Проект грантового финансирования КН МОН РК, 2020-2022 гг. (27 месяцев) «Научные аспекты создания  медьсодержащих каталитических систем для синтеза ацетальдегида дегидрированием возобновляемого сырья-биоэтанола», ИРН проекта – АР08855936.

          

Неуклонный рост цен на нефтяное сырье во всем мире, наблюдающийся в последние несколько лет, приводит к росту цен на основные продукты нефтепереработки. В настоящее время ведется активный поиск нового базового сырья, которое может заменить нефть в химической промышленности. Одним из возможных заменителей нефти является биоэтанол, полученный переработкой биомассы. Разработка технологии превращения биоэтанола в промышленно необходимые продукты такие, как альдегиды, олефины,  ароматические соединения и др. на сегодняшний день актуальна. 

 

 В настоящее время ацетальдегид и другие ценные товарные продукты из дешевого, возобновляемого сырья – биоэтанола или из другого сырья в Казахстане не производится. Промышленный метод получения ацетальдегида – это окисление ценного этилена в присутствии водных растворов хлоридов меди и дорогого палладия. Данная технология характеризуется образованием целого ряда токсичных побочных хлорорганических продуктов, а также растворенных в больших количествах воды уксусной кислоты и кротонового альдегида. Производство этилена, используемого в качестве сырья для данного процесса, основано на переработке нефтяного сырья, что приводит к его удорожанию. 

Для создания конкурентоспособной технологии получения ацетальдегида из биоэтанола необходима научно обоснованная разработка высокоэффективных каталитических систем нового поколения, не содержащих драгоценные металлы. Данная работа запланирована в лаборатории в рамках проекта грантового финансирования КН МОН РК, 2020-2022 гг. (27 месяцев) «Научные аспекты создания  медьсодержащих каталитических систем для синтеза ацетальдегида дегидрированием возобновляемого сырья-биоэтанола», ИРН проекта – АР08855936.

Целью проекта является разработка медьсодержащих каталитических систем с заданными свойствами селективного действия для дегидрирования биоэтанола с получением ценного продукта – ацетальдегида. Установление взаимосвязи между физико-химическими характеристиками разработанного катализатора с его каталитическими свойствами в изучаемом процессе. Определение эффективных технологических режимов проведения  процесса.

Идеей проекта является создание научно обоснованных эффективных, нанофазных, модифицированных медьсодержащих каталитических систем нового поколения целенаправленного действия с применением различных методов, регулирующих состояние активных фаз катализаторов для получения ценных продуктов органического синтеза – ацетальдегида и диэтоксиэтана из возобновляемого сырья - биоэтанола. В данной одностадийной безотходной «зеленой»  технологии отсутствуют экологически опасные газообразные, жидкие  и твердые продукты вредно воздействующие на окружающую среду.

Основные направления использования ацетальдегида:

- окисление в уксусную кислоту и уксусный ангидрид;

- получение циангидрина с последующей переработкой его в акрилонитрил, эфиры акриловой кислоты, молочную кислоту;

- альдольная конденсация и переработка альдоля в бутандиол-1,3 и бутадиен-1,3, н-бутанол, кротоновый альдегид;

- конденсация с аммиаком с образованием гомологов пиридина и винилпиридинов;

- конденсация с формальдегидом до пентаэритрита.

Кроме того, стоит отметить важность и ценность водорода, получаемого в процессе каталитического дегидрирования этанола (С₂Н₅ОН ↔ СН₃СНО+Н₂) и диэтоксиэтана наряду с ацетальдегидом. Водород представляется наиболее чистым из всех существующих топлив. Первое место среди энергоносителей по теплоте сгорания занимает водород.                      

Диэтоксиэтан также является важным химическим соединением. Он используется в качестве предшественника в синтезе фармацевтических препаратов и парфюмерии, полиацетальных смол, алкилвиниловых эфиров и в качестве оксигенированной добавки дизельного топлива.

Способ получения ацетальдегида дегидрированием биоэтанола имеет ряд преимуществ: отсутствие ядовитых отходов, достаточно мягкие условия проведения реакции. К тому же в Республике Казахстан имеются заводы по производству биоэтанола, такие как ТОО «БМ» (Жамбылская область); «Биохим» (Северо-Казахстанская область). На стадии строительства еще два завода, принадлежащие ТОО «БМ» в Таразе и в Уральске. Следует отметить, что стоимость ацетальдегида, получаемого из биоэтанола, в 10-12 раз превышает стоимость исходного сырья – биоэтанола.

Практическая значимость заключается в том, что в качестве сырья для получения ацетальдегида используется дешёвое, отечественное сырье биоэтанол, применяются одностадийная «зеленая» каталитическая технология и каталитические системы, не содержащие драгоценные металлы.

На данном этапе проекта разработан 1 мас. % CuO/Al₂O₃ катализатор, где степень конверсии биоэтанола достигает 94 %  при температуре реакции 350 °C, объемной скорости биоэтанола W = 1 мл/час. Полученные результаты показывают, что увеличение степени конверсии биоэтанола при 350 °C происходит в основном за счет образования ацетальдегида (15  об. %), 1,1-диэтоксиэтана (18 об.%) и водорода (39 об.%).

      

Проточно-каталитическая установка с хроматографическим анализом

 К новым реакциям, разработанным в лаборатории, относятся новые одностадийные, прямые каталитические синтезы различных товарных продуктов на основе С₁–С₄-алканов, являющихся мало реакционноспособными. Получение топливной присадки, этилена, ароматических углеводородов  из биоэтанола.