Регистрация / Вход
Прислать материал

Управляемый синтез нанесенных сульфидных наноразмерных фаз с заданными геометрическими параметрами и электронными свойствами в качестве катализаторов гидроочистки нефтяных фракций

Докладчик: Пимерзин Андрей Алексеевич

Должность: Проректор по учебной работе, заведующий кафедрой "Химическая технология переработки нефти и газа", заведующий кафедрой

Цель проекта:
1. В последнее десятилетие в нефтеперерабатывающей промышленности возникла существенная проблема снижения содержания серы в товарных нефтепродуктах. Количество автомобилей с современными дизельными двигателями, как грузовых, так и легковых, постоянно растет. Для снижения вредности выбросов необходимо использование малосернистого дизельного топлива, что признается как за рубежом, так и в нашей стране. Согласно принятому Правительством РФ Техническому регламенту (№118 от 27.02.2008 г.), содержание серы в товарных дизельных топливах устанавливается до 31.12.2012 г. на уровне менее 50 ppm, и до 31.12.2013г - менее 10 ppm. Реальный переход на выпуск всего объема дизельных топлив с содержанием серы менее 10 ppm отодвинут на период после 2014 г. по разным причинам. Основной причиной является техническая неподготовленность отечественной нефтепереработки к выпуску значительных объемов глубокоочищенных дизельных топлив. В первую очередь это касается отсутствия отечественного производства катализаторов глубокой гидроочистки дизельного топлива, и глубокой зависимостью всей отечественной нефтепереработки от импорта катализаторов. Однако переход на эти очень жесткие требования неизбежен. Ситуацию усугубляет закономерное ухудшение качества перерабатываемых нефтей и вовлечение дистиллятов вторичных процессов в гидроочистку. Эта тенденция еще больше усилится в ближайшие десятилетия, поскольку в сферу переработки будут вовлекаться тяжелые остатки, нефтеносные пески, нефтяные сланцы и другие нетрадиционные источники углеводородного сырья. Актуальность планируемых исследований обусловлена наличием серьезной научной и практической проблемы, а именно отсутствием отечественных технологий производства катализаторов глубокой гидроочистки нефтяных фракций. Современные отечественные катализаторы гидроочистки значительно уступают зарубежным, что не позволяет производить нефтепродукты по требованиям Технического регламента на отечественных установках даже при ужесточении технологического режима. Между тем каталитические технологии – основа нефтепереработки, а процессы гидроочистки нефтяных фракций - одни из главных процессов отрасли. По разным данным, от 70 до 90 % катализаторов гидроочистки на отечественных НПЗ произведены в США, Франции, Дании, Голландии. Такой уровень зависимости от импорта нефтеперерабатывающей отрасли страны превышает критический с точки зрения суверенитета, т.е. способности функционировать без импортных закупок. Таким образом, зависимость российской нефтепереработки от западных катализаторных компаний в 90-е годы стала угрожающей и сохраняется такой в 2000-е годы. Что касается научной составляющей этой проблемы, то упадок отечественной науки в 90-е годы, недостаточное финансирование и слабая приборная база определили отставание РФ от западных исследователей в области сульфидного катализа. 2. Целью проекта является создание промышленной технологии синтеза наноразмерных частиц сульфидов переходных металлов (фаза “CoMoS” или NiMoS” II типа) с заранее заданными геометрическими и электронными параметрами, на развитой поверхности носителя, в количестве, необходимом для осуществления гидроочистки нефтяных фракций с заданной глубиной, а также исследование закономерностей формирования наноразмерных частиц сульфидов переходных металлов, полученных из полиоксометаллатов молибдена различного состава и структуры, изучение влияния размерных и синергетических эффектов в катализе сульфидами для создания научной основы направленных методов синтеза высокоэффективных катализаторов гидроочистки нефтяных фракций и другого углеводородного сырья.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Краткое описание основных результатов: научные основы химической технологии управляемого синтеза нанесенных наноразмерных частиц сульфидов переходных металлов (фазы “CoMoS” и NiMoS” II типа) с заданными геометрическими параметрами и электронными свойствами в качестве катализаторов гидроочистки нефтяных фракций. Достижение данной цели предполагает решение следующих задач. Необходимо проведение исследований и выявление зависимостей средней длины слоев Co(Ni)-XMoS L (измеряется в нм или Å) и числа слоев n в кристаллите от пористой структуры носителя. Выбор соединений - прекурсоров Mo(W) и Co(Ni), комплексообразователей из ряда неорганических и органических соединений для использования на стадии пропитки носителя. Исследование зависимости средней длины слоев Co(Ni)-XMoS и числа слоев в кристаллите от прекурсора Mo(W) и Co(Ni). Исследование влияния условий стадии термической обработки готового катализатора на геометрические характеристики сульфидной фазы (среднюю длину слоев Co(Ni)-XMoS и число слоев в кристаллите). Исследование влияния условий проведения стадии сульфидирования нанесенных наноструктурированных катализаторов Co(Ni)-XMo/Al2O3 на геометрические характеристики наночастиц сульфидной фазы. Получение значимых научных результатов о влиянии состава сульфидных катализаторов, исходных соединений для синтеза, пористой структуры носителя и способа сульфидирования на глубину гидроочистки (ГДС и гидрирования ПАУ). Создание научно-технического задела для разработки новых промышленных технологий синтеза наноразмерных частиц сульфидов переходных металлов (фаза “CoMoS” или NiMoS” II типа) с заранее заданными геометрическими и электронными параметрами для создания сульфидных катализаторов глубокой переработки углеводородного сырья.
2. Основные характеристики планируемых результатов (в целом и/или отдельных элементов), планируемой научной (научно-технической, инновационной) продукции. Научные основы химической технологии управляемого синтеза нанесенных наноразмерных частиц сульфидов переходных металлов (фазы “CoMoS” и NiMoS” II типа) позволят производить катализаторы гидроочистки нефтяных фракций, обеспечивающие производство дизельных топлив по требованиям Технического регламента 4 и 5 класса.
3. Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик и решений. Новой концепцией является концепция управляемого синтеза нанесенных наноразмерных частиц сульфидов переходных металлов (фазы “CoMoS” и NiMoS” II типа) с заданными геометрическими параметрами и электронными свойствами в качестве катализаторов гидроочистки нефтяных фракций. Кроме того, элементами новизны является нахождение методов и закономерностей, которые являются инструментами воздействия на геометрические параметры и электронные свойства частиц сульфидов переходных металлов. Воздействие на морфологию сульфидной фазы и электронные свойства возможны путем изменения химического состава и пористой структуры носителя, путем выбора прекурсоров Mo(W) и Co(Ni), комплексообразователей, условий термической обработки и сульфидирования катализатора.
4. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень. Предлагаемая работа находится на одном уровне с разработками ведущих ученых в данной области, что подтверждается публикациями работ коллектива в ведущих отечественных и зарубежных журналах.
5. Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски. Достижение заявленных результатов определяется опытом работы коллектива кафедры в данном направлении, наличием оборудования. Ограничения в данной работе отсутствуют, т.к. главная задача, перенос элементов технологии в промышленность, подкрепляется наличием индустриального партнера и возможностью сотрудничества.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения планируемых результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться или планируемая на их основе инновационная продукция):
- катализаторы, полученные с использованикем разрабатываемых методов синтеза наноразмерных частиц сульфидов переходных металлов (фаза “CoMoS” или NiMoS” II типа) с заранее заданными геометрическими и электронными параметрами, на развитой поверхности носителя, будут обеспечивать осуществление гидроочистки нефтяных фракций с заданной глубиной;
- результаты НИР могут быть востребованы для создания/модернизации технологических линий производства катализаторов гидроочистки.
2. Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования:
Потребителями ожидаемых результатов (состав и технология производства катализаторов гидроочистки дизельного топлива) могут быть катализаторные производства РФ, ближнего и дальнего зарубежья. Произведенные катализаторы могут использоваться для глубокой гидроочистки дизельных фракций, как прямогонных, так и в смеси с газойлями вторичного происхождения, на предприятиях, принадлежащих НК «Роснефть», «Башнефть», «Лукойл» и др. Глубокая гидроочистка дизельных фракций необходима для производства компонентов дизельных топлив по требованиям технического регламента.
3. Применение ожидаемых результатов в области промышленного производства катализаторов гидрогенизационных процессов, прежде всего гидроочистки различных нефтяных фракций позволит достичь технологического суверенитета РФ. Технология управляемого синтеза нанесенных сульфидных наноразмерных фаз с заданными геометрическими параметрами и электронными свойствами может быть применена для промышленного производства катализаторов гидроочистки прямогонных бензинов; селективной гидроочистки бензинов вторичного происхождения; гидроочистки вакуумных газойлей; гидроочистки масляных фракций, рафинатов селективной очистки и депарафинированных масел, следовательно увеличится объем и расширится ассортимент промышленных катализаторов мирового уровня, выпускаемых в РФ.
Выпущенные катализаторы найдут применение во всех перечисленных процессах, а так же могут быть поставлены в другие страны. При этом полученные фундаментальные закономерности могут быть полезны и при разработке других сульфидных катализаторов, например, катализаторов гидрирования, гидроконверсии и гидрокрекинга.
Регламенты на выпуск катализаторов, ТУ и другие нормативные документы, полученные патенты могут быть предметом коммерциализации, потребителями их могут быть катализаторные производства. Социальная значимость включает два аспекта: создание новых рабочих мест на катализаторных заводах и фабриках, улучшение экологических условий эксплуатации транспортных средств за счет применения топлив, изготовленных на современных отечественных катализаторах. Основными средствами системы демонстрации и популяризации науки в рамках проекта является: участие в российских и международных семинарах, специализированных выставках с докладами и стендами о ходе выполнения работ по проекту; публикация результатов в научных журналах и интернет изданиях (Кинетика и катализ, Нефтехимия и др.).

Текущие результаты проекта:
В соответствии с календарным планом на первом этапе работ получены следующие результаты:
1. Подготовлен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы (статьи в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографии) по тематике исследуемой проблемы.
2. Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96
3. Выполнен синтез образцов Al2O3 из различных исходных гидроксидов: алкоголятного AlOOH фирмы Sasol; переосажденных гидроксидов (алюминатного и сульфатного); очищенного термоударом.
4. Проведены исследования физико-химических характеристик образцов Al2O3 (ДТА-ТГА, определение пористой структуры, определение химического состава примесей, микроскопия – СЭМ, определение прочности на раскалывание острой гранью).
5. Выполнен синтез оксидных катализаторов Co(Ni)-XMo/Al2O3 по стандартной методике
6. Исследованы физико-химических характеристик катализаторов (определение химического состава, РФЭС и ПЭМ ВР после сульфидирования, ДТА-ТГА, определение пористой структуры, определение химического состава, микроскопия – СЭМ, определение кислотности поверхности методом адсорбции аммиака и методом адсорбции Н2).
7. Проведено жидкофазное сульфидирование и определены каталитические свойства в целевом процессе (глубокая гидроочистка смеси дизельных фракций с вторичными газойлями, 6 образцов) на проточной установке под давлением водорода.
8. Выполнено сопоставление полученных результатов, сделан выбор носителя.
9. Подготовлен для отправки текст статьи в научный журнал по результатам исследований.