6 января 2000 г. - 70 лет академику Александру Евгеньевичу ШИЛОВУ
Дорогой Александр Евгеньевич!

Научный совет по катализу и редакция "Каталитического бюллетеня" сердечно поздравляет Вас с 70-летием!

Рады приветствовать Вас, крупного ученого с мировым именем, сочетающего интенсивную творческую деятельность с напряженной научно-организационной работой! Ваша огромная энергия, целеустремленность и трудолюбие, опыт и преданность делу, блестящая эрудиция, подлинная интеллигентность, восхищающие всех, кому посчастливилось общаться и работать с Вами, завоевали искреннее уважение Ваших коллег и друзей во всем мире. Сочетая руководство институтом с активной работой в Бюро Отделения общей и технический химии РАН Вы подготовили много высококвалифицированных специалистов. Искренняя заинтересованность в результатах работы сотрудников и учеников позволила Вам воспитать несколько поколений исследователей, создать атмосферу творчества и постоянного поиска. Достижения Вашей школы стали лучшим подтверждением правильности заданного Вами пути.
     Желаем Вам, дорогой Александр Евгеньевич, доброго здоровья и сил для решения стоящих перед Вами задач, творческих успехов и удач, личного благополучия, стабильности и счастья!

31 января 2000 г. - 60 лет
член-корр. РАН Валерию Васильевичу ЛУНИНУ
Дорогой Валерий Васильевич!

Научный совет по катализу и редакция "Каталитического бюллетеня" поздравляют Вас со славным 60-летним юбилеем!

Мы знаем Вас как одного из крупнейших специалистов в области физической химии и катализа, организатора науки и человека, сердцем болеющего за будущее страны. Ваши исследования в области каталитической химии циркония как катализатора для процессов нефтепереработки создали основу целого направления каталитической науки.

Ваша энергия и целеустремленность, Ваши глубокие всесторонние знания, преданность делу выдвинули Вас в число ученых и организаторов, являющихся сегодня опорой Российской Науки. Вы проявили себя прекрасным педагогом будучи деканом химического факультета в Университете, по праву носящего имя основателя Российской науки.

Уверены, что Ваш опыт, знания и неутомимая энергия будут и дальше служить развитию отечественной науки, особенно в это не простое время.

Доброго здоровья Вам, дорогой Валерий Васильевич, новых творческих успехов, идей и открытий, талантливых учеников, счастья и личного благополучия!

Как и в предыдущие годы, Научный совет по катализу представил в Отделение общей и технической химии РАН Отчет о научно-организационной деятельности Совета в 1999 году и Отчет о важнейших результатах фундаментальных и прикладных исследований в области катализа, полученных в истекшем году с участием членов Академии наук, работающих в ВУЗах и отраслевых институтах.

Отчет о Научно-организационной деятельности
Научного совета по катализу

При содействии, организационной помощи и под эгидой Научного совета по катализу (НСК) в 1999 году были проведены следующие важнейшие для научной общественности мероприятия.

1. Китайско-российский двухсторонний симпозиум по катализу (15-1 9 июня 1999 г.; Далян, Китай);
2. Международная конференция памяти академика К.И.Замараева "Физические методы для исследования катализа на молекулярном уровне" и в рамках этой конференции - сессия INTAS (28 июня - 2 июля 1999 г.; Новосибирск);
3. Семинар РФФИ " Современные тенденции развития малотоннажных химических продуктов; научные основы использования, интеграция исследований и инновации для создания конкурентоспособных технологий" (16-18 сентября 1999 г.; Нижнекамск).

Научный совет по катализу способствовал формированию и поддержке делегации ученых из разных городов России, выехавшей на 4-й Европейский конгресс по катализу "Catalysis and chemical technologies for a sustainable future" (5-10 сентября 1999 г.; Римини, Италия).

Научный совет по катализу продолжает ежеквартально выпускать свой печатный информационный орган - Каталитический бюллетень (КБ). В 1999 году были выпущены несколько брошюр КБ.

      Председатель и секретариат Научного совета по катализу продолжают сотрудничать с Министерствами, Академией наук, Государственными научными центрами, институтами разных ведомств и другими организациями и ведомствами России, а также ближнего и дальнего зарубежья с целью взаимодействия по различным вопросам, касающимся научной, научно-организационной, учебно-преподавательской и общественной деятельности в области катализа.

Примеры результатов фундаментальных и прикладных научных исследований за 1999 год в области катализа, представленные научными организациями в Научный совет по катализу

1. Разработка и промышленная реализация технологии двухступенчатого окисления аммиака в производстве азотной кислоты на основе сотового оксидного катализатора.

Работа получила премию Правительства Российской Федерации в области науки и техники за 1999 год.

Россия имеет более чем 25-летний опыт работы и прочный приоритет в разработке и внедрении в промышленность ряда модификаций двухступенчатого процесса оксиления аммиака при атмосферном давлении, в котором в качестве катализаторов 1-й и 2-й ступеней используются соответственно платиноидные сетки и слой неплатиноидного оксидного катализатора в виде беспорядочно уложенных гранул. Для повышения мощности установки производства азотной кислоты окисление аммиака необходимо осуществлять под давлением. Многочи c ленные попытки перевести установки под давлением на работу с нерегулярным катализатором второй ступени не увенчались успехом: двухступенчатая каталитическая система с нерегулярным оксидным катализатором имеет существенные недостатки.

В данной работе на основе результатов предварительных газодинамических исследований установлено, что дальнейший путь усовершенствования двухступенчатой каталитической системы заключается в разработке сотового оксидного катализатора 2-ой ступени. Тогда устраняются недостатки предыдущей системы, кроме того, платиноидные сетки работают в "мягких" газодинамических условиях, за счет чего повышается степень конверсии NH ₃ и снижаются потери платиноидов.

Работа посвящена разработке и промышленной реализации технологии двухступенчатого окисления аммиака с сотовым оксидным катализатором второй ступени. Детальное изучение природы каталитического действия оксидных систем в окислительно-восстановительных реакциях с помощью современных физических и кинетических методов позволило выбрать базовые типы активных компонентов (оксид железа со структурой гематита и перовскита) и оптимизировать их состав путем введения промотирующих добавок с целью обеспечения максимальной активности и селективности катализатора. Разработаны научные основы технологии приготовления катализаторов данного типа с применением высокопроизводительных безотходных технологий механохимической активации и смешения. Фундаментальная база была использована при разработке и проектировании конкретной технологической линии по производству сотовых оксидных катализаторов окисления аммиака, успешно смонтированной и запущенной в работу.

Этап создания технологии двухступенчатого процесса окисления аммиака под давлением с использованием сотового оксидного катализатора второй ступени базировался на применении метода математического моделирования в его иерархическом варианте, когда в рамках модели осуществлялся последовательный переход от реакции на поверхности катализатора к процессу в канале соты и затем в самом двухслойном пакете с учетом процессов массо- и теплопередачи .

Коммерческое использование предлагаемой разработки в установках производства азотной кислоты, эксплуатирующихся в России, позволит уменьшить массу платиноидного катализатора примерно на 25 % и снизить его безвозвратные потери на 15-20 % масс.

Технология защищена патентами России и международными заявками РСТ, а также осуществлена ее конкретная реализация на заводах - участниках проекта (д.х.н. В.А.Садыков, к.х.н. Л.А.Исупова, к.х.н. А.А.Кирчанов, к.т.н. В.А.Кузьмин, И.А.Золотарский, Н.Г.Кожевникова, В.Ю.Кругляков, ИК СО РАН; член-корр. В.В.Лунин, МГУ им. М.В.Ломоносова (Химфак); Е.А.Бруштейн, к.т.н. Т.В.Телятникова, д.т.н. В.И.Чернышов, ОАО "ГИАП"; А.И.Потеха, А.А.Хазанов, ОАО "Азот", Березники; О.Л.Глаголев, ОАО "Череповецкий азот"; С.М.Кононов, ОАО "Невинномысский азот").

2. Катализ и фотокатализ фталоцианинами в технологии, экологии и медицине.

Особенности молекулярной структуры фталоцианинов и родственных соединений (порфиразинов, нафталоцианинов и т.п.) обуславливают возможность осуществления ими функций катализаторов и фотокатализаторов окислительно-восстановительных взаимодействий между самыми разнообразными субстратами. Фталоцианины по эффективности действия в этом качестве не уступают, а часто и превосходят свои карбоаналоги - порфирины, реализующие эти функции в живой природе.

В работе рассмотрены установленные под руководством авторов закономерности влияния структуры фталоцианинов на их координационные, спектральные и каталитические свойства. Изученные закономерности, а также опыт органической и физической химии фталоцианинов позволили создать и внедрить ряд новых каталитических процессов в технологии тонкого органического синтеза. Результаты исследований использованы также при разработке оригинальных отечественных препаратов и методов для каталитической и фотокаталитической терапии онкологических заболеваний. По одному из них - "Фотосенсу" - уже завершаются клинические испытания, а по другому - "Терафталу" - клинические испытания начались в 1999 году (д.х.н. О.Л.Калия, к.х.н. Е.А.Лукьянец, член-корр. Г.Н.Ворожцов, ГНЦ РФ "НИОПИК").

3. Перспективы развития каталитических процессов и математического моделирования каталитических реакций на рубеже тысячелетия.

В продолжение работ по развитию нелинейной динамики каталитических реакций, процессов и реакторов на основе анализа истории развития катализа в ХХ веке сделана попытка обсудить пути развития математического моделирования химических процессов в ближайшем десятилетии XXI века.

В ХХ веке были решены крупнейшие проблемы катализа и каталитических реакторов в производстве удобрений,нефтепереработке, нефтехимии, полимеризации, атомной энергетике, реактивной технике, биологии, медицине и экологии.

За последние три десятилетия решено много задач нелинейной динамики каталитических процессов. Однако многиепроблемы, а именно: нелинейная динамика элементарных физико-химических актов адсорбции, поверхностной подвижности, десорбции и реакции, позволяющая получать кинетические модели каталитических реакций на макроуровне; развитие теории формирования устойчивых структур и их влияние на кинетику реакций; анализ стохастических режимов - ждут своего решения.

Нелинейная динамика каталитических реакций, процессов и реакторов является фундаментальной основой развития теории и практики катализа в XXI веке. Новый этап математического моделирования состоит в органическом слиянии натурного эксперимента, теоретических методов и вычислительного эксперимента.

В ближайшие десятилетия произойдет много изменений в производстве материалов и особенно сополимеров. В этом случае возрастет роль математического моделирования, начиная с молекулярного уровня, так как свойства материала зависят от состава и геометрии связей на атомном и молекулярном уровне.

В работах особое внимание уделялось проблемам экологического катализа. В частности, даны рекомендации для достижения ультравысокой чистоты (содержание NO меньше 5 ppm) дымовых газов от сжигания природного газа (член-корр. М.Г.Слинько, ГНЦ "НИФХИ им.Л.Я.Карпова").

4. Двухкомпонентный катализатор для селективного монохлорирования линейных, циклических углеводородов и каркасных соединений ряда адамантана.

Разработан новый двухкомпонентный катализатор, состоящий из солей марганца и нитрилов (Mn(acac) ₃ -RCN). Катализатор высокоэффективен в селективном монохлорировании линейных, циклических углеводородов и каркасных соединений ряда адамантана с помощью галоидметанов (CH ₂Cl₂, CHCl₃ , CСl ₄ ). Это позволило предложить, в отличие от ранее известных способов, препаративно удобные и селективные, с выходом 90-98 %, методы синтеза таких практически важных галоидуглеводородов, как 2-хлоралканов, 1-хлорадамантана, 1,3-дихлорадамантана и 1-ацетил-хлорадамантана (член-корр. У.М.Джемилев, ИНК АН РБ и УНЦ РАН).

Постановление

В 1998 году медали Российской академии наук с премиями для молодых ученых в областях, близких к химии, присуждены: Луковой Г.В. за работу "Электронное сообщение: новые модели в исследовании внутримолекулярных и "термодинамически невыгодных" межмолекулярных реакций переноса электрона" и Гокжаеву М.Б. за работу "Исследование микрогетерогенности и структуры свободного объема высокопроницаемых полимерных стекол"; доктору физико-математических наук Федорову В.А. за работу "Физико-химические основы ионообменных процессов в кристаллах сегнетоэлектриков и полупроводников для целей интегральной оптоэлектроники и исследования фундаментальных свойств материалов"; кандидату технических наук Григорьевой С.В. за работу "Разработка метода и автоматизированного устройства для измерения теплофизических свойств неметаллических жидкостей".

В 1998 году медали Российской академии наук с премиями для студентов высших учебных заведений в области химии и наук о материалах присуждены: студентам 6 курса Дильману А.Д. и 4 курса Тишкову А.А. Высшего химического колледжа РАН за работу "Силилирование алифатических нитросоединений как новый путь их использования в органическом синтезе"; студенту 6 курса Высшего колледжа наук о материалах Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова Лукашину А.В. за работу "Интеркаляция в слоистые двойные гидроксиды как перспективный метод получения функциональных наноматериалов".

Дипломы о присуждении Российской академией наук медалей РАН с премиями для молодых ученых и студентов высших учебных заведений вручил лауреатам президент Российской академии наук академик Осипов Ю.С.

("Поиск",N 6 (560). 11 февраля 2000 г.)

Комиссия при Президенте Российской Федерации по Государственным премиям Российской Федерации в области науки и техники сообщает, что к участию во 2-м туре конкурса на соискание Государственных премий 2000 года допущены следующие работы (в частности):

• Золотов Ю.А., Цивадзе А.Ю., Алфимов М.В., Зефиров Н.С., Иванов О.В., Плетнев И.В., Формановский А.А., Якшин В.В. " Краун-соединения в химии и технологии" . Работу выдвинул Институт общей и неорганической химии имени Н.С.Курнакова РАН.
• Краевский А.А., Куханова М.К., Бибилашвили Р.Ш., Галегов Г.А., Кайков М.И., Кононов А.В., Покровский В.В., Юрин О.Г. " Разработка стратегии получения ингибиторов вируса иммунодефицита человека и создание фосфазида - нового лекарственного препарата для лечения людей" . Работу выдвинул Институт молекулярной биологии имени В.А.Энгельгардта РАН.
• Белынцев А.М., Дворянсков В.П., Меркулов В.Н., Седельников О.Л., Семочкин А.А., Старовойтов С.П., Камордин С.И. " Создание автоматизированного промышленного производства диоксида урана для атомной энергетики" . Работу выдвинуло открытое акционерное общество " Машиностроительный завод" .
• Богачева Е.Н., Волынская А.В., Гольданский В.И., Шишков А.В., Агафонов Д.Е., Баратова Л.А., Колб В.А., Спирин А.С. " Химия горячих атомов трития как основа метода исследования поверхностных молекулярных слоев и структуры биополимеров" . Работу выдвинул Институт химической физики имени Н.Н.Семенова РАН.

(" Российская газета" , 25 января 2000 г.)

Нобелевская премия по химии за 1999 год присуждена ученому из Калифорнийского технологического института (США) Ахмеду Зевайлу за большой вклад в развитие метода ультрабыстрой спектроскопии для изучения превращений молекул в реальном времени. " За исследования переходных состояний в химических реакциях с использованием фемтосекундной спектроскопии" - так звучит формулировка Королевской академии наук Швеции.

Лауреат отмечен за свои пионерские фундаментальные исследования химических реакций с использованием ультракоротких импульсов лазерного излучения. При этом, как говорят специалисты, наблюдения за молекулами, участвующими в реакции, велись в реальном времени, т.е. за время химической реакции.

Ахмед Зевайл родился в 1946 году в Египте, где получил образование в Александрийском университете. Продолжив учебу в США, он защитил докторскую диссертацию в Пенсильванском университете в 1974 году. Проработал после этого два года в Калифорнийском университете, а затем перешел в Калифорнийский технологический институт (Пасадена), где с 1990 года руководит кафедрой химической физики, которую прежде возглавлял дважды лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг. Зевайл имеет двойное гражданство - Египта и США.

(" Поиск" , N 45 (547), 12 ноября 1999 г.)

Химическая промышленность на рубеже веков

(Продолжение)

В Москве в Министерстве науки и технологий Российской Федерации с 6 по 8 сентября 1999 года проходил Российский конгресс "Химическая промышленность на рубеже веков: итоги и перспективы". Мы публикуем некоторые из тезисов докладов, в основном касающихся перспектив каталитических, а также близких к ним технологий.

Секция: Экологически безопасные и ресурсосберегающие химические технологии и химические материалы ХХI века

Экологические проблемы химической промышленности и их решение: опыт БАСФ

Д.Ю.Мурзин (Представительство фирмы "БАСФ" в России)

Группа компаний БАСФ - химический концерн, который успешно работает в более чем 170 странах мира с различной политической, социальной и культурной обстановкой. Деятельность фирмы охватывает такие области, как производство сырья и энергетических ресурсов, различных химикатов, продуктов для сельского хозяйства, пластмасс, красителей, текстильно-вспомогательных веществ, а также таких продуктов для потребителя, как лаки, краски, информационные системы и лекарства. Наша деятельность соответствует концепции устойчивого развития, которая была согласована как совместная цель мирового сообщества на конференции ООН в 1992 году в Рио-де-Жанейро. Такое развитие понимается как процесс, который соответствует экономическим, экологическим и социальным нуждам общества сегодняшнего дня, давая возможность при этом и будущим поколениям достигать своих собственных целей. Программа "Responsible Care" ("Ответственная забота"), которой придерживается фирма, предполагает целый ряд добровольно выполняемых мер с целью постоянного улучшения окружающей среды, безопасности и здоровья. Фирма БАСФ рассматривает вопросы безопасности и защиты здоровья и окружающей среды в качестве исключительно важных и приоритетных как на уже действующих производствах, так и при разработке новых продуктов и процессов. Затраты фирмы в 1998 году, связанные с защитой окружающей среды, составили более 1,5 млрд. марок.

Несколько примеров из опыта фирмы обсуждены в докладе. Так, известно, что катализаторы широко используются для защиты окружающей среды, например, при очистке отходящих газов автомобилей. Единственная задача катализаторов в этом случае состоит в уменьшении вредных выбросов продуктов сгорания. При химическом производстве основные принципы катализа применяются намного эффективнее, так как приводят к повышению селективности процесса, при этом уменьшаются энергетические затраты. В сегодняшней химической промышленности катализаторы играют ключевую роль в 80 % различных процессах. Одним из примеров существенного прогресса, который был достигнут фирмой в области уменьшения вредного воздействия побочных продуктов на экологию, может служить катализатор синтеза акриловой кислоты. Последняя широко применяется при производстве дисперсий, лаков, суперабсорбентов и т.д. Синтез акриловой кислоты из пропилена осуществляется путем двух каталитических стадий. За 25 лет исследований количество нежелательных побочных продуктов уменьшилось на 75 %. Положительное действие катализатора проявилось как в более полном использовании исходного сырья по целевому назначению (увеличение селективности), так и в образовании меньшего количества отходов, что привело к существенному снижению потребления энергии. Последнее связано с тем, что снизились затраты на стадии ректификации и экстаркции.

Еще один пример - производство винилхлорида на площадке БАСФ в Антверпене. Цех винилхлорида был пущен в эксплуатацию более 30 лет назад, поэтому возникла необходимость полной его модернизации, связанная также с тем, что заканчивался срок эксплуатации, разрешенной фламандским законодательством. Важный продукт в производстве винилхлорида - дихлорэтан, получаемый оксихлорированием этилена в присутствии НСl и воздуха. Этот процесс сопровождается образованием побочных газов: СО, хлоруглеродов. Кроме того, в реакционной смеси содержится азот из воздуха. Чтобы уменьшить количество газов, было решено применять в качестве окислителя кислород. После модернизации из оборудования остались только реакторы и некоторые узлы теплообменного оборудования, все остальное было заменено. В настоящее время на этом производстве используется НСl на 20 % больше, чем раньше. Образующаяся в процессе вода загрязнена хлорорганическими соединениями. Для уменьшения негативного влияния на окружающую среду было решено установить дополнительную колонну-регенератор, в которой происходит удаление хлорорганики. На этом производстве есть необходимость в охлаждающей воде. До модернизации эта вода направлялась непосредственно в бассейн находящегося рядом порта. После проведения необходимых инженерных работ была создана двойная замкнутая система, которая полностью предотвращает возможность попадания органических веществ в морскую воду. Были установлены также два новых хранилища жидкого дихлорэтана емкостью по 8 тыс. м ³ с двойной обечайкой для большей безопасности. Необходимые улучшения были произведены и в системе управления производством. Всего в этот проект было инвестировано около 70 млн. марок.

В докладе рассмотрен также опыт работы фирмы по утилизации твердых, жидких и газообразных отходов (например, диоксина).

Каталитические методы для защиты окружающей среды, ресурсо - и энергосбережения

В.Н.Пармон, А.С.Носков ,Россия, Новосибирск, Институт катализа Сибирского отделения РАН)

Современные каталитические методы предоставляют широкие возможности для обезвреживания разнообразных отходов промышленных производств, а также для модернизации производств в направлении ресурсо- и энергосбережения.

Каталитические методы очистки газообразных отходов промышленных предприятий обладают универсальностью, что позволяет применять их для удаления различных токсичных соединений. В случае концентрированных газовых выбросов для их обезвреживания может быть рекомендовано их сжигание в кипящем слое катализатора или, что пока еще менее распространено в практике, глубокое окисление на слое сотового катализатора. Процессы обезвреживания на слое сотового катализатора отличаются низким гидравлическим сопротивлением (порядка 100 мм вод. ст.) и позволяют автотермично, т.е. без затрат энергии на подогрев газов, обезвреживать газы, содержащие около 10 г/м ³ органических примесей.

Для очистки газов, содержащих от 1 до 7 г/м ³ токсичных соединений (углеводороды, NO _x, SO₂ ), широкое применение находит так называемый реверс-процесс - метод, основанный на периодическом изменении газового потока в слое неподвижного катализатора. Наконец, для обезвреживания низкоконцентрированных газов, содержание примесей в которых не превышает 100 мг/м ³ , используют адсорбционно-каталитический метод, основанный на чередовании стадий адсорбции примесей при низких температурах и регенерации катализатора-адсорбента за счет подъема температуры. Этот способ применяется для удаления из газов фенола, формальдегида, стирола, толуола и других ароматических соединений.

Для очистки сточных вод катализаторы также находят применение при сжигании примесей в кипящем слое катализатора. Кроме того, в последнее время активно развиваются методы очистки сточных вод, основанные на окислении содержащихся в них примесей при температуре 150-250 ^оС и давлении 10-30 атм. на гетерогенном катализаторе. При таких условиях сточная вода остается в жидкой фазе, а содержащиеся примеси окисляются до безвредных (или менее токсичных) соединений. В качестве примеров приводятся данные по очистке сточных вод производства спиртов, сточных вод, содержащих органические соединения азота, и сточных вод, содержащих сульфиды.

Каталитические методы позволяют значительно расширить возможности вовлечения в энергопроизводство некондиционных топлив. Это происходит благодаря использованию кипящего слоя катализатора. В таких агрегатах можно применять для производства тепла отходы органических производств и отходы углеобогащения. Каталитическое сжигание отходов позволяет избавиться от образования оксидов азота, серы и СО.

Экономическое и экологическое состояние отрасли основного органического и неорганического синтеза: проблемы и перспективы

И.Н.Сенченя, (Россия, Москва, Центр подготовки и реализации международных проектов технического содействия)

Данный доклад основан на результатах отраслевого плана действий по охране окружающей среды, представленного Центром подготовки и реализации международных проектов технического содействия в рамках крупномасштабного Проекта по управлению окружающей средой, который реализуется в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации N 808 от 11 августа 1995 г. "О мерах по выполнению Соглашения между Российской Федерацией и Международным банком реконструкции и развития о займе для финансирования Проекта по управлению окружающей средой".

Представлены детальный анализ современного состояния отрасли, ее место и роль в экономике России, динамика выпуска основных видов продукции в период с 1991 по 1998 г.г., анализ подотраслей, проанализированы экспорт и импорт основной продукции отрасли, внутренний и внешний рынки. Проведено сопоставление основных характеристик отрасли с соответствующими данными для других стран.

Перед отраслью стоит целый ряд проблем, угрожающих ее финансовой жизнеспособности и конкурентоспособности на мировом рынке. Главной проблемой отрасли является ее чрезвычайная раздробленность, возникшая в результате приватизации каждого химического завода как отдельного предприятия. В отличие от крупных международных химических компаний российские предприятия не достаточно крупны, чтобы иметь низкую себестоимость единицы продукции. Многие предприятия ориентированы на один и тот же сегмент рынка. Другой проблемой является отсутствие вертикальной интеграции. Производственные связи, существовавшие в советский период, разрушены в ходе приватизации. Новые связи в рамках одного предприятия или в рамках договоров между разными предприятиями возникают очень медленно.

Технологии, используемые предприятиями отрасли, в целом устарели. Многие технологии относятся к семидесятым годам, поскольку капиталовложения в отрасль резко сократились в восьмидесятые годы. Около 70 % используемых технологий являются физически и морально устаревшими. Перед отраслью стоят и другие проблемы, общие для всей российской промышленности. Это, прежде всего, нехватка оборотных средств, которая приводит к взаимным задолженностям. Результатом этого являются широкое распространение бартерных сделок, обязательная предоплата сырья, толлинговые соглашения и увеличение объема экспортируемой продукции.

Месторасположение заводов зачастую не выгодно по отношению к рынкам сбыта и источникам сырья, так как транспортные расходы не принимались во внимание в эпоху государственного планирования. Основным видом транспорта в России является железнодорожный. Тарифы на железнодорожные перевозки сопоставимы с европейскими и вдвое выше, чем в США. Многие предприятия неэффективно используют энергию. После того, как цены на природный газ и электроэнергию стали сопоставимы с мировыми, их доля в себестоимости продукции увеличилась до 25 %.

Экологические проблемы, стоящие перед отраслью, тесно связаны с экономическими проблемами. Старые технологии, несомненно, являются более загрязняющими и ресурсоемкими в сравнении с современными. Поэтому модернизация отрасли будет одним из основных средств для улучшения экологической ситуации. Некоторые экологические проблемы останутся даже после модернизации отрасли.

Переработка и накопление твердых и опасных отходов являются наиболее серьезной экологической проблемой. В России не хватает мощностей по переработке и хранению опасных отходов. Фосфогипс, который образуется при производстве фосфорных удобрений, хотя и относится к малотоксичным отходам, но накоплен на некоторых предприятиях в больших количествах, что привело к загрязнению грунтовых вод. Вызывает большую озабоченность также скопление высокотоксичных отходов, например, содержащих шестивалентный хром, на предприятиях, производящих пигменты, и ртутьсодержащие отходы предприятий, производящих хлор и каустическую соду ртутным методом. Результаты ранжирования крупнейших предприятий отрасли по уровню воздействия на окружающую среду свидетельствуют о том, что почти половина из них находится на грани допустимого или является неприемлемым.

Необходимы существенные изменения в отрасли основной органической и неорганической химии для повышения ее финансовой жизнеспособности и улучшения экологической ситуации. Необходимы действия по реструктуризации как всей отрасли, так и отдельных химических предприятий. Наиболее важными изменениями, касающимися повышения финансовой жизнеспособности отрасли, являются следующие: консолидация предприятий как вертикальная, так и горизонтальная; модернизация производственной базы; государственный контроль за деятельностью монополий (природный газ, электричество, железнодорожный транспорт); развитие внутренних рынков; привлечение внешних и внутренних инвестиций; освобождение новых инвесторов от штрафов за загрязнение окружающей среды, произведенное до инвестирования.

Для улучшения экологической ситуации в отрасли и повышения эффективности мероприятий по охране окружающей среды необходимо следующее:

1. Строительство установок по переработке опасных отходов в регионах.
2. Разработка программы рекультивации земель с целью выявления участков почв и подземных вод, загрязненных химическими предприятиями, и их восстановления и очистки.
3. Модернизация контроля за загрязнением воды и воздуха на предприятиях.
4. Пересмотр существующих нормативов качества поверхностных вод и атмосферного воздуха и приведение их в соответствие с международными нормами.
5. Установление минимальных технологически обоснованных лимитов выброса для новых и модернизируемых установок.
6. Разработка учебных программ для повышения эффективности системы управления природоохранной деятельностью и управления опасными отходами на уровне предприятий.

Реализация описанных выше изменений обеспечит также привлекательность предприятий для внешних и внутренних инвесторов, поскольку изменения приведут к более приемлемому правовому и налоговому климату для инвесторов, а также к появлению жизнеспособных компаний, в которые можно инвестировать средства.

Химия как фактор оздоровления окружающей среды

А.А.Соловьянов (Россия, Москва, Государственный комитет по экологии)

Химическая промышленность относится к числу отраслей, представляющих наибольшую опасность для окружающей природной среды, поскольку в результате функционирования ее предприятий в атмосферный воздух, поверхностные водоемы и почву попадает значительное количество разнообразных вредных веществ, а большие территории изымаются под различные объекты, в том числе для размещения жидких и твердых отходов, варьирующихся по степени опасности. Но при этом химические предприятия производят широкую номенклатуру продукции, без которой невозможно решить экологические проблемы, порождаемые не только ими самими, но и всеми другими отраслями экономики, в том числе коммунальным хозяйством, оборонной промышленностью, агропромышленным и топливно-энергетическим комплексами и др. Кроме того, химическая промышленность производит большое количество продукции, которая сама по себе направлена на решение глобальных экономических проблем, например, на сохранение и восстановление озонового слоя Земли, снижение парникового эффекта и др. К числу основных видов химической продукции, которая используется для защиты и оздоровления окружающей природной среды, а также снижения негативного антропогенного воздействия, относятся:

• химические препараты, сорбенты, фильтры, мембраны для очистки и обеззараживания сточных вод и для водоподготовки;
• катализаторы для очистки выбросов промышленных предприятий, а также дымовых и выхлопных газов;
• химические препараты для улучшения структуры почв и земель и их реабилитации, в том числе для очистки и реабилитации замазученных почв и земель;
• сорбенты для сбора с водных поверхностей нефти и нефтепродуктов, а также разлитых других вредных веществ;
• технические средства для предотвращения распространения нефтяных загрязнений по поверхности водоемов (боны, маты и др.);
• пестициды для борьбы с вредителями лесных насаждений и других видов дикой флоры;
• химические комплектующие для экоаналитического оборудования;
• озонобезопасные хладоагенты, средства пожаротушения;
• био- и фоторазлагаемая тара и упаковка;
• экологически безопасные моющие средства;
• экологически безопасные добавки и присадки к топливам и маслам;
• экологически безопасные химикаты для переработки бытовых отходов агропромышленного комплекса;
• солнечные элементы и батареи и другие технические средства для экологически безопасного производства и преобразования энергии;
• катализаторы фиксации углекислого газа и др.

Разработка и совершенствование химических и технических средств защиты и реабилитации окружающей природной среды, природных комплексов и экосистем должны всегда входить в число приоритетов химической промышленности.

Новые технологии в нефтехимии

С.П.Черных ,(Россиия, Москва, ОАО "Всероссийский научно-исследовательский нститут органического синтеза (ОАО "ВНИИОС"))

Главная причина значительного падения объемов выпуска химической продукции заключена в низкой ее конкурентоспособности, обусловленной наряду с другими факторами (тарифы на энергоресурсы, транспорт, налоги и т.п.) недостаточным техническим уровнем ряда производств. Поэтому создание новых передовых технологий, коренное совершенствование действующих производств, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели, являются центральной задачей ученых, проектировщиков, производственников.

Несколько примеров перспективных разработок, реализация которых была бы заметным вкладом в нефтехимическую отрасль России.

Традиционный способ получения этилена и пропилена, основного сырья для производства химической продукции, - пиролиз углеводородного сырья. Процесс отличается энергоемкостью, высокими расходными показателями по сырью и топливу. Над повышением селективности процесса по наиболее ценным продуктам работают многие ведущие фирмы мира. ОАО "ВНИИОС" совместно с ГАНГ им. И.М.Губкина и ОАО "Ангарская нефтехимическая компания" разработали принципиально новую технологию получения низших олефинов пиролизом нефтяных фракций с применением гетерогенных катализаторов. Процесс отрабатывался на демонстрационной установке. Испытательные циклы подтвердили возможность получения высоких суммарных выходов этилена и пропилена при пиролизе легкой и тяжелой фракций бензинов прямой гонки в условиях более низких температур. Для коммерциализации процесса необходимы реконструкция демонстрационной установки и проведение длительных испытательных пробегов. Лицензия на эту технологию продана американской фирме. Ведутся переговоры с другими фирмами.

Каталитический пиролиз с применением специальных сталей и сплавов предложила МГАТХТ им. М.В.Ломоносова. Получены интересные результаты, требующие крупномасштабной проверки.

В качестве альтернативного способа получения этилена может быть использован процесс каталитической окислительной димеризации метана по оригинальной технологии, разработанной ОАО "ВНИИОС". Проведены исследования на пилотной установке. Процесс может представлять интерес для регионов с большими запасами природного газа.

Для удовлетворения нужд промышленности и улучшения экологических условий производства ОАО "ВНИИОС" разработало технологические процессы получения ряда химических продуктов, в том числе изопропилового спирта, прямой гидратацией пропилена, метилэтилкетона жидкофазным дегидрированием вторбутилового спирта, сложных эфиров (бутилацетата и этилацетата), закупаемых за рубежом.

По процессу получения изопропилового спирта проведены исследования и выполнено ТЭО. Показано, что при создании узла гидратации мощностью 10 тыс. т/год себестоимость спирта снижается на 25 %, практически исключается образование сточных вод и газовых выбросов по сравнению с сернокислотным методом. Срок окупаемости - один год. Внедрение процесса следовало бы осуществлять на тех же предприятиях, где применялся устаревший метод (в городах Орск и Дзержинск).

Процесс получения метилэтилкетана (МЭК), разработанный ОАО "ВНИИОС", характеризуется низкими удельными затратами сырья, энергии и минимальным количеством отходов. Выданы исходные данные для проектирования процесса дегидрирования вторбутилового спирта в присутствии гетерогенного катализатора. В настоящее время завершаются исследования по созданию технологии производства вторбутилового спирта без применения серной кислоты. Производство МЭК может быть организовано на предприятиях: АО "Омский каучук", ОАО "Невинномысский азот", Дзержинский завод им. Я.М.Свердлова и др.

Для получения сложных эфиров разработана технология этерификации уксусной кислоты спиртами в присутствии цеолитных катализаторов. Выполнен проект установки получения бутилацетата мощностью 10 тыс. т/год для ОАО "Салаватнефтеоргсинтез". Процесс не внедряется из-за отсутствия средств.

К ресурсо- и энергосберегающим технологиям относятся также процессы олигомеризации этилена, пропилена и бутилена, содержащихся в пиролизных и крекинговых фракциях (ППФ, ББФ). Используется катализатор, разработанный ОАО "ВНИИОС" на основе соединений переходных металлов и обычных карбоцепных промышленных каучуков. Катализатор может применяться в процессах олигомеризации в высшие альфа-олефины, димеризации и содимеризации пропилена и бутиленов с получением моторных топлив, пластификаторов к маслам. Катализатор прошел испытания на опытно-промышленной установке АО "Нижнекамскнефтехим".

Другой вариант олигомеризации этилена в высшие альфа-олефины разработан в содружестве с ИХФ (Черноголовка) (теперь - ИПХФ (Институт проблем химической физики) РАН). Лицензия на процесс продана Германии.

Еще один неиспользуемый резерв - извлечение ацетилена из этан-этиленовой фракции пиролизного производства. На отечественных этиленовых заводах удаление ацетилена осуществляется методом селективного каталитического гидрирования, потери товарного этилена при этом достигают 5 %. ОАО "ВНИИОС" разработало процесс абсорбции ацетилена диметилформамидом. Выполнено ТЭО для различного типа этиленовых производств. Ацетилен, выделенный путем абсорбции селективными растворителями, может быть использован для производства химической продукции и для газопламенной обработки металлов. Себестоимость продукта существенно ниже, чем при получении ацетилена из природного газа и карбида кальция.

Повышение технико-экономических показателей в производстве низших олефинов может быть достигнуто также путем модернизации печных блоков с использованием ингибиторов коксоотложения, расширения сырьевой базы с переводом установок на более дешевые виды сырья.

Прогресс в производстве фенола-ацетона в дальнейшем, несомненно, будет связан с использованием цеолитных катализаторов на стадии алкилирования бензола пропиленом. Традиционный процесс получения кумола алкилированием бензола на хлористом алюминии характеризуется образованием значительного количества побочных продуктов в связи с недостаточным селективным действием катализатора и необходимостью нейтрализации алкилата. Для устранения недостатков, обусловленных применением хлористого алюминия, в ОАО "ВНИИОС" проверены и предложены катализаторы, приготовленные на основе промышленно выпускаемых цеолитов. Новая технология может быть применена для получения изопропилбензола на фенольных производствах в городах Омск, Дзержинск, Саратов, Уфа, Казань, Новокуйбышевск.

Катализ и жизнь

О.В.Крылов
(Продолжение, начало в N8, в N9, N10, N11 )

11. Виктор Николаевич Кондратьев

Много я общался и с другим замечательным ученым - академиком Виктором Николаевичем Кондратьевым (1902-1979 г.г.). Велики научные заслуги В.Н.Кондратьева. Он первым измерил промежуточные частицы (атомы водорода и гидроксильные радикалы) в газофазных реакциях, применяя спектральные и масс-спектральные методы.

В.Н.Кондратьев был первым учеником Н.Н.Семенова и постоянным его заместителем. Официально он считался первым зам. директора Института химической физики, но не имел права подписи под финансовыми документами. В.Н. председательствовал на заседаниях Ученого совета ИХФ, представительствовал в различных международных организациях, в том числе был президентом IUPAC (Международного Союза по чистой и прикладной химии). Среди ученых всего мира В.Н.Кондратьев пользовался авторитетом и любовью. Однако все его высокие посты как бы отскакивали от него, и он в действительности занимался лишь наукой. К нему всегда можно было запросто зайти в кабинет, открытый для всех, и там увидеть В.Н., погруженного в расчеты.

Виктор Николаевич Кондратьев написал большое число книг по физике, спектроскопии и по химической кинетике. Написал, в основном, лично, без соавторов. В последние годы В.Н. задумал систематизировать все данные по константам скорости элементарных реакций. Привлекал и меня к этому. Но всю литературную работу он проводил, в основном, сам, не пользуясь услугами референтов (как это делали его коллеги-академики). Часто его можно было видеть в библиотеке ИХФ, копающимся в литературе.

Охотно он обсуждал и экспериментальные работы по химической кинетике, но никогда не приписывался в качестве соавтора. Впрочем, в Институте химической физики это вообще не принято, в отличие от, например, Института органической химии, где каждый завлаб приписывается ко всем статьям своих сотрудников.

Длительное время В.Н. заведовал Отделом кинетики ИХФ, в который входила и моя лаборатория. Ко мне он относился исключительно хорошо, о чем свидетельствуют трогательные дарственные надписи на книгах.

Несмотря на длительную дружбу со своим учителем Н.Н.Семеновым, Виктор Николаевич был с ним на Вы. После того, как в 75-летнем возрасте Н.Н. ушел от своей жены Наталии Николаевны, В.Н., по-видимому, прекратил с ним семейные отношения. На банкете, посвященном 80-летию Н.Н., я сидел рядом с женой В.Н., Еленой Ивановной. Она попросила меня: "Покажите мне, пожалуйста, новую жену Николая Николаевича". Значит, семьями они уже не общались.

Виктор Николаевич - интеллигент с чувством глубокого собственного достоинства и в то же время скромный благородный человек. Он был рыцарем науки и не терпел примазавшихся к ней. Очень любил охоту и рыбную ловлю и относился к ним также со всей серьезностью. Он рассказывал, что перестал охотиться вместе с Н.Н.: "... он палит во всех птиц без разбора. Зачем в журавля-то стрелять?"

Умер он скоропостижно во время подледного лова рыбы на Нижней Волге.

12. Яков Борисович Зельдович

Яков Борисович Зельдович (1914-1987 г.г.) в это время уже не работал в Институте химической физики, но жил рядом, в институтском доме. Я познакомился с ним уже после смерти его первого учителя С.З.Рогинского.

От С.З.Рогинского я много слышал о Я.Б. Он рассказывал, как его знакомая в Ленинграде попросила взять 16-летнего сына Яшу лаборантом. В ВУЗе Я.Б.Зельдович так и не учился. Очень быстро сделал экспериментальную работу у С.З. и защитил кандидатскую диссертацию, в которой, в частности, описана придуманная им конструкция вакуумных кранов. Затем в 1941 г. защитил докторскую диссертацию, уже теоретическую - по теории горения. Перед самой войной Я.Б. и Юлий Борисович Харитон (1904-1996 г.г.) опубликовали статью (последнюю в открытой печати) о возможности протекания ядерной цепной реакции. После этого они ушли из Института химической физики и переключились на атомную проблему: работали в Арзамасе-16, возглавили работы по конструкции атомной бомбы, стали трижды Героями социалистического труда.

Яков Борисович был живым, остроумным человеком. Он всегда помнил, что начал свою деятельность под руководством С.З.Рогинского в лаборатории катализа. Он приходил в нашу лабораторию с поздравлениями на все юбилейные торжества: на юбилеи лаборатории, на Советы и семинары памяти С.З.Рогинского.

Когда издавали сборник, посвященный 70-летию Я.Б.Зельдовича, он попросил меня написать статью о его заслугах в катализе. Я перечитал его старые статьи. Заслуги действительно были, и я о них написал. Я.Б.Зельдович был первым, кто предложил теорию о роли диффузии и теплопередачи в катализе. Позже на эту тему написал книгу его ученик (который был старше его по возрасту) - Д.А.Франк-Каменецкий. Я.Б. первым также объяснил нелэнгмюровские изотермы адсорбции с точки зрения неоднородности поверхности. К моему удивлению, я нашел еще одну статью, в которой доказывается возможность существования катализатора в неравновесных состояниях. Почему-то она осталась в свое время незамеченной. По-видимому, еще не пришло время.

Я.Б. подарил мне книгу, где была моя статья о нем, с благодарственной надписью. На книге, правда, стояла библиотечная печать. Видимо, он ее стащил из библиотеки. Я.Б. вообще любил разные шутки.

В 1974 году я выступал на Ученом совете ИХФ, посвященном 60-летию Я.Б.Зельдовича и 70-летию Ю.Б.Харитона, и приветствовал их обоих. Говорил, разумеется, о заслугах Я.Б. в катализе. Я.Б.Зельдович к этому времени уже отошел от атомной проблемы и работал заведующим теоретическим отделом в Институте физпроблем ("капичнике"), занимался, в основном, астрофизикой. Что касается его друга и соратника Ю.Б.Харитона, то никто (кроме посвященных) тогда не знал, где он работает (а был это Арзамас-16, теперь Саров). На Совете говорили об участии Ю.Б. в открытии цепных реакций в 20-х г.г. Я сказал, что не знаю, чем он занимается, но наверняка он сделал что-нибудь важное и для катализа.

13. Неравновесные явления в катализе

В.Н.Кондратьев отчасти способствовал появлению нового направления в моей научной деятельности - изучению возбужденных молекул или, в общем случае, неравновесных явлений в катализе. Он попросил меня написать обзор по возможным реакциям на поверхности ракеты, входящей в плотные слои атмосферы. Я ознакомился с литературой и написал обзор, на который поставили гриф секретности, и этот обзор был куда-то направлен по секретной линии. Я узнал для себя, что основной вклад в нагрев поверхности ракеты вносят процессы рекомбинации атомов и релаксации возбужденных молекул, образующихся в пограничном слое. У меня возникла идея изучить процессы образования и релаксации возбужденных молекул в катализе.

Одновременно мы с В.Ф.Киселевым, обсуждая электронные процессы, происходящие при адсорбции и катализе на полупроводниках и диэлектриках, пришли к выводу о том, что эти процессы обладают неравновесным характером. Как я уже писал выше, мнение Ф.Ф.Волькенштейна о равновесном уровне Ферми как о регуляторе каталитической активности оказалось ошибочным.

В 1974 году, в значительной мере по моей инициативе, состоялась первая Всесоюзная конференция по механизму каталитических реакций. В дальнейшем такие конференции с успехом прошли в 1978, 1982, 1986 и 1990 г.г. и прекратились лишь после распада СССР. На всех конференциях формально я был зам. пред. Оргкомитета; председателями по положению были академики Георгий Константинович Боресков и Хабиб Миначевич Миначев, но всю организационную работу приходилось выполнять мне.

На первой конференции в 1974 году я выступил с пленарной лекцией о роли возбужденных состояний в катализе. Я предположил, что часть энергии каталитической реакции может расходоваться на образование возбужденных молекул, которые могут быть более реакционноспособными, чем молекулы в основном энергетическом состоянии. Лекция базировалась, в основном, на литературных данных, но из-за необычности постановки проблемы вызвала бурную дискуссию. Г.К.Боресков выступил против моих идей. Он считал, что катализ - явление равновесное, и возбужденные молекулы не должны играть большой роли в катализе.

На следующей аналогичной конференции я в своей пленарной лекции рассмотрел времена жизни элементарных процессов, определяющих катализ. И из этих данных следовали выводы о том, что возбужденные частицы и неравновесные состояния катализатора могут играть роль в самой реакции.

Возник вопрос о проведении собственных экспериментов. Вначале я надеялся на Бориса Рувимовича Шуба, который сделал кандидатскую диссертацию у С.З.Рогинского, а затем занимался возбужденными молекулами в газовой фазе, будучи в лаборатории Н.И.Ющенковой. Б.Р.Шуб с небольшой группой вернулся в катализ и обещал наладить изучение возбужденных молекул в условиях катализа с помощью новейших физических методов, сообщения о которых появились в литературе. Методы разработаны не были. Но недавно в лаборатории Б.Р.Шуба все-таки было сделано замечательное открытие: колебательная спектроскопия единичной адсорбированной молекулы. Это явление предсказал теоретик Федор Иванович Далидчик, а экспериментально осуществили Сергей Алексеевич Ковалевский и Максим Гришин.

Б.Р.Шуб с сотрудниками (Сергей Алексеевич Ковалевский, Михаил Евсеевич Рыскин, Анатолий Александрович Табачник) выполнили другую работу, связанную с возбужденными частицами: изучили гетерогенную релаксацию (дезактивацию) колебательно и электронно возбужденных двухатомных молекул на различных поверхностях (к сожалению, не очень хорошо очищенных). Совместно с теоретиками (Марком Абрамовичем Кожушнером) были высказаны предположения о возможных временах жизни возбужденных молекул на поверхности. Эти времена оказались достаточными, чтобы повлиять на скорость каталитической реакции. По материалам этой работы Б.Р.Шуб защитил докторскую диссертацию. Позднее мы с ним написали книгу "Неравновесные процессы в катализе" (М., "Химия", 1990 г.). Книга была переведена на английский язык и вышла в расширенном виде в 1993 году в издательстве "CRC Press" с предисловием крупного американского ученого Габора Соморджая.

Более интересные результаты по возбужденным частицам были получены в другой группе. Я пришел к выводу, что для изучения возбужденных молекул надо переходить на метод молекулярных пучков, позволяющий получать и исследовать молекулы в заданном энергетическом состоянии. Много времени я потратил на уговоры Игоря Ивановича Третьякова, доктора химических наук, замечательного экспериментатора, одного из старейших сотрудников лаборатории, заняться этой проблемой. Но он уперся, не захотел отойти от традиционных кинетических измерений. Взялся за эту задачу другой сотрудник из той же группы - Андрей Владимирович Скляров. Он проявил большую энергию, совместно с КБ Института спроектировал установку (была большая пачка чертежей). Установку изготовили в мастерских, и она была запущена. В ней, в основном, изучали угловое распределение десорбированных молекул после адсорбции. Результаты оказались весьма интересными. В ряде случаев молекулы вылетали узко направленным пучком, что указывало на их поступательное возбуждение. Особенно интересным было изучение десорбированных молекул СО. Если на Pt адсорбировать, а затем десорбировать молекулы СО, то они вылетают в равновесном состоянии. Если же молекулы образуются в результате рекомбинации адсорбированных атомов С и О, то вылетают поступательно возбужденные молекулы. Таким образом, молекула СО после того, как она образовалась, не опускается в потенциальную яму, а сразу вылетает с вершины потенциального барьера. А.В.Скляров, к сожалению, уехал в США и там занимается совсем неинтересными, с моей точки зрения, делами: возглавляет приборный центр, обслуживающий Висконсинский университет в г. Милуоки. Молекулярно-пучковая тематика продолжается в нашей лаборатории доктором наук Михаилом Ульяновичем Кислюком и кандидатом наук Владимиром Васильевичем Савкиным.

В лаборатории продолжались также исследования электронно возбужденных молекул на поверхности в явлении адсорболюминесценции, открытом еще в лаборатории С.З.Рогинского при адсорбции кислорода на MgO. По этой тематике Юрий Николаевич Руфов защитил докторскую диссертацию, а Александр Николаевич Ильичев и Шехерезада Хазриевна Бекова - кандидатские.

Полученные результаты позволяют совершенно по новому смотреть на элементарный механизм гетерогенного катализа. Энергия каталитической реакции может использоваться не только на возбуждение молекул, но и на перестройку поверхности, на создание новых активных центров. В этом отношении каталитическая реакция не очень сильно отличается от цепной: и там, и здесь для ускорения потребляется энергия реакции на образование новых реакционных центров, но при катализе они могут существовать и в исходной системе. В какой-то мере эти представления близки к упомянутой выше радикально-цепной теории Н.Н.Семенова - В.В.Воеводского, хотя они еще не знали, что на поверхности могут образовываться не только свободные радикалы, но и возбужденные молекулы. Общие черты цепных и каталитических реакций были теоретически рассмотрены мною в специальной статье.

Совместно с Александром Давыдовичем Берманом (ныне он - в Израиле), мы рассмотрели вопрос о фазообразовании в условиях катализа и показали, что в окислительно-восстановительных реакциях при катализе образуется неравновесная многофазная система. И в этом случае мы встретили возражения Г.К.Борескова. Согласно его представлениям, основанным на правиле фаз, в условиях стационарного катализа простые системы превращаются в однофазную систему. Но правило фаз здесь не применимо из-за неравновесности системы.

В работе с Борисом Викторовичем Розентуллером мы открыли новое явление - сдвиг точки фазового перехода под действием адсорбции и катализа (на примере превращения сегнетоэлектрической фазы BaTiO ₃ в параэлектрическую).

Надо было изучить фазообразование в условиях катализа экспериментально. Для этой цели совместно с Дмитрием Петровичем Шашкиным и Павлом Андреевичем Ширяевым были разработаны методы рентгенофазового анализа in situ , а совместно с лабораторией Виталия Иосифовича Гольданского - методы мессбауеровской спектроскопии in situ . Особенно плодотворным было сотрудничество с Юрием Васильевичем Максимовым (сейчас он - доктор химических наук). В аспирантской работе Малхаза Шотаевича Зурмухташвили (недавно убит в Грузии) были изучены фазовые превращения Bi-Co-Fe-Mo-оксидного катализатора окисления пропилена в акролеин. Оказалось, что в условиях катализа образуется устойчивая стационарная, но совершенно неравновесная фаза Fe ₂(MoO₄)₃ c большим количеством кислородных вакансий. По этим вакансиям осуществляется транспорт кислорода от центров адсорбции кислорода к центрам адсорбции пропилена.

На основании всех этих экспериментов была сформулирована концепция о том, что многофазность принципиально важна при создании селективного катализатора сложной реакции. В многофазной системе можно разделить стадии по разным активным центрам, т.е. иметь для каждой стадии сложной реакции свой катализатор. Эта концепция приобрела популярность не только у нас, но и за границей и цитируется в ряде монографий.

Совместно с Ольгой Сергеевной Морозовой были изучены фазовые превращения в гидрировании СО (в синтезе Фишера-Тропша) на железных и никелевых катализаторах. Здесь в условиях катализа образуются карбиды необычной структуры, и катализ, по-видимому, осуществляется на этих карбидах или на границе карбид - оксид.

Виктор Юрьевич Бычков обнаружил резко неравновесную фазу V ₂O₅ c большим (20 %) числом кислородных вакансий, образующуюся в условиях окисления метана на Pt/V ₂O₅ . По рентгеновским данным фаза является дефектной V ₂O₅ , а по составу близка к V ₂O₄.

К неравновесным явлениям можно отнести также автоколебания в катализе. Я уже упоминал об автоколебаниях в окислении водорода на Pt, обнаруженных мною при выполнении кандидатской работы. Позднее мы совместно с Владиславом Алексеевичем Селезневым, Ириной Лазаревной Цитовской и Ольгой Владимировной Альтшуллер открыли автоколебания при окислении малых молекул на цеолитах. Еще позже с большим успехом занималась автоколебаниями Марина Михайловна Слинько. М.М.Слинько стала одним из крупнейших в мире специалистов по автоколебаниям в катализе и вместе с проф. Егером из Бременского университета написала на эту тему книгу.

Мы изучили также иммобилизованные ферменты. В работах Михаила Владимировича Генкина, Бориса Гиршевича Вестермана, Ольги Евгеньевны Доценко было показано , что при иммобилизации ферментных белков на твердых адсорбентах образуются неравновесные структуры, резко отличающиеся от структуры соответствующих белков в растворе. Константы скорости окислительно-восстановительных реакций иммобилизованных белков могут быть как больше, так и меньше, чем таковые белков в растворенном состоянии.

14. Георгий Константинович Боресков

В 1970 - начале 1980-х г.г. я много общался с академиком Георгием Константиновичем Боресковым (1907-1984 г.г.). Г.К.Боресков был крупнейшим химиком-технологом, хорошо знал химическую промышленность, успешно внедрил в промышленность ванадиевые сернокислотные катализаторы. Он не был крупным ученым-теоретиком, но был крупнейшим организатором науки.

В конце 40-х - начале 50-х г.г. после печально известной сессии ВАСХНИЛ (август 1948 г.), когда была разгромлена советская генетика, аналогичные "идеологические" конференции прошли в некоторых других областях науки. В январе 1953 года Г.К.Боресков организовал Всесоюзную конференцию "Катализ и его роль в химической промышленности". Заручившись поддержкой ЦК, Г.К. прочел на конференции проблемный доклад, где обвинил С.З.Рогинского, Н.И.Кобозева и, конечно, западных ученых в различных идеологических ошибках. В поэме Л.А.Блюменфельда так написано про этот доклад: "Потом на кафедру вступил/ Подтянутый Боресков/ И, не стесняясь, заявил/ Уверенно и резко: / "На все теории плевать!/ Рассмотрим их критически!/ Давайте просто подбирать/ Константы эмпирически./ Моя теория проста:/ За все ответственен состав"./ И, не унизившись до лести,/ Он всех в сердцах упомянул./ И, с Н.И.Кобозевым вместе,/ С.З.Рогинского лягнул". А.А.Баландин в это время в докладах не упоминался, потому что находился в заключении. Конференция очень живо описана в поэме Л.А.Блюменфельда. Но через два месяца умер Сталин, и Лысенко из Борескова не получился.

Всю жизнь Г.К. хотел стать теоретиком, пытаясь создать всеобъемлющую теорию катализа, и изрекал внешне очень звучащие сентенции типа: "Катализ есть химическое явление" или "Катализ зависит от энергии связи". Конечно зависит. А кто в этом сомневался?

Впрочем, вождем катализа в СССР он все-таки стал. После А.А.Баландина он возглавил Научный совет по катализу, координировавший все работы по катализу в СССР. А затем с помощью опять же ЦК организовал Институт катализа Сибирского отделения АН в Новосибирске.

На посту директора Института он проявил самые лучшие организаторские качества. В настоящее время - это лучший институт катализа в мире и один из лучших научно-исследовательских институтов вообще. В Институте катализа сочетается высокий фундаментальный уровень науки с прикладной направленностью в сторону разработок новых промышленных катализаторов. Были закуплены лучшие приборы (сейчас они уже начинают стареть). Создано большое компьютерное отделение. Есть возможности и для небольших пилотных установок. Поблизости от Института создано КБ по разработкам технологии приготовления катализаторов. В Институте катализа много прекрасных относительно молодых ученых.

Заместителем директора Института Георгий Константинович выбрал Кирилла Ильича Замараева - спектроскописта из лаборатории В.В.Воеводского Института химической физики. К.И.Замараев (1939-1996 г.г.) возглавил Отдел физических методов исследования, а после смерти Г.К. стал директором Института катализа, академиком и оказался таким же хорошим организатором, как и сам Г.К.Боресков. В июне 1996 он скончался от рака. В настоящее время директор Института катализа - Валентин Николаевич Пармон, также вышедший из Института химической физики. В 1997 году В.Н.Пармон также был избран академиком.

Между Г.К.Боресковым и С.З.Рогинским были внешне вежливые, но в общем прохладные отношения. С.З.Рогинскому не нравилось, что Г.К. захватывает все командные позиции в катализе.

После смерти С.З. у меня вначале были некоторые трения в отношениях с Г.К. Однажды я был оппонентом у его аспиранта В.А.Михальченко. В отзыве я отметил, что диссертант в литературном обзоре подобрал цитируемые работы так, чтобы показать, что он везде был первым. Хотя в целом отзыв был положительным. Присутствовавший на защите академик Дмитрий Георгиевич Кнорре спросил меня: "Значит, Вы считаете, что обзор не годится?" "Да, считаю". "Тогда я призываю голосовать против". И диссертанта завалили. Через год Михальченко представил уже переделанную диссертацию. Я снова был оппонентом. На этот раз он диссертацию защитил. Г.К. не прошел мимо этой истории. Моя аспирантка Татьяна Александровна Брегадзе защищала диссертацию по каталитическому окислению на цеолитах. В ответ на посланный автореферат пришел отзыв от Г.К. с замечанием, что в автореферате не цитируются статьи Г.К.Борескова по этой тематике. Замечу, что в авторефератах вообще не принято цитировать предшественников. Это делается в тексте самой диссертации. Но что делать? Пришлось перепечатать автореферат и процитировать в нем Г.К.Борескова. Вскоре же Г.К. сменил гнев на милость. Мне кажется, в душе Георгий Константинович всегда уважал Институт химической физики. Недаром он и заместителя себе взял из ИХФ.

Большой заслугой Г.К.Борескова является установление широких международных связей. Почти везде в этой деятельности я был его заместителем. По соглашению Брежнева-Никсона было налажено прекрасное сотрудничество в области катализа с американскими учеными. Ежегодно 15 человек в ранге профессоров выезжали на 2-3 недели в США для выступлений с докладами и ознокомления с работами американских коллег. И наоборот, американские ученые приезжали с такими же визитами в СССР. Более молодые сотрудники ездили на 6-9 месяцев в США для проведения научных исследований. Из моей лаборатории в США работали (некоторые по два раза): А.В.Скляров, В.А.Селезнев, Ю.Н.Руфов, В.Н.Корчак. У нас в лаборатории в разное время стажировались 8 американских коллег: Т.Нотерман, Дж.Глэнд, Р.Партридж, Ст.Зимецкий, Ф.Рушала, А.Мадден, А.Алдаг.

Я руководил сотрудничеством с США по фундаментальным работам в гетерогенном катализе, составлявшим более половины всего сотрудничества. За период с 1974 по 1980 г.г. я был в США 6 раз; посетил ряд лабораторий. Поездки были исключительно плодотворными. Многие американские ученые (А.Вайсс, М.Будар, К.Холл, Дж.Хаппел, Г.Соморджай, В.П.Хэнзел) стали моими друзьями.

Во время последнего моего визита в США при посещении престижного Йельского университета в г. Нью-Хэйвене на меня напали негры-бандиты, вооруженные револьверами. Они отобрали у меня деньги, документы, фотоаппарат и повредили мне зрение так, что я был вынужден обратиться к американской медицине. К сожалению, уровень медицины в США, с которой я столкнулся, оказался невысоким: врачи пропустили повреждение сетчатки моего глаза, обнаруженное лишь в Москве. На состоявшемся в конце поездки Советско-американском симпозиуме в Черри-Хиллзе, вблизи Филадельфии, я разгуливал с черной повязкой на глазу, а мальчишки кричали мне: "Моше Даян!". Американские ученые на симпозиуме скинулись по 5 долларов и вручили мне деньги на покупку фотоаппарата. По возвращении в СССР мне было приказано написать отчет на имя А.А.Громыко и Ю.В.Андропова о нападении на меня в США. Эта история была затем описана в статье зам. пред. КГБ генерала армии С.К.Цвигуна, посвященной провокациям империалистов против советских граждан и опубликованной в журнале "Коммунист". Как там было написано, советские граждане дают достойный отпор проискам империалистов. Документы и билет в Москву (но не деньги) потом подбросили в подмоченном виде. По-видимому, они валялись под дождем.

Сотрудничество с американцами было резко прекращено после ввода наших войск в Афганистан.

Благодаря авторитету Г.К.Борескова были заключены соглашения о постоянном сотрудничестве в области катализа с учеными Японии, Франции, которое осуществлялось в форме двухсторонних симпозиумов, проводившихся раз в два года попеременно в СССР и в Японии (Франции). Это позволило мне побывать несколько раз в Японии и Франции и познакомиться с их работами по катализу.

Еще более тесные контакты установились с учеными социалистических стран. В 1974 году была создана Проблемная комиссия по сотрудничеству социалистических стран в области катализа. Георгий Константинович стал председателем этой комиссии, я - его заместителем, а Марина Михайловна Лебедева - ученым секретарем. Г.К. не был ни на одном заседании или мероприятии этой комиссии, полностью доверив её мне. Все мероприятия: составление планов совместных работ, организация конференций и симпозиумов, ознакомительные поездки и поездки для проведения научной работы проводились под моим руководством и при деятельной помощи Марины Михайловны, с которой у меня сложились исключительно хорошие деловые отношения. Г.К. совершенно не вмешивался. После его смерти я официально возглавил эту комиссию. Неоднократно я посещал Болгарию, Венгрию, Польшу, Румынию, Чехословакию, ГДР, Вьетнам и приобрел там много друзей.

С подачи Г.К.Борескова я стал одним из двух (вместе с ним) официальным представителем СССР (сейчас являюсь представителем России, вместе с В.Н.Пармоном; после кончины Г.К.Борескова вместо него представителем был также К.И.Замараев) в Международном совете конгрессов по катализу. Этот Совет собирается раз в 4 года во время очередного Конгресса по катализу. Бывали мы вместе с Г.К.Боресковым и во многих других поездках.

Георгий Константинович Боресков происходил из дворянской семьи. Его дед был высокопоставленным царским генералом, а отец эмигрировал с белой армией. Мать его осталась в СССР. Моя жена, Зинаида Львовна, выполнявшая дипломную работу под руководством Г.К.Борескова в Менделеевском институте, была однажды у него дома в Москве и вспоминает чопорную старую даму и строгий порядок за обедом. По-видимому, от этих корней проистекает высокая воспитанность Г.К. Однажды мы с женой во время Менделеевского съезда в Алма-Ате были в гостях у К.Кузембаева. Одновременно с нами там были 5 академиков: Г.К.Боресков, Я.М.Колотыркин, Н.Н.Семенов, Д.В.Сокольский и Н.М.Эмануэль - все мои хорошие знакомые. После приема за каждым из академиков приехали персональные машины. Так полагалось. И только один Георгий Константинович пригласил нас поехать вместе с ним.

В последний раз мы с ним были на 8-ом Международном конгрессе по катализу в Западном Берлине в 1984 году. Вместе с его последней женой Мариной Васильевной Чайкиной были в картинной галерее в Берлин-Далеме. После возвращения в СССР он остался в Москве для хирургической операции. Я заходил к нему, чтобы подписать отчет о Конгрессе, который было положено сдавать в вышестоящие органы. Он сказал мне, что боится операции. К несчастью, его опасения сбылись: он умер от послеоперационного тромба.

Резюмируя сказанное, хочу отметить, что, несмотря на некоторые указанные выше отрицательные моменты, Георгий Константинович был очень крупным ученым - организатором науки. Он прекрасно знал химическую промышленность, умело выбирал общую стратегию научных работ по катализу и способствовал поднятию авторитета каталитической науки в СССР.

(Продолжение следует)

Пробелы, нужды и возможности в промышленном катализе
(Официальный аналитический доклад NICE)

Предлагаемый читателю нашего Бюллетеня аналитический обзор о проблемах современного промышленного катализа является недавним официальным результатом деятельности Европейской сети промышленного катализа ( NI СЕ) и, без сомнения, будет интересен российским специалистам в области катализа.

Составители бюллетеня выражают искреннюю признательность Е. В. Ефимовой, взявшей на себя труд перевода данного документа на русский язык.

1.Введение

Глобализация промышленной конкуренции меняет форму производственной практики в Европе. С учетом того, что каталитические процессы являются сердцевиной химической индустрии и родственных направлений перерабатывающей промышленности, критически важно, чтобы европейские компании, в той или иной мере относящиеся к катализу, которые преодолели историческое противостояние, вступили в кооперацию, если они действительно хотят достигнуть и удержать конкурентное преимущество на мировых рынках. Научно-технические разработки требуют много времени и денег. Например, затраты на разработку металлоценов в течение последних десяти лет оцениваются в 3 миллиарда долларов США. Эти затраты сравнимы с годовым рынком катализаторов в Европе, который составляет 2,5 миллиарда долларов. Таким образом, затраты на разработку катализаторов весьма существенны, и требуется очень эффективный механизм для сокращения капитальных затрат и риска для внедрения новых научно-технических разработок в новом и крайне спекулятивном каталитическом рынке.

Таким образом, "каталитическая промышленность" в Европе должна стать более открытой для всех форм кооперации с целью ускорения внедрения инноваций и улучшения интеграции на пути от создателя катализатора до потребителя каталитического процесса. Сводя промышленных и коммерческих игроков на разных этапах этого пути, сеть промышленного катализа в Европе (NICE) сможет внести рационализацию в пред конкурентные научные исследования, осуществляемые в промышленных лабораториях, или финансируемые промышленными фондами, и таким образом сократить нерациональное дублирование и пересечение.

Компании, ориентированные на химические и родственные процессы, все больше осознают, что устойчивое развитие их индустрии существенно зависит от разработки новых и улучшения существующих каталитический процессов. Эти процессы будут более эффективными и экологически безопасными в терминах сырья и утилизации энергии и сократят до нуля производство нежелательных побочных продуктов.

Настоящий документ опубликован для того, чтобы стимулировать дискуссию и привлечь внимание каталитического сообщества к нуждам научных разработок. Документ может быть полезен для планирования научных исследований в области катализа в рамках программ Сообщества и в рамках национальных программ, а также для промышленных и академических групп внутри сети и вне ее.

Очевидно, что прогресс в различных приоритетных областях может быть достигнут, только если будут приняты во внимание следующие требования:

• для того, чтобы разработать экономически обоснованные промышленные каталитические процессы, необходима тесная кооперация между химиками и технологами уже на ранней стадии проекта. Выбор катализатора и его оптимизация на лабораторном уровне зависит от типа реактора, в который этот катализатор будет загружен. При выборе реактора технолог должен учитывать множество факторов, в том числе активность катализатора, его селективность, дезактивацию. Таким образом, технолог в свою очередь зависит от типа выбранного катализатора и условий его испытания. Кроме того, и химик и технолог нуждаются в достоверной кинетической информации для построения химической картины и следовательно для дизайна установки.
• необходимо ускорить и облегчить преодоление границ между гомогенным, гетерогенным и биологическим катализом. В биокатализаторах (ферментах) очень хорошо определены и активные центры и реакционная среда. В гомогенном катализе активные центры хорошо организованы, но реакционная среда (растворитель) не структурирована. Гетерогенный катализ очень комплексный и как правило недостаточно определен в наномасштабе в отношении и активных центров и реакционной среды. Таким образом, ожидаемый протяженный контроль над реакцией (селективностью катализатора) уменьшается в последовательности био > гомогенный > гетерогенный катализатор. С другой стороны, в терминах практического использования (простота применения, стоимость катализатора) эта последовательность является обратной. Очевидно, что нужна активная кооперация между специалистами всех трех дисциплин для создания гетерогенных катализаторов так же хорошо охарактеризованных, как биокатализаторы.

Для того, что бы выполнить эти требования, необходимо создать форум, который сможет свести в дискуссии химиков, технологов, а также био-технологов, теоретиков и специалистов в области создания новых материалов. Очевидно, что такой междисциплинарный подход необходим и при обучении в университетах с упором на катализе как на важном курсе с интеграцией гомогенного, гетерогенного и био-катализа и химической технологии.

2. Рекомендации к исполнению

Катализ будет жизненной частью движущей силы в процессах, которые удовлетворяют требованиям технологий устойчивого развития:

• высокий выход продуктов;
• низкое потребление энергии и эффективное использование сырья;
• минимизация или полное прекращение загрязнения воздуха, воды и почвы.

Мнение о том, что в будущем создание новых каталитических процессов потребует междисциплинарных научных и технических усилий и сделает границы между гетерогенным, гомогенным и био-катализом все более проницаемыми, становится все более общим. С этой целью необходимо улучшить кооперацию между химиками, технологами, материаловедами и биотехнологами.

Ведущие химические компании определили следующие области критически важные для промышленного производства.

2.1. Каталитические процессы в тонком органическом синтезе

Приоритетными направлениями в исследованиях являются твердые катализаторы, катализаторы селективного окисления, твердые основания. Следующим по рангу направлением является энантиоселективный катализ, в котором гетерогенные пути должны быть существенно усовершенствованы для более широкого использования. Следует уделить особое внимание хиларным комплексам в гомогенном и био-катализе, которые в настоящее время признаны очень эффективными.

2.2. Гетерогенный катализ в жидкофазных процессах.

Среди прочих предметов исследования наиболее значимыми являются влияние растворителей, материала носителя, а также обработка мелко дисперсных порошковых катализаторов для жидкофазных процессов и получение кинетических данных.

2.3. Испытание и охарактеризование катализаторов.

Исследование NICE показывает, что приоритетной целью научных исследований должна быть тенденция к значительному сокращению сроков разработки от первоначальной идеи до лабораторных/пилотных испытаний каталитического процесса. Методы варьируются от быстрых предварительных скрининговых методик до улучшенных способов дезактивации и моделирования. Другим приоритетным направлением является разработка аналитических методов исследования in situ.

2.4. Кинетические исследования и моделирование

Приоритетными направлениями являются:

• новые модели для химической кинетики, экстраполируемые до реальных условий реакции, а также моделирование реакторов;
• новые методы тестирования, включая быстрое накопление кинетических данных, позволяющее расширенное внедрение в разработку процесса;
• усовершенствование мониторинга и контроля.

2.5. Концепция дизайна реакторов и химическая технология

Важными объектами исследований являются многофункциональные и трехфазные реакторы, неорганические каталитические мембраны и блочные катализаторы. В дополнение к увеличению масштаба реакторов необходимо обратить внимание и на его уменьшение с целью создания мини- и микрореакторов для реальных процессов.

2.6. Новый катализ

Важным объектом исследований являются твердые основания и твердые кислоты, а также новые катализаторы селективного окисления с большой поверхностью, удовлетворяющие разнообразным условиям реакции.

К объектам второго ранга относятся иммобилизация гомогенных катализаторов и большая устойчивость к соединениям серы.

2.7. Новое сырье

Существует общее мнение, что важным являются эффективные возобновляемые источники и потоки сырья, однако не существует консенсуса относительно приоритетных типов такого сырья. Что касается невозобновляемых потоков, наиболее важным является создание процессов, основанных на прямой активации алканов.

2.8. Реактивация катализаторов и их вторичное использование.

Эти процессы в значительной мере зависят от законодательной базы.

3. Методология

Активная деятельность началась в 1997, когда члены NICE Steering Group согласились поделиться своими идеями по общим и специфическим проблемам промышленного катализа. Список тем был составлен в соответствии со следующей схемой:

1. Важность междисциплинарного подхода.
2. Каталитические процессы для тонкого химического синтеза.
3. Каталитические гетерогенные процессы в жидкой фазе.
4. Испытание и охарактеризование катализаторов.
5. Кинетика и моделирование.
6. Концепции реакторов и химической технологии.
7. Новый катализ.
8. Новые виды сырья.
9. Прочее.

После обсуждения был составлен лист вопросов и разослан всем членам NICE с целью узнать мнение компаний по поводу важности проблемы и времени возможной реализации (когда она возможно будет решена).

Двадцать три европейских компании (производители катализаторов, потребители катализаторов, разработчики процессов) приняли участие в этой инициативе. Заключения даны в главе 3. Мнение о пробелах, нуждах и возможностях в промышленном катализе основано на результатах опроса а также на заключениях рабочих совещаний NICE "Испытание и охарактеризование катализаторов" и "Катализаторы в тонком органическом синтезе".

Данный документ не является окончательной версией. Напротив, он должен стимулировать дискуссию в рамках каталитического сообщества. Исследование будет повторяться через определенные промежутки времени, и документ будет изменяться в соответствии с результатами.

4. Заключение

4.1.Каталитические процессы в тонком органическом синтезе.

Несмотря на то, что 80% базовых химических продуктов производится с использованием катализаторов, менее чем 20% продуктов тонкого химического синтеза получаются в каталитических процессах. Этот сегмент растет со скоростью, превышающей среднюю по индустрии (+10% по некоторым промежуточным продуктам). Однако, многие промышленные процессы до сих пор базируются на простом увеличении масштаба лабораторного синтеза. Налицо пробел в использовании катализа, образовавшийся не только вследствие отсутствия приемлемых каталитических процессов. Замена стехиометрических процессов на каталитические может оказать огромное влияние на сокращение количества побочных продуктов, которое зачастую на порядок превосходит количество требуемого продукта.

Эта тема обсуждалась на 2 рабочем совещании NICE (Лувен-ля-Нев, март 98), посвященном катализу в тонком органическом синтезе. Некоторые заключения являются очевидными с учетом того, что химики органики, работающие в лабораторном масштабе для разработки каталитических реакций, нуждаются в следующем:

• учебнике, посвященном каталитическим процессам в синтезе:
• лабораторных каталитических простых в использовании реакторах (как периодических так и непрерывных) стоимостью менее 20000 фунтов стерлингов.

Необходимо также установить консорциум по научным разработкам между производителями катализаторов и производителями сложных органических продуктов. Нужно как можно больше доступных катализаторов общего плана и больше базовых знаний о важных факторах.

Приоритетные научные направления охватывают твердые катализаторы, катализаторы селективного окисления, твердые основания. Направлением второго ранга является энантиоселективный катализ, в котором гетерогенные пути требуют существенного улучшения для более широкого использования. Необходимо развивать гомогенный и биологический катализ в сторону создания хилатных соединений. Необходимо также продолжать разработку непрерывных процессов.

4.2. Катализаторы для гетерогенных жидкофазных процессов.

Применение гетерогенного катализа для тонкого химического синтеза как правило требует использования жидкофазных процессов, идущих при относительно низких температурах, поскольку реагенты и продукты в большинстве случаев имеют высокий молекулярный вес, и следовательно нестабильны при высоких температурах. В то же время много базовых химических продуктов производится в жидкой фазе, например гидрирование пиролизного газа, гидрирование нитрилов в амины, восстановительное аминирование альдегидов в амины и т.д. Таким образом, существуют возможности расширенного применения жидкофазных процессов. Однако, большинство исследовательских усилий в области гетерогенного катализа направлены на газофазные процессы. По-прежнему мало фундаментальных исследований о том, что происходит с активным центром в присутствии растворителя, способного к сильной физической адсорбции, и как растворитель влияет на химическую адсорбцию реагентов. По-прежнему нет ответа на многие тривиальные вопросы, например, где именно работает катализатор в трехфазном суспензионном процессе v в объеме жидкости или же на границе жидкость-газ.

Можно идентифицировать две основные области концентрации усилий:

A. Роль растворителей, которая до сих пор плохо определена. Важными фундаментальными вопросами являются:

• как растворитель взаимодействует с активным центром? Конкурирует он с реагентами и/или продуктами за этот центр при адсорбции? Какое это имеет влияние на каталитический процесс?
• каково влияние тенденции каталитической фазы и/или носителя к сольватации/десольватации на каталитический процесс? Можно ли их модифицировать?
• как влияет на каталитический процесс ассоциация в жидкой фазе?

B. Получение кинетической информации о гетерогенных процессах в жидкой фазе очень сложно. Во многих случаях определяются только общие кинетические параметры, которые, скорее всего, лимитируются транспортными явлениями. Это является серьезным препятствием при увеличении масштаба процесса: в то время как внутренняя кинетика не зависит от дизайна реактора, транспортные явления как правило зависят от реактора. Поэтому, если транспортные явления правильно не учтены, увеличение масштаба реактора может привести к непредсказуемым результатам. Однако очень сложно извлечь внутренние кинетические параметры, извлеченные (измеренные) из общей кинетики с учетом переноса газ/жидкость и жидкость/твердое тело. Кроме того, конвекция, зависящая, например, от вязкости растворителя, как правило еще более усложняет картину. Срочно необходимы методы, позволяющие разрешить данную ситуацию.

В связи с вышеизложенным, важным также является разработка, применение и обработка тонких порошков катализаторов.

4.3.Испытание и охарактеризование катализаторов.

Приоритетными направлениями являются :

• Новые методики или концепции для ускорения испытаний на дезактивацию.
• Быстрые или параллельные методы скрининга. Эта область комбинаторной техники уже применяется в разных областях, однако в настоящее время не совсем понятно как использовать эту концепцию для газофазных и жидкофазных процессов. Требуются дополнительные исследования для определения ограничений или альтернативных методов.
• Ускорение испытаний путем in situ измерений активности и селективности, особенно в условиях приближенных к промышленным. Для этой цели необходимы новые или улучшенные быстрые методы измерений. Их следует использовать в сочетании с дизайном микрореакторов, следовательно требуются объединенные усилия каталитической химии и технологии. Системы тестирования следует расширить для нужд процессов газ/твердое тело, газ/жидкость/твердое тело. Это позволит исследовать взаимодействие твердое тело/жидкость, что очень важно для катализа в тонком химическом синтезе. Все перечисленные выше разработки могут быть использованы и адаптированы для охарактеризования катализаторов.

4.4 Кинетика и моделирование

Дизайн каталитических процессов, также как и дизайн установки, требует экстраполяции химической кинетики для моделирования каталитической реакции и реактора, дальнейшего развития компьютерной химии и квантовой химии, а также моделирования механизма реакции на молекулярном уровне. Все эти методы могут сократить сроки разработки, улучшить мониторинг процесса и методы тестирования. В процесс мониторинга включен контроль над процессом.

Приоритетными направлениями являются:

• Новые кинетические модели, экстраполируемые для нужд моделирования реакции и реактора.
• Новые подходы к тестированию, включающие быстрое накопление кинетических данных и расширяющие возможности дизайна.
• Улучшение мониторинга и контроля.

4.5 Реакторы и химическая технология.

Большинство гетерогенных катализаторов применяется в реакторах, которые были разработаны в 50е годы или еще раньше (неподвижный слой, кипяший слой, орошаемый слой, суспензионный реактор и т.д.). В установках такого типа схемы потоков весьма сложны, и процесс трудно контролировать, что имеет отрицательные последствия для активности и селективности. Следовательно, необходимо улучшить имеющиеся типы реакторов и испробовать новые концепции дизайна реакторов.

Есть две области, которые заслуживают более интенсивных исследований.
A. Модификация "классических" образцов химической технологии. Несмотря на то, что в этой области есть много ценных достижений, есть еще много желанных целей. Важными проблемами являются:

• использование данных, полученных в лабораторных микрореакторах (объем катализатора > 1 см3) для предсказания поведения катализатора в реакторах большого объема;
• использование пилотных реакторов на промежуточной стадии увеличения масштаба процесса;
• изучение аспектов безопасности (например при окислении углеводородов) и дизайн безопасных реакторов большого объема для опасных реакций;
• контроль над транспортными факторами при дизайне реактора;
• дизайн трехфазных реакторов.

B. Интенсификация процессов. Это новая область с большим ожидаемым экономическим эффектом. Соединяя реакцию и разделение в одном и том же объеме можно значительно сократить инвестиционную стоимость. Важными моментами являются:

• многофункциональные реактора, соединяющие различные операции в одном узле, такие как реактивная перегонка, мембранные реактора и т.д.;
• применение блочных катализаторов и неорганических каталитических мембран в промышленных процессах.

4.6. Новый катализ

Исследование новых каталитических процессов должно быть в центре внимания для того, чтобы позиция химической промышленности в Европе оставалась сильной. Прямое использование алканов в химических процессах, новые катализаторы окисления (силикалиты титана) и металлоцены являются примерами значительных достижений, зарожденных именно в Европе. Эту тенденцию следует продолжить. Для этой цели необходимо пробовать новые идеи на фоне имеющихся промышленных ограничений, и новые пути будут найдены в процессе разработки.

Важной областью научных исследований является поиск твердых кислот и оснований, новых катализаторов селективного окисления, а также катализаторов и носителей с большой поверхностью, работающих в тяжелых условиях.

Приоритетами второго ранга являются высокая устойчивость к соединениям серы, а также иммобилизация гомогенных катализаторов. В тонком органическом синтезе есть баланс между двумя важными направлениями, такими как гетерогенизация и иммобилизация. Следует внимательно отнестись к обоим направлениям.

4.7 Новые виды сырья.

Есть общее мнение, что при ценовой эффективности на длительном промежутке времени возобновляемые источники сырья займут важное направление в промышленной химии, и следует уже сейчас готовить катализаторы для переработки таких материалов. С другой стороны, до сих пор нет единого мнения на каких типах сырья и процессах следует сконцентрировать свое внимание, что в основном вызвано проблемами производства и доступностью потоков сырья из сельского хозяйства. Имеются следующие возможности:

• конверсия диоксида углерода в спирты;
• производство водорода при парциальном окислении спиртов ;
• трансформация сахаров в более ценные промежуточные продукты.

Другим типом доступного и дешевого сырья являются алканы. Есть намеки на то, что пропан может заменить пропилен при синтезе акрилонитрила, а бутан уже заменил бензол при синтезе малеинового ангидрида. Однако, совершенно необходимо усовершенствовать каталитические технологии для активации алканов и для конверсии алканов в более ценные продукты.

В связи с этим, метан является особым случаем. Улучшение конверсии метана в синтез газ по всей видимости является уже чисто инженерной проблемой, в то время как прямой процесс (конверсия метана в метанол в одну стадию с высокой активностью и селективностью) по прежнему остается проблемой достойной разрешения.

4.8 Регенерация и вторичное использование катализаторов.

Существует много приемлемых путей для вторичного использования и захоронения отработанных катализаторов. Они могут быть довольно дорогими, особенно для токсичных веществ. Однако, ситуация зависит от правовых норм охраны окружающей среды, которые определяют баланс между захоронением, вторичным использованием или регенерацией катализаторов. В связи с этим использование катализаторов менее вредных для окружающей среды и способы регенерации катализаторов по прежнему являются движущей силой разработки катализаторов.

ИНФОРМАЦИЯ О NICE

Председатель - Фред Хенкок

Цели

Достижения в области катализа являются критически важными для долгосрочного развития химической и нефтехимической промышленности в Европе. В июле 1996 года с помощью CEFIC и при инициативе SUSTECH группа компаний с различными интересами в области катализа и каталитических процессов объединилась в Steering Group для организации сети промышленного катализа в Европе ( NICE ). Движущей силой этого объединения явилось желание сфокусировать академические исследования в прикладных областях для нужд промышленности. За EFCAT и EFCE , представленными в Steering Group , признана ключевая роль в этом направлении. Группа предоставит форум для кооперации между промышленными партнерами и академическими центрами для поддержки научно-исследовательских программ, необходимых для нужд Европы в глобальной конкуренции.

Основания для деятельности

• Создание сети производителей и потребителей промышленных катализаторов и каталитических процессов для фокусирования научных академических усилий в Европе.
• Организация форума для обмена текущими и передовыми знаниями в науке и технологии, а также новыми идеями во всех областях катализа и каталитических технологий, важных для промышленности.
• Промотирование скоординированных, междисциплинарных и кооперативных исследований как между компаниями, так и между компаниями и академическими институтами в не-конкурентных и пред-конкурентных областях.
• Влияние на планирование и создание фондов для национальных и европейских научно-исследовательских программ в приоритетных направлениях.

Деятельность

• Публикация Gaps & Needs & Opportunities in Industrial Catalysis
• 23 европейские компании (производители, потребители, разработчики процессов) высказали свое мнение о важности и сроках реализации 9 направлений.
• Рабочие совещания (включающие совещания между партнерами)
• Испытание и охарактеризование катализаторов (июль 1997)
• Катализаторы в тонком органическом синтезе (февраль 1998)
• Новые концепции в создании реакторов и катализаторов (декабрь 199 8)
• Каталитические исследования в странах сообщества (март 1999)
• Катализаторы на основе твердых кислот и оснований (июнь 1999)
• Публикации информационного характера (регулярно издаются секретариатом)
• Поиск предприятий малого и среднего бизнеса, заинтересованных в NICE
• Деятельность EFCATS : создание баз для экспертизы в катализе и каталитические курсы.

Как стать членом NICE

Для участия в NICE приглашаются следующие физические лица и организации:

• организации занимающиеся разработкой и изготовлением катализаторов ;
• организации занимающиеся разработкой и лицензированием каталитических процессов;
• организации использующие катализаторы и каталитические процессы;
• ученые университетов и других независимых научно-исследовательских учреждений;
• национальные и европейские научно-исследовательские фонды

Условия членства в NICE

• организации участники могут иметь любое число представителей для работы в сети;
• участники должны открыто обсуждать свою общую научную деятельность и нужды на рабочих совещаниях;
• компании могут внести небольшой взнос на подписку

Региональная научно-практическая конференция
"Химическая и химико-фармацевтическая промышленность в современных условиях "

16 - 18 ноября 1999
г. Новосибирск

Организаторы:

• Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск
• Российское химическое общество им. Д.И. Менделеева (Новосибирское отделение)
• Объединенный ученый совет по химическим наукам СО РАН
• при содействии администрации Новосибирской области.

Решение конференции

В работе Региональной научно-практической конференции "Химическая и химико-фармацевтическая промышленность в современных условиях" приняли участие около 100 представителей научных организаций, образовательных учреждений и промышленных предприятий Иркутска, Красноярска, Новокузнецка, Кемерово, Томска, Омска, Уфы, Екатеринбурга, Новосибирска и Бийска.

Во время работы конференции были организованы круглые столы по темам " Новое в законодательстве РФ о создании, производстве и применении лекарственных препаратов и изделий для медицины" и "Возможные механизмы реализации в промышленности новых научных разработок". В ходе дискуссий выявился недостаток информации как о новейших разработках, предлагаемых для внедрения, так и об их востребованности со стороны промышленности.

В значительной мере усилия участников конференции были направлены на поиск решений по восстановлению малотоннажной химической и химико-фармацевтической промышленности Сибирского региона и России в целом. Обсуждались вопросы о возможных направлениях трансферта на предприятия Новосибирской области и близлежащих регионов Сибири наукоемких технологий производства лекарственных субстанций и препаратов, разработки которых находятся в стадии ОКР и имеют гуманитарный приоритет - сохранение здоровья и работоспособности сибиряков - жителей регионов, входящих в Межрегиональную Ассоциацию "Сибирское Соглашение".

На конференции были представлены научно-прикладные разработки, имеющие высокую степень готовности к их промышленному освоению, что в значительной мере способно обеспечить поставку на отечественный рынок лекарственных средств и изделий медицинского назначения, сопоставимых по цене с импортируемыми, но отличающихся гораздо более высоким качеством, обусловленным, в первую очередь, использованием научно-технологического потенциала СО РАН, СО РАМН, СО РАСХН, ГНЦ ВБ "Вектор".

В результате работы конференции были сформулированы следующие рекомендации:

1. Одобрить инициативу администрации Новосибирской области в проведении мероприятий по объявлению 1999 г. в Новосибирской области "годом химии", признав эффективной подобную деятельность. Рекомендовать администрации области продолжить деятельность по концентрации финансовых ресурсов области на конкретных направлениях научной и инновационной деятельности.
2. Просить администрацию области и МАСС
   • Обратиться в Правительство РФ с предложением разработать законодательные акты, обеспечивающие протекционистскую политику в отношении отечественных производителей лекарственных средств и изделий медицинского назначения;
   • Обратиться в Министерство здравоохранения РФ с ходатайством о снижении расценок за оказание сертификационных услуг и проведение клинических испытаний для отечественных препаратов.
3. Просить администрацию области об организационной и финансовой поддержке создания на основе ряда лечебных учреждений города и области клинических баз для апробации и проведения клинических испытаний лекарственных средств и изделий медицинского назначения, разработанных в научных организациях СО РАН, СО РАМН, ГНЦ ВБ "Вектор".
4. Рекомендовать администрации области разработать проект нормативно-правового акта по инновационной деятельности в области наукоемких технологий и обеспечивающий реальную поддержку местным разработчикам и производителям.
5. Рекомендовать МАСС обратиться к субъектам РФ-членам МАСС с предложением разработать нормативные акты в сфере инновационной деятельности.
6. Рекомендовать администрации области совместно с МАСС разработать и ввести в действие научно-техническую программу по разработке и развитию на предприятиях региона малотоннажной химической продукции, имеющей социальное значение, включая витаминную продукцию для сельского хозяйства.
7. Рекомендовать администрации области закрепить за малотоннажной химией статус приоритетного направления в развитии производительных сил области и зарезервировать для поддержки проектов в области малотоннажной химии не менее 10% средств областного бюджета, выделенных на поддержку инновационной деятельности, а также средств государственного финансирования из других источников.
8. Рекомендовать Президиуму СО РАН совместно с администрацией области и представителями промышленных предприятий и иными заинтересованными лицами в продолжить работу по поиску инвестиций для реализации завершенных наукоемких технологий на предприятиях сибирского региона.
9. Рекомендовать Президиуму СО РАН совместно с администрацией области и представителями промышленных предприятий и иными заинтересованными лицами в целях осуществления маркетиноговых мероприятий и для оценки инвестиционной привлекательности проектов, связанных с производством продукции на основе реализации научно-прикладных разработок научно-образовательного комплекса области, создать Центр трансферта технологий.
10. Рекомендовать Президиуму СО РАН передать в администрацию Новосибирской области и Межрегиональную Ассоциацию "Сибирское Соглашение" перечень разработок в области тонкого органического синтеза и медпрепаратов, готовых к промышленной реализации, с целью ознакомления с ним промышленных химических и химико-фармацевтических предприятий Сибирского региона. Рекомендовать предприятиям химико-фармацевтического и химического профиля сформировать и представить в администрацию области перечень необходимых для их работы малотоннажных химических продуктов для проработки вопроса о возможности размещения заказов на их наработки опытными производствами институтов СО РАН и химическими предприятиями Сибирского региона.
11. Рекомендовать администрации области с участием президиума СО РАН обеспечить проведение регулярных (не реже 2 раз в год) встреч представителей химических предприятий и химических исследовательских и образовательных организаций области.

Сопредседатель Программного комитета, председатель объединенного совета СО РАН по химическим наукам, директор института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, академик В.Н. Пармон

Сопредседатель Программного комитета, заместитель главы администрации Новосибирской области В.Л. Федоров