Важнейшие фундаментальные и прикладные разработки 2008 г

Важнейшие фундаментальные и прикладные разработки 2008 г.

1. Изучение влияния природы носителя (оксид алюминия, гидротальцит, оксид магния) на свойства Pt, Pd-содержащих катализаторов гидрирования алкенов С6–С8

В качестве перспективного катализатора гидрирования алкенов С6–С8 предложена система Pt/MgAlOx, позволяющая исключить превращения алкенов на кислотных центрах носителя. Предшественниками основного носителя были выбраны алюмо-магниевые слоистые гидроксиды (ГТ), различающиеся природой межслоевого аниона: ГТ-СО3 (межслоевой анион СО32- ) и ГТ-ОН (межслоевой анион ОН-).

Установлено, что, варьируя природу аниона, можно влиять на локализацию металла при его сорбции. При использовании носителя ГТ-СО3 происходит закрепление гидролизованных комплексов Pt(IV) на поверхности двойного гидроксида. При этом не наблюдается заметных изменений структурных и текстурных характеристик носителя, а восстановление металла происходит в соответствии со стехиометрией при Т=150-160оС.

При использовании носителя ГТ-ОН происходит быстрый анионный обмен ОН-«[PtCl6]2- c локализацией металлокомплекса в межслоевом пространстве и возможностью сорбционного закрепления почти 20% масс. платины. В пользу данного утверждения говорят увеличение межплоскостного расстояния в слоистом носителе (от 7,78 до 7,94 А), рост его термостабильности (сохранении гидротальцитоподобной фазы до 420оС), а также более высокая температура восстановления платины (более 200оС) c формированием части восстановленного металла в виде плоских Pt-частиц.

Полученная таким образом каталитическая система по сравнению с алюмоплатиновой характеризуется умеренной гидрирующей активностью (оценена в низкотемпературном гидрировании бензола), а также заметным ослаблением крекирующих свойств с одновременным ростом вклада циклизации с образованием метилциклопентана (в превращении н-гексана Т=200-350оС).

Лаборатория каталитических превращений углеводородов,

2. Исследование in situ процесса формирования льюисовских кислотных комплексов из активированного In-Ga эвтектикой алюминия и хлорпроизводных алканов

Изучено взаимодействие активированного алюминия с хлоралканами, в том числе с трет-бутилхлоридом с целью установления in situ образующихся из Al ионных комплексов на основе хлорида алюминия типа [AlCl3-AlClx-] - активными формами многих реакций превращения углеводородов кислотного типа (алкилирования, изомеризации, олигомеризации, циклизации, и др.).

Непосредственно в ходе реакции «активированный алюминий + трет-бутилхлорид» методами ИКС МНПВО и ЯМР однозначно зарегистрировано появление каталитически активных форм типа AlCl4-/AlCl3. Динамика изменения ионных форм комплексов указывает, что под действием реакционной среды они постоянно генерируются на активированном алюминии с дальнейшим переходом в жидкую фазу. Это обеспечивает протекание реакции до полного растворения алюминия.

Лаборатория аналитических и физико-химических методов исследования,

к. х.н.

3.Исследование роли льюисовских кислотных центров алюмоплатиновых катализаторов на совместную ароматизацию алканов С3-С4 и С5+

Изучены свойства нанесенных платиновых катализаторов, полученных на основе биоксидного носителя Al2O3–ZrO2. Установлено, что модифицирующее влияние ZrO2 проявляется в увеличении числа поверхностных льюисовских кислотных центров (ЛКЦ) носителя, а также к тому, что в определенном интервале концентрации ЛКЦ приводит к росту концентрации платины, находящейся в электроннодефицитном состоянии. Найден состав катализатора, соответствующий концентрационному отношению ЛКЦ/Ptδ+, близкому к 1, и обеспечивающий максимальную эффективность совместного риформинга газообразного и жидкого сырья с получением высокооктанового компонента

бензинов.

Лаборатория синтеза моторных топлив, д. х.н.

4. Исследование направлений превращений металлоорганических соединений никеля и ванадия на цеолитных катализаторах для крекинга атмосферных нефтяных остатков

При вовлечении в переработку тяжелых и остаточных видов сырья, прежде всего мазутов, основной проблемой является устранение дезактивирующего влияния на катализатор тяжелых металлов (ванадия и никеля), содержащихся в нефтяных остатках. Металлы, попадая на катализатор крекинга в виде различных соединений, накапливаются на его поверхности и значительно снижают отборы бензина, увеличивают образование кокса и насыщенных газообразных продуктов. Для повышения устойчивости катализатора к отравляющему действию никеля и ванадия используют так называемые «соединения-ловушки», которые могут либо непосредственно вводиться в состав катализатора, либо использоваться в процессе крекинга в виде отдельной добавки к катализатору.

Разрабатываемый в ИППУ СО РАН металлоустойчивый катализатор крекинга мазута помимо цеолитсодержащего компонента, алюмооксидного связующего и структурного модификатора – глины, включает в свой состав в качестве «ловушки» тяжелых металлов смешанный оксид магния – алюминия, который образуется при термическом разложении соответствующих гидроксокарбонатных предшественников - гидротальцитов. Показано, что в процессе крекинга мазута смешанный оксид магния - алюминия связывает как оксид никеля, так и оксид ванадия. Это позволяет сохранять активность цеолитного компонента катализатора в течение времени, достаточного для его эффективного применения. Установлен механизм фиксации никеля и ванадия на такой каталитической композиции, который определяется процессами изоморфного замещения магния никелем в структуре смешанного оксида с образованием соединений типа шпинели NiAl2O4, а также взаимодействием оксида ванадия с оксидом магния с образованием инертных в крекинге структур типа Mg3V2O8 (рисунок 5.5).

Лаборатория синтеза моторных топлив, к. т.н.

5. Модифицированный аминокапроновой кислотой мезопористый углеродный материал - сорбент для протеомики и медицины

Разработана методика модификации поверхности мезопористых углерод-углеродных материалов путем «локального» введения в поры сорбента амидосодержащих мономеров с последующей поликонденсацией. Выявлено, что в зависимости от текстуры сорбента происходит либо «островковое», либо «послойное» распределение модификатора на поверхности сорбента (рисунок 6.1).

Медицинские стендовые испытания показали, что «островковое» модифицирование сорбента позволяет избирательно адсорбировать из биологических сред патологические белковые молекулы со средней молекулярной массой (менее 160 кДа). При этом не сорбируются белки с высокой молекулярной массой, в частности, иммуноглобулин А, выполняющий защитную функцию.

Лаборатория синтеза функциональных углеродных материалов, лаборатория каталитических превращений углеводородов, к. б.н. , к. т.н.

6. Мезопористый SiO2 – продукт селективного окисления кремнийуглеродного нанокомпозита для разделения и аккумулирования газов

Осуществлен синтез гранулированных материалов на основе наноразмерного дисперсного углерода и кремнийорганических полимеров типа C/SiO2/C с нано - и микроструктурой (рисунок 5.7).

Электронно-микроскопическими исследованиями показано, что диоксид кремния образуется на поверхности частиц дисперсного углерода в виде слоев наноразмерной толщины. При этом толщина слоя диоксида кремния составляет от 0,5 до 0,7 нм в зависимости от размера частиц дисперсного углерода, а каркас диоксида кремния представляет собой единый пористый монолит и распределен в виде губчатой структуры по всему объему гранулы.

Лаборатория синтеза функциональных углеродных материалов, к. т.н.

7. Добавка к катализаторам крекинга для снижения содержания серы в бензине

Разработана добавка к катализаторам крекинга, позволяющая снижать до 45 % содержание серы в бензине крекинга.

Внедрение такой добавки к катализаторам крекинга на нефтеперерабатывающих заводах России позволит на 15-20% увеличить долю экологически чистых бензинов.

Промышленные испытания разработки запланированы в 2009 г. на установке 43/103 _Омский НПЗ» мощностью 1,5 млн. тонн по сырью.

Лаборатория синтеза моторных топлив, к. т.н.

8. Новое поколение адсорбционно-каталитических материалов для разделения и очистки природных и техногенных газов и жидкостей

В рамках выполнения Государственного контракта от «06» августа 2007 г. № 02.523.12.3005 «Разработка технологий получения и создание опытных производств нового поколения адсорбционно-каталитических материалов для разделения и очистки природных и техногенных газов и жидкостей» разработаны технологии получения углеродных наноструктурированных сорбентов для очистки технологических растворов в гидрометаллургии (АКМ-УГ) и углеродного фильтрующего материала для очистки техногенных газов от дисперсных частиц (АКМ-УФ).

Полученные материалы АКМ-УГ имеет высокие показатели механической прочности на истирание (96%) и удельной поверхности по БЭТ (530 м2/г) при требуемых параметрах пористой структуры (преимущественный размер пор 3-10 нм и суммарный объем пор с размером <1500 Å - 0,7 см3/г). Результаты пилотных испытаний опытной партии (200 кг) АКМ-УГ в гидрометаллургии ( мануфактура») показали высокую степень очистки технологических растворов от органических примесей (95,6-96,8%) при глубине очистки 2,0 – 2,8 мг/дм3.

Полученный материал АКМ-УФ при требуемом фракционном составе (содержание гранул размером от 1,4 до 2,0 мм – 93%) имеет пористость гранул 65 %. Испытания опытной партии (3 000 кг) углеродного фильтрующего материала АКМ-УФ в процессе фильтрации аэрозолей показали, что его использование обеспечивает снижение концентрации твёрдых частиц в аэрозоле с 4,2-5,0 г/м3 до 40-50 мг/м3.

По данным патентных исследований разработанные адсорбционно-каталитические материалы и технологии оригинальны и не имеют аналогов в мировой технике.

Лаборатория синтеза функциональных углеродных материалов, к. т.н.

9. Новый способ фильтрации высокодисперсных аэрозолей

В рамках выполнения Государственного контракта от «06» августа 2007 г. № 02.523.12.3005 также разработан процесс фильтрации высокодисперсных аэрозолей в опытной установке мощностью 10 000 м3/ч с использованием углеродного материала АКМ-УФ. В процессе достигнута производительность по аэрозолю 13 000 – 14 000 м3/час при высокой степени очистки – концентрация твердых частиц в аэрозоле на выходе из фильтра не превышает 50 мг/м3.

Разработана принципиально новая конструкция зернистого фильтра для фильтрации высокодисперсных аэрозолей, не имеющая отечественных и зарубежных аналогов, основанная на способе фильтрации через насыпной слой гранул специально разработанного наноструктурированного углеродного фильтрующего материала, в отличие от традиционного процесса фильтрации через стеклоткань.

Создана опытная установка фильтрации аэрозолей (рисунок 6.1) мощностью 10 000 м3/ч. В процессе фильтрации достигнута производительность по аэрозолю 13 000–14 000 м3/час при высокой степени очистки – концентрация твердых частиц в аэрозоле на выходе из фильтра не превышает 50 мг/м3.

Технология и опытная установка фильтрации высокодисперсных аэрозолей с использованием АКМ-УФ могут применяться в процессах очистки промышленных газов от аэрозольных частиц в производстве технического углерода, цветных металлов, а также в энергетических установках.

Лаборатория синтеза функциональных углеродных материалов, к. т.н.