Registration Number
0823U101121, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
20-12-2023
popup.evolution
o
Title
Thermo-catalytic processing of secondary polymer raw materials into fuel for navigation
Author
Andrii V. Cherniavskyi,
popup.head Andriy B. Grigorov
popup.opponent Oleksii В. Tselishchev
popup.opponent Olena B. Shevchenko
popup.review Myhailo I. Fyk
popup.review Iryna Sinkevych
popup.rada
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"
Description
Україна відноситься до числа морських держав, де транспортування товарів різних секторів промисловості морським шляхом має дуже важливе значення. При цьому, сталий розвиток цього напрямку економіки не можливий без вирішення ряду питань, основним з яких є проблема, пов’язана із виробництвом та застосуванням якісного палива для судноплавства – marin gasoil (MGO). Основною проблемою, з якою стикаються вітчизняні нафтопереробні підприємства, є відсутність якісної вуглеводневої сировини, яка буде використана при виробництві палива для судноплавства з низьким вмістом сірки, зокрема морських палив марок MGO та LS-MGO. Вирішення цієї проблеми знаходиться у площині розширення сировинної бази для виробництва морських палив за рахунок альтернативних джерел вуглеводнів – вторинної сировини, представленою відходами споживання. Вторинна сировина, зокрема відпрацьовані полімерні вироби з поліетилену високої густини (HDPE) та поліпропілену (РР), є тим сировинним ресурсом, використовуючи який можна значно знизити потребу в імпортуванні як вуглеводневої сировини, так і товарних морських палив, споживання яких в Україні суттєво збільшилося за останнє десятиріччя. Цінність такого ресурсу зумовлена його позитивними властивостями (відсутністю або малим вмістом сірки та хлору, стабільністю, технологічністю, класом небезпеки тощо), а також значними запасами не тільки в різних країнах світу, але і в світовому океані (наприклад, мусорні плямами). Основним технологічним процесом, який дозволить переробляти означену полімерну сировину в морське паливо, виступає каталітичний піроліз, який за рахунок підбору каталізаторів та варіювання технологічних параметрів процесу (температури та тиску) наддасть змогу отримувати палива високої якості, що відповідають вимогам стандарту ISO 8217:2017 «Petroleum products. Fuels (class F). Specifications of marine fuels». Теоретичні та експериментальні дослідження, пов’язані з технологічною переробкою вторинної полімерної сировини в палива для судноплавства, що відповідають вимогам діючих нормативно-технічних документів є актуальними та визначили напрям дисертаційного дослідження. Визначено склад та існуючу класифікацію морських палив, наведено перелік та проаналізовано основні показники якості, які згідно з ISO 8217:2017, характеризують фізико-хімічні та експлуатаційні властивості морських палив. Розглянуті основні джерела вуглеводневої сировини та технології їх переробки, які сьогодні можна використовувати для виробництва морських палив в Україні. При практичних дослідженнях було визначено, що до первинних реакцій піролізу відносяться розрив полімерних ланцюгів та утворення алканів, олефінів, вільних радикалів, до вторинних – реакції взаємодії продуктів, утворених під час первинних реакцій. Керування цього процесу здійснюється, за рахунок температури та каталізаторів, реакціями розпаду полімерних структур, синтезу отриманих проміжних продуктів, поліконденсації та ущільнення, деалкілування та гідрування ненасичених і ароматичних сполук. Задля підбору матеріалів (металів) для каталізатору піролізу, який сприятиме зниженню температури процесу, збільшенню виходу рідких продуктів піролізу, підвищенню в них співвідношення Н:С та зниженню вмісту ароматичних сполук, запропоновано певний алгоритм. Використовуючи цей алгоритм запропоновано двохстадійну технологію, яка базується на використанні, на першій стадії процесу, суміш (1:1) цеолітвмісних каталізаторів Zn-H-ZSM-5/Fe-H-ZSM-5, на другій стадії – каталізатор Ni-H-ZSM-5. Груповий та індивідуальний хімічний склад, отриманих продуктів показав, що незалежно від полімерної сировини, після першого реактора (каталізатор Zn-H-ZSM-5/Fe-H-ZSM-5) основну частку (37-39 %) вуглеводнів складають олефіни, нафтени (9-13 %) та ароматичні вуглеводні (18-19 %). Після другого реактору (каталізатор Ni-H-ZSM-5) основу продуктів складають бі- та трициклічні голоядерні сполуки ароматичного та нафтено-ароматичного ряду. Всі сполуки мають більш високу молекулярну масу (142-192 од.). В продуктах піролізу практично відсутні (< 1 %) олефінові вуглеводні в наслідок протікання реакцій гідрування. Також практично відсутні вуглеводні ароматичної будови з довгими аліфатичними радикалами, в наслідок протікання реакції деалкілування. В другому реакторі, відбувається гідрування ароматичних вуглеводнів (ідентифіковано 9,10-дигідроантрацен, 1,2,3,4-тетра-гідроантрацен, пергідрофлуорен, пергідрофенантрен та пергідроантрацен), що впливає на зниження їх загального вмісту на 4 %. Визначенні фізико-хімічні та експлуатаційні показники якості фракцій, згідно з ISO 8217:2017, дозволили їх віднести до марок дистилятних морських палив DMA, DFA, DMZ, DFZ, що дає змогу з них виробляти морське паливо, яке відповідає сучасним екологічним тенденціям (наприклад, декарбонізації промисловості), прийнятим в країнах Європейського Союзу.
Registration Date
2023-11-03
popup.nrat_date
2023-11-03 / 2026-07-01
