Глубокая переработка углеводородного сырья: фундаментальные исследования как основа перспективных технологий

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-73-30046

НазваниеГлубокая переработка углеводородного сырья: фундаментальные исследования как основа перспективных технологий

Руководитель Максимов Антон Львович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук , г Москва

Конкурс №25 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-405 - Наноструктуры и кластеры. Супрамолекулярная химия. Коллоидные системы.

Ключевые слова нефтепереработка, нефтехимия, наноразмерные катализаторы, наноструктурированные катализаторы, образование/разрыв С-С связи, гидроконверсия, процесс Фишера-Тропша, сларри-реактор, GTL-процесс, диметиловый эфир, моторное топливо, триптан.

Код ГРНТИ31.15.28

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В представленном проекте предусматривается осуществление ориентированных фундаментальных химических исследований по глубокой переработке углеводородного сырья в соответствии со Стратегией НТР РФ, направленных на создание опережающего научного задела по: - повышению глубины переработки нефти до уровня не менее 95% с высокой селективностью и выходом заданных нефтяных и нефтехимических продуктов; - глубокой химической переработке попутного нефтяного газа или природного газа с получением бессернистой синтетической нефти для закачки в нефтепровод или моторного топлива для удовлетворения потребностей в нем на месте добычи нефти. В проекте намечено создание научной базы синтеза оригинальных материалов - наноразмерных и наноструктурных катализаторов реакций, протекающих при глубокой химической переработке углеводородного сырья, а именно: - наноразмерных катализаторов, в частности сульфидов молибдена и никеля, с размерами частиц менее 100 нм, агрегированных в подобранных условиях с асфальтенами в частицы менее 500 нм и обеспечивающих формирование оптимальной каталитической системы глубокой гидроконверсии тяжелых нефтяных остатков (конверсия более 90%, что выше лучших зарубежных показателей - не более 80%), непищевой биомассы, твердых углеродсодержащих отходов. При этом суммарная глубина переработки нефти превысит 95%. - наноразмерных катализаторов образования С-С связи в синтезе Фишера-Тропша с размерами частиц менее 100 нм с получением в сларри-реакторах бессернистой синтетической нефти из синтез- газа, полученного из природного или попутного газов, твердых углеродсодержащих отходов, биомассы; - модифицированных наноструктурных (размер каналов 0,5-0,6 нм и 0,7-0,8 нм) цеолитных катализаторов на основе цеолитов типа MFI и FAU, активных в конверсии метанола и/или диметилового эфира в моторные топлива, легкую синтетическую нефть заданного качества или разветвленные изопарафины; - бифункциональных катализаторов прямого получения диметилового эфира (ДМЭ) из синтез-газа разного состава, полученного из природного или попутного газов, твердых отходов, биомассы. Будут исследованы физико-химические свойства (ПЭМ, энергодисперсионный анализ, РФА, SAXS, ВHAADF STEM, дифракционный анализ при ускоряющем напряжении 300к, ИК и Раман спектроскопию, динамическое рассеяние света, рентгенофлюорисцентный анализ) синтезированных наночастиц сульфидов металлов (молибдена и никеля), катализаторов синтеза Фишера-Тропша (железа и кобальта), взвешенных без носителя в углеводородной среде, изучены закономерности их агломерации и факторы, способствующие созданию стабильных концентрированных дисперсий. Намечено исследование физико-химических свойств (ИКДО, Solid State NMR, кислотность, рентгенофлюорисцентный анализ, пористая структура) модифицированных металлами (Mg, Zn, Zr, La, Ga) катализаторов синтеза углеводородов на основе цеолитов типа FAU и MFI, бифункциональных катализаторов синтеза ДМЭ. В химическом плане проект содержит два блока исследований: - исследование разрыва С-С связей в технических смесях углеводородов, включая тяжелые нефтяные остатки, биомассу, твердые углеродсодержащие отходы; - исследование образования С-С связей в синтезе Фишера-Тропша и конверсии оксигенатов (ДМЭ и метанол), полученных из синтез - газа разного состава. По первому направлению будут изучены особенности химических превращений и механизма реакций, протекающих при конверсии тяжелого нефтяного и другого углеродсодержащего сырья, катализируемого наночастицами катализатора, взвешенными в реакционной среде. В частности, будет оценен вклад термического расщепления компонентов (разрыв С – С связей) асфальто - смолистой части сырья по радикальному механизму и каталитического гидрирования образующихся фрагментов, определены факторы, способствующие снижению скорости нежелательных реакций полимеризации и поликонденсации. Многосторонность электронных и геометрических свойств наночастиц позволяет использовать для корректировки их каталитических свойств множество различных рабочих параметров с целью получения желаемой характеристики. Регулирование размера и формы наночастиц, не нанесенных на подложку, создает широкие возможности для достижения улучшенных каталитических свойств, особенно в отношении селективности и стабильности. Намечено изучить совместное поведение наночастиц сульфидов металлов и наночастиц суперкислотных цеолитных катализаторов при конверсии технических смесей углеводородов и тяжелого нефтяного сырья. По второму направлению будет изучено образование С - С связей в синтезе Фишера - Тропша в дисперсных системах с использованием в качестве дисперсной фазы каталитически активных наноразмерных частиц, взвешенных в жидкой реакционной (дисперсионной) среде. Будут определены каталитические контакты и условия для достижения как повышенной производительности и активности, так и особенно высокой селективности в образовании определенных групп продуктов. Предполагается изучить закономерности формирования в углеводородных средах различного состава наноразмерных каталитических систем синтеза Фишера-Тропша, отличающихся размерами и геометрической формой; оценить влияние структуры, состава и свойств наноразмерных каталитических активных частиц на особенности молекулярно-массового распределения продуктов синтеза Фишера-Тропша в сларри-реакторе; на основе квантово-химических расчетов и экспериментальных данных сформулировать предположения об активных центрах наноразмерных каталитически активных частиц, взвешенных в углеводородной среде. По этому же направлению будет исследован механизм образования С-С связи при конверсии ДМЭ и метанола на наноструктурных цеолитах с высокой кислотностью. Предполагается путем варьирования модифицирующих элементов и типа цеолита, условий осуществления процесса создать научный задел направленного синтеза заданного состава разнообразных продуктов – бессернистой синтетической нефти с низким содержанием ароматических углеводородов, компонента высокооктанового бензина с высоким, но не более 35% масс., содержанием ароматических углеводородов и смеси синтетических углеводородов с необычайно высоким содержанием триптана. Предусмотрено применение методов высокотемпературной ИК спектроскопии in situ для исследования поверхности катализатора в температурных условиях, приближенных к непосредственному каталитическому эксперименту, и проведение квантово- химических расчетов моделей активных центров и интермедиатов, образующихся в ходе превращения субстрата. Расчеты, доведенные до теоретического колебательного спектра, будут сопоставлены с экспериментальными высокотемпературными ИК спектрами и обоснована схема превращения данного субстрата. Это послужит основой для понимания природы каталитической активности и селективности синтезированных цеолитных катализаторов образования С –С связи из оксигенатов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Хаджиев С.Н., Кадиев Х.М., Зекель Л.А., Кадиева М.Х. Heavy Oil Hydroconversion in the Presence of Ultrafine Catalyst Petroleum Chemistry, Vol.58. – №7. – Р.535–541 (год публикации - 2018)
10.1134/S0965544118070046

2. Кадиев Х.М., Зекель Л.А., Кадиева М.Х., Хаджиев С.Н. Formation of Polycondensation Products in Heavy Oil Feedstock Hydroconversion in the Presence of Ultrafine Catalyst: Physicochemical Study Petroleum Chemistry, Vol.58. – №7. – Р.519–527 (год публикации - 2018)
10.1134/S0965544118070034

3. Кипнис М.А., Белостоцкий И.А, Волнина Э.А, Лин Г.И., Маршев И.И. Синтез диметилового эфира из синтез-газа на катализаторах с цеолитами ZSM-5 Кинетика и катализ, том 59, № 6, с. 715–727 (год публикации - 2018)
10.1134/S0453881118060102

4. Кузьмин А.Е., Куликова М.В., Дементьева О.С. Hydrogenolysis of Alkanes in a Three-Phase Slurry Reactor over Cobalt Fisher–Tropsch Catalysts: A New Product Distribution Model Petroleum Chemistry, V.58, №7, pp 557–563 (год публикации - 2018)
10.1134/S0965544118070058

5. Куликова М.В., Дементьева О.С., Кузьмин А.Е. Особенности распределения продуктов гидрогенолиза длинноцепочечных алканов на непромотированных кобальтовых катализаторах Наногетерогенный катализ (год публикации - 2018)
10.1134/S2414215818020089

6. Князева М.И, Максимов А.Л. Effect of Additives on the Activity of Nickel–Tungsten Sulfide Hydroconversion Catalysts Prepared In Situ from Oil-Soluble Precursors Catalysts, V.8, №12, P. 644 (год публикации - 2018)
10.3390/catal8120644

7. Матиева З.М., Снатенкова Ю.М., Колесниченко Н.В., Хаджиев С.Н. Катализаторы получения жидких углеводородов из метанола и диметилового эфира: обзор Катализ в промышленности, т. 18, № 6, с.20-32 (год публикации - 2018)
10.18412/1816-0387-2018-6-20-32

8. Матиева З.М., Курумов С.А., Снатенкова Ю.М., Колесниченко Н.В., Бондаренко Г.Н., Хаджиев С.Н. Конверсия диметилового эфира в смесь жидких углеводородов с повышенным содержанием триптана Журнал прикладной химии (год публикации - 2019)

9. Дементьев К.И., Паланкоев Т.А., Абрамова Д.С., Кузнецов П.С., Золотухина А.В., Максимов А.Л., Хаджиев С.Н. Активность цеолитов различных типов в реакции крекинга н-алканов в трехфазном реакторе Нефтехимия (год публикации - 2019)

10. Максимов А.Л., Куликова М.В., Кузьмин А.Е. Механизм синтеза Фишера-Тропша на наноразмерных частицах катализаторов: подходы и проблемы расчетов ab initio Наногетерогенный катализ (год публикации - 2019)

11. Паланкоев Т.А., Дементьев К.И., Хаджиев С.Н. Перспективные процессы производства биотоплив типа «drop-in» и продуктов нефтехимии из возобновляемого сырья Нефтехимия (год публикации - 2019)

12. Снатенкова Ю.М., Ионин Д.А., Колесниченко Н.В., Матиева З.М. Конверсия диметилового эфира в жидкие углеводороды на наноразмерном цеолитном катализаторе: влияние мольного отношения и способа введения модификатора Наногетерогенный катализ (год публикации - 2019)

13. Хаджиев С.Н., Колесниченко Н.В., Хиврич Е.Н., Батова Т.И. Катализаторы конверсии диметилового эфира в низшие олефины: влияние кислотности, постсинтетической обработки и содержания водяного пара и метанола в сырье Нефтехимия (год публикации - 2019)

14. Максимов А.Л., Магомедова М.В., Галанова М.И., Афокин М.И., Ионин Д.А. Primary and secondary reactions in the synthesis of hydrocarbons from dimethyl ether over a Pd-Zn-HZSM-5/Al2O3 catalyst Fuel Processing Technology, №199,106281 (год публикации - 2020)
10.1016/j.fuproc.2019.106281

15. Кузьмин А.Е., Пичугина Д.А., Куликова М.В., Дементьева О.С., Никитина Н.А., Максимов А.Л. A possible role of paramagnetic states of iron carbides in the Fischer–Tropsch synthesis selectivity of nanosized slurry catalysts Journal of Catalysis, Vol. 380, p. 32-42 (год публикации - 2019)
10.1016/j.jcat.2019.09.033

16. Куликова М.В., Дементьева О.С., Норко С.И. ВЛИЯНИЕ ПРОМОТОРОВ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОБРАЗОВАНИЕ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА В УСЛОВИЯХ СИНТЕЗА ФИШЕРА–ТРОПША В ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЕ Нефтехимия, том 60, № 1, с. 1–6 (год публикации - 2020)
10.1134/S0028242120010098

17. Волнина Э.А., Кипнис М.А. Современные взгляды на механизм синтеза метанола на Сu-содержащих катализаторах Кинетика и катализ, том 61, № 1, с. 1–11 (год публикации - 2020)
10.1134/S045388112001013X

18. Лин Г. И., Самохин П. В., Кипнис М. А Синтез метанола и диметилового эфира из СО2 и Н2 в проточно-циркуляционном режиме Катализ в химической и нефтехимической промышленности, т. 19, № 6, 2019 (год публикации - 2019)
10.18412/1816-0387-2019-6-436-444

19. Магомедова М.В., Галанова Е.Г., Давыдов И.А., Макисмов А.Л. Dimethyl Ether to Olefins over Modified ZSM-5 Based Catalysts Stabilized by Hydrothermal Treatment Catalysts, Vol.9(5), p.485 (год публикации - 2019)
10.3390/catal9050485

20. Кадиев Х.М., Гюльмалиев А.М., Зекель Л.А., Кадиева М.Х., Дандаев А.У., Батов А.Е., Висалиев М.Я. Hydroconversion of Vacuum Residue of a Blend of Western Siberian Oils in the Presence of Ex Situ Synthesized Suspensions of Nanosized Catalysts Petroleum Chemistry, Vol. 59, Suppl. 1, pp. S37–S44 (год публикации - 2019)
10.1134/S0965544119130061

21. Максимов А.Л., Зекель Л.А., Кадиева М.Х., Гюльмалиев А.М., Дандаев А.У., Батов А.Е., Висалиев М.Я., Кадиев Х.М. . Assessment of the Activity of Dispersed Catalysts in Hydrocracking Reactions of Hydrocarbonaceous Feedstock Petroleum Chemistry, Vol. 59, No. 9, pp. 968–974 (год публикации - 2019)
10.1134/S096554411909010X

22. Снатенкова Ю.М., Колесниченко Н.В., Матиева З.М., Максимов А.Л. Dimethyl Ether Conversion to Liquid Hydrocarbons: Effect of SiO2/Al2O3 Molar Ratio and Zinc Introduction Method on the Properties of a Nanosized Zeolite Catalyst Petroleum Chemistry, Vol. 59, No. 5, pp. 535–539 (год публикации - 2019)
10.1134/S0965544119050104

23. Матиева З.М., Колесниченко Н.В., Снатенкова Ю.М., Хаджиев С.Н. Features of Zinc Modification of a Zeolite Catalyst for Dimethyl Ether Conversion to Synthetic Liquid Hydrocarbons Petroleum Chemistry, Vol. 59, No. 7, pp. 745–750 (год публикации - 2019)
10.1134/S0965544119070107

24. Кадиева М.Х., Зекель Л.А., Батов А.Е., Дандаев А.У., Висалиев М.Я., Кадиев Х. М. Влияние различных прекурсоров катализатора на гидроконверсию тяжелого газойля каталитического крекинга НАНОГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ, том 4, № 2, с. 1–7 (год публикации - 2019)
10.1134/S2414215819020059

25. Дементьев К.И., Паланкоев Т.А., Кузнецов П.С., Абрамова Д.С., Ромазанова Д.А., Махин Д.Ю., Максимов А.Л. ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРНОГО ФАКТОРА НА АКТИВНОСТЬ ЦЕОЛИТОВ В РЕАКЦИИ ЖИДКОФАЗНОГО КРЕКИНГА УГЛЕВОДОРОДОВ Нефтехимия, том 60, № 1, с. 1–10 (год публикации - 2020)
10.1134/S0028242120010062

26. Гюльмалиев А.М., Зекель Л.А., Дандаев А.У., Батов А.Е., Кадиева М.Х., Магомадов Э.Э., Кадиев Х.М. ПРОСТОЙ СПОСОБ ПОДБОРА РАСТВОРИТЕЛЕЙ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Журнал прикладной химии (год публикации - 2021)

27. Кадиев Х. М., Гюльмалиев А. М., Кадиева М. Х. О механизме реакций удаления серы при гидроконверсии в присутствии катализатора MoS2 Журнал Прикладной Химии (год публикации - 2021)

28. Магомедова М.В., Галанова Е.Г., Афокин М.И., Кипнис М.А., Матиева З.М., Максимов А.Л. Design and operation of a pilot plant for syngas to low-aromatic gasoline via DME Journal of Natural Gas Science and Engineering, 103288, Volume 78 (год публикации - 2020)
10.1016/j.jngse.2020.103288

29. Куликова М.В., Куликов А.Б., Кузьмин А.Е., Максимов А.Л. Ultrafine metal polymer catalyst based on polyconjugation systems for Fisher-Tropsch synthesis PURE AND APPLIED CHEMISTRY, No 6, volume 92, pp. 977-984 (год публикации - 2020)
10.1515/pac-2019-1114

30. Максимов А.Л., Куликова М.В.,Дементьева О.С.,Пономарева А.К. Cobalt-Containing Dispersion Catalysts for Three-Phase Fischer–Tropsch Synthesis Frontiers in Chemistry, № 567848,Volume 8 (год публикации - 2020)
10.3389/fchem.2020.567848

31. Колесниченко Н.В., Бондаренко Г.Н, Матиева З.М., Снатенкова Ю.М., Арапова О.В., Максимов А.Л. Conversion of dimethyl ether to liquid hydrocarbons on zeolite catalysts: Influence of a base admixture in the zeolite Catalysis Communications, Volume 149 (год публикации - 2020)
10.1016/j.catcom.2020.106210

32. Матиева З.М., Снатенкова Ю.М., Колисниченко Н.В., Герзелиев И.М., Максимов А.Л. Synthesis of liquid hydrocarbons enriched with triptane via dimethylether conversion over combined catalyst Russian Chemical Bulletin, No. 4, Vol. 69, pp. 691—696 (год публикации - 2020)
10.1007/s11172-020-2819-2

33. Бондаренко Г.Н., Родионов А.С., Колесниченко, Н.В., Батова, Т.И., Хиврич Е.Н., Максимов А.Л. Features of the Mechanism of the Dimethyl Ether to Light Olefins Conversion over MgZSM-5/Al2O3: Study by Vibrational Spectroscopy Experimental and Theoretical Methods Catalysis Letters (год публикации - 2020)
10.1007/s10562-020-03399-2

34. Голубев К.Б., Жанг К., Су Х., Колисниченко Н.В., Ву В. Dimethyl ether aromatization over nanosized zeolites: Effect of preparation method and zinc modification on catalyst performance Catalysis Communications, 106176, Volume 149 (год публикации - 2021)
10.1016/j.catcom.2020.106176

35. Дементьев К.И., Сагарадзе А.Д., Кузнецов П.С., Паланкоев Т.А., Максимов А.Л. Selective Production of Light Olefins from Fischer-Tropsch Synthetic Oil by Catalytic Cracking Industrial & Engineering Chemistry Research, 36, volume 59, p. 15875-15883 (год публикации - 2020)
10.1021/acs.iecr.0c02753

36. Кузнецов П.С., Дементьев К.И., Паланкоев Т.А., Калмыкова Д.С., Малявин В.В., Сагарадзе А.Д., Максимов А.Л. Синтез высокоактивных наноцеолитов с использованием методов механического размола, перекристаллизации и деалюминирования (Обзор) Нефтехимия (год публикации - 2021)

37. Магомедова М.В., Старожицкая А.В., Афокин М.И., Перов И.В., Кипнис М.А., Лин Г.И. Mathematical Modeling and Calculation of the Methanol Production Process via Carbon Dioxide Hydrogenation Petroleum Chemistry, No 11, vol. 60, pp.1244-1250 (год публикации - 2020)
10.1134/S0965544120110146

38. Магомедова М.В., Пересыпкина Е.Г., Давыдов И.А., Хаджиев С.Н. Синтез олефинов из ДМЭ на стабилизированном Mg-HZSM-5/Al2O3 катализаторе: влияние условий реакции на состав и соотношение продуктов Нефтехимия, том 57, № 6, с. 665–673 (год публикации - 2017)
10.7868/S0028242117050112

39. Кипнис М.А., Самохин П.В., Белостоцкий И.А., Туркова Т.В. Синтез диметилового эфира из синтез-газа на катализаторе Мегамакс 507/y-Al2O3 Катализ в промышленности, том 17, №6, с. 442-449 (год публикации - 2017)
10.18412/1816-0387-2017-6-442-449

40. Zhang K., Курумов С.А., Su X., Снатенкова Ю.М., Букина З.М., Колесниченко Н.В., Wu W., Хаджиев С.Н. Zn-модифицированные нано-ZSM-5 цеолиты, полученные методом SEED-INDUCED: взаимосвязь текстурных, кислотных и каталитических свойств в конверсии диметилового эфира в углеводороды Нефтехимия, том 57, № 6, с. 656–662 (год публикации - 2017)
10.7868/S002824211706017X

41. Куликова М.В., Дементьева О.С., Ильин С.О., Хаджиев С.Н. Закономерности формирования и каталитические свойства высокодесперсных железодрежащих композитных катализаторов синтеза Фишера-Тропша в сларри-реакторе Наногетерогенный катализ, том 2, №2, с. 150-157 (год публикации - 2017)
10.1134/S2414215817020058

42. Кадиева М.Х., Магомадов Э.Э., Гусев Д.В., Кадиев Х.М., Хаджиев С.Н. Активность молибденсодержащего композитного нанокатализатора в процессе гидроконверсии гудрона Наногетерогенный катализ, том 2, №2, с. 1-9 (год публикации - 2017)
10.1134/S2414215817020034

Публикации