Научные достижения химического факультета
08.11.2020
Химики МГУ нашли способ переработки "очень плохой" нефти
Сотрудники
кафедры химии нефти и органического катализа химического факультета МГУ
предложили способ переработки и повышения качества обводненной нефти. Способ
позволит использовать "ненужные" нефтяные остатки в качестве сырья и сэкономить
время и энергоресурсы при получении компонентов моторных топлив.
В
современном мире энергопотребление неуклонно растет, что повышает спрос на природные
энергоносители. Существует два основных пути
удовлетворить его: наращивать объем нефтедобычи и вовлекать в
переработку "некондиционное" углеродсодержащее сырьё, в том числе нефтяные
остатки. Качество такого сырья оставляет желать лучшего: в нем высокое
содержание поликонденсированных ароматических и гетероатомных соединений, что
создает определенные трудности при переработке. Прежде всего, "страдают"
катализаторы, которые не рассчитаны на "работу" с "громоздкими" молекулами
тяжелых нефтей. Дело в том, что размер этих молекул существенно превышает
диаметр пор носителя. В результате доступ к активным центрам катализатора, на
которых происходит трансформация углеводородов, быстро блокируется. Как
следствие, эффективность процесса снижается.
В случае переработки
нефтяных остатков ситуация осложняется наличием воды в сырье. Вода не только
"отравляет" катализаторы и сокращает срок их службы, но и вызывает коррозию
технологического оборудования. Отделение воды -- одна из самых энерго- и
ресурсозатратных стадий.
Получается замкнутый
круг: чтобы удовлетворять растущую потребность в энергетических ресурсах,
необходимо "пожертвовать" качеством сырья, но при этом обеспечить должную
эффективность процесса для получения топлив, отвечающих жестким экологическим
стандартам, что приводит к дополнительным расходам и повышению капитальных
затрат. Поэтому на фоне роста доли низкокачественного сырья в общей структуре
нефтеперерабатывающей промышленности вопрос совершенствования существующих, а
также разработки новых технологий и катализаторов стоит особенно остро.
Традиционно для превращения
тяжелого нефтяного сырья в компоненты товарных топлив используются процессы
каталитического облагораживания под давлением водорода. При этом в случае
тяжелого нефтяного сырья для эффективного протекания процесса необходимо
обеспечить довольно жесткие условия: повысить температуру и давление. Такие
условия позволяют достичь требуемых показателей качества топлив, но негативно
сказываются на работе катализатора, снижая срок его службы, и приводят к
повышенному износу технологического оборудования. Что же касается
"некондиционного" углеродсодержащего сырья, то оно в большинстве случаев
содержит воду, контакт которой с катализатором крайне нежелателен. Чтобы убрать
воду, необходима дорогостоящая стадия обезвоживания, а сам процесс становится
многостадийным и экономически невыгодным. Именно наличие воды ограничивает
"полноценное" вовлечение остаточного нефтяного сырья в технологический цикл
получения компонентов моторных топлив.
Ученые из МГУ нашли, как
решить проблему и извлечь пользу из отходов нефтяной промышленности, не отделяя
при этом воду. Химики предложили проводить гидрооблагораживание обводненного
сырья не под давлением водорода, а в среде монооксида углерода. Такой подход
позволил ученым объединить два процесса в одном технологическом цикле:
активация воды путем ее взаимодействия с монооксидом углерода (реакция водяного
газа) с образованием водорода, который затем вовлекается в реакции гидрирования
ароматических и гетероатомных соединений нефти.
Особенностью процесса
стало применение катализаторов на основе сульфидов переходных металлов. Использование
таких каталитических систем позволяет повысить эффективность процесса за счет
протекания двух реакций (реакция водяного газа и
трансформация углеводородов) на одних и тех же активных центрах. При
этом в качестве альтернативы "традиционным" ученые предлагают наноразмерные
катализаторы без носителя, распределенные в углеводородной среде. Отсутствие
носителя позволяет избежать трудностей, связанных с доступом к активному центру
при трансформации "громоздких" молекул. "Такие катализаторы не нужно
предварительно синтезировать, они могут "самособираться" непосредственно в
реакционной среде", – отмечает научный сотрудник кафедры химии нефти и
органического катализа, руководитель проекта РНФ
к.х.н. Анна Вутолкина.
Гидрооблагораживание
обводненного сырья под давлением монооксида углерода позволит исключить
дорогостоящую стадию отделения воды и вовлекать ее в технологический цикл в
качестве источника водорода. "Такая одностадийная технология может быть
применена для улучшения качества тяжелой нефти непосредственно при ее добыче, а
также при переработке обводненного сырья, в том числе и нефтяных остатков", –
подчеркнула Анна Вутолкина.
Результаты
исследования
опубликованы в журнале Applied Catalysis B: Environmental и поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов
Российского научного фонда (РНФ).
