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 25-23-01310
НазваниеНаучные основы приготовления Ni-Mo катализаторов на основе формованных цеолитсодержащих носителей для одностадийной гидропереработки отработанных растительных масел: корреляция между условиями синтеза и функциональными свойствами.
Руководитель Кукушкин Роман Геннадьевич, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" , Новосибирская обл
Конкурс №118 - Конкурс на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка проведения научных исследований и развития научных коллективов, занимающих лидирующие позиции в определенных областях науки»
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ
Ключевые слова цеолит, гидропереработка, дизельное топливо, авиакеросин, никель, молибден, формование, экструзия, вторичные ресурсы, биотопливо, липиды
Код ГРНТИ31.15.28
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время в рамках стратегии по декарбонизации транспортного сектора значительный интерес представляет собой разработка способов производств топлива из возобновляемого сырья, в том числе растительного липидного сырья, включая отработанные растительные масла (ОРМ). ОРМ являются отходом предприятий общественного питания, однако, в настоящее время наблюдается его низкая степень переработки в РФ. Процесс гидропереработки ОРМ включает две ступени: деоксигенацию (ДО) для удаления кислорода из липидного сырья и гидроизомеризацию (ГИ) для улучшения низкотемпературных свойств с получением смеси жидких углеводородов. Значительный интерес представляет собой совмещение ступеней ДО и ГИ в одном реакторе, что требует разработки эффективного бифункционального гетерогенного катализатора.
В настоящий момент системы на основе Ni и Мо в восстановленной форме на кислотных носителях, в том числе цеолитах, вызывают интерес для процесса гидропереработки ОРМ. Однако, влияние связующего на взаимодействие NiMo активного компонента с носителем цеолит-Al2O3, физико-химические свойства катализаторов, а также активность в процессе одноступенчатой гидропереработки ОРМ в настоящее время практически не изучено. Состояние NiMo активного компонента зависит от условий совместного нанесения предшественников Ni и Мо на гранулы формованных носителей из избытка раствора, что настоящее время слабо изучено для никель-молибденовых систем на основе цеолита и Al2O3.
Целью данного проекта является исследование подходов целенаправленного синтеза катализаторов для процесса одноступенчатой гидропереработки ОРМ на основе Ni и Mo, нанесенных на формованный цеолитсодержащий носитель. В рамках работы будет изучено влияние состава носителей цеолит-Al2O3 с использованием цеолитов различных топологий MFI и MTT (ZSM-5, ZSM-23) как на их текстурные и механические характеристики, так и на активность NiMo-катализаторов на их основе в целевом процессе. На втором этапе будет исследовано влияние условий приготовления NiMo-катализаторов с использованием выбранного состава носителя путем совместной пропитки гранул носителя избытком раствора предшественников Ni и Мо. Будет проведено варьирование параметров нанесения NiMo активного компонента, включая как параметры пропитки, так и параметры термообработки. Полученные катализаторы будут охарактеризованы комплексом физико-химических методов, позволяющих определять как фазовое (РФА, ТПВ-Н2) и электронное (РФЭС) состояние NiMo активного компонента, так и его взаимодействие с компонентами носителя (СЭМ, ИК-, УФ-Вид-спектроскопии и др.). Также будет проведено исследование катализаторов на разных стадиях приготовления: во время пропитки (включая исследование пропиточных растворов) и после стадии сушки. Внимание будет уделено исследованию баланса между гидрирующей-дегидрирующей и изомеризующей функциями в полученных NiMo-катализаторах для повышения селективности в процессе ГИ при сохранении высокой активности в процессе ДО. В рамках этого будет исследовано влияние как соотношения металлических и кислотных центров в бифункциональных NiMo-катализаторах, так и модификаций цеолитного каркаса (деалюминирование и десилирование) на каталитическую активность в процессе одноступенчатой гидропереработки ОРМ. Для лучшего образца в подобранных условиях в ходе длительных ресурсных испытаний будет проведена наработка целевого продукта – смеси жидких углеводородов с определением ее фракционного состава. Для наработанного продукта будет проведена ректификация с определением выходов топливных фракций и их эксплуатационных характеристик. В совокупности полученные в рамках проекта данные позволят установить фундаментальные корреляции между условиями приготовления, физико-химическими свойствами и активности получаемых катализаторов в целевом процессе. Полученные результаты послужат ключом к целенаправленному синтезу NiMo-катализаторов для процесса одноступенчатой гидропереработки ОРМ с заданными функциональными свойствами.
Ожидаемые результаты
Заявленный проект направлен на разработку подходов к получению бифункционального формованного катализатора NiMo/цеолит-Al2O3 для процесса одноступенчатой гидропереработки ОРМ в биокомпоненты моторных топлив. В рамках реализации проекта будут синтезированы, охарактеризованы комплексом физико-химических методов и протестированы в процессе одноступенчатой гидропереработки ОРМ биметаллические никель-молибденовые катализаторы на формованных цеолитсодержащих носителях. Ожидаются следующие наиболее важные результаты:
- Впервые будут установлены фундаментальные корреляции между условиями приготовления, физико-химическими характеристиками и каталитической активностью в целевом процессе для систем на основе Ni и Мо, совместно нанесенных на формованные носители сложного состава из избытка раствора. Будет систематически изучено влияние связующего как на электронное и фазовое состояние нанесенного биметаллического активного компонента, так и на его взаимодействие с различными компонентами носителя. Будет показано влияние параметров совместного нанесения Ni и Мо из избытка раствора на гранулы носителей цеолит-Al2O3, взаимодействия биметаллического активного компонента с фазами носителя (цеолит, связующее), а также локализации металлических центров на разных фазах носителя на каталитическую активность в процессе одноступенчатой гидропереработки ОРМ.
- Будет проведена систематическая оптимизация структуры и свойств бифункциональных NiMo-катализаторов на формованных цеолитсодержащих носителях. Будут выявлены фундаментальные закономерности по влиянию строения катализатора на одновременное протекание деоксигенации и гидроизомеризации сложного липидно-углеводородного сырья. Полученные результаты будут направлены на настройку гидрирующей-дегидрирующей и изомеризующей функций катализатора для увеличения конверсии ОРМ и селективности по изомеризованным углеводородам, а также снижения вклада нежелательного крекинга. Эффективность полученного катализатора будет подтверждена длительными ресурсными испытаниями по одноступенчатой гидропереработки ОРМ с наработкой целевого продукта и его ректификационным разделением с определением выходов топливных фракций, а также с определением причин дезактивации и возможных путей его регенерации.
Полученные в рамках проекта результаты позволят сформировать научные основы приготовления бифункциональных NiMo-катализаторов для одноступенчатой гидропереработки ОРМ. Созданный задел далее можно использовать для дальнейших работ по созданию отечественной технологии получения биокомпонентов моторных топлив из возобновляемого липидного сырья. Использование формованных цеолитсодержащих носителей позволит превентивно решить проблему масштабного перехода и нацелено на возможность проведения дальнейших пилотных испытаний, открывающих путь к разработке и последующему внедрению ресурсосберегающей технологии одноступенчатой гидропереработки ОРМ, совместимой с существующей инфраструктурой. По результатам исследований будет предложен оптимальный способ приготовления NiMo-катализаторов, приводящий к наибольшей активности в процессе одноступенчатой гидропереработки ОРМ.
Таким образом, решаемые в рамках проекта научные проблемы соответствуют мировому уровню исследований в области катализа, в то время как его практическая составляющая направлена реализацию стратегии научно-технологического и экологического развития Российской Федерации.