Научный семинар 22.02.2023 на тему «Альтернативное топливо и оксигенаты»

1. Кустов Леонид Модестович, д.х.н., профессор, заведующий кафедрой общей химии Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, заведующий лабораторией нанохимии и экологии ИОХ им. Н.Д. Зелинского.

«Получение оксигенатов и альтернативных топлив из
СО₂ и глицерина»

В докладе Кустова Л.М. была представлена информация о разработке катализаторов и процессов преобразования СО₂ в различные продукты. Основным процессом, который был исследован в лаборатории, являлся СВЧ-катализ, в ходе которого получали метан и моноксид углерода. На графиках была показана зависимость конверсии СО₂ от мощности СВЧ-излучения в присутствии катализаторов на основе переходных металлов, наибольшую активность среди которых проявил 1.5% Rh/TiO₂. Также Кустовым Л.М. совместно с коллегами были исследованы реакции в сверхкритическом СО₂ с образованием монооксида углерода, метана, метанола, диметилового эфира и уксусной кислоты. Указаны преимущества проведения реакций в сверхкритическом СО₂. Определены зависимости конверсии и селективности продуктов от температуры, давления.

Основные выводы:

— Разработаны наноразмерные катализаторы для процессов утилизации СО₂ включая:

-        гидрирование СО₂ до метанола с последующей конверсией в альдегиды, олефины или углеводороды,

-        карбоксилирование алкинов,

-        синтез органических карбонатов;

— Найдены эффективные катализаторы конверсии диметилового эфира в моноглим и деоксигенирования глицерина с получением пропандиолов или пропанолов;

— Реакции синтеза метанола из СО₂ и получения моноглима впервые осуществлены в сверхкритических условиях, что позволяет в 3-10 раз увеличить производительность процесса.

2. Ершов Михаил Александрович, к.т.н., генеральный директор ООО «Центр Мониторинга Новых Технологий».

«Низкоуглеродные гибридные высокооктановые топлива. Результаты разработки и испытаний»

Докладчиком Ершовым М.А. были показаны тенденции развития бензиновой автомобильной техники, представлена эволюция двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с 1920 гг до настоящего времени. Были показаны такие характеристики топлива, ОЧИ, ОЧМ и КТЭ для различных углеводородов от С1 до С9 (алканы, циклоалканы, алкены, циклоалкены, ароматические соединения, спиты, эфиры и др.). Исходя из представленных диаграмм, был показан прогноз роста производства бензиновых оксигенатов с 2014 до 2050 гг. В ЦМНТ было разработано и испытано низкоуглеродное топливо Е30 с определённым качественным и количественным составом. В ходе доклада были представлены моторно-стендовых испытаний и РТИ топлива Е30.

Основные выводы:

— На основании проведенных исследований разработано и поставлено на производство в ООО «Миранда» топливо Е30 по СТО 11605031-086-2014 в виде марок АИ-92-Е и АИ-95-Е.

— Кроме того, разработано технико-экономическое обоснование организации производства топлива Е25 мощностью 1,5 млн т/год на территории СКФО.

— В качестве сырья предлагается использовать нафту процесса гидрокрекинга и биоэтанол, что позволит создать дополнительный спрос на зерновые, а также загрузить простаивающие спиртовые заводы с сопутствующими социо-экономическими эффектами.

— При полной реализации данный проект будет иметь следующий экологический эффект, выраженный в снижении выбросов:

1. Углекислого газа на 0.65 млн т в год.
2. Оксида азота на 640 т в год.
3. Монооксида углерода на 1030 т в год.

— Реализация проекта обеспечит конечным покупателям (автовладельцам) реальную выгоду (с учетом повышенного расхода этанольного топлива) в среднем на уровне 0.9-1.9 руб./л по сравнению с нефтяным бензином АИ-95-К5.

3. Дементьев Константин Игоревич, к.х.н., заведующий сектором № 6 «Химии и технологии каталитического крекинга» ИНХС им. А.В. Топчиева РАН

«Перспективные возобновляемые компоненты моторных топлив для бензиновых и дизельных двигателей»

Дементьевым К.И. была представлена информация о производстве биоэтанола, биобутанола, а также о проблемах, возникающих при их использовании. Наряду с биоэтанолом и биобутанолом оксиметиленовые эфиры и фурановые производные имеют более хорошие характеристики. Представлена информация о производстве оксиметиленовых эфиров, фурановых производных, оксалатов, недостатках их использования и прогнозировании их свойств.

Научный семинар 26.04.2023 на тему «SAF – авиационные топлива для устойчивого развития. Технологии и перспективы применения» 

Никульшин Павел Анатольевич, д.х.н., заместитель генерального директора по науке АО «ВНИИ НП», профессор кафедры технологии переработки нефти РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина.

«Декарбонизация авиационной отрасли. Технологии получения SAF»

В докладе Никульшина П.А. была представлена информация по следующим разделам:
— мировой рынок биотоплив;
— декарбонизация авиации, технологии производства топлива;
— SAF — авиационные топлива;
— технологии производства SAF;
— сырьевой потенциал биотоплив в РФ (масла, отходы);
— действующие и строящиеся установки гидродеоксигенации;
— технологии гидродеоксигенации (варианты и особенности);
— со-переработка (преимущества, недостатки, проблемы);
— исследование процесса со-переработки, кинетики основных реакций.

Основные выводы:
1) Зеленая повестка становится только более актуальной со временем. Рынок биотоплив демонстрирует тенденцию к росту, которая сформирована, в том числе, под давлением регуляторов. ICAO предложила комплекс мер по сокращению выбросов авиационным транспортом.
2) Есть два маршрута декарбонизации авиатоплива: LCAF и SAF. LCAF — обычное топливо, производимое предприятиями, с пониженным углеродным следом. SAF— топливо из альтернативного сырья. Любое SAF требует сертификации. Каждая новая технология должна быть одобрена ICAO.
3) Авиакомпании, которые не будут использовать SAF, будут платить штрафы за заправку воздушных судов. Маржинальность традиционного авиатоплива снизится. Потенциальная потребность РФ в SAF может составить к 2050 г. ≈ 5 млн т/г.
4) В мире освоено несколько технологий производства SAF. Самая зрелая из них — гидродеоксигенация. Варианты технологии есть в портфелях некоторых компаний. Технология отличается гибкостью в отношении сырья и набора стадий.
5) При разработке технологий гидродеоксигенации следует учитывать влияние растительного сырья, подбирать специализированные пакеты катализаторов с оптимальной селективностью в целевых реакциях для каждого слоя.
6) АО «ВНИИ НП» имеет существенный научно-технический задел в области разработки технологии гидродеоксигенации как масложирового сырья, так и сырья III поколения — микроводорослей.

2. Яновский Леонид Самойлович, д.х.н., начальник отдела «Специальные авиационные двигатели и химмотология» ЦИАМ, заведующий лабораторией горения в высокоскоростных потоках Отдела горения и взрыва ФИЦ ПХФ и МХ.
«Альтернативные топлива для авиационных силовых установок: проблемы и перспективы».

Основными проблемами, возникающими при использовании альтернативных топлив, является образование смол при термоокислении и коксообразование при течении топлив в каналах. В докладе Яновского Л.С. были представлены эксплуатационные свойства топлив, выработанных по технологиям гидроочистки и гидрокрекинга керосиновых фракций, а именно, термоокислительная стабильность, сажеобразование при горении, температура применения в ГДТ. Подавление коксообразования при нагреве топлив возможно с помощью азотирования и ингибирования топлива, воздействия электростатического поля, обработки поверхности топливного коллектора, при использовании трубок с оребрением. В докладе также была показана информация по летным испытаниям и эксплуатации зарубежной авиационной техники на СЖТ (с 1999 г. по н.в.). Показаны сравнительные характеристики синтетического авиатоплива, полученного в ИНХС РАН, ЦИР и ИГИ. В ходе доклада было подробно рассказано об эндоэнергетических СЖТ — топлив нового поколения.

Таким образом, для внедрения СЖТ различного назначения необходимы:
— Внедрение прогрессивных конкурентоспособных технологий производства СЖТ для отечественной авиатехники;
— Разработка нормативной документации на СЖТ;
— Сертификация СЖТ для применения в современной и перспективной отечественной авиатехнике:
1) наработка ОП образцов СЖТ;
2) квалификационные испытания СЖТ;
3) стендовые испытания модельных и натурных двигателей на СЖТ;
4) ресурсные испытания двигателей на СЖТ;
— Исследование физико-химических и теплофизических свойств СЖТ;
— Определение закономерностей тепло- и массообмена при до- и сверхкритических параметрах СЖТ;
— Определение закономерностей распыла, смешения, воспламенения и горения СЖТ в условиях камер сгорания различного типа;
— Оценка эффективности применения СЖТ на ВС.

3. Стрижак Павел Александрович, д.ф.-м.н., профессор, зав. Лабораторией тепломассопереноса Национального исследовательского Томского политехнического университета.
«Интегральные характеристики распыления и горения SAF-топлива»

В докладе Стрижак П.А. представил информацию о направлениях и задачах, изучаемых в лаборатории тепломассопереноса ТПУ. Исследования проводились с помощью оптических методов, лабораторных и промышленных методов анализа состава дымовых газов, термогравиметрии, калориметрии, элементного анализа, FTIR-спектрометрии, микроканальной микрофлюидики с автоматизированным контролем характеристик, методов численного моделирования физико-химических процессов. Указаны экономические проблемы, возникающие при производстве топлив, мультикритериальные оценки эффективности суспензионных топлив. Предварительный анализ показал, что для мощностей до 200 тыс. т в год по SAF наиболее оптимальным решением является технология HEFA и ее комбинация с алкоголизм/ гидролизом. В лаборатории была разработана и сконструирована 3D модель пилотной энергетической установки, включающей все стадии подготовки, хранения и сжигания топлива. Подробно исследован процесс распыления топлив с соответствующими характеристиками.

Основные предполагаемые результаты:
— топливные рецептуры нового поколения;
— экспериментальные методики тестирования последних;
— математические модели процессов по основным показателям;
— системы прогнозирования оптимальных составов;
— цифровые двойники основных технологических этапов;
— образовательные программы подготовки и переподготовки специалистов.

4. Фадеев Вадим Владимирович, к.х.н., заведующий лабораторией каталитических процессов нефтепереработки РН-ЦИР ПАО «НК Роснефть».
«Опыт переработки возобновляемого сырья в парафины для получения биотоплив»

В докладе Фадеева В.В. были указаны основные направления деятельности РН-ЦИР, а именно, нефтепереработка, нефтехимия и газопереработка. Снижение выбросов углекислого газа (декарбонизация) является общемировой задачей и долгосрочной тенденцией. Декарбонизацию можно провести за счет замены ископаемых топлив на безуглеродные или низкоуглеродные источники энергии. В докладе были показаны возможные сценарии развития последствий введения углеродного налога на экспорт товаров в ЕС (оптимистичный, базовый и негативный). В качестве основных видов топлива были показаны в докладе лигноцеллюлозное сырье, сахароносные и крахмалоносные культуры, триглицеридное сырье и водоросли с последующей их переработкой посредством определённых процессов.

Основные выводы:
1) Показано, что оба катализатора проявляют высокую активность, причем Pt-содержащий катализатор является более активным по сравнению с CoMo-катализатором;
2) На платиносодержащем катализаторе при полной конверсии рыжикового масла содержание углеводородов фракции С₁₁-С₃₀ в жидких углеводородных продуктах составляет ~ 96–97% масс. при суммарном выходе жидких продуктов ~ 88% масс.
3) На CoMo/Al₂O₃ катализаторе при полной конверсии сырья содержание фракции С₁₁-С₃₀ в жидких углеводородных продуктах составляет ~ 89.5% масс. при суммарном выходе жидких продуктов ~ 92-95% масс.
4) На Pt катализаторе в процессе деоксигенирования масла преобладают реакции декарбонилирования и декарбоксилирования с образованием CO и CO₂, что ведет к преимущественному получению в продуктах реакции алканов с количеством атомов углерода на один меньше, чем в углеводородной цепи жирной кислоты в исходной молекуле триглицерида, причем вклад реакций декарбонилирования выше, чем реакций декарбоксилирования. Доля реакций гидродеоксигенирования без уменьшения длины углеводородной цепи н-алкана невысокая. При таком протекании процесса происходит частичная потеря углерода в виде моно- и диоксида углерода.
5) На CoMo катализаторе преобладают реакции гидродеоксигенирования, вклад реакций декарбонилирования и декарбоксилирования невысок, что улучшает эффективность переработки возобновляемого сырья в топлива за счет снижения образования нецелевых углеродсодержащих продуктов.