ALÇAK YOĞUNLUK POLİETİLENİN PİROLİZ SIVI ÜRÜNLERİNİN HİDROJENASYONU

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ALÇAK YOĞUNLUK POLİETİLENİN PİROLİZ SIVI ÜRÜNLERİNİN HİDROJENASYONU"

Emel Giray
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 ALÇAK YOĞUNLUK POLİETİLENİN PİROLİZ SIVI ÜRÜNLERİNİN HİDROJENASYONU S. ALTIN, A. KARADUMAN, A. Y. BILGESÜ Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü Tandoğan ANKARA ÖZET Bu çalışmada öncelikle alçak yoğunluk polietilen(aype), piroliz yöntemiyle sıvı hidrokarbonlara dönüştürülmeye; daha sonra da elde edilen sıvı ürünleri hidrojenasyonla doymuş hidrokarbonlara dönüştürülmeye çalışılmıştır. Bu amaçla öncelikle AYPE sürekli borusal bir reaktörde 45 o C sıcaklık ve 3 mmhg vakum basıncında pirolize uğratılmıştır. Elde edilen alkan, alken ve alkadien bileşenlerinden oluşan hidrokarbon karışımı (HK), farklı sıcaklıklar, H 2 ve HK besleme hızlarında, katalizörlü ve katalizörsüz ortamda hidrojenasyona tabi tutulmuştur. Deney sonuçları incelendiğinde, hidronizasyonun katalizör kullanımıyla arttığı görülmektedir. Ayrıca H 2 debisinin dan 65 ml/dk artmasıyla hidronizasyonun arttığı, 65ml/dk üzerinde azaldığı sonucuna varılmıştır. 35 o C de hidronizasyonun daha etkin olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler Atık polietilen; Piroliz; Hidrojenasyon. 1. GİRİŞ Çevre kirliliğinde, özellikle katı atıklar önemli yere sahiptir. Organik kökenli katı atık olan plastik atıklar, toplam katı atıkların yaklaşık %3 unu oluşturmaktadır [1]. 22 yılında dünya plastik tüketimi 1 milyon tondur. Bu değer Batı Avrupa da 35.2 milyon ton ülkemizde ise 2.5 milyon ton olarak gerçekleşmiştir[2]. Her türlü malzemenin ve özellikle gıda maddelerinin ambalajlanmasında kullanılması, elektronik cihazların ana yapı malzemelerinin üretiminde ve otomotiv sanayinde yaygın kullanımı, plastiklerin üretimini ve kullanım sonrası atık oluşumunu artırmaktadır. Plastikler kimyasal yapıları itibariyle tabiat şartlarında çok zor bozunduklarından atıldıkları çevrede istenmeyen görsel kirliliklere sebep olmaktadır, ayrıca doğal bozunma sonrası meydana gelebilecek olumsuz etkiler tümüyle bilinmemektedir [3]. Plastik atıklar önceleri arazi doldurulmasıyla ve yakmayla bertaraf ediliyordu ancak yeni çevresel düzenlemelerle bu işlemlerden vazgeçildi [4]. Günümüzde atık termoplastiklerin bir kısmı tekrar işlenim sonucu ikincil ürünler üretilmekte ancak elde edilen ürünler bir çok sağlık örgütü tarafından aynı amaçlı kullanım için uygun görülmemektedir. Dönüşüm yapılan plastiklerde belirli bir tekrardan sonra atık duruma gelmektedir. Diğer yandan olaya ekonomik olarak baktığımızda; petrokimya tesislerinde plastik üretiminde kullanılan maddelerin petrole dayalı ve dünya petrol rezervininde sınırlı olmasının yanı sıra her geçen gün dünyada enerji talebinin artması atık plastiklerin geri kazandırılmasını hammadde kaynaklarının etkin kullanımı yönünden zorunlu kılmaktadır [5]. Bu çalışmada, alçak yoğunluk polietilenin ısıl pirolizi sonucu elde edilmiş olan olefin ve parafin karekterine sahip karışımının katalitik olarak hidrojenasyonuyla daha homojen, kıymetli ürünlere dönüştürülmesi incelenmiştir.

BILGESÜ Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü Tandoğan ANKARA ÖZET Bu çalışmada öncelikle alçak yoğunluk polietilen(aype), piroliz yöntemiyle sıvı hidrokarbonlara

2 2. DENEYSEL 2.1 Piroliz Kütlesi belirlenmiş plastik, besleme deposuna doldurulur. Önce 25 o C sıcaklıkta ön ısıtmaya tabi tutulan AYPE sıvılaştırılır, sıvılaşan besleme bir vana yardımıyla kalma süresi 1s olacak şekilde ayarlanarak paslanmaz çelik reaktöre beslenmektedir. Reaktörde 45 o C sıcaklık ve 3 mmhg vakum basıncında reaksiyon gerçekleşmektedir. Pirolize uğrayan besleme ürün çıkış hattından, su banyosu içindeki vaks ürün toplama kabına, burada yoğunlaşamayan düşük kaynama noktalı sıvı ürün, tuz-buz banyosu içinde bulunan sıvı ürün toplama kabına alınmaktadır, sıvılaşamayan gaz ürün ise önce su kolonundan geçirilerek vakum pompasıyla atmosfere gönderilmektedir Hidrojenasyon Piroliz sisteminden alınan sıvı ve vaks ürünler homojen bir biçimde karıştırıldıktan sonra hidrojenasyon beslemesi haline getirilir. Besleme bir su banyosunda 5 o C ısıtılarak sıvılaştırılır. Sıvı besleme devri ayarlanabilen pompa yardımıyla reaktöre alt kısımdan pompalanır. Aynı anda hidrojen tüpünden gelen H 2 gazı rotometreden debisi ayarlanarak yine alttan reaktöre beslenir. Reaktörü terk eden hidrojenasyon ürünleri ısı değiştiriciden geçirilerek sıvılaştırılmakta, burada sıvılaşamayan gaz ise su kolonundan geçirilerek atmosfere salınmaktadır. Yukarıda anlatılan yöntemle katalizörsüz reaktörde 3 55 o C arasında 1ml/dk HK besleme hızında ve 35 ml/dk H 2 debisinde 25 şer derce farklarla 11 deney yapılıştır. Sıcaklık etkisi incelendikten sonra uygun görülen sıcaklıkta 1 ml/dk ve 1.45 ml/dk HK besleme hızında 35, 7 ve ml/dk H2 debilerinde 6 deney daha yapılmıştır. Aynı şekilde, Ni Mo katalizörü kullanılarak o C arasında 1ml/dk HK besleme hızında ve 35 ml/dk H2 debisinde 25 şer derce farklarla 9 deney yapılıştır. Sıcaklık etkisi incelendikten sonra uygun görülen sıcaklıkta 1 ml/dk ve 1.45 ml/dk HK besleme hızında 35, 7 ve ml/dk H2 debilerinde 6 deney daha yapılmıştır. Elde edilen sıvı ve gaz ürünlerin bileşimleri Rtx-SMS 3 cm boyunda.25 mm çapında kapiler kolon Termofinnigan DSG-25 GC/MS kullanılarak analizlenmiştir. Hidronizasyon, iyot sayısı tayini ile ölçülmüştür (TSE 342). 3. SONUÇLAR 3.1. Sıcaklığın Hidrojenasyona Etkisi Katalizörsüz yapılan deneylerde 35 ml/dk H 2 debisi, 1 ml/dk HK besleme hızında, 3 55 o C arası 25 er derece farklarla 11 tane sıcaklık incelenmiştir. Elde edilen numuneler analizlenip iyot indislerine bakıldığında özellikle 35 o C de büyük bir düşme olduğu görülmüştür. Aynı şekilde Ni Mo katalizörlü reaktörde 35 ml/dk H 2 debisi, 1 ml/dk HK besleme hızında, o C arası 25 er derece farklarla 9 tane sıcaklık denenmiş ve yine 35 o C en düşük iyot indisi değeri elde edilmiştir. Fakat katalizörle yapılan deneylerde iyot sayısının düşüşü termal çalışmadaki gibi keskin değil, 25 o C arasında daha geniş bir bölgede kademeli biçimde düştüğü görülmüştür.

Reaktörde 45 o C sıcaklık ve 3 mmhg vakum basıncında reaksiyon gerçekleşmektedir.

3 İyot indisi Katalizörsüz Reaksiyonlarda Ürün İyot İndislerine Sıcaklığın Etkisi HK besleme hızı: 1ml/dk, H2 debisi: 35 ml/dk Sıcaklık ('C) Şekil 3.1. Farklı sıcaklılarda elde edilen ısıl hidrojenasyon sonuçları Ni - Mo katalizörlü Reaksiyonda Ürün İyod İndislerine Sıcaklığın Etkisi İyot indisi 2 HK Besleme hızı 1 ml/dk, H2 besleme hızı 35 ml/dk Sıcaklık ('C) Şekil 3.2. Farklı sıcaklılarda elde edilen katalitik hidrojenasyon sonuçları Farklı HK Besleme Hızları ve H 2 Debilerinin Hidrojenasyona Etkisi Deneylerde 1 ml/dk ve 1.45 ml/dk olacak şekilde iki farklı HK besleme hızında, 35, 7 ve ml/dk olmak üzere üç farklı H 2 debisinde çalışılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde 1 ml/dk HK besleme hızı ve 7 ml/dk H 2 debisinin hidrojenasyon için uygun koşullar olduğu tespit edilmiştir.

l/dk, H2 debisi: 35 ml/dk 2 3 5 Sıcaklık ('C) Şekil 3.1.

4 İyot indisi HK Besleme Hızı ve H2 Debis iyle İyot İndisinin Değişimi HK belemesi : 1ml/dk HK beslemesi : 1.45 ml/dk 2 12 H2 Debisi (ml/dk) Şekil 3.3. Farklı HK/H 2 mol oranlarında elde edilen hidrojenasyon değerleri Katalizörün Hidrojenasyona Etkisi Yüksek lisans çalışmasında katalizörsüz ve Ni Mo ile Ni katalizörleriyle ayrı ayrı çalışmalar yapılmıştır. Katalizörsüz çalışmalarda belirli bir miktar hidrojenasyonun gerçekleştiği görülmüştür, bununla beraber katalizör eşliğinde yapılan deneylerde elde edilen ürünlerin iyot indislerinin daha düşük olduğu buna bağlı olarak hidrojenasyon derecesinin daha yüksek olduğu düşünülmektedir. İyot İndisi Katalizörün Ürün İyot İndislerine Etkisi Katalizörsüz reaksiyon Ni-Mo Katalizörü 2 12 H2 debisi, (ml/dk) Şekil 3.4. Katalizörün hidrojenasyona etkisi Hidrojenasyonla Ürün Dağılımının Değişimi Hidrojenasyonla ürün dağılımının değişimini inceleyecek olursak şekil 3.6. de görülen kromotogramlara bakıldığında, hidrojenasyon beslemesinin analizini gösteren kromotogramda ürünlerin belirli bir çoğunluğunun ila dk kolonda kalma süresi gösterdiğini, ancak

Katalizörsüz çalışmalarda belirli bir miktar hidrojenasyonun gerçekleştiği görülmüştür, bununla beraber katalizör eşliğinde yapılan deneylerde elde edilen ürünlerin iyot indislerinin daha düşük

5 hidrojenasyona tabi olduktan sonra bu ürünlerin üstteki kromotgramda da görülebileceği gibi daha küçük hidrokarbonlara dönüştüğü görülmüştür. İkinci etki olarak temelde alkedien, alken ve alkanlardan oluşan HK nın hidrojenasyonla içeriğinin değiştiği, alken ve alkedienlerin hidrojenasyonla aklanlara dönüştüğü görülmüştür. Ayrıca düşük karbon sayılı moleküllerin hidrojenasyonunun, daha yüksek karbon sayılı moleküllere göre daha az gerçekleştiği sonucuna ulaşılmıştır. Şekil 3.5. Hidrojenasyonun ürün dağılımına etkisi Hidrojenasyon sonrası elde edilen ürünler Hidrojenasyona beslenen KAYNAKLAR girdi Şekil 3.5. Pirolizle elde edilen sıvı ürünün içeriği.

6 RT: Relative Abundance Time (min) Şekil 3.6. Hidrojenasyonun sonucunun kromotogramda görünümü NL: 8.93E6 TIC MS penm NL: 5.2E6 TIC MS karisim_ KAYNAKLAR 1. Goodman, B.J., Walter D. K., Opportunities for Energy from Municipal Waste Technology Energy Source, vol. 13, , Sekizinci Beş Yıllık Kalkınma Planı Özel İhtisas Komisyonu Raporu Plastik Ürünler Sanayii DPT Yayınları, 21, Ankara. 3. Voss, D., Plastic Recycling: New Bottles for Old Chemical Engineering Progress, 85-1, 67-62, Orbay, M., Plastik Atıkların Değerlendirilmesi Plastik 32-37, 199 Kaminsky, W., Kim J. S., Pyrolysis of Mixed Plastics into Aromatics, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 51(1999), Karagöz, S., Yanik, J., Uçar, S., Sağlam, M., Song, C., Catalytic and Thermal Degradation of HDPE in Vacuum Gaz OilOver Non-avidic and Acidic Catalysis, Appled Catalysis, A: General, 242, (23), Hegberg, B.A., Hallenbeck, W. H., Brenniman, G. R., Plastics Recycling Rates Resourca, Conservation and Recycling, 9, 89-17, 1993

3 1615 33.17 1627 33.42 1723 1718 35.39 35.29 1711 35.14 1729 35.51 1815 37.28 181 37.18 1824 37.46 1821 37. 199 1887 39.21 38.76 1826 37.

Benzer belgeler

PETROKİMYA KOMPLEKSİ ARITMA ÇAMURLARININ EKSTRAKSİYONU

PETROKİMYA KOMPLEKSİ ARITMA ÇAMURLARININ EKSTRAKSİYONU T. GÜNGÖREN 1, H. MADENOĞLU 1, M. SERT 1, İ.H. METECAN 2, S. ERDEM 1, L. BALLİCE 1, M. YÜKSEL 1, M. SAĞLAM 1 1 Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,