Ученые КазНУ создают метод получения топлива без дорогостоящих катализаторов и водорода

По мере снижения запасов легких и тяжелых нефтей возрастает необходимость поиска альтернативных путей получения моторных топлив. Остаточные фракции нефтепереработки (мазут, гудрон) представляют собой аналоги тяжелых высоковязких нефтей, объем добычи которых остается низким, а переработка по классическим технологическим схемам зачастую нерентабельна. При этом горючие сланцы обычно многозольны, что существенно усложняет технологию их самостоятельной переработки, требуя комплексных решений.

Горючие сланцы отличаются от других видов твердого топлива повышенным содержанием водорода в органическом веществе (керогене), с соотношением Н/С, достигающим 1,7 (для сравнения: у нефти — 1,9, у угля — 0,4-0,5), что обуславливает высокие выходы газообразных и жидких продуктов при термической обработке. Однако их высокая зольность осложняет переработку. Поэтому совместная термокаталитическая переработка горючего сланца с тяжелыми нефтяными продуктами представляет перспективный путь получения моторных топлив и химических продуктов.

Изучение совместного термолиза горючего сланца месторождения Кендерлык и тяжелых нефтяных остаточных фракций нефти в целях разработки эффективных технологий и рациональных путей переработки сырья в компоненты моторных топлив и специальных продуктов.

В рамках проекта впервые будут разработаны физико-химические основы создания функциональных материалов из смеси тяжелых нефтяных продуктов и горючего сланца месторождения Кендерлык. Впервые будет исследована каталитическая активность природных полиметаллических руд-боксита, содержащих соединения никеля и железа, титана и железа, позволяющих достичь более 90%-ного превращения органической массы сланца с удалением азота и серы из жидких продуктов. Впервые будет определена эффективность применения ультразвука на смесь мазута и гудрона с горючим сланцем, повышающая выход светлых дистиллятов. На основе полученных данных будет разработана принципиальная технологическая схема получения бензина и низкосернистого дизельного топлива путем термического крекинга.

Проект включает пять задач: разработку эффективных катализаторов и условий термокаталитической гидрогенизации кендерлыкского сланца; создание критерия получения комбинированного жидкого топлива и химических продуктов совместной термической деструкции мазута и гудрона со сланцем; составление материального баланса процессов совместной термической деструкции механоактивированного сланца и мазута; выявление тенденций изменения химического состава дистиллятных фракций под влиянием ультразвука; разработку принципиальной технологической схемы получения экологически безопасных компонентов бензина и дизельного топлива.

Термолиз проводится в реторте Фишера согласно ГОСТ 3168-93 (500°C, 30 минут). Механоактивация образцов сланца осуществляется на установке АГО-2, а термическая деструкция — в микроавтоклаве объемом 14 см³ при 350°C. Химический состав определяется на газожидкостном хроматографе «Хроматэк», элементный состав — на микроанализаторе EMA-502, ИК-спектры — на спектрометре «Tensor II». Ультразвуковая обработка проводится диспергатором УЗДН-2Т (частота 22 кГц, мощность 150 Вт). Математическая обработка данных выполняется в программном пакете Maple 13.

В связи с ужесточением экологических требований к качеству сырья и ростом потребности в моторных топливах в странах СНГ и за рубежом активно проводятся исследования по совершенствованию процессов совместной термохимической переработки тяжелых нефтяных остатков со сланцами. Результаты проекта будут опубликованы в журналах Q1 Web of Science или с процентилем CiteScore не менее 80 в Scopus, что укрепит научно-технологические позиции Казахстана в данной области.

Разработанная технология не требует дорогостоящих катализаторов и водорода, осуществляется при относительно невысоком давлении (3-5 МПа) и обеспечивает обессеривание жидких продуктов на 40-50%. Использование местного сырья снизит зависимость регионов Казахстана от дальнепривозных нефтепродуктов, сократит транспортные расходы и создаст новые рабочие места в нефте- и сланцедобывающих регионах страны.

Не менее 1 статьи в журналах Q1 Web of Science или с процентилем CiteScore не менее 80 в Scopus; не менее 1 патента на изобретение; не менее 1 статьи в журналах, рекомендованных КОКНВО (либо альтернативно — 2 статьи в журналах Q1-Q2 или с CiteScore не менее 65 и 2 статьи в журналах КОКНВО).

Рассчитанный на 36 месяцев (2025-2027 гг.) проект повысит уровень технологической готовности разработки с 2 до 4 и сформирует новые знания на стыке органической химии, нефтехимии и углехимии. Проект расширит сырьевую базу Казахстана для производства моторных топлив и укрепит международный авторитет отечественной науки в данном направлении.