Ученые из Института химии нефти СО РАН (Томск) создают доступные и эффективные способы переработки пластиковых отходов в товарные топливные фракции — бензин и дизельное топливо, которые будет легко внедрить на действующих нефтеперерабатывающих заводах. Инициативный проект в рамках этого направления исследований получил поддержку РНФ (проект № 24-73-00058).
«С каждым годом объём пластиковых отходов увеличивается, при этом более половины их просто складируется и никак не перерабатывается. Одна из проблем — трудоёмкость сортировки пластика на узкие фракции, поэтому рациональным способом переработки видится крекинг его смесей, в результате которого получаются термолизные масла.
-По некоторым свойствам они превосходят нефть и ряд нефтепродуктов, кроме этого отсутствие смол и асфальтенов делает такие масла перспективным сырьём для получения высококачественных моторных топлив», — говорит руководитель проекта кандидат химических наук Никита Свириденко, старший научный сотрудник лаборатории углеводородов и высокомолекулярных соединений нефти.
По его словам, препятствием на пути к промышленному использованию получаемых из пластиковых отходов термолизных масел является наличие в них нежелательных элементов — гетероатомов (азота, серы и кислорода) и галогенов (фтора, брома, хлора и других). Поэтому процесс переработки включает в себя два этапа — крекинг пластиковых отходов и гидропереработку с использованием катализаторов.
Для первого этапа исследователи определили оптимальное соотношение четырёх видов пластика в исходной смеси: 80 % — полипропилен и полиэтилен, 12 % — ПЭТ и 8 % — полистирол. Затем они протестировали ряд режимов нагрева разной длительности и при разных температурах, определили особенности протекания крекинга в среде воздуха и азота. В результате удалось выявить, что первый этап переработки следует проводить при температуре около 470 °C, длительность его составляет всего лишь 5—10 минут.
Гидропереработка осуществляется на специальном лабораторном стенде, который имитирует оборудование, используемое при переработке нефти. Получившиеся в результате крекинга термолизные масла по специальным трубкам проходят через слой катализаторов и подвергаются химическим реакциям, в результате которых они очищаются от нежелательных элементов, превращаясь в товарные продукты — бензиновые и дизельные топлива.
В ходе реализации гранта ученые, в том числе и аспирантка Ульяна Фролова, разработают линейку отечественных алюмосиликатных катализаторов на основе никеля и молибдена.
Другой способ переработки пластиковых отходов, предложенный в ИХН СО РАН, предполагает их смешивание с тяжёлыми нефтяными продуктами (мазутами). Аспирант Никита Сергеев в ходе подготовки кандидатской диссертации определил оптимальное соотношение нефтяных фракций и пластиковых отходов, при котором доля последних составляет примерно 20–35 %, а также условия протекания крекинга в небольшом лабораторном реакторе — диапазон температур от 450 до 500 °C в течение 15–30 минут.
Добавление в исходную смесь катализатора, доля которого составляет лишь 0,2 % от общей массы, позволяет увеличить выход светлых фракций на 8–10 %. Всего же в результате крекинга можно получить около 60–70 % жидкого светлого нефтяного продукта от общего объёма исходной смеси.