8
декабря
2023
год
«Зеленая» химия: в СурГУ разработаны новые технологии переработки отходов нефтяной промышленности
В проекте под руководством директора Института естественных и технических наук, кандидата химических наук Юлии Петровой по исследованию состава и свойств смолисто-асфальтеновых компонентов тяжелых нефтяных остатков и изучению возможности их использования в качестве сырья для производств новых материалов, подводятся итоги года.
Традиционные технологии переработки в условиях вечной мерзлоты не эффективны, поскольку наносят экологический вред. Поэтому становятся актуальны технологии переработки отходов нефтяной промышленности с позиций «зеленой» химии с целью снижения экологического риска на окружающую среду Арктики. Одним из перспективных способов переработки тяжелых остатков нефтяной промышленности является плазменная переработка под действием дугового разряда постоянного тока в открытой воздушной среде, разрабатываемая в проекте. Такая технология не наносит вред окружающей среде и при этом перерабатывает до 100 масс % отходов нефтяной промышленности.
«На текущем этапе работы в проекте были изучены и переработаны на плазменном реакторе образцы, выделенные из нефти с высоким содержанием асфальтенов – нефть Кармальского и Ашальчинского месторождений, а также асфальт процесса сольвентной деасфальтизации. Выявлены закономерности в зависимости от генезиса исходного образца на получаемый углеродный материал», – пояснила руководитель проекта Юлия Петрова.
Также установлено, что формирование углеродных материалов из асфальтенов под действием плазменного разряда происходит вследствие протекания процессов окисления и графитизации. Экспериментально установлено снижение содержания серы и концентрирование металлов (никель, ванадий, железо) в составе полученного углеродного материала за счет спланированной серии экспериментов по переработке асфальтенов, выделенных из нефти Ашальчинского месторождения с добавлением металлов Fe, Cr, Ni.
Установлены следующие основные закономерности:
- обнаружены новые наноструктуры – углеродные нанотрубки, нанолуковицы и полиэдрический графит с размерностью частиц от ~20 до ~100 нм;
- установлено, что при переработке асфальтенов формируются аллотропные модификации углерода за счет процессов окислительной деструкции и графитизации в структуре молекул асфальтенов по наиболее лабильным связям;
- образуются углеродные материалы, обладающие высокой термической устойчивостью;
- с добавлением металлов Cr, Fe и Ni углеродному материалу характерна графитоподобная структура, однако добавление катализаторов приводит к формированию новых соединений;
- размеры частиц при добавлении металлов Cr, Fe и Ni, в среднем колеблются в интервале 100–3000 мкм; образцы характеризуются плотным, остроугольным, местами пористым строением частиц и отличаются в отдельных местах наличием мелких пор на порядок меньше самих частиц (1–9 мкм);
- концентрация частиц металлов Cr, Fe и Ni в продукте плазменной переработки, что указывает на образование карбидов металлов.
На дифрактограмме (рис. 1) были идентифицированы максимумы, характерные для сульфида хрома CrS, на (рис. 2–3) – малоинтенсивные максимумы, характерные для сульфидов железа FeS и никеля Ni3S2 соответственно.
Рис. 1. Дифрактограммы углеродного материала, полученного с добавлением Cr и без добавления
Рис. 2. Дифрактограммы углеродного материала, полученного с добавлением Fe и без добавления
Рис. 3. Дифрактограммы углеродного материала, полученного с добавлением Ni и без добавления
Научная команда проекта нацелена активно продолжать работу по исследованию состава и свойств асфальтенов с целью поиска закономерностей превращений при плазменном воздействии. В планах – эксперименты по оценке каталитического влияния металлов, входящих в состав асфальтеновых фрагментов (ванадия, никеля, железа, хрома), на формирование этих углеродных структур при плазменном воздействии.
Работа проводится при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 22-13-20016) на базе Сургутского государственного университета и Национально исследовательского Томского политехнического университета.
