Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0028

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0028
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет"
Название доклада
Разработка алюмохромовых катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое
Докладчик
Мамонтов Григорий Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью проекта является создание опережающего научно-технологического задела получения новых высокоэффективных катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое, обладающих высокой каталитической активностью и прочностью в условиях каталитических процессов.
Научно-технические задачи проекта:
1. Разработка новых принципов получения алюмохромовых катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое.
2. Отработка режимов ведения каталитического процесса дегидрирования С4-С5 углеводородов в стационарном слое.
3. Создание научно-методических и нормативно-технических документов.
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.
5. Формулировка технических требований для выполнения последующих работ (ОКР, ОТР) по созданию промышленной технологии получения высокоэффективных алюмохромовых катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность проекта связана с необходимостью глубокой переработки нефти, в частности С4-С5 парафиновых углеводородов, в ценные для химической и полимерной химии продукты, в первую очередь непредельные углеводороды. В России процессы дегидрирования С4-С5 парафинов реализуют в кипящем слое катализатора. Реализация процесса в стационарном слое катализатора более эффективна, но нет российских катализаторов для дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое. В мире один производитель алюмохромового катализатора стационарного слоя – компания Sud-Chemie Inc. (Clariant corporation).
В связи с чем, актуальным является разработка российского, импортозамещающего катализатора дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое из отечественного сырья.
Описание исследования

Для выполнения проекта на 1 этапе проекта проведен подбор и анализ основных информационных источников, составлен аналитический обзор по теме проекта, включая современные подходы получения олефиновых углеводородов методом каталитического дегидрирования парафинов, различные типы катализаторов, подходы к их синтезу, на основании которого проведено обоснование выбора методов и средств, направлений исследований и способов решения поставленных задач, Так же на 1 этапе предложен способ предобработки алюмооксидного носителя и способ введения активного компонента и модификаторов на поверхность носителя.

 

На 2 этапе проекта была разработана методика получения лабораторных образцов катализаторов дегидрирования С45 парафинов в стационарном слое и синтезирована серия катализаторов. Разработана программа и методика проведения исследовательских испытаний лабораторных образцов катализаторов, включающая оценку ключевых технических характеристик катализаторов, определяющих качество катализатора, по разработанной программе и методикам проведено исследование серии синтезированых лабораторных образцов катализаторов. На основании данных по исследованию и анализу пористости лабораторных образцов катализаторов разработаны рекомендации по оптимизации получения катализатора. Проведены исследования и анализа фазового состава лабораторных образцов катализатора, показано, что фаза γ-Al2O3 является наиболее подходящей для носителя, поскольку обеспечивает высокую прочность и пористость гранул катализатора, а также стабилизацию нанесённого хрома в активном состоянии. На основании полученных данных оптимизированы условия термообработки катализатора.

На 3 этапе работ разработана методика получения гранулированных катализаторов, синтезирована серия экспериментальных образцов катализаторов. Полученные катализаторы исследованы комплексом физико-химических методов, проведена оценка соответствия их свойств требованиям технического задания. Отобрано 6 наиболее перспективных образцов для более подробного исследования и испытания на соответствие требованиям технического задания. Проведены исследования и анализ пористости гранулированных катализаторов, анализ фазового состава. Установлен качественный и количественный состав катализаторов, показано, что все катализаторы содержат значительную часть аморфной фазы – до 76 %. Показано, что активный компонент – оксид хрома находится в аморфном состоянии, незначительная часть его находится в виде фазы α-Cr2O3.

На 4 этапе проекта разработана программа и методика проведения исследовательских испытаний гранулированных катализаторов, включая исследование каталитических свойств (конверсия С45 парафинов и селективность по непредельным углеводородам), структурно-механических свойств (форма экспериментального образца, прочность гранул на раздавливание и диаметр гранул), а также других характеристик, имеющих большое значение при эксплуатации катализатора, а также позволяющие экспрессно осуществлять контроль производимого катализатора, такие как удельная поверхность, насыпной вес. Помимо этого, разработана методика оценки химической и механической стабильности к сырью и продуктам, позволяющая сделать заключение о возможности использования катализатора в условиях каталитического процесса, в том числе в условиях, приближенных к промышленным. По разработанной программе и методикам проведения исследовательских испытаний проведено испытание 6 экспериментальных образцов гранулированных катализаторов, показано, что 3 катализатора удовлетворяют всем требованиям Технического  задания.

Проведено исследование удельной поверхности и фазового состава экспериментальных образцов катализаторов до и после их обработки в условиях каталитического процесса, показано, что образцы устойчивы в условиях каталитического процесса. Проведено исследование дезактивации и регенерации катализаторов. Показана высокая стабильность катализаторов, предложены рекомендации по оптимизации условий регенерации катализатора и разработаны рекомендации по увеличению срока службы гранулированного катализатора дегидрирования С45 парафинов в стационарном слое.

На 5 этапе проекта разработана техническая документация (лабораторный регламент, карта синтеза, проект ТУ), проведён анализ полученный в проекте результатов и сопоставление с мировым уровнем, разработан проект ТЗ для выполнения последующих работ (ОКР, ОТР) по созданию промышленной технологии получения высокоэффективных алюмохромовых катализаторов дегидрирования.

Результаты исследования

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 российских научных журналах, монографии и патенты).
2 Выполнены патентные исследования, а также дополнительные патентные исследования, подано 3 заявки на патент.
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 (26 шт.).
8 Разработана 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.
13 Разработаны программа и методики проведения исследовательских испытаний экспериментальных образцов гранулированных катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое.
14 Проведены испытания экспериментальных образцов гранулированных катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое по разработанным программе и методикам.
15 Разработан лабораторный регламент получения гранулированных катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое.
16 Разработана маршрутная карта синтеза гранулированных катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое.
17 Разработаны рекомендации по производству гранулированных катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое в промышленных условиях.
18 Разработан проект технических условий (ТУ) на гранулированный катализатор дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое.
19 Выполнено технико-экономическое обоснование разработки гранулированных катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое.
20 Проведена оценка эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.
21 Разработан проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка технологии получения алюмохромовых катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое».

Практическая значимость исследования
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.
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.