Институт в наши дни

В настоящее время Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева, входящий в состав Отделения химии и наук о материалах Российской Академии наук, является общепризнанным научным центром в области нефтепереработки, нефте- и газохимии, химии и физики полимеров, мембранной науки и технологии, научных основ энергохимических процессов. Институт включает 23 научно-исследовательских лаборатории, общее число сотрудников около 400 человек, из них 3 академика РАН, 2 член-корреспондента РАН, 60 докторов наук и 160 кандидатов наук.

С 2008 года Институтом руководит академик, доктор химических наук, профессор Саламбек Наибович Хаджиев. В настоящее время научные работы в Институте ведутся по следующим основным направлениям:

– разработка наноразмерных ненанесенных катализаторов процессов нефтехимии и нефтепереработки – гидрокрекинга и гидроконверсии, гидрирования, синтеза Фишера-Тропша – и развитие научных основ наногетерогенного катализа;

– разработка научных основ получения альтернативных топлив, в том числе диметилового эфира, компонентов высокооктанового бензина (оксигенатов, триптана, синтетических жидких углеводородов), синтетических высокоплотных высокоэнергетических реактивных топлив;

– создание технологий переработки попутного и природного газа в компоненты моторного топлива и сырье для нефтехимии;

– создание мембранных технологий и мембранных материалов для разделения газовых и жидких сред;

– синтез, модификация, реология полимерных материалов, композитов и адгезивов.

В рамках крупного проекта по гидроконверсии тяжелых нефтяных остатков в присутствии наногетерогенных сульфидных катализаторов отработаны методики синтеза ex situ и in situ в реакционной среде сульфидных катализаторов, в том числе со структурой «ядро-оболочка». Наработаны опытные образцы наноразмерных Мо-содержащих катализаторов со средним диаметром частиц 231 нм, атомное отношение S/Mo 1,6. Длительные (более 90 сут.) испытания на пилотной установке с рециклом непревращенного остатка показали высокую активность и стабильность катализатора при конверсии остатка >537°С более 92%. Полученные результаты были реализованы при создании проекта и строительстве установки гидроконверсии остаточного сырья в АО «ТАНЕКО». Ведутся исследования по вовлечению в сырье гидроконверсии нетрадиционных источников, в том числе биомассы водорослей, сланцевой нефти, древесных и полимерных отходов.

Исследованы закономерности синтеза синтетической нефти по реакции Фишера-Тропша в присутствии Fe- и Со-содержащих наноразмерных катализаторов со средним размером частиц менее 100 нм, синтезированных in situ в реакционной среде, в условиях трехфазного процесса в сларри-реакторе. Показана возможность регулирования размера частиц дисперсной фазы Fe- и Со-катализаторов путем варьирования условий их приготовления, состава, природы и концентрации активной фазы и промотирующих добавок.

Созданы научные основы синтеза сульфидных никель-вольфрамовых катализаторов селективного гидрирования ароматических углеводородов и гидродеароматизации нефтяных фракций.

Разработаны катализаторы прямого синтеза диметилового эфира и синтетической нефти из синтез-газа через диметиловый эфир.

Проведено комплексное исследование наноразмерных каталитических суспензий на основе цеолита MFI, диспергированного в жидких средах, в реакциях синтеза низших олефинов из диметилового эфира (ДМЭ) в условиях трехфазного катализа. Методами высокотемпературной ИК спектроскопии диффузного отражения in situ в сочетании с квантово-химическим моделированием исследован механизм превращения диметилового эфира в низшие олефины. Показано, что в процессе формирования активных центров превращения ДМЭ на поверхности цеолитных катализаторов на основе ZSM-5 принимают участие различные по силе кислотные центры Бренстеда (БКЦ). Слабые БКЦ участвуют в метоксилировании поверхности, сильные БКЦ протонируют ДМЭ. Взаимодействие метокси-группы с протонированным ДМЭ приводит к образованию кетена и формированию карбкатиона СН₃+, который, атакуя ДМЭ, создает первую С–С связь через интермедиаты: карбониевые катионы и илидные частицы. Таким образом, образование олефинов при температурах 300–350^оС происходит по карбоний-илидному механизму. Все типы БКЦ, интермедиаты и продукты (олефины и алканы) идентифицированы на поверхности катализаторов методом ИКДО, их структура подтверждена квантово-химическими расчетами.

На основании накопленного обширного экспериментального материала была проведена отработка технологии получения синтетической нефти из синтез-газа через диметиловый эфир с использованием опытных партий катализатора синтеза ДМЭ (М507/Al₂O₃-1) и катализатора получения синтетической нефти (НХС-2) для двух схем работы установки и двух режимов циркуляции. Длительность испытаний более 200 часов. Конверсия достигает 97,4–98,8%, селективность по углеводородам – 82%. Производительность катализатора: 0,3–0,65 г СН/г(кат)∙час.

В развитие исследований Института в области реакций превращения диметилового эфира была показана практическая возможность получения из диметилового эфира смеси углеводородов с низким содержанием ароматических соединений, обогащенной триптаном.

Разработаны основы энергоэффективной технологии каталитической окислительной конверсии этана в этилен в системе с раздельной подачей сырья и окислителя.

Разработаны подходы к углекислотному риформингу смешанного лигнина древесного происхождения в присутствии наноразмерных никельсодержащих катализаторов, иммобилизованных различными методами на поверхности лигнина, при стимулировании микроволновым излучением.

В рамках исследований процессов мембранного разделения углеводородсодержащих смесей проведен синтез метатезисных Si-замещенных полинорборненов – нового класса полимеров с термодинамической селективностью разделения углеводородов. Для селективного разделения смесей H₂/CH₄, He/CH₄ и CO₂/CH₄ предложен композитный высокоселективный мембранный материал, полученный газофазным фторированием поли(4-метил-2-пентина).

Ведущиеся в Институте исследования в области жидкокристаллических полимеров связаны с созданием новых структурно-упорядоченных полимерных систем, изучением процессов их самоорганизации и функциональной активности. Один из наиболее многообещающих прорывов в области мезофазных полимерных систем связан с открытием принципиально новой возможности формирования мезофаз на основе нековалентного связывания полимерных и низкомолекулярных компонентов в комплексы с водородными связями и обнаружением большого количества мезофаз в полимерах, не имеющих в цепи мезогенных групп. Это открывает широкие возможности варьирования химического строения компонентов структурно-упорядоченных комплексов и совершенно по-новому ставит вопрос о способности полимерных веществ к спонтанному упорядочению с соответствующим регулированием механических и электро-оптических свойств. Созданы новые перспективные материалы для оптоэлектроники – сополимеры норборнена и его производных с виниловыми мономерами, отличающиеся высокой термостабильностью и прозрачностью.

Разработаны способы получения наночастиц сульфиидов молибдена — представителей нового класса модификаторов трения. Синтезированные наночастицы стабильны в среде смазочных масел и позволяют значительным образом понизить коэффициент трения в ходе трибоконтакта.

Сотрудники Института принимают активное участие в научно-исследовательских работах в рамках отечественных и зарубежных научных фондов. В настоящее время ведется работа по проектам Российского фонда фундаментальных исследований, Российского научного фонда, в рамках федеральных целевых программ Министерства образования и науки РФ.

Ученые Института активно занимаются педагогической деятельностью. В 2008 г. совместно ИНХС РАН и Факультетом наук о материалах МГУ им. М.В. Ломоносова был создан научно-образовательный центр «Мембраны и каталитические мембранные процессы в нанотехнологии». В 2009 г. совместно ИНХС РАН и МИСиС был создан научно-образовательный центр «Металлополимерные системы и нанотехнологии». Научно-образовательный центр ИНХС РАН и МИФИ «Молекулярно-селективные явления, процессы и нанотехнологии» был реорганизован на основе действующего с 2002 года Научно-учебного центра ИНХС РАН и МИФИ «Физика молекулярно-селективных кинетических явлений». В 2008 г. был образован научно-образовательный центр ИНХС РАН и Химического факультета МГУ «Ресурсосберегающие процессы нефтехимии и нефтепереработки» на базе лабораторий ИНХС РАН и Кафедры химии нефти и органического катализа МГУ им. М.В, Ломоносова.

В аспирантуре Института каждый год проводят исследования свыше 30 аспирантов и докторантов. Диссертационный совет по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата химических наук принимает к защите диссертации по специальностям: высокомолекулярные соединения, нефтехимия и мембраны и мембранная технология.

Традиционно Институт является организатором ряда научных конференций, проходящих при активном участии зарубежных ученых: «Мембраны» (1 раз в три года), «Симпозиум по реологии» (1 раз в два года), «Актуальные проблемы нефтехимии» (1 раз в четыре года), школы-конференции молодых ученых по нефтехимии (1 раз в четыре года) и «Жидкокристаллические полимеры» (1 раз в четыре года).

Институт является соучредителем журналов «Нефтехимия» (главный редактор академик РАН С.Н. Хаджиев), «Высокомолекулярные соединения» (главный редактор академик А.Р. Хохлов), «Мембраны и мембранные технологии» (главный редактор академик РАН С.Н. Хаджиев), «Наногетерогенный катализ» (главный редактор академик РАН С.Н. Хаджиев).

В Институте функционируют четыре научных семинара:

– Семинар по нефтехимии. Руководитель семинара – академик С.Н.Хаджиев. Заседания проводятся ежемесячно.

– Семинар Российского реологического общества им. Г.В.Виноградова. Руководитель семинара – чл.-корр. РАН В.Г. Куличихин. Заседания проводятся ежеквартально.

– Всероссийский семинар по низкотемпературной плазме им. проф. Л.С. Полака. Руководитель семинара – д.ф.-м.н. Ю.А. Лебедев. Заседания проводятся ежемесячно.

– Семинар по мембранам и мембранным технологиям. Руководитель семинара – чл.-корр. РАН А.Б. Ярославцев. Заседания проводятся ежемесячно.

    

В Институте функционирует Объединенный научный совет РАН по химии нефти, газа, угля и биомассы.