Новые катализаторы и методы интенсификации процессов нефтепереработки и нефтегазохимии (гидрогенизация, дегидроароматизация, крекинг, метатезис, алкилирование, полимеризация, поликонденсация, пиролиз, реакции в низкотемпературной плазме и др.)

Целью настоящего исследования является создание новых высокоэффективных катализаторов для процессов нефтегазохимии и тонкого органического синтеза, а также разработка научных основ применения физических методов интенсификации химических реакций. Подавляющее большинство процессов нефтепереработки, нефтехимии, органического синтеза являются каталитическими. Совершенствование катализаторов этих процессов за счет использования новых материалов и нестандартных методов синтеза позволит в перспективе не только повысить экономическую и энергетическую эффективность целых отраслей, но и снизить их углеродный след за счет более полного использования сырья и снижения объема отходов. Так, в промышленности силиконов ежегодно расходуется и безвозвратно теряется 5.6 т платины, а ее вклад в стоимость всей продукции составляет более 30%. Разработка новых отечественных катализаторов также отвечает задачам импортозамещения. Полимерная промышленность России сегодня критически зависит от зарубежных поставок катализаторов; необходимо нарабатывать отечественные компетенции в каталитических подходах по переработке олефинов различной природы, что определяет актуальность задачи по синтезу и исследованию катализаторов олигомеризации и полимеризации олефинов. Создание новых катализаторов невозможно без развития соответствующих ex situ и in situ методов анализа. Одним из наиболее чувствительных и информативных методов мониторинга химических реакции и установления строения интермедиатов являются различные виды масс-спектрометрии. Наибольшей популярностью при этом обладает масс-спектрометрия с ионизацией электрораспылением. Недостатком этого подхода является возможность протекания реакций непосредственно в источнике ионов масс-спектрометра. Необходима разработка методик мониторинга каталитических процессов с использованием других методов ионизации- матрично-активированной лазерной десорбцией/ионизацией и DART. В ряде случаев разработка перспективных процессов (переработка диоксида углерода, конверсия природного и попутного газа, получение водорода из нефтяных и бытовых отходов, органический синтез на основе интернальных алкинов и т.д.) существенно ограничена термодинамическими и кинетическими факторами. Преодоление ограничений возможно путем использования физических методов интенсификации реакций, к которым можно отнести применение плазмы, нагрев с использованием адиабатического сжатия и фотокатализ. Помимо открытия новых путей осуществления целого класса процессов, перечисленные методы позволят напрямую использовать возобновляемую электрическую и/или солнечную энергию в химических реакциях, тем самым существенно снижая углеродный след получаемых продуктов. Для достижения поставленной цели предполагается решить ряд следующих задач: - разработка и оптимизация методов синтеза, модификации и исследования гетерогенных катализаторов (в том числе эмбриональных частей зародышей цеолитов, микро-мезопористых систем с регулируемой кислотностью, металлоценовых катализаторов, фотокатализаторов и др.) для процессов нефтегазохимии и переработки альтернативного нефти и возобновляемого сырья, тонкого органического синтеза, базирующегося на “мягких” и “зеленых” реакционных условиях, простых, коммерчески доступных и недорогих реагентах; - разработка новых подходов к синтезу каталитических систем и оптимизацию условий проведения реакций олиго- и полимеризации для создания высокоэффективных процессов получения практически важных олигомерных и полимерных продуктов; - исследование методов физического стимулирования химических процессов (низкотемпературная плазма, микроволновое излучение, адиабатическое сжатие и др.) для активации каталитических систем и изучения механизмов химических реакций; - изучение возможности управления фотокаталитическими реакциями превращения диаллиловых производных и исследование возможности фотокаталитической гетероциклизации с образованием гетероциклического ядра