edilmektedir. Sıcaklığın artırılması ile atık motor yağının daha küçük birimlere parçalandığını ve viskozitesini azalttığını göstermektedir. İyot sayısı ise 55 C ye

6 kadar artmış bu değerden sonra azalmıştır. Kullanılan seramik dolgu ve Co-Mo katalizörü ile daha küçük karbon sayılı ürünler elde edilebilmektedir. Sürekli bir sistem yerine yarı kesikli bir sistem seçilirse uzun bir reaksiyon süresi sonunda küçük karbon sayılı ürünler oluşabilir. Yapılan tüm deneylerden C1-C4 arasında değişen gaz ürünler elde edilmiştir. KAYNAKLAR 1. Bhaskar, T., Uddin, M. A., Muto, A., Sakata, Y., Omura, Y., Kimura, K., Kawakami, Y., Recycling of Waste Lubricant Oil into Chemical Feedstock or Fuel Oil Over Supported Iron oxide Catalysts, Fuel, 83,9-15, Lazaro, M.J., Monier, R., Suelves, I., Domeno, C., Nerin, C., Co-pyrolysis of Mineral Waste Oil/Coal Slurry in a Continuous-Mode Fluidized bed Reactor, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 65, , Kim, S.S., Chun, B. H., Kim, S.H., Non-Isothermal Pyrolysis of Waste Automobile Lubricating Oil in Stirred Batch Reactor, Chemical Engineering Journal, 93, , Lazaro M.J., Molier, R., Domeno, C., Nerin, C., Low-Cost Sorbents for Demetalisation of Waste Oils Via Pyrolysis, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 57, ,. 5. Yoon W.L., Park J.S., Lung, H., Lee, H.T., Lee, D.K., Optimization of Pyrolytic Coprocessing of Waste Motor Oil into Fuel Oils Using Statistical Pentagonal Experimental Design, Fuel, 78, , Domeno, C., Nerin, C., Fate of Polyaromatic Hydrocarbons in the Pyrolysis of Industrial Waste Oil, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis,67, , Gomez-Rico, M.F., Martin-Gullon, I., Fullana, A., Conesa, J.A., Font, R., Pyrolysis and Combusition Kinetics and Emissions of Waste Lube Oil, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 68-69, , Nerin, C., Domeno, C., Molier, R., Lazaro M.J., Suelves, I., Valderrama, J., Behaviour of Different Industrial Waste Oils in a Pyrolysis Process: Metals Distribution and valuable products, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 55, ,. 9. Serrano D.P., Aguado J., Escola, J.M., Garagorri, E., Performance of a Continuous Screw Kiln Reactor for the Thermal and Catalytic Conversion of Polyethylene-Lubricating Oil base Mixtures, Applied Catalysis, 44, 95-15, Kim, S.S., Kim, S.H., Pyrolysis Kinetics of Waste Automobile Lubricating Oil, Fuel, 79, ,.