Ученые из Новосибирска нашли оптимальный катализатор для превращения пластиковых отходов в моторное топливо

Масштабные работы по созданию технологии переработки пиролизного масла из смешанных пластиковых отходов в высококачественные керосиновые и дизельные фракции проводит коллектив исследователей кафедры физической химии Факультета естественных наук НГУ и Института катализа имени Г.К. Борескова СО РАН.

Разрабатываемая технология состоит из нескольких стадий. Сначала смешанные отходы полиэтилена и полипропилена подвергаются пиролизу при температуре около 600 °C. На выходе получается пиролизное масло — темная жидкость с резким запахом, содержащая до 64% непредельных углеводородов и большое количество нормальных парафинов. К применению в качестве топлива такое масло непригодно: олефины могут вызвать образование нагара в двигателе, а н-парафины застывают при понижении температур. Преобразовать фракцию пиролизного масла в качественное топливо можно посредством каталитической гидроизодепарафинизации — процесса, который одновременно гидрирует непредельные соединения и изомеризует линейные парафины в разветвленные, снижая температуру помутнения.

Ученые НГУ и ИК СО РАН предложили использовать для этого бифункциональные катализаторы на основе цеолита ZSM-23 и оксида алюминия (γ-Al₂O₃) с добавлением никеля. Главное преимущество данного решения — отказ от благородных металлов (платины), что существенно снижает стоимость катализатора. «Фракция пиролизного масла с температурой кипения 135–360 °C — весьма любопытное сырье. Если просто прогидрировать его, мы получим продукт с высокой температурой замерзания. Наша задача заключалась в том, чтобы подобрать катализатор, который одновременно гидрирует олефины и изомеризует парафины. Именно тогда температура помутнения падает ниже −20 °C, и топливо становится пригодным для использования в холодном климате», — рассказал младший научный сотрудник и аспирант НГУ Всеволод Вдовиченко.

Катализаторы с содержанием никеля от 2,5 до 10% были испытаны в проточной установке высокого давления.  «Мы показали, что для эффективной работы необходимо не менее 7,5% никеля. Если его меньше — активность недостаточна, а если больше — происходит перерасход металла без реального выигрыша в качестве продукта. Для промышленности это важный экономический аспект технологии процесса», — поясняет младший научный сотрудник ИК СО РАН, кандидат химических наук Екатерина Воробьева.

При температурах 320–340 °C выход целевых фракций (керосин + дизель) оставался на высоком уровне — 93–95%, газообразование было минимальным. Температура помутнения полученных продуктов составила ниже −20 °C, теплота сгорания — 43,9 МДж/кг (как у товарного топлива), а содержание ароматических углеводородов не превысило 1%.

«Когда мы только начинали работать с пиролизным маслом, температура замерзания продуктов была около нуля — это совершенно непригодно», — говорит руководитель группы темплатного синтеза ИК СО РАН, исполняющий обязанности заведующего кафедрой физической химии ФЕН НГУ, кандидат химических наук Екатерина Пархомчук. Сейчас ученые стабильно получают топливо с температурой помутнением ниже минус 20, и даже ниже -40 °С.