КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ, 2009, том 50, № 4, с. 627-630
К 75-ЛЕТИЮ ИНСТИТУТА НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
им. А.В. ТОПЧИЕВА РАН
Институт нефтехимического синтеза был организован в 1934 году как Институт горючих ископаемых АН СССР на базе Сапропелевого института АН СССР и Государственного исследовательского нефтяного института по инициативе и при активном участии выдающихся российских ученых: академиков Николая Дмитриевича Зелинского и Ивана Михайловича Губкина. В 1948 году из структуры этого Института был выделен Институт нефти АН СССР, который в 1958 году был преобразован под руководством академика А.В. Топчиева в Институт нефтехимического синтеза АН СССР (ИНХС АН СССР).
75-летняя история Института неразрывно связана с деятельностью выдающихся ученых, имена которых стали гордостью отечественной науки. Среди них академики А.А. Баландин, С.С. Наметкин, А.В. Топчиев, В.А. Каргин, А.П. Крылов, С.И. Миронов, Г.Н. Флеров, А.Л. Чижевский, чл.-корр М.И. Варенцов, М.А. Капелюшников, М.Ф. Мирчинк, С.Ф. Федоров, К.Р. Чепиков. В более поздние годы в Институте трудились и создавали свои научные школы блестящие нефтехимики чл-корр. АН СССР А.Н. Башкиров и чл-корр. АН СССР К.П. Лавровский, выдающийся физико-химик А.В. Фрост, создатель отечественной школы металлокомплексного катализа и полимеризации диенов академик Б. А. Долго-плоск, основоположник мембранного катализа академик В.М. Грязнов, выдающиеся ученые в области химии высокомолекулярных соединений академики Н.А. Платэ и В.А. Кабанов.
Уже в тридцатые годы в Институте под руководством патриарха отечественной школы химиков-органиков академика Н.Д. Зелинского были проведены исследования каталитической ароматизации парафиновых углеводородов, ставшие классическими. Профессор А.В. Фрост, возглавивший лабораторию кинетики и катализа, изучал как формальную кинетику гетерогенно-ката-литических реакций (уравнение Фроста), так и широкий круг каталитических реакций углеводородов и спиртов, в том числе актуальный и сегодня синтез бензина из легких углеводородов. Пристальный интерес А.В. Фроста вызывали проблемы механизма и кинетики каталитических реакций. Дальнейшее развитие работ этого направления в Институте связано с именами чл.-корр. АН СССР А.Н. Башкирова, а также уче-
ников А.В. Фроста — академика В.М. Грязнова и профессора А.Я. Розовского.
В 1946 г. А.Н. Башкиров создал в ИНХС лабораторию синтетического топлива (позднее — каталитического синтеза на основе оксидов углерода), с коллективом которой им были выполнены обширные циклы исследований по окислению углеводородов, каталитическим синтезам на основе оксидов углерода и водорода, получению и превращению азот- и кислородсодержащих органических соединений, метатезису олефинов и некоторых их функциональных производных. Особенностью школы А.Н Башкирова стало сочетание глубоких фундаментальных исследований и разработки технологии получения углеводородов и их функциональных производных. Для этого в рамках Института была создана система лабораторных пилотных установок высокого давления, которой и в настоящее время нет равных в России и странах СНГ.
С применением комплекса разнообразных химических и физико-химических методов были детально изучены реакции, протекающие при синтезе органических соединений из оксида углерода и водорода, последовательность образования различных продуктов, характер и свойства промежуточных соединений, особенности формирования активной поверхности, природа катализа на плавленых железных катализаторах.
В рамках лаборатории А.Н. Башкирова, а позднее — лаборатории кинетики каталитических реакций профессор А.Я. Розовский руководил исследованиями механизма, кинетики и макрокинетики каталитических реакций, преимущественно С1-соединений. 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.
Была выдвинута новая концепция роли среды в каталитических реакциях и открыт эффект саморегулирования в каталитических системах. Проявление этого эффекта экспериментально зафиксировано в ряде каталитических реакций, например, синтезах из СО и Н2, окислении СО, сульфоэтерификации спиртов, гидроформилиро-
627
10*
вании олефинов. Теоретические разработки и полученные экспериментальные результаты составили основу монографии А.В. Розовского "Катализатор и реакционная среда". Разработка концепции саморегулирования в катализе обусловила проведение исследований в области химии твердого тела и химии поверхности, результатом которых стала теория кинетики и макрокинетики реакций с участием твердых тел, отраженная в монографиях А.Я. Розовского "Кинетика топохими-ческих реакций" и "Гетерогенные химические реакции. Механизм и макрокинетика".
Интереснейшим и неожиданным результатом исследований превращений поверхностных соединений явилось качественное изменение представлений о возможных путях гетерогенных каталитических реакций. Оказалось, что прочная хе-мосорбция 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.
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 + H2, синтез диметилового эфира, селективное окисление СО в присутствии водорода и воды и др. На основе этих исследований разработаны процессы высокоэффективного одностадийного синтеза диметилового эфира из синтез-газа и синтеза метилформиата из метанола, превосходящие известные аналоги.
Совместной разработкой лабораторий А.Я. Розовского, профессора Е.В. Сливинского и лаборатории академика С.Н. Хаджиева стало создание оригинальной технологии получения высокооктанового бензина из синтез-газа через диметиловый эфир (ДМЭ). Разработан катализатор, позволяющий получать высококачественный бензин из ди-метилового эфира и/или метанола при температуре 340°С, давлении 10 МПа и объемной скорости 2000 ч—1 с высоким выходом 60—75%. Достигнута конверсия диметилового эфира 98— 99% при среднем составе бензина масс: изопара-фины 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).
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 алкилиро-ванием изобутана 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.
В лаборатории С.Н. Хаджиева создан принципиально новый процесс 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. Были также изучены закономерности синтеза металлосили-катных гетерогенных катализаторов с нанораз-мерной пористой структурой для осуществления базовых нефтехимических реакций, в частности для диспропорционирования этилбензола на модифицированных цеолитах типа ZSM-5. Исследованы закономерности протекания реакций нефтехимического синтеза в трехфазных системах с наноразмерными параметрами одной из фаз, в том числе проводится изучение реакции алкилирования изобутана олефинами на гетерогенных катализаторах в пленочном реакторе в трехфазной системе. Другим направлением лаборатории явилось осуществление высокоскорост-
ных процессов производства моторных топлив и базовых продуктов нефтехимии из ненефтяного сырья.
В 60-е годы XX века в ИНХС сформировалось совершенно новое направление гетерогенного катализа — мембранный катализ. Ученик А.В. Фроста — профессор В.М. Грязнов однозначно установил механизм перераспределения водорода в циклоолефинах на металлических катализаторах, вызывавший дискуссии почти полвека. В последующем цикле работ В.М. Грязнов впервые теоретически обосновал и экспериментально подтвердил термодинамические, энергетические и кинетические преимущества сочетания каталитических реакций с избирательным введением или вывед
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.