Сотрудники ФИЦ «Институт катализа СО РАН» ищут эффективные катализаторы и оптимальные условия для переработки пиролизной жидкости из коммунальных иловых осадков. Эту жидкость рассматривают как перспективное сырье для производства топлив и химической промышленности. Переработка позволяет приблизить состав пиролизной жидкости к нефти, что даёт возможность её внедрения на нефтеперерабатывающие предприятия. На текущем этапе содержание азота в продукте получилось снизить вдвое, а кислорода — в семь раз, серу удалось удалить практически полностью.
Ежегодно в мире муниципальные очистные сооружения производят, по некоторым оценкам, 100 млн тонн иловых осадков, которые образуются после очистки сточных вод, и такие объёмы — большая проблема для городов. Во-первых, для захоронения отходов требуются огромные площади, и срок их эксплуатации должен составлять 100–150 лет. Во-вторых, иловые осадки могут содержать токсичные металлы, например, свинец и кадмий, которые при захоронении вымываются в грунтовые воды и попадают в воздух вместе с пылью. Также в осадках присутствуют патогенные микроорганизмы.
Среди основных подходов к утилизации иловых осадков выделяют сжигание. Но при этом способе в воздух выбрасываются загрязняющие атмосферу соединения, и для очистки дымовых газов нужны дополнительные меры. Другой экономически целесообразный вариант утилизации иловых осадков — быстрый пиролиз с последующим получением полезных продуктов. В этом случае отходы нагревают с высокой скоростью без доступа кислорода, в результате чего образуется пиролизная жидкость. Сейчас ученые исследуют ее как возможное сырье для получения топлив или компонентов для химической промышленности, допустим, для синтеза органических растворителей и реагентов. Ещё один плюс быстрого пиролиза — тяжелые металлы в процессе уходят в твёрдый кокс, что значительно снижает негативное воздействие на окружающую среду.
![Эффективая переработака пиролизной жидкости из иловых осадков 1-1.jpg (jpg, 53 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=b3bb0593-9d6b-4a02-b170-dcfd708819b3)
Если рассматривать производственную цепочку, то перед отправкой пиролизной жидкости для переработки на нефтеперерабатывающее предприятие необходима ее предварительная гидрообработка.
«В первую очередь от ископаемой нефти её отличает наличие большого количества кислорода и азота, в том числе в составе органических кислот, азотсодержащих соединений — гетероциклов, нитрилов, нитридов, а по аналогии с нефтью в составе также присутствуют сераорганические соединения. Из-за этого её сложно использовать в качестве топлива для прямого сжигания. Чтобы приблизить ее состав к нефти, особенно важно удалить азот и кислород. Для этого мы и ищем системы, которые будут предельно стабильны в условиях гидрообработки, так как некоторые соединения буквально "убивают" катализаторы», — говорит старший научный сотрудник Инжинирингового центра Института катализа СО РАН к.х.н. Роман Кукушкин.
Учёные синтезировали и исследовали катализаторы, сходные с теми, которые используют для переработки нефтепродуктов, а также смоделировали разные условия процессов.
«Мы провели цикл исследований, в которых работали и с модельными смесями, и непосредственно с пиролизной жидкостью. Отправной точкой послужили катализаторы, близкие по природе к катализаторам гидроочистки ископаемого нефтяного сырья, — никель-молибденовые системы. Отдельно мы изучали гидротермальную стабильность катализатора при использовании модельной смеси в условиях реальной гидрообработки. Мы показали, что сульфидные по своей природе катализаторы, такие как NiMo-, наилучшим образом подходят для такого типа процессов, в особенности при температуре 400 °C. В целом можно сказать, что использование таких катализаторов значительно снижает содержание нежелательных элементов: кислорода — почти в семь раз, азота — в два раза, сера уходит практически полностью. Обработка водородом с использованием катализатора на основе никеля и молибдена позволяет увеличить выход фракции с температурой кипения 200–360 °C, что важно для получения топлив», — рассказывает ключевой автор исследования, научный сотрудник Инжинирингового центра ФИЦ «ИК СО РАН» к.х.н. Мария Алексеева.
По словам учёного, исследований по каталитической гидроконверсии пиролизной жидкости немного, и в них не рассматривается фактор влияния на процесс гидрообработки различных кислород-, азот-, а также серосодержащих соединений. Исследователи продолжат варьировать и изучать условия гидрообработки, в частности, с промежуточным разделением фракций, чтобы повысить степень переработки данного сырья.
Источниr: ИК СО РАН.