Исходя из представлений о наноразмерном мире и особенностях методологии его познания, дисперсная частица никеля рассмотрена в роли полифункциональной наноразмерной структуры, обладающей способностью управлять нанотехнологиями. В качестве примеров таких нанотехнологий рассмотрены: синтез углеродных наноразмерных продуктов (нитей, волокон и др.) через каталитическое разложение углеводородов по механизму карбидного цикла, процессы гидрирования ароматических соединений, высокоселективного гидрирования ацетилена в этилен и бутадиена в бутилен.

Изучено превращение бензолсодержащих бензиновых фракций на бифункциональной каталитической системе Pt/SO4 2––ZrO2–Al2O3 с различным химическим составом носителя. По результатам гидроизомеризации модельной смеси гептан – бензол показано, что оптимальными каталитическими свойствами обладает система, носитель которой содержит 67,8 мас.% оксида алюминия. Для бензолсодержащей фракции н.к.–85 °C (23,7 мас.% бензола) промышленного происхождения установлено, что данный катализатор дает возможность полного удаления аренов из бензолсодержащей фракции при повышении ее октанового числа на 2,2–3,3 пункта по исследовательскому методу с сохранением высокого выхода жидких продуктов – на уровне 98,7 мас.% и более.

Рассмотрена возможность реализации принципа «мультитопливности» – получения водородсодержащего газа из различных видов углеводородного сырья на одном катализаторе в близких реакционных условиях. Исследования проведены на примере реакции паровой конверсии двух типов углеводородных смесей: дизельного топлива, отвечающего нормам ГОСТ P 52368–2005 (EH 590:2004), и смеси метана и пропана, моделирующей состав попутных нефтяных газов. Выбор данных видов углеводородного сырья обусловлен их повсеместным применением в качестве топлива в энергоустановках различного типа. Эксперименты проводили в проточной каталитической установке в области температур 250–480 °С (для смеси метан –пропан) и 500–600 °С (для дизельного топлива) при давлениях 1–15 атм на никельсодержащем катализаторе НИАП-18. Показано, что данный катализатор способен обеспечить конверсию разных видов углеводородного сырья в синтез-газ и метан-водородные смеси, которые могут быть использованы в качестве топлива в энергоустановках на основе высокотемпературных топливных элементов, в искровых, дизельных и газодизельных двигателях внутреннего сгорания.

Работа продолжает цикл исследований, направленных на разработку новых подходов к регенерации закоксованных биметаллических гетерогенных систем. Проведено сравнение активности в риформинге н-гептана трех образцов промышленного катализатора риформинга Ru-125 (Pt-Re/γ-Al2O3): свежего (А), выгруженного из промышленного реактора (Б) и образца Б после его обработки озоном в сверхкритическом диоксиде углерода (В). Установлено, что образец Б существенно дезактивирован: конверсия н-гептана и выход продуктов риформинга в основном существенно ниже, чем на свежем катализаторе. После обработки его в O3/СК-CO2 значение конверсии н-гептана не только восстановилось до уровня свежего образца (А), но и превысило его в 1,2 раза. Качественный состав продуктов на образцах (А), (Б), (В) практически одинаков, однако есть изменения в количественном соотношении отдельных продуктов. Сделан вывод, что регенерация с использованием озона перспективна для дальнейшей разработки и масштабирования.

Разработана одномерная гетерогенная модель реактора синтеза Фишера–Тропша (ФТ) с фиксированным слоем катализатора в приближении изотермических гранул. Проведено моделирование процесса ФТ для лабораторного реактора. Рассмотрено влияние линейной скорости газового потока и внутреннего диаметра реакторов на тепловую устойчивость процесса. Показано, что размер реактора лимитируется возможностью возникновения «теплового взрыва» в лобовом слое катализатора. Увеличение линейной скорости газового потока увеличивает теплоотдачу и тем самым уменьшает перегрев слоя катализатора. Показано, что процесс получения твердых углеводородов возможно проводить в реакторах диаметром не более 18 мм. Максимальный перепад температуры при длине реактора 3, 4 и 6 м согласно расчетам равен 4,7, 4,2 и 3,6 °С соответственно. Степень конверсии СО при этом составляет 35,0, 34,4 и 33,9 %, соответственно. Получение жидких углеводородов в высокопроизводительном реакторе требует уменьшения внутреннего диаметра реактора до 12 мм. Максимальный перепад температуры при длине 3, 4 и 6 м составляет 9,6, 8,7 и 7,6 °С, а степень конверсии СО – 78,0, 77,4 и 76,7 % соответственно. Разработанная математическая модель позволяет оценивать параметры проектируемых реакторов и условий проведения синтеза ФТ, направленного на получение жидких или твердых углеводородов.

Проведены испытания катализатора КГС-3 в реакции селективного гидрирования метилацетилена и пропадиена, содержащихся в промышленной пиролизной пропан-пропиленовой фракции, на пилотной установке в двух последовательно расположенных адиабатических реакторах проточного типа с неподвижным слоем катализатора. Определены оптимальные технологические условия гидрирования, обеспечивающие остаточное содержание ацетиленовых и диеновых примесей не более 5 ppm: давлении в системе – 18 атм, объемная скорость подачи углеводородного сырья – 2100 ч–1, мольное соотношение водорода и суммы метилацетилена и пропадиенв в 1-м и 2-м реакторах соответственно 1,1 : 1,0 и 1,6 : 1,0, а температура – 50 и 55 °С. При этих условиях катализатор КГС-3 обеспечивает суммарную 100 %-ную конверсию метилацетилена и пропадиена с селективностью по пропилену 76,7 %. Ожидаемый межрегенерационный период работы данного катализатора – около 14 мес. Катализатор может использоваться для очистки углеводородных фракций, содержащих до 5 мас.% ацетиленовых и диеновых примесей.

С целью повышения эффективности эксплуатации катализаторов риформинга бензинов с помощью дериватографии проведен анализ структуры отложений кокса на поверхности платиновых катализаторов из реакторов нескольких промышленных установок, в том числе с различной технологией процесса (со стационарным слоем и с непрерывной регенерацией катализатора). Установлено, что коксогенные структуры, дезактивирующие катализатор, образуются при отклонении (≈ 6 %) текущей активности катализатора от оптимальной – такой, при которой соблюдается равенство скоростей образования и гидрирования промежуточных продуктов уплотнения. Непрерывный мониторинг промышленной установки с использованием разработанных ранее физико-химических моделей позволяет контролировать и регулировать технологические условия процесса, уменьшить содержание кокса на катализаторе на 1–3 мас.% и тем самым продлить срок службы катализатора на 20–30 %.

Синтезированы твердые растворы M0,1Zr0,18Ce0,72O2, где M – редкоземельный металл (РЗМ). Методами РФА, КРС, ПЭМ и низкотемпературной адсорбции азота исследованы структурные и текстурные характеристики полученных соединений. Показано, что введение 10 мол.% РЗМ в состав твердого раствора Zr0,2Ce0,8O2 позволяет сохранить кубическую флюоритовую структуру. При этом параметр решетки твердых растворов уменьшается с увеличением атомного номера РЗМ. По данным КР, синтезированные образцы являются нанодисперсными: размер кристаллитов диоксида церия составляет 13,3 нм, Zr0,2Ce0,8O2 – 11,2 нм, M0,1Zr0,18Ce0,72O2 – около 8 нм. Согласно  ПЭМ, средний размер частиц составляет 15 нм. Установлено, что введение РЗМ приводит к увеличению удельной поверхности и пористости, что обусловлено формированием более дефектных структур. Определена каталитическая активность синтезированных твердых растворов в реакции окисления СО в проточном реакторе при условиях: давление 0,1 МПа, температура 20–500 °С, объемная скорость 1800 ч–1, состав газовой смеси (об.%): СО – 3,6; О2 – 8,0; N2 – баланс. Наиболее активными оказались образцы с легкими РЗМ (празеодим, самарий, неодим), обладающие повышенной кислородной емкостью (OSC). Новые катализаторы представляют интерес для процессов очистки газовых выбросов автотранспорта.

Целью данной работы являлось исследование ферментативного гидролиза волокнистых продуктов, полученных гидротермобарической обработкой со взрывом двух видов сырья: мискантуса и плодовых оболочек овса – в реакторе высокого давления. В качестве катализатора была применена мультиэнзимная композиция из ферментных препаратов «Брюзайм BGX», «ЦеллоЛюкс-А», «Рапидаза ЦР». Установлено, что волокнистые продукты из плодовых оболочек овса характеризуются более высокой реакционной способностью к ферментации в сравнении с мискантусом: гидролиз продукта обработки плодовых оболочек овса в реакторе высокого давления приводит к максимальному выходу редуцирующих веществ – 68 % (от массы субстрата) или 95 % (от массы гидролизуемых компонентов) с обеспечением преимущественно глюкозного гидролизата. В случае продукта мискантуса, полученного в тех же условиях, выход редуцирующих веществ составляет 44 % (от массы субстрата) или 56 % (от массы гидролизуемых компонентов). С повышением давления при гидротермобарической обработке мискантуса массовая доля гемицеллюлоз в продуктах обработки уменьшается до 0,4 %, реакционная способность к ферментации продуктов обработки снижается: выход редуцирующих веществ составляет 37 % (от массы субстрата) или 55 % (от массы гидролизуемых компонентов).

Использование гетерогенных катализаторов для получения биодизеля из липидов растительного происхождения путем переэтерификации спиртами имеет ряд преимуществ по сравнению с гомогенными катализаторами. Для создания промышленных технологий данного процесса актуальной задачей является исследование кинетики процесса. Целью настоящей работы являлось исследование кинетики переэтерификации рапсового масла на гетерогенном катализаторе в условиях газообразного метанола с учетом его парциального давления, что ранее не исследовалось. Эксперименты проведены в проточном реакторе со стационарным слоем барий-алюмооксидного катализатора при температуре 200 °С и давлении метанола 0,1–2,5 МПа. Данные обработаны на основе упрощенной кинетической модели с одной необратимой
реакцией второго порядка (первого порядка по маслу и первого порядка по метанолу). Проведены ресурсные испытания катализатора, прокаленного при 700 °С.

Предложен способ предварительной подготовки низкокачественного жиросодержащего сырья для получения эфиров жирных кислот (ЭЖК), заключающийся в проведении метанолиза свободных жирных кислот, содержащихся в курином жире. В качестве катализаторов использованы новые гетерогенные сульфокислотные полимерные материалы, синтезированные с использованием в качестве наполнителя наноразмерного SiO2 (СКМ-К, СКМ-Ф-30 и СКМ-Ф-60) и лигнина (СКМ-Ф-30(Л) и СКМ-Ф-60(Л)). Проведено сравнение эффективности новых катализаторов с промышленными ионообменными смолами марок КСМ-2 и КУ-2-8 в метанолизе различного жиросодержащего сырья. Показано, что наибольший выход ЭЖК (96–97 %) достигается при использовании катализаторов СКМ-К, СКМ-Ф-30 и СКМ-Ф-30(Л), что обусловлено, видимо, их более развитой поверхностью. Определены эффективные условия проведения метанолиза: мольное соотношение куриный жир : метанол = = 1 : 7; количество катализатора – 5 % от массы жира; продолжительность реакции – 4 ч; температура 65–67 °С. Показана возможность регенерации и повторного использования гетерогенного сульфокислотного полимерного катализатора (СКМ-К) в метанолизе свободных жирных кислот.