Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Синтезированы и исследованы бифункциональные катализаторы на основе мезопористого силиката SBA-15 и алюмосиликата Al-SBA-15 с различной морфологией, размером пор, кислотностью, составом активной фазы. На основе синтерированных материалов были получены бифункциональные катализаторы процесса Фишера-Тропша: 15Со/SBA-15, 15Со/Al-SBA-15 (5), 15Со/Al-SBA-15 (10), 15Со/Al-SBA-15 (20), 15Со/Al-SBA-15 (40). На основе SBA-15 были получены биметаллические катализаторы, в качестве промоторов были выбраны марганец и лантан (15Со3La/SBA-15, 15Со3Mn/SBA-15). Полученные материалы и катализаторы были исследованы комплексом современных физико-химических методов анализа (просвечивающая и сканирующая электронная микроскопия, рентгеновская дифракция, энергодисперсионная рентгенофлуоресцентная спектрометрия, низкотемпературная адсорбция азота, термопрограммируемая десорбция аммиака). Для полученных материалов была доказана структура, определен фазовый и элементный состав, текстурные и кислотные свойства. Для катализаторов на основе полученных материалов были установлены вышеприведенные свойства, доказано сохранение структуры после нанесения активной фазы и прокаливании при 550 °С. Исследования каталитических свойств разработанных систем показало, что при использовании 15Со/SBA-15 были достигнуты высокие показатели активности катализатора уже при 210 С (селективность по С5+ составила 84,6% при конверсии СО 49,4 %). Повышение температуры процесса до 240 С приводит к увеличению селективности по C2–C4, в то время как селективность по С5+ незначительно снижается. Сравнение результатов при различных расходах сырья показывает, что при сниженном расходе существенно растет селективность по СО2. Очевидно, что при высокой конверсии сырья возрастает парциальное давление паров воды в слое катализатора, что в свою очередь ускоряет реакцию водяного газа. Установлено, что использование в качестве носителя алюмосиликатов типа Al-SBA-15 с различным модулем Si/Al приводит к увеличению селективности по низкомолекулярным продуктам реакции, в том числе углеводородам состава С11-С18 по сравнению с системой типа Со/SBA-15. При этом оптимизация соотношения Si/Al позволяет корректировать селективность по целевым продуктам реакции. Также установлено, что с увеличением кислотности возрастает количество побочных продуктов реакции. Разработана методика синтеза бифункциональных катализаторов процесса Фишера-Тропша на основе алюмосиликатных нанотрубок с селективностью по дизельной фракции более 50%. Для установления влияния кислотности на селективность и выход дизельной фракции в процессе Фишера-Тропша, проводили модификацию галлуазита с использованием серной кислоты и мочевины. Показано, что модифицирование катализаторов процесса Фишера-Тропша, содержащих кобальт и рутений в качестве активной фазы и нанотрубки галлуазита в качестве носителя, приводит к значительному изменению их свойств. Обработка носителя мочевиной или кислотой перед нанесением активных металлов способствует увеличению кислотности катализаторов, что оказывает существенное влияние на их каталитические характеристики. Установлено, что повышение кислотности способствует увеличению выхода олефинов, которые активно реадсорбируются на поверхности катализатора, что в свою очередь приводит к инициации роста углеводородных цепей. В результате наблюдается увеличение доли высокомолекулярных углеводородов, включая целевые продукты, такие как дизельная фракция. В ходе проведения непрерывных испытаний на одной из разработанных систем типа CoMn/γ-Al2O3, были получены результаты исследования каталитической активности и стабильности катализатора, а также наработана и исследована дизельная фракция, полученная фракционирование из синтетической смеси углеводородов процесса Фишера-Тропша. Показано, что температура кристаллизации полученной фракции может варьироваться в зависимости от времени проведения процесса. Наиболее пригодной для дальнейших исследований фракция с температурой застывания -1 была наработана в количестве 0,5 л. В ходе выполнения первого этапа проекта были проведены дополнительные работы по исследованию возможности применения твердой парафиновой фракции, полученной в процессе Фишера-Тропша, в качестве фазово-переходного материала. Использование парафиновых фракций для получения терморегулирующих добавок представляет интерес по ряду причин. Во-первых, процесс Фишера-Тропша позволяет получить существенные объемы фракций высокомолекулярных парафинов (С20+) с низким содержанием дополнительных примесей (серы, смол и ароматических соединений) и невысокой себестоимостью. Использование парафинов с широким температурным диапазоном позволяет преодолеть один из основных недостатков индивидуальных фазово-переходных материалов, а именно, необходимость подбирать конкретный материал для каждого конкретного применения в зависимости от предполагаемого рабочего температурного диапазона. В частности, парафины, полученные в процессе Фишера-Тропша, представляют интерес в качестве добавок для получения терморегулирующих покрытий для резервуаров хранения нефтепродуктов, для снижения потерь от «малых дыханий» резервуаров, обусловленных суточными перепадами температуры окружающей среды или резким изменением погодных условий.