ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ЖИДКОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ПОБОЧНОГО ПРОДУКТА ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНОВОГО ВОСКА: ГХ–МС СОСТАВ И ОЦЕНКА СВОЙСТВ ТОПЛИВА
DOI:
https://doi.org/10.66960/jof.3093-8899.00022Ключевые слова:
Крекинг полиэтилена, анализ ГХ-МС, состав углеводородов, свойства топлива, цетановое число, низкотемпературные свойства, утилизация полимерных отходов, нефтехимическое сырьеАннотация
Увеличение производства полиэтиленового воска путем термической деградации высокомолекулярного полиэтилена приводит к образованию жидкой углеводородной фракции в качестве побочного продукта, состав и потенциальное использование которой остаются недостаточно изученными. В данной работе был проведен всесторонний анализ химического состава и физико-химических свойств данной жидкой фракции с целью оценки ее потенциального промышленного применения. Образец был получен в процессе термического крекинга полиэтилена и впоследствии фракционирован атмосферной дистилляцией до 220 °C. Молекулярный состав определяли с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС), а свойства, связанные с топливом, оценивали путем измерения октанового числа, цетанового числа и низкотемпературных характеристик в соответствии с соответствующими методами ASTM. Анализ ГХ-МС показал, что жидкая фракция преимущественно состоит из парафиновых углеводородов в диапазоне числа атомов углерода C8–C26, причем основной вклад вносят соединения C10–C16. В качестве доминирующих компонентов были идентифицированы линейные алканы, сопровождаемые меньшим количеством разветвленных алканов и незначительным количеством олефинов, образующихся в процессе разрыва полиэтиленовой цепи. Полученное распределение углеводородов указывает на то, что исследуемый продукт относится к диапазону средних дистиллятов, обычно ассоциируемых с керосиново-дизельным топливом. Анализ свойств топлива показал, что жидкость имеет цетановое число приблизительно 42, что подтверждает ее благоприятные характеристики воспламенения для двигателей внутреннего сгорания. Низкотемпературные измерения показали температуру помутнения −16 °C и температуру застывания −27 °C, что типично для смесей углеводородов, богатых парафинами.
Результаты показывают, что исследованная жидкая фракция не может быть напрямую классифицирована как стандартное коммерческое топливо, но может служить перспективным компонентом для смешивания керосина и дизельного топлива после соответствующей модернизации и очистки. В дополнение к применению в качестве топлива были выявлены несколько альтернативных путей использования, включая использование в качестве промышленного растворителя, сырья для дальнейших процессов крекинга или пиролиза, сырья для производства парафина, прекурсора для поверхностно-активных веществ и синтетических смазочных материалов, а также потенциального теплоносителя для промышленных реакторов. Полученные результаты подчеркивают потенциал жидкостей, образующихся при крекинге полиэтилена, как ценных вторичных углеводородных ресурсов и способствуют разработке более эффективных и циклических стратегий использования углеводородных потоков, полученных из полимеров.
Библиографические ссылки
Geyer, R., Jambeck, J. R., & Law, K. L. (2017). Production, use, and fate of all plastics ever made. Science advances, 3(7), e1700782. https://doi.org/10.1126/sciadv.1700782 DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.1700782
Al-Salem, S.M., Lettieri, P. and Baeyens, J. (2009) Recycling and Recovery Routes of Plastic Solid Waste (PSW): A Review. Waste Management, 29, pp. 2625-2643. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2009.06.004 DOI: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2009.06.004
Aguado, J., Serrano, D.P., Miguel, G.S., Escola, J.M. and Rodriguez, J.M. (2007) Catalytic activity of zeolitic and mesostructured catalysts in the cracking of pure and waste polyolefins. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 78, pp. 153-161. doi:10.1016/j.jaap.2006.06.004 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jaap.2006.06.004
Achyut K. Panda, R.K. Singh, D.K. Mishra, Thermolysis of waste plastics to liquid fuel: A suitable method for plastic waste management and manufacture of value added products—A world prospective, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 14, Issue 1, 2010, pp. 233-248, https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.07.005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.07.005
Lopez, G., Artetxe, M., Amutio, M., Bilbao, J. and Olazar, M. (2017) Thermochemical Routes for the Valorization of Waste Polyolefinic Plastics to Produce Fuels and Chemicals: A Review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 73, 346-368. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.142 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.142
Walter Kaminsky, Ignacio-Javier Nuñez Zorriqueta, Catalytical and thermal pyrolysis of polyolefins, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Volume 79, Issues 1–2, 2007, pp. 368-374, https://doi.org/10.1016/j.jaap.2006.11.005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jaap.2006.11.005
Scheirs, J., & Kaminsky, W. (2006). Feedstock Recycling and Pyrolysis of Waste Plastics. Wiley. https://doi.org/10.1002/0470021543 DOI: https://doi.org/10.1002/0470021543
P. T. Williams and E. A. Williams, “Fluidised Bed Pyrolysis of Low Density Polyethylene to Produce Petrochemical Feedstock,” Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Vol. 51, No. 1-2, 1999, pp. 107-126. DOI: https://doi.org/10.1016/S0165-2370(99)00011-X
A.V. Bridgwater, Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading, Biomass and Bioenergy, Volume 38, 2012, pp. 68-94, https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.01.048. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.01.048
Speight, J. G. (2014). The Chemistry and Technology of Petroleum (5th ed.). CRC Press. https://doi.org/10.1201/b16559 DOI: https://doi.org/10.1201/b16559
Knothe, G., Krahl, J., & Van Gerpen, J. (2015). The Biodiesel Handbook. AOCS Press. https://doi.org/10.1016/C2012-0-06784-0
Jan Beens, Udo A.Th Brinkman, The role of gas chromatography in compositional analyses in the petroleum industry, TrAC Trends in Analytical Chemistry, Volume 19, Issue 4, 2000, pp. 260-275, https://doi.org/10.1016/S0165-9936(99)00205-8. DOI: https://doi.org/10.1016/S0165-9936(99)00205-8
Poole, C. F. (2012). Gas Chromatography. Elsevier. https://doi.org/10.1016/C2010-0-66028-8
Miandad, R., Barakat, M.A., Aburiazaiza, A.S., Rehan, M. and Nizami, A.S. (2016) Catalytic Pyrolysis of Plastic Waste: A Review. Process Safety and Environmental Protection, 102, pp. 822-838. https://doi.org/10.1016/j.psep.2016.06.022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.psep.2016.06.022
D.P Serrano, J Aguado, J.M Escola, E Garagorri, Conversion of low density polyethylene into petrochemical feedstocks using a continuous screw kiln reactor, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Volumes 58–59, 2001, pp. 789-801, https://doi.org/10.1016/S0165-2370(00)00153-4. DOI: https://doi.org/10.1016/S0165-2370(00)00153-4
Achilias, D. S., Roupakias, C., Megalokonomos, P., Lappas, A. A., & Antonakou, E. V. (2007). Chemical recycling of plastic wastes made from polyethylene (LDPE and HDPE) and polypropylene (PP). Journal of hazardous materials, 149(3), pp. 536–542. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.06.076 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.06.076
Nicholas A. Rorrer, Scott Nicholson, Alberta Carpenter, Mary J. Biddy, Nicholas J. Grundl, Gregg T. Beckham, Combining Reclaimed PET with Bio-based Monomers Enables Plastics Upcycling, Joule, Volume 3, Issue 4, 2019, pp. 1006-1027. https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.01.018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.01.018
Al-Salem, S.M. (2019) Thermal Pyrolysis of High Density Polyethylene (HDPE) in a Novel Fixed Bed Reactor System for the Production of High Value Gasoline Range Hydrocarbons (HC). Process Safety and Environmental Protection, 127, pp. 171-179. https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.05.008 DOI: https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.05.008
Arena, U. and Mastellone, M.L., (2006) Fluidized bed pyrolysis of plastic wastes. In: Scheirs, J. and Kaminsky, W., Eds., Feedstock Recycling and Pyrolysis of Plastic Wastes: Converting Waste Plastics into Diesel and Other Fuels, John Wiley & Sons, Chichester. doi:10.1002/0470021543.ch16 DOI: https://doi.org/10.1002/0470021543.ch16
Dogu, O., Pelucchi, M., Van de Vijver, R., et al. (2021). "The chemistry of chemical recycling of solid plastic waste via pyrolysis and gasification: State-of-the-art, challenges, and future directions. Progress in Energy and Combustion Science, 84, 100901, DOI: 10.1016/j.pecs.2020.100901. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2020.100901
Загрузки
Метрика
Выпуск
Раздел
Лицензия
Авторские права © 2026 Eldor Mashayev, Akhmadali Khudoyberdiyev , Iroda Talipova, Dianna Lukasheva, Elena Mezentseva, Khusain Urakov, Mohinur Pardaeva
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Данная работа лицензирована на условиях международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0.
Как цитировать
