Создание высокоэффективных технологий каталитической гидроочистки тяжелых нефтяных фракций

В рамках выполнения проекта предложен новый подход к проведению процесса глубокой переработки тяжелых фракций нефти. Предложенный подход заключается в использовании легкокипящего сверхкритического растворителя, что позволяет существенно сократить время достижения полной конверсии сырья с 4-5 часов до 60-120 минут, а также снизить температуру процесса до 250-270 оС. В рамках проекта были проведены подбор сверхкритического растворителя, синтезированы и исследованы новые катализаторы на основе оксидов переходных металлов, нанесенных на полимерный высокопористый носитель, подобраны оптимальные условия проведения процесса, определены основные кинетические параметры десульфирования дибензотиофена и крекинга антрацена в среде сверхкритического растворителя в присутствии выбранного катализатора, предложен технологическая схема процесса. При реализации проекта были получены следующие результаты: 1. Смест гексан-метанол (1:1) в сверхкритическом состоянии была выбран в качестве растворителя для процесса глубокой переработки тяжелых фракций нефти. Растворитель характеризуется относительно низкими значениями критических параметров (в частности, температуры), а также легко смешивается с сырьем при комнатной температуре. Использование сверхкритического растворителя позволяет сократить время проведения процесса до 60-120 минут. 2. Синтезированы и изучены катализаторы на основе переходных металлов (Fe, Ru, Ni), нанесенных на полимерный носитель - сверхсшитый полистирол - методом гидротермального осаждения. Метод гидротермального осаждения позволяет получать катализаторы, характеризующиеся равномерным распределением частиц активной фазы со средним диаметром 2-6 нм на внутренней и внешней поверхности носителя, а также высокой удельной площадью поверхности (900-1200 м2/г) и бимодальным распределением пор с диаметром 4,5 и 10-20 нм. Доказано, что в процессе гидротермального нанесения и использования каталитических систем не происходит термической деструкции используемого полимерного носителя. 3. Проведено тестирование катализаторов на основе переходных металлов, нанесенных на полимерный носитель - сверхсшитый полистирол. Показано, что катализаторы значительно увеличивают скорость конверсии модельных соединений тяжелой фракции нефти. Выбран никель-железосодержащий катализатор, который позволяет получать углеводороды н- и изо-С7-С15, а также бензол, толуол и ксилол. Содержание полинафтеновых соединений в сырье уменьшается до 2%, а содержание полиароматических соединений - до 0,7%. Степень удаления серы составила 100%. 4. Определены основные кинетические параметры процесса десульфирования дибензотиофена: выявлено, что размер гранул катализатора и скорость перемешивания практически не влияют на скорость расходования субстрата, что характерно для реакций, проходящих в сверхкритических условиях, за счет образования псевдо-гомогенной фазы. На основании данных о влиянии температуры рассчитана величина кажущейся энергии активации составила 52 кДж/моль. Частные порядки реакции составили 1 для катализатора и 1 для дибензотиофена. 5. Определены основные кинетические параметры процесса крекинга антрацена: выявлено, что размер гранул катализатора и скорость перемешивания практически не влияют на скорость расходования субстрата, что характерно для реакций, проходящих в сверхкритических условиях, за счет образования псевдо-гомогенной фазы. На основании данных о влиянии температуры рассчитана величина кажущейся энергии активации составила 26 кДж/моль. Частные порядки реакции составили 1 для катализатора и 0,85 для антрацена. 6. Предложена технологическая схема процесса глубокой переработки тяжелых фракций нефти.