Разработка катализаторов с регулируемой селективностью гидрирования карбоксилатных групп сложных эфиров и жирных кислот

В последнее время большое внимание уделяется разработке эффективных подходов к использованию возобновляемого сырья в качестве сырьевого источника для получения энергоносителей, компонентов моторных топлив и продуктов с высокой добавленной стоимостью. Эти задачи решаются так называемой “зеленой химией”, базирующейся на использовании возобновляемой биомассы и ее продуктов в качестве исходного сырья. К перспективным источникам углеводородов можно отнести растительные масла, жирные кислоты и их метиловые эфиры, получаемые из широкого ряда растений, не пригодных в пищу и способных произрастать на непригодных для сельского хозяйства территориях. Целью настоящей работы является разработка научных основ направленного синтеза промышленно-важных органических соединений таких как: изоалканы, линейные альфа-олефины, линейные альфа-спирты из жирных кислот и сложных эфиров. Определение маршрутов гидрогенолиза карбоксильных групп сложных эфиров и свободных кислот в присутствии катализаторов различной природы позволит разработать методики синтеза и/или предварительной обработки катализаторов с целью направленного регулирования их свойств. Использование продуктов биомассы в качестве сырья для синтеза углеводородов позволяет уменьшить выбросы в атмосферу диоксида углерода, оксидов серы и азота, а также диверсифицировать источники энергии, повысить энергетическую безопасность районов, лишенных источников ископаемых энергоносителей либо удаленных от их инфраструктуры и стимулировать развитие экономики сельского хозяйства.В настоящее время гидрирование жирных кислот и их эфиров до соответствующих спиртов осуществляется в присутствии медь-хромовых или цинк-хромовых систем. Существенным недостатком существующих методов является необходимость высокого давления водорода 150-300 атм при температурах 250-350°С, высокая чувствительность катализаторов к ядам, в.т.ч. воде, образующейся в ходе реакции гидрогеолиза, а также токсичность соединений хрома. Снижение рабочих температуры и давления позволит существенно снизить капитальные затраты и энергоэффективность селективного гидрирования карбоксильных групп.Разработка одностадийного синтеза изоалканов из жирных кислот и их сложных эфиров позволит предложить экологически чистую альтернативу дизельному топливу, производимому из нефти, при этом значительно уменьшив число технологических стадий, таких, например, как сероочистка. Существующие методы получения изоалканов из растительных масел и их производных являются многостадийными и, как правило, используют стадию не деоксигенацию карбоксилатного фрагмента, а его декарбоксилирование, что приводит к потере углеродной массы и расходованию водорода на образование тупикового продукта – метана.В ходе выполнения работ будут достигнуты следующие результаты:Разработан способ прямого превращения сложных эфиров и жирных кислот в изоалканы с селективностью не ниже 90 % при полной конверсии исходного сырья.Разработан катализатор селективного гидрирования сложных эфиров и жирных кислот в спирты при температурах 80-150 °С и давлении водорода, не превышающем 20-30 атм.Будут выявлены корреляции между особенностями структуры, зарядового состояния и кислотно-основных свойств катализаторов с их действием в процессе селективного гидрирования сложных эфиров и жирных кислот. Будет предложен наиболее вероятный маршрут протекания гидрирования карбоксилатных групп на гетерогенных катализаторах и выявлены факторы, оказывающие влияние на скорость протекания реакции.