Основные достижения лаборатории, которые предлагаются основой коммерцилизации для проведения укрупненых и опытно-промышленных испытаний.

- Разработан новый состав низкопроцентного оксидного катализатора для получения синтез-газа парциальным окислением метана. Определены эффективные технологические условия проведения процесса. На катализаторе 5 мас.%NiLa/γ-Al₂O₃, при условиях процесса (Т = 750 °C, W = 1000 ч^-1 и СН₄:О₂ = 2:1) конверсия метана составила 98 %, выход водорода – 49 % и оксида углерода – 30,5 %. Установлены физико-химические характеристики (морфология, структура, восстанавливаемость и др.) катализатора, влияющие на его каталитическую активность в изучаемой реакции.

- Разработаны новые составы композиционных неорганических материалов в качестве активных катализаторов и оптимальные технологические условия процесса избирательной конверсии биоэтанола в этилен и ароматические углеводороды. Выявлены закономерности формирования регулируемых свойств катализаторов. 

- Определен состав активной фазы и ее содержание на носителе для синтеза этилена из биоэтанола. Установлено, что наиболее активным в дегидратации биоэтанола является композиционный материал состава 0,5 мас.%СеО₂/СаА, наибольшая концентрация этилена (89,5 об.%)  наблюдается при T = 350 °C, W = 1 ч^-1. 

- Установлен эффективный состав цинк-фосфорного катализатора (1%ZnO-1%Р₂О₅/КA), для конверсии биоэтанола в ароматические углеводороды, при условиях реакции T = 350 °C, W = 1 ч^-1 выход ароматических углеводородов составил – 33 об.%.

ПРОЕКТЫ:

Неуклонный рост цен на нефтяное сырье во всем мире, наблюдающийся в последние несколько лет, приводит к росту цен на основные продукты нефтепереработки. В настоящее время ведется активный поиск нового базового сырья, которое может заменить нефть в химической промышленности. Одним из возможных заменителей нефти является биоэтанол, полученный переработкой биомассы. Разработка технологии превращения биоэтанола в промышленно необходимые продукты такие, как альдегиды, олефины,  ароматические соединения и др. на сегодняшний день актуальна. 

 В настоящее время ацетальдегид и другие ценные товарные продукты из дешевого, возобновляемого сырья – биоэтанола или из другого сырья в Казахстане не производится. Промышленный метод получения ацетальдегида – это окисление ценного этилена в присутствии водных растворов хлоридов меди и дорогого палладия. Данная технология характеризуется образованием целого ряда токсичных побочных хлорорганических продуктов, а также растворенных в больших количествах воды уксусной кислоты и кротонового альдегида. Производство этилена, используемого в качестве сырья для данного процесса, основано на переработке нефтяного сырья, что приводит к его удорожанию. 

Для создания конкурентоспособной технологии получения ацетальдегида из биоэтанола необходима научно обоснованная разработка высокоэффективных каталитических систем нового поколения, не содержащих драгоценные металлы. Данная работа запланирована в лаборатории в рамках проекта грантового финансирования КН МОН РК, 2020-2022 гг. (27 месяцев) «Научные аспекты создания  медьсодержащих каталитических систем для синтеза ацетальдегида дегидрированием возобновляемого сырья-биоэтанола», ИРН проекта – АР08855936.

Целью проекта является разработка медьсодержащих каталитических систем с заданными свойствами селективного действия для дегидрирования биоэтанола с получением ценного продукта – ацетальдегида. Установление взаимосвязи между физико-химическими характеристиками разработанного катализатора с его каталитическими свойствами в изучаемом процессе. Определение эффективных технологических режимов проведения  процесса.

Идеей проекта является создание научно обоснованных эффективных, нанофазных, модифицированных медьсодержащих каталитических систем нового поколения целенаправленного действия с применением различных методов, регулирующих состояние активных фаз катализаторов для получения ценных продуктов органического синтеза – ацетальдегида и диэтоксиэтана из возобновляемого сырья - биоэтанола. В данной одностадийной безотходной «зеленой»  технологии отсутствуют экологически опасные газообразные, жидкие  и твердые продукты вредно воздействующие на окружающую среду.

Основные направления использования ацетальдегида:

- окисление в уксусную кислоту и уксусный ангидрид;

- получение циангидрина с последующей переработкой его в акрилонитрил, эфиры акриловой кислоты, молочную кислоту;

- альдольная конденсация и переработка альдоля в бутандиол-1,3 и бутадиен-1,3, н-бутанол, кротоновый альдегид;

- конденсация с аммиаком с образованием гомологов пиридина и винилпиридинов;

- конденсация с формальдегидом до пентаэритрита.

Кроме того, стоит отметить важность и ценность водорода, получаемого в процессе каталитического дегидрирования этанола (С₂Н₅ОН ↔ СН₃СНО+Н₂) и диэтоксиэтана наряду с ацетальдегидом. Водород представляется наиболее чистым из всех существующих топлив. Первое место среди энергоносителей по теплоте сгорания занимает водород.                      

Диэтоксиэтан также является важным химическим соединением. Он используется в качестве предшественника в синтезе фармацевтических препаратов и парфюмерии, полиацетальных смол, алкилвиниловых эфиров и в качестве оксигенированной добавки дизельного топлива.

Способ получения ацетальдегида дегидрированием биоэтанола имеет ряд преимуществ: отсутствие ядовитых отходов, достаточно мягкие условия проведения реакции. К тому же в Республике Казахстан имеются заводы по производству биоэтанола, такие как ТОО «БМ» (Жамбылская область); «Биохим» (Северо-Казахстанская область). На стадии строительства еще два завода, принадлежащие ТОО «БМ» в Таразе и в Уральске. Следует отметить, что стоимость ацетальдегида, получаемого из биоэтанола, в 10-12 раз превышает стоимость исходного сырья – биоэтанола.

Практическая значимость заключается в том, что в качестве сырья для получения ацетальдегида используется дешёвое, отечественное сырье биоэтанол, применяются одностадийная «зеленая» каталитическая технология и каталитические системы, не содержащие драгоценные металлы.

На данном этапе проекта разработан 1 мас. % CuO/Al₂O₃ катализатор, где степень конверсии биоэтанола достигает 94 %  при температуре реакции 350 °C, объемной скорости биоэтанола W = 1 мл/час. Полученные результаты показывают, что увеличение степени конверсии биоэтанола при 350 °C происходит в основном за счет образования ацетальдегида (15  об. %), 1,1-диэтоксиэтана (18 об.%) и водорода (39 об.%).

Проточно-каталитическая установка с хроматографическим анализом

 К новым реакциям, разработанным в лаборатории, относятся новые одностадийные, прямые каталитические синтезы различных товарных продуктов на основе С₁–С₄-алканов, являющихся мало реакционноспособными. Получение топливной присадки, этилена, ароматических углеводородов  из биоэтанола.

КЛЮЧЕВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ:

1. K. Dossumov, G.E. Ergazieva, M.M. Telbayeva, M.M. Mambetova, L.K. Myltykbayeva. Role of ceria in several energy related catalytic transformations. Review // Chemical Papers. – 2020. – 74. – Р. 373.Процентиль 57. Индекс цитирования 0 https://doi.org/10.1007/s11696-019-00921-8.

2. S. Tayrabekova, P. Mäki-Arvela, M. Peurla, P. Paturi, K. Eränen, G. E. Ergazieva, A. Aho, D. Yu. Murzin, 
K. Dosumov. Catalytic dehydrogenation of ethanol into acetaldehyde and isobutanol using mono- and 
multicomponent copper catalyst // Comptes Rendus Chimie. – 2017. – P. 1. Процентиль 73. Индекс 
цитирования 8. https://doi.org/10.1016/j.crci.2017.05.005

3. K. Dossumov, G.Ye. Yergazieva et all. Effect of the method of preparation of supported cerium oxide catalyst on its activity in the conversion of ethanol to ethylene // Theoretical and Experimental Chemistry. – 2016. – Vol. 52. – P. 123. Процентиль 23. Индекс цитирования 1. https://doi.org/10.1007/s11237-016-9460-z

4. Dossumov K., Yergaziyeva G.Y., Churina D.H., Tayrabekova S.Zh., et all. Synthesis of bioethanol and products derived from it // Chemical Bulletin of Kazakh National University. – 2015. – № 2. – С. 68. https://bulletin.chemistry.kz/index.php/kaznu/article/view/612

5. Досумов К., Ергазиева Г. Каталитический синтез экологически чистого энергоносителя водорода из природного газа и возобновляемого сырья биоэтанола // Всемирный конгресс инженеров и ученых «Энергия будущего: инновационные сценарии и методы из реализации». – 2017. – С. 228.

6. Dossumov K.  et.all. Production of Synthesis-Gas on Low-percentage Pt-, Ru- and Pt-Ru Catalysts // Topics in Catalysis. – 2010. – Vol. 53. – P. 1285. Процентиль 70. Индекс цитирования 5. https://doi.org/10.1007/s11244-010-9584-7.

7. K. Dossumov, G. Yergazieva. Effect of Co, Ce, and La Oxides as Modifying Additives on the Activity of an NiO/γ-Al₂O₃ Catalyst in the Oxidation of Methane to Give Synthesis Gas // Theoretical and Experimental Chemistry. – 2016. – Vol. 52. – Р. 119. Процентиль 23. Индекс цитирования 8. https://doi.org/10.1007/s11237-016-9459-5.

8. Dossumov K., Ergazieva G et.all. Morphology and Catalytic Properties of Cobalt-Containing Catalysts 
Synthesized by Different Means // Russian Journal of Physical Chemistry A. – 2020. – Vol. 94. – P. 880. 
Процентиль 16. Индекс цитирования 0. https://doi.org/10.1134/S0036024420040020.