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 > ... > 2009 год > № 50

№ 50

обложка номера

Содержание

75 лет катализа в Институте нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

VIII Международная конференция по механизмам каталитических реакций
(Интервью В.Н. Пармона радио "Слово")

К 70-летию К.И. Замараева

Премии Правительства РФ за 2008 г.

Диплом Роспатента

За рубежом

Приглашения на конференции




75 лет катализа в Институте нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

институт нефтехимического синтеза

Институт нефтехимического синтеза был организован в 1934 году как структурное подразделение АН СССР на базе Сапропелевого института АН СССР и Государственного исследовательского нефтяного института (впоследствии Институт горючих ископаемых АН СССР, сокращенно ИГИ). В создании и развитии Института активное участие принимали выдающиеся российские ученые: академики Н.Д. Зелинский, С.С. Наметкин и И.М. Губкин, первый директор Института горючих ископаемых. В 1948 году из структуры ИГИ был выделен Институт нефти АН СССР под руководством академика С.С. Наметкина, а впоследствии - профессоров С.Р. Сергиенко, Н.И. Титкова. В 1958 году Институт нефти был преобразован в Институт нефтехимического синтеза АН СССР (ИНХС АН СССР), который возглавил академик А.В. Топчиев. С 1963 по 1984 годы директором ИНХС был член-корреспондент АН СССР Н.С. Наметкин, с 1985 по 2007 годы директором Института являлся академик Н.А. Платэ. С 2008 года Институт возглавляет академик С.Н. Хаджиев. В 1963 году Институту нефтехимического синтеза присвоено имя академика А.В. Топчиева, в 1984 году за заслуги в развитии химической науки и подготовке научных кадров Институт награжден орденом Трудового Красного Знамени.

Уже в те далекие годы образования Института, наряду с успешными исследованиями в области нефтехимии, переработки угля и нефти, начали активно развиваться работы по кинетике и катализу. У истоков данных исследований в Институте стояли такие крупнейшие специалисты с мировой известностью, как академик А.А. Баландин, чл-корр. А.Н. Башкиров и профессор А.В. Фрост, а впоследствии академик В.М. Грязнов и профессор А.Я. Розовский.

Важное направление работ, в большей степени относящееся к каталитическому синтезу, связано с именем чл-корр. А.Н. Башкирова. Начало работ А.Н. Башкирова по синтезу Фишера-Тропша относится еще к 1937 году, когда он возглавил во ВНИГИ исследования по получению углеводородов из СО и Н2, результатом которых был пуск первой в Советском Союзе пилотной установки по получению моторного топлива из водяного газа. Большой заслугой А.Н. Башкирова явилось создание в рамках Института уникальной системы работающих круглосуточно лабораторных пилотных установок высокого давления, что значительно облегчило переход от лабораторных исследований к разработке технологии процессов получения углеводородов и их функциональных производных.

Академик В.М. Грязнов однозначно установил механизм перераспределения водорода в циклоолефинах на металлических катализаторах, вызывавший многочисленные дискуссии почти полвека. Продолжением исследований каталитических свойств металлов в присутствии водорода был цикл работ В.М. Грязнова, сформировавших в 60-е - 70-е годы XX века новое направление в гетерогенном катализе - мембранный катализ. Начиная с 2001 года под руководством академика Г.Ф. Терещенко, возглавившего лабораторию после ухода из жизни академика В.М. Грязнова, развиваются работы по созданию как новых водородопроницаемых интерметаллидов с малым содержанием палладия, так и композитных мембран, содержащих наноструктуры, и каталитических реакторов для них.

Сформулированы научные основы дизайна и синтеза композитных мембранных катализаторов на базе каркасных фосфатов со структурой и свойствами, регулируемыми за счет варьирования их химического состава и параметров синтеза. Исследовано влияние условий приготовления таких мембранных катализаторов на поверхностные характеристики полученных систем и их каталитические свойства в процессах превращения метанола.

Созданы композитные мембранные катализаторы, представляющие собой пористую гидрофобную углеродную пленку с иммобилизованными в ней наноразмерными частицами переходных металлов. Введение металла в структуру углеродной пленки осуществляется in situ в процессе ИК-пиролиза композиции на основе полиакрилонитрила и соли переходного металла. При этом формируется углеродная фаза, имеющая графитоподобную слоевую структуру, а выделяющийся за счет дегидрирования полимерной цепи водород эффективно восстанавливает металл до нульвалентного состояния. Разработан и впервые применен метод ИК-пиролиза прекурсоров на основе ПАН и активированного угля СКТ-6А для модификации пористости металлокерамических материалов, позволяющий одновременно получать в ходе ИК-пиролиза модифицированные селективные мембраны и тонко диспергированные наночастицы биметаллических сплавов каталитически активных металлов в матрице углеродного носителя

Разработан способ получения наноструктурированных композитных мембранных катализаторов с использованием метода молекулярного наслаивания. Каталитически активная фаза послойно формируется на поверхности инертного носителя непосредственно в мембранном реакторе при контроле физико-химических и каталитических свойств мембран на атомном уровне. Показана высокая активность и селективность мембран с хром- и ванадий-фосфор-оксидными слоями в окислительном дегидрировании метанола в формальдегид.

Создан мембранно-каталитический модуль с палладированными полипропиленовыми полыми волокнами, предназначенный для восстановления растворенного в воде кислорода водородом. Было показано, что водород, подаваемый через стенки полых волокон с нанесенным палладием, эффективно удаляет растворенный кислород уже при комнатной температуре до уровня ниже 1 ppb, что на 40% эффективнее, чем другие мембранные технологии, созданные для удаления кислорода из воды.

Работы по катализу в 60-е годы и начале 70-х также развивались в рамках лаборатории А.Н. Башкирова, а позднее и в лаборатории кинетики, которую в 1975 г. возглавил А.Я. Розовский. С приходом А.Я. Розовского основной областью интересов лаборатории кинетики стал гетерогенный катализ: механизм, кинетика и макрокинетика каталитических реакций (в последние годы, преимущественно, химия С1), где она быстро получила признание.

Основные исследования лаборатории были направлены на развитие теории кинетики каталитических реакций, разработку теоретических кинетических моделей конкретных реакций, т.е. моделей, базирующихся на их механизме. В ряде случаев этот подход позволил получить надежную базу для разработки технологии соответствующего процесса. Характерным для данного научного направления является разработка и применение для исследований механизма каталитических реакций разнообразных вариантов кинетического метода. Среди них методы тестирования поверхности катализаторов и состава адсорбированного слоя в различных, как правило, нестационарных вариантах при разнообразных предварительных обработках поверхности. В сочетании с другими физико-химическими методами, этот подход оказался весьма продуктивным при исследованиях механизма реакций и позволил обнаружить ряд принципиально новых свойств каталитических систем.

На основе исследований кинетики и механизма каталитических реакций выдвинута новая концепция о роли среды в каталитических реакциях и открыт эффект саморегулирования в каталитических системах (А.Я. Розовский, Ю.Б. Каган, Ю.Б. Крюков).

Проведены систематические исследования в области химии поверхности твердых тел. Разработаны экспериментальные методы, позволяющие исследовать кинетику превращений поверхностных соединений и самой поверхности, изучен ряд окислительно-восстановительных и других превращений на модельных системах и реальных катализаторах. Сформулирована феноменологическая теория кинетики химических реакций в поверхностных слоях твердого тела и разработаны новые подходы к приготовлению катализаторов.

Наиболее интересным и неожиданным результатом исследований превращений поверхностных соединений явилось качественное изменение представлений о возможных путях гетерогенных каталитических реакций. Оказалось, что прочная ("необратимая") хемосорбция не является "тупиковым путем" катализа, как это предполагалось в классических представлениях. Напротив, образование и превращения стабильных поверхностных соединений и прочно хемосорбированных продуктов реакции реализуются в рамках основного маршрута во многих каталитических реакциях.

Наиболее детально механизм подобных реакций изучен на примере синтеза метанола (Г.И. Лин, А.Я. Розовский и сотр.).

В последние годы в лаборатории кинетики выполнены исследования кинетики и механизма ряда каталитических реакций. Среди них дегидрирование метанола в метилформиат, паровой риформинг метанола и его разложение на смесь СО+Н2, синтез диметилового эфира, селективное окисление СО в присутствии водорода и воды.

На основе этих исследований разработаны процессы высокоэффективного одностадийного синтеза диметилового эфира из синтез-газа и синтеза метилформиата из метанола, превосходящие известные аналоги.

Важное направление работ, в большей степени относящееся к каталитическому синтезу, связано с именем чл-корр. АН СССР А.Н. Башкирова. В 1946 г. он создает в системе Академии наук СССР лабораторию Синтетического топлива (позднее Лаборатория каталитического синтеза на основе оксидов углерода и углеводородов). Начало работ А.Н. Башкирова по синтезу Фишера-Тропша относится еще к 1937 году, когда он возглавил во ВНИГИ исследования по получению углеводородов из СО и Н2, результатом которых был пуск первой в Советском Союзе пилотной установки по получению моторного топлива из водяного газа.

В настоящее время изучены закономерности синтеза Фишера-Тропша в реакторе со стационарным слоем катализатора в условиях циркуляции отходящей газовой смеси (применительно к разработанному в лаборатории промотированному плавленому железному катализатору) и выявлено сочетание параметров, обеспечивающих стабильное протекание этого процесса. На разработанных в лаборатории железо-цеолитных катализаторах путем ввода в зону синтеза метанола удалось повысить качество бензиновых фракций, получаемых в синтезе Фишера-Тропша.

Большой заслугой А.Н. Башкирова явилось создание в рамках Института системы работающих круглосуточно лабораторных пилотных установок высокого давления, которой и сегодня нет равных в России и в СНГ. Это значительно облегчило переход от лабораторных исследований к разработке технологии процессов получения углеводородов и их функциональных производных.

Основной задачей лаборатории первоначально был каталитический синтез органических соединений из оксидов углерода и водорода, однако, со временем тематика исследований существенно расширилась, так что объектом ее деятельности стал катализ с участием одноуглеродных молекул. Среди изучаемых объектов, наряду с синтезами из СО и Н2, гидроформилирование олефиновых углеводородов, каталитические превращения гидроксил- и карбонилсодержащих соединений. Эти исследования своей оригинальностью, научной и практической значимостью снискали лаборатории широкую международную известность и в значительной степени способствовали утверждению за рубежом престижа и авторитета российской науки о катализе.

В последние годы усилиями двух лабораторий (А.Я. Розовского и Е.В. Сливинского) разработана оригинальная технология получения высокооктанового бензина из синтез-газа через диметиловый эфир. Разработан катализатор, позволяющий получать высококачественный бензин из диметилового эфира и/или метанола (Т=340 оС, Р=10МПа, об.скорость 2000ч-1) с высоким выходом 60-75% (Хаджиев С.Н., Колесниченко Н.В). Достигнута конверсия диметилового эфира 98-99% при среднем составе бензина (масс): изопарафины 60-70%, н-парафины 3-6%, циклические углеводороды 5-10%, ароматические углеводороды 22-30%. Полученный бензин имеет октановое число не менее 90 пунктов (по и.м). Катализатор испытан в длительном тестировании на пилотной установке конверсии ДМЭ и показал высокую стабильность в течение длительного времени (не менее 700 часов). Совместно с инвестором ведется проектирование пилотной установки по получению диметилового эфира и бензина по исходным данным, полученным в лаборатории.

Новое направление исследований в области гетерогенно-каталитических процессов нефтепереработки возникло в Институте в связи с организацией в 1997 году лаборатории нефтехимических процессов, которую возглавил академик РАН С.Н. Хаджиев. Здесь активно изучаются процессы облагораживания тяжелых нефтяных остатков на молибденовых катализаторах, получения компонентов моторных топлив алкилированием изо-бутана олефинами на цеолитах и каталитической переработки тяжелых нефтяных остатков и отходов резиновой промышленности для получения легких углеводородных фракций топливного назначения. В настоящее время лаборатория нефтехимических процессов объединена с лабораторией каталитического синтеза на основе оксидов углерода и углеводородов.

Большой заслугой Хаджиева С.Н. явилось создание принципиально нового процесса глубокой переработки нефти - гидроконверсии мазута (остатка атмосферной перегонки нефти) на наноразмерных катализаторах. При этом степень обессеривания гидрогенизата составляет более 50%. Проведена научно-техническая и расчетная проработка технологии переработки крекинга вакуумного газойля (мазута) с максимальным выходом дизельных фракций. Получены исходные данные на проектирование установок каталитического крекинга и гидродепарафинизации дизельных фракций.

Проведены систематические исследования в области химии термохимической переработки мазута с получением этилена и разработан регламент на проектирование пилотной установки. В основу технологии процесса положен принцип термохимического инициирования, заключающийся в получении теплоносителя, в котором еще не завершены реакции горения, с последующей подачей мазута в поток такого теплоносителя, который сочетает высокую температуру с большим содержанием высокоактивных ионов, электронов и радикалов, позволяющих уменьшить по сравнению с традиционными процессами выход метана и водорода и обеспечить максимальную эффективность процесса по выходу этилена (Хаджиев С.Н., Кадиев Х.М.).

Проводится также изучение закономерностей синтеза металлосиликатных гетерогенных катализаторов с наноразмерной пористой структурой для осуществления базовых нефтехимических реакций, в частности, для диспропорционирования этилбензола на модифицированных цеолитах типа ZSM. Исследованы закономерности протекания реакций нефтехимического синтеза в трехфазных системах с наноразмерными параметрами одной из фаз, в частности проводится изучение реакции алкилирования изобутана олефинами на гетерогенных катализаторах в пленочном реакторе в трехфазной системе. Другим направлением лаборатории явилось осуществление высокоскоростных процессов производства моторных топлив и базовых продуктов нефтехимии из ненефтяного сырья (Хаджиев С.Н., Герзелиев И.М.).

Интересные работы проводятся в лаборатория каталитических нанотехнологий под руководством Цодикова М.В. Речь идет о фундаментальных исследованиях по разработке направленного синтеза высокодиспесрных сложных оксидных материалов на основе алкоксидных, хелатных и других металлокмплексных соединений и изучению их структурной чувствительности в реакциях жидкофазного окисления углеводородов, жидкофазной гидрогенизации органической массы бурого угля в топливные компоненты, активации диоксида углерода и метана с участием интерметаллических соединений. В этих работах были найдены темплатные сореагенты, приводящие к формированию структурно организованных оксидов при пониженных температурах (350-450o).

Другим основополагающим направлением лаборатории является изучение закономерностей протекания газофазных каталитических реакции с участием диоксида углерода в микроканалах керамических пористых мембран. В этих исследованиях было найдено, что в каталитических каналах мембран существенно интенсифицируются процессы прямого окисления и углекислотного риформинга метана, а также углекислотного риформинга продуктов переработки биомассы в водородсодержащие газы.

Особое значение в лаборатории уделяется экологическому направлению катализа. Так, совместно с другими Институтами РАН разрабатываются новые подходы к получению высокоактивных катализаторов селективного окисления сероводорода в серу, высокоскоростной деструкции аналогов токсичных пестицидов и гербицидов с использованием совмещенных подходов, включающих в себя катализ и сверхвысокочастотное электромагнитное излучение.

Под руководством Третьякова В.Ф. проводятся исследования по разработке методов селективного восстановления оксидов азота (СКВ) углеводородами на катализаторах, не содержащих благородных металлов. Показана возможность использования промышленных катализаторов, не содержащих драгметаллов, в виде механических смесей в этих реакциях.

Полученные результаты явились основой для разработки метода и установки для очистки газовых выбросов промышленных локальных энергетических установок.

Развитие работ в области окислительного катализа позволило разработать метод селективного окисления CO в водородсодержащем газе, используемом в топливных элементах с остаточным содержанием СО до 10 ppm.

Важным направлением исследований в отделе В.Ф. Третьякова является также изучение процесса конверсии биоэтанола в углеводороды. Для этого разработаны нанокомпозитные цеолитсодержащие каталитические системы нового поколения (совместно с Томским Университетом, Коваль Л.М.). Изучено влияние размеров пор, соотношения Si/Al, условий предварительной обработки и модификации цеолитов наночастицами металлов, полученных электровзрывом, на состав продуктов конверсии этанола. Показано, что условия синтеза катализаторов позволяют варьировать каталитическую активность и состав получаемых продуктов в конверсии биоэтанола.

Весомый вклад в работы Института по катализу внесли исследования в области полимеризации олефинов, циклоолефинов и диенов, выполненные под руководством академиков Б.А. Долгоплоска и В.А. Кабанова, а также профессора Б.А. Кренцеля.

Анализ огромного экспериментального материала о закономерностях протекания многих гомогенных и гетерогенно-каталитических реакций позволил Б.А. Долгоплоску предложить новую концепцию металлоорганических интермедиатов в гетерогенном катализе. Суть этой концепции заключается в координации субстратов на поверхности гетерогенных контактов, образовании ими металлоорганических соединений и их последующем распаде на молекулярные продукты. Экспериментально эта концепция была подтверждена на примере реакций дейтерообмена, автогидрирования и др. (И.А. Орешкин).

лекция

В ИНХС РАН были созданы (В.М. Фролов, Е.А. Мушина) оригинальные бинарные катализаторы, представляющие собой титан-магниевые или хромсодержащие системы, модифицированные олигодиенильными комплексами никеля или циркония, которые могут быть использованы для полимеризации олефинов и диенов. Катализаторы проявляют чрезвычайно высокую активность, что открывает перспективу существенного снижения расхода тяжелых металлов и, следовательно, их рассеяния в окружающую среду.

Таким образом, в Институте успешно развиваются научно-исследовательские работы в области катализа, направленные на решение конкретных проблем нефтехимии и нефтепереработки и способствующие развитию общей теории катализа. Результаты этих работ, получившие широкую известность в нашей стране и за рубежом, по праву обеспечивают Институту достойное место в каталитическом сообществе.

Заместитель директора, д.х.н. О.П. Паренаго

С 27 по 30 октября 2009 года при участии ИНХС РАН пройдет III Российская конференция с международным участием "Актуальные проблемы нефтехимии", посвященная 75-летию со дня рождения академика Н.А. Платэ (г. Звенигород, Московская обл.).

21-22 мая 2009 года при поддержке ИНХС РАН прошел II Международный промышленно-экономический Форум «Стратегия объединения: Решение актуальных задач нефтегазового и нефтехимического комплексов на современном этапе» (организатор: ОАО «ВНИПИнефть»). На форуме директором ИНХС РАН С.Н. Хаджиевым был представлен пленарный доклад по тематике «Инновационное развитие нефтепереработки и нефтехимии России: проблемы и перспективные разработки».


VIII Международная конференция по механизмам каталитических реакций

Подробнее


К 70-летию К.И. Замараева

Подробнее


Премии Правительства РФ за 2008 г.

Подробнее


Диплом Роспатента

Подробнее


За рубежом

Подробнее


Приглашения на конференции, выставки

Подробнее



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