КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 21-73-00095

НазваниеРазработка методики малотоннажного производства бензинов и низкозастывающих дизельных топлив переработкой углеводородного сырья на цеолитном катализаторе

РуководительКиргина Мария Владимировна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет", Томская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2021 - 06.2023 

Конкурс№60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ

Ключевые словадизельное топливо, стабильный газовый конденсат, цеолитный катализатор, Арктика, цеоформинг, низкозастывающее топливо, технологические параметры, состав сырья, малотоннажное производство, бензин, направления превращений, выход продукта, октановое число, предельная температура фильтруемости, рецептура смешения топлива

Код ГРНТИ61.51.29

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Успешная реализация крупных инфраструктурных проектов в Арктике и северных регионах невозможна без обеспечения техники горюче-смазочными материалами (моторные топлива, топлива для электрогенераторов). Для отдаленных территорий принципиально важна возможность производства топлива по месту, на малотоннажных, автономных установках, т.к. доставка кратно увеличивает стоимость топлива. Вместе с тем, расположенные на данных территориях нефтегазодобывающие предприятия, обладают значительными ресурсами углеводородного сырья (прямогонные дизельные фракции, стабильные газовые конденсаты), которые без переработки не могут быть использованы в качестве товарных топлив. Для стабильных газовых конденсатов (побочный продукт подготовки природного газа) актуальным также является поиск рациональных путей использования, т.к. на сегодняшний день, это ценное углеводородное сырье, после длинной технологической цепочки выделения, смешивают с нефтью; для газовых месторождений недоступен и этот способ утилизации стабильных газовых конденсатов. Анализ литературных источников показал, что на сегодняшний день изучены и реализованы процессы переработки на цеолитных катализаторах различного углеводородного сырья (прямогонных бензиновых фракций, попутного нефтяного газа и др.), однако для стабильных газовых конденсатов подобные исследования не проводились. Отсутствуют исследования в области улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив переработкой на цеолитном катализаторе (использование цеолита в качестве активного компонента, а не носителя) без использования водородсодержащего газа. Имеющийся в распоряжении научной группы цеолитный катализатор КН-30 показал свою высокую активность и селективность в реакциях изомеризации и крекинга углеводородного сырья, без необходимости вовлечения в процесс водородсодержащего газа. Катализатор не содержит в составе благородных металлов, характеризуется не высокой стоимостью и устойчивостью к каталитическим ядам. В рамках проекта будет разработана методика малотоннажного производства бензинов и низкозастывающих дизельных топлив переработкой углеводородного сырья на цеолитном катализаторе. Впервые будут выявлены закономерности превращения углеводородов, входящих в состав стабильных газовых конденсатов и прямогонных дизельных фракций на цеолитном катализаторе, закономерности влияния состава сырья и технологических параметров на выход, состава и свойства получаемых продуктов. Кроме того, будут выработаны рекомендации по производству товарных бензинов и низкозастывающих дизельных топлив различных марок и экологических классов, соответствующих требованиям современных стандартов.

Ожидаемые результаты
1. Закономерности превращений углеводородов, входящих в состав стабильных газовых конденсатов и прямогонных дизельных топлив при переработке на цеолитном катализаторе, а также закономерности влияния состава сырья и технологических параметров на характеристики, состав и выход продуктов процессов цеоформинга стабильного газового конденсата и облагораживания прямогонных дизельных топлив на цеолитном катализаторе. Закономерности будут выявлены впервые и позволят определить оптимальные технологические параметры п. 2. 2. Оптимальные технологические параметры реализации процессов цеоформинга и облагораживания на цеолитном катализаторе для стабильных газовых конденсатов и прямогонных дизельных топлив различного состава. Выявленные оптимальные технологические параметры лягут в основу методики п. 3. 3. Методика малотоннажного производства бензинов и низкозастывающих дизельных топлив переработкой углеводородного сырья на цеолитном катализаторе. Разработанная методика позволит разработать рецептуры смешения бензинов и выработать рекомендации по производству арктических дизельных топлив, п. 4. 4. Рецептуры смешения бензинов различных марок и экологических классов, соответствующих всем требованиям современных стандартов, с использованием в качестве основных смесевых компонентов стабильного газового конденсата и продуктов процесса цеоформинг, а также рекомендации по производству арктических дизельных топлив, соответствующих всем требованиям современных стандартов, облагораживанием на цеолитном катализаторе с учетом состава перерабатываемого сырья. Методика и выработанные с ее использованием рецептуры смешения бензинов, а также рекомендации по производству арктических дизельных топлив найдут свое применение на нефтегазодобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях, нефтебазах, автономных станциях смешения нефтепродуктов, в профильных научных и образовательных организациях, в корпоративных научно-производственных лабораториях, предприятиях оборонно-промышленного комплекса. Особенно актуальны результаты проекта будут для нефтегазодобывающих предприятий, расположенных в удаленных, северных и арктических районах. Использование разработанной методики позволит предприятиям рационально использовать стабильный газовый конденсат, выбирать оптимальные параметры получения арктического дизельного топлива на основе сырья различного состава, производить моторные топлива для обеспечения собственных нужд.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В отчетном периоде были выполнены следующие работы и получены следующие научные результаты: 1) Экспериментально определены и проанализированы физико-химические и эксплуатационные характеристики, состав, а также рассчитаны и проанализированы детонационные характеристики образцов стабильного газового конденсата, полученных с различных месторождений Российской Федерации. 2) Экспериментально определены и проанализированы физико-химические, эксплуатационные и низкотемпературные характеристики, а также состав образцов прямогонного дизельного топлива, полученных из нефти различных месторождений Российской Федерации. 3) Показана целесообразность переработки на цеолитном катализаторе (процесс цеоформинг) стабильных газовых конденсатов с целью повышения из детонационной стойкости и применения в качестве смесевых компонентов товарных бензинов; прямогонных дизельных топлив с целью улучшения их низкотемпературных свойств и получения низкозастывающих (в т.ч. Арктических) дизельных топлив. 4) Реализован цеоформинг образцов стабильного газового конденсата, полученных с различных месторождений Российской Федерации, на лабораторной каталитической установке высокого давления с использованием цеолитного катализатора марки КН-30 (структурный тип ZSM-5) в условиях варьирования состава сырья и технологических параметров процесса (температура, давление, объемная скорость подачи сырья). Показано, что цеоформинг стабильного газового конденсата позволяет повысить его октановое число по исследовательскому методу в среднем на 16,7 пунктов. 5) Выявлены закономерности влияния состава стабильного газового конденсата и технологических параметров на характеристики, состав и выход продуктов процесса цеоформинга. 6) Определены оптимальные технологические параметры реализации процесса цеоформинга стабильного газового конденсата: температура – 375 °С, давление – 0,25 МПа, объемная скорость подачи сырья – 2 ч-1, а также температура – 375 °С, давление – 0,25 МПа, объемная скорость подачи сырья – 4 ч-1. Реализация процесса при данных технологических параметрах позволяет получать продукт с высоким выходом (85% и 89% соответственно), при этом характеристики и состав получаемого продукта позволяют вовлекать его в смешение товарных бензинов в количестве более 60 % мас. 7) Выявлены закономерности превращений углеводородов, входящих в состав стабильных газовых конденсатов при переработке на цеолитном катализаторе. Разработана формализованная (групповая) схема превращений веществ. Результатам проекта посвящена публикация в Федеральном СМИ: https://ria.ru/20220420/tpu-1784341164.html

 

Публикации

1. Богданов И.А., Алтынов А.А., Киргина М.В. Hydrogen-free upgrading on ZSM-5 type zeolite catalyst – efficient way to obtain low-freezing diesel fuel South African Journal of Chemical Engineering, Vol. 41 (2022), p. 1-9 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.sajce.2022.03.010

2. Богданов И.А., Алтынов А.А., Киргина М.В. Исследование влияния технологических параметров процесса переработки прямогонной дизельной фракции на цеолитном катализаторе на протекание основных химических реакций Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Пятая школа молодых ученых: сборник тезисов докладов, стр. 40-41 (год публикации - 2021)

3. Богданов И.А., Алтынов А.А., Киргина М.В. Производство компонентов низкозастывающих дизельных топлив из прямогонных фракций нефти на цеолитном катализаторе Материалы Международной научно-практической конференции им. Д.И. Менделеева, посвященной 90-летию профессора Р.З. Магарила, Т. 1, стр. 48-51 (год публикации - 2022)

4. Киргина М.В., Алтынов А.А., Богданов И.А. Мониторинг характеристик и состава стабильных газовых конденсатов, полученных с различных месторождений Российской Федерации Сборник материалов VI Международной научно-практической конференции «Достижения, проблемы и перспективы развития нефтегазовой отрасли», стр. 278-281 (год публикации - 2022)

5. Киргина М.В., Богданов И.А., Алтынов А.А. Мониторинг характеристик прямогонных дизельных фракций, полученных из нефти различных месторождений Российской Федерации Нефть и газ: технологии и инновации: материалы Национальной научно-практической конференции, Т. 2, стр. 97-99 (год публикации - 2021)

6. - В России создали топливо, не застывающее при -70 °С РИА Новости, Исследование выполнено в рамках реализации гранта Российского научного фонда № 21-73-00095. (год публикации - )

7. - В ТПУ создали топливо, не застывающее при -70 °C Служба новостей Томского политехнического университета, Проект специалистов Инженерной школы природных ресурсов ТПУ поддержан Российским научным фондом. (год публикации - )

8. - Проекты молодых ученых ТПУ получили поддержку Российского научного фонда на 174 млн рублей Служба новостей Томского политехнического университета, - (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В отчетном периоде были выполнены следующие работы и получены следующие научные результаты: 1) Реализован процесс облагораживания прямогонных дизельных топлив, полученных з нефти различных месторождений Российской Федерации, на лабораторной каталитической установке высокого давления с использованием цеолитного катализатора марки КН-30 (структурный тип ZSM-5) в условиях варьирования состава сырья и технологических параметров процесса (температура, давление, объемная скорость подачи сырья). Показано, что продукты процесса облагораживания прямогонных дизельных топлив различного состава на цеолитном катализаторе, полученные при всех вариациях технологических параметров по низкотемпературным свойствам соответствуют дизельному топливу марки «Арктическое» (предельная температура фильтруемости не выше -45 °С). 2) Выявлены закономерности превращений углеводородов, входящих в состав прямогонных дизельных топлив при переработке на цеолитном катализаторе. Разработана формализованная (групповая) схема превращений веществ. 3) Выявлены закономерности влияния состава прямогонного дизельного топлива и технологических параметров на характеристики, состав и выход продуктов процесса облагораживания на цеолитном катализаторе. 4) Определены оптимальные технологические параметры реализации процесса облагораживания прямогонных дизельных топлив на цеолитном катализаторе: температура – 375 °С, давление – 0,35 МПа, объемная скорость подачи сырья – 3 ч-1. Реализация процесса при данных технологических параметрах позволяет получать продукт с высоким выходом (98 %), при этом характеристики и состав получаемого продукта позволяют использовать его в качестве товарного дизельного топлива марки «Арктическое». 5) Разработаны рецептуры смешения бензинов марок АИ-92, АИ-95, АИ-98, 4-го и 5-го экологических классов, соответствующих всем требованиям современных стандартов, с использованием в качестве основных смесевых компонентов стабильного газового конденсата и продуктов процесса цеоформинг. 6) Выработаны рекомендации по производству арктических дизельных топлив, соответствующих всем требованиям современных стандартов, облагораживанием на цеолитном катализаторе с учетом состава перерабатываемого сырья. 7) Разработана методика малотоннажного производства бензинов и низкозастывающих дизельных топлив переработкой углеводородного сырья на цеолитном катализаторе.

 

Публикации

1. Алтынов А.А., Богданов И.А., Лукьянов Д.М., Киргина М.В. Natural Gas Liquids into Motor Gasolines: Methodology for Processing on a Zeolite Catalyst and Development of Blending Recipes ChemEngineering, 7, 93 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/chemengineering7050093

2. Алтынов А.А., Богданов И.А., Киргина М.В. Анализ углеводородного состава продуктов цеоформинга различных стабильных газовых конденсатов Материалы XXIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера, Том 2, стр. 28-29 (год публикации - 2022)

3. Алтынов А.А., Богданов И.А., Киргина М.В. Производство бензинов и низкозастывающих дизельных топлив переработкой углеводородного сырья различного состава на цеолитном катализаторе Сборник статей Международной научно-практической конференции им. Д.И. Менделеева, Т. 1, стр. 33-35 (год публикации - 2023)

4. Богданов И.А., Алтынов А.А., Киргина М.В. Закономерности влияния температуры на ключевые характеристики продуктов переработки прямогонного углеводородного сырья на цеолите ХVI Ежегодная научная сессия аспирантов и молодых ученых. Материалы Всероссийской научной конференции, Т. 1, стр.515-517 (год публикации - 2023)

5. Богданов И.А., Алтынов А.А., Киргина М.В. Анализ состава продуктов переработки на цеолите различных прямогонных дизельных фракций Материалы XXIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера, Том 2, стр.37-38 (год публикации - 2022)

6. Соснина Д.В., Алтынов А.А., Киргина М.В. Изменение группового состава дизельного топлива в результате безводородной переработки на цеолите ХХVI Всероссийская конференция молодых учёных-химиков (с международным участием): тезисы докладов, стр. 507 (год публикации - 2023)

7. Соснина Д.В., Богданов И.А., Алтынов А.А., Киргина М.В. Исследование процесса совместной переработки прямогонного дизельного топлива и растительного масла на цеолитном катализаторе Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Шестая кола молодых учёных: сборник тезисов докладов, стр. 45-46 (год публикации - 2022)

Возможность практического использования результатов
Разработанная методика малотоннажного производства бензинов и низкозастывающих дизельных топлив переработкой углеводородного сырья на цеолитном катализаторе найдет свое применение на нефтегазодобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях, нефтебазах, автономных станциях смешения нефтепродуктов, в профильных научных и образовательных организациях, в корпоративных научно-производственных лабораториях, предприятиях оборонно-промышленного комплекса. Особенно актуальны результаты проекта будут для инфраструктуры и нефтегазодобывающих предприятий, расположенных в отдаленных, северных районах, в Арктике. Использование разработанной методики позволит автономно, на малотоннажных установках вырабатывать весь комплекс необходимых моторных топлив для обеспечения собственных нужд предприятий.