В промышленном масштабе муравьиная кислота производится из метилформиата многостадийными жидкофазными способами, характеризующимися большой капиталоемкостью и высокими затратами энергии. В Институте катализа разработан газофазный метод синтеза муравьиной кислоты каталитическим окислением формальдегида кислородом воздуха. Создана пилотная установка производительностью до 3 кг/ч муравьиной кислоты; ее схема и конструкции аппаратов полностью воспроизводят будущий промышленный процесс. Он включает две каталитические стадии: окисление метанола в формальдегид и окисление формальдегида в муравьиную кислоту. Метанол окисляется на коммерческом оксидном железо-молибденовом катализаторе в традиционных условиях. Окисление формальдегида в кислоту проводится на оксидном ванадий-титановом катализаторе при температурах 120–140 °С. В связи с узостью температурного интервала на второй стадии используются двухреакторная схема и частичное разбавление слоя инертной насадкой в первом из двух реакторов. Испытания проведены при концентрации метанола в исходной смеси 6–7 об.% и вариации температуры в реакторах окисления формальдегида. В оптимальных режимах выход кислоты составляет 87–88 % в расчете на превращенный формальдегид и 79–81 % – на превращенный метанол. Это достигается при полном превращении метанола и конверсиях формальдегида 96,5–98,5 %. Технология удовлетворяет требованиям «зеленой» химии.

Исследовано получение 2-метил-1,4-нафтохинона (витамина К3) окислением 2-метилнафталина и 2-метил-1-нафтола с применением наноструктурированных золотых катализаторов, нанесенных на сверхсшитый полистирол (5 % Au/СПС). Изучено влияние температуры на процесс окисления; предпринята попытка замены стандартного растворителя – уксусной кислоты на экологически чистый сверхкритический диоксид углерода. Установлено, что при использовании сверхкритического СО2 сохраняется высокая (близкая к 100 %) селективность окисления 2-метил-1-нафтола в целевой продукт, при этом конверсия увеличивается на 10–15 %. При окислении 2-метилнафталина использование сверхкритического СО2 приводит к резкому снижению конверсии и селективности по целевому продукту, обусловленному тем, что в этих условиях не образуется надуксусная кислота, являющаяся основным окислителем в данном процессе. Показана возможность использования наноструктурированных золотых катализаторов для селективного окисления 2-метил-1-нафтола и 2-метилнафталина в 2-метил-1,4-нафтохинона (99 и 58 % соответственно).

Методами ИК-спектроскопии и термопрограммируемого восстановления исследовано влияние природы и содержания промотора на каталитическую активность и стабильность биметаллических Pd-Со/δ-Al2O3 и Pd-Zn/δ-Al2O3 катализаторов в реакции гидрирования диеновых и винилароматических углеводородов в БТК-фракции. Мольное соотношение Pd : Со(Zn) в приготовленных образцах – 1,0 : 0,5; 1,0 : 1,0; 1,0 : 1,5, содержание Pd – 0,5 мас.%. Носителем служил δ-Al2O3, модифицированный натрием (0,5 мас.%). Показано, что промотирование цинком и кобальтом приводит к исчезновению катионных форм палладия, благодаря чему снижается олигомеризующая способность активного компонента и, как подтвердили 100-асовые каталитические испытания, повышается стабильность катализатора. Исходя из результатов исследования, для проведения процесса гидрирования БТК-фракции в промышленных условиях рекомендован
Pd-Cо/δ-Al2O3(Na) катализатор с мольным соотношением Pd : Со = = 1,0 : 1,0, для которого ожидаемый межрегенерационный период работы составляет 16 месяцев.

Целью данной работы было исследование возможности получения эффективных катализаторов на основе нового углеродного носителя, полученного из сажи и нефтяного пека. Приготовлены образцы носителя с использованием сажи марок П 234, П 514, П 701, Т 900. На основе полученных образцов, а также известных углеродных носителей – активного угля АГ-3 и Сибунита, взятых для сравнения, приготовлены палладийсодержащие катализаторы (1 мас.% Pd). Все образцы катализаторов испытаны импульсным методом в модельной реакции дегидрирования циклогексана в температурном интервале 250–400 °С. Установлено, что катализаторы на новом углеродном носителе обладают большей каталитической активностью, чем катализаторы на основе АГ-3 и Сибунита. Данный факт, а также характеристики предлагаемого носителя, а именно большие значения удельной площади поверхности (до 200 м2/г) и объема пор (0,4–1,0 см3/г), высокая механическая прочность (до 8 МПа), низкая зольность (менее 1 мас.%),  свидетельствуют о том, что на его основе могут быть получены эффективные нанесенные металлические катализаторы для различных процессов нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности.

Рассмотрена возможность приготовления биметаллическихAu-Cu катализаторов разложением двойной  комплексной соли [Au(en)2]2[Cu(C2O4)2]3·8H2O. Показано, что данный метод приготовления позволяет селективно получать наночастицы твердого раствора Au0,4Cu0,6 на поверхности носителя. Состав частиц соответствует стехиометрии двойной комплексной соли. Свойства биметаллического Au-Cu/CeO2 катализатора и монометаллических Au/CeO2 и Cu/CeO2 катализаторов были исследованы в процессе избирательного окисления СО в смеси, содержащей СО2 и Н2О. Эксперименты проводились в проточной каталитической установке в области температур 50–250 °С в смеси следующего состава, об.%: CO – 1; O2 – 0,6; H2O – 10; CO2 – 20; H2 – 60 и He-баланс; при объемной скорости подачи (WHSV) 276 000 см3·г–1·ч–1. Биметаллический катализатор позволял окислять значительно большее количество СО при большей селективности в присутствии СО2 и Н2О в смеси по сравнению с монометаллическими катализаторами. Избирательное окисление моноксида углерода в присутствии водорода является перспективным методом глубокой очистки водородсодержащих газовых смесей от моноксида углерода. Очищенный водородсодержащий газ может использоваться для питания портативных энергоустановок на основе низкотемпературных протонообменных мембранных топливных элементов, для синтеза аммиака и для процессов гидрирования в тонком органическом синтезе.

Катализаторы на основе оксидов переходных металлов являются наиболее перспективными для эффективного сжигания топлив в кипящем слое. Догорание коксового остатка является лимитирующей стадией горения топлива, которая характеризуется выделением монооксида углерода (СО) и его взаимодействием с кислородом на поверхности катализатора. Определение наблюдаемых кинетических параметров данного процесса позволит в дальнейшем оценивать эффективность работы катализатора и оптимизировать работу реактора кипящего слоя. В работе исследована кинетика окисления СО на промышленном катализаторе ЩКЗ-1 (оксидный алюмомеднохромовый), используемом в настоящее время в реакторах кипящего слоя при сжигании топлив. Исследования проводили в условиях, когда внутренняя диффузия не оказывает влияния на скорость реакции. Кинетические параметры реакции оценивали по уравнению первого порядка по СО и О2; полученные значения энергии активации и предэкспоненты константы скорости реакции составили соответственно ko = = 5,23·107 c–1, E = 32,8 кДж/моль. Сопоставление с известными литературными данными показало их хорошую корреляцию.

2 июля 1965 г. в Советском Союзе был успешно осуществлен пуск первой промышленной установки производства контактного антрахинона окислением антрацена в неподвижном слое катализатора производительностью 600 т/год. При расходе 113 кг/ч антрацена и массовом соотношении воздух : антрацен, равном 60 : 1, выход антрахинона по стадии контактирования составил 86 мол.%. В статье изложены некоторые детали промышленного освоения производства контактного антрахинона, а также результаты лабораторных исследований, связанных с разработкой крупнотоннажного реактора производительностью 5000 т продукта в год. Было показано, что промышленный катализатор КС-14 при температуре выше 370 °С меняет свой фазовый состав и валентное состояние ванадия, в связи с чем кинетика процесса окисления антрацена ниже и выше упомянутой температуры различна. Полученные кинетические уравнения были использованы в Институте катализа СО АН СССР при моделировании крупнотоннажного реактора производства антрахинона окислением антрацена в неподвижном слое катализатора. С целью выбора наиболее эффективного способа промышленного производства антрахинона на РПО «Краситель» были проведены сравнительные испытания двух промышленных методов производства антрахинона: в неподвижном и кипящем слоях катализатора. Выбор был сделан в пользу установки с неподвижным слоем. После распада СССР работы были прекращены, а в 2007 г. производство антрахинона (600 т в год) с неподвижным слоем катализатора на РПО «Краситель» было ликвидировано. В настоящее время в странах СНГ нет производства антрахинона контактным методом. О производстве антрахинона в кипящем слое катализатора будет рассказано во второй части статьи.

Гидролиз целлюлозосодержащей биомассы под действием биокатализаторов (ферментных препаратов, ФП) – один из самых перспективных и экологически чистых методов получения ряда полезных продуктов. В данной работе использован принципиально новый подход к созданию рекомбинантных ФП с заданными свойствами, заключающийся в применении фъюжн-конструкции для клонирования генов целевых ферментов. На основе штамма гриба Penicillium verruculosum при использовании фъюжн-конструкции создан ряд ФП с различными свойствами, представляющими интерес, в первую очередь, как добавки для увеличения гидролитической способности базового целлюлолитического комплекса P.verruculosum. Совместное использование новых ФП и базового ФП P.verruculosum позволило увеличить его биокаталитическую (гидролитическую) эффективность по отношению к растительному целлюлозосодержащему сырью. При добавлении 20 % нового ФП к базовому без изменения суммарной дозировки ФП в реакционной смеси рост эффективности гидролиза целлюлозосодержащих субстратов (измельченной осиновой древесины и измельченной обессмоленной сосновой древесины) составляет до 70 %.

Кинетика процесса гидрооблагораживания триглицеридов жирных кислот рапсового масла исследована в области температур 300–380 °С при временах контакта 0,38–0,10 ч и давлении водорода 1,0 МПа в реакторе проточного типа с неподвижным слоем катализатора с целью установления основных закономерностей процесса. Процесс осуществляли на несульфидированных никелевых катализаторах, представляющих большой практический интерес для получения зеленого дизеля. Кинетическая схема процесса с учетом целевых (алканов) и всех побочных кислородсодержащих продуктов предложена. Количественная оценка основных маршрутов гидрооблагораживания ТГЖК рапсового масла получена, что позволяет прогнозировать состав продуктов и для других условий проведения процесса.