ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ НОВЫХ ПРОЦЕССОВ НЕФТЕ- И ГАЗОХИМИИ

Алдошин С.М., Матковский П.Е., Савченко В.И.

Институт проблем химической физики РАН, г.Черноголовка, Россия

Создание новых высокоэффективных, энерго- и ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий нефте- и газохимии, добычи углеводородов и их первичной подготовки, производительного оборудования для этих целей всегда базировалось на фундаментальных исследованиях. Актуальность фундаментальных и прикладных исследований существенно возрастает в связи задачами модернизации российской экономики, переходом от сырьевой ориентации на производство продукции глубокой переработки с высокой добавленной стоимостью. Это определяет возрастающую роль научно-технического потенциала Российской академии наук в развитии национальной инновационной системы, и в настоящее время РАН является участником крупнейших государственных программ, технологических платформ, в том числе, направленных на модернизацию и развитие такой важной отрасли экономики, как нефтяная.

Для ускорения перехода нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности на принципиально новый уровень развития в Институтах РАН планируется проведение исследований по созданию принципиально новых технологий переработки углеродсодержащего сырья, особенно, по разработке технологий глубокой переработки углеродсодержащего сырья в моторные топлива и сырье для нефтехимии, переработке природного и попутного газа в синтез-газ и олефины, созданию мембранных и мембранно-каталитических процессов получения новых полимерных материалов. Важно отметить решающую роль применения каталитических технологий в подавляющем большинстве нефтехимических процессов, и поэтому большое внимание уделяется созданию и исследованию новых катализаторов.

Комплекс работ по созданию научных основ современных процессов получения важнейших химических и нефтехимических продуктов, утилизации попутных и нефте-заводских газов, получения полимерных материалов с новым комплексом свойств, синтезу наноматериалов и катализаторов проводится в Институте проблем химической физики РАН. Помимо чисто фундаментальных исследований, Институт, располагая уникальным химико-технологическим комплексом, имеет возможность осуществлять апробирование новых процессов на модельных и опытных установках, проводить их технико-экономическую оценку и коммерциализацию.

Создан глубокий научный задел и осуществляется дальнейшее развитие фунд­ментальных исследований и совершенствование технологии олигомеризации олефинов с получением основ синтетических масел (ПАОМ). Предложенный метод получе­ния полиальфаолефинов обладает рядом достоинств. В результате выполненных фундаментальных исследований и прикладных разработок на Нижнекамском заводе синтетических масел реализован первый в промышленности России оригинальный процесс получения олигодеценовых масел разнообразного назначения мощностью 10 000 тонн ПАОМ в год. Относительно невысокая мощность реализованного в про­мышленности России первого производства ПАОМ (при потребности российских по­требителей в 200 000 тонн в год) определяется ограниченными ресурсами децена-1 -идеального сырья для этого процесса. Увеличение мощности реализованного произ­водства ПАОМ и тиражирование его другими предприятиями возможно только на ос­нове расширения сырьевой олефиновой базы процесса. При этом показана возмож­ность получения ПАОМ высокого качества путем соолигомеризации смесей октена-1, децена-1, додецена-1 и тетрадецена-1 по описанной выше базовой технологии.

С этой целью в ИПХФ РАН проводятся оригинальные исследования и разработки, на­правленные на создание фундаментальных научных основ и технологического оформ­ления селективных каталитических процессов получения индивидуальных высших оле-финов из доступного ограниченно потребляемого нефтяного и возобновляемого расти­тельного сырья. Решение проблемы осуществляется по следующим направлениям:

• Разрабатывается метод селективного синтеза децена-5, додецена-6 и тетрадецена-7 путем метатезиса гексена-1, смесей гексена-1 с октеном-1 и октена-1, соответственно, под действием каталитических систем MoO₃ /SiO₂ + AlR₃ или MoO₃ /Al₂O₃ + AlR₃;
• Проводятся исследования процесса получения изоолефинов С₆, С₈, С₁₀, С₁₂ иС₁₄ методом каталитического синтеза их по реакции высших альфа-олефинов в присутствии соединений циркония;
• Отрабатывается двухстадийный процесс получения децена-1 и других высших олефинов методом этенолиза метиловых эфиров олеиновой, линолевой и линолено-вой кислот под действием высокоактивных и высокопроизводительных каталитичес­ких систем.
• Для улучшения качества получаемых ПАОМ до уровня мировых аналогов разви­вается метод каталитического гидрирования. Помимо процесса получения ПАОМ, указанный метод перспективен при разработке оригинальных технологий гидроочист­ки и гидроизомеризации с использованием суспендированных катализаторов.

Важнейшим направлением работ является создание новых каталитических систем полимеризации олефинов и исследование механизма их действия. Показано, что при полимеризации этилена с использованием каталитической системы Cp₄Zr - МАО -Ti(OBu)₄ возможно исключение добавок сомономера и получение линейного полиэти­лена низкой плотности Процесс функционирования системы включает два каталити­ческих цикла, в первом из которых из этилена с высокой селективностью образуется бутен-1, а во втором - осуществляется сополимеризация этилена с синтезированным бутеном-1 под действием Cp₄Zr - МАО. На этой основе предложен усовершенствован­ный процесс получения полиэтиленов высокой, средней и низкой плотности, характе­ризующийся рядом преимуществ по сравнению с имеющимися аналогами. Разрабо­танные каталитические системы обладают самыми высокими показателями катали­тической активности (до 2.5 тонн продукта в расчете на 1 грамм циркония в час), отличаются простым методом их получения. Процесс позволяет получать весь марочный ассортимент полиэтиленов с использованием в качестве сырья одного только этилена (без сомономеров) по однореакторной схеме.

Перспективным представляется принципиально новый не имеющий мировых анало­гов способ получения особо чистого пенополистирола. В основу способа заложен высо­копроизводительный метод фронтальной полимеризации, позволяющий вводить в ис­ходный мономер диоксид углерода, который в процессе полимеризации вместе с оста­точным мономером переходит в сверхкритическое состояние. Весь процесс - от мономе­ра до готового изделия - осуществляется в единой замкнутой технологической цепи. По­лучены образцы пенополистирола в широком диапазоне значений кажущейся плотности (15-85 кг/м³) с малым содержанием остаточного мономера (менее 0.1%). Результаты про­веденных исследований являются научной основой для последующей разработки энер­госберегающей, экологически чистой технологии получения особо чистых полимеров для оптических волокон, в качестве имплантатов в медицине, биологических препаратов пролонгированного действия и т.д. Отметим, что синтез полимерных материалов и <a title="резка пенопласта" href="http://howart.ru">пенопластов</a> в режиме фронтальной полимеризации, обеспечивает также возможность получения крупногабаритных полимерных стекол, имеющих сложную геометрическую форму и обладающих высокими оптическими и механическими характеристиками, оптически чистых пластмассовых сцинтилляторов и концентраторов световой энергии.

Важными являются исследования в области создания специальных и функциональ­ных полимеров, а также широкого спектра полимерных композиционных материалов (КМ), особенно, гибридных и модифицированных наноматериалами.

В области перспективных исследований для создания новых процессов газохимии от­метим разработку метода предреформинга попутного нефтяного газа для получения синтез-газа, в котором осуществляется совместное парциальное газофазное окисление смесей углеводородов, приводящее к значительному снижению содержания С₂-С₄ угле­водородов при одновременном повышении содержания метана. Это обеспечивает воз­можность последующей конверсии полученной смеси в синтез-газ в присутствии извест­ных катализаторов без сажеобразования и закоксовывания катализаторов. Разрабаты­ваются научные основы процессов конверсии углеводородных газов на основе мембран­ных технологий и новых поколений каталитических систем. Предложены оригинальные наноструктурированные каталитические системы Pt-Sn на Al₂O₃ и&^₃ + Al2O₃, полу­ченные плазмохимическим методом. По показателям конверсии, селективности и устой­чивости к коксообразованию разработанные катализаторы превышают характеристики известных контактов. Исследованы способы формирования многослойных мембранно-каталитических элементов для синтеза олефинов путем дегидрирования легких парафи­нов и предложена конструкция мембранно-каталитического реактора.

Разрабатываемые процессы характеризуются высокими выходом и качеством по­лучаемых продуктов, удовлетворяют современным требованиям энерго- и ресурсос­бережения, обеспечивают комплексное решение проблем экологической чистоты и высокой экономической эффективности.

Источник: 1-й РОССИЙСКИЙ НЕФТЯНОЙ КОНГРЕСС Сборник материалов