На главную

 
Научные подразделения Центра
Научная библиотека
Научные советы
Издательская деятельность
История ИК СО РАН
Версия для печати | Главная > Центр > Научные советы > Научный совет по катализу > ... > 2006 год > № 38

№ 38

Обложка номера

СОДЕРЖАНИЕ

Поздравление
В.Б.Казанский (к 75-летию со дня рождения)

М.Г.Слинько
"Истоки и основы журнала "Катализ в промышленности"

Е.З.Голосман
"40 лет ИКАРУ "НИАП"

Е.З.Голосман
"Научный потенциал Тульского региона"

Т.В.Замулина, А.Н.Загоруйко, В.Я.Якововлев
"Химреактор-17"

За рубежом

Приглашения на конференции




ВЛАДИМИР БОРИСОВИЧ КАЗАНСКИЙ (К 75-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ)

Подробнее


ИСТОКИ И ОСНОВЫ ЖУРНАЛА "КАТАЛИЗ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ"

ИСТОКИ И ОСНОВЫ ЖУРНАЛА "КАТАЛИЗ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ"

(Выступление на конференции, посвященной 5-летию
научно-технического журнала "Катализ в промышленности" 28 февраля 2006 г.)

Вспомним время и обстановку, когда возникла необходимость создания нового журнала по катализу.

Шоковая терапия и реформы 90-х годов привели к резкому снижению научно-технического потенциала химических отраслей страны. Развал Советского Союза был делом искусственным и его спровоцировали руководящие "товарищи"-предатели. За годы смуты и бездарных реформ мы потеряли огромную собственность, нажитую коллективным трудом химиков. Потери более чем в два раза превысили ущерб, причиненный в годы Великой Отечественной войны.

Распад Советского Союза явился геополитической катастрофой века. Отделение бывших республик СССР нанесло ущерб как нашей химической промышленности, так и промышленности самих республик. Получили развитие негативные процессы: были разрушены ранее установленные связи между заводами, разгромлены все отраслевые организации и институты, в том числе и журнал "Химическая промышленность" - старейший печатный орган химических отраслей. Отраслевые институты оказались без молодых кадров, без заказов, без перспектив.

В Академии наук длительное время считалось, а во многих институтах считается и сейчас, что химическая технология – это наука второго сорта. Именно поэтому академические журналы не печатали статьи по промышленному катализу. Только журнал "Теоретические основы химической технологии" является исключением, но объем возможных статей в нем ограничен.

В этой обстановке остро ощущалась необходимость нового журнала в области промышленного катализа. Решая вопрос об организации журнала и определении его структуры и содержания, мы обратились к нашей истории становления химической промышленности. История является идеальным полигоном для определения путей развития отрасли. Обращаясь к истории и изучая её, мы устанавливаем непрерывность творчества.

Становление катализа, химической технологии и химической промышленности произошло в конце 20-х годов. Руководители Советской России очень быстро осознали жизненную необходимость создания полноценной собственной научно-технической базы и создали ряд высококвалифицированных промышленных институтов: ЦАГИ, ГИВД, НИФХИ им.
Л.Я. Карпова, ГИПХ и другие.

Сформировалось первое поколение советской научно-технической интеллигенции, которое ощущало свою причастность к историческим свершениям нового государства. Они создали крупномасштабную науку, великолепное образование, не уступающее западному, что облегчило нашу победу в Великой Отечественной войне и в послевоенный период способствовало решению крупных научно-технических проблем в области создания новой техники. Этот период характеризовался энтузиазмом научной молодежи и старшего поколения и коллективным творчеством, в основе которого лежали прогрессивные идеи. Мы умели делать то, что не умели делать на Западе. Мы превосходили Запад в области химической технологии (Chem. Eng. Sci.). В этом я убедился во время службы в оккупационных войсках в Германии.

Я прошел войну в составе 1-й Гвардейской танковой армии. Эта армия после войны располагалась в Саксонии (Дрезден), а командующий армией генерал-полковник М.Е. Катуков был генерал-губернатором Саксонии. Я по его поручению, как начальник Отдела штаба армии, курировал химическую промышленность и демонтаж оборудования химических заводов. Изучив химическую промышленность Германии, которая считалась лучшей в мире в довоенные годы, и её исследовательские центры, я понял, что в основе промышленной технологии лежал чисто эмпирический путь изучения процессов, осуществляемых на большой серии опытных установок. В результате созданные процессы не были оптимальными. Так, например, лучший сернокислотный аппарат, созданный Баденской анилиновой и содовой фабрикой (BASF) в Людвигсхафене мощностью 50000 т/год, состоял из трех слоев катализатора с промежуточным теплообменом и одного слоя с внутренним теплообменом, содержал 595 трубок различного диаметра. Аппарат был намного сложнее в эксплуатации и менее продуктивен, чем наши контактные сернокислотные аппараты.

Опираясь на многолетние традиции передовых ученых и инженеров нашей страны, а также учитывая принципы организации и работу Сибирского отделения РАН, нами были приняты следующие методологические и методические основы журнала:

  1. Единство теории и практики, фундаментальных и прикладных наук.
  2. Развитие современной экспериментальной базы научно-технических исследований катализаторов и каталитических процессов.
  3. Широкое внедрение физико-химических и физико-математических методов во все этапы создания каталитического процесса от молекулярного до аппаратного уровня на основе математического моделирования.
  4. Организация коллектива ученых и инженеров различного профиля и коллективного творчества при опоре на коллективный интеллект.
  5. Приоритет духовно-нравственных факторов в научной деятельности. Сохранение высокого нравственного капитала, созданного русскими учеными в предыдущие годы.

Редакция и редколлегия журнала ставила перед собой следующие задачи:

  1. Объединение творческих сил российских специалистов в области промышленного катализа и обеспечение возможности изучения ими новых результатов и достижений.
  2. Информирование о проходящих научных конференциях как в нашей стране, так и за рубежом. Оказание интеллектуальных услуг работникам ЦЗЛ и заводов.
  3. Проникновение на каждый завод, ЦЗЛ, фирму, использующие каталитические методы, а также институты и ВУЗы, ведущие исследования в области катализа.

Какие научно-технические задачи стоят перед журналом? Они определяются задачами развития промышленного катализа. Промышленные каталитические процессы многочисленны и многообразны. Поэтому в кратком выступлении невозможно перечислить многие актуальные проблемы, которым журнал должен уделять внимание. К тому же будущее российского рынка в настоящее время не имеет определенности. Поэтому необходима гибкость в определении перспектив. Для примера укажу несколько актуальных проблем, достойных обсуждения.

Создание конкурентоспособных энерго- и ресурсосберегающих промышленных каталитических процессов в следующих направлениях:

  1. Превращение СН4 и алканов.
  2. Повышение качества продуктов нефтепереработки и нефтехимии.
  3. Получение энергии на основе использования чистого водорода.
  4. Экология, в том числе очистка выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.
  5. Биотехнология и многофазные системы.
  6. Синтез материалов с заданными свойствами.
  7. Технология производства катализаторов, включая методы нанотехнологии.

Из многочисленных проблем нашего развития я остановлюсь на трех наиболее важных из них, которые необходимы для решения этих задач:

  1. кинетика реакций промышленных каталитических процессов;
  2. внедрение методов нанотехнологии при приготовлении катализаторов и конструировании химических реакторов;
  3. применение методов вычислительной аэродинамики в промышленном катализе.

Кинетика каталитических реакций. Кинетическая модель, как с теоретической, так и с практической точки зрения дает всю необходимую информацию для математического моделирования каталитического процесса, конструирования реактора и создания системы управления. На основе кинетической модели определяются оптимальные условия проведения процесса в промышленности, необходимое количество катализатора для достижения заданной избирательности и степени превращения, а также выбирается эффективная конструкция реактора. Однако, при существующей методике определения кинетической модели её получение является самым медленным этапом исследования. В большинстве случаев кинетическая модель реакции неизвестна, и исследователи вместе с инженерами-технологами спешат проектировать реактор интуитивно и на основе ограниченных экспериментальных измерений. Вследствие этого удлиняются сроки освоения каталитического процесса, возникает большое число ошибок и промышленность терпит значительные экономические потери. Поэтому сроки получения кинетических моделей имеют огромное практическое значение для быстрого исследования и освоения нового процесса.

Чтобы кинетическая модель могла служить опорой для решения практических вопросов, предварительная кинетическая модель должна быть получена не более, чем за месяц, а полная модель не более, чем за 4 месяца. Этим условиям должна удовлетворять техническая оснащенность и организация круглосуточных работ на нескольких установках.

До перестройки наши исследования в области кинетики реакций промышленного катализа превосходили Запад. Поэтому и математическое моделирование каталитических процессов проводилось значительно раньше и более полно, чем на Западе. В настоящее время исследования в области химической кинетики проводятся очень редко. Не организуются конференции по кинетике каталитических реакций. Напомню, что третья, и она же последняя, конференция проходила в 1992 г. в г. Иваново.

Надо понимать, что наши достижения в промышленном катализе зависят от понимания кинетики реакции промышленных каталитических процессов и надежности их кинетических моделей. Не зная кинетики реакций многих промышленных каталитических процессов, мы очень плохо характеризуем свойства промышленных катализаторов.

По характеристикам катализаторов, выпускаемых промышленностью, нельзя судить о результатах их работы в промышленных реакторах.

Основой методологии экспериментальных исследований каталитического процесса и кинетики реакций является сочетание натурного (НЭ) и вычислительного (ВЭ) эксперимента в автоматизированных системах научных исследований (АСНИ).

Функциональная схема АСНИ представлена на рис. 1. Структура методологии сочетания НЭ и ВЭ состоит в последовательности проведения всех этапов цикла, где каждый очередной цикл приближает к решению поставленной задачи.

Основной смысл последовательности этапов состоит в предварительном расчете и определении того, что и как надо измерять. Хотя математика стала уже неотъемлемой частью технологии каталитических процессов, необходимо дальнейшее усиление роли математики. Её значение все более возрастает в научно-техническом прогрессе промышленного катализа.

Сбалансированное сочетание вычислительного и натурного экспериментов дает нам возможность:

  1. Сократить объем и сроки исследований;
  2. Объединить экспериментальные и теоретические методы;
  3. Повысить качество и полноту результатов измерений;
  4. Функциональная структура АСНИ
    Функциональная структура АСНИ
  5. Автоматизировать измерения;
  6. Осуществить диалоговый режим исследователь-ЭВМ;
  7. Получить иерархию математических кинетических моделей исследуемого процесса.

В большинстве случаев промышленные катализаторы содержат активные компоненты и пористую структуру наноразмеров. Однако сейчас, когда возникли инструменты, позволяющие измерять и манипулировать на наноскопическом уровне, методы нанотехнологии для получения промышленных катализаторов пробрели новое значение. Нанотехнология относится конечно не к размерам гранул катализатора, а к деталям внутренней структуры.

Молекулярная технология катализа есть научно-техническая мечта. Создаваемые путем молекулярной самоорганизации избирательные, активные катализаторы, структура которых регулируется в диапазоне атомов и молекул, является совершенно новой реальностью, которая может не иметь аналогов в природе.

Исследование каталитических систем на всех масштабных уровнях, начиная с молекулярного, требует участия специалистов многих отраслей знания. Поэтому необходим коллектив разных специалистов-единомышленников, образующий коллективный интеллект, возможности которого постоянно расширяются в отличие от индивидуального интеллекта. Как следствие, для исследования каталитических процессов необходим коллектив единомышленников, превосходящий критическую массу.

Хочу сказать несколько слов о каталитических реакторах. В ближайшее время будут широко использоваться многофункциональные реакторы с совмещенными процессами, особенно для малотоннажных каталитических процессов. Совмещение реакционных и массообменных процессов имеет целью повышение выхода целевых продуктов и уменьшение затрат энергии. Сочетание этих процессов позволяет повысить интенсивность как реакционных, так и массообменных процессов и преодолеть термермодинамические ограничения. К совмещенным относятся следующие группы процессов:

  1. Реактивная дистилляция;
  2. Реактивная экстракция;
  3. Реактивная кристаллизация;
  4. Процессы в хроматографических реакторах;
  5. Процессы в мембранных реакторах;
  6. Адсорбцинно-каталитические процессы.

Для интенсификации этих процессов найдут применение стационарные процессы при нестационарном состоянии катализатора и реакторы с организованной симметричной насадкой и улучшенной геометрией:

  1. Реакторы со взвешенным слоем;
  2. Реакторы с монолитными катализаторами;
  3. Реакторы с микроэлементами;
  4. Реакторы с катализаторами в виде сеток и волокон.

Создание многопроцессорных электронных вычислительных машин открыло возможность моделирования потоков реакционной смеси в аппаратах каталитических производств на основе уравнений Навье-Стокса. Эта область получила название вычислительной аэродинамики (Computational Fluid Dynamic – CFD).

Применение методов вычислительной аэродинамики позволит улучшить понимание работы аппаратов и реакторов и найти оптимальные геометрические формы и размеры. Результаты вычислений хорошо дополняет томография, с помощью которой можно получить изображение внутренней структуры анализируемого аппарата или реактора. В настоящее время вычислительная аэродинамика (CFD) стала новым мощным орудием инженера-химика и технолога в познании работы аппаратов каталитических процессов. Открывается возможность решать задачи, не подлежащие прямому экспериментальному решению.

Области применения вычислительной аэродинамики (CFD):

  1. многофазные каталитические системы;
  2. быстрые каталитические процессы;
  3. движение и смешение реакционных сред в аппаратах и реакторах. Визуализация течения;
  4. нестационарные течения реакционных сред в аппаратах и реакторах;
  5. исследование процессов самоорганизации.

Заключение

С точки зрения инновационного развития последние 15 лет были потеряны. Мы наблюдаем небольшой рост продукции, но не развитие промышленности. Нам сейчас необходимо определение целей развития. Мы должны представить себе ближайшие и долговременные перспективы в области промышленного катализа.

Настал момент, когда необходим переход на новый, качественно другой, более высокий интеллектуальный уровень на всех этапах создания каталитического процесса. У нас нет ни времени, ни ресурсов для реализации эмпирического метода проб и ошибок. Этот путь сейчас для нас губителен. Наша предпринимательская элита пребывает, в значительной мере, в плену Запада. Недооценка интеллектуального потенциала наших специалистов ставит под угрозу наши надежды на скорый выход России из глубочайшего кризиса и содействует агрессивному поведению зарубежных фирм. Например, иностранные фирмы, торгующие катализаторами крекинга, рассматривают наш внутренний рынок как свою вотчину.

Мы должны понимать, что самый короткий путь создания конкурентоспособного каталитического процесса – это путь, основанный на детальном знании всех сторон процесса, а это означает, что мы должны принять методические, технические и организационные мероприятия по сокращению сроков исследования и разработки каталитических процессов.

Большие компании и фирмы должны научиться для своего же блага опираться на знания. Экономика и техника, опирающиеся на Знания – это современный этап развития общества. Рынок знаний наиболее динамично развивается и носит глобальный характер. Инвестиции в знания должны расти быстрее, чем инвестиции в основные фонды промышленности. Богатство в интеллектуальной деятельности, а не в недрах, определяют современный этап развития страны. Руководители фирм должны понимать, что мы соревнуемся с фирмами, имеющими нарастающий опыт в течение столетий (Дюпон – 200 лет, Мобил – 150 лет), тогда как мы с энтузиазмом разрушили и, в значительной мере, потеряли собственные школы, опыт и знания. Нам многое необходимо строить заново. Поэтому нам необходимо резко увеличить капиталовложения в получение знаний, в том числе и в журнал. Это надо делать срочно, пока ещё не всё потеряно. Недостаточное финансирование науки создает условия для её уничтожения.

Структура методологии  получения математической модели каталитического реактора

Структура методологии получения математической модели каталитического реактора

Научные основы химической технологии включают 4 блока научных дисциплин: химию, физику, инженерные науки, математику на базе современных ЭВМ. На рис. 2 стрелками показано участие и роль отдельных блоков на различных этапах исследований.

Нелинейная динамика, как эффективный междисциплинарный подход, выходит на первый план. Пройденный ею путь уже сейчас позволяет более просто и эффективно анализировать и решать задачи промышленного катализа.

Мы надеемся, что в дальнейшей работе журнала и в определении его научно-технической политики будут участвовать более широкие круги специалистов, предпринимателей и представителей фирм, что будет способствовать развитию отечественного промышленного катализа. Опираясь на самоотверженный труд наших специалистов, мы преодолеем всю меру несчастий, легших на плечи нашего народа.

М.Г. Слинько


40 лет ИКАРУ "НИАП"

Подробнее


Научный потенциал Тульского региона

Подробнее


XVII Международная конференция по химическим реакторам ХИМРЕАКТОР-17

Подробнее


За рубежом

Подробнее


Приглашения на конференции

Подробнее



Copyright © catalysis.ru 2005-2023
Политика конфиденциальности в отношении обработки персональных данных