Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка плазмохимических металлоксидных наносистем для создания каталитических мембран нового поколения

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3032
Организация
ИПХФ РАН
Руководитель работ
Савченко Валерий Иванович
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Работы должны проводиться в рамках критической технологии «Технологии создания мембран и каталитических систем». Работы должны соответствовать по предполагаемому исполнению лучшим мировым стандартам. Создаваемый научно-технический задел должен обеспечивать в будущем проведение опытно-конструкторских и технологических работ на конкурентном уровне. Результаты работ должны способствовать дальнейшему инновационному развитию российских технологий в данном приоритетном направлении Программы.

Этапы проекта

1
12.03.2007 - 30.04.2007
Объектом исследования являются металлооксидные плазмохимические наноматериалы для приготовления многослойных каталитических мембран, которые могут быть использованы в процессах дегидрирования легкого углеводородного сырья.
  Цель работы на этапе №1 – анализ научно-технической литературы и нормативно-технической документации, проведение патентных исследований, формулирование возможных направлений исследований, выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленных задач, разработка общей методики проведения исследований.
Выполнен анализ научно-технической литературы и показано, что алюмохромовые и платиновые катализаторы проявляют наибольшую каталитическую активность в дегидрировании легкого углеводородного сырья. Представлены данные о природе активных форм указанных катализаторов, условиях их формирования. Указаны факторы, обеспечивающие стабильность катализаторов. Описаны возможные механизмы их дезактивации. Проанализированы данные по промышленным процессам дегидрирования и сформулированы требования, предъявляемые к промышленным катализаторам.
Представлены патентные документы, защищающие каталитически активные мембранные материалы и способы их получения, а также методики синтеза металлоксидных наноситем для создания на их основе каталитических мембран, активных и селективных в реакциях дегидрирования легкого углеводородного сырья. Анализ патентно-лицензионной ситуации показал, что наиболее активно патентуются технические решения на катализаторы. Показана динамика патентования за периоды 1987-2006 годы.
Рассмотрены возможные направления исследований по синтезу наносистем для создания каталитических мембран нового поколения.
Обоснована целесообразность использования плазмохимического способа получения оксидных каталитических систем. Представлены возможные направления плазмохимического синтеза и способы их реализации.
  Разработана общая методика проведения исследований.
Составлен промежуточный научно-технический отчет на 228 стр., включающий:
Часть 1. Анализ научно-технической литературы и выбор направления исследований по синтезу плазмохимических металлоксидных наносистем для создания каталитических мембран нового поколения на 20 стр., 1 рис., 48 источников.
Часть 2. Отчет о патентных исследованиях на 208 стр., 136 источников
Развернуть
2
01.05.2007 - 30.09.2007
В результате исследований, проведённых в рамках программы, разработаны плазмохимические процессы получения нанопорошков катализаторов, пригодных для создания нанопористых каталитических мембран дегидрирования легких углеводородов. В частности, исследован синтез оксида алюминия в электродуговой воздушной плазме из порошка металлического алюминия. Наработана опытная партия Al2O3 со средним размером частиц 70 нм. Разработан процесс изготовления нанокатализатора Al2O3-Pt-Sn методом пропитки плазмохимического порошка оксида алюминия растворами платинохлористоводородной кислоты и дихлорида олова с последующей термообработкой шихты в водороде. Оптимизированы режимы обработки и состав катализатора. В испытаниях по дегидрированию пропана полученные образцы продемонстрировали показатели конверсии, селективности и стабильности, превосходящие характеристики известных катализаторов. Благодаря малому размеру частиц, слабому агрегированию и сравнительно узкой функции распределения частиц по размеру полученный порошковый катализатор может быть использован для изготовления каталитических нанопористых мембран.
Разработан плазмохимический процесс получения нанодисперсного оксидного материала в системе Cr2O3 - Al2O3 окислением алюминия и карбонила хрома в воздушной микроволновой плазме. Изучено влияние способа ввода реагентов и их расходов на химический и фазовый состав получаемого продукта. Получены экспериментальные образцы порошков с различной дисперсностью, различным соотношением Al2O3 - Cr2O3, различной степенью взаимодействия компонентов от однородного твердого раствора на основе Al2O3 до механической смеси двух оксидных фаз. Исследована каталитическая активность полученных образцов в реакции селективного дегидрирования пропана в пропилен. Полученные образцы показали каталитическую активность и селективность ниже покзателей нанопорошков Al2O3-Pt-Sn. Выполнены работы по дополнительному химическому модифицированию полученных плазмохимических порошков обработкой в растворах солей и кислот и последующим отжигом с целью повышения их каталитических характеристик. В результате получены образцы, каталитическая активность которых составила 0,4 кг/кг•ч. Хотя это значение ниже предполагаемого оптимального (0,6 кг/кг•ч), но этот наноматериал признан пригодным для последующего формирования многослойных мембран, для возможности последующего сравнения с алюмоплатиновым материалом, так как при проведении химического процесса дело не ограничивается только каталитической активностью и селективностью, а имеются такие другие параметры, как стабильность во времени, устойчивость к ядам, межрегенерационный цикл, проницаемость по водороду и т.д., по которым необходимо провести сравнение этих двух материалов в процессе дегидрирования легких углеводородов.
Разработаны Программы и Методики испытаний образцов наноматериалов Al2O3 - Cr2O3 и Al2O3-Pt-Sn, представлены протоколы испытаний 13 образцов наноматериалов Al2O3 - Cr2O3 и 16 образцов наноматериалов Al2O3-Pt-Sn. Представлены акты наработки опытных партий наноматериала Al2O3-Cr2O3 и наноматериала Al2O3-Pt-Sn с оптимальными свойствами в количестве 0,1 кг каждая для отработки процесса изготовления каталитической мембраны.
Составлен промежуточный научно-технический отчет на 86 стр.
Развернуть
3
01.10.2007 - 31.10.2007
Наименование этапа № 3: Обобщение и оценка результатов исследований. Составление итогового научно-технического отчета.
Объект исследования: Металлоксидные плазмохимические наноматериалы для приготовления многослойных каталитических мембран, которые могут быть использованы в процессах дегидрирования легкого углеводородного сырья.
  Цель работы на этапе № 3: Обобщение результатов предыдущих этапов работ. Оценка полноты решения задач и эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем. Оценка возможности создания конкурентоспособной продукции и разработка рекомендаций по использованию результатов НИР. Составление и оформление отчета.
В результате исследований, проведённых в рамках программы, разработан микроволновой процесс получения нанопорошка катализатора в системе Al2O3-Cr2O3 окислением алюминия и карбонила хрома в потоке воздушной плазмы. Изучены способы управления дисперсностью, фазовым и химическим составом получаемых порошков. Получены экспериментальные образцы нанопорошков с различной дисперсностью, различным соотношением Al2O3-Cr2O3, различной степенью взаимодействия компонентов от однородного твердого раствора до механической смеси двух оксидных фаз. Проведена физико-химическая аттестация полученных материалов. Исследована связь физико-химических характеристик образцов с их каталитической активностью в реакции дегидрирования пропана. Наработана опытная партия наноматериала Al2O3-Cr2O3 с оптимальными свойствами в количестве 0,1 кг для отработки процесса изготовления каталитической мембраны.
Разработан наноматериал на основе порошка оксида алюминия, полученного плазмохимическим окислением алюминия, содержащий Pt-Sn компоненты. Оптимизирован способ его получения и химический состав для достижения максимального каталитического ресурса в реакции дегидрирования пропана. Наработана опытная партия наноматериала Al2O3-Pt-Sn с оптимальными свойствами в количестве 0,1 кг.
В результате выполнения программы исследований получены образцы Al2O3-Cr2O3 и Al2O3-Pt-Sn, пригодные для создания многослойных нанопористых каталитических мембран. Материалов с таким комплексом свойств в настоящее время на рынке нет. Разрабатанные для получения катализаторов плазмохимические процессы являются оригинальными и содержат патентноспособные признаки. Разработка способа получения катализаторов дегидрирования на основе металлооксидных плазмохимических наносистем является необходимым этапом создания каталитических мембран и последующего продвижения новой технологии мембранного катализа в промышленную практику переработки нефтегазового и газового сырья.
Права на интеллектуальную собственность, созданную в ходе выполнения проекта, защищены путем оформления заявки на патентование.
Результаты работы имеют большие перспективы по масштабам своего практического использования. Ими могут воспользоваться крупнейшие компании нефтехимического и нефтегазового комплексов как у нас в России, так и за рубежом, заинтересованные в переходе на новые технологии переработки углеводородного сырья.
Составлен итоговый научно-технический отчет на 20 стр.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ФГНУ "НИИ ВН при ТПУ"
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
1,8 млн
Организация
ЗАО "ВЕАЛ Сенсор"
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
1,9 млн
Организация
ИОНХ РАН
профинансировано
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Технологии создания мембран и каталитических систем» (мероприятие Программы 1.3)
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
74
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
48
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Биомедицинские и ветеринарные технологии жизнеобеспечения и защиты человека и животных»
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
136
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Геномные и посттеномные технологии создания лекарственных средств» (мероприятие 1.2 Программы)
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
43
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Технологии биоинженерии» (мероприятие 1.2 Программы)
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
49