На главную

 
Научные подразделения Центра
Научная библиотека
Научные советы
Издательская деятельность
История ИК СО РАН
Версия для печати | Главная > Центр > Научные советы > Научный совет по катализу > ... > 2002 год > № 21

№ 21

Обложка номера

СОДЕРЖАНИЕ

Премия имени А.А. Баландина 2001 года

Научный совет по катализу РАН -
Отчет о научно-организационной деятельности в 2001 году

За рубежом

Л.М. Кустов
Современные тенденции промышленного катализа

Дж. В. Ньемантсвердрит
Как готовить успешные устные и постерные презентации (часть 1)




Премия имени А.А. Баландина 2001 года

Подробнее


Научный совет по катализу РАН

Подробнее


За рубежом

Подробнее


Современные тенденции промышленного катализа

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ПРОМЫШЛЕННОГО КАТАЛИЗА

(по материалам V Европейского конгресса по катализу)

1. Общая информация

В начале сентября 2001 г. в г. Лимерик (Ирландия) проходил очередной V Европейский конгресс по катализу (EUROPACAT-V), который продолжил серию предыдущих конгрессов (Монпелье, 1993; Маастрихт, 1995; Краков, 1997; Римини, 1999). Как и на предшествующих форумах, этот конгресс собрал более 1000 ученых из большинства стран Европы, а также США, Японии, Китая, Индии и др., которые по традиции постоянно участвуют в европейских конгрессах по катализу. В целом, несмотря на некоторые организационные недоработки и, в основном, неприветливую, типично ирландскую погоду, конгресс, по общей единодушной итоговой оценке, можно считать успешным.

Выдающимися учеными из разных стран были прочитаны пять пленарных лекций, посвященных принципиально различным направлениям катализа. В лекции Д. Кинга (Кембриджский университет, Великобритания) на примере нескольких модельных реакций были продемонстрированы потенциальные возможности различных методов исследования поверхности для целенаправленного дизайна активных фаз. Ф. Фажюла (Национальная высшая химическая школа, Монпелье, Франция) представил убедительные свидетельства того, как можно управлять каталитическими свойствами микропористых, главным образом цеолитных, и мезопористых, в частности силикатных систем типа МСМ-41, в реакциях парциального окисления и кислотно-основного типа. Особенно подробно автор остановился на перспективах исследований сложных, высокоорганизованных систем на основе цеолитов и мезопористых материалов в тонком органическом синтезе.

Академиком А.Е. Шиловым (Институт биохимической физики РАН, Россия) была прочитана пленарная лекция, посвященная проблемам биокатализа (биомиметический катализ). Основное внимание докладчик уделил применению биомиметических систем для активации (окисления) молекул парафинов.

Г. Вайнберг (фирма "Symyx", США) в своей пленарной лекции впервые на подобном форуме изложил основы комбинаторной химии (методы скоростного и высокопроизводительного скрининга - high throughput experimentation/screening) применительно к синтезу и тестированию катализаторов различных классов. Комбикат в течение последних 2-3 лет стремительно ворвался в практику каталитического эксперимента. Разумное сочетание обоснованного научного подхода (планирование эксперимента, генерация идей, обоснованный выбор составов катализаторов и соответствие катализаторов реакциям, в которых они испытываются) и методологии высокоскоростного химического эксперимента (разработка надежных систем для приготовления и испытания "библиотек" катализаторов, аналитическая часть, алгоритмы обработки массивных результатов) определяет практическое использование комбинаторной химии в будущем.

Дж. Армор (фирма "Air Products and Chemicals", США) в заключительной пленарной лекции изложил перспективы и приоритетные направления в области катализа в новом тысячелетии, а также дал оценку основным достижениям катализа за последние 10 - 20 лет, в первую очередь успехам промышленного катализа. Среди приоритетных направлений следует отметить экологическую направленность катализа, использование возобновляемых энергетических и сырьевых ресурсов, смещение от задач базовой химии к проблемам тонкой химии и биохимии, возрастающую роль высокоорганизованных каталитических систем (наносистем), комплексных подходов в катализе.

Кроме пленарных лекций на соответствующих симпозиумах были также представлены 42 ключевые (keynote) лекции, посвященные анализу основных принципиальных направлений в катализе, которые в неменьшей степени, чем пленарные лекции, безусловно были полезны для специалистов, работающих в разных областях катализа.

Работа конгресса проходила в рамках 21 специального симпозиума, что почти вдвое превышало их количество на предыдущем конгрессе в г. Римини. Были организованы следующие симпозиумы:

  1. Каталитические материалы для новых и усовершенствованных процессов.
  2. Реакции в нетипичных растворителях.
  3. Каталитические процессы в полимеризации (включая металлоценовый катализ).
  4. Катализ в возбужденном состоянии (фотокатализ).
  5. Активация алканов.
  6. Исследования катализаторов (характеристики).
  7. Катализ для охраны окружающей среды: утилизация отходов (end-of-pipe technology).
  8. Катализ для охраны окружающей среды: безотходные каталитические процессы (catalysis for green chemistry).
  9. Каталитическая реакция и реакторные технологии (reactor engineering).
  10. Ценные углеводородные продукты (hydrocarbon valorization).
  11. Процессы Фишера - Тропша.
  12. Комбинаторный катализ и высокопроизводительный скрининг (high throughput screening).
  13. Промышленный катализ.
  14. Катализ и возобновляемые ресурсы.
  15. Гомогенный катализ.
  16. Тонкий органический синтез и асимметрический катализ.
  17. Биокатализ.
  18. Электрокатализ и топливные элементы.
  19. Серебро и золото в катализе.
  20. Процессы гидроочистки (hydrotreating).
  21. Фундаментальные проблемы катализа и науки о поверхности, в том числе 4 подсимпозиума:
    •  Механизмы катализа;
    •  Модельные катализаторы;
    •  Теория катализа;
    •  Связь теории и эксперимента.

Помимо пленарных и ключевых лекций на симпозиумах конгресса, проходящих на четырех параллельных секциях, было заслушано 333 устных доклада. В течение четырех дней также проходили постерные секции (724 стендовых доклада), на которых были представлены собственные результаты исследований и проходили обсуждения и встречи с учеными из разных стран.

Можно отметить некоторые существенные отличия последнего конгресса от предыдущих форумов.

1. Конгресс проходил "под знаменем" экологической химии ("green chemistry"): было выделено два специальных симпозиума, посвященных решению экологических проблем с помощью катализа ("Environmental Catalysis: End-of-Pipe Technology" и "Environmental Catalysis: Catalysis for Green Chemistry").

2. Более четко обозначились ценностные ориентиры в переработке углеводородного сырья (симпозиум "Hydrocarbon Valorization", на котором, кстати, было прочитано 7 ключевых докладов, тогда как на многих других - лишь по одному).

3. Во многих работах была представлена вся цепочка в разработке катализаторов и процессов: от лабораторных исследований до пилотных и полупромышленных испытаний, причем круг авторов не ограничивался учеными из университетов, но и включал сотрудников промышленных фирм.

4. Впервые был проведен симпозиум по комбинаторным методам в катализе; о возрастающей роли комбинаторной химии свидетельствует и приглашение в качестве пленарного докладчика Г. Вайнберга, директора фирмы "Symyx", одной из недавно (в 1995 г.) появившихся компаний, специализирующейся в этой области, а также в разработке оборудования для высокоэффективного скрининга катализаторов.

5. Появилось несколько новых симпозиумов, названия которых также свидетельствуют о том, что Европейский конгресс по катализу явно "позеленел" и ориентирован на практические цели: "Reactions in Unusual Solvents", "Industrial Catalysis", "Catalytic Reaction and Reactor Engineering", "Catalysis of Renewables", "Biocatalysis".

6. В симпозиуме по электрокатализу, который на предыдущих конгрессах обычно совмещали с фотокатализом, вторым направлением был катализ для топливных элементов (Fuel Cell Catalysis) - одна из стремительно развивающихся областей катализа. В свою очередь, фотокатализ был выделен как отдельный симпозиум ("Excited State Catalysis").

7. Можно отметить также появление значительного числа работ, в которых каталитические процессы проводились в новых средах: суперкритическом СО2, суперкритических углеводородах или в ионных жидкостях - низкотемпературных расплавах солей, содержащих органический катион (типа алкилимидазолия или алкилпиридиния) и неорганический анион (например, BF4-, PF6-, Al2Cl7-).

Что касается тематики докладов, то наибольшее их количество приходилось на разработку катализаторов для удаления оксидов азота, гидропроцессов в нефтепереработке с учетом новых требований к моторным топливам (изомеризация парафинов, гидрирование ароматики, гидродесульфуризация), окислительного дегидрирования низших парафинов, а также разработку и исследование новых каталитических материалов различной природы, отличающихся пористыми свойствами и другими ценными характеристиками. Самый крупный симпозиум конгресса, который фактически состоял из 4 подсимпозиумов, был посвящен фундаментальным проблемам катализа и исследованиям поверхности ("Fundamental Catalysis and Surface Science"). На нем было представлено рекордное количество ключевых докладов - 8.

2. Промышленный катализ

Проблемы промышленного катализа обсуждались хотя бы в одном докладе на каждом симпозиуме, кроме "Fundamental Catalysis and Surface Science", а наиболее подробно - на специальных симпозиумах "Industrial Catalysis", "Catalytic Reaction and Reactor Engineering", а также (в большей степени, чем на других) "Environmental Catalysis: End-of-Pipe Technology", "Hydrocarbon Valorization" и "Environmental Catalysis: Catalysis for Green Chemistry".

На конгрессе было представлено несколько докладов представителей таких компаний, разрабатывающих или использующих катализаторы, как "Shell", "Jonson-Metyu", "Haldor Topsoe", "ABB Lummus", "Institute Francais du Petrole", "Syntetics", "Solutia", "Sasol", "General Motors" и др. Остановимся лишь на некоторых, наиболее интересных докладах, посвященных разработке промышленных катализаторов и процессов.

На симпозиуме "Fisher-Tropsch Catalysis" в докладе от фирмы "Sasol" (П. Гибсон) был представлен последний вариант процесса Синтол (высокотемпературный процесс Фишера - Тропша) преимущественно для получения олефинов из синтез-газа, в котором селективность по олефинам достигает 70 %. Процесс реализован в промышленном масштабе на заводе в г. Секунда (ЮАР).

Дж. Шен (Департамент энергетики США) представил анализ процессов получения различных ценных продуктов из синтез-газа, разработанных по проектам Департамента энергетики США: метанола (процесс LPMeOHTM реализован в масштабе демонстрационной установки компанией "Eastman Chemical",
г. Кингспорт, США), диметилового эфира (процесс находится на заключительной стадии пилотных испытаний фирмой "La Porte", которая недавно была приобретена компанией "Degussa-Huels Corp.") и углеводородов (синтез Фишера - Тропша на железосодержащих катализаторах).

Интересные данные по синтезу Фишера - Тропша в суперкритических условиях приведены в докладе K. Фуджимото. Такая технология суперкритики позволяет увеличить селективность по олефинам за счет снижения вклада процесса метанирования.

На различных симпозиумах были заслушаны доклады (Ф. Каптайн, К. Рамшев и др.) по новым реакторным технологиям, типам реакторов или структурированным катализаторам (монолиты, тарельчатые системы, сетки, ячеистые материалы и др.), которые во многих случаях продемонстрировали преимущества в сравнении с традиционными системами, в частности в экзотермических реакциях, например, парциальном окислении углеводородов, гидрировании различных соединений, получении продуктов из синтез-газа и др. Эти системы, очевидно, перспективны и для процессов, протекающих при ультрамалых временах контакта (short contact time processes), т.е. при скоростях газовых потоков ~ 0,5¸ 1,0 млн ч1.

Одним из перспективных направлений в катализе безусловно следует считать и каталитическую дистилляцию - процесс, сочетающий катализ и разделение продуктов и исходных веществ. Для технологии каталитической дистилляции характерны такие преимущества, как снижение капитальных и эксплуатационных расходов, увеличение выхода продукта для реакций, ограниченных термодинамическим равновесием, повышение энергетической эффективности благодаря использованию теплового эффекта реакции в процессе дистилляции, увеличение селективности по целевому продукту в результате разделения непосредственно в каталитическом реакторе, снижение количества отходов и побочных продуктов, а также увеличение срока эксплуатации катализатора. Эта технология подробно обсуждалась в докладах Ф. Даутценберга и Ф. Нг на примере гидрирования ароматических соединений, олигомеризации олефинов и альдольной конденсации ацетона.

В докладе Дж.-П. Ланге были обсуждены пути повышения эффективности каталитических процессов (выбор сырья, снижение потерь на теплообмене, повышение селективности и т.д.), рассмотрены экономические критерии внедрения новых каталитических процессов, в частности были определены пороговые величины активности (производительности), ниже которых промышленное использование процесса представляется невыгодным (0,1 т продукта / (т× ч) катализатора), и пороговый показатель стабильности (расход катализатора не должен превышать 1 кг/т продукта). Были указаны наименее экологически чистые каталитические процессы и пути повышения эффективности таких производств, как получение капролактама, метилметакрилата, нитросоединений и др.

К.В. Гент в своем докладе рассмотрел возможность применения циклов Кондратьева для описания экономических тенденций и выработки долгосрочных прогнозов в промышленной химии, которая, как известно, на ~90 % базируется на каталитических процессах. Однако автор явно недоучел роль политических, энергетических и других факторов в формировании такого рода прогнозов. Большой интерес аудитории вызвал также анализ перемен, происходящих в сфере кооперации промышленной и университетской (академической) науки.

В докладе П. Ноттe (фирма "Solutia") в очередной раз были показаны преимущества процесса окисления бензола в фенол с использованием мягкого окислителя - закиси азота, разработанного совместно с Институтом катализа СО РАН (г. Новосибирск) (процесс AlphOxв). В этой связи интересен также доклад
A. Райтцмана, в котором были представлены новые системы для получения N2O восстановлением NO под действием водорода или синтез-газа с использованием алюмородиевых или алюмопалладиевых катализаторов. Выход закиси азота при восстановлении водородом или синтез-газом достигает 70 и 95 %, соответственно. Катализаторы показывают высокую стабильность в отличие от процесса с использованием СО как восстановителя.

В связи с проблемой ограничения использования метил-трет-бутилового эфира как высокооктановой добавки к бензинам, обсуждающейся в последнее время на всех уровнях, значительный интерес представляет работа M. Сильвекоски, посвященная димеризации изобутена в изооктан с использованием ионообменных смол в качестве катализаторов.

Еще один каталитический процесс на кислотных катализаторах - перегруппировка Бекмана на борсодержащих цеолитах ZSM-5 с целью получения капролактама - обсуждался в докладе
В. Холдрич.

Участники конгресса продемонстрировали много примеров сокращения числа стадий и повышения селективности для различных процессов основного и тонкого органического синтеза.

Около 20 участников из России представили в общей сложности около 60 устных и стендовых докладов.

В.А. Садыков (с соавторами) выступил с пятью устными (не считая стендовых) докладами на 3 разных симпозиумах, чем, безусловно, произвел впечатление на участников конгресса, в первую очередь разноплановостью исследований и широким применением различных физико-химических методов.

Большое внимание привлек доклад А. Белого, В.К. Дуплякина, В.А. Лихолобова и В.Н. Пармона, посвященный разработке методов и катализаторов для процесса получения жидкого углеводородного топлива с целью вовлечения легких алканов в целевые продукты.

В докладе К.Г. Ионе обсуждались цеолитные катализаторы (типа пентасила) и процесс получения моторных топлив из прямогонного бензина, попутных газов и газов, содержащих олефины (процесс Zeoforming). Процесс внедрен в России (Нижневартовский газоперерабатывающий завод) и Польше (завод в г. Горлице).

В ограниченном объеме настоящего сообщения, к сожалению, невозможно дать полный и обстоятельный анализ тенденций, прослеживающихся в последние годы в промышленном катализе, равно как и представить все интересные работы, обсуждавшиеся на конгрессе. Возможно, это станет предметом отдельной публикации на страницах журнала "Катализ в промышленности".

Л.М. Кустов
ИОХ им Н.Д. Зелинского РАН, г. Москва

Перепечатано с разрешения журнала
"Катализ в промышленности", N1, 2002 г


Как готовить успешные устные и постерные презентации (часть 1)

Подробнее



Copyright © catalysis.ru 2005-2023
Политика конфиденциальности в отношении обработки персональных данных