Революционные катализаторы: экологичное термолизное масло без хлора в 200 раз чище!

Москва, 16 авг - ИА Neftegaz.RU. Ученые ФИЦ Институт катализа СО РАН (ИК СО РАН) при поддержке Российского научного фонда создали катализаторы, с помощью которых удалось повысить экологичность термолизного масла, снизив содержание хлора в нем в 200 раз.
Об этом 15 августа сообщила пресс-служба ФИЦ (федеральный исследовательский центр).

Термолизное масло (ТМ) может стать перспективной добавкой к газомоторному топливу (ГМТ) или самостоятельным топливом.

Отходы пластика

С 1950^х гг. количество пластиковых отходов составило около 6,3 млрд тонн, из которых 79 % были выброшены на свалки или в естественную среду без сортировки (Geyer et al., 2017).
Это приводит:

• к увеличению выбросов парниковых газов;
• растворению в грунтовых водах токсичных веществ, содержащиеся в пластиковых отходах.

За последние 60 лет объемы производства пластика в мире выросли в 250 раз - с 2 млн т/год до 500 млн т/год.
Менее 20% пластиковых отходов отправляют на переработку, остальное сжигают или вывозят на свалки, что наносит ущерб окружающей среде.

Есть нюанс.
Теплотворная способность большинства видов пластмасс изменяется в интервале 30 МДж/кг (7165 ккал/кг) до 40 МДж/кг, что делает пластмассы скорее источниками энергии, чем угроза окружающей среде.
Удельная теплота сгорания УТ равна 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).
Для решения этих экологических проблем и извлечения энергии из смешанных пластиковых отходов перспективным вариантом является пиролиз, который может производить термолизное масло.

Термолизное масло

Изучать это начали еще в 1960^х гг., а активные исследования возобновили в 1990^е гг.

Термолиз (или пиролиз) проводят при температуре около 500°C без доступа кислорода.
Преимущество процесса пиролиза в том, что он может работать с несортированным и грязным пластиком.
В результате процесса получают термолизное масло:

• вязкая жидкость с фракционным составом, который имеет сходство с вакуумным газойлем;
• благодаря его свойствам можно использовать в перспективе как топливо или добавку к классическим нефтепродуктам.

Доказано, что продукты пиролиза могут применяться в дизельных двигателях при смешивании с дизельным топливом и другими присадками.
Хотя выход масла, полученный в результате пиролиза одного типа пластика, такого как полиэтилен, полипропилен и полистирол, при определенных условиях может превышать 80 мас.%, выход пиролизного масла из смешанных пластиков относительно низок.
Нужно оптимизировать параметры операции пиролиза.
В составе смешанных пластиковых отходов поливинилхлорид (ПВХ) имеет ограниченный выход ТМ и производит большое количество HCl в результате пиролиза, который вызывает коррозию реактора.
Оставшаяся хлорорганика также сдерживает дальнейшее применение продуктов пиролиза из-за выделения токсинов окружающей среды, таких как доксины и полихлорбифенилы.
Поэтому пиролиза смешанных пластиков необходим дополнительный эффективный процесс дехлорирования, тоже путем оптимизации параметров процесса пиролиза.

Ученые в мире научились синтезировать ТМ.

Дерзкие индийские ученые из Университета Адамас в г. Калькутте в 2022 г. анонсировали изготовление реактора термолиза для преобразования твердых отходов в мазут путем термического крекинга.
Термический крекинг представляет собой высокоэнергетический эндотермический процесс, требующий температуры в диапазоне 350-500°С.
Крекинг полимерных материалов осуществлялся путем нагревания их до температуры 400-4500°С путем разрушения длинной полимерной цепи в короткую:

• часть летучей фракции сконденсировалась и было получено ТМ;
• остальная часть представляет собой неконденсируемый газ с высокой теплотворной способностью.

Полученное топливо имеет плотность около 836 кг/м³.
GC-MS анализ образца показал, что он состоит в основном из бицикло [2.2.0] гексан-1-карбоксальдегида, 1-нонена,
1-децен, 2-гексен и бензол в качестве основных компонентов.
Присутствуют и другие второстепенные компоненты.
ТМ имеет более высокий цетановый индекс по сравнению с товарным дизельным топливом, что делает продукт выгодным как замещающее топливо.

Работы ученых ИК по ТМ

Ученые ФИЦ Института катализа СО РАН:

• синтезировали термолизное масло из разных видов бытового пластика - полистирола, полипропилена, поливинилхлорида и полиэтилена низкой плотности;
• значительно снизили содержание хлора в полученном сырье.

Тезисы лаборанта отдела технологии каталитических процессов ИК СО РАН В. Крестьяниновой:

• мы смешали ТМ в соотношении 1:4 с вакуумным газойлем;
• использовали традиционные методы переработки нефтепродуктов;
  
• направили на процесс гидроочистки вместе с новыми разработанными никель-молибденовыми катализаторами;
• в сырье содержалось 2,24% хлора, но после взаимодействия с катализаторами этот показатель снизился в 200 раз;
• очищенное ТМ испытали в процессе каталитического крекинга, с помощью которого из тяжелых фракций получают легкие;
• определили, что оптимальная температура получения продукта - 360 °C;
• в мире ищут способы получения чистого ТМ непосредственно в процессе синтеза;
• в ближайших планах - изучить механизм удаления хлора при взаимодействии с катализаторами, чтобы повысить эффективность процесса.

Также 18 июля 2023 г. стало известно, что ученые Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе ИК СО РАН разработали катализаторы, которые позволяют снизить энергозатраты при получении синтез-газа — перспективного водородсодержащего сырья.

Благодаря разработке синтез-газ сможет иметь более однородный состав, а топливные элементы - стабильнее вырабатывать электроэнергию.