Katalizörün verimlere etkisi

Bu bölümde, 425 °C, 450 °C, 475 °C, 500 °C çalışma sıcaklıklarında, 60 dakika piroliz süresinde, 0,3 l min^-1 N₂ akış hızında, atmosferik basınçta ve katalizör/PMMA oranı 1/10 olmak üzere, Ni/γ-Al₂O₃, Co/γ-Al₂O₃, La/γ-Al₂O₃, Cu/γ-Al₂O₃, Ni/ZrO₂, Co/ZrO₂, La/ZrO₂, Cu/ZrO₂ katalizörleri kullanılarak gerçekleştirilen katalitik piroliz deneyleri sonucunda elde edilen katı kalıntı, sıvı ve gaz ürün verimlerine ve toplam dönüşüme katalizörlerin etkisi incelenmiştir. Ayrıca, ısıl piroliz sonucu elde edilen verilerle katalitik piroliz sonucu elde edilenler karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.

PMMA atığın 425 °C sıcaklıkta gerçekleştirilen ısıl ve katalitik piroliz deneyleri sonucunda elde edilen katı kalıntı, sıvı ve gaz ürün verimlerine ve toplam dönüşüme katalizörün etkisi çizelge 4.14 ve şekil 4.37’de görülmektedir.

99

Çizelge 4.14 PMMA’nın pirolizinde katı kalıntı, sıvı ve gaz ürün verimleri ve toplam dönüşüme katalizörlerin etkisi (T: 425 °C, t: 60 min, N₂: 0,3 l min^-1)

Katı Kalıntı (%)

Sıvı Ürün Verimi (%)

Gaz Ürün Verimi (%)

Toplam Dönüşüm (%)

Isıl 1,20 44,05 54,75 98,80

% 10 Ni/γ-Al2O3 1,10 55,29 43,61 98,90

% 10 Ni/ZrO2 1,18 60,77 38,05 98,82

% 10 Co/γ-Al2O3 1,10 47,93 50,97 98,90

% 10 Co/ZrO2 1,17 74,90 23,93 98,84

% 10 La/γ-Al2O3 1,17 55,50 43,34 98,84

% 10 La/ZrO2 1,13 79,50 19,37 98,87

% 10 Cu/γ-Al2O3 1,15 59,13 39,72 98,85

% 10 Cu/ZrO2 1,16 69,36 29,49 98,84

0 20 40 60 80 100

% Verim

Sıvı Gaz Katı Toplam Dönüşüm

Şekil 4.37 PMMA’nın pirolizinde katı kalıntı, sıvı ve gaz ürün verimleri ve toplam dönüşüme katalizörün etkisi (T: 425 °C, t: 60 min, N₂: 0,3 l min^-1)

Çizelge 4.14 ve şekil 4.37’den de görüldüğü gibi, 425 °C sıcaklıkta en iyi sıvı ürün verimi % 79,50 değeri ile La/ZrO₂ katalizörü kullanılarak elde edilmiştir. Toplam

Isıl Isıl-Katalitik Ni/Al2O3 Isıl-Katalitik Co/Al2O3 Isıl-Katalitik La/Al2O3 Isıl-Katalitik Cu/Al2O3 Isıl-Katalitik Ni/ZrO2 Isıl-Katalitik Co/ZrO2 Isıl-Katalitik La/ZrO2 Isıl-Katalitik Cu/ZrO2

100

dönüşüm değerleri ısıl ve tüm katalitik piroliz deneylerinde birbirine çok yakındır.

Katalitik piroliz deneyleri içerisinde, en yüksek gaz ürün verimi olan % 50,97 değeri ise Co/γ-Al2O3 katalizörü kullanılarak sağlanmıştır. Tüm katalizörler, ısıl piroliz sıvı ürün verimi olan % 44,05 değerinden daha yüksek sıvı verimlerine sebep olurken gaz ürün verimi, % 54,75 değeriyle en yüksek değerine ısıl piroliz sonucu ulaşmıştır. Sıvı ürün verimi açısından kullanılması gereken ikinci ve üçüncü sıradaki katalizörler ise sırasıyla Co/ZrO2 ve Cu/ZrO2’dir. 425 °C’da gerçekleştirilen ısıl ve katalitik deneylerde eğer amaç yüksek sıvı ürün verimi ise La/ZrO2 katalizörü kullanılmalı, gaz ürün verimi ise atık PMMA ısıl pirolize tabi tutulmalıdır.

PMMA plastik atığın 450 °C sıcaklıkta gerçekleştirilen ısıl ve katalitik pirolizi sonucu elde edilen katı, sıvı, gaz ürün verimlerine ve toplam dönüşüme katalizörün etkisi çizelge 4.15 ve şekil 4.38’de görülmektedir.

Çizelge 4.15 PMMA’nın pirolizinde katı kalıntı, sıvı ve gaz ürün verimleri ve toplam dönüşüme katalizörlerin etkisi (T: 450 °C, t: 60 min, N2: 0,3 l min^-1)

Katı Kalıntı (%)

Sıvı Ürün Verimi (%)

Gaz Ürün Verimi (%)

Toplam Dönüşüm (%)

Isıl 0,90 64,10 35,00 99,10

% 10 Ni/γ-Al2O3 0,84 54,21 44,95 99,16

% 10 Ni/ZrO2 0,83 80,40 18,77 99,17

% 10 Co/γ-Al2O3 0,73 79,68 19,59 99,27

% 10 Co/ZrO2 0,83 75,92 23,25 99,17

% 10 La/γ-Al2O3 0,83 80,10 19,07 99,17

% 10 La/ZrO2 0,77 60,26 38,97 99,23

% 10 Cu/γ-Al2O3 0,84 38,78 60,38 99,16

% 10 Cu/ZrO2 0,83 66,19 32,98 99,17

101 0

20 40 60 80 100

% Verim

Sıvı Gaz Katı Toplam Dönüşüm

Şekil 4.38 PMMA’nın pirolizinde katı kalıntı, sıvı ve gaz ürün verimleri ve toplam dönüşüme katalizörün etkisi (T: 450 °C, t: 60 min, N2: 0,3 l min^-1)

Çizelge 4.15 ve şekil 4.38 incelendiğinde, 450 °C için en iyi sıvı ürün veriminin % 80,40 değeriyle Ni/ZrO2 katalizörü ile elde edildiği ve toplam dönüşüm değerlerinin tüm deneylerde birbirine çok yakın olduğu görülmektedir. En iyi gaz ürün verimine Cu/γ-Al₂O₃ katalizörü kullanılarak ulaşılmıştır ve değeri % 60,38’dir. Sıvı ürün verimleri dikkate alınarak sıralama yapıldığında ikinci sırada La/γ-Al₂O₃ ve üçüncü sırada Co/γ-Al₂O₃ katalizörleri gelmektedir. Çizelge 4.15 göstermektedir ki, sıvı ürün veriminin maksimum değere yükselmesi gaz ürün veriminin minimum değere inmesine yol açmaktadır. Bu durum, toplam dönüşüm değerlerinin ısıl ve tüm katalitik piroliz deneyleri için neredeyse aynı olmasından kaynaklanmaktadır. Bu doğrultuda, en düşük gaz ürün verimi sıvı ürün verimi ile ters orantılı olarak % 18,77 değeri ile Ni/ZrO₂ katalizörü kullanılarak, en düşük sıvı ürün verimi gaz ürün verimi ile ters orantılı olarak

% 38,78 değeri ile Cu/γ-Al2O3 katalizörü kullanılarak sağlanmıştır. Isıl ve katalitik deneyler arasında karşılaştırma yapıldığında da genel olarak katalizörlerin ısıl pirolize göre yüksek sıvı ürün verimine yol açtığı, sadece Cu/γ-Al2O3, Ni/γ-Al2O3, La/ZrO2

katalizörleri kullanıldığında düşük verimde sıvı ürünler oluştuğu görülmüştür. 450 °C sıcaklıkta gerçekleştirilen deneylerde, sıvı ürün hedeflenmesi durumunda kullanılacak

Isıl Isıl-Katalitik Ni/Al2O3 Isıl-Katalitik Co/Al2O3 Isıl-Katalitik La/Al2O3 Isıl-Katalitik Cu/Al2O3 Isıl-Katalitik Ni/ZrO2 Isıl-Katalitik Co/ZrO2 Isıl-Katalitik La/ZrO2 Isıl-Katalitik Cu/ZrO2

102

katalizör Ni/ZrO2, gaz ürün hedeflenmesi durumunda kullanılacak katalizör Cu/γ-Al2O3

olmalıdır.

PMMA plastik atığın 475 °C sıcaklıkta gerçekleştirilen ısıl ve katalitik pirolizi sonucu elde edilen katı, sıvı, gaz ürün verimlerine ve toplam dönüşüme katalizörün etkisi çizelge 4.16 ve şekil 4.39’da görülmektedir.

Çizelge 4.16 PMMA’nın pirolizinde katı kalıntı, sıvı ve gaz ürün verimleri ve toplam dönüşüme katalizörlerin etkisi (T: 475 °C, t: 60 min, N2: 0,3 l min^-1)

Katı Kalıntı (%)

Sıvı Ürün Verimi (%)

Gaz Ürün Verimi (%)

Toplam Dönüşüm (%)

Isıl 0,86 73,89 25,25 99,14

% 10 Ni/γ-Al2O3 0,78 40,25 58,97 99,22

% 10 Ni/ZrO2 0,77 80,64 18,60 99,23

% 10 Co/γ-Al2O3 0,73 78,33 20,95 99,27

% 10 Co/ZrO2 0,83 80,26 18,91 99,17

% 10 La/γ-Al2O3 0,78 80,15 19,06 99,22

% 10 La/ZrO2 0,76 60,05 39,19 99,24

% 10 Cu/γ-Al2O3 0,78 28,30 70,92 99,22

% 10 Cu/ZrO2 0,77 23,92 75,31 99,23

103 0

20 40 60 80 100

% Verim

Sıvı Gaz Katı Toplam Dönüşüm

Şekil 4.39 PMMA’nın pirolizinde katı kalıntı, sıvı ve gaz ürün verimleri ve toplam dönüşüme katalizörün etkisi (T: 475 °C, t: 60 min, N2: 0,3 l min^-1)

Çizelge 4.16 ve şekil 4.39’un da gösterdiği gibi, 475 °C’da en iyi sıvı ürün verimi % 80,64’tür ve yine Ni/ZrO₂ katalizörü ile elde edilmiştir. Toplam dönüşüm değerleri arasında önemli bir fark bulunmamaktadır. En iyi gaz ürün verimi de % 75,31’dir ve Cu/ZrO₂ katalizörü ile elde edilmiştir. Sıvı ürün verimine odaklanılması durumunda ikinci önemli katalizör Co/ZrO2 ve üçüncüsü La/γ-Al2O3’tür. 475 °C’ta yapılan deneylerde de 450 °C’ta yapılan deneylerde olduğu gibi Ni/γ-Al2O3, La/ZrO2 ve Cu/γ-Al2O3 katalizörleri, ürünleri gaz ürüne dönüştürme eğiliminde olduğundan, en düşük sıvı ürün verimlerine yol açmışlardır ve 475 °C’ta Cu/ZrO2 katalizörü de bu guruba eklenerek sıcaklığın artması ve katalizörün etkisi sonucu gaz ürün veriminin artmasına ve sıvı ürün veriminin azalmasına neden olmuştur. Ni/γ-Al₂O₃, La/ZrO₂, Cu/γ-Al₂O₃ ve Cu/ZrO2 katalizörleri aynı zamanda ısıl pirolizden de daha düşük sıvı ürün verimleri sağlamıştır. 475 °C sıcaklıkta yapılan ısıl ve katalitik tüm deneylerde istenen sonuç yüksek sıvı ürün verimi olduğunda, Ni/ZrO2 katalizörünün, yüksek gaz verimi olduğunda ise Cu/ZrO2 katalizörünün kullanılması gerektiği açıkça görülmektedir.

Isıl Isıl-Katalitik Ni/Al2O3 Isıl-Katalitik Co/Al2O3 Isıl-Katalitik La/Al2O3 Isıl-Katalitik Cu/Al2O3 Isıl-Katalitik Ni/ZrO2 Isıl-Katalitik Co/ZrO2 Isıl-Katalitik La/ZrO2 Isıl-Katalitik Cu/ZrO2

104

PMMA plastik atığın 500 °C sıcaklıkta gerçekleştirilen ısıl ve katalitik pirolizi sonucu elde edilen katı, sıvı, gaz ürün verimlerine ve toplam dönüşüme katalizörün etkisi çizelge 4.17 ve şekil 4.40’da görülmektedir.

Çizelge 4.17 PMMA’nın pirolizinde katı kalıntı, sıvı ve gaz ürün verimleri ve toplam dönüşüme katalizörlerin etkisi (T: 500 °C, t: 60 min, N2: 0,3 l min^-1)

Katı Kalıntı (%)

Sıvı Ürün Verimi (%)

Gaz Ürün Verimi (%)

Toplam Dönüşüm (%)

Isıl 0,80 40,87 58,33 99,20

% 10 Ni/γ-Al2O3 0,76 33,15 66,09 99,24

% 10 Ni/ZrO2 0,76 69,15 30,09 99,24

% 10 Co/γ-Al2O3 0,72 55,29 43,99 99,28

% 10 Co/ZrO2 0,77 33,88 65,35 99,23

% 10 La/γ-Al2O3 0,77 49,85 49,38 99,23

% 10 La/ZrO2 0,75 28,82 70,43 99,25

% 10 Cu/γ-Al2O3 0,76 18,96 80,28 99,24

% 10 Cu/ZrO2 0,76 15,37 83,87 99,24

0 20 40 60 80 100

% Verim

Sıvı Gaz Katı Toplam Dönüşüm

Şekil 4.40 PMMA’nın pirolizinde katı kalıntı, sıvı ve gaz ürün verimleri ve toplam dönüşüme katalizörün etkisi (T: 500 °C, t: 60 min, N2: 0,3 l min^-1)

Isıl Isıl-Katalitik Ni/Al2O3 Isıl-Katalitik Co/Al2O3 Isıl-Katalitik La/Al2O3 Isıl-Katalitik Cu/Al2O3 Isıl-Katalitik Ni/ZrO2 Isıl-Katalitik Co/ZrO2 Isıl-Katalitik La/ZrO2 Isıl-Katalitik Cu/ZrO2

105

Çizelge 4.17 ve şekil 4.40’dan anlaşıldığı üzere, en yüksek sıvı ürün verimi değeri olan

% 69,15’e yine Ni/ZrO₂ katalizörü kullanılması sonucunda ulaşılmıştır. Toplam dönüşüm değerleri yine birbirine çok yakındır ve en yüksek gaz ürün verimi değeri olan

% 83,87 de 475 °C’da olduğu gibi yine Cu/ZrO2 katalizörü ile sağlanmıştır. Sıvı ürün verimi açısından ikinci sıradaki katalizör Co/γ-Al2O3, üçüncü sıradaki katalizör La/γ-Al2O3’tür. Isıl ve katalitik olarak karşılaştırma yapıldığında ise, Ni/ZrO2, Co/γ-Al2O3 ve La//γ-Al2O3 katalizörü dışındaki tüm katalizörler daha düşük sıvı ürün verimine yol açmıştır. Bu durum, diğer katalizörlerin sıcaklık arttıkça ürünü gaz ürüne kaydırdığını açıkça göstermektedir. Çalışma sıcaklığı 500 °C iken, en iyi sonuç açısından sıvı ürün veriminin gözönüne alınması durumunda Ni/ZrO2 katalizörü, gaz ürün veriminin gözönüne alınması durumunda Cu/ZrO2 katalizörü kullanılmalıdır.