Катализаторы на основе цеолитов и цеолитоподобных материалов для переработки легкого углеводородного сырья в компоненты моторных топлив
Автор: Хамзин Юнир Азаматович, Давлетшин Артур Раисович, Рахимов Марат Наврузович, Мовсумзаде Эльдар Мерсамедович, Шадрина Айгюль Эльшадовна
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Решение экологических проблем
Статья в выпуске: 5 т.9, 2017 года.
Бесплатный доступ
Современное состояние сырьевой базы жидкого углеводородного сырья характеризуется повышением его стоимости и снижением объемов добычи. При этом запасы природного газа и твердых горючих ископаемых значительно превышают запасы нефти [1-3]. Кроме того, при переработке нефти на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) образуется значительное количество так называемых нефтезаводских газов. Суммарный выход нефтезаводских газов на НПЗ составляет в среднем 5-8% масс. от объема перерабатываемой нефти, а на НПЗ нефтехимического профиля эта цифра значительно выше [4, 15, 16]. Наиболее крупнотоннажным процессом переработки легкого углеводородного сырья (природного, попутного нефтяного и нефтезаводского газа) является каталитическая переработка на базе процессов алкилирования и олигомеризации. Несмотря на то, что в процессе олигомеризации легких олефинов предлагается большое разнообразие катализаторов, на практике находят применение лишь некоторые из них. Это связано с относительно высокой стоимостью большинства катализаторов, сложностью состава и технологии, как производства катализаторов, так и процессов переработки газов с применением данных катализаторов [5, 17]. Наибольшее распространение в процессах олигомеризации получили силикофосфатные и цеолитные катализаторы. Силикофосфатные катализаторы обладают рядом недостатков, такими, как: высокое давление, необходимое для проведения процесса (до 10 МПа); малый срок службы катализатора, не поддающегося окислительной реактивации. К недостаткам цеолитных катализаторов высокотемпературной олигомеризации следует отнести достаточно короткий межрегенерационный период, присутствие в продуктах значительных количеств ароматических углеводородов и тяжелого остатка [6-9]. В работе представлены результаты исследований разработанных авторами суперкислотных катализаторов на основе анион-модифицированного оксида металла, смешанных гетерополикислот (ГПК) и наноразмерного порошка никеля (NiНРП), нанесенного на нанокомпозитный кислотно-активированный монтмориллонит для процесса переработки легкого углеводородного сырья в компоненты моторных топлив. Установлено, что синтезированные образцы катализаторов обладают высокими показателями активности в процессах олигомеризации пропан-пропиленовой фракции и алкилирования изобутана бутан-бутиленовой фракцией.
Цеолитные катализаторы, синтез, олигомеризация, алкилирование, бутан-бутиленовая и пропан-пропиленовая фракции, моторное топливо, нефтезаводские газы
Короткий адрес: https://sciup.org/14265820
IDR: 14265820 | УДК: 665.652.4 | DOI: 10.15828/2075-8545-2017-9-5-134-148
Catalysts based on zeolites and zeolite-like materials for processing light hydrocarbon feedstocks into motor fuel components
The current status of raw material resource base of liquid hydrocarbon crude is characterized by increase in its cost and decrease in production output. At the same time reserves of natural gas and solid fossil fuels dramatically exceed oil volumes [1-3]. Moreover significant quantity of so-called refinery gases are formed during crude petroleum refining at the oil refinery plants (ORP). The total yield of refinery gases at the oil refinery plants is on average 5-8% of the quantity of the refine oil, and at the petrochemical refinery plants this figure is notably higher [4, 15, 16]. The most large-capacity process of gas conversion process for light hydrocarbons such as natural, oil-associated and refinery gases is catalytic refining based on the alkylation processes and oligomerization. In spite of the fact that a large variety of catalytic agents find application in the oligomerization of light olefins, in practice only some of them are used. This is due to the relatively high cost of most catalysts, complexity of composition and technology for production of catalysts as well as for the gas processing in which these catalysts are used [5, 17]. Silicophosphate and zeolite catalysts have been the most commonly used in the oligomerization. Silicophosphate catalysts possess several draw-backs such as high pressure required for processing (up to 10 MPa), short service life of the catalyst which is not susceptible to oxidative reactivation. The disadvantages of zeolite catalysts for high temperature oligomerization include fairly short cycle length and the presence of appreciable quantity of aromatic hydrocarbons and heavy still bottoms in products [6-9]. The paper presents research results of author-developed superacid catalysts based on anion-modified metal oxide, mixed heteropolyacids and nanosized nickel powder applied on nanocomposite acid-activated montmorillonite to process light hydrocarbons into the component of fuel blend. It has been determined that synthesized samples of catalysts have high activity indices in oligomerization of propane-propylene fraction and in alkylation of isobutane with butane-butylene fraction. The most large-capacity process of gas conversion process for light hydrocarbons such as natural, oil-associated and refinery gases is catalytic refining based on the alkylation processes and oligomerization. In spite of the fact that a large variety of catalytic agents find application in the oligomerization of light olefins, in practice only some of them are used. This is due to the relatively high cost of most catalysts, complexity of composition and technology for production of catalysts as well as for the gas processing in which these catalysts are used [5, 17]. Silicophosphate and zeolite catalysts have been the most commonly used in the oligomerization. Silicophosphate catalysts possess several draw-backs such as high pressure required for processing (up to 10 MPa), short service life of the catalyst which is not susceptible to oxidative reactivation. The disadvantages of zeolite catalysts for high temperature oligomerization include fairly short cycle length and the presence of appreciable quantity of aromatic hydrocarbons and heavy still bottoms in products [6-9]. The paper presents research results of author-developed superacid catalysts based on anion-modified metal oxide, mixed heteropolyacids and nanosized nickel powder applied on nanocomposite acid-activated montmorillonite to process light hydrocarbons into the component of fuel blend. It has been determined that synthesized samples of catalysts have high activity indices in oligomerization of propane-propylene fraction and in alkylation of isobutane with butane-butylene fraction.
Список литературы Катализаторы на основе цеолитов и цеолитоподобных материалов для переработки легкого углеводородного сырья в компоненты моторных топлив
- Капустин В.М. Основные направления модернизации и строительства нефтеперерабатывающих и нефтехимических комплексов в России//Материалы школы-конференции по нефтехимии. -Звенигород, 2009. -С. 61-62.
- Капустин В.М., Чернышова ЕА. Основные каталитические процессы переработки нефти. Промышленный катализ в лекциях. -М.: Калвис, 2006. -№ 5.
- Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. -М.: Химия, 2008. -279 с.
- Шириязданов Р.Р., Рахимов М.Н., Мансуров И.С. Основные проблемы, особенности и перспективы переработки нефтезаводских газов//Нефтепереработка и нефтехимия. -2010. -№ 1. -С. 32-35.
- Галимов Ж.Ф., Рахимов М.Н. Силикафосфатные катализаторы олигомеризации нефтезаводских газов. Синтез, свойства и применение. -Уфа: Реактив, 1999.
- Khamzin Yu.A., Shiriyazdanov R.R., Davletshin A.R., Vildanov F.Sh., Ipatova E.A., Rakhimov M.N., Telyashev E.G., Abdyushev R.R., Doinitsyna L.S. Oligomerization of Propane-Propylene Fraction of Oil Refinery Gases on Pillared Clay Based Super-acidic Catalysts//Chemistry and Technology of Fuels and Oils. -2015. -V. 51. -№ 5. -pp. 458-463.
- Shiriyazdanov R.R., Davletshin A.R., Vildanov F.Sh., Telyashev E.G., Rakhimov M.N., Ipatova E.A., Abdyushev R.R., Khamzin Yu.A. Processing Refinery Gas Streams into Environmentally Friendly Motor Oils on Next-Generation Catalysts//Chemistry and Technology of Fuels and Oils. -2014. -V. 50. -№ 6. -pp. 465-471.
- Шириязданов Р.Р., Давлетшин А.Р., Рахимов М.Н., Хасанов Т.А., Гильмутдинов А.Т., Николаев Е.А. Олигомеризация олефинов С3-С4 на нанокомпозитном кислотно-активированном монтмориллоните, модифицированном ZrO2//Химическая промышленность сегодня. -2010. -№ 12. -С. 32-36.
- Лавренов А.В., Богданец Е.Н., Дуплякин В.К. Твердокислотное алкилирование изобутана бутиленами: путь от выяснения причин быстрой дезактивации катализаторов к технологическому оформлению процессов//Катализ в промышленности. -2009. -№ 1. -С. 28-38.
- Миначев Х.М., Мортиков Е.С., Зеньковский С.М., Мостовой Н.В., Кононов Н.Ф.//Алкилирование. Исследование и промышленное оформление процесса. -М.: Химия, 1982. -С. 81-86.
- Леонтьев А.С., Хаджиев С.Н., Зюба Б.И и др. Алкилирование изопарафинов олефинами на цеолитных катализаторах//Химия и технология топлив и масел. -1978. -№ 10. -С. 29-32.
- Цуприк Я.Е., Галич П.Н., Патриляк К.И. и др. Исследование влияния катионного состава цеолитов типа Y на их каталитические свойства в реакции алкилирования изобутана бутиленами//Нефтепереработка и нефтехимия. -1983. -№ 25. -С. 51-54.
- Зеньковский С.М., Мортиков Е.С., Погорелов А.Г. и др. Алкилирование изобутана н-бутаном на цеолитном катализаторе//Нефтехимия. -1975. -Т. 15, № 14. -С. 516-520.
- Миначев X.Н., Мортиков Е.С., Зеньковский С.М., Олбрайт Л.Ф., Голдсби А.Р. Алкилирование изопарафинов олефинами на цеолитных катализаторах. Алкилирование. Исследование и промышленное оформление процесса. -М.: Химия, 1982. -81-86 c.
- Мортиков Е.С., Зеньковский С.М., Мостовой К.Е. и др. Алкилирование изобутана бутиленами на цеолитных катализаторах//Химия и технология топлив и масел. -1974. -№ 7. -С. 13-16.
- Байбурский В.Л., Александрова И.А., Мортиков Е.С. Технология производства цеолитных катализаторов алкилирования изопарафиновых углеводородов//Нефтепереработка и нефтехимия. -1984. -№ 8. -С. 14-16.
- Байбурский В.Л., Александрова И.А., Хаджиева Л.X. и. др. Закономерности синтеза и свойства цеолитных катализаторов алкилирования изопарафиновых и ароматических углеводородов олефинами//Сб. науч. тр. ГрозНИИ. -1984. -№ 38. -С. 97-100.
- Коклин А.Е., Чан В.М.Х., Казанский В.Б., Богдан В.И. Алкилирование изобутана олефинами С4 в традиционных и сверхкритических условиях//Кинетика и катализ. -2010. -№ 3. -С. 429-434.
- Шириязданов Р.Р. Суперкислотные цеолитные каталитические системы для алкилирования изобутана олефинами//Ползуновский вестник. -2010. -№ 3. -С. 121-127.
- Шириязданов Р.Р. Наноструктурированные цеолитные катализаторы алкилирования изобутана бутан-бутиленовой фракцией//Нанотехника. -2010. -С. 59-60.
- Кудрявцев П.Г., Фиговский О.Л. Нанокомпозитные органоминеральные гибридные материалы//Нанотехнологии в строительстве. -2016. -№ 1. -С. 16-56.
- Грязнов И.В., Фиговский О.Л. Новая технология изготовления полимерных нанопорошков//Нанотехнологии в строительстве. -2015. -№ 6. -С. 28-57.