Проекты

Каталитический крекинг полиэтиленовых отходов

Работа – призёр открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Экология и природопользование» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Нефтехимия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 192
Предметы: Химия, Экология
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

На данный момент в мире всё отчетливее намечаются тенденции по решению вопросов, связанных с ухудшением экологической ситуации планеты. Одной из наиболее острых проблем является утилизация мусора. В частности, утилизация полимерных отходов, к которым относится использованная упаковочная тара (пакеты, пластиковые бутылки, стаканчики), детали технической аппаратуры (клавиатура, корпуса приборов), мебель (стулья, столы) и др.

 Методика, реализованная в работе, предлагает экологичный и выгодный метод решения этой проблемы.

Цель

Изучение процессов переработки реальных объектов полимерной продукции (полиэтиленовый пакет марки PE-LD) в химические соединения, а также проведение анализа полученных данных

Задачи

  1. Отсортировать полимерное сырьё определенной марки (полиэтилен) для проведения экспериментов
  2. Изучить основные принципы работы лабораторных каталитических установок
  3. Провести эксперименты по термодеструкции полимера с последующим каталитическим крекингом восков (продукт первой стадии)
  4. Провести обсчёт полученных данных и проанализировать их

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Установка для проведения каталитического крекинга Grace Davison SCT-MAT (short contact time – micro activity test)
  • Хроматограф «Кристаллюкс 4000М»
  • Насадочная колонка с молекулярным ситом типа CaX
  • Капиллярная колонка HP-Plot Al2O3/Na2SO4

Описание

Автор провёл термолиз полиэтилена в трёхсекционной печи, подбирая оптимальные условия процесса. Затем автору был предоставлен вакуумный дистиллят, в котором он провёл растворение полиэтилена. После этого был проведён каталитический крекинг. Вначале печь установки прогревали до температуры 560 °С. Дальше включали ток подачи азота со скоростью 30 мл/мин. До начала эксперимента автор набирал пробу в шприц, взвешивал шприц и приёмники для сбора жидкого и легколетучего продуктов. После чего была собрана установка. В процессе эксперимента сырьё из шприца подавалось в реактор, находящийся в печи, где и происходили реакции крекинга. Продукт собирался в охлаждённые приёмники. Эксперимент длился 12 минут. После его окончания установку разбирали, автор взвешивал шприц и оба приёмника, после чего продукты анализировались на хроматографе, а результаты обрабатывались через соответствующее ПО.

Результаты работы/выводы

При крекировании раствора вакуумного дистиллята получены компоненты моторных топлив, замена 20 % ВД на LDPE почти не изменила результат, что сильно экономит ВД и расширяет круг возможных методов переработки полиэтилена. Подобраны оптимальные условия двухступенчатой переработки полиэтиленовых отходов. Каталитический крекинг даёт высокий выход по бензину (47 % для чистого ВД и 45 % для ВД + 20 % LDPE в пересчёте на LDPE) и существенный выход по лёгкому газойлю (18.3 % для чистого ВД и 18,1 % для ВД + 20 % LDPE). Зафиксированы высокие селективности по пропилену (11.9 %), бутиленам (7,4 %), изобутану (5,2 %) в пересчёте на чистый термолизованный полимер. Установлено, что метод термолиза, совмещённый с каталитическим крекингом, позволяет эффективно перерабатывать полиэтилен высокого давления и при этом получать ценные продукты.

Перспективы использования результатов работы

Полученные результаты показывают, что продукты каталитического крекинга вакуумного дистиллята и предварительно обработанных полимерных отходов можно использовать в качестве компонентов моторных топлив. Данный подход утилизации в перспективе может быть реализован в промышленных масштабах.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН), лаборатория химии нефти и нефтехимического синтеза