Ученые НГУ запатентовали способ приготовления катализатора для переработки пластиковых отходов в моторное топливо. Разработка успешно прошла испытания в лабораторных условиях и внедряется на производстве. Она не имеет аналогов на рынке и существенно отличается от катализаторов, применяющихся при переработке типичного нефтяного сырья.
Патент на способ приготовления катализатора для переработки пиролизного масла из смешанных пластиковых отходов в высококачественные керосиновые и дизельные фракции получил коллектив исследователей кафедры физической химии Факультета естественных наук Новосибирского государственного университета (ФЕН НГУ) и Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН.
По структуре новый катализатор близок к классическим: в него входит гидрирующий металлический компонент, а также цеолит, обеспечивающий изомеризацию и позволяющий сформировать материал в виде порошка с частицами определенного размера — в зависимости от того, в каком конкретно реакторе будет использоваться катализатор. Ученые испытывали в переработке пиролизного масла различные цеолиты с трехмерной и одномерной структурой каналов. В ходе экспериментов выяснилось, что применение одномерного цеолита ZSM-23 позволяет значительно улучшить низкотемпературные свойства и приблизиться к критериям (а по некоторым параметрам даже превзойти их), которые требуются по стандартам для авиационного керосина — авиационного топлива Jet A-1.
В настоящий момент получен патент по способу приготовления композитных катализаторов, содержащих оксид алюминия и цеолит, и ожидается решение по заявке на состав катализаторов и их применение в каталитической переработке пластиковых отходов.
Ученые 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 протяженности трубчатого реактора. Верный способ решения этой проблемы был найден и запатентован.
Данный катализатор разработан для модельного сырья, представляющего собой смесь полиэтилена и полипропилена. Теперь ученым предстоит адаптировать его для работы с реальным сырьем, также подготовленным и направленным в лабораторию индустриальным партнером. Это пиролизное масло, полученное из пластиковых отходов, взятых с городской свалки и подвергнутых термической обработке на многотоннажной промышленной установке пиролиза. По составу оно существенно отличается от модельного сырья, а потому разработанный ранее катализатор для реального сырья уже не подходит.
Как уточняют ученые, разработать универсальный катализатор для переработки продуктов пиролиза пластиковых отходов невозможно. Поскольку и сырье, и способы его переработки сильно разнятся от партии к партии и зависят от того, на каком реакторе осуществлялся процесс, необходимо будет оперативно реагировать на эти изменения, меняя состав катализатора. На крупном производстве сделать это очень затруднительно, а в условиях небольших лабораторий и пилотных производств под руководством научных сотрудников — вполне возможно. Поэтому разработанный нами катализатор будут производить в специально созданной для этого пилотной лаборатории, которую всем необходимым оборудованием обеспечит индустриальный партнер. Эта лаборатория будет создана в рамках строительства современного кампуса НГУ и располагаться в новом научно-исследовательском центре НГУ.