Разработка полифункционального катализатора для одностадийного получения биоавиакеросина из триглицеридов жирных кислот

Проект направлен на решение одной из значимых современных проблем – разработку подходов к созданию бифункционального гетерогенного катализатора, не содержащего благородных металлов, для одностадийного синтеза биоавиакеросина из алифатических эфиров или из триглицеридов жирных кислот. Актуальность данной проблемы обусловлена общим трендом “декарбонизации” экономики, в том числе транспортного сектора, путем снижения выбросов СО2. В авиационной отрасли использование водорода или электричества представляется маловероятным, поэтому решением проблемы становится биоавиакеросин, компоненты которого впромышленности получают из эфиров или триглицеридов жирных кислот (ТЖК), в две стадии. Сначала получают смесь алканов в результате гидродеоксигенации ГДО), затем - проводят гидроизомеризацию/гидрокрекинг алканов. Одностадийный процесс гидропереработки ТЖК в компоненты биоавиакеросина является более эффективным, поэтому разработка полифункциональных катализаторов, обеспечивающих протекание нескольких реакций одновременно (ГДО, гидроизомеризации и гидрокрекинга), является перспективным направлением исследований, активно развивающимся в последние годы. Анализ литературы показал, что высокий выход углеводородов керосиновой фракции достигается при использовании катализаторов на композитных носителях, в состав которых входят цеолиты ZSM-5, ZSM-22, , силикоалюмофосфат SAPO-11. В данном проекте для приготовления носителей выбраны цеолиты, отличающиеся пористой структурой (ZSM-5, ZSM-22, ZSM-12) и химическим составом (силикоалюмофосфат SAPO-11). Современной тенденцией при разработке катализаторов для одностадийной переработки ТЖК в компоненты биоавиакеросина является использование активных компонентов, не содержащих благородных металлов - Ni, Сo, известны примеры использования второго элемента (Ag, Co, Ni, P) для улучшения каталитических свойств Ni-содержащих катализаторов (стабильности, селективности образования углеводородов керосиновой фракции). В настоящей работе в качестве активных компонентов будут использованы MoS2 и Ni2P. MoS2 обладает уникальной способностью проводить гидродеоксигенацию (ГДО) алифатических O-содержащих соединений (эфиров и триглицеридов жирных кислот) по маршруту так называемой “прямой ГДО”, без образования оксидов углерода. Ni2P характеризуется высокой стабильностью в присутствии O-содержащих соединений и электронными свойствами, аналогичными свойствам благородных металлов, что делает его эффективным катализатором для реакций гидрирования в жидкой фазе. В современной научной литературе при исследовании активности бифункциональных катализаторов в реакциях гидродекоксигенации ТЖК, цеолиты используются чаще всего в виде порошков, в то время как в промышленности используются гранулированные катализаторы, и наличие связующего может влиять как на формирование активной фазы, так и на каталитические свойства. Поэтому неотъемлемой частью проекта является исследование закономерностей формирования нанесенных фосфидных катализаторов на гранулированных композитных носителях, содержащих в своем составе цеолиты ZSM-5, ZSM-12, ZSM-22, или силикоалюмофосфат SAPO-11. На основании результатов исследования образцов комплексом физико-химических методов (ТПВ, NH3-ТПД, РФА, РФЭС, ПЭМ, 31P, 27Al ЯМР) будут сделаны выводы о влиянии способа приготовления (методом пропитки предшественника или путем жидкофазного фосфидирования) на дисперсность и локализацию (на поверхности цеолита, носителя, или на границе раздела) активной фосфидной фазы. Будет проведено сравнительное исследование фосфидных и сульфидных катализаторов, отличающихся природой и количеством добавок в составе композитного носителя (цеолиты ZSM-5, ZSM-12, ZSM-22 или силикоалюмофосфат SAPO-11), в реакциях гидроизомеризации, гидрокрекинга и гидродексигенации (ГДО) алифатических эфиров (отличающихся длиной углеродной цепи и количеством двойных связей) и триглицеридов жирных кислот. Несмотря на то, что состав кислотных остатков в ТЖК меняется в широких пределах, в литературе не обнаружено работ, анализирующих влияние длины цепи или количества двойных связей кислоты в составе алифатических эфиров или ТЖК на маршруты превращения и состав продуктов. Исследование влияния условий проведения реакции (давления, состава газовой фазы, соотношения H2/сырье) на состав продуктов одностадийного превращения эфиров и ТЖК в смесь углеводородов в проточном реакторе позволит впервые описать общие закономерности и отличия гидродеоксигенации эфиров и ТЖК, в состав которых входят кислоты разного строения. Обобщение полученных данных о физико-химических и каталитических свойствах катализаторов позволит выявить влияние состава катализаторов и условий проведения реакций на распределение продуктов превращения алифатических эфиров и триглицеридов жирных кислот; выявить возможные корреляции между каталитическими свойствами - с одной стороны; природой и состоянием активного компонента (Ni2P, MoS2), природой цеолита, силой и количеством кислых центров – с другой; выбрать образец оптимального состава и сформулировать требования к катализатору для одностадийного процесса переработки ТЖК в биоавиакеросин.