CC BY
4
УДК 544.478; 67; 504.054; 338.2
М.В. Кузнецов
доктор химических наук, главный научный сотрудник
ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)
РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ИМПОРТОЗАМЕЩАЮЩИХ КАТАЛИТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА СТЕКЛОВОЛОКНИСТОЙ ТКАНОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ХИМИЧЕСКОЙ, НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ, ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
Аннотация
Разработана отечественная импортозамещающая технология получения стекловолокнистых тканых каталитических (СВТК) материалов и их адаптации под конкретные производственные процессы в химической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности. Предложенные технологические подходы успешно реализованы и показали отличные результаты применительно к решению проблем импортозамещения и экологии за счет расширения областей использования СВТК и организации их широкомасштабного производства.
Ключевые слова:
стекловолокнистые тканые катализаторы; СВТК; нефтепереработка; производство кислот; азотирование; масложировое производство; экологические проблемы; импортозамещение.
В Советском Союзе была создана широкая сеть катализаторных фабрик, которые обслуживали потребности химической индустрии, нефтеперерабатывающих предприятий и пищевой промышленности. В условиях централизованного функционирования промышленности эти катализаторные фабрики устойчиво существовали, поскольку были защищены «железным занавесом» от конкуренции зарубежных производителей катализаторов. Однако при переходе экономики на функционирование в соответствии с рыночными механизмами выяснилось, что производимые в России каталитические материалы, потребление которых ранее регулировалось директивно, в подавляющем большинстве производств оказались неспособными выдержать конкуренцию с зарубежными катализаторами и потеряли клиентуру внутри страны. Большинство российских катализаторных фабрик пришло в упадок и приостановило свою производственную деятельности. В частности, на территории Московской области остановлена и разукомплектована катализаторная фабрика в Воскресенске на предприятии ОАО «Воскресенские минеральные удобрения», практически бездействует Щелковский катализаторный завод и т.д. Сохранившаяся в настоящее время производственная база катализаторов в России не в состоянии удовлетворить нужды отечественных предприятий.
Как правило, производимые в России гранулированные катализаторы уступают зарубежным по многим параметрам. Об эксплуатационном уровне этих каталитических материалов свидетельствует и то, что они практически не востребованы на международном рынке. Согласно оценкам текущего состояния производственной базы катализаторов в России, годовой оборот всех отечественных катализаторных фабрик в настоящее время находится в пределах нескольких десятков миллионов долларов, тогда как оборот одной не очень крупной зарубежной каталитической фирмы (например, датской фирмы «Haider Topsоe») равен нескольким миллиардам долларов.
Не говоря уже о таких гигантах, как «Engeihard» и другие, чей оборот составляет десятки и даже сотни миллиардов долларов в год. К сожалению, в настоящее время в России более 80-и % рынка катализаторов по различным причинам занято импортными материалами. В сочетании с весьма незначительными временными эксплуатационными ресурсами большинства каталитически материалов, а также с введенными в отношении России экономическими санкциями, касающимися поставок в нашу страну в том числе и высокотехнологичной химической продукции - катализаторов, всё это делает ситуацию на катализаторном рынке России критической. Невозможность развития и модернизации производств в связи с отсутствием
подпадающих под действие санкций катализаторов существенно снижает их экономическую эффективность, тормозит развитие высокотехнологичных отраслей отечественной промышленности, а в ряде случаев приводит и к закрытию предприятий. Это, в свою очередь, ведет к еще большему возрастанию зависимости российского рынка пищевой, металлообрабатывающей химической и нефтехимической отраслей от поставок уже конечной импортной продукции.
Одним из путей выхода из создавшейся кризисной и критической ситуации должна стать переориентация российского рынка катализаторов и использующих эти катализаторы производств на отечественных производителей новых высокотехнологичных каталитических материалов. Это может быть сделано как за счет реанимирования и развития закрытых и сокращенных производств, так и за счет поддержки на государственном и региональном (Московская область) уровнях конкурентоспособных отечественных импортозамещающих разработок катализаторов различного назначения, осуществляемых также и малыми инновационными предприятиями.
Такой разработкой является создание нового поколения отечественных стекловолокнистых тканых каталитических (СВТК) материалов с различными наполнителями. СВТК - представляют собой изделия, сотканные из силикатных, аморфных по фазовому состоянию стекловолокон (содержание 8Ю2 55-98% масс.) в форме полотнищ или сеток, активированных каталитическими компонентами из широкого ряда металлов (Pt,Pd, Ag, Сг, №, Мп, Со и др.), композиция которых и их содержание определяется требованиями каждого конкретного каталитического процесса. В ходе поиска приемов каталитической активации кремнеземной основы СВТК был разработан ряд методов имплантации ионов металлов в аморфную стекловолокнистую матрицу в процессе их производства. СВТК элементы характеризуются высокой каталитической активностью при весьма малом содержании в матрице металлической компоненты и весьма развитой каталитической поверхностью. Их макропористость регулируется подбором специфической мультиволокнистой структуры матрицы, которая формируется операциями кручения отдельных элементарных волокон диаметром 5-9 микрон в рабочую нить, а также типом переплетения нитей в рабочее полотнище (простое тканое плетение, саржевое, сатиновое, сеточное и др.). Микропористость СВТК легко управляется путем изменения химического состава стекла и введением специальных операций предварительной обработки стекловолокнистой матрицы носителя. Внутренняя поверхность может варьироваться в соответствии с требованиями конкретного каталитического процесса от единиц (для щелочного стекла) до сотен (для алюмоборосиликатного стекла) квадратных метров на грамм массы катализатора с реализацией широкого спектра пор по их размерам (10 - 1000 А). СВТК характеризуются высокой химической и термической стойкостью, механической прочностью, устойчивостью к истиранию и пылению.
Эти качества СВТК систем в соединении со стабильностью введенной в их матрицу металлической компоненты обеспечивают этим системам хорошие характеристики по длительности эксплуатации (рабочему ресурсу).
Их структура и свойства позволяют реализовать в реакторе эффективный кассетный дизайн послойно сформированного катализаторного пакета со значительным сокращением общей массы загрузки по сравнению с традиционными гранулированными насыпными катализаторами. Такой кассетный дизайн катализаторного пакета-картриджа обеспечивает эксплуатационную простоту и оперативность его инсталляции, а также извлечения отработавшего элемента из реактора. Процесс производства СВТК материалов характеризуется непрерывностью технологической схемы, легкой ее перестраиваемостью на новое изделие, а также экономичностью. Создание катализаторных фабрик для производства СВТК материалов не потребует существенных капитальных вложений, поскольку они могут быть развернуты путем введения некоторых дополнительных стадий в уже действующие производства стекловолокнистых материалов теплозащитного, электроизоляционного и конструкционного назначения.
Таким образом, разработанные нами СВТК материалы могут быть классифицированы как новые, практически, неизученные объекты каталитической химии. Этот класс каталитических систем характеризуется как собственной фундаментальной научной новизной, так и новизной их технологического применения. Что касается реализации и внедрения предложенной нами технологии и ее элементов на
предприятиях различных отраслей промышленности, то за последние годы были достигнуты следующие результаты:
- Химический состав кремнеземных волокон, структурный дизайн стекловолокнистых тканых каталитических материалов, способы тканья и дополнительной химической обработки разрабатывались в рамках сотрудничества ООО «Химфист» и ОАО НПО «Стеклопластик» (п. Андреевка, Солнечногорский район, Московская область), продолжающегося и в настоящее время.
- Совместно с научно-производственным предприятием (НПП) «Экопромика» (п.Томилино, Московская область) разработана технология каталитической очистки промышленных газовых выбросов и воздуха от загрязнений с использованием СВТК. Оборудование данной компании установлено по всей России и в странах СНГ (Белоруссии, Украине, Казахстане). Компания НПП «Экопромика» активно участвует в реализации национальной программы «Экология России», лично курируемой Президентом Российской Федерации. Так за 8 лет ОКБ НПП «Экопромика» разработала 12 базовых газоочистных установок и более 30 модификаций. Сдано в эксплуатацию более 500 газоочистных комплексов Газоконвертор «Ятаган», которые очищают свыше 5 000 000 кубических метров загрязненного воздуха в час. (также данная технология внедрена на ЗАО «СТИНОЛ», г.Липецк)
- В интересах холдинга «СИБУР» (г.Москва), а также его дочерних подразделений ООО «Биаксилен» (г.Железнодорожный, Московская область), ООО «Нефтехимия» (г.Москва, Капотня) и ОАО «ГазпромнефтехимСалават» велись разработки нового поколения катализаторов на стекловолокнистой тканой основе для процессов очистки стирола-сырца от фенилацетиленовых примесей методом селективного гидрирования, а также создание пилотного реактора нового дизайна со стеклоткаными каталитическими картриджами.
- На Московском жировом комбинате (г. Москва) успешно проведены тестовые испытания нового катализатора гидрирования натуральных масел с целью получения твердых жиров (саламасов). Стеклотканые катализаторы ООО «Химфист» в процессе производства твердых растительных масел и жиров в качестве альтернативы традиционной для маргариновой промышленности технологии жидкофазного гидрирования на порошковых Ni-содержащих каталитических системах обеспечивают следующие преимущества: исключение из технологической цепочки узла, энергоемкой стадии глубокой фильтрационной очистки продукта от порошковых компонентов и снижение себестоимости саламаса на 2030%; полное исключение в конечном продукте содержания никеля - тяжелого, физиологически опасного металла; создание возможности перевода процесса гидрирования на непрерывную схему производства саломасов; исключение экологически острой проблемы накопления и переработки Ni- содержащих масс отработанного порошкового катализатора.
Таким образом, на предприятиях различных отраслей промышленности Московской области и Москвы успешно реализован проект, связанный с внедрением стекловолокнистых тканых каталитических (СВТК) материалов, являющихся исключительно отечественной разработкой ученых Московской области ООО «Химфист» (г. Черноголовка). Данные перспективные каталитические материалы и технологические подходы, связанные с их применением на предприятиях химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности, а также в экологических процессах, в перспективе способны обеспечить решение проблем импортозамещения при производстве катализаторов, а также существенно улучшить экологическую составляющую соответствующих производственных процессов в сочетании с вкладом в развитие малого предпринимательства Московской области.
Список использованной литературы:
1. Федеряева В.С., Витковская Р.Ф., Петров С.В. Стекловолокнистые катализаторы: получение и парофазная деструкция органических соединений Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2010. № 11 (35). С. 32-36.
2. Барелко В.В., Кузнецов М.В., Дорохов В.Г., Parkin I. Стекловолокнистые тканые катализаторы -альтернативные каталитические материалы для различных отраслей промышленности. Химическая физика. 2017. Т. 36. № 7. С. 75-89.
3. Бальжинимаев Б.С., Сукнёв А.П., Гуляева Ю.К., Ковалев Е.В. Силикатные стекловолокнистые
катализаторы: от науки к технологиям. Катализ в промышленности. 2015. № 4. С. 22-29. 4. Кузнецов М.В. Стекловолокнистые тканые катализаторы - перспективные материалы для использования в высокотемпературных процессах Современные пожаробезопасные материалы и технологии. Сборник материалов Международной научно-практической конференции, посвященной Году культуры безопасности. 2018. С. 78-81.
© Кузнецов М.В., 2021
УДК 351.862.2, 630.841.21
А.В. Сафонов
старший научный сотрудник ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)
НОВЫЙ АНТИСЕПТИК, ПРИМЕНЯЕМЫЙ ДЛЯ КОНСЕРВАЦИИ ИМУЩЕСТВА И ОБЪЕКТОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Аннотация
Автором предложен метод консервации материалов различного назначения от биоповреждений. Разработанная консервирующая композиция относится к малоопасным веществам (IV класс опасности). Относительная токсичность обработанных поверхностей по отношению к культуре гриба Coniophoraputeana в сравнении с образцом, пропитанным стандартным методом с использованием антисептика на базе каменноугольного масла, снижается на 20%. ПДК паров в воздухе рабочей зоны по сравнению
с технологическим процессом, в котором используется антисептик на базе каменноугольного масла, повышается с 0,05-0,2 мг/м3 (I класс) до 10 мг/м3.
При производстве предложенной автором композиции не образуются вредные выбросы в атмосферу, отсутствует загрязнение стоков фенолами, не требуется разогрева при сливе из цистерн, а также при хранении и технологической транспортировке по заводской системе трубопроводов в зимнее время.
Ключевые слова:
биоповреждение, разрушение конструкций, консервация материалов, альтернативный метод, ракетные топлива, продукты нефтепереработки, малотоксичный состав, повышение срока службы з
ащитных сооружений.
Не только в Российской Федерации, но и во всем мире в настоящее время имеет место рост экономического ущерба на объектах различного назначения от биоповреждений и биокоррозии. Наиболее интенсивно такие работы проводятся в Китае, Австралии, Канаде, США, Германии, а также в Великобритании. Наличие микрофлоры в воздухе обследуемых помещений может быть связано как с неэффективной работой воздушных фильтров, так и с нарушением целостности конструкций (трещины, щели и др.). Известно, что с одной стороны, условно патогенная микрофлора способна оказывать негативное влияние на здоровье людей, как в процессе функционирования здания, так и при проведении учений в данных помещениях, а с другой стороны, микроорганизмы способствуют разрушению и повреждению строительных материалов, используемых в бомбоубежищах. Одними из наиболее агрессивных и часто встречающихся агентов являются мицелиальные грибы. Кроме этого, среди выделенных грибов есть виды, представители которых условно патогенны и способны вызывать серьезные заболевания человека, такие как микозы, микотоксикозы, микоаллергозы и др.
Биоповреждения ведут, в том числе, и к техногенным авариям, что нарушает экологическое равновесие всей экосистемы. Ежегодный ущерб от биоповреждений в Российской Федерации исчисляется суммой порядка 15 млрд. рублей (3-5 % от стоимости выпускаемой продукции). В результате увеличения
