12-17 сентября 2021 г.
в режиме онлайн
http://conf.nsc.ru/CR-24/en/
12-17 сентября 2021 года состоялась XXIV Международная конференция по химическим реакторам ХимРеактор-24, запланированная ранее на прохождение в 2020 году в кампусе Политехнического университета Милана в Италии. Эпидемиологическая ситуация в мире не позволила осуществить реальное взаимодействие участников, поэтому мероприятие прошло в режиме онлайн.
XXIV Международная конференция по химическим реакторам ХимРеактор-24 традиционно проходила под эгидой Европейской Федерации по химической технологии (EFCE). Организаторами конференции выступили Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Политехнический университет Милана, Италия. Онлайн-трансляция осуществлялась из Института катализа Новосибирского научного центра.
Традиционно программа конференции ХимРеактор фокусируется на фундаментальных аспектах и практическом применении каталитических процессов и химических реакторов, а также на разработке новых высокоэффективных каталитических технологий. Председателями конференции ХимРеактор-24 выступили профессор Александр Носков (Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирск, Россия) и профессор Жанпьеро Гроппи (Политехнический университет Милана, Италия). Международный Научный комитет возглавил академик, профессор Валентин Пармон (ИК СО РАН, Новосибирск, Россия), Объединенный Программный комитет – д.т.н. Андрей Загоруйко (ИК СО РАН, Новосибирск, Россия), заместителем председателя Программного комитета выступил профессор Маттэо Маэстри (Политехнический университет Милана, Италия).
На официальном открытии конференции выступили председатель Научного комитета конференции, Президент Сибирского отделения Российской академии наук, лауреат премии «Глобальная энергия», научный руководитель Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, академик РАН, профессор Валентин Николаевич Пармон; профессор Политехнического университета Милана Энрико Тронкони; со-председатель конференции, профессор Политехнического университета Милана Жанпьеро Гроппи; председатель Программного комитета конференции, ведущий научный сотрудник ИК СО РАН, д.т.н. Андрей Николаевич Загоруйко; заместитель председателя Программного комитета, профессор Политехнического университета Милана Маттэо Маэстри.
В своей приветственной речи В.Н. Пармон отразил историю становления конференции ХимРеактор, напомнив, что она уходит корнями в далекие 60-е годы прошлого века и, начавшись с небольших рабочих встреч всероссийского уровня, с годами мероприятие получило высокий статус, стало брендовым и широко признанным в мире. География конференций очень широка – Хельсинки, Берлин, Афины-Крит, Мальта, Вена, Люксембург, Дельфт, Лондон, Гент. Расширилась и география участников – на некоторых конференциях они представляли около 50 стран мира, от Американского континента до Дальнего Востока. Тематика форума, обсуждаемая и формируемая членами Международного научного совета, постоянно расширяется и модифицируется по мере появления новых прорывных направлений, благодаря чему она обязательно включает новейшие фундаментальные и практические достижения в области каталитических процессов и химических реакторов. Направления развития перспективных реакторов и технологий учитывали необходимость перехода на альтернативные источники энергии. Экологические тенденции также оказали сильное влияние на формирование тем. В своей приветственной речи д.т.н. А.Н. Загоруйко проиллюстрировал историю становления конференции ХимРеактор статистическими данными, рассказал об учреждении почетной лекции, посвященной памяти основателя конференции, профессора М.Г. Слинько. Дополняя историческое прошлое конференции ХимРеактор, профессор Енрико Тронкони предложил вспомнить, что Политехнический университет Милана участвовал в становлении форума в лице известного профессора Пио Форзатти, который был одним из немногих иностранных участников во времена его проведения в СССР.
Важным ноу-хау конференции ХимРеактор является система перекрестной квалифицированной оценки заявок на доклады, в которой участвуют эксперты из России и принимающей страны. Такая система обеспечивает высокую объективность отбора устных докладов, что гарантирует высокий научный уровень основной программы конференции. Она успешно применяется уже более 10 лет на конференциях Химреактор и некоторых иных научных мероприятиях Института катализа и даже была заимствована рядом европейских университетов для проведения своих крупных международных конференций и симпозиумов.
По итогам отбора в конференции ХимРеактор-24 приняли участие более 250 специалистов из 38 стран мира. Научная программа включала 6 пленарных лекций, 6 ключевых лекций, 113 устных докладов, 14 флэш-презентаций и около 80 стендовых докладов.
Научная программа конференции ХимРеактор-24, представленная на заседаниях четырех секций, фокусировалась на следующих научных направлениях:
По сложившейся традиции, пленарную сессию открыл доклад, посвященный основателю конференции, профессору М.Г. Слинько. Почетная лекция памяти профессора М.Г. Слинько была учреждена Программным комитетом конференции ХимРеактор в 2008 году. С тех пор она звучит на каждой конференции. Право чтения лекции по направлениям научной деятельности М.Г. Слинько предоставляется известным в мире ученым, работающим в области химической технологии, а право выбора лекторов всегда остается за членами Международного научного комитета конференции. На конференции ХимРеактор-24 эта честь выпала выдающемуся ученому, профессору Ги Марану (Университет Гента, Бельгия).
Основная идея лекции профессора Марана, отраженная в ее названии, заключалась в том, что ключевым моментом оптимизации и интенсификации химических процессов и разработки инновационных технологий является знание термодинамических и кинетических закономерностей протекания химических реакций и теории инжиниринга химических реакторов. В лекции рассматривается возможное использование этих знаний в промышленной практике для решения задач, связанных с глобальными климатическими изменениями, которые могут потребовать большего, чем постепенная оптимизация существующих процессов. Это открывает новые возможности для внедрения методов, основанных на интенсификации процессов и альтернативных энергоносителях, а также альтернативном сырье. Профессор сфокусировал свои доводы на процессе производства этилена, одном из многотоннажных процессов, на который приходится 10% выбросов CO2 во всей отрасли химической промышленности. Улавливание и использование выбросов CO2, производимых химическими и другими крупными промышленными источниками, такими как металлургическая и цементная промышленность, становится очень важным в контексте изменения климата. По мнению профессора Марана, параллельно с обсуждением прикладного аспекта химической инженерии, необходимо уделить внимание теоретическим аспектам, например, химической кинетике, которая не только демонстрирует количественные данные, но и дает представление о механизмах протекающих химических реакций. Огромный прогресс, достигнутый за последние десятилетия в области вычислительных методов в химии и инженерии, позволяет осуществить плавный масштабный переход на всех уровнях от выработки концепции до промышленной реализации. Однако экспериментальная проверка таких результатов вычислений всё-таки остается обязательной на ближайшие десятилетия. В лекции был представлен обзор существующих методов интенсификации каталитических процессов, а также их взаимных связей.
Продолжил пленарную сессию доктор Роберто Зеннаро, представитель одной из крупнейших мировых нефтегазовых компаний Eni, Италия, имеющий 30-летний опыт работы в области химической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой и энергетической промышленности. Его лекция была посвящена прорывным направлениям, связанным с технологиями энергетического перехода, а именно с производством водорода, а также улавливанием, хранением и утилизацией СО2
Доктор Зеннаро проинформировал аудиторию о том, что Европейская комиссия в рамках «Зеленого курса» представила новые чрезвычайные цели по декарбонизации Европейского Союза с целью достижения нулевых выбросов к 2050 году и их промежуточного сокращения на 55% в 2030 году по сравнению с 1990 годом. Этот вопрос в ближайшие тридцать лет представляет собой уникальную проблему для мирового энергетического сектора, на который сегодня приходится около трех четвертей выбросов парниковых газов в Европе, затрагивая все отрасли промышленности. С этой целью в рамках европейской программы энергетического перехода и декарбонизации необходимо мобилизовать широкий спектр технических решений для обеспечения экономически безопасного энергоснабжения.
Доктор Зеннаро отметил, что хотя возобновляемые источники энергии, электрификация и энергоэффективность являются очевидными и признанными факторами декарбонизации, неясно, достаточны ли они для достижения амбициозной цели ЕС. Он констатировал, что возобновляемый и низкоуглеродистый водород – это источник полезной и чистой энергии, который в основном рассматривается в цепочке поставок энергии в качестве сырья для синтетического топлива и промышленных процессов (высокотемпературное отопление). Возобновляемый водород (зеленый водород) производится из биомассы или посредством электролиза, в то время как низкоуглеродистый водород (синий водород) – из ископаемого топлива с использованием технологий с низким уровнем выбросов. Голубой водород — это гибкий процесс, который уже давно и широко применяется для крупномасштабного производства водорода, и он будет использоваться до появления производств зеленого водорода, пока энергетический сектор не будет полностью декарбонизирован за счет возобновляемых источников энергии, т.е. не раньше 2040 г., возможно 2050 г.
Компания Eni считает, что технологии производства водорода дополняют друг друга, а не конкурируют друг с другом, при этом существует потребность в наличии различных технологий производства водорода, а также в разработке технологий экологически чистого производства водорода из отходов.
Далее доктор Зеннаро рассказал о способах производства водорода компанией Eni, обязательствах компании по снижению выбросов углекислого газа в этой отрасли, компаниях-компаньонах, присоединившихся к решению этой проблемы, а также о вопросах транспортировки водорода, улавливания и хранения CO2. Он отметил, что производится оценка технической и экономической осуществимости производства возобновляемого водорода и решения проблем декарбонизации.
Большой интерес у аудитории вызвала лекция профессора Фрика Каптейна (Университет Дельфта, Нидерланды) об
интенсификации процессов с помощью структурированных катализаторов и реакторов.
В своей лекции профессор Каптейн в первую очередь отметил, что интерес к структурированным катализаторам неуклонно растет в связи с тем, что уже давно доказаны потенциальные преимущества этого типа катализаторов. Создание принципиально новых гетерогенных каталитических процессов и работа над увеличением эффективности, интенсификации уже существующих – это задача, решение которой актуально во многих отраслях. В последние десятилетия, после успешного внедрения в систему контроля выбросов монолитных (блочных) катализаторов, благодаря их низкому перепаду давления, устойчивости к истиранию и возможностью управлять селективностью реакций, структурированные катализаторы широко исследовались и нашли практическое применение в различных каталитических процессах. Это открыло новые подходы к оптимизации реакторов с неподвижным или кипящим слоем катализатора, где структурирование позволяет найти эффективный компромисс между противонаправленными факторами процесса.
Стремление к интенсификации процессов привело к появлению новых направлений совершенствования катализаторов классических реакций. Использование металлических пен в качестве носителя катализатора оказалось успешным при получении чрезвычайно эффективных катализаторов для процесса Фишера-Тропша. Новые технологии, такие как аддитивное производство/3D-печать, открывают новые возможности для разработки принципиально новых каталитических систем.
Профессор Фаусто Галуччи из Университета Эйндховена, Нидерланды, посвятил свою лекцию достижениям в области разработок мембранных реакторов и реакционно-сепарацинных процессов.
Профессор Галуччи начал лекцию с констатации факта, что интенсификация процессов может дать импульс развитию химической промышленности с точки зрения повышения энергоэффективности, создания чистых, безопасных технологий и снижения выбросов. Интенсификация процессов может рассматриваться как очередная революция в химической промышленности, которая может привести к потенциальной экономии энергии, эквивалентной 1 млн тонн условного топлива в год.
Однако интенсификация – это очень широкая область, и во многих случаях это просто новое и более приятное название методов, которые уже применялись в химической промышленности. Но все-таки реальная оптимизация – это не только устранение узких мест уже работающих на промышленном уровне технологий, но и стратегии, которые могут открыть новые возможности для осуществления процессов, недоступные в обычных системах.
Профессор Галуччи резюмировал наиболее интересные концепции, представленные разными авторами. Он разделил стратегии на четыре категории, в которых интенсификация может быть достигнута либо в одной, либо в нескольких из этих областей:
Профессор Фаусто Галуччи считает, что интересная стратегия достигается в областях синергии факторов процесса. Как правило, интегрированными функциями являются реакция и разделение или управление реакцией и теплом. Интеграция функций позволит снизить капитальные и эксплуатационные расходы по сравнению с традиционными системами, в которых эти функции разделены
По мнению профессора Галуччи, перспективными концепциями являются концепция мембранного реактора, в которой мембранное разделение интегрировано с реакцией, и совмещённые реакционно-сепарационные процессы, в которых разделение веществ достигается с помощью средств, отличных от мембран (например, сорбентов).
Лекция профессора Аннеми Богертс (Университет Антверпена, Бельгия) была посвящена инжинирингу плазменных реакций. Профессор Богертс констатировала, что плазменные технологии приобретают все больший интерес для осуществления различных процессов конверсии газов, таких как преобразование CO2 и CO4 в ценные продукты нефтехимии и получение азотсодержащих соединений, то есть вносят свой вклад в развитие зеленой химии.
Профессор Богертс объяснила, что плазма – это частично или полностью ионизованный газ, создаваемый под действием электричества и образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Важнейшей особенностью плазмы является ее квазинейтральность. Это означает, что объемные плотности положительных и отрицательных заряженных частиц, из которых она образована, оказываются почти одинаковыми. Перевод веществ в состояние плазмы увеличивает их реакционную способность. Термодинамически или кинетически лимитированные реакции могут протекать при умеренных температуре и давлении газа, поскольку активация газа осуществляется электронами. Обычно плазменные реакторы работают при атмосферном давлении, а газ вводится при комнатной температуре. Плазменная технология требует низких капитальных затрат. Кроме этого, плазменные реакторы можно быстро вводить в действие и останавливать; поскольку такие реакторы работают с электричеством, они весьма перспективны для аккумуляции энергии в системах выравнивания суточных колебаний производства и потребления электроэнергии в энергосетях.
Профессор Богертс отметила, что для более глубокого осмысления процессов преобразования, энергоэффективности и формирования продукта требуется хорошее понимание основных механизмов. Этого можно добиться с помощью компьютерного моделирования, подкрепленного экспериментами, что включает моделирование химии плазмы, а также моделирование конструкций реакторов различных типов, обычно используемых для конверсии газа. Аннеми Богертс дала краткое описание различных типов плазменных реакторов, используемых для конверсии газа и решения задач «зеленой химии», представила обзор современного состояния плазменной конверсии CO2 и CH4, связывания N2 с помощью различных типов плазменных реакторов, а также краткое обсуждение возможностей и основных возникающих при этом проблем.
Плазма – очень реактивная среда, но не селективная. Для повышения селективности используются катализаторы. Профессор Аннеми Богертс продемонстрировала аудитории результаты различных способов моделирования, позволяющих лучше понять основные механизмы плазменного катализа.
Посредством метода отслеживания частиц можно выявлять траектории движения молекул через реактор, что позволяет определять, с какой плотностью и температурным профилем газа они имеют дело при прохождении через реактор. Эта информаvия затем используется в качестве исходной при кинетическом моделировании процесса.
Заключительную пленарную лекцию «Преобразование устойчивой энергии: электрические реакторы» представил профессор Иб Чоркендорф (Датский технический университет, Копенгаген, Дания).
Профессор Чоркендорф начал свою лекцию с размышления о том, что наше будущее многие рисуют без ископаемого топлива – энергия будет поступать в виде электричества, в основном от ветряных и фотоэлектрических устройств. Он обозначил, что Дания – мировой лидер в области ветроэнергетики. Солнечная энергетика в этой не самой солнечной стране развивается высокими темпами – солнечные электростанции за недавнее время произвели рекордное количество электроэнергии. Но нужно иметь в виду, что энергоресурсы будут непостоянны вследствие зависимости от климатических изменений; хотя они могут быть доступны на какое-то время, потребуется быстрая корректировка подходов к доступности энергии. Положительным факторам является то, что электрификация, прежде всего, приведет к значительной экономии энергии, поскольку электричество является гораздо более эффективным источником энергии из-за его высокой эксергии. Тем не менее, как отметил профессор Чоркендорф, не все можно электрифицировать, поэтому потребность в производстве топлива, например, для дальнемагистрального транспорта и, в частности, для авиации, все-таки останется. И по-прежнему будет существовать спрос на химикаты.
Профессор Чоркендорф заострил внимание аудитории на двух подходах к вопросу электрификации химической промышленности – это использование электрокатализа и замена ископаемых ресурсов, например, за счет использования эндотермических реакций с электрической компенсацией требуемых энергозатрат. В электрокаталитических процессах, на его взгляд, следует избегать высоких температурных градиентов, которые потенциально могут осложнять запуск реакторов и вызывать отложение углерода на катализаторах. На примере одной из наиболее сложных эндотермических реакций, а именно парового риформинга, Иб Чоркендорф продемонстрировал и проиллюстрировал возможности различных методов управления температурными режимами, их преимущества, особенности и перспективы.
Ключевые лекции на конференции ХимРеактор-24 представили профессор Владимир Сергеевич Арутюнов, Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (Москва, Россия); профессор Паул Дауэнхауэр, Университет Миннесоты (Миннеаполис, Миннесота, США); профессор Ханнсйорг Фройнд, Технический университет Дортмунда (Дортмунд, Германия); профессор Луис Гандиа, Государственный университет Наварры (Памплона, Испания); профессор Сулио Линич, Университет Мичигана (Анн-Арбор, Мичиган, США); профессор Руфат Шовкетович Абиев, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет).
Активность, с которой прошли сессии устных докладов, подтверждает интерес всей аудитории к тематике и высокий уровень представленных презентаций.
Не меньший интерес вызвала и стендовая сессия. 14 докладов были представлены в формате пятиминутных флэш-презентаций, позволявших отразить ключевую направленность доклада и продемонстрировать несколько слайдов. Остальные стендовые доклады были заранее размещены на сайте конференции в формате PDF-презентаций. С ними участники могли ознакомиться еще до конференции. К открытию конференции был создан онлайн-форум в Google Group со ссылками на PDF-презентации, на котором была возможность обсудить доклады с автором в интерактивном режиме. Окончательное обсуждение состоялось на двухчасовом заседании стендовой сессии в рамках научной программы конференции.
Проведение мероприятия в формате онлайн стало первым опытом в широком спектре организуемых Институтом катализа конференций ХимРеактор, традиционно проходящих в очном режиме. Приятно осознавать, что организаторам удалось создать атмосферу, которая позволила большому количеству участников, находящихся в разных частях света (от американского континента до Дальнего Востока) стать частью великолепного форума, окунуться в волну новой информации, дебатов, споров, получить удовольствие от общения друг с другом, и даже насладиться запоминающимся танцевально-певческим а-ля фуршетом с бокалом вина, музыкой, песнями и танцами.
Труды конференции ХимРеактор-24 традиционно будут опубликованы в виртуальном специальном выпуске Chemical Engineering Journal (Elsevier Science), который на сегодня является одним из ведущих мировых изданий в сфере химической технологии (импакт-фактор 13.273).
На закрытии конференции обсуждались вопросы модернизации тематических направлений конференции ХимРеактор, перспектив ее дальнейшего развития, выбора места проведения следующих мероприятий. Было получено несколько предложений по месту проведения следующей, XXV Международной конференции по химическим реакторам ХимРеактор-25, в том числе от представителей делегации Канады о проведении форума на американском континенте – в Канаде или Мексике. Аудитория с удовольствием поддержала выступление руководителя департамента Института микроинженерии и микросистем им. Фраунгофера (Майнц, Германия), профессора Гюнтера Колба с предложением провести конференцию ХимРеактор-25 в Германии.
Материал подготовили:
А.Н. Загоруйко, А.С. Носков, Т.В. Замулина
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
