Сотрудники Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН разрабатывают новые катализаторы сложного состава. В перспективе такие катализаторы позволят модифицировать этан и пропан — побочные продукты нефтедобычи, которые практически не используются, в ценные химические соединения для промышленности: этилен, акриловую кислоту и другие.

Нефть служит исходным сырьем для производства полиэтиленовых пакетов, пластиковых бутылок, косметики и многих других промышленных товаров. Однако природные запасы черного золота постепенно истощаются, что требует поиска и рационального использования новых компонентов, например тех, которые ранее не перерабатывались. Прежде всего, речь идет о попутных нефтяных газах, содержащих в своем составе в том числе этан и пропан.

 

Татьяна Кардаш 

Коллектив молодых ученых из Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН проводит исследования в этом направлении. «Суть в том, что мы пытаемся расширить базу веществ, использующихся в химической промышленности, — комментирует руководитель проекта, старший научный сотрудник ИК СО РАН кандидат химических наук Татьяна Юрьевна Кардаш. — Качество нефти определяется фракционным составом: есть тяжелые, средние и легкие фракции, и в переработку идет только некоторая их часть. А попутные нефтяные газы, такие как метан, этан, пропан и бутан, как правило, просто сжигают. Мы разрабатываем новые катализаторы, позволяющие в одну стадию из этана и пропана получать этилен, акриловую кислоту и акрилонитрил». 

Этилен — очень технологичный и востребованный продукт, он используется в производстве пластика, полиэтилена, различных видов упаковки. Стандартно его получают из бензиновых фракций в установках при температуре порядка 800 °С. Этот процесс достаточно энергозатратен, поскольку требует непрерывной подачи тепла. 

«С нашими катализаторами реакции превращения могут протекать при более низких температурах: 350—400 °С, в присутствии кислорода. Химические процессы при таких условиях гораздо эффективнее по сравнению с применяемыми сегодня в промышленности методами получения этилена, поскольку требуют меньше энергии», — поясняет Татьяна Кардаш.

Исследовательница подчеркивает, что все компоненты катализатора включены в единую сложную структуру. В процессе работы эта структура нередко разрушается, и свойства катализатора теряются. В рамках своего проекта молодые ученые с помощью широкого набора современных методов исследования пытаются разобраться, как на атомном уровне формируется и разрушается активная структура катализатора и как можно сделать ее более стабильной.

«Под стабильностью подразумевается характеристика катализатора, при которой он позволяет получать нужный продукт без потери своих свойств в течение длительного времени. Наша задача — так модифицировать его с помощью дополнительных добавок из различных химических элементов, чтобы он был более стабилен в условиях реакции. Например, теллур — один из элементов, входящих в состав наших катализаторов, летуч и достаточно ядовит. Далеко не каждое предприятие захочет иметь дело с опасными выбросами. Мы пытаемся найти добавки, если не заменяющие теллур в активных катализаторах (это сложная задача), то хотя бы модифицирующие катализатор так, чтобы минимизировать потери этого летучего вещества в процессе работы», — рассказывает Татьяна Кардаш. 

 

Один из этапов работы над катализатором 

  Один из этапов работы над катализатором

 

В данный момент молодые ученые ведут поисковую работу, тестируя разные добавки из химических элементов. Они уже испытали сурьму, фосфор, висмут. Во время этой части исследования выяснилось, что добавление висмута позволяет существенно стабилизировать структуру катализатора и уменьшить потери теллура в его составе в процессе эксплуатации. Следующий этап предполагает работу с неодимом, германием, галлием. 

В исследовании принимают участие сотрудники нескольких лабораторий ИК СО РАН: структурных методов исследования, гетерогенного селективного окисления, группы исследования нанесенных металл-оксидных катализаторов и лаборатории спектральных методов. Татьяна Кардаш отмечает, что новые катализаторы в перспективе могут стать хорошей альтернативой при получении этилена из этана, а также акриловой кислоты из пропана для небольших производств. Их внедрение и использование на предприятиях позволит существенно расширить ресурсную базу химической промышленности в России. 

Проект «Стабилизация структуры активной фазы ванадий-молибден-ниобий-теллур-оксидных катализаторов для селективных трансформаций легких алканов» поддержан грантом Российского научного фонда № 17-73-20073. 

 

Юлия Клюшникова

Фото автора

Источники

Сибирские ученые создают катализаторы, эффективно перерабатывающие компоненты попутных нефтяных газов
Наука в Сибири (sbras.info), 25/03/2019
В Новосибирске создают катализаторы для модификации попутных нефтяных газов
The world news (theworldnews.net), 25/03/2019
В Новосибирске создают катализаторы для модификации попутных нефтяных газов
Новосибирские новости (nscn.ru), 25/03/2019
В Новосибирске создают катализаторы для модификации попутных нефтяных газов
ИА Regnum, 25/03/2019
Сибирские ученые создают катализаторы, эффективно перерабатывающие компоненты попутных нефтяных газов
Российский научный фонд (рнф.рф), 25/03/2019
Сибирские ученые создают катализаторы для модификации попутных нефтяных газов
RusCable.Ru, 25/03/2019
Сибирские ученые создают катализаторы для модификации попутных нефтяных газов
SMIonline (so-l.ru), 25/03/2019
Разработка новосибирских химиков позволит отказаться от сжигания попутного нефтяного газа
Новосибирские новости (nscn.ru), 25/03/2019
Разработка новосибирских химиков позволит отказаться от сжигания попутного нефтяного газа
Oagb.ru, 26/03/2019
Сибирские ученые создают катализаторы для модификации попутных нефтяных газов
Региональная энергетика и энергосбережение (energy.s-kon.ru), 26/03/2019

Похожие новости

  • 22/11/2016

    Микробные топливные элементы: альтернативный источник энергии

    Вот уже много лет человечество озабочено поисками альтернативных источников энергии: солнечные батареи, ветряные и приливные электростанции… Одним из перспективных направлений в этой области является разработка микробных топливных элементов (МТЭ), которые не только генерируют электричество, но и решают экологические проблемы.
    3911
  • 21/06/2019

    Роспатент назвал 100 лучших изобретений года

    ​Роспатент подвел итоги анализа всех патентов, выданных в 2018 году, и опубликовал список из 100 лучших изобретений ушедшего года. В их числе оказались новый метод получения графена, инновационный способ гарантированной сохранности органов для трансплантации, а также пептидный модулятор для лечения расстройств памяти.
    627
  • 14/10/2019

    Новосибирские ученые открыли новый метод управления молекулярной подвижностью в пористых металлоорганических каркасах

    Сотрудники лабораторий НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова представили исследование влияния электронодонорных «гостей» на подвижность линкеров в металлоорганическом каркасе на основе хрома MIL-101.
    223
  • 27/04/2017

    Академический, прикладной, эффективный: интервью академика Валентина Николаевича Пармона

    ​Научный руководитель Института катализа СО РАН академик Валентин Пармон считает, что настоящее мерило достижений ученого в технических науках — промышленные технологии. Валентин Пармон — один из самых авторитетных в мире ученых в области катализа и фотокатализа, химических методов преобразования энергии, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, термодинамики неравновесных процессов.
    1512
  • 23/10/2017

    Что нужно для развития химической отрасли

    ​Развитие химической отрасли немыслимо без инноваций, поэтому особое значение приобретает трансфер современных технологий. Еще лет пятнадцать назад в случае необходимости в том или ином продукте о подобной проблеме не задумывались, и нужная продукция просто импортировалась.
    1034
  • 05/10/2019

    Молодые ученые Института катализа СО РАН получили поддержку Президента РФ

    В 2019 году сразу четверо молодых ученых Института катализа СО РАН начнут получать финансовую поддержку в рамках стипендий Президента РФ. Младший научный сотрудник лаборатории фото- и электрокатализа Дина Марковская, недавно защитившая кандидатскую диссертацию, вошла в число 171 победителя конкурса на получение стипендии Президента Российской Федерации в 2019-2021 годах для молодых ученых, осуществляющих перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики.
    311
  • 13/04/2018

    Новосибирские ученые разработали катализаторы на основе цеолита

    Очистить водоёмы от сточных вод, выхлопные газы – от загрязнителей, реки – от радионуклидов: находка для экологов всего мира – разработка новосибирских химиков. Запасы этой «пасты» в России – 50 миллиардов баррелей: третье место в мире.
    728
  • 25/05/2019

    Новосибирские ученые получили грант на исследование безопасного производства и хранения водорода

    ​Водородное топливо для городского транспорта. Не фантастика, а задача, в решение которой включились новосибирские учёные. Поддержал их в этом Российский научный фонд - грантом, более чем в 20 миллионов рублей.
    502
  • 20/02/2017

    Новосибирские ученые предлагают недорогой способ утилизации отходов канализации

    ​Утилизировать отходы сточных вод с помощью катализаторов предложили новосибирские ученые. Обычно иловые осадки складируют на специальных полигонах или сжигают с применением песка. Это затратно и неэкологично.
    1619
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    1100