Исследование алюмосиликатных наноматериалов в качестве компонентов катализаторов гидропроцессов

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 проекта 19-79-10016

НазваниеИсследование алюмосиликатных наноматериалов в качестве компонентов катализаторов гидропроцессов

Руководитель Глотов Александр Павлович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" , г Москва

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-401 - Энергетические системы на органическом топливе

Ключевые слова алюмосиликатные нанотрубки, галлуазит, упорядоченные мезопористые оксиды кремния, гидроочистка, гидрирование, бензол

Код ГРНТИ31.15.28

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Данный проект посвящен разработке научных основ для применения новых материалов на основе алюмосиликатных нанотрубок и упорядоченных мезопористых оксидов кремния в качестве компонентов катализаторов современных гидрокаталитических процессов (гидроочистка нефтяных фракций и гидрирование бензола). В последнее время одной из наиболее важных тенденций, наблюдаемых в нефтедобывающей промышленности, является снижение темпов добычи сырой нефти в связи с истощением ее действующих месторождений. Сокращение запасов, сопровождающееся ростом спроса на товарные нефтепродукты, привело к существенному росту доли высокосернистых нефтей, а также нефтяных фракций вторичного происхождения в общей структуре перерабатываемого сырья, что обуславливает необходимость увеличения глубины нефтепереработки и нагрузку на гидрокаталитические процессы нефтепереработки. Вместе с тем, в современном обществе наблюдается тенденция постоянного ужесточения экологических требований к моторным топливам. Так, начиная с середины 2016 года все производимые и реализуемые на территории РФ моторные топлива должны соответствовать 5 классу (содержание серы не более 10 ppm, содержание ароматических соединений в товарном бензине не более 35 %мас. при содержании бензола не более 1 %мас.) в соответствии с Техническим регламентом таможенного союза ТР ТС 013/2011, что ставит перед нефтеперерабатывающей промышленностью серьезные экономические и технологические задачи. Все это приводит к необходимости совершенствования существующих технологий (модернизация аппаратуры, оптимизация технологических условий) и разработке новых высокоэффективных каталитических систем, обеспечивающих получение нефтепродуктов, удовлетворяющих экологическим и техническим стандартам. Наибольшее внимание, при этом, уделяется гидрокаталитическим процессам (гидрирование, гидродеароматизация, гидроочистка, гидрокрекинг и др.) – наиболее крупнотоннажным процессам нефтепереработки, направленным на производство высококачественных компонентов товарных топлив. Так, гидроочистка позволяет удалять из сырьевых нефтяных фракций нежелательные компоненты (главным образом, серосодержащие соединения) вплоть до «ультранизких» значений. Селективное гидрирование бензола – призвано обеспечить снижение его содержания без существенных потерь октанового числа и снижения выхода получаемых компонентов товарных бензинов. Актуальность проекта определяется тем, что создание новых эффективных катализаторов процессов гидропереработки нефтяного сырья позволит получать товарные бензин и дизельное топливо, удовлетворяющие самым высоким современным экологическим требованиям. Традиционными носителями катализаторов процессов гидропереработки нефтяного сырья выступают оксид алюминия и цеолиты. Последние широко используются в качестве компонентов гетерогенных катализаторов в нефтяной промышленности ввиду их высокой активности в реакциях, протекающих на кислотных центрах, а также благодаря молекулярно-ситовому эффекту. В случае гидроочистки нефтяного сырья с высоким содержанием «тяжелых» углеводородов (полинафтены, поликонденсированные ароматические соединения, бензо-, дибензотиофены и их алкил-замещенные производные и др.), при использовании традиционных катализаторов могут возникать стерические и диффузионные ограничения, затрудняющие доступ громоздких молекул субстратов к активным центрам катализатора. С этой точки зрения перспективными носителями катализаторов являются мезопористые оксиды кремния (крупнопористые аналоги цеолитов). Катализаторы на основе таких материалов характеризуются высокой удельной поверхностью и оптимальным размером пор для минимизации эффектов диффузии и массопереноса. Кроме того, текстурные характеристики мезопористых силикатов можно изменять в процессе синтеза путем выбора темплата, определяющего, вместе с тем, структуру пор и каналов. Существенным недостатком таких материалов является их низкие механическая прочность и термическая стабильность. Научная новизна проекта состоит в использовании алюмосиликатных нанотрубок галлуазита, позволяющих улучшить указанные характеристики путем введения их в структуру мезопористых материалов. Галлуазит представляет собой природные двухслойные нанотрубки с внутренним диаметром 15-20 нм и длиной порядка 0,5-1,0 мкм, состоящие из слоев оксидов алюминия и кремния. Наличие последнего в структуре галлуазита также позволит увеличить кислотность материалов на его основе, что необходимо для протекания кислотно-катализируемых реакций изомеризации с последующим гидрированием. Вместе с тем, материалы на основе галлуазитных нанотрубок являются перспективными компонентами катализаторов гидрирования бензола. Ввиду их структурных особенностей (внешняя и внутренняя поверхность образованы тетраэдрами кремния и алюминия соответственно), обусловливающих различия в заряде внешней поверхности и внутренней полости, открываются широкие возможности для их направленной функционализации и селективного закрепления нано частиц металлов, что позволяет управлять избирательностью действия катализаторов, увеличить стабильность. Кроме того, природные нанотрубки на порядок дешевле своих синтетических аналогов, что обусловливает перспективы их применения с экономической точки зрения. Полученные фундаментальные знания могут лечь в основу новых технологий приготовления катализаторов гидропроцессов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Недоливко В.В., Засыпалов Г.О., Чудаков Я.А., Вутолкина А.В., Пимерзин Ал.А., Глотов А.П. Effect of the ruthenium deposition method on the nanostructured catalyst activity in the deep hydrogenation of benzene Russian Chemical Bulletin, Vol. 69, No. 2, pp. 260—264 (год публикации - 2020)
10.1007/s11172-020-2754-2

2. Глотов А.П., Вутолкина А.В., Пимерзин Ал.А., Недоливко В.В., Засыпалов Г.О.,Стыценко В.Д., Караханов Э.А., Винокуров В.А. Ruthenium catalysts templated on mesoporous MCM-41 type silica and natural clay nanotubes for hydrogenation of benzene to cyclohexane Catalysts (год публикации - 2020)

3. Глотов А.П., Вутолкина А.В., Виноградов Н.А., Пимерзин А.А., Винокуров В.А., Пимерзин Ал.А. Enhanced HDS and HYD activity of sulfide Co-PMo catalyst supported on alumina and structured mesoporous silica composite Catalysis Today, In Press, Corrected Proof (год публикации - 2020)
10.1016/j.cattod.2020.10.010

4. Демихова Н.Р. , Поплавский А.В., Решетина М.В., Боев С.С., Пимерзина А.О., Вутолкина А.В., А. Пимерзин А.А., Глотов А.П. Синтез и исследование физико-химических свойств и прочностных характеристик носителей на основе алюмосиликатных нанотрубок галлуазита для катализаторов гидропроцессов Chemistry and Technology of Fuels and Oils (Химия и технология топлив и масел) (год публикации - 2021)

5. Глотов А.П., Вутолкина А.В., Пимерзин А.А., Винокуров В.А., Львов Ю.М. Clay nanotube-metal core/shell catalysts for hydroprocesses Chemical Society Reviews, 50, 9240-9277 (год публикации - 2021)
10.1039/D1CS00502B

6. Пимерзин Ал.А., Вутолкина А.В., Виноградов Н.А., Винокуров В.А., Лвов Ю.М., Глотов А.П. Core-shell catalysts with CoMoS phase embedded in clay nanotubes for dibenzothiophene hydrodesulfurization Catalysis Today, in press (год публикации - 2021)
10.1016/j.cattod.2021.11.019

Публикации