Каталіз низькотемпературного піролізу полімерних відходів

Abstract

Розглянуто та проаналізовано сучасний ринок виробництва та переробки полімерних відходів на основі поліолефінів (ПЕВТ, ПЕНТ, ЛПЕ, ПП) а також інших полімерів ПЕТФ, ПВХ. Показано, що в Україні основним методом переробки полімерних відходів є механічний рециклінг і лише незначна їхня час-тина спалюється разом з іншими твердими побутовими відходами з утилізацією теплової енергії та її конверсією в електричну енергію. В країнах ЄС загальний обсяг переробки пластичних відходів сягає 57…85 %. Крім того, необхідно зазначити, що в Україні пластичні відходи практично не переробляються методом низькотемпературного піролізу з отриманням відновлювальних джерел енергії (га-зова складова, синтез-нафта, пірокарбон). В роботі розглянуто та проаналізовано основні процеси термічної та термокаталітичної переробки органічної сировини, а саме вісбрекінг (430…490 °С), каталітичний крекінг (360…550 °С) та каталітичний піроліз (650…850 °С) з використанням різноманітних каталізаторів: алюмосилікатних ультрадисперсних цеолітів типу Y; природних аморфних і кристалічних цеолітів з добавками оксидів лужних металів; різних металів-каталізаторів: Ni0, Cu0, Pt0, Fe0, їхніх оксидних форм та солей, що дозволяє суттєво знизити температуру деструкції полімерної матриці та збільшити вихід синтез-нафти або газової складової. Показано, що по хімізму процесу та технологічним параметрам низькотемпературний піроліз полімерних відходів з певним наближенням можна розглядати як термокаталітичну переробку окремих фракцій нафти (гудрон, мазут, тяжкі нафтові дистиляти і залишки) з використанням процесів крекінгу (470…520 °С), риформінгу (470…520 °С), гідрокрекінгу (245…465 °С). Це важливе узагальнення, по-суті, є теоретичною основою активного та ефективного дослідження різноманітних каталізаторів та каталітичних процесів під час піролізної переробки пластичних відходів. Перспективність, а також висока технологічна, економічна та екологічна ефективність запропонованого напрямку досліджень каталітичного низькотемпературного піролізу переробки сумішей пластичних відходів підтверджується даними з чисельних літературних джерел.

The modern market of production and processing of polymeric waste based on polyolefins (LDPE, LENT, LPE, PP) and also other polymers of PET, PVC has been considered and analyzed. It was shown that in Ukraine the main method of polymer waste processing is mechanical recycling and only a small part is subject to incineration as a part of solid house-hold waste with utilization of thermal energy and its conversion into electric energy. In the EU, the total recycling of plastic waste reaches 57…85 %. In addition, it should be noted that in Ukraine plastic waste is practically not processed by low-temperature pyrolysis to obtain renewable energy sources (gas component, synthesis oil, pyrocarbon). The main processes of thermal and thermocatalytic processing of organic raw materials, namely visbreaking (430…490 °С), catalytic cracking (360…550 °С) and catalytic pyrolysis (650…850 °С) using various catalysts: aluminosilicate ultrafine zeolites of type Y; natural amorphous and crystalline zeolites with the addition of alkali metal oxides; various metal catalysts: Ni0, Cu0, Pt0, Fe0, their oxide forms and salts, which can significantly reduce the temperature of destruction of the polymer matrix and increase the yield of synthesis oil or gas component were considered and analyzed. It was shown that in terms of process chemistry and technological parameters low-temperature pyrolysis of polymer waste, in the first approximation, can be considered as thermocatalytic processing of individual oil fractions (tar, fuel oil, heavy oil distillates and residues) using cracking processes (470…520 °C), reforming (470…520 °C), hydrocracking (245…465 °C). This important generalization, in fact, is the theoretical basis for active and effective study of various catalysts and catalytic processes in the pyrolysis processing of plastic waste. Prospects, as well as high technological, economic and environmental efficiency of the proposed direction of re-search of catalytic low-temperature pyrolysis of processing of mixtures of plastic waste were confirmed by the data of numerous literature references

Рассмотрены и проанализированы современный рынок производства и переработки полимерных отходов на основе полиолефинов (ПЭВД, ПЭНД, ЛПЭ, ЧП), а также других полимеров ПЭТФ, ПВХ. Показано, что в Украине основным методом переработки полимерных отходов является механический рециклинг и лишь незначительная часть подлежит сжиганию в составе твердых бытовых отходов с утилизацией тепловой энергии и ее конверсией в электрическую энергию. В странах ЕС общий объем переработки пластических отходов достигает 57…85 %. Кроме того, необходимо отметить, что в Украине пластические отходы практически не перерабатываются методом низкотемпературного пиролиза с получением возобновляемых источников энергии (газовая составляющая, синтез-нефть, пирокарбон). В работе рассмотрены и проанализированы основные процессы термической и термокаталитические переработки органического сырья, а именно висбрекинг (430…490 °С), каталитический крекинг (360…550 °С) и каталитический пиролиз (650…850 °С) с использованием различных катализаторов: алюмосиликатных ультрадисперсных цеолитов типа Y; природных аморфных и кристаллических цеолитов с добавками оксидов щелочных металлов; различных металлов-катализаторов: Ni0, Cu0, Pt0, Fe0, их оксидных форм и солей, позволяет существенно снизить температуру деструкции полимерной матрицы и увеличить выход синтез-нефти или газовой составляющей. Показано, что по химизму процесса и технологическим параметрам низкотемпературный пиролиз полимерных отходов, в первом приближении можно рассматривать как термокаталитические переработку отдельных фракций нефти (гудрон, мазут, тяжелые нефтяные дистилляты и остатки) с использованием процессов крекинга (470…520 °С), риформинга (470…520 °С), гидрокрекинга (245…465 °С). Это важное обобщение, по сути, является теоретической основой активного и эффективного исследования различных катализаторов и каталитических процессов при пиролизной переработке пластических отходов. Перспективность, а также высокая технологическая, экономическая и экологическая эффективность предложенного направления исследований каталитического низкотемпературного пиролиза переработки смесей пластических отходов подтверждается данными из многочисленных литературных источников