Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технических решений для получения низкозастывающих дизельных топлив и высокоплотных керосинов для арктических условий с использованием возобновляемого и нефтяного сырья.

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
арктические дизельные топлива, авиационные высокоплотные киросины, газойли каталитчиеского крекинга, смоляные кислоты, липогенные базидиомицеты, твердофазная ферментация, липиды, гидрокрекинг, гидроизомеризация

Цель проекта:
1. Подбор состава нефтяного и биосырья (липиды, смоляные кислоты) для получения продуктов с заданными свойствами, прежде всего керосинов высокой плотности и арктических дизельных топлив; разработка эффективных методов, обеспечивающих получение липидов из лигноцеллюлозного сырья, что должно существенно снизить их стоимость и увеличить доступность, обеспечить повышение общей конверсии биосырья в конечные топлива; Разработка двухстадийного процесса превращения нефтяного (прежде всего газойлей каталитического крекинга, как отдельно, так и в смеси с прямогонным сырьем) и возобновляемого сырья - липидов растительного происхождения и смоляных кислот, в высокоплотные авиационные керосины, арктические дизельные топлива, обеспечивающего высокий выход продукта в расчете на превратившийся углерод (не менее 85%); Наработка образцов биосырья (липидов), наработка образцов высокоплотного керосина и дизельных арктических топлив для проведения их испытаний сертифицированными методами. 2. Разработка основ технологии комплексной переработки минерального и растительного сырья в жидкие энергоносители с помощью процессов гидроконверсии, обеспечивающих получение авиационных керосинов и дизельных топлив с пониженной температурой застывания, предназначенных для эксплуатации в арктических условиях. Расширение сырьевой базы для получения низкозастывающих моторных и авиационных топлив мирового стандарта за счёт вовлечения в переработку возобновляемого растительного сырья. Повышение степени переработки биомассы в жидкие энергоносители в пересчете на сухой вес до 15% за счет использования базидиальных грибов для переработки лигноцеллюлозы.

Основные планируемые результаты проекта:
- Будут отработаны подходы для получения липидов из целлюлозного сырья с использованием специальных культур грибов, проведены работы по подбору нефтяного и биосырья для получения топлив с необходимым свойствами, как высокоплотных керосинов, так и арктических дизельных топлив;
- На лабораторном уровне будут разработаны элементы технологий по комплексной переработки нефтяного (газойли каталитического крекинга как отдельно, так и в смеси с прямогонным сырьем) и возобновляемого сырья (липиды, полученные из лигноцеллюлозной биомассы, смоляные кислоты) как по отдельности, так и в смеси, в высокоплотный авиакеросин и арктическое дизельное топливо, для которых будут проведены испытания с целью определения основных химмотологических свойств;
- Будет разработана единая сопряженная технологическая схема получения целевых фракций высокоплотного авиакеросина и арктического дизельного топлива из различных типов сырья и предложены технические решения в качестве основы для создания на стадии ОКР/ОТР пилотной установки переработки указанных видов сырья.
Полученные низкозастывающие авиакеросины будут удовлетворять следующим требованиям:
- содержание ароматических соединений не более 5,0 % об.;
- кинематическая вязкость при минус 40°С не более 16 мм2/с.
- содержание серы не более 0,001% масс.;
- высота некоптящего пламени, не менее 20 мм;
- температура начала кристаллизации не выше минус 60°С;
- температура вспышки не ниже 45°С;
- плотность – не ниже 0,81 г/мл;
- теплота сгорания – не ниже 42900 кДж/кг.
Полученые низкозастывающие дизельные топлива будут удовлетворять следующим требованиям:
- содержание ароматических соединений не более 5,0 % об.;
- кинематическая вязкость при 20°С не более 4 мм /с.
- содержание серы не более 0,001%масс.;
- цетановое число не менее 50;
- предельная температура фильтруемости не выше минус 50°С;
- температура помутнения не выше минус 40°С;
- температура вспышки не ниже 30°С.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Технические решения для получения низкозастывающих дизельных топлив и высокоплотных керосинов для арктических условий с использованием возобновляемого и нефтяного сырья.
2. Новизна работы состоит как в разработке новых каталитических систем для оптимизации процесса гидроконверсии, использованию различных типов сырья, так и в разработке новых подходов для расширения сырьевой базы для производства биотоплив, в том числе в использовании базидиальных грибов для переработки лигноцеллюлозы
3. Керосиновая и дизельная целевые фракции будут пригодны для дальнейшего использования в арктических условиях и авиации. Керосиновые фракции будут пригодны для получения топлив в реактивной технике.
4. В случае нефтяного сырья используется вторичное сырьё – газойли каталитического крекинга в смеси с первичным сырьем – липидной биомассой или высокопарафиновыми дизельными фракциями, что позволит получать топлива с высокой плотностью, как авиакеросины, так и дизельные топлива; уменьшить температуру помутнения и застывания за счет получения нафтенов; использование прямогонных высокопарафинистых фракций или липидной биомассы после изомеризации призвано обеспечить высокое цетановое число получаемых топлив. Для получения компонентов высокоплотных авиакеросинов из биосырья предложено использование отходов целлюлозно-бумажного производства, смоляных кислот. Для получения липидов с высокой эффективностью из биосырья используется подход, основанный на использовании базидиальных грибов для переработки лигноцеллюлозы в высокоэнергетические липиды. Данный подход позволяет перерабатывать сырье любого качества и увеличивает степень извлечения липидных компонентов из масличных культур с 10 до 19 процентов, а общий выход углеводородов из сухой биомассы (при использовании метода гидроконверсии липидов) – вплоть до 15%.
Для процесса получения топлив, вне зависимости от характера используемого сырья (нефтяное, возобновляемое, смесьевое), используется процесс двухстадийной гидроконверсии. При этом на первой стадии обеспечивается удаление гетероатомов в нефтяном сырье на оригинальных Ni,Mo-; Co,Mo- Ni-W мезопористых катализаторах и деоксигинация биосырья на катализаторах, содержащих металлы VIII группы. Процесс будет сопровождаться гидрированием двойных связей и части полиароматических соединений (нефтяное сырье). Дегидроциклизация (при использовании в качестве компонента нефтяного сырья и смоляных кислот), и гидроизомеризация н-парафинов будет осуществлена с использованием мезопористых алюмосиликатных катализаторов, содержащих металлы платиновой группы.
Будет подробно исследован состав и физико-химические свойства полученных топлив. Будет разработана программа испытаний получаемых дизельных топлив и авиационных керосинов с целью подтверждения их пригодности для применения. Для использования полученных углеводородных фракций в качестве топлив необходимо обеспечить проведение их испытаний с использованием уже имеющихся сертифицированных методов, что должно обеспечить возможность последующего их использования в авиационной технике (керосины) и дизельных двигателях.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения результатов работы – нефтехимия, сельское хозяйство, транспорт, авиация.
2. Результаты ПНИ лягут в основу создания технологии получения высокоплотных авиационных керосинов и низкозастывающих дизельных топлив из различных типов сырья без принципиального изменения самой схемы переработки, обеспечивающей возможность превращения как чистого, так и смесевого сырья. Полученные в рамках ПНИ результаты и разработанные подходы должны быть ориентированы на применение в организациях, нацеленных на коммерциализацию технологий и инжиниринговых и прикладных организаций, специализирующихся на осуществлении ОТР/ОКР. Коммерциализация полученных результатов позволит предложить предприятиям ТЭК, предприятиям нефтехимического комплекса, авиаперевозчикам, сельхозпредприятиям новый процесс получения топлив. Технология получения высокоплотных керосинов может быть реализована далее в интересах Министерства обороны РФ и реактивной авиации. Разрабатываемые методы и подходы к увеличению степени переработки растительного сырья в моторные топлива будут способствовать развитию отечественной биотехнологии, особенно тех её отраслей, которые связаны с получением промышленных продуктов и полупродуктов.
3. Достижение заявленных результатов открывает перспективу для получения товарных продуктов – топлив, и обладает рыночным потенциалом. Таким образом, это повлияет на структуру производства и потребления продукции, созданной из минерального и непищевого растительного сырья. При внедрении в производство также будут способствовать повышению спроса на сельскохозяйственную продукцию, в частности технические сорта растений.
4. По прогнозу, результаты проекта могут вызвать интерес как в промышленно-развитых, так и аграрных странах, странах с холодным климатом.

Текущие результаты проекта:
Наиболее пригодный для процесса твердофазного культивирования - жмых семян подсолнечника с добавкой пшеничной соломы в качестве ускорителя роста и разрыхлителя. Установлено, что для наработки липидного сырья для последующей гидропереработки наиболее подходящим является метод холодного отжима. Наибольший выход (46%) липидной фракции получен на штаммах Fomes fomentarius MT-4.09 при выходе сухого мицелия 15 г/л объема реактора. Наилучшая экстракция липидов - при использовании смеси хлороформ - метанол и растирании биомассы в смеси с песком после заморозки.
С использованием катализаторов Pd/Al-SBA-15(10) достигнуты количественная гидродеоксигенация триглицеридов и смоляных кислот. Найдено, что оптимальные условия гидродеоксигенации находятся в температурном интервале 320-360 С и объемной скорости подачи сырья 0.5-1 ч-1. На первой стадии гидроконверсии легкого газойля каталитического крекинга содержание серы снижено в дистилляте до значений менее 100 ppm, что позволяет использовать катализаторы на основе благородных металлов на второй стадии гидроконверсии такого подготовленного сырья.
Pt-содержащий катализатор на основе мезопористого алюмосиликата в процессе гидроконверсии нефтяных н-парафинов С19–С38 показал высокую эффективность и селективность в получении дизельных и керосиновых фракций. Удалось достичь 91% конверсии сырья с 76% выходом жидких углеводородов (320°С, объемная скорость подачи сырья 0,5 ч–1, мольное соотношение водород:сырье = 600:1, давление 50 атм). Температура начала кристаллизации выделенной керосиновой фракции менее минус 50°С, а предельная температура фильтруемости дизельной фракции составляет минус 34°С.