Новые наноматериалы для глубокой переработки и повышения эффективности использования углеводородного сырья

Отчет 140 с., 78 рис., 37 табл., 91 источн., 3 прил. Ключевые слова: НАНОЦЕОЛИТЫ С ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ, МОДИФИЦИРОВАНИЕ РОДИЕМ И МАГНИЕМ, ПРЕВРАЩЕНИЕ СОх В ОКСИГЕНАТЫ, НАНОРАЗМЕРНЫЕ ДИСПЕРСИИ; ГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ; ТРЕХФАЗНОЕ ГИДРИРОВАНИЕ; СЛАРРИ-РЕАКТОР, ОКСИДЫ УГЛЕРОДА, ГИДРОКОНВЕРСИЯ, ТЯЖЕЛОЕ НЕФТЯНОЕ СЫРЬЁ, НАНОРАЗМЕРНЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ, ПРОДУКТЫ УПЛОТНЕНИЯ, ЦЕОЛИТЫ, КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ, МЕХАНИЧЕСКИЙ РАЗМОЛ, НАНОЦЕОЛИТ, КАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ, НЕНАНЕСЕННЫЙ СУЛЬФИДНЫЙ КАТАЛИЗАТОР, ГИДРОДЕАЗОТИРОВАНИЕ, ГИДРИРОВАНИЕ, ПИРИДИН, НАФТАЛИН, БИОМАССА, ВОДОРОД, ФОТОКАТАЛИЗ, СИНТЕЗ-ГАЗ, МИКРОВОЛНОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Направления исследования: 1. Утилизация оксидов углерода (глава 1), 2. Переработка тяжелого нефтяного сырья (глава 2), 3. Модификация цеолитов путем размола (глава 3), 4. Гидрогенизационные процессы (глава 4), 5. Фотокатализ (глава 5). Объекты исследования: По направлению 1: - родий- и магнийсодержащие цеолитные катализаторы на основе наноцеолитов с иерархической структурой (с микро- и мезопорами) типа ZSM-5, - наноразмерные металлсодержащие катализаторы для синтеза углеводородов в трехфазном сларри-реакторе, сформированные методом термического разложения растворов прекурсоров металлов непосредственно в дисперсионной среде, По направлению 2: продукты уплотнения при гидроконверсии тяжелого нефтяного сырья в присутствии дисперсных наноразмерных катализаторов, По направлению 3: новые высокоактивные цеолитные нанокатализаторы крекинга из коммерческих цеолитов, По направлению 4: ненанесенные наноструктурированные никель-вольфрамовые сульфидные катализаторы, По направлению 5: - фотокатализаторы состава Bi/TiO2, (Bi+Fe)/TiO2, (Bi+In)/TiO2 в реакциях С-С связывания метанола, этанола, ароматических спиртов; - углеродные материалы, представляющие собой остатки переработки лигнина, - коммерчески доступные углеродные адсорбенты, применяемые в качестве поглотителей микроволнового излучения (МВИ). Цель работы: По направлению 1: - Создание эффективных цеолитных катализаторов для процессов превращения СОх в ценные кислородсодержащие органические продукты, оптимизация структуры катализатора и условий реакций. - Разработка научных основ процесса переработки сбросных и генераторных газов. По направлению 2: Исследование каталитической активности различных дисперсных катализаторов в реакциях ингибирования образования продуктов уплотнения при гидроконверсии ТНС. По направлению 3: Оптимизация условий механического размола коммерческого цеолита типа Y – CBV-760 – с получением каталитических частиц, активность которых в каталитическом крекинге вакуумного дистиллята выше по сравнению с исходным цеолитом. По направлению 4: Определение особенностей формирования in situ сульфидных катализаторов гидродеазотирования, как условия формирования влияют на их активность, структурные и текстурные характеристики. По направлению 5: Разработка высокоэффективных фотокатализаторов путем модификации поверхности полупроводника катионами переходных металлов. Методы исследования: Метод динамического светорассеяния, рентгенофлуоресцентный анализ, инфракрасная Фурье-спектроскопия, газожидкостная хроматография, рентгеновская адсорбционная спектроскопия, ультразвуковая обработка, просвечивающая электронная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, микроанализ в темном поле при больших углах, рентгеноспектральный электронно-зондовый микроанализ, спектроскопия протяжённой тонкой структуры спектра рентгеновского поглощения, спектроскопия околопороговой структуры спектра рентгеновского поглощения, рентгенофлуоресцентный анализ, инфракрасная спектроскопия диффузного отражения, хромато-масс-спектрометрия. Основные результаты: По направлению 1: Показано, что ультразвуковая и щелочная обработка цеолитов значительно повышает их каталитическую активность в гидрировании СО2 в метанол и в окислительном карбонилировании метана в уксусную кислоту. Синтезированы каталитические суспензии на основе металлов VIII группы (Fe, Co, Ni). Установлено влияние природы и концентрации активного металлического компонента на выход и состав получаемых продуктов в процессе трехфазного гидрирования смеси СО+СО2. По направлению 2: Впервые выполнен комплекс исследований по изучению влияния получаемых in situ из различных прекурсоров суспензионных катализаторов на образование полиароматических углеводородов, смол, асфальтенов и кокса при гидроконверсии тяжелого нефтяного сырья; установлено, что сульфидные формы катализаторов Мо, Ni, Co и Fe ингибируют процессы образования кокса и полиароматических углеводородов в вакуумном газойле и непревращенном остатке гидроконверсии; установлено, что образование кокса при гидроконверсии соответствует реакции первого порядка. По направлению 3: Получены цеолиты с размером зерна менее 500 нм; измерены их физико-химические характеристики. Получены данные по каталитической активности цеолитов в реакции каталитического крекинга вакуумного дистиллята. По направлению 4: Впервые проведен процесс совместного гдродеазотирования-гидрирования в присутствии сформированных in situ наноструктурированных сульфидных никель-вольфрамовых катализаторов. По направлению 5: Разработаны высокоэффективные фотокатализаторы путем модифицирования поверхности полупроводника катионами переходных металлов. Область практического применения: По направлению 1: Разработанные постсинтетические методы модификации цеолитов по УЗО и ДС методикам могут явиться основой создания новых каталитических систем, в которых активный металл распределён в виде отдельных атомов на цеолитах, что приводит к заметному повышению их каталитической активности в конверсии СО2 и метана в метанол и уксусную кислоту соответственно. Полученные данные позволят определить наиболее активный состав катализатора для превращения сбросных генераторных газов в ценные нефтехимические продукты. По направлению 2: Полученные результаты будут полезны в опытно-промышленных условиях при выборе катализатора и отработке технологии гидроконверсии тяжелого сырья в зависимости от его состава. По направлению 3: Полученные результаты могут быть применены для создания катализаторов с повышенной эффективностью для различных процессов нефтепереработки и нефтехимии. По направлению 4: Полученные результаты могут быть использованы для разработки сульфидных катализаторов гидродеазотирования нефтяного и альтернативного углеродсодержащего сырья в периодическом режиме. По направлению 5: Данные результаты позволят расширить базу катализаторов и подходов по получению водорода из возобновляемого сырья.