Химики создают новые катализаторы, которые превратят нафту в водород и синтез-газ

Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» при поддержке Российского научного фонда разрабатывают высокоэффективные структурированные катализаторы для прямой конверсии нафты в синтез-газ и водород. Ученые ищут новые способы эффективной переработки нефтяного сырья для получения продуктов с высокой добавленной стоимостью.

Нафта — это смесь легких и средних углеводородов, которую выделяют преимущественно при первичной переработке нефти. Она традиционно используется в качестве сырья для производства моторных топлив, олефинов и ароматических углеводородов. Кроме того, легкие углеводородные фракции могут применять для разбавления тяжелых нефтей при их транспортировке и переработке. Мировой рынок производства нафты составляет порядка $200 млрд.

Структура нефтепереработки меняется, развиваются альтернативные технологии преобразования углеводородного сырья, поэтому есть необходимость поиска новых направлений эффективного использования нафты с получением продуктов с высокой добавленной стоимостью. Одно из перспективных направлений — ее каталитическая конверсия в синтез-газ (смесь монооксида углерода и водорода), которые в дальнейшем могут быть переработаны в чистый водород или иные ценные продукты, такие как метанол, аммиак, синтетические углеводороды и т.д.

Классическая переработка тяжелых фракций нефти в синтез-газ включает в себя много стадий, в том числе предриформинг и высокотемпературный риформинг, которые весьма энергоемкие и технологически сложные. В последнее время нафта все меньше используется в качестве растворителя нефти, но по своим химическим свойствам она перспективна для получения синтез-газа. Один из способов — прямая конверсия углеводородов в синтез-газ с применением высокоэффективных структурированных катализаторов. Они улучшают условия тепломассообмена, снижают диффузионные ограничения и повышают стабильность каталитических систем при высоких температурах.

Специалисты Института катализа СО РАН планируют создать такие структурированные катализаторы для паровой и парокислородной конверсии нафты. В отличие от традиционных насыпных гранул, структурированные носители с каналами лучше отводят тепло и стабильнее работают при высоких температурах.

Ученые исследуют реальный состав нафты, чтобы выделить наиболее «строптивые» в плане конверсии соединения. Они проверят на модельных смесях, как природа активных компонентов — родия, никеля, платины, рутения, палладия, щелочных и щелочноземельных металлов — влияет на конверсию, селективность по водороду и устойчивость к коксообразованию.

«В рамках работы мы хотим понять, какие компоненты нафты сложнее всего превращаются в синтез-газ и какие свойства катализатора определяют эффективность этого процесса. Особое внимание мы уделим влиянию различных добавок на активность катализаторов, конверсию топлива и устойчивость к дезактивации. Это позволит перейти к целенаправленному подбору состава катализаторов для продуктивной переработки», — говорит руководитель исследования, младший научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ФИЦ «Институт катализа СО РАН» к.х.н. Владислав Шилов.

Главная задача ученых — сформировать научно-технический задел для развития каталитических технологий, которые можно применять в реальном секторе на российских нефтяных предприятиях. Водородсодержащие смеси — многообещающее топливо для энергоустановок на топливных элементах, поэтому исследование играет свою роль в контексте распределенной энергетики.

Исследование поддержано грантом РНФ №26-73-00309.