Коллектив молодых ученых Томского политехнического университета занят разработкой научных основ ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий алкилирования углеводородов. Процессы алкилирования с использованием жидких кислотных катализаторов широко распространены как в России, так и за рубежом.
Алкилирование используется, например, при изготовлении сырья для моющих средств, полимерной продукции, компонентов топлив. Однако это очень токсичное производство, которое наносит вред окружающей среде. Политехники планируют снизить потребление токсичных катализаторов, используя методы математического моделирования.Руководитель проекта — научный сотрудник управления проректора по научной работе и инновациям Ирэна Долганова — стала победителем конкурса «Постдок ТПУ как аналог докторантуры», созданного для поддержки перспективных проектов молодых кандидатов наук. Она рассказала корреспонденту газеты «За кадры» о том, как реализуется проект.
Оптимальные параметры
Процессы алкилирования широко задействованы в самых разных отраслях промышленности — это огромный рынок, охватывающий как Россию, так и зарубежные страны. Особенно распространено использование установок алкилирования в Китае и Индии. При этом производство очень токсично и оказывает серьезное негативное влияние на экологию. Сами производители, отмечают ученые, заинтересованы в том, чтобы снизить причиняемый вред и повысить качество получаемой продукции.
— Основная проблема на производствах состоит в том, что процессы алкилирования могут протекать не в оптимальных областях, активность катализаторов при образовании кислоторастворимых тяжелых ароматических соединений может изменяться, что, в конечном итоге, приводит к снижению выработки и качества целевого продукта. Необходимо привести параметры проведения процессов к оптимальным значениям. Для этого необходимо создать модель физико-химического процесса и откорректировать ее по различным параметрам. Именно этим мы и занимаемся, но при этом основная «фишка» наших моделей в том, что мы учитываем нестационарность процессов. Ведь в ходе протекания каталитического процесса происходят определенные изменения. Большинство програм-мных продуктов, присутствующих на рынке, могут учесть эти изменения через регрессионные уравнения, мы же рассматриваем механизм изменения активности катализатора, — говорит Ирэна Долганова.
Она добавляет, что в рамках проекта используется установка алкилирования бензола олефином, изучаются процессы алкилирования бензола высшими олефинами, этиленом (для получения этилбензола) и сернокислотное алкилирование. Однако научный подход, созданием которого заняты политехники, позволит уменьшать количество и других высокотоксичных катализаторов, вовлекаемых в процессы алкилирования.
— Существует такое понятие, как активность катализатора. Чем он активнее, тем быстрее проходит процесс превращения одного вещества в другое. В нашем случае — способствует производству алкилатов. Но при большой активности катализатора активно протекают не только основные реакции, но и побочные. И последние образуют вещества, из-за которых активность катализатора начинает снижаться, что может привести к снижению выхода продукции. В то же время, если катализатор будет малоактивным, то и побочные реакции будут активироваться меньше, и конечный выход будет снижаться. Наша задача — сделать так, чтобы активность и расход катализатора были оптимальны. Для установления параметров, соответствующих оптимальной активности, мы создаем физико-химическую модель, схему превращения, закладываем информацию в систему дифференциальных уравнений, вносим все данные в программу, проводим расчеты и получаем решение, которое позволяет не только поддерживать оптимальную активность, но и снизить объем опасных веществ. И это будет общий подход, — подчеркивает руководитель проекта.
Ирэна Долганова
На связи с реальным производством
Данные, которые ученые Томского политеха используют для построения моделей, они получают от известных индустриальных партнеров: нефтеперерабатывающих предприятий, выпускающих автомобильный бензин, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей, мазут, продукты нефтехимии и многое другое. Ученых ТПУ связывают с заводами долговременные и крепкие отношения. Более того, ряд технологических решений, предложенных политехниками, уже внедрен на производстве.
— Мы делаем для предприятий различные работы в рамках хоздоговоров и получаем от них всю необходимую для построения математических моделей информацию. Очень важно, что это данные с реального производства, ведь даже если у вас есть какие-то лабораторные установки, вы можете моделировать, получать какие-то результаты, приближенные к истине, но когда все это масштабируется до промышленных производств — все меняется, — поясняет Ирэна Долганова.
Проявляют интерес к исследованию и зарубежные партнеры. Так, научный коллектив поддерживает связь с Павлодарским нефтехимическим заводом (Казахстан) и учеными Саутгемптонского университета (Англия).
Ждут аспирантов, магистрантов и бакалавров
Проект в рамках конкурса «Постдок ТПУ как аналог докторантуры» рассчитан на четыре года. Но фактически работы по данному направлению сотрудниками отделения химической инженерии ТПУ были начаты примерно в 2012 году. И на каждом этапе ученые стараются вовлекать в процесс студентов, начиная с младших курсов. При этом 2022 год, обозначенный в конкурсе, ученые не считают конечной точкой в исследованиях.
— Завершить столь масштабный проект полностью практически невозможно. На данном этапе наша задача — построить модель, изучить все параметры и получить определенные результаты.
А далее предстоит еще множество интересной работы. Когда взаимодействуешь с реальным производством, быстро развивающейся отраслью, все время появляется новая работа, задачи, которые необходимо решать.
И мы стараемся задействовать аспирантов, магистрантов и бакалавров на каждом этапе.
Рабочие руки и знающие люди нам очень нужны. А в заключение я бы хотела поблагодарить профессора отделения химической инженерии Эмилию Дмитриевну Иванчину. Она не просто осуществляет общее научное руководство, но и стоит у истоков нашей научной школы, наряду с профессором Анатолием Васильевичем Кравцовым — подытоживает руководитель исследования.
Подготовила Наталья Каракорскова
Источник
