Катализаторы на будущее

Новосибирский Институт катализа им. Борескова СО РАН разрабатывает и изготавливает катализаторы нового поколения. Они предназначены для процессов окисления аммиака, разложения закиси азота, орто-пара-превращения водорода и других. Многие из этих катализаторов уже успешно используются в сельском хозяйстве, медицине, энергетике, нефтяной и газовой промышленностях. Корреспондент Sibnovosti.ru Артём Шершнёв побывал на опытном производстве.

Отдел, где разрабатывают и испытывают новые технологии получения катализаторов (химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не расходующееся в процессе реакции) и выпускают мелкосерийные партии по заказу производственных компаний, занимает первый этаж одного из типовых институтских корпусов, который построен в 60-х годах. Технологии – во многом революционные. Среди заказчиков «Роскосмос», «Газпром нефть», гиганты химической промышленности. Но внешний вид опытного участка весьма далек от ассоциаций, которые возникают у обывателя при словах «инновации» и «нанотехнологии».

Между тем, уверяют ученые, это оборудование позволяет им выпускать катализаторы, по параметрам не хуже западной продукции, а по стоимости – значительно ниже. Учитывая, что около 80% российского рынка занято импортными поставками, отечественные производители крайне заинтересованы в разработках института, говорит начальник научно-технологического отдела прикладного катализа Любовь Исупова. Оборудование здесь смонтировано по блочной схеме, что позволяет быстро переходить от одного технологического процесса к другому.

«Это позволяет осуществлять нам как поставки мелкими партиями на промышленные предприятия, так и делать пилотные партии для опытных или промышленных испытаний. Это основная задача, поскольку на больших предприятиях сделать это достаточно сложно. А такое производство позволяет гибко перестраиваться на любые технологии», - рассказывает Любовь Исупова.

Производственные линии Института катализа позволяют производить до 3 т катализаторов в год.

В чистом виде катализатор обычно представляет из себя высокоактивный нанопорошок. Промышленные же катализаторы выглядят как гранулы, кольца, решетки или фигурные блоки. Для их производства используют несколько технологий: пропитки (катализатор наносится на готовый носитель), таблетирование (из высокоактивных порошков изготавливаются гранулы), смешение (высокоактивные порошки смешиваются со связующим веществом и формуются в блоки). Последний способ является наиболее экологичным, поскольку «сухой» и не предполагает стоков.

Вот как выглядит процесс изготовления по этой технологии блочных катализаторов для процессов окисления аммиака. Они позволяют заменить часть платиноидных сеток в производстве на менее дорогие оксидные катализаторы без снижения показателей процесса.

Вязкую массу загружают в специальный аппарат, который под давлением пропускает ее через насадку сложной формы. Она формует длинный блок квадратного сечения, пронизанный полыми каналами. Это делается для того, чтобы увеличить активную площадь катализатора и, следовательно, эффективность его использования.

Получившуюся заготовку аккуратно нарезают с помощью проволоки на одинаковые кубики и отправляют в печь, где материал сушится и застывает в течение нескольких часов. Готовые изделия поставляют малыми партиями на предприятия, где делают азотную кислоту.

Еще один продукт, который был внедрен в промышленность, - улучшенные катализаторы процесса Клауса.

«Они служат для очистки природного газа от сернистых соединений, благодаря им газ не так дурно пахнет», - объясняет Любовь Исупова.

Гарантированный срок службы у этих гранул – четыре года, но на одном из предприятий они успешно работают пять лет и ученые готовы продлить этот срок.

Еще одно ноу-хау новосибирских ученых – технология получения катализатора орто-пара-превращения водорода, которая была разработана по заказу «Роскосмоса». Этот катализатор служит для систем хранения водорода в жидком состоянии. Если такой каталитический процесс не произошел, то в процессе хранения теряется до 25% сжиженного водорода, а когда он находится в пара-форме, то не испаряется и хранится дольше.

Наличие у «Роскосмоса» таких катализаторов принципиально важно, поскольку перед ведомством стоит задача полного перевода ракетных двигателей на водородное топливо. Это самое экологичное и энергоэффективное горючее. Уже произведено около одной тонны этой продукции.

В планах ученых строительство двух новых корпусов. В одном разместят опытное производство катализаторов, в другом – комплекс установок высокого давления, где катализаторы будут тестировать. По словам заместителя директора института по научной работе Вадима Яковлева, на реализацию проекта требуется порядка 3,5 млрд руб. Старт проекта запланирован на 2019 год, поэтапный ввод в эксплуатацию корпусов и выход на проектную мощность по разработке технологий – к 2025 году.

Строительство инфраструктуры, по мнению Вадима Яковлева, должно быть профинансировано исключительно из федерального бюджета Это обеспечит «равноудаленность от всех компаний и создаст конкуренцию». Но разработку новых технологий должны, считает ученый, финансировать потребители катализаторной продукции.

«По нашим оценкам, на каждый рубль инвестиций, которые мы планируем запросить, к 2030 году ожидается 70 руб. налоговых поступлений в федеральный бюджет», - говорит Вадим Яковлев.

В 2028 году планируется сопоставимый выпуск уже собственной мелкосерийной продукции и выполнение заказов для нефтяных и газохимических компаний. Здесь же будет происходить подготовка кадров для катализаторной промышленности.

Справка: Институт катализа был основан в 1958 году в составе Сибирского отделения Академии наук СССР. Расположен в новосибирском Академгородке. Создателем и его первым директором до 1984 года был академик Георгий Боресков. В 1995-2015 годах институтом руководил Валентин Пармон, сегодня председатель Сибирского отделения РАН. У Института катализа несколько филиалов, общее число сотрудников превышает 1 тыс.