Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» разработали технологию создания блочных катализаторов на основе оксида алюминия с помощью 3D-печати. Эти катализаторы отличаются улучшенными диффузионными характеристиками, высокой прочностью и теплообменными свойствами, и могут эффективно применяться в гидропроцессах в сферах нефтепереработки и нефтехимии.
Гидропроцессы, или гидропереработка, в нефтяной отрасли включают в себя гидрокрекинг, изомеризацию и гидрочистку. Они необходимы для очистки сырья и топлива от лишних примесей — удаления серы, азоты, кислорода, металлов. В нефтехимии гидропроцессы нужны для получения индивидуальных веществ из более узких фракций.
Для гидропереработки используют катализаторы на основе оксида алюминия. Они должны отличаться механической прочностью, эффективным массо- и теплообменом, устойчивостью к высоким температурам. Обычно это гранулы, но у них есть недостаток — то, как они укладываются в реакторе, приводит к неоднородности слоя и диффузии в нем.
Ученые ФИЦ «ИК СО РАН» разработали технологию получения прочного блочного носителя. Они печатают полимерные шаблоны из пластика на 3D-принтере, затем заполняют форму пастой из оксида алюминия — пластик выгорает при прокаливании, и получается нужный блок. Такие блоки должны обладать оптимальным количеством пор, чтобы конечная структура была прочной.
«Технология позволяет получать катализаторы любых форм, в том числе сложных и неправильных, со строго заданной внутренней структурой каналов, по которым может беспрепятственно протекать газ или жидкость. Идея исследования в том, чтобы сделать катализаторы и сорбенты более эффективными, с адаптированными формами под конкретные реакторы и максимальной удельной площадью поверхности. Эти катализаторы, как минимум, не уступают в устойчивостианалогичныем гранулированным, но могут давать выигрыш за счет улучшения массо- и теплопереноса», — рассказывает младший научный сотрудник Института катализа СО РАН Всеволод Вдовиченко. Ученые создали структуры, которые не только прочны, но и показывают высокие массообменные свойства.
Изначально специалисты создавали блоки для процессов, связанных непосредственно с нефтепереработкой. Разработанная методика синтеза позволяет создавать другие структуры, например, пластины или блоки с различной формой каналов, и расширять спектр их применения — катализаторы газофазных и жидкофазных реакций нефтехимии, сорбенты и т. д.