Новосибирские ученые получили грант на исследования, которые могут помочь улучшить процессы глубокой нефтепереработки

Новосибирск, 26 мар - ИА Neftegaz.RU. Химики из Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН в г. Новосибирске получили грант Российского научного фонда на исследования, которые могут помочь качественно улучшить процессы глубокой нефтепереработки.

Об этом сообщили в пресс-службе вуза.

Название исследования:

17-73-30032, Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы для решения задач экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики
Руководитель, дхн, В. Пармон.


Это в русле подписанного М. Мишустиным Постановления правительства РФ от 18 марта 2021 г. N 405 «Об утверждении перечня установок вторичной переработки нефтяного сырья, на которых допускается получение жидкого топлива при реализации нового инвестиционного проекта, в от ношении которого заключается соглашение о защите и поощрении капиталовложений».

Ожидается, что теперь в нефтеперерабатывающую отрасль промышленности хлынет около 200 млрд рублей, и научная работа закипела.

В мировой нефтепереработке есть много технических решений по переработке тяжелых высокосернистых нефтяных остатков, но многие из решений требует значительных капитальных вложений.

Очередную технологию дерзко придумали сибирские ученые, предложив:

• использовать муравьиную кислоту для улучшения нефтепереработки. Саму кислоту получают из крахмала. Муравьиную кислоту можно использовать в переработке тяжелых нефтяных фракций, к примеру, гудрона.
• применить катализаторы на основе металлов. Их можно использовать многократно, что экономит ресурсы.

С применением собственных катализаторов химики получают из гудрона бензин и дизель.

Тезисы ведущего научного сотрудника Института В. Чеснокова:

• гудрон обеднен водородом;
• мы добиваемся, чтобы муравьиная кислота распадалась на водород и углекислый газ, а водород уже гидрировал гудрон.

На данный момент выход топливных фракций - 50%, этот показатель стараются увеличить.

Муравьиная кислота

Побочные продукты ухудшали качество процесса.
Однако лед тронулся еще в 2016 г, когда в университете г. Мельбурна группа ученых разработала молекулярный катализатор, помогающий при 70^оC выделить из HCOOH только водород (H₂) и диоксид углерода (CO₂).

Муравьиная кислота HCOOH - органическое соединение, первый представитель в ряду насыщенных одноосновных кислот.
Это довольно известная пищевая добавка E236.
При этом, это едкое вещество, вызывающее коррозию, ожоги кожи и слизистой оболочки.
Муравьиная кислота - отличный донор для водородных двигателей, хотя и пока очень дорогой.
Водород - легковоспламенимый, что можно решить, храня его в виде муравьиной кислоты.
В 1 л HCOOH есть около 53 грамма H₂. Катализатор техпроцесса создания водородного топлива - железо.
Теплотворная способность HCOOH - 120кДж/г, бензина - 45кД/г.
1 литру бензина соответствует энергия 7 литров HCOOH.
При этом КПД бензиновых двигателей - порядка 30%, водородных - около 100%.

Ожидаемые результаты по гранту:

• получить необходимый объем знаний по процессам управляемого замедленного коксования (УЗК) тяжелых нефтяных остатков (гудрона) на катализаторах;
• оценить перспективы использования катализатора на существующих отечественных НПЗ и строящихся на них УЗК;
• подтвердить предположения о том, что нефтяной кокс, армированный УНТ:
• способен улучшить как электрофизические, так и механические свойства углеродных материалов (электродов), получаемых из кокса.;
• сможет превзойти игольчатый кокс по целому ряду свойств;
• углеродные нанотрубки (УНТ):
• обладают высокой электропроводностью;
• способны выдерживать высокие плотности тока без разрушения из-за тепловыделения и электромиграции атомов;
• обладают уникальными механическими свойствами, сочетая высокую прочность с высокой упругостью.
• исследовать ключевые моменты механизма крекинга парафинов в условиях селективного СВЧ нагрева катализатора и определены основные закономерности процесса селективного образования линейных альфа-олефинов в СВЧ крекинге С16+ парафинов:
• это позволит заложить научные основы не имеющей аналогов в мире технологии получения линейных альфа-олефинов СВЧ пиролизом низкомаржинальных продуктов вторичной нефтепереработки с высоким содержанием парафинов;
• в России отсутствуют собственные технологии получения линейный альфа-олефинов (ЛАО);
• важно, что ЛАО, содержащие 4 и более атомов углерода, являются высоко востребованными в химической промышленности прекурсорами при производстве широкой номенклатуры высокомаржинальных продуктов, среди которых:
• высшие спирты (детергенты и пластификаторы),
• линейные алкилбензолсульфонаты (ПАВ),
• полиальфа-олефины (синтетические смазочные материалы) и др.
• в пероксидном окислении метана в муравьиную кислоту:
• определены оптимальные условия реакции в присутствии перспективного Cu-катализатора на основе цеолитов (молекулярных сит),
• изучены корреляции между пространственной структурой цеолита Cu-катализатора и его активностью и селективностью,
• изучены отдельные стадии механизма процесса в присутствии Cu-катализатора с оптимальной структурой цеолитной решетки и перспективным строением активного центра,
• предложена математическая модель процесса.
• в гидролизе-окислении биомассы в муравьиную кислоту:
• изучено влияние состава крахмалсодержащей микробиальной и лигноцеллюлозной биомассы и количества активных кислотных и OxRed центров в гомогенных и гетерогенных ГПК катализаторах на эффективность предложенных каталитических систем в образовании муравьиной кислоты из биомассы;
• в синтезе водорода из муравьиной кислоты:
• разработаны новые подходы к синтезу азотсодержащих углеродных носителей и металлических катализаторов на их основе,
• получена информация о природе адсорбированных форм на поверхности катализаторов в условиях реакции и выявлена их роль,
• впервые получены экспериментальные данные и сформулированы требования к катализатору для получения водорода при разложении различных смесей, содержащих муравьиную кислоту (НСООН+СH3COOH, НСООН+СH3OH).
• продолжены работы по исследованию состава биомассы микроводорослей и проведена оценка ключевых биохимических циклов, ответственных за накопление отдельных метаболитов;
• получены данные о возможности применения биомассы микроводорослей в процессах получения ценных продуктов (в тч химических веществ).
• будет получена нестационарная кинетическая модель с учетом закономерностей протекания реакций и дезактивации катализатора для условий промышленного процесса, которая позволит прогнозировать изменение параметров процесса в промышленных установках;
• будет составлена функция необратимой деградации катализатора для общей модели протекания процесса, которая позволит оптимизировать использование катализатора и, как следствие, эффективность всей технологической цепочки;
• будут получены данные о использовании зольного остатка, образующегося в результате сжигания иловых осадков сточных вод в кипящем слое катализатора, в создании новых композиционных материалов;
• будут продолжены работы по вовлечению в квалифицированную переработку каталитическими методами проблемного, трудноперерабатываемого другими методами углеводородного сырья (например, гудрон, попутные нефтяные С₁-С₄ газы, и т.п.) с целью получения экологически чистой тепловой энергии, а также разнообразных химических востребованных продуктов, таких как: муравьиная кислота, электродный и игольчатый кокс и других.

Все полученные данные будут опубликованы в виде статей в журналах по катализу, индексируемых в системах цитирования Web of Science, Scopus и РИНЦ, а также обобщены в обзорах и доложены на международных конференциях.

Автор: А. Шевченко, О. Бахтина