В 2021 году Нобелевскую премию получили учёные, открывшие новый тип катализатора. Газета решила разобраться, что такое катализаторы, как они работают и возможно ли на нашем предприятии использовать открытие нобелевских лауреатов.
Все химические превращения на производствах ТОАЗа требуют высоких температур, давления и – конечно же – катализаторов. О них «Волжскому химику» рассказал главный специалист по перспективным направлениям Вячеслав Овчинников:
– Это вещества, которые участвуют в процессах, но сами не меняются. Они увеличивают скорость реакции, уменьшая энергию активации. Катализаторы понижают энергетический барьер, и тогда молекуле нужно меньше энергии для превращения, и реакция идёт быстрее. На нашем производстве все катализаторы в качестве активного компонента содержат металлы. Есть один чисто металлический катализатор из железа – он применяется при синтезе аммиака. Все остальные катализаторы представляют собой смесь металлов и неметаллов. Они бывают двух типов: смешанные и нанесённые. Но оба вида загружают в реактор в виде гранул разной формы. Для каждого процесса имеется свой набор металлов-катализаторов. Фирмы-производители при разработке выбирают наиболее выгодное их сочетание. Чаще всего какой-то один металл является основным, другие выступают в роли добавок.
Так, на нашем заводе применяют смешанный медно-цинковый катализатор в процессе низкотемпературной конверсии СО. Основным компонентом является медь, а цинк выступает в роли стабилизатора.
Другой вид катализаторов – нанесённые. Основу (чаще всего керамическую) пропитывают солями металлов, затем прокаливают - соли разлагаются до оксидов металлов. Затем непосредственно в реакторе при восстановлении получается поверхность с активными центрами.
Конверсия метана – одна из первых стадий в технологической цепочке синтеза аммиака. Катализатор в процессе никелевый. Его производят так: соли (нитрат никеля) наносят на корундовый носитель и прокаливают до окиси никеля. Уже в реакторе никель восстанавливается до металлической формы и катализатор становится активным.
В основном ТОАЗ сотрудничает с зарубежными производителями катализаторов. Единственный российский завод базируется в Новомосковске, у него Тольяттиазот закупает катализаторы конверсии метана и метанирования.
– На выбор поставщика влияют два фактора: качество продукции и стоимость, – говорит Вячеслав Дмитриевич. – На рынке катализаторов большая конкуренция. Она же подстегивает поиски новых решений: периодически фирмы-производители предлагают новые типы катализаторов. В этой отрасли невозможно стоять на месте – если ты не предлагаешь ничего нового, можешь быстро потерять свои позиции. Выходу новшества на рынок предшествует большая исследовательская работа, включающая испытания на опытных установках, моделирующих условия работы реакторов.
В последние десятилетия появился низкотемпературный катализатор конверсии СО с пониженным выделением побочного продукта – метанола. Есть проекты катализаторов синтеза на основе редкоземельных металлов (цезий, иттрий и лантаноиды), но это дорогая разработка, и она не получила промышленного применения.
Так, а что же с нобелевскими разработками?
– На ТОАЗе такие катализаторы применять не получится, ведь они органические, – развеял интригу Вячеслав Овчинников. – В нашем производстве все процессы происходят при очень высоких температурах. Самая низкая – при низкотемпературной конверсии метана – более двухсот градусов Цельсия. При таких условиях ни одна органика не выдержит. Катализаторы, которые разработали нобелевские лауреаты, могут применять в биохимических синтезах, например, при производстве лекарств или биоразлагаемых пластиков.
Ольга Тебенкова для "Волжского химика"