Новые наноматериалы для глубокой переработки и повышения эффективности использования углеводородного сырья

Целью настоящего проекта является разработка методов создания каталитических наноматериалов с заданными свойствами, обладающих высокой активностью и стабильностью в промышленно значимых реакциях: крекинг, гидрогенолиз, гидрирование, деоксигенация, алкилирование и др. Основным препятствием увеличения глубины переработки нефти является отсутствие крупнотоннажных промышленных технологий переработки нефтяных остатков, а с химической точки зрения – непригодность традиционных гетерогенных катализаторов для эффективной конверсии остатков в топлива и нефтехимическую продукцию из-за низкой стабильности в присутствии асфальтенов и металлов сырья. Проблема снижения эффективности гетерогенных катализаторов с увеличением размеров молекул субстрата актуальна и для реакций, лежащих в основе традиционных процессов нефтепереработки и нефтехимии: крекинга, гидрогенолиза, алкилирования и т.д. Непищевая биомасса представляется реальной заменой ископаемого сырья. Конверсия биомассы и производных от нее продуктов в углеводороды крайне затруднена из-за необходимости удаления кислорода из ее состава, а также образованием воды в процесс деоксигенации. На сегодняшний день не существует ни эффективных катализаторов, ни процессов синтеза углеводородов из возобновляемых кислородсодержащих субстратов. Еще одним актуальным современным направлением каталитической химии является связывание техногенного диоксида углерода с переработкой его в нефтехимическую продукцию. Остро необходима разработка технологий связывания СО2 в ценные продукты, для чего требуется создание фундаментальных основ каталитической активации СО2 и его дальнейшей конверсии в реакциях образования С-С связей. При этом одной из наиболее важных реакций здесь может стать его гидрирование с использованием водорода, который может быть потенциально получен с использованием возобновляемой энергии. Для достижения поставленной цели предполагается решить ряд проблем: - создание наноразмерных каталитических систем, обеспечивающих высокую конверсию, активность в десульфуризации и ингибирующих процессы формирования кокса в условиях гидроконверсии тяжелых нефтяных систем в том числе в присутствии азотсодержащих соединений; - разработка дисперсных катализаторов гидродеоксигенации на основе сульфидов, фосфидов и оксидов переходных металлов, проявляющих высокую активность в реакциях деоксигенации биомассы, обладающих высокой стабильностью в водной среде; - создание ультрадисперсных высокопроизводительных каталитических систем, эффективных в реализации реакций гидрирования оксидов углерода в трехфазных реакторных системах; - разработка цеолитов с высокодисперсным распределением активного компонента для гидрирования оксидов углерода в С2-кислородсодержащие соединения (уксусную кислоту, этанол, метилацетат); - разработка методов синтеза цеолитов с размером зерна менее 200-300 нм в рамках подходов «bottom-up» (направленная кристаллизация) и «top-down» (высокоэнергетичный «сухой» и «мокрый» размол) для кислотно-катализируемых реакций.