Catalytic Pyrolysis of Virgin and Waste Polyolefins

Abstract

The fact that increasing plastic production and the mismanaged waste released to the environment put the ecosystem at risk. One of the most promising recycling methods developed within this framework has been pyrolysis. In this thesis, a model feedstock mi (No: 119N302). Thermal (batch and continuous) and catalytic pyrolysis (in-situ and ex-situ) techniques were applied to the polyolefins. Silica-alumina-based solid acid catalysts were produced with the simple sol-gel method to compete with commercial ZSM-5 (30) and ZSM-5 (50). Catalyst-to-plastic ratios between 1/100 and 1/1000 were used for in-situ, and 200 h-1 and 500 h-1 WHSVs were used for ex-situ mode. 57 wt.% pyrolysis oil was produced from the thermal pyrolysis of the virgin PO mixture in the batch system. In the ex-situ catalytic pyrolysis experiments by 500 h-1 WHSV and by ZSM-5, silica-alumina, and ZSM-5 supported silica-alumina, 36 wt.%, 56.6% wt.% and 45.2 wt.% liquid, and by 200 h-1 WHSV, 29.9 wt.%, 54.1 wt.%, and 57.9 wt.% pyrolysis oils were collected, respectively. The most successful test in terms of product composition was ES2 with 82.9% gasoline (8.8% BTEX), and 16.7% diesel-range hydrocarbons. The motivation was investigating whether it was suitable to produce liquid hydrocarbons, in the range of C5-C20, as a feedstock in the petrochemical industry. As a result, it has been proven that energy recovery was possible and sustainable by plastics recycling instead of using fossil fuels.

Gün geçtikçe artan plastik üretiminin ve açığa çıkan atıkların iyi yönetilememesi çevre ve insan sağlığını tehlikeye atmaktadır. Bu çerçevede geliştirilen ve en umut vaat eden geri dönüşüm metodlarından biri pirolizdir. Bu tez çalışmasında, TÜBİTAK projesi (N0: 119Ν302) kapsamında İzmir'den toplanan plastik ambalaj atiklarının oranında model hammadde karışımı hazırlandı. Poliolefînlere termal (kesikli ve sürekli) ve katalitik piroliz (inTİtu ve exTİtu) teknikleri uygulandı. ZSM-5 (30) ve ZSM-5 (50) ile rekabet edebilmek igin basit solvel yOntemiyle siliea-alumina bazlı kati asit katalizörleri iiretildi. Insitu igin 1/100 ve 1/1000 arasındaki katalizOr/plastik oranlan ve exTİtu mod igin 200 ե՜ւ ve 500 ե՜ւ WHSVler kullanıldı. Kesikli sistemde і$1ептеті§ Pu karışımının termal pirolizinden agirlikga %57 piroliz yağı iiretildi. 500 ե՜ւ WHSV ile yapılan ex-situ katalitik piroliz deneylerinde, ZSM-5, silieamiumina ve ZSM-5 destekli silieaMİumina, agirlikga %36, %56,6 ve %45,2 SIVI elde edilmesini sagladi. 200 ե՜ւ WHSV ile sırasıyla agirlikga %29.9, %54.1 ve %57.9 piroliz yaglari toplandı, üiün kimyası İgengı ağısından en başarılı deney, %82,9 gasoline (%8,8 BTEX) ve %16,7 diesel kalitesinde hidrokarbon içeren ES2 oldu. Bu tezdeki amaç C5-C20 arlığında gasoline ve diesel hidrokarbonlarım üretip petrokimya endüstrisinde hammadde olarak kullanılmaya uygun olup olmadığını araştırmaktı. Bu çalışmadan elde edilen sonuçların ortaya koyduğu üzere, fosil yakitların kullanmak yerine geri dönüşümle enerji kazanımının mümkünlüğü ve sürdürülebilirliği oldu.