Уважаемые читатели журнала «Катализ в промышленности»!

Перед вами специальный выпуск журнала, подготовленный на основе докладов, представленных на юбилейной XXV Международной конференции по химическим реакторам «ХимРеактор-25». В этом масштабном мероприятии, которое проходило с 8 по 13 октября 2023 г. в Тюмени, приняли участие 230 человек из 28 городов России и шести стран: Мексики, Великобритании, Голландии, Китая, Таджикистана и Казахстана. Организаторами конференции выступили Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Тюменский государственный университет и Западно-Сибирский межрегиональный научно-образовательный центр.

Была предложена макрокинетическая модель сорбции СО2 первого порядка на 10 мол.% NaNO3/MgO сорбенте. На основе анализа экспериментальных данных гравиметрии определена максимальная сорбционная емкость сорбента 10 мол.% NaNO3/MgO, которая не зависит от парциального давления СО2 и при 320 °С составляет 159 % (в расчете на начальную массу образца), или 13,4 ммоль СО2 /гсорб. Рассчитанная величина константы сорбции kads при температурах 280–320 °С и парциальном давлении СО2 0,50–0,75 атм составляет 0,017 мин–1·атм–1. На основе полученной кинетики было сделано моделирование адиабатического и изотермического адсорбера СО2 в рамках технологической схемы получения водорода 10 кг/ч из природного газа при рабочем давлении 12 атм. В ходе расчетов было показано, что для эффективного функционирования адсорбера необходим интенсивный отвод выделяющейся в процессе сорбции теплоты. Это позволяет проводить сорбцию СО2 в течение 30 мин при температуре 300 °С и объемной скорости потока GHSV = 1170 ч–1, при этом концентрация СО2 на выходе в сухом газе не превышает 1,5 мол.%.

Проведено исследование влияния соотношения оксидов Ce и Mn, нанесенных на кордиеритовую керамику, на структуру и каталитическую активность в реакции разложения озона при комнатной температуре. Катализаторы были приготовлены пропиткой блоков из кордиеритовой керамики с использованием добавки лимонной кислоты при варьировании атомных соотношений Ce : Mn. Физико-химические характеристики катализаторов исследовали методами низкотемпературной сорбции N2, рентгенофазовым анализом, сканирующей электронной микроскопией, температурно-программируемым восстановлением H2, каталитическую активность образцов в разложении озона тестировали при высокой скорости потока (20–50 л/мин) и начальной концентрации O3 1–2 ppm. Показано, что смешанные оксидные Ce-Mn-катализаторы активнее, чем катализаторы на основе индивидуальных оксидов Ce и Mn. Активность проходит через максимум при атомном соотношении Ce : Mn = 1 : 2, что обусловлено высокодисперсным состоянием нанесенных оксидов.

Работа посвящена исследованию платиносодержащих стекловолокнистых катализаторов (СВК) глубокого окисления углеводородов, которые могут применяться в процессах очистки отходящих газов от летучих органических примесей, а также для экологически чистого сжигания топлив. Исследовано влияние способа синтеза катализатора на его активность в реакции глубокого окисления толуола. Наибольшую удельную активность на единицу массы Pt демонстрирует традиционный СВК ИК-12-С102 на основе предварительно выщелоченного цирконий-содержащего носителя, однако по общей активности на единицу объема картриджа и на единицу массы катализатора более эффективен СВК ИК-12-С111, произведенный методом поверхностного термосинтеза. Несколько более высокое содержание платины в нем компенсируется возможностью использования существенно более легкого, дешевого и доступного носителя. Показано, что нанесение раствора прекурсора на носитель напылением вместо пропитки обеспечивает рост удельной активности. Кроме того, исследовано влияние на наблюдаемую активность СВК таких его свойств как структура стекловолокнистого носителя (плетение «сатин» и «ажур») и геометрии расположения слоев катализатора относительно потока реакционной смеси. Показано, что наиболее эффективным для процессов глубокого окисления является использование в качестве носителя СВК сатинового плетения, при продольной ориентации слоев катализатора относительно потока реакционной смеси. Предложены критериальные уравнения для оценки гидравлического сопротивления различных типов упаковок СВК.

Систематизированы основные закономерности и маршруты протекания жидкофазного гидрирования и изомеризации карбоциклических алкенов и диенов норборненового ряда в присутствии гетерогенных катализаторов, рассмотрены их механизмы. Проведена идентификация продуктов реакций, изучен материальный баланс. Подобраны условия гидрирования и изомеризации соединений, основной целью которых являлось сохранение норборнанового каркаса. Проведена оценка реакционной способности кратных связей в норборненах экспериментальными и квантово-химическими методами. На основе подхода Ленгмюра–Хиншелвуда и в представлении множественной адсорбции субстратов на одном активном центре разработаны адекватные кинетические модели процессов.

Проанализировано влияние соотношения активных компонентов (Fe и Cr) на каталитическую активность FeCr/C-катализаторов в окислительном дегидрировании этана с СО2. Наилучшие результаты были достигнуты на катализаторе 2Fe3,7Cr/C, в котором соотношение Fe : Cr соответствует стехиометрии хромита железа (II) – FeCr2O4. Получены и проанализированы физико-химические характеристики приготовленных катализаторов (РФА, РФЭС, магнитометрический метод). Из совокупности полученных данных можно предполагать наличие фазы хромита желаза (II).

Представлены результаты экспериментального исследования реакции тримеризации этилена в гексен-1 на хром-пиррольном катализаторе. Исследования проводились в диапазоне давлений 18–30 бар, температур 105–20 °С и концентраций катализатора 1,165–3,500 мг/л. Также в работе представлена математическая модель использованного полупроточного реактора. Предложен маршрут, описывающий наблюдаемые продукты реакции. Константы скоростей элементарных стадий процесса определены решением обратной кинетической задачи. Проанализированы зависимости кривых поглощения этилена от условий реакции – давления, температуры и концентрации катализатора, а также изменение наблюдаемого порядка реакции по этилену с течением времени эксперимента.

Представлена математическая модель, адекватно описывающая процесс каталитического риформинга – основную промышленную технологию получения высокооктановых компонентов моторных топлив в России и за рубежом. Показана необходимость расширения существующей схемы превращений углеводородов бензинового ряда для создания модели риформинга сырья различного происхождения (бензиновых фракций термодеструктивных процессов, нафты гидрокрекинга, газового конденсата). На основании результатов экспериментальных исследований методом газовой хроматографии, а также выполненных расчетов термодинамических параметров составлена усовершенствованная формализованная схема реакций, отличающаяся учетом реакций с участием непредельных углеводородов. Составлена кинетическая модель процесса риформинга бензиновой фракции расширенного состава. Для описания кинетической модели, основанной на формализованной схеме превращений углеводородов, применен матричный метод, позволяющий сделать модель более гибкой к составу сырья.

Работа посвящена математическому моделированию процесса синтеза N2O окислением NH3 на оксидном Mn/Bi/Al-катализаторе в микроструктурированном реакторе (МСР) щелевого типа. Исследованы характеристики процесса при различных линейных скоростях потока, входных концентрациях аммиака и температурах кромки реактора. Определены параметры, обеспечивающие эффективное проведение процесса в МСР в термически допустимых условиях. Показана принципиальная возможность масштабирования МСР путем кратного увеличения его геометрических размеров без перегрева реакционной зоны. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в МСР такой конфигурации мощность по N2О можно увеличить примерно в 12 раз по сравнению с лучшими показателями стандартного микрореактора, а удельная производительность катализатора примерно в 1,5 раза больше, чем в традиционном трубчатом реакторе. Открывается возможность создания малотоннажных производств высокочистой закиси азота для различных приложений путем масштабирования микрореакторных систем. Результаты исследования лежат в русле концепции «распределенной химизации» и способствуют преодолению барьера между лабораторными каталитическими микрореакторами и аппаратами промышленного уровня.