Текст уведомления здесь

Состав нефти определили, растворив ее в тяжелой воде

Хотя в норме одна из этих жидкостей в другой не растворяется, есть способ решить и эту проблему

Ученые из МФТИ, Сколтеха, ОИВТ РАН и МГУ предложили новый подход к исследованию состава нефти. Повысив температуру и давление смеси нефти с тяжеловодородной и тяжелокислородной водой в герметичной емкости, они провели точный анализ ее состава, сравнив скорость обмена молекул нефти и воды атомами водорода и кислорода. До сих пор сходных результатов удавалось добиться лишь при помощи агрессивных и экологически проблематичных растворителей. Метод соответствует принципам «зеленой химии» и позволяет отказаться от использования небезопасных для экологии растворителей.
Добавить в закладки
Комментарии

В начале нефтяной эпохи основную часть добычи составляла легкая нефть, которую, кроме прочего, и проще перерабатывать. Однако со временем ее запасы уменьшились, и сегодня все чаще добывают тяжелую нефть, из которой легкие фракции типа бензина получать уже довольно сложно. Сегодня для этого очень часто применяют гидрокрекинг мазута (расщепление углеводородных молекул, его составляющих). Но эффективный гидрокрекинг требует точного понимания молекулярного состава нефти, который для разных ее видов сильно варьируется (нефть с одного месторождения, но из разных скважин уже может слегка отличаться, а нефть с разных месторождений заметно отличается почти всегда).

Кроме того, установки гидрокрекинга дороги и не производятся в России, а кроме того, требуют использования специальных катализаторов. В таких условиях было бы желательно научиться точно определять состав тяжелых сортов нефти, чтобы максимизировать эффективность гидрокрекинга. Кроме того, глубже поняв состав нефти, проще будет создавать новые катализаторы для нефтепереработки, а также избежать прискорбных случаев вроде недавнего попадания загрязнителей в магистральный трубопровод «Дружба».

Исходно нефть может состоять из сотен тысяч различных молекул углеводородов. То есть просто разделить нефть на компоненты и проанализировать их отдельно практически невозможно. Особенно сложно изучать ее тяжелые фракции, не улетучивающиеся при нагреве до 300 °С. В образцах из некоторых месторождений, помимо всего вышеперечисленного, встречаются соединения, содержащие серу, которые могут отравить некоторые катализаторы.

Дополнительно усложняет анализ то, что многие углеводороды в составе нефти имеют количественно одинаковый элементный состав — одинаковое количество атомов углерода, водорода и кислорода, но при этом разное строение молекул, являющихся изомерами друг друга. Например, сравнительно простое соединение C6H6 — шесть атомов углерода и шесть атомов водорода — может представлять собой циклический бензол, а может — линейную цепочку (гекс-1,5-ен 3-ин). Обычный метод химического анализа, масс-спектроскопия, может посчитать атомы в молекулах, но не всегда в силах различить изомеры с одинаковым количественным составом.

Авторы новой работы предлагают получать дополнительную информацию о различных изомерах в нефти с помощью изотопного обмена. Он основан на том, что кислород или водород в нефти с разной интенсивностью замещается атомами того же кислорода или водорода, но с другой массой — например, тяжелым водородом. Самый удобный и безопасный источник изотопов кислорода и водорода — вода. В норме нефть в ней не растворяется, образуя пленку на поверхности. Можно растворить углеводороды в высококонцентрированных кислотах или щелочах при повышенной температуре. Но тогда есть шанс разрушить органические соединения, которые исследователи пытаются найти в образце нефти.

Исследователи нагрели образцы нефти до 360 °С с тяжелой водой (в которой водород заменен дейтерием), а также тяжелокислородной, где кислород 16O заменен на 18O. Нагрев велся при давлении более 300 атмосфер в течение часа.

Затем они сравнили спектры исходного образца нефти и ним уже после реакции. В результате удалось надежно установить структуру соединений, входивших в состав образца нефти. Авторы отмечают, что сходным образом можно изучать другие сложные органические соединения. Что особенно важно, новый метод, хотя и не использует агрессивные и опасные компоненты, способен получать точную информацию о структуре молекул даже тогда, когда выделить чистое вещество и установить его структуру другими методами в принципе невозможно.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы