At+k Ta5+t Lastiklerinin Geri Dönü5ümü ve Piroliz

Dünyada her y l yakla k 1 milyar adet at k ta t lasti i olu maktad r [31]. Bu lastikler do ada kolayca yok edilememektedir. Ta t lastikleri kükürt ile çapraz ba olu turan uzun zincirli polimerler (bütadien, izopren ve stiren-bütadien) içerdikleri için bozunmaya a r dirençlidirler. Bu lastiklerin do ada yanmas sonucu insan sa l na a r zararlar olan kirletici emisyonlardan poli-aromatik hidrokarbon(PAH), benzen, stiren, butadien ve fenol gibi maddeler ortaya ç kmaktad r [32]. Dolays yla bu de erli karbonlu bile iklerden yeni ve temiz enerjilere dönü türülerek yararlan lmas gerekmektedir.

At k ta t lastikleri yeniden i lenerek de erlendirme, yakarak yok etme, ö ütülerek betonarme yap larda güçlendirme i leminde kullanma gibi alternatif yollarla kullan lmaya çal lmaktad r. Ancak bu yöntemlerin tümünün sak ncalar ve s n rl l klar mevcuttur [33, 34]. Piroliz bu de erli at klardan s v yak t, gaz, aktif karbon ve kömür geri kazan m için uygulanabilir bir yöntemdir [35]. Piroliz kat maddelerin havas z ortamda s l parçalanmas d r. Bu i lem ile elde edilen ürünler kolay i lenebilir, depolanabilir ve her yere kolay ta nabilir olmas bu yöntemin uygulanabilirli ini art rmaktad r. Piroliz s v s do rudan yak t olarak kullan labilece i gibi özellikleri bak m ndan i lenerek farkl yerlerde kullan labilmektedir. Bunun yan s ra at k ta t lasti i piroliz s v s ndan benzen, toluen, ksilen ve limonen gibi kimyasal ürünler de elde edilebilmektedir [36-39].

Piroliz i leminde elde edilen, lastiklerin uçucu olan organik k s mlar yak t olarak kullan labilen, s v ve gazlard r. )norganik k s mlar olan ba l ca çelik teller ve uçucu olmayan karbon siyah kat ürün olarak kalmaktad r.

Yap lan bir çal mada [40], piroliz gazlar n n ba l ca, metan, büten, bütan ile di er hafif hidrokarbonlardan ve bunlar n yan s ra az miktarda da CO, CO2 ve H2S gazlar ndan olu tu u bildirilmi tir. Lastik piroliz gazlar yüksek düzeyde s l de ere (68-84 MJ/m3) sahip olup termik santrallerde elektrik enerjisi üretmede kullan labilmektedir.

Mevcut literatürde at k ta t lastiklerinin pirolizi ile ilgili çal malar mevcuttur. Termo-gravimetrik analizi [41, 42], sabit yatak reaktörü [40, 43-46], ak kan yatakl piroliz ünitesi [47, 48, 49], vakum piroliz reaktörü [50-54] ve püskürtmeli yatak reaktörü [55] gibi sistemler kullan larak birçok çal malar yap lm t r.

Bu tür çal malar genellikle piroliz kineti i, reaktör tasar m , ürün karakterlerinin saptanmas ve i lem maliyeti gibi farkl piroliz parametrelerini saptam t r. Piroliz verimi ve elde edilen ürünlerin karakteristikleri sadece hammadde ve çal ma artlar na ba l olmay p, reaktörün türü ve ebatlar , s transferi miktar , reaksiyon süresi gibi, kullan lan sistemin özgün özelliklerine de ba l d r.

Sabit yatak piroliz reaktörü kullan larak yap lan bir çal mada [43], piroliz i lemi 300-700ºC s cakl k aral nda gerçekle tirilmi olup, s cakl k 300ºC’den 500ºC’ye ç k ncaya kadar kat ürün miktar azalm , buna kar n s v ve gaz ürünlerde ise bir art tespit edilmi tir. Ancak s cakl k 500ºC’den 700ºC’ye ç k nca s v ürün miktar nda azalma görülmü tür [43]. Vakum piroliz rektörü kullan larak yap lan bir çal mada da benzer olarak piroliz i lemi 350-700ºC s cakl k aral nda gerçekle tirilmi olup 500ºC’den sonra s v ürün veriminde herhangi bir art gözlenmemi tir [52].

Sabit yatak reaktörü kullan larak yap lan bir at k ta t lasti i piroliz deneyi 400- 700ºC s cakl klarda ve 12ºC/dak. s tma h z ile gerçekle tirilmi olup, uygun s cakl a ula ld ktan sonra 4 saat süre ile devam ettirilmi tir. Elde edilen ürünlerin da l m yap ld nda %47-63’ünün kat , %30-43’ünün s v ürün ve %2,2-4,4’ünün ise gaz ürün oldu u bildirilmi tir. Bunun yan s ra, 400-500ºC s cakl k aral nda s v ürün veriminde h zl bir art olmu 500ºC’den sonraki s cakl klarda ise herhangi bir art olmad ve sabit kald gözlenmi tir [56]. Lastik pirolizi ürünlerinin verimini inceleyen bir çal mada [36], s v ürün verimi 475ºC’de maksimum düzeye ula m t r. Bu s cakl k de erinde s v ürün verimi %58,2 olup s cakl n bu de eri a mas yla s v ürün verimi de eri dü ü göstermi tir. Bu durum, piroliz i leminde elde edilen ürünlerin miktarlar n n ve karakteristiklerinin, s cakl n bu ürünlerin miktar na etkisinin bir çal madan ba ka bir çal maya farkl olabilece ini göstermektedir.

Di er taraftan, baz çal malarda [44,57], piroliz i leminde s cakl k 450ºC’den 600ºC’ye ç k nca buna paralel olarak s v ürün veriminde azalma ve buna kar l k gaz ürün veriminde ise art tespit edilmi tir. Ba ka bir çal mada ise [45], piroliz s cakl 300ºC’den 720ºC’ye kadar ç karken, kat ürün ve gaz ürün verimi azalm olup s v ürün veriminde art tespit edilmi tir. Ancak s cakl n etkisi 600ºC’den sonra çok dü ük düzeyde olmu ve s tma h z na göre de i im göstermi tir. Ba ka bir çal mada [47] ise, piroliz s cakl 640ºC’den 840ºC’ye kadar ç kt nda, s cakl ktaki art a ba l olarak kat ve gaz ürün veriminde art oldu u, buna kar n s v ürün veriminde ise azalma görüldü ü bildirilmi tir.

Bir çal mada [58], at k lastikler, reaktördeki azot atmosferinde 300, 400, 500, 600 ve 700ºC’de pirolize tabi tutulmu tur. Bu çal man n sonucunda 500ºC’nin üzerindeki s cakl klar n piroliz ürünlerinin karakteristiklerine etkisinin olmad bildirilmi tir. Piroliz gazlar ço unlukla CO, CO2 ve H2S içermektedir. Ayr ca lastik piroliz ürünlerinin C5-C20 aras karbona sahip organik bile iklerden olu tu u bildirilmi tir. Ba ka bir çal mada, at k lastikler 480-520ºC s cakl klar aras nda ve 10 kPa bas nc nda vakum piroliz reaktöründe piroliz i lemine tabi tutulmu tur [59]. Bu çal mada, piroliz ürünlerinden olan gazlar n, ayn zamanda piroliz i leminde kullan lan s tma sistemi için yard mc yak t olarak kullan labilece i bildirilmi tir.

Piroliz-katalizör eklindeki çift a amal i lem kullanarak, at k lastiklerden s v yak t yerine kimyasal hammadde elde etmeye yönelik yap lan bir çal ma, sabit yatak reaktöründe gerçekle tirilmi tir. Piroliz gaz ürünleri, zeolit katalizör bulunan ba ka bir sabit yatak reaktöründe elde edilmi tir. Reaktör s cakl 500ºC s cakl nda tutulmu olup, katalizör bulunan reaktörde s cakl k 430-600ºC aral nda seçilmi ve katalizör s cakl n n s v ürün üzerine etkileri ara t r lm t r. Burada iki katalizör kullan lm t r. Bunlar, Y-tipi ve ZSM-5 tipi katalizörler olup farkl gözenek çap ve yüzey aktivitesine sahiptir. Katalizör kullan m nda gaz ürün miktar n n artt , buna kar n s v ürün verimin dü tü ü tespit edilmi tir. Bunun yan s ra, s v üründe bulunan aromatik hidrokarbon, benzen, toluen ve ksilen miktar n n katalizör kullan m nda h zla artt bildirilmi tir [60].

550, 650 ve 800ºC s cakl klarda azot atmosferinde ve sabit yatak reaktörü kullan larak yap lan bir piroliz i leminde, farkl türden ta t lastikleri i leme tabi tutulmu tur [36,38]. Çal mada, otomobil lasti i ve kamyon lasti i ayr ayr pirolize tabi tutulmu tur. Elde edilen piroliz ürünlerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri tespit edilmi tir. Her iki lastik türünden elde edilen s v ürünün fiziksel ve kimyasal özelliklerinin benzer oldu u ve dizel yak t ndan daha hafif ancak naftadan daha a r oldu u tespit edilmi tir. Ancak otomobil lasti inden elde edilen s v ürünün aromatik hidrokarbon ve kükürt içeri inin kamyon lasti inden elde edilen üründen daha fazla oldu u da söylenmi tir.

Ta t lastiklerinden piroliz ile elde edilen s v ürün veriminin, %58’den bile fazla olabilece i bildirilmi tir. Bu s v ürünün yak t özellikleri ticari dizel yak t na benzer özelliklere sahiptir [57]. Örne in s l de erinin 42 MJ/kg ve kükürt içeri inin i lem artlar na ba l olarak %0,5-1,5 aras nda oldu u ve bu nedenle do rudan kullan labilece i bildirilmi tir. Sabit yatak reaktörü kullan larak, at k ta t lasti i pirolizi ile s v ürün elde

etmeye yönelik yap lan bir çal mada [37], reaktöre ilave edilen bir kondenser ile gaz ürünlerin içerisinde bulunan s v ürün fraksiyonlar ve aromatik bile ikler yo unla t r larak s v ürünün verimi önemli düzeyde artm t r. At k ta t lastiklerinin s l de eri 32-43 MJ/kg aras nda de i mektedir. Bu de er dizel yak t n n s l de erine yak n bir de er olup kömürün s l de erinden (19-28 MJ/kg) daha fazlad r.

Ba ka bir çal mada [37], piroliz edilecek olan ta t lastikleri 1-1,4 mm boyutunda dilimlenmi tir. Yap lan analiz sonucunda bu lastiklerin tel ve iplikler al nd ktan sonra, içeri inin %86.4 karbon, %8.0 hidrojen %0.5 azot ve %1.7 oran nda kükürt oldu u bildirilmi tir. Ayr ca ayn çal mada at k lasti in 40 Mj/kg s l de ere sahip oldu u söylenmi tir. At k Lastik Yönetimi Konseyi’ne (Scrap Tire Management Council) göre ortalama bir lastik 4 litre s v ürün, 3 kg karbon siyah , 1.5 kg gaz ve 1 kg çelik ve kül üretir.

At k ta t lasti i pirolizi üzerine yap lan ba ka bir çal mada, s cakl n piroliz ürünlerindeki polar-aromatik hidrokarbon içeri ine etkileri ara t r lm t r [61]. Polar- aromatik hidrokarbon bile ikleri halkalar nda kükürt, oksijen veya azot atomlar içeren maddelerdir. Lastik pirolizinde bu polar-aromatik hidrokarbon bile iklerinin büyük bir bölümü s v ürün içerisinde yer al p kükürdün büyük bir bölümünü olu turmaktad r [62]. Lastik piroliz s v s nda bulunan kükürt genellikle mono-sülfit, halkal sülfit veya serbest sülfit eklinde bulunur [63]. S cakl n polar-aromatik hidrokarbon içeri ini etkiledi i bildirilmi tir. Piroliz s cakl artt kça polar-aromatik hidrokarbon içeri inin de artt tespit edilmi tir. Ayn zamanda s cakl n a r yap l polar-aromatik hidrokarbon miktar n artt rd da bildirilmi tir [61].