Группа ученых из Новосибирского государственного университета (НГУ) изготовила первую опытную партию синтетического топлива из неперерабатываемого пластика. Для этого в университете разработали специальную каталитическую установку.

В лаборатории кафедры физической химии факультета естественных наук Новосибирского государственного университета (НГУ) смонтирована каталитическая установка для переработки жидких продуктов пиролиза полимерных отходов в синтетическое топливо. За первые три недели ее работы ученые получили первые три литра керосина.

«За три недели непрерывной круглосуточной работы мы выделили из продукта пиролиза около 3 литров качественного незамерзающего керосина, который можно использовать как добавку к топливу. Скорость выработки – 6 мл в час», - отметила доцент кафедры физической химии ФЕН НГУ Екатерина Пархомчук.

В настоящее время проводятся работы по определению оптимальных режимов работы капиллярного реактора, отработке циклов регенерации катализатора, подбору параметров каталитического процесса и самого катализатора. Кроме того, осуществляется мониторинг основных показателей работы установки и анализ полученного продукта.

Оборудование предоставлено и смонтировано специалистами ООО «Ониум плюс» из Ярославля.

Разрабатываемая совместными усилиями технология состоит из нескольких стадий. Сначала неперерабатываемый пластик подвергается пиролизу — термической деструкции без доступа кислорода при температуре от 400 до 600 °C. На выходе получается пиролизное масло — неоднородная жидкая смесь углеводородов, содержащая большое количество нежелательных примесей, темно-желтого цвета с резким неприятным запахом.

Затем производится разделение многокомпонентной смеси на фракции по температуре кипения. К применению в качестве топлива пиролизное масло и его фракции еще непригодны — из-за высокого содержания непредельных углеводородов эта субстанция может вывести из строя двигатели внутреннего сгорания. Преобразовать ее в пригодное для использования топливо можно посредством применения каталитической технологии.

Представители ООО «Ониум плюс» обратились к исследователям НГУ с просьбой разработать данную технологию. Ученые провели предварительные эксперименты с никель-молибденовыми катализаторами на алюмооксидном носителе.

На них в трубчатых реакторах были получены первые положительные результаты — синтезирована прозрачная бесцветная жидкость с нерезким запахом керосина. Однако до применения ее для двигателей внутреннего сгорания требуется не только разработать новый состав и способ синтеза катализатора, но и модифицировать установку по гидрированию, подобрать оптимальные параметры каталитического процесса, отработать все циклы автоматической регенерации катализатора.

Для этого специалисты компании создали еще две каталитических установки — пилотную и лабораторную. В настоящее время проводятся параллельные испытания каталитического процесса. Важное условие эксперимента — обе установки должны работать круглосуточно в непрерывном режиме.

«Жидкий продукт пиролиза пластиковых отходов, который в основном представляет собой средние и тяжелые фракции с большим количеством непредельных углеводородов, из сырьевой емкости с помощью жидкостного насоса высокого давления поступает в смеситель, где смешивается с водородом под давлением 40 атмосфер. Далее смесь порционно поступает в реактор, внутри которого происходит каталитическая реакция в условиях высокого давления и высокой температуры. В зависимости от состава катализатора происходит гидрирование, гидрокрекинг или гидроизомеризация. В настоящий момент, это гидрокрекинг при давлении 40 атмосфер и температуре 360 – 400 градусов Цельсия, что считается нормой для данного процесса. Эти параметры подбираются в зависимости от того, какой продукт необходимо получить. В данном случае поставлена задача получить керосин», - рассказывает научный сотрудник кафедры физической химии Факультета естественных наук Новосибирского государственного университета Антон Лысиков.

Готовый продукт проходит тщательный анализ: исследователи изучают его фракционный, групповой, компонентный и элементный состав. Замеряют показатели серы и хлора на выходе, температуры вспышки и помутнения. Данные параметры очень важны для дальнейшего использования конечного продукта, они определяют его практическое назначение.

Исследователи получили катализатор гидрирования, затем — катализатор гидроизомеризации и гидрокрекинга, на котором были достигнуты первые положительные результаты. В настоящий момент ученые работают над катализатором с увеличенной активностью в гидрокрекинге и гидроизомеризации, получая продукт с температурой помутнения ниже -20.

Ученые оценивают результаты своей работы, как обнадеживающие, а производство топлива из продуктов пиролиза — рентабельным, ведь только 5% исходного вещества превращается в газ, остальная масса превращается в высококачественное синтетическое топливо.

На сегодняшний день технология почти готова к внедрению, которое будет определяться только скоростью постройки каталитических установок.

«Каждый тип катализатора или новых параметров, до того, как будет внедрен, требует тысяч часов пробега. Чем больше параллельных испытаний, тем быстрее идет оптимизация процесса и подтверждение успешности тех или иных решений. До конца года мы вводим в работу две дополнительные лабораторные установки для гидрирования, повысив количество одновременно запущенных процессов. Но самая интересная задача – это создание пилотной установки с десятками микро-реакторов одновременно. Этот модуль позволит вести процесс с производительностью литры в час», - комментирует представитель компании ООО «Ониум плюс» Александр Климов.

Источник: Полимерные материалы