Термический крекинг позволяет превратить отходы пластика в топливо
Сотрудники Института химии нефти СО РАН (Томск) нашли способ превращать пластик в бензин и дизельноек топливо. В отличие от нефти, такое сырьё не содержит серы, а твёрдый углеродный остаток, который обычно выбрасывают после переработки, исследователи используют как катализатор прямо внутри реактора. Это позволяет не только получить качественный бензин и зимнее дизельное топливо, но и сделать сам процесс более эффективным и экологичным. Статья об исследовании опубликована в международном журнале Recycling.
Превратить пластик в топливо позволяет термический крекинг. В отличие от механической переработки или биодеградации, которые лишь меняют форму полимера, этот метод разрушает его длинные молекулярные цепи. В результате из отслужившего пластика получается жидкое топливо — аналог того, что добывают из нефти.
При этом у такого сырья есть ещё одно важное преимущество перед нефтью: в нём изначально нет серы. Поскольку в пластике отсутствует этот элемент, при производстве в воздух не попадает сероводород, что значительно снижает нагрузку на атмосферу.
Младший научный сотрудник лаборатории углеводородов и высокомолекулярных соединений нефти аспирант ИХН СО РАН Ульяна Александровна Фролова: «Суть метода заключается в расщеплении длинных углеводородных цепей при высоких температурах. Точно так же из тяжёлых фракций нефти получают лёгкие. Механизм процесса в обоих случаях схож: длинные полимерные цепи пластика, как и углеводороды нефти, разрушаются, превращаясь в жидкий продукт. Разница лишь в исходном агрегатном состоянии: твёрдый пластик под воздействием тепла переходит в жидкую фазу. Наша цель состояла в том, чтобы организовать переработку пластика и превратить отход в полезный ресурс».
Оптимальная температура при таком крекинге — 475 °C. Её исследователи подобрали опытным путем. Если нагреть пластик слабее, например до 450 °C, процесс пойдёт медленнее, а часть полимера просто не расплавится — на дне реактора останется воскоподобный остаток, и нужного топлива не получится. Если же перегреть смесь выше 475 °C, то запустится обратный процесс: уже готовая жидкость начнет разрушаться дальше и превращаться в газ. В итоге полезного продукта станет меньше, а ненужного газа больше. Полученную жидкость делят на бензин и дизельное топливо методом перегонки, нагревая её и собирая пары разных видов топлива по мере их испарения.
«Хотя полученный бензин по составу частично соответствует требованиям к товарному топливу, полученная из пластика дизельная фракция не сразу отвечает стандартам по термическим характеристикам. Эту проблему решает гидропереработка. После этого этапа очистки характеристики дизеля значительно меняются, и он становится практически эквивалентен зимнему дизельному топливу класса 0, что открывает возможность его практического применения», — отмечает Ульяна Фролова.
Твёрдый остаток, или кокс, который скапливается на дне реактора после переработки, состоит в основном из углерода и его используют повторно. В самом исследовании кокс применили как катализатор для той же самой переработки пластика. Это позволило сделать процесс эффективнее: углерод смещает распределение углеводородов в сторону бензиновой фракции, которую из пластика получить проще, чем дизельное топливо. Кроме того, такой остаток можно применять и в других целях. Благодаря своим хорошим поглощающим свойствам он подходит для использования в качестве сорбента — такие исследования уже проводятся.
Сейчас авторы работы проверяли технологию на чистом измельчённом пластике. Они пока не пробовали работать с грязными смешанными отходами: такой мусор может повести себя непредсказуемо — состав примесей всегда разный, и они наверняка будут мешать реакции. Как именно изменится процесс по сравнению с чистым пластиком, исследователи пока сказать не могут. Провести такие испытания вполне реально, но для этого нужны дополнительные исследования. Не стоит ждать, что уже завтра из обычного бытового мусора начнут массово получать топливо. Пока это лабораторная стадия: технология показывает хорошие результаты в контролируемых условиях, но до промышленного применения еще нужно пройти большой путь.
Работа выполнена при поддержке грантов РНФ 24-73-00058 и 26-73-10275.
Текст: Ирина Баранова.
Источник: «Наука в Сибири».
