Анотація до роботи:

Кудрявцев С. О. Основи виробництва етилену та бензинової фракції за технологією аерозольного нанокаталізу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.07 – хімічна технологія палива і паливно-мастильних матеріалів. – Національний Університет “Львівська політехніка”, Львів, 2007.

В дисертації розвинуто наукові основи аерозольного нанокаталізу у віброзрідженому шарі AnCVB. Визначено деякі нові властивості каталітичної системи. Встановлено, що аднезійна ємність скляних кульок, які є компонентом каталітичної системи, щодо каталізатора змінює швидкість хімічної реакції до 3 разів. Обґрунтовано, що коагуляція наночастинок впливає на активність каталізатора; показано, що необхідна для запобігання коагуляції кількість механічних дій 10⁷-10⁸ на м³ реактора реалізується за частоти вібрації реактору 2–6 Гц в технології AnCVB. Експериментально встановлено, що зміна частоти коливань приводить до зміни активності каталізатора й селективності процесу, а також до утворення в продуктах реакції нових речовин.

Досліджено кінетику реакцій крекінгу н-пентану, дизельного палива, прямогінного бензину до етилену, вакуумного газойлю – до бензинової фракції при 450-600⁰С з використанням оксидів металів Fe₂O₃, Al₂O₃, як каталізаторів. При одержанні етилену температура процесу знижується на 200-300⁰С порівняно з температурою промислових процесів піролізу, а об’єм реактора зменшується до 10 разів. Технологія AnCVB дозволяє виключити використання водяної пари. В промислових процесах її кількість становить до 50% на сировину. При одержанні бензинової фракції з вакуум–газойлю кількість каталізатору складає 5–25 г/м³ _р.о., що за абсолютною величиною навіть менше, ніж втрати каталізатора в промислових процесах. Це дозволяє виключити з технологічної схеми стадію регенерації та рециркуляції каталізатора, що значно зменшить матеріалоємність схеми та собівартість продукту.

1. В дисертації наведено теоретичне, узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в невідомих досі закономірностях перебігу реакцій крекінгу вуглеводнів за умов створюваної технології аерозольного нанокаталізу у віброзрідженому шарі каталітичної системи, закономірностях, які розвивають наукові основі даної різновидності аерозольного нанокаталізу і аргументують її застосування для крекінгу вуглеводнів.

2. В дисертації встановлено та сформульовано нові теоретичні положення, що доповнюють наукові основи технології аерозольного нанокаталізу:

- адгезійні властивості поверхні скляних кульок впливають на активність каталітичної системи та швидкість реакції;

- зниження каталітичної активності аерозольних наночастинок можливе при їх коагуляції і час їх існування зворотно пропорційний розміру. Для наночастинок 5-20 нм він складає 10^-8–10^-7 с;

- коагуляції наночастинок можна запобігти механічними імпульсами в кількості 10⁷–10⁸ в м³ реактора в секунду, що реалізовано в лабораторному реакторі;

- керування селективністю реакцій можливе шляхом варіювання частоти коливань каталітичної системи.

3. Дослідження крекінгу вакуумного газойлю в лабораторних умовах (570⁰С, концентрація каталізатора 2 г/м³ реактора за відсутності водяної пари) показало, що сучасний промисловий каталізатор Nexus-345p у стані аерозолю забезпечує показники, вищі за показники промислового процесу:

- досягнуто ступеня перетворення сировини 86% мас. та виходів бензинової фракції і суми світлих продуктів 50,4 и 72,9%, відповідно в промисловості – 50,2 і 65,2%, що свідчить про зростання селективності;

- об’єм реактора крекінгу для установки потужність 2 млн. т/рік за сировиною склав 420 м³, що в 2 рази менше за об’єм промислового ліфт-реактора і в 10 разів менше від суми об’ємів промислових реактора і регенератора;

- з конструкції реактора виключається вузол регенерації каталізатора.

4. Дослідження крекінгу пентану в лабораторних умовах (700⁰С, концентрація каталізатора 5 г/м³ реактора за відсутності водяної пари) показало, що каталізатор V₂O₅ забезпечує поліпшені порівняно з промисловим термічним піролізом показники процесу:

- зниження температури на 150⁰С;

- підвищення ступеня перетворення сировини до 83,9% мас., виходу етилену й суми олефінів до 33,6 (в промисловості 24–30%) і 60% відповідно, що свідчить про зростання селективності;

- зменшення об’єму реактора до 5 разів;

- виключення з технологічної схеми розбавлення сировини водяною парою (в термічному процесі її додається 14–70 %).

5. Показано доцільність впровадження аерозольного нанокаталізу в нафтопереробну промисловість.

Основний зміст роботи викладено в таких публікаціях:

1. Гликин М.А., Кудрявцев С.А., Гликина И.М., Мамедов Б.Б. Аэрозольный нанокатализ. Изучение процесса крекинга н-пентана до олефинов. //Хімічна промисловість України. – 2005. – № 4. – С. 30-38.

Дисертантом створено лабораторну установку й проведено термокаталітичний піроліз н-пентану. Вивчено адгезійну ємність інертного матеріалу.

2. Гликин М.А., Кудрявцев С.А., Гликина И.М., Мамедов Б.Б. Аэрозольный нанокатализ. Изучение процесса крекинга высококипящих фракций нефти.// Хімічна промисловість України. – 2006. – № 1. – С. 24-29.

Дисертантом досліджено процес каталітичного крекінгу. Проведено математичну обробку експериментальних даних.

3. Гликин М.А., Гликина И.М., Кудрявцев С.А. Анализ устойчивости каталитической системы в технологии аэрозольного нанокатализа с виброожиженным слоем (AnCVB).//Вестник ХПИ. – 2006 – № 11. – С. 49-58.

Дисертантом проведений аналіз специфічних властивостей каталітичної системи. Виконано експериментальні дослідження, які підтверджують теоретичні обґрунтування.

4. Деклараційний патент України № 17532, МПК С07С 11/00. Спосіб одержання етилену: Деклараційний патент України №17532, МПК С07С 11/00/ Глікін М. А., Глікіна І. М., Кудрявцев С. О., Мамєдов Б. Б.; Заявл. 17.07.2006; Опубл. 27.09.06, Бюл. № 9.

Дисертантом встановлено оптимальні умови одержання етилену з н-пентану за технологією AnCVB.

5. S.A. Kudryavtsev, M.A. Glikin, I.M. Glikina. The process of hydrocarbon cracking to gasoline and olefins by aerosol nanocatalysis technology.// VIII Ukrainian-Polish Symposium “Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications”. – Odessa – 2004 – P. 83-87

Дисертантом вивчено термокаталітичне розкладення дизельного палива й отримане кінетичне рівняння процесу.

6. M.A. Glikin, S.A. Kudryavtsev, I.M. Glikina. Influence of mechanic activation regime on the products composition for n-pentane cracking process by aerosol nanocatalysis technology.// IX Ukrainian-Polish Symposium “Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications”. – Sandomierz (Poland)– 2005 – P. 49-53

Дисертантом вивчено вплив механічної та хімічної активації на склад продуктів реакції.

7. M.A. Glikin, S.A. Kudryavtsev, I.M. Glikina. Definition of properties and catalytic system stability analysis in aerosol nanocatalysis with vibrating bed (AnCVB) technology.// X Ukrainian-Polish Symposium “Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications”. Lvyiv–2006–P. 25-27

Дисертантом вивчено стабільність каталітичної системи, розрахована швидкість осадження аерозолю й визначені константи коагуляції.

8. С. А. Кудрявцев, М. А. Гликин, И. М. Гликина, Р. Г. Заика, Б. Б. Мамедов Крекинг нефтяного сырья по технологии аэрозольного нанокатализа (AnC).// Материалы V Международной научно-технической конференции “Укркатализ–V”. - Киев. – 2006. - С. 9-12.

Дисертантом виконано оцінку перспективності застосування технології аерозольного нанокаталізу у процесах переробки нафти на вітчизняних НПЗ.

9. Гликин М. А., Мамедов Б. Б., Кудрявцев С. А., Гликина И. М. Изучение процесса крекинга н-пентана по технологии аэрозольного катализа.// Материалы Международной научно-технической конференции “Прогресс в технологии горючих ископаемых и химмотологии топливно-масляных материалов”. – Днепропетровск. – 2005. – С. 122-126

Дисертантом показана перспективність використання низькокиплячої бензинової фракції та газового конденсату (на прикладі н-пентану) в якості сировини для виробництва етилену.

10. Гликин М. А., Кудрявцев С. А., Мамедов Б. Б., Гликина И. М. Аэрозольный катализ как альтернативный способ утилизации энергоемких отходов нефтеперерабатывающей промышленности.// Материалы VII научно-практической конференции “Переработка энергоресурсных отходов, проблемы экологической безопасности”. – Свалявский р-н, с. Поляна (Украина). – 2005. – С. 41-43

Дисертантом показано можливість утилізації висококиплячих нафтових фракцій в цінні продукти за новою технологією зі збільшенням глибини переробки нафти.

11. Кудрявцев С. А., научн. руководители - д. т. н., проф. Гликин М. А., к. х. н., доц. Мамедов Б. Б. Применение технологии аэрозольного нанокатализа в виброожиженном слое для получения газообразных олефинов из легких фракций нефти. //VIII Всеукраинская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых “Технология-2005”. – Северодонецк. – 2005. – С. 21

Дисертантом показано переваги технології аерозольного нанокаталізу у віброзрідженому шарі для одержання етилену з легких фракцій нафти.

12. Кудрявцев С. А., Анализ устойчивости каталитической системы в технологии аэрозольного нанокатализа с виброожиженным слоем (AnCVB).// IX Всеукраинская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых “Технология-2006”. – Северодонецк. – 2006. – С. 30

Дисертантом показано достоїнства каталітичної системи аерозольного нанокаталізу у віброзрідженому шарі перед традиційним каталізом на носіях.