Каталитическая гидропереработка пластиковых отходов в ценные углеводороды

Проведено исследование возможности гидропереработки продукта пиролиза пластиковых отходов с целью получения ценных углеводородов. Каталитический эксперимент проводили в проточном режиме при Т = 310 °C, P_H2 = 80 бар, ОСПС = 1 ч^–1 на неподвижном слое макро-мезопористого CoMoNi/Al₂O₃ катализатора, в качестве сырья использовали фракцию пиролизного масла (смесь полиэтилена и  полипропилена) с Т_кип < 360 °C. В результате переработки получен продукт, обладающий свойствами керосина, за исключением температуры кипения и помутнения. Определена необходимость включения в катализатор кислотных добавок (цеолитных или цеолитоподобных материалов) для осуществления процессов изомеризации и крекинга.

1. Plastics to fuel: a review / B. Kunwar, H. N. Cheng, S. R. Chandrashekaran, B. K. Sharma // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2016. – Т. 54. – Plastics to fuel. – С. 421-428.

2. Рзаев, К. В. Российский рынок вторичной переработки пластмасс: состояние, тенденции, перспективы / К. В. Рзаев // Полимерные материалы. – 2018.

3. Указ о национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года.

4. Munir, D. Hydrocracking of virgin and waste plastics: A detailed review / D. Munir, M. F. Irfan, M. R. Usman // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2018. – Т. 90. – С. 490-515.

5. Production of high-quality gasoline by catalytic cracking over rare-earth metal exchanged Y-type zeolites of heavy oil from waste plastics / A. R. Songip, T. Masuda, H. Kuwahara, K. Hashimoto // Energy & Fuels. – 1994. – Vol. 8. – № 1. – P. 136-140.

6. Pyrolysis of plastic waste: Opportunities and challenges / M. S. Qureshi, A. Oasmaa, H. Pihkola [и др.] // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. – 2020. – Т. 152. – С. 104804.

7. Chemical recycling technologies for PVC waste and PVC-containing plastic waste: A review / L. Lu, W. Li, Y. Cheng, M. Liu // Waste Management. – 2023. – Т. 166. – С. 245-258.

8. Fluorine recovery through alkaline defluorination of polyvinylidene fluoride / Y. Morita, S. Kumagai, T. Kameda [и др.] // Journal of Material Cycles and Waste Management. – 2024. – Т. 26. – С. 669-678.

9. Recent Advancements in Pyrolysis of Halogen-Containing Plastics for Resource Recovery and Halogen Upcycling: A State-of-the-Art Review / C. Ma, S. Kumagai, Y. Saito [и др.] // Environmental Science & Technology. – 2024. – Т. 58. – № 3. – С. 1423-1440.

10. Selective Catalytic Dechlorination of Chloro Alkanes over Iron-based Catalysts / N. Lingaiah, M. A. Uddin, Y. Shiraga [et al.] // Chemistry Letters. – 1999. – Vol. 28. – № 12. – P. 1321-1322.

11. Removal of organic chlorine compounds by catalytic dehydrochlorination for the refinement of municipal waste plastic derived oil / N. Lingaiah, Md. A. Uddin, A. Muto [и др.] // Fuel. – 2001. – Т. 80. – № 13. – С. 1901-1905.

12. Study on the deactivation of Ni-based catalyst in the hydrotreating process of waste plastic pyrolysis oil / Q. Hao, Z. Yang, B. Wu [и др.] // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. – 2022. – Т. 168. – С. 105789.

13. Refining of chlorine-containing plastic wastes by traditional hydrotreating and catalytic cracking processes / O. V. Klimov, K. A. Nadeina, O. V. Potapenko [и др.] // Fuel. – 2023. – Т. 349. – С. 128651.

14. Изучение свойств продуктов гидроконверсии термолизного масла, получаемого из отходов смесевых пластиков / О. В. Климов, К. А. Надеина, А. В. Сайко [и др.] // Экология и промышленность России. – 2023. – Т. 27. – № 2. – С. 15-21.

15. Meso/Macroporous CoMo Alumina Pellets for Hydrotreating of Heavy Oil / E. V. Parkhomchuk, A. I. Lysikov, A. G. Okunev [и др.]. – 2013.

16. Polystyrene microsphere-template method for textural design of alumina – an effective catalyst support for macromolecule conversion / E. V. Parkhomchuk, K. V. Fedotov, V. S. Semeykina, A. I. Lysikov // Catalysis Today. – 2020. – Т. 353. – С. 180-186.

17. SAPO-containing alumina CoMoNi-catalysts for hydrotreatment of heavy oil: Pore hierarchy as a key parameter for catalyst stabilization / E. E. E. Vorobyeva, I. A. A. Shamanaeva, A. V. V. Polukhin [и др.] // Fuel. – 2023. – Т. 334. – С. 126676.

18. DIN 66133-1993. Вещества твердые. Определение распределения объема пор и удельной поверхности с помощью интрузии ртути.

19. Jaroniec, M. Standard nitrogen adsorption data for α-alumina and their use for characterization of mesoporous alumina-based materials / M. Jaroniec, P. F. Fulvio // Adsorption. – 2013. – Т. 19. – С. 475-481.

20. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report) / M. Thommes, K. Kaneko, A. V. Neimark [и др.] // Pure and Applied Chemistry. – 2015. – Т. 87. – № 9-10. – С. 1051-1069.

21. Halsey, G. Physical Adsorption on Non‐Uniform Surfaces / G. Halsey // The Journal of Chemical Physics. – 1948. – Т. 16. – С. 931-937.

22. Emeis, C. A. Determination of Integrated Molar Extinction Coefficients for Infrared Absorption Bands of Pyridine Adsorbed on Solid Acid Catalysts / C. A. Emeis // Journal of Catalysis. – 1993. – Т. 141. – № 2. – С. 347-354.

23. Handbook of X-Ray Photoelectron Spectroscopy / J. F. Moulder, W. F. Stickle, P. E. Sobol, K. D. Bomben; ред. Jill Chastain. – Minnesota, 2002.

24. Scofield, J. H. Hartree-Slater subshell photoionization cross-sections at 1254 and 1487 eV / J. H. Scofield // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. – 1976. – Т. 8. – № 2. – С. 129-137.

25. Стайлз, Э. Б. Носители и нанесенные катализаторы. Теория и практика / Э. Б. Стайлз. – Химия. – Москва, 1991.

26. Theoretical and Experimental Study of Structural Phases in CoMoO4 / D. Zagorac, J. C. Schön, M. Rosić [и др.] // Crystal Research and Technology. – Т. 52. – № 10. – С. 1700069.

27. Windom, B. C. A Raman Spectroscopic Study of MoS2 and MoO3: Applications to Tribological Systems / B. C. Windom, W. G. Sawyer, D. W. Hahn // Tribology Letters. – 2011. – Т. 42. – С. 301-310.

28. Envisaging the Physicochemical Processes during the Preparation of Supported Catalysts: Raman Microscopy on the Impregnation of Mo onto Al2O3 Extrudates / J. A. Bergwerff, T. Visser, G. Leliveld [и др.] // Journal of the American Chemical Society. – 2004. – Т. 126. – № 44. – С. 14548-14556.

29. Stabilization effect of Co for Mo phase in CoMoAl2O3 hydrodesulfurization catalysts studied with X-Ray photoelectron spectroscopy / Y. Okamoto, H. Nakano, T. Shimokawa [и др.] // Journal of Catalysis. – 1977. – Т. 50. – № 3. – С. 447-454.

30. Brinen, J. S. Surface chemistry of activated hydrodesulfurization catalysts by X-ray photoelectron spectroscopy / J. S. Brinen, W. D. Armstrong // Journal of Catalysis. – 1978. – Т. 54. – № 1. – С. 57-65.

31. Formation of cobalt-molybdenum sulfides in hydrotreating catalysts: A surface science approach / A. F. H. Sanders, A. M. De Jong, V. H. J. De Beer [и др.] // Applied Surface Science. – 1999. – Тт. 144-145. – С. 380-384.

32. The effect of rapeseed oil and carbon monoxide on SRGO hydrotreating over sulfide CoMo/Al2O3 and NiMo/Al2O3 catalysts / E. N. Vlasova, G. A. Bukhtiyarova, I. V. Deliy [и др.] // Catalysis Today. – 2020. – Т. 357. – С. 526-533.

33. Lorenz, M. XPS analysis of electrochemically oxidized nickel surfaces / M. Lorenz, M. Schulze // Fresenius’ Journal of Analytical Chemistry. – 1999. – Vol. 365. – № 1-3. – P. 154-157.

34. The bifunctional catalytic properties of a partially H2-reduced MoO3 / H. Al-Kandari, F. Al-Khorafi, H. Belatel, A. Katrib // Catalysis Communications. – 2004. – Т. 5. – № 5. – С. 225-229.

35. Reduction and metathesis activity of MoO3/Al2O3 catalysts / W. Grünert, A. Yu. Stakheev, W. Mörke [и др.] // Journal of Catalysis. – 1992. – Т. 135. – № 1. – С. 269-286.

36. Metal–support interactions in cobalt-aluminum co-precipitated catalysts: XPS and CO adsorption studies / A. A. Khassin, T. M. Yurieva, V. V. Kaichev [и др.] // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. – 2001. – Т. 175. – Metal–support interactions in cobalt-aluminum co-precipitated catalysts. – № 1. – С. 189-204.