Учёные из Института катализа СО РАН работают над созданием новых технологий гидроконверсии тяжёлых нефтей и их компонентов — они предлагают заменить газообразный водород в таких процессах на спирты с применением никель-кобальтовых металлических катализаторов. Это решение позволит упростить процессы каталитического гидрооблагораживания и повысить их эффективность.
Нефтеперерабатывающая промышленность — один из крупнейших потребителей водорода в мире наряду с химической и металлургической индустриями. Газообразный водород применяется в процессах каталитического гидрооблагораживания для увеличения глубины переработки тяжёлых нефтей и очистки нефтепродуктов от сернистых загрязнителей с целью улучшения качества товарного топлива, масел и смазочных материалов. Создание новых технологий гидроконверсии и разработка катализаторов для них актуальны, так как доля тяжёлого сырья в структуре нефтепереработки растёт, а применение водорода имеет серьёзные ограничения.
Ученые Института катализа СО РАН при поддержке Российского научного фонда предлагают заменить газообразный водород на спирты с использованием высоконаполненных никель-кобальтовых металлических катализаторов, которые авторы инновационного предложения разработали ранее. Эти катализаторы не имеют аналогов в мире, так как при высоком содержании в них металла (более 30% массы) размер активных частиц составляет менее 10 нанометров, чего очень трудно достичь одновременно.
«При гидропроцессинге применяются повышенные давления и температуры, и это налагает жёсткие требования к используемому оборудованию, материалам и профессиональным навыкам персонала. Также не стоит забывать о технических сложностях и ограничениях, связанных с особенностями хранения и транспортировки чистого водорода. Мы предлагаем хотя бы частично отказаться от применения газообразного водорода и использовать вместо него спирты. Со спиртами гораздо удобнее работать и легче дозировать по сравнению с газами. К тому же, спирты способны активно воздействовать на разные компоненты тяжёлых нефтей, в частности, выступать восстановителями, поскольку при определённых реакционных условиях легко «делятся» своим водородом, входящим в состав их молекул», — рассказал старший научный сотрудник отдела физико-химических методов исследования Института катализа СО РАН, к.х.н. Андрей Чибиряев.
По словам учёного, один литр спирта может дать до половины кубометра чистого водорода, и этого хватило бы для глубокой переработки четырёх килограммов нефти по существующим технологиям. Это обосновывает использование спиртов в качестве высокоактивной восстановительной среды для превращений компонентов тяжёлой нефти.
Авторы планируют провести комплексное исследование H-донорных («Н» от слова hydrogen, водород) и других химических свойств спиртов применительно к превращениям компонентов тяжёлых нефтей при повышенных температурах и давлениях. Одновременно впервые для таких условий будет изучено воздействие спиртов на никель-кобальтовые металлические катализаторы и способность последних обеспечивать высокую эффективность процесса.
«Результаты этого масштабного исследования будут востребованы при диверсификации нефтепереработки и создании инновационных технологий, основанных на внедрении и вовлечении сверхкритических спиртов и высоконаполненных металлических катализаторов в глубокую переработку тяжелых нефтей», — отмечает руководитель исследования, заместитель директора Института катализа СО РАН, д.х.н. Олег Мартьянов.
Исследование поддержано грантом РНФ в размере 18 миллионов рублей, рассчитанным на 2021—2023 годы.