Б – Безопасность:что предлагают ученые ТПУ для токсичного производства

ТОМСК, 1 ноя – РИА Томск. Коллектив молодых ученых Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывает научные основы экологически безопасных технологий алкилирования углеводородов. Алкилирование используется в токсичном производстве, например, для изготовления компонентов топлив. Что предлагают политехники для минимизации вреда окружающей среде – в материале РИА Томск.

Алкилирование – введение алкильного заместителя в молекулу органического соединения. Широко применяется в химической промышленности, например, при изготовлении сырья для моющих средств, полимерной продукции. В нефтепереработке процесс алкилирования направлен на получение высокооктановых компонентов автомобильного бензина из непредельных углеводородных газов.

Востребованность vs вред

Как сообщается в очередном выпуске газеты "За кары" ТПУ, алкилирование с использованием жидких кислотных катализаторов распространено как в России, так и за рубежом. Особенно часто установки алкилирования используются в Китае и Индии.

"Процессы алкилирования задействованы в самых разных отраслях промышленности. 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", – говорится на сайте газеты.

Политехники планируют снизить потребление токсичных катализаторов, используя методы математического моделирования. Руководит проектом научный сотрудник управления проректора по научной работе и инновациям Ирэна Долганова.

Катализаторы под контролем

"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", – объясняет Долганова.

По ее словам, параметры проведения процессов необходимо приблизить к оптимальным значениям. Для этого нужно 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 программных продуктов, присутствующих на рынке, могут учесть эти изменения через регрессионные уравнения, мы же рассматриваем механизм изменения активности катализатора", – говорит она.

Долганова 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", – объясняет руководитель проекта.

Во время побочных реакций образуются вещества, из-за которых активность катализатора снижается, что может привести к уменьшению выхода продукции. В то же время, если катализатор будет малоактивным, то и побочные реакции будут активироваться меньше, и конечный выход вновь будет снижаться. Задача ученых – сделать так, чтобы активность и расход катализатора были оптимальными.

"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 Долганова.

На связи с реальным производством

Данные, которые ученые ТПУ используют для построения моделей, предоставляются известными индустриальными партнерами – нефтеперерабатывающими предприятиями, которые выпускают автомобильный бензин, "дизель", 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 работы в рамках хоздоговоров и получаем от них необходимую для построения математических моделей информацию. Это данные с реального производства, ведь даже если у вас есть лабораторные установки, вы можете моделировать, получать результаты, приближенные к истине, но, когда все это масштабируется до промышленных производств – все меняется", – поясняет 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

Ирэна Долганова стала победителем конкурса "Постдок ТПУ как аналог докторантуры", созданного для поддержки перспективных проектов молодых кандидатов наук.

Справка:

Программа постдокторантуры в ТПУ реализуется с целью повышения конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров. 

Постдокторантура – это особая организация деятельности ученых для работы над актуальным проектом в качестве руководителя на условиях официального трудоустройства в ТПУ на должность научного сотрудника на срок до четырех лет.

Конкурс "Постдок ТПУ как аналог докторантуры" проводится по мере освобождения позиций постдоков. К участию приглашаются ученые, уже имеющие степень кандидата наук, либо степень PhD, а также публикации в международных рецензируемых изданиях, имеющие Н-индекс (Scopus) не ниже двух.

Проект Долгановой в рамках конкурса рассчитан на четыре года. Но фактически работы по данному направлению начали примерно в 2012 году сотрудники отделения химической инженерии ТПУ. 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", – говорит Долганова.

И добавляет, что к исследовательской работе по проекту привлекаются аспиранты, магистранты и бакалавры на каждом этапе: "Рабочие руки и знающие люди нам очень нужны".

Справка:

ТПУ – крупнейший технический вуз за Уралом. За пять лет поднялся в рейтинге QS (Quacquarelli Symonds) из группы 600+ до 373-й строчки в 2018 году. В рейтинге Times Higher Education (THE) для развивающихся стран в этом году вуз занял 21-е место, улучшив свои позиции более чем в два раза по сравнению с результатом 2017 года.

С 2013 года участвует в программе "5-100" по повышению конкурентоспособности в мире. В 2018 году ТПУ вошел в число престижных инженерных вузов мира в Шанхайском предметном рейтинге. В области "Инжиниринг" по предмету Instruments Science & Technology вуз попал в одну группу (201-300) с известными университетами Франции, Финляндии и Израиля.

Также ТПУ входит в Шанхайский рейтинг университетов мира (Academic Ranking of World Universities, ARWU), в котором занимает место в группе 901-1000.