Как примеси в пиролизном масле влияют на катализатор: важен не только уровень азота

Исследователи Корейского научно-исследовательского института химических технологий совместно с Корейским университетом технологий и образования изучили, как примеси в пиролизном масле влияют на его каталитическую переработку. Среди проверенных соединений особенно заметное снижение активности катализатора вызывал 2-метилпиридин. При этом другое азотсодержащее вещество — бензонитрил — влияло на процесс значительно слабее.

Работой руководили ведущий научный сотрудник отдела исследований химических процессов института Ким До-Кён и профессор университета Ким Тэ-Ён. Результаты опубликованы в апрельском номере ACS Catalysis за 2026 год.

Почему состав пиролизного масла имеет значение

Пиролизное масло получают при высокотемпературном разложении пластиковых отходов. Его можно использовать как альтернативу нефтяному сырью, в том числе нафте. При каталитическом крекинге содержащиеся в нем углеводороды превращаются в легкие олефины, включая этилен и пропилен — сырье для производства пластмасс и других химических продуктов.

Однако вместе с исходным пластиком и добавками в масло попадают соединения азота, серы, хлора и кислорода. Их состав меняется от партии к партии, из-за чего сложнее прогнозировать выход продукции и поддерживать стабильный режим переработки.

В 2024 году исследовательская группа представила технологию каталитического крекинга в циркулирующем псевдоожиженном слое, позволяющую получать легкие олефины из пиролизного масла без отдельной стадии гидроочистки. Тогда испытания проводили только на одном типе масла. Новая работа посвящена влиянию состава и концентрации примесей.

Азотсодержащие соединения действуют по-разному

В экспериментах исследователи по отдельности добавляли в пиролизное масло каждую из 13 примесей, содержащих азот, серу, хлор или кислород. Затем сравнивали выход легких олефинов и распределение продуктов на цеолитном катализаторе, разработанном в 2024 году.

В условиях испытаний серо-, хлор- и кислородсодержащие соединения оказывали относительно небольшое влияние. Некоторые соединения азота, напротив, заметно снижали активность катализатора. Разница между действием 2-метилпиридина и бензонитрила показала: одного показателя общего содержания азота недостаточно для оценки качества сырья. Нужно учитывать, в состав каких молекул он входит.

Как примеси блокируют реакционные центры

Чтобы объяснить результаты экспериментов, команда использовала вычислительный метод на основе потенциала машинного обучения — MLP. С его помощью исследователи сравнили, насколько прочно азотсодержащие соединения и углеводороды связываются с активными центрами цеолита.

Именно на этих центрах происходит расщепление углеводородов. Если их занимают примеси, доступ углеводородов к ним сокращается, а выход легких олефинов падает. На силу этого воздействия также влияют размер молекул и структура пор катализатора.

Что дают температура и регенерация

Рост концентрации азотсодержащих примесей усиливал снижение активности катализатора. Повышение температуры реакции, напротив, смягчало этот эффект.

После многократного использования катализатор восстанавливал исходные характеристики при регенерации, удалявшей углеродные отложения. Этот результат поддерживает выбор процессов с циркулирующим псевдоожиженным слоем, в которых катализатор непрерывно регенерируют и возвращают в работу.

Как результаты могут использовать переработчики

Исследование дает основу для более точной оценки пиролизного масла перед подачей в процесс: не только по суммарному содержанию примесей, но и по их составу. Президент института Шин Сок-мин отметил, что такой подход может помочь прогнозировать снижение активности катализатора и подбирать меры контроля примесей и режимы эксплуатации под конкретное сырье.

Для нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий это потенциальный инструмент формирования требований к закупаемому маслу, выбора предварительной обработки и планирования замены катализатора. Экономический эффект будет зависеть от того, удастся ли на практике продлить срок его службы и сократить число остановок производства.