Разработка комплексной технологии каталитической переработки бионефти в компоненты авиатоплив и ценные соединения

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 25-79-10347

НазваниеРазработка комплексной технологии каталитической переработки бионефти в компоненты авиатоплив и ценные соединения

Руководитель Наранов Евгений Русланович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук , г Москва

Конкурс №111 - Конкурс 2025 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-402 - Гидроэнергетика, новые и возобновляемые источники энергии

Ключевые слова Биомасса, бионефть, гидрирование, алкилирование, авиатопливо

Код ГРНТИ44.09.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В последние десятилетия активно исследуются альтернативные источники энергии, включая биосырье, получаемое из растительных культур, как замена традиционному ископаемому сырью. Это обусловлено стремлением к снижению углеродного следа, уменьшению зависимости от нефти и развитию экологически чистых технологий. Основным технологическим методом получения продуктов из такого биосырья является термическая деполимеризация (чаще всего быстрый пиролиз) с образованием жидких продуктов, называемых бионефтью. Однако использование жидкой бионефти напрямую в промышленности сопряжено с рядом технологических вызовов, требующих модернизации нефтехимических мощностей. Основная сложность использования бионефти связана с высоким содержанием в ней воды, кислот и других кислородсодержащих соединений, что приводит к дезактивации катализаторов, ускоренному износу оборудования и образованию нежелательных побочных продуктов. Целью проекта является разработка многоступенчатой технологии переработки бионефти, полученной пиролизом биомассы, в высокоценные химические продукты и компоненты топлив. Это достигается путем применения процессов фракционирования, алкилирования и гидрирования, позволяющих последовательно улучшать состав и свойства целевых продуктов. Важным этапом является селективная экстракция фенольных фракций, являющимися интермедиатами в данной технологической цепочке. Алкилирование фенолов направлено на модификацию углеводородного состава с целью улучшения характеристик химических реагентов путем наращивания углеродной цепи. Каталитическое гидрирование, в свою очередь, способствует удалению кислорода в конечных продуктах и насыщению ароматического кольца, повышая стабильность получаемых соединений. В современной научной литературе показано, что экономически целесообразно выделять целевую фенольную фракцию (как правило, до 20 масс. % в исходной бионефти) для каталитической переработки. Замещенные фенолы (крезол, гваякол, и др.) и дифенолы являются ценными соединениями, поскольку данные интермедиаты могут быть использованы в синтезе полимеров, антиоксидантов, а также в синтезе кремний-органических соединений [https://doi.org/10.1016/j.jece.2024.115050]. Кроме того, фенолы могут быть использованы в получении компонентов авиатоплив путём наращивания углеродной цепи в процессе алкилирования. В качестве алкилирующего агента предлагается использовать ацетон. Использование ацетона имеет большой научный и практический интерес, поскольку ацетон, полученный кумольным методом, не имеет в отличие от фенола эквивалентный рынок сбыта. Получение компонентов авиатоплив из ацетона и фенольной фракции можно осуществить в 3 стадии, включающие: 1) гидрирование ацетона до изопропанола 2) алкилирование фенолов изопропанолом 3) полное гидрирование полученного продукта с удалением кислорода. Стоит отметить, что данные три стадии могут быть реализованы в единой технологической схеме с двумя последовательными проточными реакторами (см. доп. файл). Оставшийся рафинат бионефти после экстракции планируется подвергнуть гидрооблагораживанию в смеси с тяжелыми углеводородными фракциями (легкий газойль каталитического крекинга, газойль термического крекинга и др.) для снижения содержания кислорода в продуктах. Данное гидрооблагораживание будет проходить с использованием сульфидных катализаторов (NiMo, CoMo) в условиях максимально приближенным к гидроочистке среднедистиллятных фракций. После чего полученные продукты могут быть направлены на процесс каталитического крекинга с получением компонентов моторных топлив и сырья для нефтехимии. Таким образом, в настоящем проекте будет реализован комплексный подход к переработке бионефти. Проект ориентирован на решение ключевых проблем, связанных с низким качеством бионефти и ее несовместимостью с традиционными нефтеперерабатывающими процессами.

Ожидаемые результаты
Цель этого проекта - разработать комплексную технологию переработки жидкой бионефти, полученной из биомассы растительного происхождения, в ценные химические соединения. В результате выполнения данного проекта будут решены следующие задачи: будут разработаны подходы к эффективной экстракции фенольной фракции из бионефти, будут разработаны эффективные каталитические системы алкилирования и гидрирования бионефти. Будет расшифрован механизм селективного гидрирования ацетона в смеси с фенольной фракции до изопропанола (без гидрирования фенольной фракции), механизм алкилирования фенолов изопропанолом, а также механизм гидрирования замещенных алкилфенолов. Будут подобраны оптимальные условия гидрооблагораживания рафината бионефти после экстракции в смеси с углеводородными фракциями. В конечном итоге, данная исследовательская инициатива проложит путь для создания новой комплексной переработки бионефти, включающая селективную экстракцию, а также последовательное гидрирование-алкилирование-гидродеоксигенацию. Впоследствии будут проведены эксперименты для демонстрации возможности совместного превращения рафината бионефти после экстракции. В результате будет существенно расширено понимание в решение проблемы повышения эффективности глубокой переработки сельскохозяйственных отходов и отходов лесотехнической промышленности из направления Стратегии НТР РФ «Н2. Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии». На основе результатов, полученных при выполнении проекта, будет создана научная основа для проведения прикладных исследований по разработке процесса переработки биомассы растительного происхождения в ценные химические соединения.