Ароматические углеводороды (АУ), или арены – важные химические соединения, которые производит нефтехимический комплекс России. С каждым годом потребность в аренах не уменьшается, а только возрастает. Аспирант ИППУ СО РАН Нина ВИНИЧЕНКО занимается проблемой получения АУ из метана и более высокомолекулярных углеводородов уже несколько лет. Осенью прошлого года ее идея одержала победу на конкурсе «У.М.Н.И.К.». Корреспондент «КВ» Анастасия ИЛЬЧЕНКО расспросила ее об особенностях разработки.
– Нина Витальевна, что может служить альтернативным источником ароматических углеводородов?
– Крайне интересным направлением является проблема изучения активации метана. Из него можно получить ароматические углеводороды, например бензол, толуол, ксилолы, нафталин. Необходимо отметить, что метан является основным компонентом как природного, так и попутного нефтяного газов. Однако в химической промышленности используется не более 5 процентов природного газа. Попутный же нефтяной газ в огромных количествах сжигается на факелах. Эта проблема приводит к негативным экономическим, экологическим последствиям.
– И какие существуют способы превращения метана в жидкие углеводороды?
– Их достаточно много, но они связаны со значительными затратами и техническими трудностями. Выделяют одно– и двухстадийное превращение метана. Продуктами, в зависимости от условий реакции, присутствия или отсутствия катализатора может быть этилен, этан, кислородсодержащие соединения, синтетическая нефть и др. Мы превращаем метан в ароматические углеводороды, используя две стадии. Первая – активация метана на поверхности катализатора с получением CHx-частиц, на второй стадии подается более высокомолекулярный углеводород, например, на данный момент мы подробно изучаем подачу пентана. Таким образом, активированные частицы метана вовлекаются во вторичные превращения, что позволяет получить более ценные в химическом отношении арены. Мой проект так и назывался: «Разработка катализатора для превращения метана в продукты большей химической ценности».
– Где могут применяться полученные углеводороды?
– Простые ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы) используются очень широко в основном как производные для получения других аренов и в качестве мономеров. Из АУ получают пластмассы, взрывчатые вещества, красители, растворители, инсектициды, клеи, лаки, лекарственные препараты, также используют в качестве высокооктановой добавки к топливам и т.д.
– Судя по актуальности темы, над ней, вероятно, работают многие. В чем особенность вашей идеи?
– Мы превращаем метан так, как это не делает никто. Нет даже таких исследований. Коллектив нашей лаборатории (ЛСМТ) превращает его в автоклаве. Изначально изучаем хемосорбцию метана при высоких температурах в присутствии катализаторов различного состава. Необходимо установить, как метан активируется на поверхности, выяснить, какая структура у образующихся СНх частиц, на каких центрах происходит катализ.
– Какие-то сроки окончания этих исследований просматриваются?
– С одной стороны, сделано много, с другой – если говорить о получении катализатора оптимального состава или готового процесса, впереди еще много работы. Может быть, лет десять. Тема новая и фундаментальная. Так как все эксперименты на данный момент проводятся в реакторе идеального смешения, для перехода к проточным реакторам требуются дополнительные испытания, что является также отдельной большой работой. Только после получения основных закономерностей реакции можно говорить о создании готовой технологии и её внедрении.
– 10 лет – большой срок. Некоторые ученые считают, что через 25 лет иссякнут запасы полезных ископаемых, в том числе и газа.
– Очень надеюсь, что государство будет более активно вкладывать в геологоразведку и Россию эти проблемы обойдут стороной. Однако месторождения запасов природного газа обнаруживаются чаще, чем нефти, и это еще одна причина, по которой нужно заниматься разработкой процессов превращения метана в более ценные с химической точки зрения углеводороды.
– Что-то подобное делается за рубежом?
– Метан перерабатывают различными методами, как физическими, так и химическими. Нас, конечно, интересуют химические. За рубежом очень активно развиваются GTL-технологии, которые относятся к окислительному превращению метана. Мы выбрали другое направление – неокислительное двухстадийное превращение метана в ароматические углеводороды. За рубежом нашим исследованиям сложно найти аналоги.
– Как случилось, что вы занялись этой темой?
– После окончания школы я поступила в ОмГТУ на нефтехимический факультет по специальности химическая технология и биотехнология, окончила бакалавриат и поступила в магистратуру. Попала на диплом в лабораторию синтеза моторных топлив, которой заведует БЕЛЫЙ Александр Сергеевич, профессор, доктор химических наук. В магистратуре я занималась ароматизацией бутана, пропана в присутствии цеолитных катализаторов. Можно сказать, что после полученного опыта решила остаться в науке и поступила в аспирантуру. К этому моменту у Александра Сергеевича возникла идея, которая легла в основу моей кандидатской диссертации.
– Вы в первый раз участвовали в конкурсе «У.М.Н.И.К.»?
– В пятый. Три раза я не попадала даже в финал, в другие два раза были довольно высокие оценки. Почему не победила в прошлый раз – не понятно.
– Были какие-то каверзные вопросы?
– Скорее неожиданные. Например, спросили, сколько стоит разработка катализаторов в других странах для какого-либо процесса. До сих пор не знаю ответа на этот вопрос. За границей ведь другая методика по созданию готовых катализаторов.
– На что пойдет полученный грант?
– Кроме стандартной статьи расходов под названием «вознаграждение за проведение исследований», эти средства будут потрачены на: закупку реактивов для синтеза, посещение конференций и оплату необходимых физметодов.
– Чем вы увлекаетесь?
– Мне, как и многим, нравятся такие обычные вещи, как чтение, прогулки, кино. Правда, свободного времени у меня не так много. Еще нравится путешествовать, смотреть другие города. Я уже побывала в Перми, Самаре, Казани (участие в олимпиадах), в Абхазии, на Алтае, в Уфе, Новосибирске, Томске, Москве. Некоторые города посещала сама, в других побывала по работе.
– Где понравилось больше всего?
– Каждый город, в котором я побывала, оставляет у меня определенные впечатления, как положительные, так и отрицательные. Например, в Казани очень красиво, но желания остаться все же не возникло. Конечно же, понравилась Москва: величественные здания, прекрасные дороги, замечательные музеи, метро (в котором я побывала впервые) и др. Однако большое количество людей, толчея вызывает некоторые неудобства. Когда приехала в Пермь, у меня было впечатление, что я не уезжала из Омска – города похожи, особенно плохими дорогами. Понравилась Уфа – уютно, красиво, ухоженно. Все же Омск для меня остается городом, в котором можно и нужно жить, несмотря на его недостатки.
– Как на фоне вузов в других городах выглядит ИППУ СО РАН?
– Очень хорошо. Сотрудники института высокообразованные и компетентные люди. Кроме того, научные сотрудники стараются посещать самые интересные конференции и мероприятия. Также институт располагает довольно большой приборной базой для проведения физико-химических исследований и каталитических испытаний. Все это позволяет проводить исследования на высоком уровне.
– Считается, что молодежь старается уехать из Омска сразу после окончания вуза. Вы остались, а много ли ваших однокурсников поступило также?
– Почти все. У нас была большая группа, но после окончания бакалавриата произошло разделение: кто-то поступил в магистратуру, кто-то решил закончить специалитет. И очень многие трудоустроились именно в Омске на такие предприятия, как «Газпромнефть-ОНПЗ», «Титан», «Омскнефтехимпроект» и др.
– Нина Витальевна, расскажите о личных планах.
– В этом году я заканчиваю аспирантуру. На следующий год основная цель – это защита кандидатской диссертации. В дальнейшем хотелось бы заниматься не одной, а несколькими научными темами. Так как превращение метана в неокислительных условиях (то, чем я занимаюсь сейчас) является фундаментальным направлением, то второе должно быть прикладным, например, это разработка катализаторов для таких процессов, как гидроочистка или гидрокрекинг. У меня много причин, чтобы остаться в Омске. И прежде всего это люди, с которыми я работаю, – у нас хороший и дружный коллектив.
СПРАВКА
Нина ВИНИЧЕНКО родилась 21 ноября 1990 года в Омске. В 2007 году окончила школу № 11 и поступила в ОмГТУ на специальность «Химическая технология и биотехнология». В 2011 году окончила бакалавриат, в 2013-м – магистратуру. В 2013 году поступила в аспирантуру ИППУ СО РАН. В настоящее время работает в ИППУ СО РАН в должности младшего научного сотрудника.
Замужем.
Материал подготовлен при организационной и финансовой поддержке ООО «Омсктехуглерод»
