Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

О газете
Редакция
и контакты

Подписка на «НВС»
Прайс-лист
на объявления и рекламу

К 50-летию СО РАН
Фотогалерея
Приложения
Научные СМИ
Портал СО РАН

© «Наука в Сибири», 2017

Сайт разработан и поддерживается
Институтом вычислительных
технологий СО РАН

При перепечатке материалов
или использованиии
опубликованной
в «НВС» информации
ссылка на газету обязательна

Наука в Сибири Выходит с 4 июля 1961 г.
On-line версия: www.sbras.info | Новости
 
в оглавлениеN 30-31 (2815-2816) 4 августа 2011 г.

ДЛЯ РЕШЕНИЯ
МНОГОПРОФИЛЬНЫХ ЗАДАЧ

Институт проблем переработки углеводородов СО РАН, возглавляемый председателем Президиума Омского научного центра СО РАН членом-корреспондентом РАН В. А. Лихолобовым, на протяжении ряда лет работает по нескольким направлениям.

Ю. Александрова, «НВС», г. Омск

Научные исследования ведутся в области изучения механизмов химических превращений углеводородов, в том числе в каталитических процессах, разработки новых катализаторов и технологий химической переработки углеводородов нефтяного и газового происхождения в широкий спектр продуктов различных сфер применения, включая топливное направление, продуктов нефтехимического и органического синтеза, химических аспектов создания новых конструкционных и функциональных углеродных материалов.

Иллюстрация
Директор ИППУ СО РАН чл.-корр. РАН В. А. Лихолобов и учёный секретарь института Р. Х. Карымова.

ИППУ СО РАН размещается в двух корпусах, которые находятся на разных концах города, километрах в тридцати друг от друга. Однако это вовсе не мешает слаженной работе подразделений: все лаборатории, равно как и Центр коллективного пользования, большей частью расположившийся на территории института, совместно решают сложные многопрофильные задачи. Мы побеседовали с некоторыми учёными Института проблем переработки углеводородов СО РАН, и вот что они рассказали.

Каждый объект —
с разных сторон

Владимир Анисимович Дроздов, к.х.н., заведующий лабораторией аналитических и физико-химических методов исследования, исполнительный директор ОмЦКП СО РАН:

— Наша лаборатория была создана в 2006 году объединением уже давно работающих в институте отдельных групп физметодов, и само её название говорит о том, что это исследовательская структура, которая не занимается приготовлением материалов, а изучает их строение. При этом важно охватить все аспекты: от фундаментальных представлений на атомно-молекулярном уровне до характеристики промышленных образцов. Когда синтетики получают новые материалы, например, катализаторы, в ходе этого процесса обычно всегда возникают вопросы безошибочного определения их состава и структуры. Так что лаборатория нашего уровня просто необходима. Название — «аналитических и физико-химических методов» — подчёркивает, что лаборатория выполняет аналитические и исследовательские работы с использованием широкого класса современных научных приборов. У нас здесь союз физиков и химиков — всего 18 человек. Под аналитикой мы подразумеваем классический подход — установление элементного и молекулярного состава исследуемых веществ и материалов, идентификация химических соединений и примесей в материалах, решение задач пробоотбора, пробоподготовки и собственно анализа. В этом есть своя специфика.

Иллюстрация
Заведующий лабораторией аналитических и физико-химических методов исследования к.х.н. В. А. Дроздов и инженер А. Б. Арбузов готовят эксперимент на зондовой ИКС.

Приборная и методическая база развивается направленно для изучения тех классов веществ и материалов, которые создаются в нашем институте, а именно — катализаторов, носителей, адсорбентов, углеродных функциональных материалов и др. И на каждом приборе материал исследуется «со своей точки зрения», что позволяет охарактеризовать один и тот же объект с разных сторон. Например, методом просвечивающей электронной микроскопии можно визуально показать, как на уровне атомов и кристаллических слоев устроен исследуемый объект. В группе рентгеновских методов исследования изучают и уточняют кристаллическую субструктуру вещества, но уже рентгеновскими методами. Здесь используются другие приборы — рентгеновские дифрактометры.

Мы участвуем как соисполнители практически во всех программах фундаментальных научных исследований института, включая программы СО РАН и РАН. Также принимаем участие в проектах РФФИ, ищем источники средств в проектах конкурсного финансирования, участвуем в выполнении хозяйственных договоров и государственных контрактов института. Стараемся, чтобы в лабораторию шла молодёжь. Современные приборы требуют хорошей компьютерной грамотности, и вообще на них интересно работать. А молодые и толковые быстро вникают, хотя, конечно, нужно повышать квалификацию имеющихся сотрудников.

В институте созданы две базовые кафедры — Омского государственного технического университета и Омского государственного университета, и, начиная с четвертого курса, на базе лаборатории мы читаем лекции, организуем спецкурсы, например, «Строение вещества» для студентов-физиков и «Основы физико-химического анализа» для химиков, проводим на приборах лабораторные работы, готовим дипломников. Остаются немногие: за последние пять лет всего четыре человека, но это — лучшие.

Теперь о наших научных задачах. Они определяются теми проектами, которые выполняются в других ведущих лабораториях, но есть у нас и собственный этап в фундаментальном базовом проекте института (о нём чуть позже). Мы должны решать вопросы, связанные с определением и уточнением химического и фазового состава, нано- и субструктуры, текстуры и морфологии, дисперсности многокомпонентных катализаторов, носителей, сорбентов, а это могут быть цеолитсодержащие, оксидные, углеродные материалы и др. Так что основные задачи лаборатории — углубление научных представлений о строении получаемых материалов и аналитический контроль. Мы должны это доказать: уметь подготовить образец, получить правильный результат, быть уверенными в том, что все верно измеряем, достоверно интерпретировать результат, создать модель, посмотреть, соответствует ли она полученным реальным результатам, а потом написать отчёт, статью. Поэтому научные задачи всегда пересекаются с научно-методическими и метрологическими.

Имеется у лаборатории и собственный проект — исследование строения и каталитических свойств активированного алюминия. В настоящее время алюминий рассматривается как перспективный материал в катализе и альтернативной энергетике. Сам по себе алюминий не очень реакционноспособен из-за того, что на его поверхности образуются оксидные слои. Мы занимаемся активированным алюминием, т.е. специальными приемами формируем состояние алюминия, который может реагировать и со спиртами, и с водой, и с хлорорганикой, образуя каталитические комплексы и давая ряд важных продуктов в некоторых реакциях превращения углеводородов, например, в жидкофазной реакции алкилирования изобутана бутенами. Комплексом методов мы изучаем механизм разрушения оксидных слоев на алюминии с целью его активации, его поведение in situ, т.е. непосредственно в реакционной среде — и, главное, все на уровне прямых экспериментальных доказательств.

Что касается Омского регионального центра коллективного пользования Сибирского отделения РАН, он был создан по постановлению Президиума СО РАН в 2002 году с целью объединения наиболее крупного дорогостоящего научного оборудования в Омском научном центре СО РАН для того, чтобы оно работало более интенсивно, для усиления фундаментальных исследований, особенно в междисциплинарных областях знаний: химии и физики, химии — биологии и медицины, археологии, для повышения качества результатов. Мы работаем с разными подразделениями СО РАН, к примеру, с ИХХТ СО РАН (Красноярский научный центр СО РАН), с ИК СО РАН (Новосибирский научный центр), где тоже есть центры коллективного пользования.

Вторая цель создания нашего ЦКП — «охват» вузов Омского научно-образовательного комплекса. Для них организованы совместные научные исследования на нашей приборной базе. Для студентов химического и физического профиля ОмГУ и ОмГТУ, как я уже говорил, проводим учебные курсы по методам исследования и анализа вещества. Так мы отбираем будущих дипломников и в дальнейшем — аспирантов.

И третье — помощь региону. Мы участвуем в выполнении научных программ правительства Омской области и, конечно же, оказываем научно-технические услуги, проводим НИР предприятиям региона на условиях финансовых договоров.

Научное и лабораторное оборудование ОмЦКП размещено в 22 комнатах институтов Омского научного центра СО РАН (ИППУ СО РАН и ОФ ИФП СО РАН). Постоянный научный и обслуживающий персонал насчитывает 24 человека. Инструментальная база составляет 34 прибора, которые используются для выполнения исследований по основным направлениям: химический, структурный, термический анализ, изучение текстуры, морфологии, дисперсности различных материалов, в т.ч. изучение реакционной способности катализаторов и адсорбционных свойств сорбентов различного назначения, в т.ч. биосорбентов. Наличие приборов широкого класса позволяет решать многопрофильные задачи. Например, газовый хромато-масс-спектрометр 6890/5973N Agilent — один из приборов Центра коллективного пользования.

Иллюстрация
Инженер А. Я. Стасюк проводит исследования на оптическом материаловедческом микроскопе Axio Imager AIM.

Это мощный аналитический прибор для исследования молекулярного состава индивидуальных органических веществ и многокомпонентных смесей. Можно определять даже в очень малых количествах нецелевые продукты, которые уменьшают выход основного компонента или отрицательно влияют на свойства используемых катализаторов. К нам обращаются с предприятий, и не только нашего региона, но и европейской части России и стран СНГ для проведения аналитического контроля используемых веществ, сырья, идентификации продуктов, степени их чистоты и.т.д. Интенсивно используется для решения задач катализа и материаловедения при исследовании дисперсных и пористых материалов, композитов, порошков металлов и сплавов, твердотельных сенсорных структур современный просвечивающий электронный микроскоп JEM-2100 JEOL. Хочу отметить, что это единственный материаловедческий микроскоп такого уровня в Омском регионе.

Иллюстрация
Инженер А. Я. Стасюк и к.х.н. М. В. Тренихин обсуждают технические вопросы работы на электронном микроскопе JEM-2100 JEOL.

Какие проблемы? В Центре коллективного пользования сейчас остро стоит вопрос подготовки кадров — ведь ЦКП должен иметь высококвалифицированных специалистов. Необходима постановка и развитие оригинальных методик на имеющихся приборах для решения постоянно усложняющихся задач в области науки и нанотехнологий. Кроме того, надо усиливать окупаемость оборудования, не забывать о коммерческой стороне, потому что поддержание таких научных приборов стоит очень дорого, и нельзя перекладывать это только на плечи институтов-организаторов ЦКП. Есть, конечно, определённые проблемы — предприятия не очень любят обращаться к нам для проведения исследований, только когда вынуждены это делать. Но время им диктует новые требования — пора сотрудничать с наукой.

Неисчерпаемые возможности
углерода

Виктор Михайлович Шопин, к.т.н., и.о. заведующего лабораторией синтеза функциональных углеродных материалов:

Иллюстрация
В. М. Шопин (фото Ю. Александровой).

— Лаборатория синтеза функциональных углеродных материалов насчитывает 46 человек и состоит из пяти групп. Все они занимаются углеродом, проводят изыскания в рамках научного проекта фундаментальных исследований, но каждая работает в своем направлении. Кроме того, лаборатория имеет возможность вести прикладные НИР в отделе экспериментальных технологий углеродных материалов — там достаточно серьезное опытное производство, на котором мы в состоянии получать как опытные образцы, так и опытные партии синтетических углеродных материалов для реализации в различных отраслях народного хозяйства России, ряде зарубежных фирм.

Первая группа лаборатории занимается исследованиями в области синтеза углеродных материалов на основе нанодисперсного углерода, разработкой научных основ технологии получения пористых гранулированных углеродных материалов многоцелевого назначения. В рамках этого направления создана технология производства целого ряда углеродных материалов. Так, например, карбостил разработан для точного легирования металла углеродом, для корректировки химического состава металла при производстве высококачественных сортов стали. Применение карбостила позволило повысить степень усвоения углерода и обеспечить повышенное качество особо чувствительной к природе неметаллических включений кордовой стали.

Сибунит — пористый композитный материал, сочетающий в себе преимущества как графита (химическая устойчивость, электропроводность), так и активированного угля (высокая адсорбционная способность). В сравнении с известными углеродными материалами он отличается низкой зольностью, однородностью структуры, высокой механической прочностью, химической и термической стабильностью, устойчивостью к многократной регенерации в различных областях применения.

Техносорб — высокопрочный сорбент с высокоразвитой адсорбционной поверхностью и преимущественно мезопористой структурой. Предназначен для подготовки воды хозяйственно-промышленного назначения; для очистки бытовых и промышленных сточных вод. Техносорб способен выдержать не менее 1000 циклов адсорбция-регенерация. Его уникальные прочностные свойства обеспечивают регенерацию сорбента непосредственно в фильтрах, что сокращает эксплуатационные затраты.

Вторая группа ведет исследования в направлении создания модифицированных углеродных материалов для медицины и ветеринарии на основе синтетических углеродных сорбентов. Они представляют особый интерес, расширяется сфера их применения. Так, например, ВНИИТУ-1 — гемосорбент углеродный, предназначен для очистки крови. Он отличается высокой степенью химической чистоты, мезопористой структурой, минимальным содержанием примесей, механической прочностью и гладким рельефом поверхности гранул, отсутствием пылеобразования (выделением ультрадисперсных частиц), высокой адсорбирующей способностью по отношению к токсинам низкой и средней молекулярной массы, кровесовместимостью и инертностью по отношению к форменным элементам крови.

ВНИИТУ-2 — углеродный энтеросорбент, предназначенный для связывания и выведения из желудочно-кишечного тракта токсических веществ различной природы с лечебной и профилактической целью. Зоокарб — углеродный энтеросорбент, применяемый для лечения крупного рогатого скота, птиц при заболеваниях, сопровождающихся процессами брожения и гниения в кишечнике. Благодаря высокоразвитой мезопористой поверхности, эффективен при острых отравлениях животных различными ядами растительного происхождения.

Третья группа занимается созданием на основе нанодисперсного углерода функциональных материалов и композитов различных сфер применения. Кроме того, перед ними стоит очень важная задача — создание заменителя канального технического углерода, специального материала, который выпускался в России только на одном заводе — Сосногорском газоперерабатывающем. Недавно это предприятие закрыло производство канального технического углерода ввиду того, что технология его получения очень «грязная», даёт колоссальные выбросы. А потребители остались и забросали нас призывами помочь в решении проблемы создания его заменителя современным печным способом. Вот мы и «встроились» в эту нишу — занимаемся созданием специального технического углерода. Уже есть потенциальные заказчики.

Следующая группа проводит исследования в области модификации наноглобулярного углерода. В частности, изучаются возможности его превращений в другие структурные модификации углеродных наночастиц. Недавно при совместных исследованиях с Институтом сильноточной электроники СО РАН (г.Томск) было обнаружено, что под воздействием импульсных электронных пучков с высокой плотностью энергии шарообразные частицы сажи превращаются в наночастицы принципиально иной конфигурации. В просвечивающем электронном микроскопе полученные частицы напоминают бутоны роз, причем «лепестки» этих розоподобных образований имеют строго упорядоченную графитоподобную структуру, отсутствующую в исходном материале.

И, наконец, пятая группа занимается исследованиями в области коагуляции и осаждения аэрозолей нанодисперсного углерода, в направлении создания новых технологий, нацеленных на эффективное извлечение целевого продукта из аэрозольных потоков. В активе данной группы принципиально новая технология фильтрации аэрозолей дисперсного углерода в стационарном слое углеродных гранул. Её реализация в промышленности позволит заменить созданные ранее в нашем институте стеклотканевые фильтры, обладающие рядом серьезных недостатков.

В рамках государственного контракта недавно создан и прошёл успешно промышленные испытания опытный образец фильтра, в котором фильтрация идет через слой гранул технического углерода, изготовленный из того самого продукта, который мы получаем в технологической установке.

Одна из реализованных разработок данной группы — установка высокоэффективного улавливания углеводородов при сливе углеводородного сырья в производстве технического углерода. Эта группа занимается также исследованиями в области создания плотноупакованного материала на основе нанодисперсного глобулярного углерода, получаемого прессованием при высоких давлениях и температурах.

Катализаторы для нефтепереработки

Александр Сергеевич Белый, д.х.н., заведующий лабораторией синтеза моторных топлив:

Иллюстрация
А. С. Белый.

— Научные сотрудники нашей лаборатории, в составе которой около 30 человек, занимаются фундаментальными проблемами — процессами нефтепереработки, изучают строение катализаторов. Направленность лаборатории позволила внедрить собственные оригинальные версии катализаторов для базовых процессов нефтепереработки — крекинга и риформинга. С этого момента ведется активная научно-техническая и инжиниринговая деятельность в области совершенствования и создания процессов нефтепереработки и нефтехимии.

Уже более 20 лет специалистами института совместно с ОАО «Газпромнефть — Омский НПЗ» (ранее «Сибнефть — Омский НПЗ») проводятся систематические работы по созданию, совершенствованию и внедрению катализаторов крекинга для установок с псевдоожиженным слоем, а также установок с лифт-реактором. На катализаторном производстве завода был налажен выпуск катализаторов крекинга сначала серии КМЦ, а с 2004 г. — серии «Люкс», которые по химическому строению и технологии производства принципиально отличаются от зарубежных каталитических композиций

Для дальнейшего повышения эффективности работы установок крекинга в институте разработан и апробирован на лабораторном и промышленном уровне ассортимент добавок к катализаторам крекинга для увеличения октанового числа продуктовой бензиновой фракции, снижения содержания серы в ней. Особый интерес представляет добавка для дожигания монооксида углерода, которая не содержит благородных металлов, но по своей активности не уступает традиционным добавкам на основе платины.

На стадии завершения находится разработка металлостойкого катализатора крекинга, сохраняющего активность при накоплении в своем составе от 10 000 до 15 000 ррm ванадия и никеля и предназначенного для переработки мазута и/или тяжёлого вакуумного сырья.

Одно из новых направлений по катализаторам крекинга — разработка катализатора для глубокого каталитического крекинга, нефтехимического варианта переработки тяжёлых нефтяных фракций. Катализатор позволяет получать до 40 % легких олефинов (этилена, пропилена, бутиленов) — основы нефтехимической промышленности.

Особое место в исследованиях лаборатории занимают нанесенные платиновые катализаторы для процессов риформинга прямогонных бензинов. Длительные фундаментальные исследования, проводимые в институте с конца 1970-х гг., позволили разработать методы целенаправленного синтеза наноструктурированных катализаторов риформинга, имеющих, с одной стороны, высокую однородность по составу, строению и размеру платиносодержащих активных центров, а с другой — высокую структурную упорядоченность этих центров. Произведенные в период 1992-2001 гг. катализаторы ПР-50, ПР-51 хорошо зарекомендовали себя в промышленности. В период 2003-2006 гг. разработаны и внедрены катализаторы риформинга ПР-71 и RU-125 (последний — совместно с ОАО «НПП «Нефтехим», г.Краснодар), предназначенные для производства бензинов с октановым числом 95-100 по и.м., выходом риформата 85–88 % мас., при длительности рабочего цикла не менее 24 месяцев.

В 2008 г. начато промышленное освоение производства катализатора новейшей марки ПР-81, который позволит увеличивать выход высокооктанового риформата до 90 % мас. В настоящее время разработанные в институте катализаторы риформинга эксплуатируются на девяти промышленных установках, расположенных на пяти НПЗ России и Украины (компании ТНК-ВР и «Сургутнефтегаз»). На этих мощностях перерабатывается более 3,5 млн т прямогонных бензинов в год.

На базе катализаторов риформинга серии ПР в конце 90-х гг. в лаборатории был разработан процесс «Биформинг», который делает возможной совместную переработку пропан-бутановых и бензиновых фракций в ароматические углеводороды или компонент автомобильного топлива с приростом выхода на 3— 8 % мас., по сравнению с традиционным риформингом.

В период с 2000 по 2004 гг. совместно с Рязанским НПЗ была проведена реконструкция промышленной установки риформинга типа Л-35-11/300 под процесс «Биформинг», и в июле 2005 г. был проведен опытно-промышленный пробег. При подаче в процесс 4,3% мас., сжиженного газа было зафиксировано увеличение выхода высокооктанового риформата на 3%, повышение выхода водорода и снижение выхода бензола. У сотрудников нашей лаборатории большие планы. В этом году мы уже выиграли тендер на производство двух партий катализаторов. К работе активно привлекается молодежь (в лаборатории 7 аспирантов).

Фото В. Новикова

стр. 8-9

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?11+600+1