Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2021 номер 2

В связи с существующей проблемой растепления вечномерзлых грунтов в Арктической зоне России актуально применение космических снимков для дешифрирования тепловых объектов на месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) для выявления зон деформации грунтов. Проведены пространственный и статистический анализы спутниковых температурных данных, объемов добычи углеводородов и количества действующих факельных установок на примере 16 месторождений в Пуровском районе ЯНАО. Установлена корреляционная связь между объемами добычи углеводородов и рассчитанной площадью тепловых зон. Пространственный анализ размещения тепловых установок указывает на их неблагоприятное влияние на окружающую среду в виде растепления и деформации мерзлотных ландшафтов.

Исследовано влияние природы источника кремния на физико-химические свойства синтезированных Zn-алюмосиликатов и их каталитическую активность в процессе превращения пропана в ароматические углеводороды. Показано, что источник кремния играет важную роль при гидротермальном синтезе Zn-алюмосиликата, оказывая влияние на скорость кристаллизации, физико-химические и каталитические свойства получаемого продукта. По результатам испытаний катализаторов установлена их высокая активность в процессе ароматизации пропана. Селективность образования ароматических углеводородов на полученных образцах составляет более 40 % при практически полном превращении исходного сырья. Наибольшей активностью в процессе превращения пропана в ароматические углеводороды обладает Zn-алюмосиликат, синтезированный с использованием белой сажи: выход ароматических углеводородов при температуре 600 °С составляет 42.9 %, а конверсия - 99 %. Методами рентгенофазового анализа, термопрограммированной десорбции аммиака и низкотемпературной адсорбции азота исследованы свойства синтезированных образцов Zn-алюмосиликатов и установлены их отличительные особенности, влияющие на каталитические свойства катализаторов в процессе превращения пропана в ароматические углеводороды.

Создан композиционный материал на основе многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ), активированных никелем и кобальтом, и исследованы его физико-химические и каталитические свойства в реакции окисления серосодержащих соединений мазута пероксидом водорода. Методами рентгенофазового анализа и просвечивающей электронной микроскопии показано, что материал включает фазы МУНТ и введенных металлов (Ni и Со), наноструктура которых представляет собой тонкие пластины размером 20 x 30 нм. Выявлены оптимальные условия проведения окисления серосодержащих соединений мазута: температура 50-60 °С, продолжительность 90 мин, содержание катализатора 1.0-1.3 мас. %, соотношение сера сырья/окислитель равно 1 : 4. Установлено, что для извлечения окисленных соединений серы из мазута наиболее эффективна экстракционная система “диметилформамид - вода (10 об. %)”. При соблюдении указанных условий удается достичь степени удаления серы более 75 %.

На базе стенд-штатива “Реокинетика” разработана лабораторная установка для определения модуля упругости статическим и динамическим методом. Проведены статические и динамические испытания криогелей поливинилового спирта, и получены зависимости выходных сигналов датчиков силы от деформации образца. Для динамических измерений использовали устройство, основными элементами которого были пьезокерамический датчик силы и электромеханический источник механических колебаний. Для статических измерений в качестве датчика силы применяли лабораторные весы. Деформацию образцов задавали микрометром. Получены абсолютные значения статического модуля упругости. Показана линейная корреляция результатов статических и динамических измерений. Отношение угловых коэффициентов рассмотренных зависимостей равно отношению абсолютных значений статического и динамического модулей упругости образцов.

В работе представлены результаты лабораторных испытаний разработанной в Институте химии нефти СО РАН кислотной химической нефтевытесняющей композиции ГБК на основе поверхностно-активного вещества (ПАВ), аддукта неорганической кислоты, многоатомного спирта и карбамида. Технология направлена на повышение коэффициента нефтеотдачи за счет воздействия на породу коллектора с восстановлением приемистости скважин, находящихся на поздней стадии разработки, и нефтеотмывающей способности, входящих в ее состав ПАВ, в широком температурном интервале (23-150 °С). Под действием пластовых условий, непосредственно в пласте, образуется сильная кислота, способная взаимодействовать с породой коллектора с увеличением приемистости призабойной зоны для воды и острого пара. Установлено, что воздействие на пласт кислотной композицией приводит к выравниванию фильтрационных потоков и существенному приросту коэффициента нефтевытеснения.

Представлены данные об особенностях состава нефтей четырех месторождений, расположенных на побережье Баренцева моря в Ненецком автономном округа. В составе углеводородов нефтей, исследованных методом хромато-масс-спектрометрии, идентифицированы стераны, гопаны, нормальные и изопреноидные алканы, нафталины, фенантрены, флуорены, бифенилы, сесквитерпаны, стераны, гопаны, дибензотиофены и дибензофураны, ретен и кадален. Методом спектрофотометрии определено содержание металлопорфиринов и периленов. Показано, что только в нефти Тобойского месторождения содержание циклогексанов значительно превышает долю ациклических соединений, также ее состав характеризуется максимальным содержанием бициклических терпанов (нордриманов, дриманов и гомодриманов). Совместное присутствие ванадил- и никельпорфиринов, характеризующее условия накопления исходного органического вещества, указывает на морское происхождение при отсутствии сероводородного заражения придонных вод для нефтей Перевозного и Торавейского месторождений. Дибензофураны отмечены только в торавейской нефти, а дибензотиофены - во всех исследованных образцах нефтей.

Представлен анализ результатов 57 пароциклических обработок (ПЦО) скважин пермо-карбоновой залежи высоковязкой нефти Усинского месторождения (Республика Коми, Россия). Все скважины подвергались ПЦО первого цикла, из них: 46 - без дополнительных реагентов, и 11 - с применением гелеобразующей термотропной композиции ГАЛКА^®, разработанной в Институте химии нефти СО РАН. Обосновано применение гелеобразующих композиций, начиная с первого цикла ПЦО, при высоком начальном обводнении. Сделано предположение о наличии оптимального количества пара при ПЦО для конкретного типа скважин, а также об увеличении значения этого параметра при применении гелеобразующей композиции.

Изучено изменение структурных параметров молекул смол и асфальтенов в зависимости от состава дисперсионной среды в процессе низкотемпературной депарафинизации нефти. В качестве депарафинизирующего агента использованы сжиженные углеводородные газы (пропан, смеси пропан/бутан или пропан/пентан). Осадки, образовавшиеся в процессе депарафинизации, состоят из твердых парафинов, смол и асфальтенов. Смолы и асфальтены исследованы методом структурно-группового анализа, основанного на данных ЯМР-спектроскопии, элементного состава и молекулярной массы. Показано, что при варьировании нефтяной дисперсионной среды за счет разбавления сжиженными газами происходят изменения в структурных параметрах (молекулярная масса, количество ароматических и нафтеновых циклов, алкильных заместителей, количество структурных блоков в молекуле) средних молекул смол и асфальтенов.

Исследовано влияние на добычу нефти и ее состав пароизоляции с применением гелеобразующей композиции ГАЛКА^® при разработке горизонтальной скважины методом термогравитационного дренирования на участке Лыаель Ярегского месторождения. Эффект обработки составил 2-4 т дополнительно добытой нефти в сутки при снижении обводненности на 8-10 %. Эффект сопровождался ростом, а затем снижением до исходных значений вязкости нефти и доли в ней тяжелых полярных компонентов. В попутно добываемой воде после обработок термотропной композицией ГАЛКА^® отмечено появление ионов аммония и гидрокарбонатов, увеличение содержания карбонат- и хлорид-ионов, а также повышение минерализации в 2 раза и рН добываемой воды - с 7.1 до 9.7.

Рассмотрены возможности применения многолетних спутниковых данных для мониторинга экологической ситуации в районе предприятий нефтегазового комплекса. Исследования проведены на примере территории нефтеперерабатывающего завода - ООО “Томскнефтепереработка” (ТНП). В качестве исходной информации использованы данные спектрорадиометра MODIS за период 2015-2019 гг. Для оценки состояния растительного покрова исследуемой территории ТНП в анализ включены значения усовершенствованного вегетационного индекса EVI (Enhanced Vegetation Index). Установлены минимальные и максимальные значения индекса EVI для исследуемой территории, а также выявлены тенденции увеличения значений индекса с 2018 г., что свидетельствует о процессе восстановления растительного покрова.

Изучено влияние присадки К-210, разработанной на основе упорядоченного амфифильного азотсодержащего полимера, на структурно-реологические характеристики водонефтяных эмульсий. При появлении в нефтяных дисперсных системах (НДС) воды (10 % эмульсии) характерно первоначальное увеличение степени ингибирования присадки для всех исследуемых эмульсий. Рост степени ингибирования наблюдается, возможно, вследствие присутствия в составе присадки полимера с амфифильными свойствами (растворяющегося как в органической фазе, так и в водной). Проведенные исследования показали, что групповой состав осадков зависит от степени ингибирования присадки. Изменение в групповом составе может быть объяснено структурно-фазовыми переходами фракций смолисто-асфальтеновых компонентов. С помощью метода ИК-спектроскопии исследованы различия в составе смол и асфальтенов НДС. Установлено, что с увеличением доли воды в составе смол асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) эмульсий наблюдается рост конденсированных ароматических кислород- и серосодержащих фрагментов. При изучении поверхностного натяжения фракций смол и асфальтенов выявлено, что максимальной поверхностной активностью характеризуются смолисто-асфальтеновые компоненты АСПО эмульсий нефти с минимальным значением степени ингибирования присадки.

Исследован процесс окисления пропилена кислородом в присутствии воды в реакторе с барьерным разрядом (БР). Приведены данные, полученные ранее при исследовании процесса окисления пропилена кислородом в БР в присутствии н-октана. Замена н-октана на воду не приводит к существенным изменениям в составе продуктов реакции. Основными продуктами окисления пропилена кислородом в присутствии воды являются оксид пропилена, пропаналь и другие гидроксильные и карбонильные соединения. Наблюдается снижение содержания оксида пропилена в продуктах реакции с 45 до ~30 мас. %. Величины конверсии пропилена в присутствии октана и воды имеют сравнимые значения - 12.9 и 15.4 % соответственно. Установлено, что в случае использования воды наблюдается более раннее зажигание разряда, чем в случае н-октана. Вольт-кулоновские характеристики БР при окислении пропилена в присутствии воды и н-октана изменяются незначительно. Емкость разрядной ячейки (плазмохимического реактора) при окислении пропилена в присутствии воды больше, чем в присутствии октана, при этом переносимый заряд за импульс напряжения меньше. Величины активной мощности разряда и конверсии пропилена при использовании н-октана или воды имеют сравнимые значения. Рассчитаны величины потерь энергии электронов БР в смеси пропилена и кислорода без добавки воды и с ней. Установлено, что добавка воды практически не влияет на распределение энергии в смеси кислорода с пропиленом, а основные потери энергии электронов приходятся на возбуждение электронных состояний молекул кислорода и пропилена. На основе анализа результатов расчетов можно предсказать основное направление протекания реакции окисления пропилена кислородом в БР в присутствии воды.

Исследованы физико-химические и каталитические свойства Мо/ZSM-5 катализаторов дегидроароматизации метана, полученных с использованием различных форм цеолита (NН₄- и H-формы) и наноразмерного порошка молибдена. Показано, что свойства исследуемых образцов зависят от исходной формы цеолита, используемого для их приготовления. По данным электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS), морфология и элементный состав частиц в образцах Mo/H-ZSM-5 и Mo/NН₄-ZSM-5 практически одинаковы, молибден стабилизирован в цеолитной матрице в форме агрегатов. Профили распределения кремния и молибдена в катализаторах указывают на более равномерное распределение молибдена в цеолите для образца Mo/NН₄-ZSM-5. После проведения реакции дегидроароматизации метана выявлено изменение локализации молибдена. Наблюдается миграция молибдена к поверхности цеолита с образованием частиц MoC_x с размерами до 100 нм, покрытых слоем углерода толщиной около 3 нм. С использованием метода термодесорбции аммиака установлено, что концентрация сильных кислотных центров в катализаторе, полученном на основе H-ZSM-5, ниже, чем для катализатора, приготовленного на основе NН₄-ZSM-5. Такое различие в кислотных характеристиках Мо/ZSM-5 катализаторов связано с условиями их получения. Количество термических обработок в процессе приготовления катализатора с использованием водородной формы цеолита увеличивается, что приводит к частичному разрушению кристаллической решетки цеолита с образованием фазы Al₂(MoO₄)₃. Исследования каталитических свойств образцов показали, что наибольшей активностью в процессе неокислительной конверсии метана в ароматические углеводороды обладает катализатор Мо/NН₄-ZSM-5, приготовленный на основе цеолита в аммонийной форме.

Рассмотрены закономерности географического распределения мировых запасов высокосмолистых нефтей как важного источника углеводородного сырья в будущем. На основе анализа информации из базы данных по физико-химическим свойствам нефтей мира показано, что треть всех нефтегазоносных бассейнов содержит запасы высокосмолистых нефтей. Исследованы особенности распределения запасов этих нефтей по странам. Показано, что около 90 % мировых запасов находятся в Канаде и России. Около 94 % всех российских запасов высокосмолистых нефтей располагаются в трех нефтегазоносных бассейнах - Тимано-Печорском, Западно-Сибирском и Волго-Уральском. Проведен статистический анализ физико-химических свойств высокосмолистых нефтей. Установлено, что нефти с высоким содержанием смол характеризуются высокой плотностью и вязкостью, высоким содержанием серы, азота и кислорода, а также ванадия и никеля.

Original structural changes of the surface of a coal sample under the action of pulsed mode laser radiation were studied. It was found that original quasiperiodic columnar structures were formed on the sample surface as a result of the laser action of 10⁴ s duration with the frequency of 6 Hz and the single pulse energy density of 1.95 J/cm². The diameter of single fragments reached 100 mm with the distance between them attaining 50 mm. On the top of the fragments, there were spherical shapes composed of silicon compounds with a size reaching 10 mm. A scheme of the formation of columnar structure was proposed.

The efficiency of the dissolution of bituminous coal at moderate temperature to produce quinoline-soluble substances was studied using commercially available coal tar (CT), its anthracene fraction (AFCT), heavy coal semicoking tar (HCST), heavy gas oil from catalytic cracking of petroleum (HGOCC), their binary blends, as well as tetralin (for comparison) as solvents. The chemical and molecular compositions of the coal, solvents, and the extracts obtained were characterized in detail by chemical and group analyses, FTIR spectroscopy, liquid chromatography, analysis by means of gas chromatography-mass spectrometry. The highly aromatic CT, AFCT, low aromatic HGOCC solvents, binary blends of these solvents and hydrogen donor tetralin showed high performance for coal dissolution at 380 °C in the quinoline-soluble substances, the yields of gases being no more than 0.6 %. The extracts obtained with CT and AFCT solvents represented highly aromatic pitch-like matter with rarely substituted aromatic rings. The extract obtained with the HGOCC solvent was characterized by lower aromaticity, the aromatic nuclei being highly substituted with fairly large alkyl fragments. The blended solvents yielded more extracts whose structural parameters were intermediate between those obtained with each solvent separately. Heavy semi-coking HCST tar showed no dissolving ability because of the high content of phenolic hydroxyls. The concentration of benzo(a)pyrene (BaP) in the toluene-soluble fractions of the extracts obtained was much lower than that in the solvents used, and decreased as the coal dissolution time increased, thus indicating BaP conversion.

Исследована фармакокинетика аэрозольной и пероральной форм доставки противотуберкулезного лекарственного средства - пиразинамида. Показано, что фармакокинетические параметры для обеих форм препарата имеют сопоставимые значения. Рассмотрены преимущества применения для терапии аэрозольной формы пиразинамида.