Создание, развитие и усовершенствование технологических основ процессов переработки углеродсодержащего сырья для получения новых материалов и продуктов с высокой добавленной стоимостью

Знания о механизмах реакций, принципах работы и структуре активных центров катализаторов, полученных при изучении фундаментальных закономерностей химических превращений, должны создавать научные основы технологических процессов переработки углеродсодержащего сырья и синтеза новых материалов и продуктов с высокой добавленной стоимостью. Необходимость понимания на фундаментальном уровне влияния отдельных факторов (условия проведения процесса, тип реактора, возможные пути использования побочных продуктов, проблем, возникающих при масштабировании процессов) на выход и качественные характеристики получаемых продуктов и материалов особенно актуально. Направления работ, предлагающиеся в данной теме, выводят исследования и разработки на новый технологический уровень, создавая базу для масштабирования процессов и создания технологий для предложений реальному сектору экономики. Решение технологических задач можно разделить на несколько направлений. 1. Получение комплекса научных данных по основам усовершенствованной экологически чистой технологии получения алкилбензина – продукта с высокой добавленной стоимостью. Реализация проекта в промышленности позволит создать конкурентоспособный инновационной процесс производства высокооктановых компонентов топлив (алкилата, не содержащего олефиновые и ароматические углеводороды, с октановым числом по исследовательскому методу от 95) из олефинсодержащих отходов процесса каталитического крекинга вакуумного газойля. 2. Разработка фильтрационных мембран для фракционирования нефти, регенерации нефтепродуктов для повторного использования. Разрабатываемые мембраны будут химически устойчивы к разделяемым углеводородам, будут обладать высокой стойкостью к засорению смолисто-асфальтеновой фракцией и обеспечивать высокую эффективность очистки нефтепродуктов от примесей. Благодаря высокой энергоэффективности фильтрации и селективности мембран такие процессы позволят повысить глубину переработки углеродсодержащего сырья и качество конечного продукта, а также снизить стоимость процессов очистки 3. Развитие технологий превращения СО2 как возобновляемого синтона С1 в продукты с высокой добавленной стоимостью – циклические и линейные карбонаты. Разработка химических и технологических решений для увеличения эффективности каталитического синтеза и усовершенствование каталитических технологий их синтеза необходимый шаг для получения важного класса реагентов, широко применяемых в различных областях промышленности (химические реагенты, растворители, электролиты, топливные добавки). 4. Разработка методик преобразования синтетических полимеров, как углеродсодержащих прекурсоров, в пористый углеродный материал или металл-углеродные нанокомпозиты не только важна с точки зрения переработки полимерных отходов, но и как инновационный способ получения новых материалов. Конверсия полимеров позволит частично решить экологическую проблему утилизации полимерной продукции, а также получить углеродные материалы с высокой добавленной стоимостью, благодаря их функциональным свойствам. Работа будет включать: исследование пиролиза полимеров в присутствии активирующего агента (KOH), а также влияния условий синтеза пористых углеродных материалов на их структурные характеристики и функциональные свойства; исследование пиролиза полимеров при одновременном присутствии активирующего агента (KOH) и соединений переходных и/или благородных металлов с формированием высокопористых металл-углеродных нанокомпозитов с моно- и биметаллическими наночастицами, гомогенно распределенными в пористой углеродной матрице. Достигнутые результаты могут послужить заделом для создания технологических основ процесса переработки полимерных отходов в пористые углеродные материалы с высокой добавленной стоимостью. 5. Синтез углеводородов по методу Фишера-Тропша, интерес к которому снизился после открытия обширных месторождений нефти в Аравии, Северном море, Нигерии и Аляске, вновь испытывает подъем в связи с созданием нового класса катализаторов и типов реакторов. Начиная с 1992г. началось строительство новых заводов в ЮАР (Mossgas, 900 тыс. т/г), Малайзии, Катаре (Shell, 500 тыс. т/г), Узбекистане. Свои проекты в области синтеза Фишера-Тропша разной степени проработки имеют также компании Chevron, Conoco, BP, ENI, Statoil, Rentech, Syntroleum и др., используя технологию GLT. В нашей работе будут изучены кинетические закономерности трехфазного процесса Фишера-Тропша и основные принципы моделирования реакторов для его осуществления. Будет выполнено моделирование процессов, протекающих в присутствии наноразмерных железных катализаторов, реализуемых в сларри-реакторах автоклавного и колонного типа. Будут определены пути масштабирования процесса Фишера-Тропша, протекающего в сларри-реакторах в присутствии наноразмерных железных катализаторов. 6. Обеспечение сохранности свойств смазочных материалов для различных условий эксплуатации, в том числе в критических климатических условиях, является важной практической задачей. В рамках реализации научной темы будут разработаны оригинальные композиции смазочных материалов, содержащих в своем составе многофункциональные присадки, позволяющие повышать длительность эксплуатации смазочных материалов без ухудшения эксплуатационных характеристик узлов трения в которых они используются. Также будут проведены полномасштабные натурные исследования в условия топического климата на экспериментальной базе Тропического центра разработанных смазочных композиций с целью выяснения наиболее значимых факторов влияющих на деградацию смазочных материалов, и установления вероятные механизмов деградации. 7. Циклопропан-содержащие вещества являются перспективным топливом для жидкостных ракетных двигателей. Разработка методов использования продуктов переработки углеродсодержащего сырья откроет доступ к получению новых производных циклопропана. Разработка новых методов синтеза известных высокоэнергетических компонентов ракетных топлив, а также поиск новых перспективных соединений является актуальной задачей. Развитие методов переработки углеродсодержащего сырья в высокоэнергетические компоненты позволит улучшить существующие или создать более эффективные новые образцы техники. С помощью создания новых методов переработки углеродсодержащего сырья будут созданы научные основы получения новых динитрильных и тетранитрильных ароматических соединений. Эти соединения являются важнейшими прекурсорами для получения фталоцианинов, фталонитрильных матриц и полимерных композиций на их основе. Также будут разработаны экологичные методы получения перспективных отвердителей эпоксидных смол из полимерного сырья и различных дианилинов. Глубокая переработка отдельных компонентов нефтехимического сырья позоволит разработать новые методы получения гетероциклических соединений. 8. Разработка новой российской промышленной технологии получения эпоксидных смол широкого применения на основе моно- и полиглицидиловые эфиров различных фенолов, гликолей, резорцина и бисфенолов. Уровень потребления данных специальных разбавителей в России по данным Минпромторга превышает 60 тыс. тонн в год. В результате работы в России будут доступны технологии производства собственных модификаторов композиционных материалов широкого применения вместо импортных аналогов, а также полимерных материалов с повышенными физико-механическими характеристиками для авиационной, аэрокосмической, военной и других отраслей. 9. Переход к использованию возобновляемого природного сырья – одно из главных современных научно-практических направлений развития в химической промышленности. Среди таких технологий можно выделить получение из растительного сырья гликолей, в частности, глицерина, пропиленгликоля, бутандиола и др. Эти химические соединения не только ценны сами по себе, но и могут служить сырьем для синтеза других продуктов с высокой добавленной стоимостью. Дегидратация гликолей в зависимости от условий синтеза и используемого сырья может позволять получать эпоксидные соединения, в частности пропиленоксид и глицидол, диоксалан и его различные производные, например, этилметилдиоксалан, различные кетоны, например