Експлуатаційні властивості палива для судноплавства, отриманого з вторинної полімерної сировини

Abstract

В статті обґрунтовано необхідність визначення експлуатаційних властивостей палива для судноплавства, отриманого з вторинної поліолефінової (HDPE та РР) сировини шляхом каталітичного піролізу. Оцінювати експлуатаційні властивості палива для судноплавства – marine gasoil (MGO) пропонується за значенням цетанового індексу (ЦІ, од.), співвідношення Н:С, робочої теплоти згоряння (Q, МДж/кг). З огляду на запропоновану нами схему каталітичного піролізу полімерної сировини, яка складається з двох стадій (І стадія – протікання реакцій на суміші (1:1) цеолітвмісних каталізаторів Zn-H-ZSM-5/Fe-H-ZSM-5; ІІ стадія – протікання реакцій на каталізаторі Ni-H-ZSM-5), виникає необхідність визначати наведені вище показники якості продуктів реакції (фракцій з межами википання п.к.-360(380) °С) після кожної стадії процесу. Також додатково нами були визначені показники якості і для фракцій, отриманих на промисловому каталізаторі H-ZSM-5. Запропонована програма досліджень, з одного боку, дозволяє визначити ефективність процесу піролізу з обраними каталізаторами у порівнянні з промисловою технологією, з іншого – дозволить корегувати процес в напрямку отримання кінцевого продукту рівня якості, який відповідає вимогам до MGO, представленим в ISO 8217:2017. Проведені дослідження показали, що за величиною ЦІ (48–50 од.) та ν 40 (2,8–3,1 мм²/с) фракції з межами википання 180–360(380) °С, які отримані піролізом полімерної сировини по запропонованій нами двохстадійній технології (на каталізаторах Zn-H-ZSM-5/Fe-H-ZSM-5, Ni-H-ZSM-5) можна віднести до марок дистилятних морських палив DMA, DFA, DMZ, DFZ (ISO 8217:2017). Дані фракції також характеризується високим співвідношенням Н:С (для HDPE – 1,62; для РР – 1,64) та робочою теплотою згоряння (для HDPE – 44,0 МДж/кг; для РР – 44,3 МДж/кг), що дає змогу використовувати їх в якості палив для судноплавства.The article substantiates the need to determine the operational properties of shipping fuel obtained from secondary polyolefin (HDPE and PP) raw materials by catalytic pyrolysis. It is proposed to evaluate the operational properties of fuel for shipping – marine gasoil (MGO) by the value of the cetane index (CI, unit), H:C ratio, working heat of combustion (Q, MJ/kg). In view of the scheme of catalytic pyrolysis of polymeric raw materials proposed by us, which consists of two stages (I stage - the course of reactions on a mixture (1:1) of zeolitecontaining catalysts Zn-H-ZSM-5/Fe-H-ZSM-5; II stage – the course of reactions on the NiH-ZSM-5 catalyst), it is necessary to determine after each stage of the process the quality indicators of the reaction products (fractions with boiling points of -360(380) °С) given above. Also, additionally, we determined the quality indicators for the fractions obtained on the H-ZSM-5 industrial catalyst. The proposed research program, on the one hand, allows to determine the efficiency of the pyrolysis process with the selected catalysts in comparison with industrial technology, on the other hand, it will allow to adjust the process in the direction of obtaining a final product of a quality level that meets the requirements for MGO presented in ISO 8217:2017. The conducted studies showed that by the value of CI (48-50 units) and ν 40 (2,8–3,1 mm²/s) the fractions with boiling points of 180–360(380) °С, which were obtained by pyrolysis of polymer raw materials according to the two-stage technology proposed by us (on Zn-H-ZSM-catalysts 5/Fe-H-ZSM-5, Ni-H-ZSM-5) can be attributed to the brands of distillate marine fuels DMA, DFA, DMZ, DFZ (ISO 8217:2017). These fractions are also characterized by a high Н:C ratio (for HDPE – 1.62; for PP – 1.64) and working heat of combustion (for HDPE – 44.0 MJ/kg; for PP – 44.3 MJ/kg), which makes it possible to use them as fuels for shipping.