Новосибирский СКИФ готовит разработку для нефтегазовой отрасли Татарстана

Институт катализа Сибирского отделения РАН разрабатывает программу синхротронных исследований совместно с Татарстаном в рамках соглашения между Новосибирской областью и республикой.

Исследования будут проводиться в создаваемом центре коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»). Заместитель руководителя проектного офиса ЦКП доктор физико-математических наук Ян Зубавичус рассказал, как разработка новых катализаторов с помощью СКИФ для нефтегазовой отрасли Татарстана поможет экономике, экологии и импортозамещению.

Республика Татарстан — один из лидеров нефтепереработки в России. По данным регионального минпромторга, только в первом квартале этого года предприятия нефтегазохимического комплекса произвели продукции на 429 млрд руб. — почти 63% от общего объема по всей республике.

В частности, компании добыли 9 млн тонн нефти, произвели 2,3 млн автомобильных шин и 183 тыс. тонн синтетического каучука. Практически везде в отрасли переработки нефти и газа используются катализаторы. Их и собираются исследовать и совершенствовать с помощью синхротронного излучения.

Исследования в режиме реального времени вместо «алхимии»

Катализаторы — вещества, которые ускоряют протекание реакции, но при этом в ней не расходуются, это школьное определение. С их помощью повышают эффективность производства и использования сырья, оптимизируют выход нужных продуктов. Это актуально для нефтегазовой отрасли — область их применения огромна. Для понимания механизмов работы катализаторов и их целенаправленного улучшения необходима рациональная основа, которую дают синхротронные исследования. Синхротронное излучение (СИ) позволяет смоделировать протекание химической реакции в промышленных условиях — высокие температуры, высокое давление, специфическая газовая среда. Создание катализаторов без СИ — это как алхимия, перебор составляющих случайным образом по наитию, — рассказал Ян Зубавичус.

Важная составляющая использования СИ — понимание механизмов работы катализаторов. По словам Зубавичуса, правильно построенное исследованиепомогает разобраться в механизмах функционирования каталитических добавок и построить реакцию по стадиям.

ЦКП «СКИФ» позволит проводить систематические исследования в области катализа быстро и эффективно. Синхротронное излучение для создания катализаторов применяется в России, например, в ЦКП «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения», но мощностей инфраструктуры в РФ недостаточно, и пока в основном результаты больше фундаментального, чем прикладного характера.

Среди научных организаций Татарстана, с которыми в первую очередь необходимо развивать сотрудничество в области синхротронных исследований, ученый отмечает Приволжский федеральный университет, институты Казанского научного центра РАН и Волжский научно-исследовательский институт углеводородного сырья.

От качественного бензина до разлагаемого полиэтилена

Продукты нефтегазопереработки с использованием катализаторов — это топливо с высоким октановым числом, самая разнообразная упаковка, в том числе полиэтилен, полипропилен, полистирол, искусственный каучук, из которого делают шины для автомобилей. Также сырье используется в тонком органическом синтезе для получения сложной органики, которая нужна фармацевтике, лакокрасочной промышленности, производству биологически активных веществ и кормовых добавок.

Катализаторы не только делают производство эффективным — они способны снижать негативное воздействие на окружающую среду.

Самый близкий людям пример применения катализаторов — это снижение уровня вредных веществ, таких как угарный газ и оксиды азота, в выхлопных газах автомобилей и выбросах предприятий в атмосферу, — пояснил ученый.

Другой пример, актуальный в связи с огромным потреблением пластиковой упаковки, — это создание разлагаемого под воздействием света полиэтилена.

Обычный полиэтиленовый пакет разлагается в природе сотни лет. Если использовать фотокаталитические добавки, например, на основе наночастиц диоксида титана, — он разложится, может быть, за пару лет, на углекислый газ и воду, «сгорит» на солнце, — отметил Ян Зубавичус.

Синхротронные исследования для импортозамещения

По словам Зубавичуса, синхротронные исследования — только часть цепочки, в которой должна быть задействована реальная промышленность. И СКИФ действительно поможет улучшить работу отрасли.

Обычно продукты нефтепереработки — это крупнотоннажное производство, и даже крошечное повышение эффективности катализатора дает в масштабах региона и страны гигантский экономический эффект, — заявил Зубавичус.

Есть общая точка зрения, как говорит ученый, что на рынке преобладают импортные технологии получения катализаторов. Синхротронные исследования как часть производственной цепочки помогут решить проблему импортозамещения, уверен он.