ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ Лекция 2. Часть 1 Задачи в области создания катализаторов

Стратегическое значение катализаторов для нефтепереработки и нефтехимии Без их использования невозможно выпускать продукцию с высокой добавленной стоимостью Катализаторы – это высокотехнологичные изделия, с которыми связывают научно- технический прогресс в базовых отраслях экономики любой страны Современное состояние каталитической подотрасли: спад и деградация

Современное состояние каталитической подотрасли Зависимость от импорта катализаторов В нефтепереработке - 75% В нефтехимии – 60% В химической промышленности – 50% Спрос на катализаторы базовых процессов нефтепереработки, 2002 год ПроцессСпрос в миреПотребление в РФ млн. долл. тыс. т/годмлн. долл.тыс. т/годимпорт,% Гидроочистка853977,90,945 Каталит. крекинг (лифт- реактор) ,77,280 Гидрокрекинг10881,40,2100 Риформинг (стац. слой)13165,50,2560 Всего ,58,5575

Преимущества российских катализаторов Инновационный проект «Разработка нового поколения катализаторов для производства моторных топлив», ИК СО РАН, ИППУ СО РАН эксплуатируются на установках ТНК-ВР, «Газпромнефть» не уступают западным аналогам, по ряду параметров превосходят при преимущественно меньшей стоимости Катализаторы крекинга «Люкс» Катализаторы риформинга ПР-71, ПР-81

Актуальные задачи разработки катализаторов для важнейших процессов нефтепереработки Катализаторы крекинга: Характерная черта процесса: гибкость технологии Широкий ассортимент катализаторов различного назначения Основная задача: создание катализаторов, обеспечивающих максимальный выход компонентов автобензинов

Катализаторы крекинга Катализаторы «Люкс»: выход крекинг- бензина 56 % масс., селективность 83%. Катализаторы ИППУ СО РАН: выход бензина 60-62%, селективность 85-90% Дальнейший прогресс в этом направлении связан с повышением ОЧ крекинг-бензина с 91 до 94 по ИМ без значительной потери выхода продукта, со снижением содержания S в бензине

Катализаторы крекинга Дальнейший этап развития процесса каталитического крекинга предусматривает использование нефтяных остатков (мазутов) в качестве сырья каталитические системы должны обладать высокой металлостойкостью – параметр, характеризующий степень накопления катализатором металлов (Ni, V)

Катализаторы крекинга В настоящее время содержание металла в работающем катализаторе достигает 1500 ppm Подходы к нейтрализации дезактивирующего действия Ni, V: связывание этих металлов в слоистых структурах матрицы катализатора «Глубокий каталитический крекинг»: нефтехимический вариант каталитического крекинга

«Глубокий каталитический крекинг» Целевые продукты: легкие олефины С2-С4 (выход %) Катализаторы: высококислотные компоненты нецеолитной структуры+цеолит (но отличные от катализаторов крекинга) Основные тенденции: химическое конструирование каталитических композиций как нанокомпозиционных материалов

Катализаторы риформинга Направления совершенствования: оптимизация физико-химических свойств и модификация химического состава носителя γ-Al 2 O 3, в том числе путем модернизации технологии его производства; обеспечение высокой стабильность удельной поверхности носителя на уровне м 2 /г, чтобы она мало изменялась при окислительной регенерации (от S уд зависит способность катализатора удерживать хлор на уровне 0,9-1 % масс.)

Катализаторы риформинга Повышение селективности процесса ароматизации парафинов (до 60 %) и продолжительности длительности первого сырьевого цикла (не менее 2 лет) Отечественные катализатора ПР, REF, RU не уступают по эксплуатационным характеристикам зарубежным аналогам, но актуальной является задача увеличения их стабильности

Катализаторы риформинга Требования к современным катализаторам риформинга: Содержание Pt не более 0,25 % масс. Дисперсность не менее 90 % Направления совершенствования: 1) увеличение доли ионной (неметаллической платины), активность в реакциях ароматизации увеличивается в 10 раз Разбавление платины палладием (уменьшается гидрогенолиз) Совершенствующие носителя – обработка Al(Mg)OH. Получение «слоистой» платины, увеличение дефектности носителя.

Катализаторы гидропереработки Семейство процессов химически превращений присутствующих в нефтяных фракциях и остатках S-, O-, N-содержащих соединений, полициклических аренов, порфиринов, асфальтенов и др.: Гидроочистка Гидрокрекинг Гидродепарафинизация Гидродеароматизация Гидроизомеризация Гидродеметаллизация Обычно все эти процессы совмещены в одном реакторном блоке.

Катализаторы гидропереработки Отличительная особенность гидрогенизационных процессов – высокая производительность Интегральная мощность – 2,3 млрд. т/год (60 % от объема мировой нефтепереработки) Катализаторы: более 100 марок, производят 100 тыс. т/год

Гидрогенизационные процессы переработки нефтяного сырья Европейские стандарты: содержание S в дизельном топливе в раз меньше, чем по российским стандартам Развитие катализаторов гидроочистки за 50 лет Co (Ni)-Mo-S/Al 2 O 3

Катализаторы гидропереработки XXI век: потенциал активности нанесенных систем практически исчерпан Разрабатываются принципиально новые технологии производства композиций Co (Ni)-Mo- S/Al 2 O 3, не содержание носителей, основанные на синтезе наноструктур методом смешения (технологии Stars, Nebula) Развитие этого подходя является перспективным для создания катализаторов гидроочистки, обеспечивающих высокую (близкую к 100%) конверсию гетероатомных соединений с удалением серы до следовых количеств

Катализаторы изомеризации Перспективно создание альтернативных хлорированному Al 2 O 3 катализаторов, работающих при град. С и обеспечивающих выход 50 % диметилбутанов Платиносодержащий (0,3-0,4 %) сульфатированный диоксид циркония Отечественный катализатор СИ-2 (НПП «Нефтехим»)не уступает западным аналогам

Катализаторы изомеризации Нерешенной остается проблема селективной изомеризации н-гептана и н- октана Особый интерес представляет создание каталитических композиций, реализующих синхронный (концентратный) механизм скелетной изомеризации

Катализаторы алкилирования ПериодКаталитические системы Характеристика AlCl 3, BF 3, SbF 3 на носителях нетехнологичны Различные формы цеолитов X, Y, ионнообменные смолы Неселективны и малостабильны Ультрастабильный цеолит Y, ионные жидкости Неселективны и малостабильны Цеолиты β, ZSM, гетерополикислоты, СF 3 HSO 3 на силикатных носителях, Nafion/SiO 2 Высокая активность и селективность, недостаточная стабильность