Российские ученые предложили способ получать сверхчистое топливо
Ключевой этап переработки нефти — очистка от серы, азота и различных металлов. Этот процесс называется гидрообессериванием и проводится в специальном реакторе под воздействием водорода и катализатора. Благодаря последнему происходит химическая реакция между веществами и быстрое отделение вредных примесей от топлива. Однако с тяжелыми нефтяными остатками, где содержится больше металлов и асфальтенов, традиционный метод не справляется: применяемый катализатор быстро засоряется и теряет свою активность. Это требует его регенерации или скорой замены, что финансово не выгодно. Ученые Пермского Политеха разработали перспективное решение модернизации реактора, которое на 40% увеличивает срок службы катализатора и обеспечивает 99% степень очистки. Идея позволяет повысить качество топлива и снизить затраты нефтеперерабатывающих заводов.
Статья с результатами опубликована в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика». Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Из нефтяного сырья (бензина, дизельного топлива, керосина, мазута) важно качественно удалять содержащиеся в составе сернистые и азотистые соединения. При дальнейшем использовании загрязненного топлива, например, в транспортных двигателях, котельных установках и тепловых электростанциях, сгорание серы и азота приводит к образованию вредных веществ и попаданию выбросов в атмосферу. Это способствует усилению парникового эффекта и ухудшению экологической ситуации. Поэтому очистка нефтяных фракций от примесей – одна из главных задач нефтеперерабатывающих предприятий.
Выполняют ее с помощью каталитического реактора – стальной колонны, заполненной катализатором. Это ключевой элемент, который в ходе химической реакции отделяет опасные соединения и превращает их в безвредные – сероводород и аммиак. Катализатор представляет собой гранулы или микросферы, обычно выполненные из оксида алюминия с добавлением кобальта, никеля, вольфрама или молибдена. Такие материалы используют не случайно – оксид алюминия работает как пористая основа, задерживающая молекулы нефти, а каждая из добавок по-своему эффективна для того или иного типа загрязнения, например, для простых или сложных сернистых соединений.
Также одним из главных компонентов является водород, который активирует химическую реакцию между веществами. Так, в процессе очистки нефтяное сырье смешивают с водородом, нагревают до высоких температур и пропускают через катализатор сверху вниз. В результате происходит фильтрация нефти, расщепление крупных молекул на мелкие и получение более чистого ценного топлива.
Если с обычной легкой нефтью традиционные каталитические установки справляются, то с тяжелой нефтью, доля которой в РФ составляет около 34% от извлекаемых запасов, – нет. Помимо серы и азота, она содержит в составе микроэлементы различных металлов (ванадий, никель, железо, хром и другие) и сложные высокомолекулярные соединения – асфальтены. Они физически забивают поры катализатора, из-за чего он быстро теряет свою эффективность. «Забитый» металлами и асфальтенами, он не может качественно выполнять свою основную задачу – удаление серы. Это требует его частой регенерации или замены, что ведет к большим эксплуатационным затратам и простоям установки.
В качестве решения ученые Пермского Политеха предлагают разделить традиционный процесс гидрообессеривания на две стадии с поочередным использованием двух разных катализаторов, каждый из которых выполняет свою функцию. Подход позволяет оптимизировать процесс, повысить степень очистки и продлить срок службы устройства.
– На первой стадии используется катализатор на основе оксида алюминия с добавлением молибдена и кобальта, так как эти материалы механически прочные и устойчивые к загрязнениям. Он принимает на себя основной удар и удаляет до 90% металлов (например, ванадий и никель) и асфальтенов, тем самым значительно снижая нагрузку на следующий катализатор. Далее поток сырья поступает на вторую стадию, где уже происходит глубокое удаление серы и азота. Здесь эффективно устройство на основе сульфидов никеля и вольфрама, которые обладают высокой активностью по отношению к этим соединениям. Благодаря предварительной очистке на первой стадии, второй катализатор работает лучше и дольше сохраняет активность, – объясняет Макар Ромашкин, доцент кафедры оборудования и автоматизации химических производств ПНИПУ, кандидат технических наук.
Реализация процесса именно в два этапа повышает эффективность удаления серы до 99%, а ее выход в конечном продукте достигает сверхнизких значений – всего 10 частей на миллион. Кроме того, двухстадийный реактор увеличивает срок службы катализатора и снижает частоту его регенерации на 30–40%, так как первое защитное устройство предотвращает быстрое засорение второго металлами и асфальтенами.
– Также наша технология оптимизирует температурный режим процесса, так как его разделение на два этапа позволяет лучше контролировать температуру в каждой зоне реактора. Ее перепад между стадиями составляет 20–40 °C, что предотвращает перегрев и дезактивацию катализатора, – рассказывает Данил Казанцев, магистрант кафедры оборудования и автоматизации химических производств ПНИПУ.
Эксперты отмечают, что предлагаемый способ требует дополнительных капитальных затрат. Однако они компенсируются за счет увеличения срока службы катализатора и уменьшения затрат на его регенерацию и замену. Подход способствует снижению общих эксплуатационных расходов на процесс гидрообессеривания, а также повышению качества и, соответственно, стоимости конечного продукта. Так как чем меньше в дизельном топливе содержание серы, тем выше его рыночная стоимость.
Внедрение двухступенчатых реакторов становится стратегически важным для нефтеперерабатывающей промышленности в условиях ужесточения экологических норм и роста доли трудноперерабатываемой тяжелой нефти. Разработка ученых Пермского Политеха способствует созданию более экономичных и экологичных производств будущего.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В эпоху искусственного интеллекта и стремительного развития технологий знание языка становится инструментальной компетенцией, а умение работать с учетом культурного контекста — стратегической. В День филолога, кандидат педагогических наук Екатерина Щавелева, заведующая кафедрой иностранных языков и коммуникативных технологий НИТУ МИСИС рассказывает, как гуманитарное образование приобретает новую ответственность и какое будущее у межкультурной коммуникации.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно