Процесс метатезиса VS нефтехимический крекинг

Научная группа кафедры физической химии химического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломносова модифицировала катализатор метатезиса для получения важнейших соединений — этилена и пропилена. Ученым удалось увеличить конверсию вещества почти в 5 раз. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда и опубликована в журнале Journal of Catalysis.

В последнее время мировой рынок остро ощущает недостаток в пропилене. Больше всего он необходим для получения полипропилена. Благодаря термической, химической и коррозионной устойчивости полимер широко используется в производстве широкой гаммы продуктов — от упаковочной пленки до шумоизоляции в квартире.

До недавнего времени пропилен получали в качестве одного из продуктов разложения нефти (крекинга). В 1970-х годах нефтехимические компании нескольких стран разработали установку, которая может превращать смесь этилена и бутилена в чистый пропилен и наоборот. Благодаря обратимости процесса всегда есть возможность сдвинуть равновесие в сторону продуктов или реагентов, изменяя условия реакции (давление, температуру). Главное, подобрать параметры процесса.

Основа установки — реакция метатезиса, которая выглядит как обмен фрагментами между двумя органическими соединениями с двойной связью.

— Эта реакция очень важна для нас, — рассказал один из авторов работы, научный сотрудник кафедры физической химии химического факультета МГУ Александр Никифоров. — Ведь все классические способы получения чистых низших алкенов требуют больших капитальных затрат, а для процесса метатезиса расходы значительно меньше, чем для обычного нефтехимического крекинга. Кроме того, метатезис может быть внедрен в классические установки для крекинга, и на выходе мы получим этилен и пропилен, соотношение которых сможем варьировать в широких пределах, в зависимости от потребностей рынка.

Для проведения реакции обычно используют катализаторы на основе оксидов вольфрама, рения и молибдена. Последние наиболее перспективны, так как обладают большей стабильностью по сравнению с другими и довольно высокой активностью. Очень важную роль играет и подложка, на которую наносится соединение металла. Классический вариант для подложки — оксид алюминия Al₂O₃. Совокупность двух оксидов предоставляет множество каталитических центров с разной активностью и кислотностью. И основная задача — подобрать параметры системы или модифицировать катализатор так, чтобы повысить показатели реакции. Однако сейчас большинство установок для крекинга нефти перешли на производство этилена (которого нужно тоже очень много), из-за чего возникла нехватка пропилена.

Научная группа химиков МГУ нашла интересное решение: они добавили в каталитическую систему фтор, который заменил некоторые гидроксильные группы на поверхности оксида алюминия. Модификация изменила характеристики катализатора и, следовательно, его эффективность. Ученые провели серию опытов с различными количествами фтора, и в результате получили наиболее удачные условия синтеза — конверсия возросла в 4,7 раз, а показатель селективности (доля нужной реакции) остался на высоком уровне — 95%.

Хотя открытие нового катализатора уже может сэкономить промышленникам огромные деньги, в планах научной группы — исследовать системы с фтором более подробно.

— Мы отработали методику, и теперь можем нарастить объем экспериментов на базе того, что уже знаем, — поделился соавтор работы, сотрудник кафедры физической химии химического факультета МГУ Евгений Чесноков. — Так как нам известен наиболее вероятный результат, мы углубимся в изучение механизма работы фторированных катализаторов. Также планируем исследовать влияние других модификаторов, чтобы сделать катализатор еще лучше.

Пресс-служба МГУ