Оптимизация составов катализаторов и технологических параметров проведения процессов. Ресурсные испытания

В отчете представлены результаты исследований, выполненных в 2024 году по проекту: «Катализаторы на основе наноструктурированных материалов для процессов переработки углеродсодержащего сырья в компоненты моторных топлив и нефтехимические полупродукты» (шифр «FSZE-2022-0002») в рамках Государственного задания № 075-01565-22-03 от 28.10.2022 г. Объект исследования — функциональные микропористые/микро-мезопористые материалы, носители и катализаторы на их основе для процессов переработки углеродсодержащего сырья в компоненты моторных топлив и нефтехимические полупродукты. Цель работы — создание фундаментальных основ технологии производства наноструктурированных катализаторов нового поколения на основе природных и синтетических алюмосиликатов или их композитов для каталитических процессов переработки возобновляемого и традиционного углеродсодержащего сырья в компоненты моторных топлив и ценные продукты нефтехимии. Методология проведения работы — оптимизация составов, наработка лабораторных образцов катализаторов и их испытание в гидродеоксигенации компонентов лигноцеллюлозной бионефти, изомеризации ксилолов (ароматическая фракция С-8), изомеризации н-алканов (цетан) и дизельной фракции. Исследование влияния способов нанесения металлов на формирование активной фазы катализаторов, определение их физико-химических характеристик, каталитической активности вышеуказанных процессах. Проведение ресурсных испытания катализаторов с использованием реального сырья (бензиновой фракции продукта замедленного коксования гудрона и лигноцеллюлозной бионефти, дизельной фракции процесса Фишера–Тропша, гидроочищенной нефтяной дизельной фракции). Исследование низкотемпературных свойств, компонентного и фракционного состава, плотности, температуры вспышки, содержания серы полученных продуктов. Результаты работы и их новизна. Была проведена оптимизация состава разработанных ранее катализаторов. Была проведена оптимизация технологий получения лигноцеллюлозной бионефти (пиролиз, замедленное коксование) и дизельной фракции (синтез Фишера–Тропша). На основании результатов анализа физико-химических и каталитических свойств синтезированных лабораторных образцов были установлены корреляции «состав-структура-свойства» и выбраны катализаторы, соответствующие требованиям, сформулированным в ожидаемых результатах выполнения проекта, и обеспечивающие наилучшие показатели процессов. Основным результатом выполнения НИР являются разработанные лабораторно-технологические инструкции на приготовление катализаторов гидроизомеризации ароматических углеводородов С-8 (на основе функционального материала ZSM-5 и алюмосиликатных нанотрубок, где нанотрубки использованы как источник кремния и алюминия для формирования цеолитного каркаса, так и в качестве связующего компонента), линейных алканов/дизельной фракции (на основе функциональных материалов ZSM-23 и ZSM-48) и гидрооблагораживания кислородсодержащих соединений бионефти лигноцеллюлозного происхождения (на основе функционального цеолита ZSM-5, синтезированного с использованием алюмосиликатных нанотрубок). Новизна результатов работы заключается в использовании в качестве компонентов наноструктурированных катализаторов природных алюмосиликатных нанотрубок, создании композитных материалов на их основе, новых способах получения возобновляемого сырья и предложенных каталитических систем для его переработки. Область применения результатов. Разрабатываемые катализаторы и технологии их приготовления могут быть использованы в нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Экономическая эффективность или значимость работы. Ориентированность на использование альтернативных источников энергии (биомасса), а также природного сырья в составе катализаторов позволит существенно снизить стоимость их производства без потери основного функционала и обеспечить устойчивое развитие отечественной альтернативной энергетики. Разработка наноструктурированных носителей на основе природных и синтетических алюмосиликатов, в том числе их композитов, в совокупности с исследованиями катализаторов на их основе в крупнотоннажных процессах переработки нефти и нефтехимии позволит получить научные результаты мирового уровня, а в отдельных направлениях – превышающие мировой уровень. Практическое применение ожидаемых научных и научно-технических результатов. Лабораторные технологические инструкции, результаты физико-химических исследований и лабораторных каталитических испытаний, данные о маршрутах превращения сырьевых компонентов, установленные корреляции «состав-структура-свойства» могут быть использованы для создания промышленных технологий производства катализаторов гидропроцессов переработки углеродсодержащего сырья. Реализация предлагаемого проекта будет способствовать развитию технологий альтернативной энергетики и диверсификации используемых источников энергии для устойчивого развития экономики Российской Федерации.