Новости

29 октября, 2020 11:44

Новые катализаторы помогут сэкономить время и энергию при получении моторных топлив из низкокачественного сырья

Химики из МГУ создали катализаторы на основе сульфидов переходных металлов, применение которых позволит получать компоненты моторных топлив из тяжелых остатков нефтепереработки, а также улучшит качество добываемой нефти. Важной особенностью таких катализаторов является их бифункциональность — они не только позволяют эффективно трансформировать углеводороды, в том числе серосодержащие, но и преобразовывать воду в водород. Исследования показали, что с новыми катализаторами можно исключить энерго- и ресурсозатратную стадию отделения воды при переработке обводненного углеродсодержащего сырья. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Catalysis B: Environmental и поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).
Формирование активной фазы катализаторов из предшественников металлов, рассеянных в углеводородной среде, и протекание реакции водяного газа с образованием in situ водорода. Источник: Анна Вутолкина/МГУ

Традиционно для переработки тяжелого нефтяного сырья в компоненты товарных топлив используют процессы каталитического облагораживания под давлением водорода. Катализаторами таких процессов в большинстве случаев выступают соединения переходных металлов, закрепленные на носителе — оксиде алюминия или цеолитах. Сегодня постоянно растет энергопотребление, а потому появляется спрос на природные энергоносители. В нефтепромышленности все чаще прибегают к переработке углеродсодержащего сырья и тяжелой нефти. Доля низкокачественного сырья повышается, и вместе с тем остро встает вопрос: как получать товарное топливо, отвечающее жестким экологическим стандартам по содержанию в них ароматических и сернистых соединений.

Как правило, тяжелое углеводородное сырье характеризуется высоким содержанием поликонденсированных ароматических соединений — полимеров из циклических молекул с системой непредельных связей между атомами углерода, — в том числе гетероатомных, то есть включающими атомы других элементов. На их удаление как раз и нацелены процессы каталитического облагораживания. Размер молекул таких соединений превышает диаметр пор носителя, что затрудняет их проникновение к активному компоненту и приводит к дезактивации традиционных катализаторов. Помимо поликонденсированных ароматических соединений некондиционное, то есть некачественное, углеродсодержащее сырье также включает воду. Она снижает эффективность процессов нефтепереработки, приводит к коррозии технологического оборудования, сокращает срок службы катализаторов.

Решить проблему наличия воды в сырье позволит использование наноразмерных катализаторов без носителя, распределенных в углеводородной среде. Они представляют собой сульфиды переходных металлов, никеля и молибдена. Отличительной особенностью таких катализаторов является возможность их синтеза непосредственно в реакционной среде in situ. Благодаря уникальной наноструктуре такие системы лишены недостатков традиционных «нанесенных» катализаторов. В то же время, применение нанодисперсных (состоящих из наноразмерных частиц) систем без носителя позволяет вовлекать в переработку не только органические молекулы, но и активировать воду, взаимодействие которой с оксидом углерода приводит к образованию водорода. Он необходим для удаления органических молекул, содержащих серу. Получаемые жидкие продукты в дальнейшем могут быть использованы для производства экологичных моторных топлив.

«Катализаторы, которые мы получили во время исследования, позволяют не только исключить стадию отделения воды от сырья, но и использовать ее для очистки нефти. Такая одностадийная технология может лечь в основу процессов облагораживания тяжелой нефти во время ее добычи, а также переработки отходов нефтяной промышленности и повышения качества топлив», — Анна Вутолкина, отметила руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат химических наук, научный сотрудник кафедры химии нефти и органического катализа химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова
27 ноября, 2020
Исследователи выяснили, как кишечные бифидобактерии «защищаются» при воспалительных реакциях у хозяина
Российские ученые выяснили, как бифидобактерии реагируют на иммунный ответ организма хозяина. При оп...
26 ноября, 2020
Разработаны более эффективные противогрибковые средства на основе флуконазола
Российские ученые синтезировали новые противогрибковые средства на основе известного лекарства «Флук...