Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry National Academy of Science of Ukraine

Department 12

Contacts

Відділ хіміко-технологічних досліджень
ІБОНХ НАН України.
Наміри і досягнення.

Відділ хіміко-технологічних досліджень (нафтохімічної технології) створено у 1977 році. Основний напрямок досліджень, мета, ідеологія всієї роботи - розробка наукових засад промислового виробництва продуктів біоорганічного, органічного та нафтохімічного синтезу, сформульовано академіком В.С. Гутирею, д.т.н., проф. В.Т. Скляром і д.т.н., проф. Л.М. Шкарапутою. При визначені наукового напрямку визначальним було розуміння неможливості і недоцільності простого переносу умов лабораторного синтезу у промисловість. Тільки створення та дослідження математичних моделей, що достовірно описують закономірності хімічного перетворення, може виявити шляхи раціонального виробництва, вирішити питання масштабування, апаратурного оформлення і оптимізації. У межах вибраного наукового напрямку зусилля співробітників відділу зосереджені на проведенні аналізу механізмів хімічної взаємодії, дослідженні кінетичних, термодинамічних, теплофізичних та гідродинамічних закономірностей, створенні та дослідженні математичних моделей процесів, оптимізації, вирішенні питань апаратурного оформлення, розробці технологічних регламентів, технічних умов, створенні та освоєнні установок та виробництв.

Співробітниками відділу (Шкарапута Л.М., Кононов О.В., Тищенко Л.О.) встановлено, що електрофільне приєднання хлору до олефінів у воді може проходити і за асоціативним і за дисоціативним механізмами, знайдено критерій розмежування областей бі- та тримолекулярної взаємодії. Виходячи з аналізу елементарних хімічних актів, вперше одержано співвідношення, що описують швидкість утворення продуктів хлоргідринування, виявлено умови, які дозволяють визначити поточну концентрацію олефінів як функцію електропровідності реакційної суміші і значно спростити визначення кінетичних констант. Запропоновано вирази, що адекватно описують закономірності хлоргідринування, розроблено алгоритм оптимізації і розрахунку нестаціонарних режимів, запропоновано оригінальні способи одержання 3-хлор-4-окси- і 3,4-дихлортіолан-1,1-діоксидів. Розроблено загальні наукові засади процесів хлоргідринування (Шкарапута Л.М., Кононов А.В., Скляр В.Т.).
Розроблено оригінальні методи сульфатування, вперше створено математичний опис двошнекового реакторазмішувача, що враховує закономірності транспорту, розігріву, кристалізації та власне хімічного перетворення суміші реагентів в умовах безперервної евакуації одного з інгредієнтів. Проведені дослідження дозволили розробити і довести в дослідно-промислових умовах доцільність одержання оригінальних високоефективних текстильнодопоміжних речовин ЛУР та ДИМОС за запропонованою технологією (Шкарапута Л.М., Скляр В.Т., Безменова Т.Е., Усенко Ю.Н., Сидорова О.С.).
Фахівцями відділу запропоновано ефективні стабілізатори емульсій ЕС-2, ЕС-4, БЕС-1, розроблено технологію направленої емульсійно-кислотної обробки призабійних зон, технологію глушіння свердловин зворотними емульсіями (Скляр В.Т., Кендіс М.Ш., Глущенко В.М.).

Досліджено теплофізичні та термохімічні властивості реагентів, термодинамічні та кінетичні закономірності взаємодії між кубовими залишками СЖК та декстраміном, створено адекватні математичні моделі процесів в різних варіантах реакторів, виконано оптимізацію, розроблено технологічні регламенти, створено і освоєно на Дрогобицькому НПЗ виробництво 5000 т ЕС-2 та ЕС-4 (Шкарапута Л.М., Скляр В.Т., Даниленко В.В., Табаков А.В.). Реальний економічний ефект перевищив 30 млн. радянських крб.

Відділом (Шкарапута Л.М., Беспалий А.С., Даниленко В.В., Табаков А.В.) проведено великий обсяг робіт по вибору альтернативної сировини та розробці рецептур і технологічних процесів одержання композиційних в'яжучих для дорожнього будівництва і коксохімії із нераціонально використовуваних речовин та побічних продуктів нафтопереробки (нафтові шлами, кислі гудрони, асфальто-екстрактні суміші, гудрони, відходи каучуків та ін.). Знайдено шляхи регулювання показників якості та запропоновано ефективні легуючі домішки і доступні каталізатори, які дозволяють одержувати в'яжучі без традиційного окиснення повітрям. Рецептури в'яжучих визнані винаходами. Показано, що використання кавітаційного впливу не тільки радикально поліпшує змішування компонентів, але й дозволяє за рахунок високоенергетичного впливу в 4-12 разів прискорити хімічні процеси при одержанні в'яжучих як компаундуванням, так і окисненням. Досліджено залежності між геометрією суперкавітаційного змішувача, режимами обтікання і терміном окиснення, створено математичну модель суперкавітаційного змішувача та інженерний метод його розрахунку (Шкарапута Л.М., Тищенко Л.О., Шевченко Л.А.). Розроблено і впроваджено (Шкарапута Л.М., Даниленко В.В., Скляр В.Т., Беспалий А.С., Табаков А.В.) на Кременчуцькому НПЗ технологічні процеси виробництва (до 200 тис. тонн на рік) високоякісних композиційних в'яжучих БШВ, КВАГУ, КВАГУ-Б для дорожнього будівництва та брикетування вугілля для коксохімії. Використання кислого гудрону та нафтового шламу дозволило покращити екологічний стан навколишнього середовища.

Співробітниками відділу виконано дослідження по одержанню дорожніх в'яжучих з нафтопродуктів з висо ким вмістом парафінів та відходів, що накопичились на території Дрогобицького НПЗ. Розроблено рецептури композиційних дорожніх в'яжучих КВ, а також рецептуру рідкого емульсійного композиційного в'яжучого КВЖ для чорніння щебеню та одержання покриттів змішуванням на дорозі. Запропоновано технологічний процес. На Дрогобицькому НПЗ вперше за всю історію його існування освоєно промисловий випуск (до 20 тис. тонн на рік) в'яжучих з високопарафінистих нафт для дорожнього будівництва.

Загалом виготовлено сотні тисяч тонн в'яжучих БШВ, КВАГУ, КВАГУ-Б, КВ і КВЖ. Промислова реалізація процесів одержання композиційних в'яжучих дозволяє зменшити енерговитрати, утилізувати кислі гудрони, нафтові шлами та практично виключити шкідливі викиди в атмосферу при окисненні. Досвід роботи з побічними продуктами та відходами нафтопереробки дозволив у травні 1986 року запропонувати (Шкарапута Л.М.) засоби боротьби з пилоутворенням в зоні аварії на Чорнобильській АЕС. В умовах Чорнобилю була експериментально доведена доцільність використання нафтових шламів - при їх застосуванні утворюється просочений нафтопродуктами рухомий шар часток ґрунту, що запобігає пилоутворенню навіть при його руйнуванні колесами вантажівок. Було розроблено технічні умови на нафтові шлами та рекомендації по їх використанню для пилопригнічення. Тільки в травні-червні 1986 р. при участі співробітників відділу (Шкарапута Л.М., Манойло А.І.) було використано понад 10 тисяч тонн шламів.

За завданням Мінчорнобиля України для використання на ЧАЕС розроблено оригінальний синтетичний миючо дезактивуючий засіб (Крентковська О.Я., Шкарапута Л.М., Кухар В.П.), що дозволяє в холодній воді (від +5 oС) проводити дезактивацію і прання білизни та одягу. Була розроблена технологія його виробництва, виготовлено дослідно-промислову партію. В умовах СП "Комплекс" була доведена висока ефективність нового синтетичного миючо-дезактивуючого засобу.
Відділом запропоновано альтернативні джерела сировини для одержання технологічних мастил, що використовуються в процесах волочіння стального дроту. Одержано оригінальний матеріал, що за експлуатаційними показниками в 1,5-2 рази переважає відомі, розроблено технологічний процес його виробництва (Даниленко В.В., Шкарапута Л.М., Кендіс М.Ш.).

На замовлення Мінмонтажспецбуду розроблено (Беспалий А.С., Шкарапута Л.М., Даниленко В.В.) засади одержання оригінального захисного покриття картонно-паперових повітропроводів для використання в опалювальних та вентиляційних системах. Дослідна партія повітропроводів успішно пройшла випробування.

Дослідження і розробка емульгаторів та інгібіторів знайшли продовження в роботах по створенню рецептур і технологій інгібіторів корозії нафтопромислового обладнання. Розроблено рецептури інгібіторів (Шкарапута Л.М., Скляр В.Т., Даниленко В.В., Табаков А.В.) нафтопромислового обладнання для середовищ без сірководню Дорад-11 та із сірководнем - Дорад-1ВЦ. Їхні експлуатаційні характеристики суттєво перевищують характеристики відомих інгібіторів, а вартість - в 2 рази менша. Вивчено закономірності взаємодії кубових залишків СЖК з поліетилен-поліамінами, етилендіаміном, амінонітрилом і розроблено технологічні процеси одержання інгібіторів на Дрогобицькому НПЗ. Партії інгібіторів Дорад 1ВЦ випробувані (Кендіс М.Ш.) в НГВУ "Бузулукнафта" і показали високу ефективність. Випробування в Полтавському НГВУ показало доцільність застосування Дорад-11.

У 1992 р. було розпочато розробку технології дослідно-промислового виробництва аналогу азидотимідину (Теозидину) - препарату для лікування ВІЛ-інфікованих. Розроблено методи постадійного контролю, виконано оптимізацію синтезу Теозидину за маршрутом: D-глюкоза - 2-дезокси-D-рибоза- тимідин - Теозидин (Шкарапута Л.М., Кононов О.В., Поляков О.Д., Даниленко В.В., Язловицький А.В., Лушник І.С.). Одержано тимідин, що не поступається тимідину фірми "Флюка". Було проведено доклінічне вивчення Теозидину, розроблено тести для його ідентифікації, досліджено його специфічну дію та гостру токсичність. Головний висновок вірусологів: "За своєю інгібуючою активністю вітчизняний препарат не відрізняється від Ретровіру", а також "можна констатувати схожість симптоматичних виявлень відповідних реакцій на гостру токсичну дію субстанції Теозидину та лікувального засобу Ретровір". ДержНДІхімфармпроектом була досліджена сировинна база, узгоджена концепція виробництва, на базі вихідних даних відділу розроблені технологічні схеми, показана доцільність розміщення виробництва на Черкаському заводі хімічних реактивів, визначено основні техніко-економічні показники і одержано принципову згоду заводу на розміщення дослідно-промислового виробництва Теозидину. Було показано, що вартість 1 кг Теозидину, синтезованого виключно на імпортній сировині, не перевищить 5,0-5,6 тис. дол. США. В той час, як вартість 1 кг Ретровіру фірми "Велком" складала 14,5-14,8 тис. дол. США, Тимазиду (виробництва російської асоціації "АЗТ") - 6-10 тис. дол. США за 1 кг. Таким чином, виробництво вітчизняного Теозидину мало заощадити Україні від 2 до 9 тис. дол. США на кожному кілограмові препарату. Було також розроблено раціональний синтез Д4Т - препарату для боротьби із СНІД, запропоновані методи контролю процесу, створено технологічні регламенти, лабораторні установки і напрацьовано зразок Д4Т для доклінічних випробувань, вивчено противірусну активність препарату (Шкарапута Л.М., Кононов О.В., Поляков О.Д.).
На жаль, через нерозуміння важливості досягнутих результатів по створенню технології вітчизняних інгібіторів ВІЛ-інфекції з боку керівництва Комітету по боротьбі із захворюванням на СНІД (проф. Кордюм В.А., Співак М.Я.) фінансування робіт по розробці дослідно-промислового виробництва Теозидину та Д4Т було припинено - покладено край дуже важливому напрямку роботи. Про його перспективність свідчить нагородження у 2000 р. Державною премією Росії Кононова О.В. (бувшого співробітника відділу) за ство-рення російського аналогу азидотимідину.
На початку 80-х років було одержано N(1,1-діоксотіолан-3-іл)дитіокарбамат калію. Сполука в подальшому отримала назву Сульфокарбатіон-К (СКК). В подальшому тому, що з багатьох тисяч синтезованих сполук лише одиниці долають біологічні, токсилогічні та екологічні тести, є економічно конкурентноспроможними і знаходять практичне застосування. Це довготривалий і складний процес, що орієнтовно потребує 800-1000 людино-років, 30-40 млн. дол. США. В ході розробки технології СКК було досліджено перетворення реагентів при амінуванні 3-тіолен-1,1-діоксиду та його дитіокарбамінуванні. Виявлено лімітуючу стадію процесу одержання 3-аміносульфолану. Запропоновано оригінальні каталізатори процесу амінування, які дозволили суттєво прискорити реакцію, підвищити вихід і селективність процесу. Було досліджено кінетичні та термодинамічні закономірності, теплофізичні характеристики інгредієнтів, створено адекватну математичну модель процесу. Знайдено оптимальні умови: час процесу скорочено з 28-48 до 2-4 годин, тиск з 25-30 до 3-5 атм, вирішено питання рециклу аміаку. Експериментальна перевірка показала, що вихід продукту підвищився з 76-80% до 93-98%, а селективність з 76-86 % до 95-99 % (Шкарапута Л.М., Кононов О.В., Сидоренко В.М., Скляр В.Т., Даниленко В.В.). Відомі способи дитіокарбамінування (заключна стадія процесу) через невисокий вихід, значну токсичність цільового продукту, утворення великої кількості відходів не можуть використовуватись для промислового виробництва Сульфокарбатіону-К. Були визначені загальні умови високоселективного одержання дитіокарбаматів, доведена доцільність програмованого вводу вихідних інгредієнтів в зону реакції. Виконані дослідження привели до перегляду існуючих уявлень про механізм приєднання амінів до сірковуглецю (Шкарапута Л.М., Кононов О.В., Поляков О.Д.). Кількісно описано загальні закономірності дитіокарбамінування в реакторі зі змінною масою, вирішено питання оптимального розподілу підводу реагентів, розроблено оригінальні способи одержання СКК. Спроектовано і освоєно комплекс модельних установок, який дозволяє виробляти до 20 т СКК на рік (Шкарапута Л.М., Скляр В.Т., Жуковський В.М., Даниленко В.В., Абросімов В.Ф., Гусак В.Г.). Препарат застосовано на площі понад 400 тис. га.

Сульфокарбатіон-К зареєстровано як протруювач насіння цукрових буряків, пшениці, кукурудзи, ячменю, ріпаку, гречки, проса, сходів картоплі (Шкарапута Л.М., Сасинович Л.М., Даниленко В.В., Котенко С.І., Тищенко Л.О., Шевченко Л.А.). Він дозволяє в 2-3 рази скоротити витрати на обробку насіння пшениці, суттєво підвищити врожайність сільськогосподарських культур. Способи використання СКК визнано винаходами. Мінагрополітики визначив потребу в препаратах цієї групи (3000 тонн/рік). Впровадження СКК привело до інвестування в Україну понад 200 тис. дол. США.
Всесвітньо відомими японськими компаніями "Санкіо Ко Лтд" та "Сумітомо Корпорейшн" офіційно визнано, що Сульфокарбатіон-К не поступається одній з найкраших їх розробок - протруйнику Тачигарену.

За всю історію СРСР і незалежної України не було створено препаратів такого класу. В подальшому на базі СКК було розроблено низку хімічних засобів захисту рослин контактно-системної дії (Шкарапута Л.М., Даниленко В.В., Алімова О.В., Котенко С.І.).
Вдосконалення способу одержання N(1,1-діоксотіолан-3-іл)дитіокарбамату калію дозволило разом з Національним медичним університетом створити оригінальний високоефективний антимікотик - лікарський препарат Теобон-дитіомікоцид і технологічний процес його одержання (Шкарапута Л.М., Кононов О.В., Сасинович Л.М., Даниленко В.В., Тищенко Л.О., Шевченко Л.А., Коляденко В.Г., Степаненко В.І.).

 

Проведені дослідження нешкідливості та специфічної активності показали, що він значно безпечніший за більшість антимікотиків та антисептиків, пригнічує як хвороботворні гриби Candida albicans, Candida tropicalis, Trichophyton rubrum, Microsporum canis, …, так і цілий ряд бактерій кишкової та кокової груп.

Проведені клінічні дослідження препарату показали, що він ефективніший від відомих клотримазолу та мікозолону, дозволяє на 25 % скоротити термін лікування. Міністерством охорони здоров'я України зареєстровано субстанцію Теобондитіомікоциду та дві готові лікарські форми на її основі (мазь та порошок для приготування розчину). За всю історію України (УРСР) було зареєстровано 309 протигрибкових препаратів і лише 2 оригінальних вітчизняних, в тому числі, і Теобондитіомікоцид. Освоєно виробництво мазі Теобону-дитіомікоциду, виготовлено і вже реалізовано близько 65 000 упаковок препарату.

Серед засобів пасивного антикорозійного захисту одним із найбільш досконалих є застосування екструдованих поліолефінових покриттів. Їх вигідно відрізняють високі фізико-механічні, діелектричні та антикорозійні властивості. Однак такі ізоляційні покриття наносять на "гарячу" (150-220 oС) трубу. Співробітниками відділу (Шкарапута Л.М., Митрохіна Л.Л., Морозова І.П., Алімова О.В., Абросімов В.Ф.) було створено оригінальні матеріали, що дозволяють наносити екструдоване поліетиленове покриття при 15-20 oС. В заводських умовах НВП "Укртрубоізол" встановлено, що покриття ІБОНХ дозволяє відмовитись від витрат на виготовлення, монтаж та експлуатацію обладнання для розігріву, охолодження та хімічної обробки труб. В лабораторних умовах експериментально доведено, що адгезія до сталі розробленого покриття перевищує вимоги ДСТУ 4219, ГОСТ Р 51164 та DIN 30670, а радіус відшарування покриття за катодної поляризації складає 2-3 мм при нормі до 11 мм.
Розроблене покриття "холодного" нанесення за своїми характеристиками знаходиться на рівні кращих світових зразків.

За роки існування відділу його співробітниками опубліковано 4 монографії, близько 300 статей, зроблено понад 70 винаходів. Два науковці захистили докторські, вісім - кандидатські дисертації.

Співробітниками відділу на протязі 14 років проводиться робота по редагуванню, комп'ютерній верстці та підготовці оригінал-макетів збірника "Катализ и нефтехимия" (Тищенко Л.О., Шевченко Л.А., Шкарапута Л.М.).

Окрім вище названих фахівців великий внесок в здобутки відділу внесли Чередниченко В.І., Гордієнко А.Г., Терещенко В.А., Матяш Л.П., Кузнєцов В.О., Гісар К.В., Скляр В.Я., Руденко Л.І., Зінов'єва Л.В., Гусак В.Г., Гусак Г.П., Воронова О.С., Новицька Л.Д., Лебедєва О.Є., Заіка Т.Д., Миронова З.М., Щур В.П., Євсєєва Л.С., Литвиненко В.М., Лейчкис І.М., Іщук С.Ю., Хрутьба В.О., Попсуйко О.М., Хан В.Е., Воронцова Л.С., Назарова Н.І., Шапоренко Т.В., Бєлова Н.А., Туманян О.І., Маковей Н.М., Манойло О.М., Калашников М.Б.

Контактна інформація:
Леонід Миколайович Шкарапута, доктор технічних наук, професор.
Адреса: Харківське шосе, 50, Київ-160, 02160, Україна.
Тел. / факс: 559-66-47, 559-98-00.
Е-mail: lnshk@rambler.ru