Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка алюмохромовых катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
алюмохромовые катализаторы, дегидрирование с4-с5 парафинов, стационарный слой, формование

Цель проекта:
Проект направлен на создание опережающего научно-технологического задела получения новых высокоэффективных катализаторов дегидрирования С4-С5 углеводородов в стационарном слое.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Результаты анализа современного состояния исследований в области, а также теоретические изыскания, отражающие проблемы исследований в области и возможные способы их решения. Это позволит разработать подходы для решения поставленных задач и достижения общей цели проекта.
2. Результаты патентных исследований, отражающие совокупность последних достижений в области, имеющих принципиальную возможность практического использования. Это позволит усовершенствовать существующие подходы по приготовления алюмохромовых катализаторов, способов формования каталитических материалов, а также реализации процесса дегидрирования парафиновых углеводородов, а также найти принципиально новые научные и технические решения для решения поставленных задач.
3. Научно-технологический задел для создания новых высокоэффективных алюмохромовых катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое, включающий способы подготовки носителя, способ формования каталитического материала, способ введения активного компонента, природа и содержание различных модификаторов, а также способы термической обработки полученных катализаторов. Также в ходе проекта будут разработаны подходы по управлению пористостью полученных катализаторов и способы увеличения прочности с целью получения катализаторов, обладающих продолжительным сроком службы.
4. Технические (конструкторские) решения определённых стадий получения и обработки каталитических материалов, а также реализации процесса дегидрирования С4-С5 углеводородов в стационарном слое с использованием разрабатываемых катализаторов. Полученные решения будут ориентированы на последующее масштабирование технологии получения катализатора в промышленных масштабах, что подразумевает перенесение этих решений на технологическое промышленное оборудованием с учётом основных особенностей промышленного производства катализаторов.
5. Проекты технических требований на выполнение ОКР или ОТР по созданию технологии получения алюмохромовых катализаторов. Это позволит провести дальнейшее масштабирование технологии получения катализаторов путём оптимизации основных режимов и условий получения катализаторов.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Научно-техническими задачами проекта являются:
1. Разработка новых принципов получения алюмохромовых катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое.
Решение этой задачи предполагает создание алюмохромового катализатора в виде гранул определённой формы и размера, обладающих высокой каталитической активностью, прочностью и стабильностью в условиях каталитических процессов.
В качестве сырья для разрабатываемых катализаторов предполагается использование доступных на российском рынке реактивов, главным образом оксида алюминия (например производства ОАО «СКТБ «Катализатор», г. Новосибирск или ЗАО «Промкатализ», г. Рязань), используемого в качестве носителя.
Для получения катализатора в виде гранул предполагается разработка способа формования катализатора методом экструзии, так как именно этот метод позволяет получить катализатор в виде цилиндрических гранул заданного размера и может быть реализован в промышленности. Новизна состоит в том, что в качестве формующих агентов предполагается использовать прекурсоры активного компонента, что позволит упростить получение катализатора, добиться высоких прочностных характеристик и достичь равномерного распределения оксида хрома внутри гранул катализатора (это большая проблема для алюмохромовых типа катализаторов).
Для получения высокой активности катализатора предполагается оптимизация способа введения активного компонента на поверхность носителя, подбор модификаторов, а также стабилизация активного компонента (оксида хрома) в высокодисперсном (наноразмерном) состоянии.
Для получения высокой прочности катализатора и развитой пористой структуры будут использованы специальные предобработки носителя, а также оптимизированы условия термических обработок, как носителя, так и самого катализатора.
Предлагаемые подходы по стадиям получения катализатора и условиям его обработок являются новыми, а полученные результаты способны к правовой охране.
2. Отработка режимов ведения каталитического процесса дегидрирования С4-С5 углеводородов в стационарном слое.
Решение этой задачи предполагает отработку режима дегидрирования С4-С5 углеводородов в стационарном слое на лабораторном уровне для определения истинной активности каталитических материалов (в кинетических условиях), а также тестирование катализатора в условиях, моделирующих условия промышленной реализации процесса дегидрирования, т.е. при использовании реальных гранул катализатора и больших нагрузок на катализатор, включая оценку стабильности катализатора и оценку срока его службы.
Для катализаторов дегидрирования углеводородов важна термическая стабильность, так как каталитический процесс реализуют при температурах 500-600 оС, стабильность внутренне структуры в зауглероживанию и последующему выгоранию продуктов углеотложения на стадии регенерации катализатора, сопровождающееся резким увеличением объёма газа внутри пор катализатора и приводящее к разрушению гранул катализатора. Решение этой проблемы будет достигнуто за счёт управления пористой структурой катализатора, а также создания высокопрочного и термостойкого каркаса катализатора. Оценку стабильности катализатора предполагается проводить путём краткосрочных высокотемпературных обработок, имитирующих работу катализатора в течении длительного времени.
При решении этой задачи правовой охране подлежат, как сам режим ведения каталитического процесса (в том числе загрузка катализатора, температуры, состав и скорость подачи реакционной смеси и т.д.), так и способы получения особых свойств катализатора, обеспечивающих высокую механическую, термическую и химическую стабильность.
3. Создание научно-методических и нормативно-технических документов.
Под созданием научно-методических документами подразумевается написание научных статей в ведущие российские и зарубежные журналы, подготовка тезисов, материалов и трудов всероссийских и международных конференций, написание студентами и аспирантами, выполняющими проект, курсовых и дипломных работ, магистерских и кандидатских диссертаций, и использование разработанных методик синтеза и исследования каталитических материалов в образовательном процессе в таких дисциплинах, как «Научный основы получения катализаторов», «Сорбционные процессы», «Катализ» и «Неизотермические методы кинетики».
Новым при решении этой задачи является выявление новых свойств алюмохромовых катализаторов, выявление природы активных центров, а также особенностей ведения каталитического процесса дегидрирования углеводородов в стационарном слое катализатора. Учитывая, что большинство публикаций в этой области посвящено реализации процесса в кипящем слое, то проводимые в настоящем проекте исследования являются науко-опережающими и перспективными, как для фундаментальной, так и для прикладной науки.
Под нормативно-техническими документами предполагается написание методик испытания каталитических материалов, лабораторного регламента получения каталитических материалов, методик исследования каталитических материалов физико-химическими методами. Также может быть подготовлен план экспресс анализа для экспрессной оценки свойств (качества) промышленных партий катализатора.
4. Разработка отдельных технических решений по использованию технологического оборудования для получения и обработки каталитических материалов, а также ведения каталитического процесса дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое катализатора.
Для решения данной задачи предполагается проведение обширных лабораторных исследований по оптимизации условий получения и обработки каталитического материала, а также режимов ведения каталитического процесса. Последующее обобщение полученных результатов и систематизация позволит выявить ключевые параметры, определяющие свойства катализатора и выход целевого продукта при реализации процесса дегидрирования. В дальнейшем предполагается перенесение выявленных закономерностей на возможности производств с целью адаптации стадий получения и использования катализаторов в промышленных условиях, и создание технологических решений, позволяющих оптимизировать способ получения катализатора с заданными структурными, прочностными и каталитическими свойствами и способ использования катализатора (загрузка катализатора, режимы каталитического процесса и т.д.) с целью увеличения выхода целевого продукта.
Важным аспектом является то, что предлагаемые технические решения будут ориентированы на оборудование, имеющееся у крупнейших российских производителей катализаторов, с целью возможно перенесения предложенных решений ан производство.
5. Формулировка технических требований для выполнения последующих работ (ОКР, ОТР) по созданию промышленной технологии получения высокоэффективных алюмохромовых катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов.
В рамках решения этой задачи предполагается подготовить рекомендации по использованию результатов настоящего проекта при масштабировании способа получения катализатора на промышленном оборудовании конкретных крупных предприятий, занимающихся производством катализаторов в России.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Областью применения результатов проекта является производство катализаторов, а также нефтеперерабатывающая отрасль. Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, предполагается использовать для создания производства алюмохромового катализатора дегидрирования С4-С5 парафинов для стационарного слоя. Для этого предполагается проведение промышленных испытаний на оборудовании предприятий, производящих катализаторы, с целью оптимизации режимов получения и обработки каталитического материала.
Крупнейшие российские производители катализаторов, такие как ОАО «СКТБ «Катализатор» (г. Новосибирск), ОАО «Ангарский катализаторный завод» (г. Ангарск), ЗАО «Промкатализ» (г. Рязань) располагают оборудованием, на котором могут быть проведены промышленные испытания. Также эти предприятия производят оксид алюминия, который может быть использован в качестве носителя для этих катализаторов.
При создании промышленного производства катализатора предполагается использование катализатора на нефтеперерабатывающих предприятиях Российской Федерации и ближнего зарубежья с целью получения ценных органических соединений, в первую очередь изобутена. При этом предполагается использование полученных при выполнении проекта рекомендаций по ведению каталитического процесса.
Использование катализаторов стационарного слоя для проведения дегидрирования С4-С5 парафинов позволит повысить степень нефтепереработки в России. При этом переход предприятий от реализации процесса с кипящем слоем катализатора к реализации процесса со стационарным слоем позволит повысить качество переработки парафинов при снижении энергозатрат, а также снижения вредного воздействия на окружающую среду, заключающуюся в выбросе в атмосферу микрочастиц катализатора кипящего слоя.
Появление алюмохромового катализатора для дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое, более дешёвого, но не менее активного и стабильного по сравнению с зарубежным аналогом, на российском рынке и рынке стран ближнего зарубежья позволит вытеснить зарубежный аналог с рынка и повысить заинтересованность нефтеперерабатывающих предприятий в реализации процесса дегидрирования в стационарном слое катализатора.
Защита вновь создаваемой интеллектуальной собственности в форме российских патентов позволит защитить интересы российской науки и технологического сектора и повысить их авторитет на международной научно-технологической сцене.

Текущие результаты проекта:
Результатами выполнения работ по проекту в 2014-2015 гг стало:
1 Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках НИОКР, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и патенты).
2 Выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
3 Исследованы, обоснованы и выбраны методы и средства, направления исследований и способы решения поставленных задач.
4 Проведена сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по аналогичной тематике.
5 Разработаны способ предобработки алюмооксидного носителя и способ введения активного компонента и модификаторов на поверхность носителя.
6 Разработана методика получения катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое.
7 Синтезированы лабораторные образцы катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое по разработанной методике.
8 Разработаны программа и методики проведения исследовательских испытаний лабораторных образцов катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое.
9 Проведены испытания лабораторных образцов катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое по разработанным программе и методикам.
10 Проведена оптимизация состава и пористой структуры образца, проявившего наибольшую активность в процессе дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое.
11 Разработана методика получения гранулированных катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое методом экструзии.
12 Синтезированы экспериментальные образцы гранулированных катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое по разработанной методике.