«Наука в Сибири» № 30 (2216) 6 августа 1999 г. ТЕХНОЛОГИЯ ЗНАЕТ ОТВЕТ НА ВОПРОС -- "КАК?" А.Носков, зам.директора ИК СО РАН, зав.отделом технологии каталитических процессов, доктор технических наук. Сотовые катализаторы -- будущее каталитических процессов Фундаментальные научные исследования должны отвечать на детский вопрос "почему?". Не менее важен другой вопрос, особенно свойственный юности -- "как?". На него же призвана ответить и наука под названием "технология". Отдел технологии каталитических процессов Института катализа СО РАН тоже участвует в решении подобных задач. Для того, чтобы представить круг проблем, которые возникают в работе, приведу только одну цифру. В России на основе каталитических процессов сейчас производится около 15 процентов всего валового национального продукта. В развитых странах (США, Япония, Германия) эта величина достигает 30 процентов. Обсуждение "кулинарных" рецептов приготовления катализаторов окисления аммиака в закись азота (В.Мокринский и А.Носков) Исторически наше подразделение вырастало из отделов математического моделирования (зав. отделом член.-корр. РАН М.Слинько) и нестационарных каталитических процессов (зав. отделом проф. Ю.Матрос). Сегодня отдел в состоянии провести весь комплекс исследований от разработки новых катализаторов и исследования их каталитических свойств до математического моделирования, пилотных испытаний и разработки конструкций промышленных реакторов. За плечами его ведущих сотрудников десятки промышленных каталитических установок, введенных в эксплуатацию в нашей стране, Японии, США, Китае, Болгарии. Сейчас в состав отдела входят 5 лабораторий и три научно-исследовательских группы. Тематика работ весьма широка при основной направленности на создание новых промышленных процессов. В отделе работает более 60 человек, средний возраст сотрудников -- 44 года. Таков же возраст и заведующих лабораториями. Сотрудники отдела технологии каталитических процессов: кандидат химических наук Н.Добрынкин, М.Батыгина и зав.отделением высокого давления отдела прикладного катализа В.Коротких за подготовкой установки жидкофазного окисления к испытаниям Значительная часть исследований связана с получением новых знаний по синтетическим цеолитам. Это направление основано в Институте катализа СО РАН проф. К.Ионе. Сейчас лаборатория доктора химических наук Е.Паукштиса, группы доктора химических наук Г.Ечевского и кандидата химических наук В.Романникова получают глубокие фундаментальные знания по основам превращения органических соединений в цеолитных структурах и разрабатывают новые процессы синтеза ароматических соединений, карболинирования олефинов и спиртов. Накопленный опыт позволяет не только синтезировать практически любую известную в мире цеолитную (цеолитоподобную) химическую структуру, но и создавать абсолютно новые цеолиты с уникальными свойствами. Значительная часть сотрудников отдела прошла школу математического моделирования каталитических реакторов. Создание научных основ моделирования предполагает глубокое изучение закономерностей протекания химических реакций на новых катализаторах. Это направление -- основное в лаборатории, которую возглавляет кандидат химических наук С.Решетников. Здесь развиваются экспериментальные методы исследования каталитических реакций при нестационарном состоянии поверхности катализатора. За счет этого можно повысить степень превращения для обратимых реакций (т.е. обойти равновесие), увеличить селективность и выход целевого продукта, а в отдельных случаях провести реакцию в направлении, не достижимом в обычных (стационарных) условиях. В разгаре эксперимент по окислению аммиака (Е.Славинская -- на переднем плане) Одна из самых молодых по возрасту сотрудников лаборатория, которую возглавляет кандидат технических наук А.Загоруйко. Задача коллектива -- превратить знания о поверхностных превращениях молекул в новый каталитический процесс. И лаборатория успешно справляется с ней. Одно из главных направлений ее деятельности -- разработка научных основ осуществления адсорбционно-каталитических процессов, т.е. таких процессов, когда стадия адсорбции и последующего превращения молекул разделены во времени. Применение их в экологии позволяет в десятки раз уменьшить энергетические затраты на очистку газов от токсических примесей. Разработка современных каталитических процессов невозможна без оптимального сочетания натурного и вычислительного экспериментов. Только таким путем можно обеспечить понимание закономерностей в сложных системах, каковыми являются каталитические реакторы. Создание математического обеспечения -- главная задача научной группы, которую возглавляет кандидат технических наук Н.Чумакова. Один из ведущих специалистов в области синтеза цеолитов С.Дударев и модель цеолитных структур Пожалуй, главное достижение отдела за последние годы -- разработка процесса окисления аммиака с использованием сотовых оксидных катализаторов. Более 100 лет азотную кислоту производили окислением аммиака на платиновых сетках, что приводило к потерям драгоценного металла -- каждые 7 тонн азотной кислоты ведут к потере 1 грамма платины. В Институте катализа СО РАН в сотрудничестве с МГУ и ОАО "Государственный институт азотной промышленности" под руководством доктора химических наук В.Садыкова (отдел гетерогенного катализа) разработан бесплатиновый сотовый оксидный катализатор на основе оксидов железа с добавками редкоземельных элементов. Задачей лаборатории, которую возглавляет И.Золотарский, является разработка технологических основ применения этих сотовых катализаторов в промышленности. За счет организации выпуска опытных партий сотовых катализаторов в научно-технологическом отделе промышленного катализа (зав. отделом кандидат химических наук А.Кирчанов) и их применения на ОАО "Азот" (гг. Березники, Череповец, Невинномысск) годовой объем производства азотной кислоты на комбинированных каталитических системах (платиновые сетки плюс оксидный катализатор) превысил 1 млн тонн. Потери платины снизились на 20--25 процентов. Подготовку к исследованию структуры слоя катализатора ведет В.Захарченко -- слесарь высшей квалификации В 1999 г. эта работа выдвинута на премию правительства России. Но значимость ее не только в большом промышленном эффекте. Она открыла новое научное направление -- переход к осуществлению процессов на сотовых катализаторах при миллисекундных временах контакта. Развитие этих работ позволяет не только в десятки раз уменьшить загрузку катализатора, но и дает возможность избежать термодинамических ограничений на осуществление процессов. Сейчас в лаборатории промышленных каталитических процессов (зав. лабораторией И.Золотарский) идет создание экспериментального стенда по изучению различных каталитических процессов при временах контакта 10-3--10-4 с. В компьютерном классе -- удачно проведен вычислительный эксперимент. Довольны кандидат технических наук Н.Верниковская и П.Кузнецов Для лаборатории нестационарных каталитических методов очистки газов (руководитель -- автор этих строк) главным всегда было создание каталитических процессов очистки газовых выбросов в нестационарных условиях. Приятно, что и в нынешних непростых условиях заводы сохраняют интерес к этим процессам, и каждый год 1--2 новых установки вводятся в эксплуатацию. Вот и в этом году на Бийском олеумном заводе планируется ввод новой каталитической установки по очистке газов от оксидов азота. В.Томилов за подготовкой программного обеспечения для компьютерно-технологического класса Большой научный интерес лаборатории связан с превращениями азотсодержащих соединений. В последние годы сотрудники успешно работают совместно с американскими партнерами по созданию процесса получения закиси азота из аммиака. Создание многотоннажных производств закиси азота откроет новые направления для многих каталитических процессов парционального окисления органических веществ. Но прежде чем аммиак окислять, его надо синтезировать из азота и водорода. Традиционно этот процесс идет при давлении до 300 атмосфер. Сейчас совместно с Омским филиалом ИК мы завершаем лабораторный этап создания катализатора, который позволит получать аммиак при давлении 30--40 атмосфер. Современный каталитический реактор -- это аппарат диаметром в несколько метров. Для его работы необходимо создание эффективных аэродинамических условий. Экспериментальные стенды позволяют изучать газовые течения в свободных объемах и зернистых слоях. Применение рентгеновской томографии дало возможность установить связь газовых течений со структурой зернистых слоев. Теперь все крупнотоннажные агрегаты синтеза метанола в России загружаются устройствами, созданными в Институте катализа СО РАН кандидатом технических наук О.Кленовым. Научный потенциал, накопленный в отделе, обязывает нас заботиться о преемственности знаний. Поэтому мы уделяем много внимания и сил проведению традиционных международных конференций по моделированию химических реакторов "Химреактор", главным организатором и бессменным председателем которых является член-корр. РАН М.Слинько. Отдел традиционно организует также международные конференции по нестационарным процессам в катализе совместно с проф. Ю.Матросом, который работает в США. Сотрудники отдела обеспечивают обучение студентов НГУ (кафедра "Адсорбция и катализ") основам моделирования каталитических реакторов. В 2000 г. состоится первый выпуск по специальности "Инженерные методы защиты окружающей среды" в НГТУ. Подготовка этих специалистов осуществляется на академической кафедре, организованной в Институте катализа СО РАН. Все базовые дисциплины преподаются сотрудниками отдела. Созданный в отделе научный и кадровый потенциал позволяет не только эффективно работать в настоящее время, но, и это самое главное, создавать основы для будущего химической промышленности. стр.