Это поможет создать новые технологии переработки и добычи углеводородов
Химики из ведущих отечественных вузов и институтов выяснили, как
можно «растворить» нефть в воде, особым образом повысив давление
и температуру в окружающей ее среде. Это поможет быстро и дешево
изучать ее состав, а также создать новые методики переработки и
добычи углеводородов, сообщает РИА Новости со ссылкой на
пресс-службу МФТИ.
«Запасы легкой нефти неумолимо истощаются. Все большую роль в
производстве бензина играет гидрокрекинг мазута, молекулярный
состав которого крайне сложен и пока что не изучен. Установки
гидрокрекинга дороги, не производятся в России и требуют
использования специальных катализаторов», — рассказывает Юрий
Костюкевич, старший научный сотрудник лабораторий Сколтеха и
МФТИ.
Нефть, как сейчас считают ученые, представляет собой останки
водорослей, фитопланктона и прочих обитателей древних морей
Земли. Они осаждались на их дне на протяжении многих миллионов
лет, где они постепенно спрессовывались, разогревались и
разлагались, превращаясь в кероген, различные горючие сланцы, а
затем и в классические углеводородные полезные ископаемые.
В зависимости от того при какой температуре протекали эти
превращения, конечный продукт этих метаморфоз может представлять
собой как газ или жидкую нефть, состоящие из легких
углеводородных молекул, так и чрезвычайно сложные по составу
субстанции. В их число входят мазут, битумные пески или отложения
различных сланцев, из которых нефть можно извлечь при помощи
фрекинга.
В общей сложности, как отмечают Костюкевич и его коллеги, тяжелые
фракции нефти могут содержать в себе около 400 тысяч различных
органических молекул, точный состав, доли и свойства которых
ученые пока не знают. Это мешает разделению подобных
альтернативных источников углеводородов на компоненты и их
оптимальному применению в промышленности.
Часть этих веществ, по словам химиков, можно выделить и
определить, используя масс-спектроскопические методы, однако они
не позволяют узнать точную формулу вещества и его
пространственную конфигурацию, часто сильно влияющую на свойства
органических соединений.
Ученые достаточно давно научились решать подобные проблемы,
используя методику так называемого «изотопного обмена», заменяя
часть атомов в сложных молекулах на их более тяжелые изотопы.
Проще всего это осуществить, смешав изучаемые вещества с тяжелой
и легкой водой, в результате чего дейтерий и кислород-18 заместят
часть атомов в углеводородных цепочках.
Проблема заключается в том, что нефть в воде не растворяется, как
это постоянно показывают различные утечки с танкеров и аварии на
нефтедобывающих платформах в море. По этой причине химики раньше
были вынуждены растворять ископаемые углеводороды не в чистой
влаге, а в кислотах и щелочах, что меняло и искажало их состав.
Костюкевич и его коллеги придумали, как обойти эту проблему,
используя так называемую сверхкритическую воду. Так ученые
называют H2O, нагретую до сверхвысоких температур, значительно
превышающих 100 градусов Цельсия, но при этом она остается в
жидком состоянии. Яркий пример этого — выбросы так называемых
черных курильщиков на дне океанов Земли, чья средняя температура
превышает четыре сотни градусов.
Руководствуясь этой идеей, авторы статьи создали специальный
реактор, позволявший им вводить нефть в пробирку со
сверхкритической водой, нагретой и сжатой до разных температур и
давлений. Разогрев их до 360 градусов Цельсия и сжав до 300
атмосфер, химики добились желаемого: им удалось «растворить»
нефть в воде и заставить их перемешаться.
Используя эту методику, Костюкевич и его коллеги изучили
химический состав одной из марок легкой сибирской нефти. Ученые
обнаружили в ней несколько тысяч молекул, используя классические
методы масс-спектрометрии, а также несколько сотен веществ, в
которые встроились атомы тяжелого водорода и кислорода. Анализ их
свойств помог им восстановить трехмерную структуру этих молекул и
раскрыть их состав.
«Мы научились различать фураны, пиридины, нафтеновые кислоты в
сырой нефти, не прибегая к сложной процедуре перегонки. Надеемся,
что наша работа позволит глубже понять структуру и состав нефти,
поможет в разработке новых катализаторов для эффективной
нефтепереработки и позволит улучшить контроль качества нефти в
магистральных нефтепроводах», — заключает ученый.
Источник: ria.ru
