Коллектив исследователей кафедры физической химии ФЕН НГУ и Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН получил патент на способ приготовления катализатора для переработки пиролизного масла из смешанных пластиковых отходов в высококачественные керосиновые и дизельные фракции.
Подходит не все
Пиролизное масло содержит много алкенов и ароматических углеводородов. Переработка такого сырья с применением катализаторов, аналогичных используемым при переработке нефти, затруднительна: вещества разных классов ведут себя по-разному, особенно если находятся в продуктах пиролиза пластиковых отходов.
«Перед нами стояла задача создать катализатор, который способствовал бы процессу депарафинизации: без такой обработки топлива, полученные из пиролизного масла вызывают образование нагара на частях двигателя, что приводит к быстрому выходу механизма из строя. Чтобы избежать этого, непредельные углеводороды необходимо превратить в насыщенные предельные, подобрав подходящий катализатор», —пояснил, ассистент кафедры физической химии ФЕН НГУ, аспирант НГУ, м.н.с. Института катализа СО РАН Всеволод Вдовиченко.
Кроме того, чтобы топливо не замерзало при низких температурах, нужно максимально понизить температуру его помутнения и застывания — это достигается изомеризацией углеводородов, входящих в состав дизельной и керосиновой фракций. И требуемый катализатор не должен вызывать значительного изменения фракционного состава, так как само по себе пиролизное масло уже попадает в диапазон температур кипения, характерных для керосиновых и дизельных топлив. «Чтобы наш катализатор обладал всеми этими тремя свойствами, мы разработали группу катализаторов, способных в зависимости от состава пиролизного масла превращать его в моторное топливо», — уточнил эксперт.
В новый катализатор входит гидрирующий металлический компонент, а также цеолит, обеспечивающий изомеризацию и позволяющий сформировать материал в виде порошка с частицами определённого размера — в зависимости от того, в каком конкретно реакторе будет использоваться катализатор. Учёные испытывали в переработке пиролизного масла различные цеолиты с трёхмерной и одномерной структурой каналов. В ходе экспериментов выяснилось, что применение одномерного цеолита ZSM-23 позволяет значительно улучшить низкотемпературные свойства и приблизиться к критериям, которые требуются по стандартам для авиационного керосина.
Двухэтапная переработка
Двухэтапная переработка предусматривает проведение пиролиза и каталитической переработки раздельно друг от друга. Это гораздо проще и доступнее, процесс можно контролировать с точки зрения получаемого продукта.
В типичных лабораторных реакторах диаметр трубок чаще всего составляет около дюйма, а на промышленных нефтеперерабатывающих установках доходит до нескольких метров. Ученые поступили иначе – чтобы дополнительно упростить процесс, каталитическую переработку проводили в тонких реакторах, наращивая производительность не за счёт диаметра, а за счёт количества трубок.
«В нашей лаборатории использовались трубки малого диаметра — от 2 мм до 1 см. Частицы катализатора должны быть соответствующего размера — от 0,2 до 1 мм. Наша задача заключалась в том, чтобы получить прочные частицы катализатора, которые не будут подвержены существенному истиранию, приводящему к накоплению нежелательной пыли в процессе переработки продуктов пиролиза пластиковых отходов», — рассказала эксперт, сотрудник кафедры физической химии ФЕН НГУ, м.н.с. Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, к.х.н. Екатерина Воробьёва.
Учёные предложили несколько способов приготовления катализаторов, в том числе обычное гранулирование, дробление экструдатов с отсевом фракции нужного размера и распылительную сушку. Была рассмотрена возможность использования порообразующих темплатов для создания более устойчивых к дезактивации катализаторов. Также отрабатывались способы нанесения активного компонента без риска разрушения фракции или изменения размеров частиц катализатора. Удалось решить и главную проблему — повысить прочность катализатора, который подвержен истиранию из-за малого диаметра и значительной протяжённости трубчатого реактора. Верный способ решения этой проблемы был найден и запатентован.
От модельного сырья — к реальным отходам
Полученный катализатор разработан для модельного сырья – смеси полиэтилена и полипропилена. Учёным предстоит адаптировать его для работы с реальным сырьём, также подготовленным и направленным в лабораторию индустриальным партнёром. Это пиролизное масло, полученное из пластиковых отходов, взятых с городской свалки и подвергнутых термической обработке на многотоннажной промышленной установке пиролиза. Отработав процесс на модельном сырье, учёные получили достаточно ясное представление о том, как наладить аналогичный процесс для реального сырья и какими должны быть для него катализаторы.
«Разработать универсальный катализатор для переработки продуктов пиролиза пластиковых отходов невозможно. Состав, способы приготовления, условия испытаний и применения катализатора напрямую зависят от того, с каким именно сырьём нам предстоит работать и с какой конкретной целью мы используем данный процесс. Сырьё меняется каждый раз в зависимости от установки, на которой вырабатывают пиролизное масло, а также от типа отходов и вида пластика, которые в неё загружаются. Учитываются и требования к конечному продукту в зависимости от его вида. Без работы с модельным сырьём и проведения длительных непрерывных испытаний невозможно подобрать и произвести катализатор даже для самого простого “реального” сырья», — объяснила эксперт, зав. кафедрой физической химии ФЕН НГУ, руководитель группы темплатного синтеза ИК СО РАН, к.х.н. Екатерина Пархомчук.
Кстати
Сотрудничество учёных и представителей реального сектора экономики продолжится и на новом этапе исследований, направленных на подбор и создание нового катализатора. Начиная совместную работу более двух лет назад, партнер предоставил исследователям два реактора для каталитических испытаний. На них студенты выполняют исследования в рамках своих дипломных работ, пользуются этим оборудованием и аспиранты.
Елена Панфило
Подписывайтесь на АиФ в  MAX
|
