Разработка комплексного подхода к переработке нетрадиционного углеродсодержащего сырья в компоненты моторных топлив и ценных полупродуктов нефтехимии с применением высокоэффективных катализаторов на основе переходных металлов

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 21-79-10140

НазваниеРазработка комплексного подхода к переработке нетрадиционного углеродсодержащего сырья в компоненты моторных топлив и ценных полупродуктов нефтехимии с применением высокоэффективных катализаторов на основе переходных металлов

Руководитель Вутолкина Анна Викторовна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №61 - Конкурс 2021 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; 09-402 - Гидроэнергетика, новые и возобновляемые источники энергии

Ключевые слова бионефть, тяжелое нефтяное сырье, дисперсные катализаторы, окислительное обессеривание, гидроочистка, цеолиты, упорядоченные мезопристые оксиды кремния, сульфиды переходных металлов

Код ГРНТИ31.15.28

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Индустриализация экономики – одна из ключевых составляющих экономического роста, которая подразумевает развитие промышленной инфраструктуры, транспортного сектора и неизбежно влечет за собой рост энергопотребления, а, следовательно, и спроса на ископаемые энергоносители. К таковым, прежде всего, относятся нефть, природный газ и каменный уголь. С целью удовлетворения растущего спроса на жидкие топлива в мировой промышленности наблюдается тенденция к наращиванию объемов добычи нефти, которая была и остается основным сырьем, а это влечет за собой выработку месторождений. В аспекте сохранения и рационального использования природных энергоносителей выходом из ситуации может служить освоение трудноизвлекаемых запасов, увеличение глубины нефтеотдачи, вовлечение в переработку тяжелых высокосернистых нефтей, нефтяных остатков и фракций вторичного происхождения. В то же время, поскольку минеральные ресурсы являются невозобновляемыми источниками, а их запасы ограничены, развитие сценария, при котором производство топлив из ископаемых энергоносителей не сможет удовлетворять растущий спрос, становится весьма вероятным. Перспективным способом диверсификации производства высококачественных топлив и ценных продуктов нефтехимии является вовлечение в переработку возобновляемого углеродсодержащего сырья, в частности, биомассы. Частичная замена природных энергоносителей на нетрадиционное углеродсодержащее сырье позволит снизить объемы потребления и нагрузку на ископаемые ресурсы. Подходы, основанные на вовлечении в переработку тяжелых нефтей, нефтяных остатков и биовозобновяемого сырья дополняют друг друга, поскольку призваны сохранить баланс «спрос-потребление» и, вместе с тем, решить ряд вопросов, связанных с рациональным природопользованием, ресурсосбережением и экологической безопасностью. Задача производства экологически чистых топлив в условиях ухудшения качества сырья обусловливает необходимость поиска путей усовершенствования действующих технологий за счет существенного снижения энергозатрат, повышения эффективности каталитических систем, а также разработки новых нефтехимических процессов. Данный проект направлен на решение проблемы отсутствия комплексного подхода и катализаторов отдельных стадий переработки нетрадиционного углеродсодержащего сырья (бионефть, тяжелые нефти и нефтяные остатки) в компоненты моторных топлив и сырья для нефтехимии. Предлагаемый в рамках исследования комплексный подход будет сочетать в себе следующие процессы: 1. Обезвоживание путем вовлечения воды в реакцию водяного газа и использование in situ образующегося водорода для гидрооблагораживания тяжелой нефти и бионефти (разработка высокодисперсных каталитических систем без носителя на основе сульфидов переходных металлов); 2. Окислительное обессеривание с использованием в качестве окислителей кислорода воздуха и/или пероксида водорода в мягких условиях (разработка комбинированных жидкофазных каталитических систем для тяжелых нефтей и нефтяных остатков и гетерогенных катализаторов на основе мезопористых носителей для исчерпывающего обессеривания продуктов совместной гидропереработки нефтяного сырья и бионефти); 3. Совместная гидропереработка смесевого сырья, содержащего продукты гидрооблагораживания бионефти, в т.ч. полученные после ее обезвоживания на первой стадии, и нефтяных фракций (разработка сульфидной каталитической системы на основе микро-мезопористых носителей); 4. Гидропереработка кубового остатка, содержащего сульфоны сероорганических соединений класса «остаточной» серы, полученного после окислительного обессеривания тяжелых нефтей и нефтяных остатков на второй стадии (разработка катализаторов на основе мезопористых носителей). С научной точки зрения значимость ожидаемых результатов заключается в том, что по итогам реализации проекта будут установлены закономерности превращения модельных органических субстратов, имитирующих химические структурные элементы компонентов тяжёлых нефтей и бионефти, особенности процессов преобразования углеводородных, асфальто-смолистых веществ тяжелых нефтей и моно- и/или олигомерных структур бионефти. Полученные фундаментальные знания могут лечь в основу работ, направленных на создание альтернативных подходов к переработке и новых высокоэффективных катализаторов таких процессов. Практическая значимость обусловлена важностью ожидаемых результатов для разработки комплексного подхода, сочетающего в себе энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии, для переработки нетрадиционного углеродсодержащего сырья, что позволит диверсифицировать производство компонентов моторных топлив и продуктов нефтехимии. Полученные в результате реализации проекта фундаментальные знания заложат научные основы для решения текущих ключевых проблем нефтеперерабатывающей отрасли РФ, внесут вклад в развитие ключевых направлений фундаментальных исследований в химии в разрезе получения и преобразования энергии, использования альтернативных и возобновляемых источников. Результаты, полученные при выполнении данного проекта, с высокой вероятностью будут способствовать развитию критических отраслевых технологий, в частности подпунктов 7 «Получения катализаторов для нефтеперерабатывающих производств и нефтегазохимии» и 8 «Переработка тяжелого нефтяного сырья и гудронов с производством моторных топлив и других продуктов» раздела 3.7 Приказа Минэнерго от 14.10.2016 «Прогноз научно-технологического развития отраслей топливно-энергетического комплекса России на период до 2035 года». Результаты работ могут быть внедрены в образовательный процесс при проведении лекционных, практических и лабораторных занятий следующих образовательных программ: 240403 Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов (специалист). 240401 Химическая технология (бакалавриат, магистратура). Также результаты исследований найдут применение при подготовке аспирантов по научным специальностям: 02.00.15 – Кинетика и катализ, 02.00.13 – Нефтехимия, 02.00.04 – Физическая химия.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Байгильдин И.Г., Караханов Э.А., Максимов А.Л., Вутолкина А.В. Biphenyl Hydrogenation with Syngas for Hydrogen Purification and Transportation: Performance of Dispersed Catalytic Systems Based on Transition Metal Sulfides Petroleum Chemistry, V. 61, № 10, pp. 1131–1137 (год публикации - 2021)
10.1134/S0965544121100078

2. Вутолкина А.В., Байгильдин И.Г., Глотов А.П., Пимерзин Ал.А., Акопян А.В., Максимов А.Л., Караханов Э.А. Hydrodeoxygenation of guaiacol via in situ H2 generated through a water gas shift reaction over dispersed NiMoS catalysts from oil-soluble precursors: Tuning the selectivity towards cyclohexene Applied Catalysis B: Environment, V. 312, № 121403 (год публикации - 2022)
10.1016/j.apcatb.2022.121403

3. Акопян А. В., Шлёнова А.О., Поликарпова П. Д., Вутолкина А. В. Высокоэффективный гетерогенный катализатор с Бренстедовскими кислотными центрами для процесса окислительного обессеривания Petroleum Chemistry (год публикации - 2022)

4. Веревкин С.П., Пимерзин А.А., Глотов А.П., Вутолкина А.В. Biofuels energetics: Measurements and evaluation of calorific values of triglycerides Fuel, V. 326, № 125101 (год публикации - 2022)
10.1016/j.fuel.2022.125101

5. Веревкин С.П., Пимерзин А.А., Глотов А.П., Вутолкина А.В. Biofuels energetics: Reconciliation of calorific values of fatty acids methyl esters with help of complementary measurements and structure–property relationships Fuel, V. 329, № 125460 (год публикации - 2022)
10.1016/j.fuel.2022.125460

6. Вутолкина А.В., Байгильдин И.Г. Получение in situ водорода по реакции водяного газа для гидропревращения кислородсодержащих соединений бионефти с применением дисперсных катализаторов на основе переходных металлов Новосибирск : Институт катализа СО РАН, УД-3.4, cc. 65-66 (год публикации - 2022)

7. Поликарпова П.Д., Коптелова А.О., Вутолкина А.В., Акопян А.В. Combined Heterogeneous Catalyst Based on Titanium Oxide for Highly Efficient Oxidative Desulfurization of Model Fuels ACS Omega, - (год публикации - 2022)
10.1021/acsomega.2c06568

8. Акопян А.В., Арзяева Н.В., Мустакимов Р.Э., Вутолкина А.В. New Approach to Ultrafast Oxidative Desulfurization in the Presence of Sulfated Alumina-Based Catalysts Energy & Fuels, V. 38, № 9, pp. 8021–8034 (год публикации - 2024)
10.1021/acs.energyfuels.4c00308

Публикации