НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Перспективы катализа

Каталитические методы в настоящее время занимают ведущее место в нефтепереработке. Благодаря катализаторам стало возможным в несколько раз увеличить стоимость нефтепродуктов. Примечательно, что эта тенденция сохраняется и сегодня. Поскольку цена на нефть растет, становится все более важным использовать ее компоненты в полном объеме. Следует предположить, что в будущем стоимость нефти будет продолжать расти, поскольку придется постепенно переходить на более трудноизвлекаемый ресурс. Поэтому важно повысить степень извлечения ценных ресурсов из нефти, что потребует более широкого использования современных катализаторов.

Следует признать, что глубина переработки нефти остается низкой не из-за технических трудностей, а из-за дисбаланса нефтепродуктов, основную долю которых составляет котельное топливо. Это экономически нецелесообразно, по крайней мере, в долгосрочной перспективе. Необходимо значительно увеличить долю процессов вторичной каталитической переработки нефти. Потребность в жидком котельном топливе должна быть компенсирована за счет использования угля.

Более перспективным потенциалом каталитических методов в нефтепереработке является устранение присущей нефти глобальной трансформации всех сложных соединений. Другими словами, все сернистые соединения подвергаются гидрокрекингу с выделением сероводорода. С другой стороны, многие из них имеют независимые значения. То же самое относится к азотсодержащим соединениям, комплексам металлов и многим другим соединениям. Очень важно выделить эти вещества или провести отдельные каталитические превращения с получением ценных продуктов. Примером может служить получение серосодержащих экстрактивных веществ, таких как сульфоксиды и сульфоны, которые образуются при каталитическом окислении сернистых соединений в нефти и котельном топливе. Таким образом, несомненно, катализаторы могут значительно повысить эффективность переработки нефти.

Область применения катализаторов продолжает быстро расширяться, создавая новые важные задачи для исследователей. Резкий рост цен на нефть привел к серьезным изменениям в производстве жидкого топлива из угля. За основу был взят старый каталитический метод, применявшийся в Германии во время Второй мировой войны. Новый метод гидрогенизации предполагает извлечение органических веществ из угля для получения тяжелой нефти, которая затем каталитически гидрогенизируется под давлением. Другим перспективным методом является синтез жидкого топлива из газов, состоящих из монооксида углерода и водорода, получаемых при газификации угля с помощью пара. Метод Фишера-Тропша в настоящее время используется в Южной Африке. Получаемый бензин имеет такие недостатки, как низкий октан и необходимость рециркуляции, так как в основном состоит из обычного парафина. Кроме того, дизельные фракции с хорошими топливными свойствами не могут быть использованы в условиях нашей страны из-за их высокой температуры текучести.

Более интересным является метод синтеза углеводородов, предложенный американской компанией Mobil, которая на катализаторе, содержащем сверхчистый кремнеземный цеолит, производит метанол, который затем подвергается крекингу. Метанол синтезируется с использованием катализатора из оксида меди при давлении 5-10 МПа. Дегидратация метанола не требует высокого давления, и олефины производятся через диметиловый эфир. Синтез олефинов на том же катализаторе приводит к образованию смеси изопарафинов и ароматических углеводородов в результате перераспределения водорода. Выход бензиновой фракции может составлять 60-70%, а октановое число - 90-95. Дизельная фракция в этих условиях составляет около 10%, с хорошим качеством по цетановому числу и температуре текучести.

Также можно обойти стадию экстракции метанола и получать углеводороды из сингаза. Скорость превращения сингаза в метанол ограничена обратимостью реакции и в современных установках не превышает 4% за цикл. Использование многофункциональных катализаторов как для синтеза метанола, так и для конверсии в углеводороды позволяет значительно увеличить конверсию за цикл и существенно упростить процесс. Этот метод значительно отличается от классического процесса Фишера-Тропша качеством получаемого бензина и очень низким производством метана, но в отличие от процесса Mobil требует высокого давления 3-5 МПа.

Как описано выше, из природного газа можно производить жидкое топливо как путем получения углеводородов через метанол, так и непосредственно с использованием многофункциональных катализаторов. Трубопроводы для транспортировки жидкого топлива намного дешевле, чем транспортировка газа, что делает такие сооружения полезными вблизи крупных газовых месторождений для облегчения транспортировки топлива. Они также полезны в отдаленных газовых районах, где транспортировка жидкого топлива затруднена.

Использование твердых катализаторов для сжигания топлива, несомненно, получит более широкое распространение. В настоящее время топливо сжигается в основном в факельных печах при температурах 1470-1870 К с низким уровнем использования тепла. Поэтому был предложен метод сжигания топлива в каталитическом реакторе с использованием псевдоожиженного слоя катализатора с одновременным отбором необходимого тепла. Благодаря наличию катализатора сжигание топлива происходит полностью при достаточно низкой температуре 670-970 K и без дополнительного воздуха. Тепловое напряжение в реакционном объеме значительно больше, чем в факельной печи, что позволяет в несколько раз уменьшить размеры и вес установки. Благодаря пониженной температуре горения не образуются вредные оксиды азота. Оборудование на основе каталитических источников тепла также предлагается для небольших паровых котлов, водонагревателей, испарения нефти в процессах нефтепереработки, термической обработки, диспергирования и активации твердых материалов, сушки порошков, адсорбционной контактной сушки зерна, сельскохозяйственных продуктов и материалов, чувствительных к перегреву.

Широким применением катализаторов становится также обезвреживание промышленных и транспортных выбросов. Уже надежно решена проблема каталитического сжигания окиси углерода и большинства органических соединений в газах, выбрасываемых в настоящее время промышленностью. Каталитическое восстановление оксидов азота в принципе решено, включая селективное восстановление аммиаком в кислородсодержащей газовой смеси.

Однако нейтрализация выхлопных газов автомобилей представляет собой довольно сложную проблему, поскольку условия, необходимые для восстановления оксидов азота и полного окисления органических соединений и монооксида углерода, различны. Кроме того, состав выхлопных газов меняется в зависимости от условий эксплуатации автомобиля, что создает значительные трудности. Однако разработка каталитических очистителей позволила добиться получения выхлопных газов, практически не содержащих окиси углерода и органических соединений, при значительном снижении концентрации окислов азота.

Каталитическая очистка сточных вод представляет собой еще более сложную задачу. В последние годы были достигнуты определенные результаты в очистке сточных вод в некоторых отраслях промышленности с использованием определенных комплексов переходных металлов в качестве катализаторов или сложных катализаторов, иммобилизованных на опорах, для удаления токсичных компонентов, таких как фенолы и соединения серы.

Другим важным направлением развития каталитических методов станет решение продовольственных проблем. Помимо производства удобрений, катализ будет играть важную роль в производстве незаменимых аминокислот, необходимых для улучшения кормов для скота, а также в производстве гербицидов, средств защиты от насекомых и других препаратов, необходимых для выращивания растений. Катализ является важнейшим методом осуществления химических превращений в промышленности. В настоящее время около 80% всех химических продуктов производится с помощью катализа. В настоящее время около 80% всех химических продуктов производится с помощью катализа, и эта доля быстро растет по мере усложнения химических превращений, освоенных промышленностью. В новых отраслях доля каталитических процессов превышает 90%. Прогресс в химии и других отраслях промышленности в значительной степени зависит от развития катализа. Реализация многих термодинамически осуществимых и экономически выгодных процессов, получение новых продуктов, реализация более совершенных технологических схем и использование имеющихся сырьевых ресурсов - все это перспективные задачи для поиска новых катализаторов и совершенствования уже используемых.