Ученые НГУ запатентовали способ получения катализатора для топлива из пластика

Коллектив кафедры физической химии Факультета естественных наук Новосибирского государственного университета и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН получил патент на способ приготовления катализатора для переработки пиролизного масла из смешанных пластиковых отходов. Разработка предназначена для получения высококачественных керосиновых и дизельных фракций.

Технология уже успешно прошла лабораторные испытания и внедряется на производстве индустриального партнера — ООО «Ониум плюс». Компания также предоставила исследователям сырье и реакторы для каталитических испытаний. Параллельно с работой в вузе партнер проводит ресурсные испытания на пилотной установке.

Почему пиролизное масло нельзя использовать без доработки

Смешанные отходы полиэтилена и полипропилена сначала подвергают пиролизу при температуре около 600 °C. В результате образуется пиролизное масло — темная жидкость с резким запахом. Она содержит до 64% непредельных углеводородов и большое количество нормальных парафинов.

Такое масло непригодно для прямого использования как моторное топливо. Олефины могут провоцировать образование нагара на деталях двигателя, а н-парафины застывают при понижении температуры. Обычные катализаторы, которые применяются для переработки нефтяного сырья, не всегда подходят: алкены и ароматические углеводороды в сложной смеси продуктов пиролиза ведут себя по-разному.

Перед исследовательской группой стояла задача создать новый каталитический материал, который одновременно будет превращать непредельные углеводороды в насыщенные, изомеризовать линейные парафины и не будет значительно менять фракционный состав масла. Последний пункт важен потому, что пиролизное масло уже находится в диапазоне температур кипения, характерном для дизельных и керосиновых топлив.

Как работает технология переработки пластиковых отходов

Для превращения фракции пиролизного масла в синтетический топливный продукт ученые используют каталитическую гидроизодепарафинизацию. Этот процесс совмещает гидрирование непредельных соединений и изомеризацию линейных парафинов в разветвленные. В итоге температура помутнения топлива снижается.

1. Партия смешанных пластиковых отходов проходит термическую обработку методом пиролиза.
2. Полученное пиролизное масло направляют на отдельную каталитическую переработку.
3. Масло смешивается с водородом и поступает в реактор с катализатором.
4. После реакции газ и жидкий продукт разделяются, а жидкую фракцию анализируют по фракционному, групповому и компонентному составу, а также по температуре помутнения.

Исследователи рассматривают два подхода к переработке: пиролиз с последующей каталитической стадией и пиролиз с каталитическим слоем, где процессы совмещены. Второй вариант сложнее в практической реализации. Индустриальный партнер выбрал двухэтапную схему: она технически проще, доступнее и позволяет контролировать получение конечного продукта.

Состав катализатора и результаты испытаний

По структуре разработка близка к классическим катализаторам: она включает гидрирующий металлический компонент, цеолит для изомеризации и оксид алюминия. Ученые предложили бифункциональные материалы на основе цеолита ZSM-23, γ-Al₂O₃ и никеля. Использование никеля вместо платины позволяет отказаться от благородных металлов при создании катализатора.

Эксперименты с цеолитами, имеющими трехмерную и одномерную структуру каналов, показали: одномерный ZSM-23 заметно улучшает низкотемпературные свойства продукта. По ряду параметров результат приблизился к критериям для авиационного керосина Jet A-1 и даже превзошел их.

Испытание проходило в проточной установке высокого давления. При содержании никеля менее 7,5% активность была недостаточной, а большее количество приводило к перерасходу металла без заметного улучшения качества продукта. В ходе работы команда также получала топливо с температурой помутнения ниже −40 °C.

Почему важны размеры частиц катализатора

В лаборатории использовали трубчатые реакторы малого диаметра — от 2 мм до 1 см. Поэтому частицы катализатора должны иметь размер от 0,2 до 1 мм. При такой схеме производительность можно наращивать числом тонких реакторов, а не увеличением их диаметра.

Ключевой задачей стало создание прочных частиц, устойчивых к истиранию. Разрушение фракции приводит к накоплению нежелательной пыли при переработке продуктов пиролиза. Для получения материала исследователи испытали гранулирование, дробление экструдатов с отсевом нужной фракции, распылительную сушку, а также возможность применять порообразующие темплаты. Найденный способ повысить прочность катализатора был запатентован.

Патент и дальнейшая адаптация разработки

Патент получен на способ приготовления композитных катализаторов, содержащих оксид алюминия и цеолит. Также ожидается решение по заявке на состав катализаторов и их применение в каталитической переработке пластиковых отходов.

Пока разработка рассчитана на модельное сырье — смесь полиэтилена и полипропилена. Следующий этап — адаптировать технологию для реального пиролизного масла, полученного из отходов с городской свалки на многотоннажной промышленной установке пиролиза. Такое сырье существенно отличается по составу, поэтому ранее созданный катализатор нельзя использовать без доработки.

Результаты разработки представили на Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ – 2026» в Москве. С докладом выступил младший научный сотрудник и аспирант НГУ Всеволод Вдовиченко, ставший лауреатом I степени.

Частые вопросы

Что именно запатентовали ученые НГУ?

Коллектив НГУ и Института катализа СО РАН получил патент на способ приготовления композитных катализаторов с оксидом алюминия и цеолитом для переработки пиролизного масла из смешанных пластиковых отходов.

Какое топливо можно получить из пиролизного масла?

Разработка направлена на получение высококачественных керосиновых и дизельных фракций. В зависимости от сырья и требований к продукту речь может идти также об авиационном керосине или топливной присадке.

Почему пиролизное масло требует каталитической переработки?

В нем содержатся непредельные углеводороды и нормальные парафины. Первые могут вызывать нагар в двигателе, вторые ухудшают низкотемпературные свойства топлива.

Какой компонент используют вместо платины?

В катализаторе применяют никель. Исследования показали, что для эффективной работы его требуется не менее 7,5%.

Какие результаты показали лабораторные испытания?

При 320–340 °C выход керосиновой и дизельной фракций достигал 93–95%, температура помутнения была ниже −20 °C, а содержание ароматических углеводородов не превышало 1%.

На каком этапе находится внедрение технологии?

Лабораторная проверка завершена успешно, разработка внедряется на производстве ООО «Ониум плюс», а компания проводит ресурсные испытания на пилотной установке.