Глубокая комплексная переработка углеводородного сырья: научные основы создания новых материалов и процессов с использованием нанотехнологий

Объектами исследования являются наноразмерные цеолитные катализаторы процесса алкилирования в сларри-реакторе; фотокатализаторы на основе наночастиц TiO2, модифицированные Fe3+, Bi3+, Co2+; присадки на основе амонниевых солей диалкилдитиокарбаминовых кислот; гибридные каталитические системы типа OX-ZEO, в состав которых входят оксиды металлов, активные в конверсии метана и диоксида углерода в метанол/ДМЭ, и катализаторы на основе ZSM-5, активные и селективные в DTO-реакции; полифункциональные катализаторы конверсии синтез-газа в жидкие углеводороды, состоящие из CuОZnО-оксидного катализатора синтеза оксигенатов из СО и Н2 и катализатора Zn-HZSM-5 синтеза УВ из оксигенатов, катализаторы получения обогащенной триптаном смеси жидких УВ из диметилового эфира (ДМЭ) на основе модифицированного La и Pd цеолита типа Y с иерархической структурой и с размером частиц менее 1 мкм; ненанесенные сульфидные никель-вольфрамовые катализаторы, полученные из маслорастворимых прекурсоров; наноразмерные катализаторы гидроконверсии тяжелого нефтяного сырья. Целями работы являются: – синтез наноразмерных гетерогенных катализаторов, диспергированных в реакционной среде в сларри-реакторе для получения изопарафинов алкилированием изобутана бутиленами; – исследование фотоэлектрокаталитической активности гематитных пленок, приготовленных золь–гель-методом и модифицированных TiO2, висмутом и кобальтом, в реакции деградации спиртов, в частности метанола, а также роли рекомбинационных процессов в гематитных пленках в зависимости от характера их модификации; – синтез нового типа полностью беззольных оргаических присадок, значительно улучшающих противоизносные свойства смазочных материалов; – повышение эффективности процесса превращения диметилового эфира в низшие олефины за счет вовлечения метана и диоксида углерода, побочных продуктов синтеза диметилового эфира из синтез-газа, в образование низших олефинов; – создание высокоселективных полифункциональных катализаторов прямого синтеза жидких УВ из СО и Н2 и катализаторов получения обогащенной триптаном смеси жидких УВ из ДМЭ; – исследование процесса гидрооблагораживания хлорсодержащих модельных смесей на примере 1,4-дихлорбензола и 2-хлортоуола, как двухкомпонентных, так и трехкомпонентных; – исследование каталитической активности суспензии наноразмерных частиц промотированного никелем дисульфида Мо в реакции гидрирования ароматических углеводородов. В результате работы: – уточнены оптимальные условия проведения реакции алкилирования изобутана бутиленами на лабораторном реакторе с суспендированным в сырье и продуктах реакции катализатором; – показано, что фотокаталитические свойства тонкопленочного гематитового фотоэлектрода, полученного золь–гель-методом, в реакции деградации метанола из водного раствора улучшаются при модифицировании его поверхности титаном, кобальтом и висмутом, при этом фотоэлектрокаталитическая активность возрастает в ряду: Fe2O3 < <TiO2/Fe2O3 < Bi3+/TiO2/Fe2O3 < Co2+/TiO2/Fe2O3; – было показано, что введение присадок на основе амонниевых солей диалкилдитиокарбаминовых кислот в состав силиконовых смазочных материалов в количестве 0,5-2% масс. позволяет улучшить их противоизносные свойства более чем на 50% по сравнению с теми же смазочными материалами, но не содержащими указанные присадки; – разработаны подходы для создания гибридных катализаторов типа OX-ZEO, способных вовлекать метан и диоксид углерода в реакции образования низших олефинов; – полученные гибридные каталитические системы OX-ZEO, а также модифицированные цеолитные катализаторы были исследованы в конверсии метана в среде диоксида углерода в условиях DTO-процесса; – установлено, что при атмосферном давлении и температуре 320оС на оксидной составляющей ZrO2+ZnO смесь метана и диоксида углерода превращается в диметиловый эфир (селективность ~ 100 мас. %, выход 7,1 мас. %), на цеолитной составляющей Mg-HZSM-5 – образуются углеводороды С2+ (селективность по низшим олефинам 78 мас. %, выход 4,0 мас. %), а на гибридной каталитической системе ZrO2+ZnO/Mg-HZSM-5 выход по низшим олефинам увеличивается (до 4,4 мас. %); – показано, что увеличение температуры реакции до 380оС способствует росту конверсии метана и увеличению выхода низших олефинов с 4,4 до 5,8 мас. %. При более благоприятной температуре DTO процесса (320оС) повысить конверсию метана и выход низших олефинов (до 7,0 мас. %) удалось при уменьшении скорости подачи сырья с 7,0 до 3,5 л/ч или при увеличении давления с 0,1 до 1,0 МПа; – установлено, что введение в состав CuОZnО-катализатора γ-Al2O3 повышает в составе оксигенатов содержание ДМЭ, продукта дегидратации метанола (МеОН) на Al2O3, образующегося из СО и Н2 на CuОZnО-катализаторе, и приводит к увеличению селективности по С5+–УВ на комбинированном катализаторе CuОZnО-Al2O3/Zn-HZSM-5; – установлено, что оптимальными температурой и давлением для селективного получения С5+–УВ из СО и Н2 являются 340°С и 10 МПа, соответственно; – в присутствии катализатора, на основе модифицированного La и Pd цеолита Y с иерархической пористой структурой в довольно жестких для синтеза триптана условиях из ДМЭ с высокой селективностью (88.5 мас. %) получен бензин с высоким содержанием изо-парафинов 84,5 мас. % (в т.ч. триптана более 8 мас. %), обеспечивающего ОЧИ не менее 82, достаточно высокое для продукта с низким содержанием АрУ (менее 2 мас. %, в т.ч. дурол – 0.1 мас. %); – показано, что при совместном протекании процессов гидродехлорирования и гидрообессеривания быстрее протекает процесс гидрообессеривания: по сравнению с однокомпонентной смесью; – установлено, что с ростом содержания никеля в синтезированном катализаторе растет конверсия ароматических углеводородов, смол и асфальтенов, снижается коксообразование; – выполненные теоретические расчеты и экспериментальные исследования показали высокую эффективность промотированного никелем дисперсного сульфидно-молибденового катализатора в реакциях гидрирования компонентов тяжелого нефтяного сырья с высоким содержанием ароматических структурных элементов