В начале 1990-х годов с появлением современных технологий в микроэлектронике ученые обратили пристальное внимание на особенности поведения микроканальных систем в различных физико-химических процессах. На примере теплообменников, смесителей и микроканальных реакторов (микрореакторов) было показано, что микроканальные системы интенсифицируют все процессы протекающие в микроканалах. В настоящем обзоре рассматриваются основные критерии, при реализации которых проточную систему можно отнести к микроканальной. Анализируются три основные каталитические процесса – паровая конверсия, парциальное окисление и автотермическая конверсия легких углеводородов и спиртов в водородосодержащий газ. На примере метанола и метана показано, что, действительно, в микрореакторе происходит интенсификация процесса получения водорода. Так, в процессе паровой конверсии метанола на катализаторе Zn/TiO2 при температуре 450 °С была достигнута высокая удельная производительность микрореактора по водороду в расчете на массу катализатора – 78,6 л/(ч⋅гкат). При этом количество моноксида углерода на выходе из микрореактора не превысило 1 мол.%. Катализатор La0,2Zr0,4Ce0,4/LaNiPt массой 0,48 г в микрореакторе в парциальном окислении метана при 700 °С продемонстрировал высокую удельную производительность по водороду на массу катализатора – 521 л/(ч⋅гкат) и на объем реакционной зоны 42 л/(ч⋅см3). Тепловая мощность (теплота, получаемая в процессе сжигания водорода) микрореактора с реакционным объемом 1,0 дм3 составляет 117 кВт, что соответствует мощности бензинового двигателя современного автомобиля. Привлекательным моментом является получение водорода из биоэтанола, бензина и дизельного топлива. Анализ работ, выполненных в этом направлении, продемонстрировал, что несмотря на высокие температуры каталитической конверсии (650 °С и выше) эти топлива могут успешно конкурировать с метанолом и метаном. В последнем разделе обзора приводятся результаты по разработке топливных процессоров – каталитических генераторов водородосодержащего газа с низким содержанием моноксида углерода (< 20 ppm) для питания низкотемпературных топливных элементов. Показано, что наиболее перспективными топливными процессорами являются интегрированные микроканальные системы.

Широкое применение в промышленности би- и полифункциональных катализаторов требует новых подходов к разработке кинетических моделей, учитывающих сосуществование на поверхности катализаторов активных центров с разными активностью и селективностью в отношении основной и побочных реакций, адсорбционными свойствами, структурами (в том числе нано-), координационным окружением, устойчивостью при дезактивации, компонентами реакционной среди или посторонними химическими примесями (ядами). Авторы статьи предлагают кинетические зависимости с учетом вклада разных типов активных центров в каталитический процесс. Рассмотрено применение предлагаемого подхода к построению моделей механизма и кинетики промышленных процессов, сопровождающихся дезактивацией катализатора: каталитическое сжигание ксилола на Pd-катализаторах, при участии активных центров двух типов; дегидрирование изобутана на непромотированных и промотированных Pt-катализаторах, предполагающее участие активных центров трех типов.

В статье проанализированы условия существования электрического разряда в жидкости и получение с его помощью наночастиц металлов (золей). Приведены описание плазменного многофазного реактора смешения и результаты экспериментов по получению золей металлов. Представлены результаты применения золей высокодисперсных металлов в каталитических трехфазных процессах эпоксидирования, жидкофазного окисления, гидрирования. Показаны перспективы использования золей металлов для получения нанесенных металлических катализаторов.

В обзоре представлены данные об основных направлениях применения карбидов молибдена и вольфрама в качестве катализаторов ряда промышленно важных реакций и рассмотрены основные решения по синтезу катализаторов. Некоторые из предложенных методов могут рассматриваться в качестве начального этапа разработки технологии промышленных катализаторов на основе карбидов молибдена и вольфрама. Наибольшей перспективой как катализатора в реакции конверсии СО водяным паром обладают композиции на основе Мо2С.

Предложена математическая модель процесса дегидрирования изоамиленов в изопрен на промышленном саморегенерирующемся железо калиевом катализаторе КДОМ, модель учитывает фракционный состав катализатора, эффективный коэффициент диффузии, константы скоростей и энергии активации прямой и обратной реакции. Математическая модель позволяет адекватно описать процесс дегидрирования в промышленных реакторах при вариации режимных параметров (скорости подачи сырья, степени разбавления и температуры на входе в реактор).

В настоящее время все больший интерес вызывает использование возобновляемой растительной биомассы для получения сбраживаемых сахаров, органических и аминокислот, которые можно трансформировать в разнообразные полезные продукты: полимеры, материалы для фармацевтической промышленности, пищевые и кормовые продукты. Превращение растительных полисахаридов в сбраживаемые сахара – одна из наиболее важных стадий в технологической цепочке биоконверсии целлюлозосодержащих отходов, протекающая под действием гидролитических ферментных биокатализаторов. Создание рекомбинантных штаммов P.verruculosum, продуцирующих целлюлазный комплекс с дополнительно увеличенной активностью β-глюкозидазы, а также ксиланазы является актуальной задачей на пути получения промышленных штаммов микроорганизмов продуцентов ферментов необходимых для высокоэффективной конверсии растительного сырья. В данной работе получены ферментные препараты, биокатализаторов процесса конверсии растительной биомассы в простые сахара, с увеличенной гетерологичной активностью экзо-1,4-β-глюкозидазы A.niger и эндо-1,4-β-ксиланазы P.canescens с использованием гистоновой системы экспрессии в рекомбинантном штамме P. Verruculosum; проведен анализ свойств новых ферментных препаратов; изучена осахаривающая способность этих препаратов при гидролизе измельченной осиновой и сосновой древесины, являющихся отходами деревообрабатывающей промышленности и отхода сельского хозяйства – багассы. Использование полученных ферментных препаратов имеет преимущество по сравнению с известными аналогами, поскольку составы новых биокатализаторов более сбалансированы, что позволяет достичь повышенного выхода сахаров без затрат на приготовление смешанных индивидуальных препаратов. Показано, что повышение уровня ксиланазной и β-глюкозидазной (целлобиазной) активностей в новых биокатализаторах приводит к 20–30 %-ному увеличению выхода восстанавливающих сахаров и глюкозы при гидролизе измельченного растительного сырья – сосновой и осиновой древесины, а также багассы. Полученные ферментные препараты имеют потенциальное практическое применение в деревообрабатывающей промышленности и сельском хозяйстве на стадии превращения полисахаридов клеточной стенки в сбраживаемые сахара, например, при производстве биобутанола. Целесообразность использования новых биокатализаторов состоит в более высокой эффективности осахаривания природных субстратов, достигаемой в результате сбалансированного компонентного состава ферментных препаратов. Мультиферментный комплекс новых биокатализаторов позволяет снизить дозировки ферментных препаратов в процессах гидролиза растительных отходов.

Экспериментально установлено, что в газовых и жидких средах, движущихся в установках неконцентрированной азотной кислоты (НАК), работающих по технологии В. Оствальда (1902 г.) с образованием нитрозных газов (НГ)-продуктов окисления аммиака на платинородиевопалладиевом катализаторе, содержатся благородные металлы (БМ): золото, серебро, платина, родий, палладий, иридий и рутений. Установлено, что БМ выделяются в НГ, конденсат азотной кислоты и азотную кислоту вследствие потерь из катализатора и сырья: аммиачно-воздушной смеси и воды, подаваемой на стадию абсорбции оксидов азота, а также из материалов аппаратов установки. Причем в сырье и материалах аппаратов БМ имеют размер наночастиц, которые переходят в НГ, конденсат и азотную кислоту. Констатируется, что суммарная масса БМ в конденсате азотной кислоты и азотной кислоте существенно превышает суммарную массу платины, родия и палладия, теряемую катализатором, например, в конденсате ≈ в 3 раза. На пилотных установках проведены эксперименты по выделению концентрата, содержащего 92–95 % БМ, из конденсата азотной кислоты и азотной кислоты. Предложена технология и основное оборудование узла для выделения концентрата БМ из азотной кислоты в отечественном агрегате НАК типа УКЛ-7 мощностью 120 тыс. т в год в пересчете на 100 %-ную HNO3. При 100 и 70 %-ном использовании мощности агрегата из кислоты можно выделить концентраты, содержащие, соответственно, 8,8 и 6,1 кг БМ в год. Приведены ориентировочные технико-экономические показатели использования узла в агрегате УКЛ-7 ОАО «Дорогобуж». В частности, показано, что сроки окупаемости затрат на узел не превысят 7 и 10 мес. при 100 и 70 %-ном использовании мощности агрегата.

Сообщение посвящено тридцатилетию эксплуатации производства полипропилена и со- держит сведения о технических мероприятиях, реализованных в ООО «Томскнефтехим» для совершенствования технологического процесса. В статье представлены результаты работы производства полипропилена ООО «Томскнефтехим» с использованием каталитических систем полимеризации пропилена на основе δ-TiCl3 типа «Stauffer» производившегося на предприятии; микросферического TiCl3, выпускавшегося на созданной установке с 1986 по 2009 гг. по отечественной технологии; опытно-промышленной партии титан-магниевого катализатора типа ИК-8-21, произведенного на пилотной установке синтеза катализаторов по технологии ИК СО РАН в 2008 г.; и коммерческого титан-магниевого катализатора серии Lynx производства компании BASF (I, II и IV поколений по общепринятой классификации). Перечень научно-технических мероприятий реализован модернизировать производства полипропилена, организовать производство более эффективных катализаторов, усовершенствовать технологический процесс полимеризации, разработать и освоить технологию выпуска новых типов полимеров чтобы повысить доходы и конкурентоспособность продукции на рынке. Результаты перевода производства на использование современных титан-магниевых катализаторов серии Lynx представлены. Аналогичного опыта самостоятельной модернизации крупнотоннажных полимерных производств без использования услуг инженеринговых компаний и лицензиатов процессов в нашей стране не имеется. Совокупность разработанных и внедренных технических усовершенствований процесса в настоящее время патентуется.