Версия для печати
Вернуться к списку

НА СТАРТЕ КАТАЛИЗАТОРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНЯ

Директор Института катализа имени Г.К.Борескова СО РАН, академик Валентин Пармон

Заместитель директора института Валерий Бухтияров

Огромный интерес, который в настоящий момент проявляется в мире к развитию области наноматериалов и нанотехнологий, обусловлен тем, что при пе­реходе от массивных твердых тел к частицам с раз­мером менее 100 нм последние начинают проявлять новые или существенно измененные свойства. Это обстоятельство может быть использовано для улуч­шения уже существующих или создания принципи­ально новых продуктов и технологий в различных секторах экономики.

Более того, при переходе в наноразмерное состо­яние меняются не только физические, но и химичес­кие свойства. В первую очередь — реакционная спо­собность вещества. Поэтому использование наноэф-фектов в химической практике может открыть возможности для внедрения технологий молекулярного дизайна при приготовлении катализаторов нового поколения на основе наноразмерных, наноструктурированых и нанокомпозитных материалов; синтеза молекулярно-ситовых мембран с улучшенными свойствами для процессов очистки воздуха, воды, лекарственных препаратбв, ферментов, разделения газов, водно-масляных эмульсий и др.; кардинального улучшения характеристик (активность, кпд, срок службы) топливных элементов, аккумуляторов электричества, систем хранения водорода и других нетрадиционных источников энергии; практического использования новых композитных материалов, нанопорошков, мембран, тонкопленочных покрытий, нанотрубок из углерода и неорганических материалов, полученных с помощью нанотехнологий.

Практическая важность каталитического направ­ления нашла свое отражение в его выделении в ка­честве одной из критических технологий Российской Федерации.

Как известно, почти 90% используемых в промы­шленности процессов переработки нефтяного, хими­ческого и нефтехимического сырья, производства химических продуктов и материалов являются ката­литическими. Каталитические взаимодействия лежат в основе большинства технологий защиты окружаю­щей среды и альтернативных источников энергии. С применением катализаторов в России производит­ся не менее 20% ВВП, в промышленно развитых странах — до 30% и более. В настоящий момент ре­альный рынок катализаторов в России оценивается в 600—800 млн долларов. Примерно половина продук­та на нем — катализаторы отечественного производ­ства. Существенно и то, что практически все промы­шленные катализаторы относятся к области «хайтековской» химической продукции, являясь наноразмерными или наноструктурированными функ­циональными материалами. Это подтверждают раз­работки Института катализа им. Г.К.Борескова СО РАН, в том числе — и выполненные в последние годы.

Катализаторы полного окисления СО и углеводо­родов. Разработка уникальных, не имеющих аналогов в мире приемов регулирования размера монодисперс­ных наночастиц благородных металлов (платины и палладия) от 1 до 20 нм, выполненная в рамках Госу­дарственного контракта ФЦНП, позволила выявить ярко выраженный максимум активности катализато­ров в реакции полного окисления метана при размерах частиц активного компонента порядка 1 нанометра.

Полученные результаты имеют практическое зна­чение для обеспечения различных процессов, где применяются катализаторы, содержащие в качестве активного компонента драгметаллы: Благодаря уве­личению активности на несколько порядков содер­жание последних можно свести к минимуму. Учиты­вая, что основная доля стоимости таких катализато­ров, применяемых, например, для очистки выхлопных газов автомобилей, формируется за счет именно благородного металла, то снижение его содержания даже в 4—5 раз обещает значительно снизит цену. При этом экономия может составить до 500—800 млн руб. в год.

Именно использование наноструктурированных функциональных материалов в качестве катализато­ров нового поколения позволило Институту катализа в 2003—2006 гг. успешно выполнить проект государст­венного значения «Разработка и промышленное осво­ение катализаторов и каталитических технологий но­вого поколения для производства моторных топлив».

В числе его результатов — катализаторы крекинга. Совместно с Институтом проблем переработки углево­дородов СО РАН (г. Омск) разработана и внедрена в промышленное производство на ОАО «Сибнефть-Ом­ский НПЗ» серия наноструктурированных цеолитных катализаторов крекинга марки «Люкс», которые соот­ветствуют уровню лучших зарубежных катализаторов. С 2004 г. катализатор эксплуатируется на двух промы­шленных установках крекинга в ОАО «Сибнефть-ОНПЗ». По сравнению с ранее используемым катали­затором, выход бензина увеличился на 2,5—3%.

Сейчас уже разработана новая версия катализа­тора крекинга, обеспечивающая выход бензина кре­кинга не ниже 59—60% масс, что абсолютно превос­ходит известный мировой уровень. Использование этого катализатора позволит дополнительно произ­водить на российских НПЗ до 1 млн тонн бензина в год из того же количества сырой нефти. Либо эконо­мить до 3 млн тонн нефти при сохранении объемов производства бензина.

Разработаны также теоретические и технологичес­кие подходы к созданию катализаторов глубокой гид­роочистки. На их основе получен отечественный ката­лизатор для процесса глубокой гидроочистки дизель­ных фракций (ИК-ГО-1), который обеспечивает сни­жение содержания серы в продукте очистки ниже 50 ррт, что отвечает требованиям стандарта Евро-4.

Катализатор не уступает по активности современ­ным аналогам инофирм, адаптирован к отечествен­ной сырьевой базе и может использоваться в отече­ственных установках гидроочистки Л-24-5(6,7). В настоящее время завершается наработка первой опытно-промышленной партии катализатора (28 т) для установки Л-24/6 ОАО «Саратовский НПЗ».

По нашему мнению, необходимо обеспечить не­прерывную наработку (генерацию) фундаментальных знаний о новых свойствах, которые проявляются для объектов с нанометровыми размерами. Речь идет не только о свойствах химических или физических, но и, может быть, даже биологических. А также о создании новых наноразмерных, наноструктурированных и нанокомпозитных материалов для каталитических при­ложений, изучении их свойств, разработке новых способов синтеза.

Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН, как один из самых крупных научно-исследовательских центров в области катализа не только в России, но и в мире, представляется в настоящий момент наибо­лее подготовленной организацией для выпблнения таких задач.