Установлено, что основная роль цеолита в синтезе Фишера – Тропша на композитных Со катализаторах заключается в снижении средней молекулярной массы углеводородов, образующихся из СО и Н2, на кислотных центрах. Вторичные превращения углеводородов на цеолитах, по-видимому, происходят по карбкатионному механизму. Суммарный состав продуктов синтеза зависит от свойств цеолита и взаиморасположения активных центров цеолита и кобальта. Показано, что в ряде случаев введение цеолита в Н-форме в состав кобальтовых катализаторов синтеза Фишера – Тропша приводит к увеличению производительности и селективности образования синтетической нефти и снижению селективности образования метана.

Впервые представлены результаты кинетического исследования двух режимов мембранного реактора – контактора и дистрибьютора – с пористым мембранным катализатором в процессе углекислотной конверсии метана. Составлены материальные балансы для исследованных режимов процесса. Показаны преимущества этих режимов мембранного реактора в быстрых высокотемпературных реакциях, испытывающих сильное диффузионное торможение. Предложено объяснение наблюдаемого эффекта. В работе использован мембранный катализатор, особенность которого заключается в том, что активный компонент в нем размещен в виде слоя массивного карбида молибдена на внешней поверхности трубчатой микрофильтрационной керамической мембраны. Его применение в условиях углекислотной конверсии (при 850 °С) позволило примерно на порядок увеличить скорость процесса за счет увеличения степени использования его внутренней поверхности.

Разработаны эффективные способы стабилизации высокодисперсных частиц Pd и Pt размером 1–1,5 нм в приповерхностных слоях силикатных стекловолокон на глубине 10–20 нм. Несмотря на низкое содержание металла (0,01–0,02 мас.%), катализаторы на основе стекловолокон (СВ) отличаются высокой активностью в процессах селективного гидрирования ацетилена и глубокого окисления углеводородов. Так, моно-металлический катализатор Pd/СВ проявляет более высокую селективность в гидрировании C2H2 при высоких конверсиях ацетилена (99 %+) по сравнению с промышленным Pd-Ag катализатором, а активность катализатора Pt/СВ в глубоком окислении органических и хлорорганических соединений, включая диоксины, оказалась выше, чем промышленного катализатора АП-56 (Pt/Al2O3). Эффективность катализатора Pt/СВ успешно продемонстрирована в дожиге отходящих газов завода ≪Мономер≫ ОАО ≪Нижнекамскнефтехим≫ в течение более чем 4 лет непрерывной эксплуатации.

Газофазное окисление фенола закисью азота на цеолитных катализаторах может представлять интерес как альтернативный способ получения дигидроксибензолов (ДГБ). Ранее были найдены катализаторы, позволяющие проводить реакцию с высокой селективностью по сумме всех трех изомеров ДГБ (85–90 %). Данная работа посвящена оптимизации катализатора с точки зрения регулирования региоселективности реакции. Изучено влияние термопаровой обработки (ТПО) цеолитов на их каталитические свойства. Методами ЯМР и ИК показано, что увеличение температуры ТПО в диапазоне 550–750 °С сопровождается 5-кратным снижением концентрации бренстедовских кислотных центров в цеолите с одновременным 2–3-кратным увеличением количества α-центров, ответственных за активность в реакциях окисления закисью азота. Оказалось, что варьирование температуры ТПО – мощный инструмент влияния на селективность реакции по индивидуальным изомерам ДГБ. Уменьшение кислотности цеолита приводит к изменению соотношения изомеров в смеси в пользу пирокатехина. В работе обсуждаются причины этого явления и его связь с дезактивацией катализатора.

Исследован процесс гидроалкилирования бензола ацетоном на твердом бифункциональном катализаторе, содержащем медь, нанесенную на силикагель, и цеолит бета. Изучено влияние температуры (100–230 °C), давления (0,1–3 МПа) и состава реакционной смеси (бензол : ацетон) на показатели процесса. Показано, что оптимальными условиями проведения реакции являются температура 150–170 °С, давление 1–3 МПа и мольное отношение бензола к ацетону (4÷9) : 1. При 170 °С, 1 МПа и разбавлении ацетона бензолом в 9 раз конверсия ацетона достигает 98 %, а выход целевых продуктов, кумола и диизопропилбензолов, составляет 94 %, что сопоставимо с показателями промышленного процесса алкилирования бензола пропиленом. Использование в качестве алкилирующего агента ацетона вместо пропилена делает предложенный способ гидроалкилирования более привлекательным ввиду профицита дешевого ацетона.

Разработка катализаторов на основе модифицированных цеолитов с микро- или микро-мезопористой структурой, а также мезопористых металлосиликатов направлена на создание высокоселективных способов получения пиридина и алкилпиридинов. Впервые осуществлен гетерогенно-каталитический синтез пиридина и метилпиридинов взаимодействием этанола с формальдегидом и аммиаком в присутствии каталитических систем, представляющих собой микропористые цеолиты Y, Beta, ZSM-12 и ZSM-5 в Н-форме, а также гранулированный цеолит Y с комбинированной микро-, мезо- и макропористой структурой (НY-МММ). Последний наиболее эффективен для синтеза пиколинов, селективность их образования составляет 46–63 % при конверсии этанола 70–80 %. Среди микропористых катализаторов наиболее активными являются глубоко декатионированные цеолиты Н-Y и Н-Beta. Основными продуктами реакции на катализаторах H-Beta и H-ZSM-5 являются пиридин (до 50 %) и пиколины (до 40 %), на Н-Y и Н-ZSM-12 – пиколины (45–52 %) и лутидины (19–25 %). Для цеолита H-Y-МММ установлено влияние реакционных условий на конверсию этанола и состав пиридинов.

Проведено сравнение катализаторов на основе металлов (Pt, Pd) и оксидов металлов (NiO, Co3O4, MoO3, WO3), закрепленных на поверхности боратсодержащего оксида алюминия (B2O3-Al2O3), в процессе гидрокрекинга подсолнечного масла при температуре 400 °С, давлении 4,0 МПа и массовой скорости подачи сырья 5,0 ч–1. Методами ТПВ H2, ИК-спектроскопии адсорбированного CO и ЭСДО показано, что гидрогенизирующие компоненты катализаторов представляют собой Pt0 и Pd0, смеси Ni2+ + Ni0, Co2+ + Co0 или смеси высших и частично восстановленных оксидов Mo и W. Установлено, что катализаторы, включающие Pt, Pd, NiO и Co3O4, обеспечивают полную гидродеоксигенацию масла. Основными реакциями удаления кислорода на Pt- и Pd-системах являются декарбоксилирование и гидродекарбонилирование. Для катализаторов с NiO и Co3O4 характерно протекание реакций ≪восстановления≫ и метанирования. Наиболее высокие значения выхода дизельной фракции получены на катализаторах Pt/B2O3-Al2O3 с содержанием металла 0,3–1,0 мас.%. Наряду с н-алканами в состав получаемых на данных катализаторах дизельных фракций входят изоалканы и циклоалканы (примерно до 40 мас.%), а ароматические углеводороды присутствуют в следовых количествах. Проведение процесса гидрокрекинга на Pt-системе при 400 °С в течение 20 ч при массовой скорости подачи сырья 1,0 ч–1 позволяет получать дизельную фракцию с выходом не менее 82,0 мас.% и содержанием изоалканов не менее 76,1 мас.%.

Для переработки тяжелого нефтяного сырья актуальной проблемой является поиск новых, более дешевых катализаторов, в первую очередь катализаторов крекинга. В работе исследована активность катализаторов окислительно-восстановительного типа на основе ферросфер энергетических зол в крекинге двух типов тяжелых нефтей (парафинистой и асфальтенистой) и мазута парафинистой нефти в автоклавных условиях. Установлено, что при 450 °С в присутствии 10 мас.% ферросфер селективность образования жидких продуктов для парафинистого сырья составляет 95–96 %, для асфальтенистой нефти – 72 %. По сравнению с термическим крекингом в составе жидких продуктов увеличивается содержание светлых продуктов и доля бензиновой фракции. Влияние ферросфер наиболее сильно проявляется в крекинге парафи-сырья: содержание светлых фракций в продуктах крекинга нефти по сравнению с термокрекингом увеличивается приблизительно на 20 % и составляет 67 %, в светлых продуктах крекинга мазута в 14 раз возрастает доля бензиновой фракции. В процессе крекинга происходит изменение фазового состава и структурных характеристик ферросфер, наблюдается отложение на их поверхности углеродистых образований, различающихся реакционной способностью в реакции горения, и концентрирование сернистых соединений из нефтяного сырья.

С целью создания каталитической системы, способной к низкотемпературной изомеризационной переработке смеси нормальных и слаборазветвленных алканов, изучено превращение н-бутана, н-гексана и их смеси (1 : 1 в молях) на каталитической системе Ni/MOR/SO4 2–/ZrO2 и ее составляющих компонентах. Показано, что сочетание свойств Ni/MOR и SO4 2–/ZrO2 позволяет снизить рабочую температуру изомеризующего катализатора ниже 150 °С. При совместной изомеризации н-бутана и н-гексана конверсия н-бутана увеличивается с образованием изопентана, а конверсия н-гексана уменьшается по сравнению со значениями, полученными при их раздельном превращении. Это позволит увеличить октановое число фракций прямогонных бензинов вследствие усреднения его молекулярной массы за счет накопления изопентана.

В работе исследована возможность получения дизельного топлива для холодных климатических зон из средних дистиллятов различного происхождения в процессе каталитической депарафинизации на цеолитсодержащем катализаторе с добавкой железа. Введение железа в цеолит позволяет обеспечить высокую стабильность работы катализатора. Для нивелирования известных недостатков исследуемого процесса разработана схема с разделением сырья на фракции в зависимости от его характеристик, последующей депарафинизацией выделенной тяжелой дизельной фракции и компаундированием полученного продукта с легкой фракцией, обладающей требуемыми низкотемпературными характеристиками и не требующей депарафинизации. Технический результат применения подобной схемы с включением любого процесса каталитической депарафинизации – получение дизельного топлива для холодного и арктического климата, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 32511–2013 и/или ГОСТ Р 55475–2013 при минимизации затрат на его производство.