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 пе-реходе от массивных твердых тел к частицам с раз-мером менее 100 нм последние начинают проявлять новые или существенно измененные свойства. Это обстоятельство может быть использовано для улуч-шения уже существующих или создания принципи-ально новых продуктов и технологий в различных секторах экономики.
Более того, при переходе в наноразмерное состо-яние меняются не только физические, но и химичес-кие свойства. В первую очередь - реакционная спо-собность 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 направ-ления нашла свое отражение в его выделении в ка-честве одной из критических технологий Российской Федерации.
Как известно, почти 90% используемых в промы-шленности процессов переработки нефтяного, хими-ческого и нефтехимического сырья, производства химических продуктов и материалов являются ката-литическими. Каталитические взаимодействия лежат в основе большинства технологий защиты окружаю-щей среды и альтернативных источников энергии. С применением катализаторов в России производит-ся не менее 20% ВВП, в промышленно развитых странах - до 30% и более. В настоящий момент ре-альный рынок катализаторов в России оценивается в 600-800 млн долларов. Примерно половина продук-та на нем - катализаторы отечественного производ-ства. Существенно и то, что практически все промы-шленные катализаторы относятся к области "хайтековской" химической продукции, являясь наноразмерными или наноструктурированными функ-циональными материалами. Это подтверждают раз-работки Института катализа им. Г.К.Борескова СО РАН, в том числе - и выполненные в последние годы.
Катализаторы полного окисления СО и углеводо-родов. Разработка уникальных, не имеющих аналогов в мире приемов регулирования размера монодисперс-ных наночастиц благородных металлов (платины и палладия) от 1 до 20 нм, выполненная в рамках Госу-дарственного контракта ФЦНП, позволила выявить ярко выраженный максимум активности катализато-ров в реакции полного окисления метана при размерах частиц активного компонента порядка 1 нанометра.
Полученные результаты имеют практическое зна-чение для обеспечения различных процессов, где применяются катализаторы, содержащие в качестве активного компонента драгметаллы: Благодаря уве-личению активности на несколько порядков содер-жание последних можно свести к минимуму. Учиты-вая, что основная доля стоимости таких катализато-ров, 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 катализато-ров нового поколения позволило Институту катализа в 2003-2006 гг. успешно выполнить проект государст-венного значения "Разработка и промышленное осво-ение катализаторов и каталитических технологий но-вого поколения для производства моторных топлив".
В числе его результатов - катализаторы крекинга. Совместно с Институтом проблем переработки углево-дородов СО РАН (г. Омск) разработана и внедрена в промышленное производство на ОАО "Сибнефть-Ом-ский НПЗ" серия наноструктурированных цеолитных катализаторов крекинга марки "Люкс", которые соот-ветствуют уровню лучших зарубежных катализаторов. С 2004 г. катализатор эксплуатируется на двух промы-шленных установках крекинга в ОАО "Сибнефть-ОНПЗ". По сравнению с ранее используемым катали-затором, выход бензина увеличился на 2,5-3%.
Сейчас уже разработана новая версия катализа-тора крекинга, обеспечивающая выход бензина кре-кинга не ниже 59-60% масс, что абсолютно превос-ходит известный мировой уровень. Использование этого катализатора позволит дополнительно произ-водить на российских НПЗ до 1 млн тонн бензина в год из того же количества сырой нефти. Либо эконо-мить до 3 млн тонн нефти при сохранении объемов производства бензина.
Разработаны также теоретические и технологичес-кие подходы к созданию катализаторов глубокой гид-роочистки. На их основе получен отечественный ката-лизатор для процесса глубокой гидроочистки дизель-ных фракций (ИК-ГО-1), который обеспечивает сни-жение содержания серы в продукте очистки ниже 50 ррт, что отвечает требованиям стандарта Евро-4.
Катализатор не уступает по активности современ-ным аналогам инофирм, адаптирован к отечествен-ной сырьевой базе и может использоваться в отече-ственных 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 не-прерывную 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 при-ложений, 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 наибо-лее подготовленной организацией для выпблнения таких задач.
http://www.ras.ru/
