Метастабильные катализаторы, полученные лазерной обработкой в жидкости, для эффективного дегидрирования алканов

В отчете представлены результаты исследований, выполненных в 2022 году по совместному с Иностранным партнером (Северо-Западным политехническим университетом, Китай) проекту «Метастабильные катализаторы, полученные лазерной обработкой в жидкости, для эффективного дегидрирования алканов» (шифр «13.2251.21.0100») в рамках Соглашения о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидий в соответствии с пунктом 4 статьи 78.1 Бюджетного кодекса Российской Федерации № 075-15-2021-1386 от 15.10.2021 с дополнительными Соглашениями. Объект исследования — пористые носители и метастабильные катализаторы на их основе. Цель работы — разработка новых материалов – метастабильных катализаторов, нанесенных на пористые носители, для дегидрирования легких алканов в присутствии углекислого газа с целью получения из них ценных полупродуктов для производства полимеров. Методология проведения работы — синтез новых метастабильных катализаторов, нанесенных на пористые носители; определение их физико-химических характеристик и каталитических свойств. Результаты работы и их новизна. Изготовлена лабораторная установка дегидрирования легких алканов в соответствии с эскизной конструкторской документацией на изготовление лабораторной установки дегидрирования легких алканов. Проведены патентные исследования по ГОСТ Р15.011-96, определен уровень техники носителей катализаторов дегидрирования легких алканов (носители: оксиды кремния, циркония, магния, а также цеолиты) катализаторов дегидрирования легких алканов в присутствии углекислого газа, установлено наличие следующих признаков патентоспособности объекта техники «Катализатор окислительного дегидрирования пропана в присутствии углекислого газа»: новизны, изобретательского уровня, промышленной применимости. Проведены лабораторные испытания пористых носителей с получением результатов – значения удельной поверхности (м2/г), распределение пор по размерам. Разработаны Программа и методики проведения лабораторных испытаний катализаторов в процессе дегидрирования легких алканов. Проведены лабораторные испытания катализаторов дегидрирования легких алканов с получением результатов – зависимостей конверсии алкана, селективности по олефину от параметров процесса (температура не выше 900 °С, давление не ниже 0,1 МПа, газовая скорость подачи сырья не ниже 1000 мл*г-1*ч-1). Разработаны кинетические модели-кандидаты для реакции дегидрирования легких алканов (всего 5 моделей), разработаны рекомендации по выбору условий проведения процесса. Иностранным партнёром получены гетерогенные катализаторы путём иммобилизации метастабильных частиц на пористых носителях. Иностранным партнёром исследовано взаимодействие метастабильных катализаторов и пористых носителей (а именно, закрепление на носителе одиночных наночастиц размером менее 10 нм); были выявлены закономерности сохранения дефектов и кислорода в составе метастабильных частиц (а именно, образование хорошо диспергированных на поверхности пористого носителя наночастиц в оксидной форме) при их иммобилизации на пористом носителе. Область применения результатов. Полученные катализаторы могут быть использованы для дегидрирования легких алканов в присутствии углекислого газа с целью получения ценных полупродуктов для производства полимеров. Экономическая эффективность или значимость работы. Разработка новых метастабильных дисперсных и нанесенных на пористые носители катализаторов позволит получить научные результаты мирового уровня, а в отдельных направлениях — превышающие мировой уровень. Прогнозные предположения о развитии объекта исследования. На основании полученных результатов могут быть разработаны метастабильные катализаторы, нанесенные на пористые носители, для дегидрирования легких алканов в присутствии углекислого газа с целью получения из них ценных полупродуктов для производства полимеров.