Для эффективного создания и развития технологий и катализаторов нефтепереработки на основе лучших отечественных научных разработок компания «Газпром нефть» сформировала собственную структуру управления НИОКР, в состав которой вошли профильные подразделения НИОКР Дирекции нефтепереработки, Омского и Московского НПЗ, а также созданный Научно-технический совет Блока логистики, переработки и сбыта. Начиная с 2010 г. ПАО «Газпром нефть» был реализован ряд важных шагов по развитию инновационной деятельности в области нефтепереработки: разработана долгосрочная инновационная стратегия; сформированы стратегические технологические партнерства с ведущими отечественными разработчиками технологий и катализаторов нефтепереработки – Институтом катализа СО РАН и Институтом проблем переработки углеводородов СО РАН; создана система управления и защиты интеллектуальной собственности по НИОКР; на основе заводов компании (МНПЗ и ОНПЗ), их технологических служб и лабораторий создана первоначальная инфраструктура для внедрения разрабатываемых технологий и катализаторов. Эти мероприятия позволили компании успешно провести лабораторные исследования и выйти на стадии крупно-пилотных и опытно-промышленных испытаний по ряду ключевых проектов НИОКР.

Для изодепарафинизации дизельных топлив разработан катализатор ГИП-14 на основе смеси цеолитов, различающихся структурой пор и размером входного окна, с применением в качестве гидрирующих компонентов переходных металлов Ni и Mo. Изучена стабильность работы катализатора. Показано, что при температуре 305–310 °С и объемной скорости подачи сырья 3 ч–1 предельная температура фильтруемости дизельного топлива достигает значений ниже минус 38 °С при его выходе 92–93 мас.%. Полученный опытный образец дизельного топлива прошел испытания в соответствии с ГОСТ Р 55475–2013. Сравнительные испытания отечественного и импортного катализаторов показали, что разработанный катализатор ГИП-14 соответствует мировому уровню, причем при его использовании дизельное топливо с требуемыми низкотемпературными свойствами получается при более мягких условиях (300 °С против 320–325 °С для импортного катализатора) и повышенной объемной скорости подачи сырья (3 ч^–1 против 2 ч^–1). В 2017 г. планируется организация производства катализатора ГИП-14.

Для получения высококачественного дизельного топлива из смеси прямогонной дизельной фракции и легкого газойля каталитического крекинга (ЛГКК) предложена сульфидная NiMo система на алюмооксидном носителе, содержащем в своем составе силикоалюмофосфат SAPO-31 (катализатор NiMo/Al₂O₃-SAP). Показано, что использование данного катализатора обеспечивает получение дизельного топлива более высокого качества в процессе гидрооблагораживания сырья, содержащего 30 мас.% ЛГКК, по сравнению с традиционными сульфидными NiMo/ Al₂O₃ или CoMo/ Al₂O₃ катализаторами. Обнаружено, что в продуктах гидроочистки увеличивается содержание алифатических углеводородов по сравнению с исходным сырьем, что подтверждает способность катализатора NiMo/ Al₂O₃-SAP проводить реакцию раскрытия циклов. Использование предложенного катализатора позволит улучшить качество дизельных топлив при гидрооблагораживании сырья, содержащего ЛГКК.

Приведены результаты промышленных испытаний разработанной ранее технологии восстановления активности CoMo/Al₂O₃ катализаторов глубокой гидроочистки дизельного топлива, заключающейся в проведении окислительной регенерации катализатора с последующей обработкой его органическими комплексообразователями. С помощью комплекса аналитических и физико-химических методов исследованы образцы катализатора – свежего и на разных стадиях его реактивации. Определены: химический состав, текстурные характеристики, механическая прочность, строение сульфидного активного компонента (ПЭМ, РФЭС). Проведены каталитические испытания, в том числе ресурсные (360 ч), в гидроочистке прямогонной дизельной фракции. Показано восстановление физико-химических и каталитических свойств образца, подвергнутого окислительной регенерации с последующей обработкой органическими комплексообразователями. Реактивированная по данной технологии промышленная партия катализатора глубокой гидроочистки была загружена в промышленную установку Л-24-6 и обеспечила стабильную очистку прямогонного дизельного топлива, содержащего до 10 % легкого газойля каталитического крекинга, до остаточного содержания серы менее 10 ppm. Сравнение полученных показателей с данными промышленной эксплуатации свежих катализаторов показало, что разработанная Институтом катализа СО РАН и ПАО «Газпром нефть» технология обеспечивает практически полное восстановление свойств дезактивированных катализаторов.

Создана новая технология алкилирования на твердом катализаторе «АлкиРАН-ГПН», которая по технологическим показателям и достигаемому материальному балансу способна конкурировать с существующими технологиями сернокислотного и фтористоводородного алкилирования. Представлены данные по влиянию параметров процесса (таких как температура, давление, соотношение изобутан : олефины, объемная скорость подачи сырья) на показатели процесса и рекомендованы их оптимальные значения. Показано, что использование секционного реактора позволяет при постоянном на входе в реактор соотношении изобутан : олефины иметь более высокое их внутреннее соотношение и увеличить общую концентрацию алкилата в продуктах реакции при заданном «внутреннем» соотношении изобутан : олефины. При этом увеличивается межрегенерационный пробег катализатора без потери производительности и селективности процесса. Дано обоснование использования в качестве катализаторов цеолита на основе фожазита в редкоземельно-кальциевой форме, а также в ультрастабильной форме. При их применении наблюдаются наиболее высокие значения конверсии олефина и выхода алкилбензина. Для испытания новой технологии осуществляется строительство демонстрационной установки алкилирования изобутана олефинами на гетерогенных катализаторах производительностью 1 т/сут по алкилату. По результатам исследований будет разработан базовый проект промышленной установки. На АО «Газпромнефть – МНПЗ» планируется строительство первой промышленной установки алкилирования на гетерогенном катализаторе производительностью 100 тыс. т/год по алкилбензину.

Предложен новый способ получения высокооктановых компонентов из бутан-бутиленовой фракции (ББФ), включающий две стадии. На первой стадии олефины ББФ с высокой селективностью окисляются N2O в карбонильные соединения без образования продуктов глубокого окисления и воды. Процесс протекает в газовой фазе в проточном реакторе без использования катализатора при температуре 400 °С и давлении 2 МПа при высокой конверсии как олефинов, так и закиси азота. Октановое число смешения продукта окисления составляет 118–133 ед. ИОЧ, 99–104 ед. МОЧ. На второй стадии смесь карбонильных соединений гидрируют водородом в присутствии катализатора Ni/Al₂O₃. Процесс гидрирования протекает при температуре 150–160 °С в проточном реакторе в газовой фазе. Альдегиды полностью превращаются в спирты, в то время как кетоны при определенных условиях могут оставаться в продукте. Октановое число смешения продукта гидрирования составляет 111–112 ед. ИОЧ и 95–96 ед. МОЧ, что меньше, чем у продукта окисления ББФ, но больше, чем у алкилата, получаемого в ходе традиционных процессов алкилирования бутенов изобутаном (95–97 ед. ИОЧ, 93–95 ед. МОЧ). Получение высокооктановых компонентов описанным способом может иметь практическое значение, особенно при наличии источников концентрированных выбросов закиси азота.

Приведены результаты разработки нового CoMo катализатора селективной гидроочистки бензина каталитического крекинга, предназначенного для получения гидроочищенного бензина, содержащего не более 10 ppm серы при снижении исследовательского октанового числа по сравнению с исходным менее чем на 1,0 пункт. Новый катализатор позволяет проводить гидроочистку бензина каталитического крекинга без предварительного разделения его на легкую и тяжелую фракции. Условия проведения гидроочистки: объемная скорость подачи сырья 2,2 ч–1, температура 270 °С, давление 2,5 MПa, H₂/сырье = 150 м³/м³. Высокая степень гидрообессеривания при минимальном уменьшении октанового числа достигается за счет высокой активности разработанного катализатора в гидрообессеривании серосодержащих компонентов сырья и превращении реакционноспособных высокооктановых олефинов бензина каталитического крекинга в менее реакционноспособные производные с высокими октановыми числами. Катализатор представляет собой CoMoS фазу, нанесенную на носитель, содержащий аморфный алюмосиликат и γ-Al₂O₃. Метод приготовления катализатора адаптирован к существующему на российских заводах оборудованию и отечественной сырьевой базе. Параметры процесса гидроочистки с использованием данного катализатора обеспечивают проведение гидроочистки бензина каталитического крекинга до остаточного содержания серы менее 10 ppm при минимальной реконструкции имеющегося в настоящее время оборудования на российских НПЗ.

Процесс облагораживания низкосортных бензиновых фракций без использования молекулярного водорода и цеолитсодержащий катализатор для его осуществления, разработанные специалистами ИППУ СО РАН и АО «Газпромнефть-ОНПЗ», позволяют при переработке смеси бензина коксования и прямогонной бензиновой фракции 62–85 °С снизить содержание непредельных соединений на 90–95 мас.%, сернистых соединений – на 95–99 мас.%, повысить октановые характеристики бензина продукта на 3–5 пунктов. Катализатор основан на ультрастабильном цеолите типа Y в HРЗЭ-форме, производство которого отлажено в АО «Газпронефть-ОНПЗ». Данная технология уникальна и не имеет аналогов в мире.

Отечественные катализаторы крекинга, разработанные в ИППУ СО РАН и выпускаемые на АО «Газпронефть-ОНПЗ», производятся по уникальной технологии, не имеющей аналогов в мире. Особенности производства катализаторов заключаются в использовании цеолита типа Y пластинчатой формы с размером кристаллов 0,3–0,5 мкм и специальной матрицы, состоящей из аморфного алюмосиликата, оксида алюминия и монтмориллонита. В настоящее время катализаторы используются на четырех промышленных установках с общей мощностью по сырью около 7 млн т/год. С внедрением новых технологических подходов открывается возможность производства катализаторов, обеспечивающих выход бензиновой фракции более 60 мас.%.

Описаны основные этапы разработки технологии производства катализатора на основе высококремноземного цеолита ZSM-5 для процесса олигомеризации бутан-бутиленовой фракции (ББФ). Благодаря применению новой процедуры модифицирования поверхности цеолита, достигаются более высокие значения селективности и выхода целевого продукта (по сравнению с известными аналогами), возможно получение более разветвленных (следовательно, более высокооктановых) олигомеров при более низком давлении. За счет введения металла-промотора Ga обеспечено увеличение выхода целевой бензиновой фракции на 0,9 % по сравнению с образцом катализатора, не содержащим промотора. Проведены сравнительные пилотные испытания образцов промышленного (БАК-70У) и разработанного (Ga-ZSM-5/Al2O3) катализаторов олигомеризации ББФ при следующих условиях: давление 1,5 МПа, начальная рабочая температура 300 °C, объемная скорость подачи сырья 1,5 мл ББФ/(мл кат·ч). Показано, что при использовании катализатора на основе модифицированного ZSM-5 выход целевой бензиновой фракции на 7 % выше по сравнению с БАК-70У. В течение всего периода испытаний (191 ч) отмечалось более высокое качество олигомеризата, полученного на Ga-ZSM-5/Al₂O₃: показатели МОЧ на 2 единицы выше, а концентрации смол в 2 раза ниже. По результатам исследований и испытаний была разработана и принята к реализации в промышленных условиях технология производства цеолитсодержащего катализатора олигомеризации КОБ-1: на сентябрь 2016 г. на промышленной площадке ЗАО «Редкинский катализаторный завод» наработано 2,5 т промышленного катализатора. Следующий важный этап в реализации стратегии инновационного развития «Газпром нефть» в нефтепереработке – проведение опытного пробега нового катализатора олигомеризации в условиях промышленной комбинированной установки по производству МТБЭ и олигомеризата «Газпромнефть-МНПЗ». Внедрение катализатора КОБ-1 на НПЗ «Газпром нефть» станет важным шагом к повышению эффективности технологий получения высокомаржинальных продуктов – компонентов товарного автомобильного бензина.

Приведены результаты разработки новых отечественных катализаторов глубокой гидроочистки и гидрокрекинга вакуумного газойля, выполняемой ИК СО РАН совместно с ИППУ СО РАН и ИНХС РАН при поддержке АО «Газпромнефть-ОНПЗ» в рамках комплексного проекта «Создание технологии производства импортозамещающих катализаторов глубокой гидропереработки вакуумного газойля» ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы». Экспериментально подтверждена высокая эффективность работы катализаторов в соответствующих процессах. В настоящее время ведутся подготовительные работы для освоения производства разработанных катализаторов гидроочистки и гидрокрекинга ВГО, включая производство компонентов для этих катализаторов (аморфные алюмосиликаты, цеолиты).