Получение углеводородов из бионефти с помощью рутениевых катализаторов на основе нанослойных цеолитов

Лигнин-целлюлозная биомасса, представляющая собой древесные отходы не пищевых производств, является одним из перспективных видов биосырья, поскольку при ее переработке поддерживается нулевой баланс диоксида углерода в атмосфере и появляется возможность получать топливо с нулевым содержанием сернистых соединений. Продуктом переработки биомассы по технологии быстрого пиролиза является так называемая бионефть, отличающаяся от других биотоплив удобством хранения и транспортировки, а также сложностью состава, что позволяет использовать ее для нефтепереработки. Бионефть содержит сотни кислородсодержащих соединений – продуктов разложения целлюлозы и лигнина: спирты, кислоты, эфиры, альдегиды, кетоны, а также фенолы различного строения. Сложный физико-химический состав и повышенное содержание воды обуславливают высокую полярность, кислотность и нестабильность бионефти. Для удаления кислорода и воды из состава бионефти, а также ее совместной переработки с углеводородными нефтепродуктами на традиционном нефтеперерабатывающем оборудовании необходима дополнительная стадия облагораживания бионефти. Перспективным процессом обработки бионефти является каталитическое гидрирование (гидродезоксигенация), в ходе чего компоненты бионефти подвергаются ряду каталитических процессов, таких как гидрирование, декарбонилирование, декарбоксилирование и дезоксигенация. Традиционный катализатор гидрирования представляет собой двухфазную систему – как правило переходные или благородные металлы, нанесенные на пористый носитель. На настоящий момент известны три типа катализаторов гидрооблагораживания: 1) сульфидные катализаторы гидроочистки средних дистиллятов NiMo/Al2O3 и CoMo/Al2O3; 2) катализаторы на основе переходных металлов (Ni, Mo, W, Fe, Cu и др.); 3) катализаторы на основе благородных металлов (Rh, Ru, Pt и Pd). Наибольший интерес представляют катализаторы на основе благородных металлов, в частности, Ru-содержащие катализаторы, в силу своей высокой активности в гидрирование непредельных и кислородосодержащих соединений. Важнейшим компонентом катализаторов гидрирования является носитель, текстурные и кислотные характеристики которого существенно влияют на распределение продуктов реакции и эффективность дезоксигенации. Традиционный носитель катализаторов - γ-Al2O3 в присутствии воды γ-Al2O3 превращается в бемит AlO(OH), что может вызывать блокировку и дезактивацию активных центров катализатора. В качестве альтернативы γ-Al2O3 используют цеолиты, углеродные носители, а также оксиды SiO2, ZrO2, CeO2, TiO2 и их смеси. Перспективными компонентами катализаторов гидропроцессов являются микро-мезопористые алюмосиликаты. Данные материалы имеют бимодальное распределение пор от 0,2 до 2 нм (характерное для цеолитов) и от 2 до 50 нм (характерное для мезопористых материалов) и обладают большой удельной поверхностью от 250 до 800 м2/г. Кислотность таких материалов легко регулируется на стадии синтеза , а наличие развитой упорядоченной мезопористой структуры позволит снять диффузионные ограничения и обеспечить лучший доступ молекулам сырья к активным центрам. В качестве микро-мезопористых материалов предлагается использовать цеолиты с наногубчатой структурой, которые представляют собой наночастицы цеолитов с регулируемой шириной кристаллитов, за счет чего они обладают высокой удельной поверхностью и высокой доступностью активных центров. Впервые такие системы получили в группе проф. Ryoo, в синтезе использовали поверхностно-активных вещества, которые состояли из двойных четвертичных аммониевых головных групп и длинного алкильного хвоста, для направленного образования нанолистов MFI толщиной всего 2 нм. Данные материалы обладают высокой кристалличностью и, как следствие, высокой регулируемой кислотностью. Синтез таких материалов, как правило, занимает длительное время, вплоть до 11 суток. Длительная кристаллизация связана, прежде всего, с индукционным периодом, поэтому их использование на данном этапе достаточно затруднительно. Нашей группой был разработан метод, основанный на промотировании, позволяющий получить высококристалличные нанослойные цеолиты в течение 48 ч (The mechanism of promoter-induced zeolite nanosheet crystallization under hydrothermal and microwave irradiation conditions DOI: 10.1039/d0qi00012d). В настоящем проекте предлагается разработать экспрессные методы получения таких микро-мезопористых материалов, а также применить эти материалы в качестве носителей катализаторов гидрооблагораживания кислородсодержащих соединений и реальной бионефти.