Проект молодого ученого ЮГУ поддержан Российским научным фондом

Проект старшего научного сотрудника Института нефти и газа ЮГУ Дмитрия Корнеева «Синтез и исследование механизмов супрамолекулярной сборки азотистых асфальтеноподобных веществ в растворах и реальных нефтяных системах» выиграл грант Президентской программы исследовательских проектов.

Проект молодого ученого направлен на установление ключевых азотсодержащих фрагментов асфальтеновых молекул, определяющих их склонность к самоассоциации, а также выявление роли азотсодержащих функциональных групп различной химической природы на механизмы образования надмолекулярных структур.

Асфальтены являются наиболее сложной высокомолекулярной фракцией нефти, в значительном количестве присутствующей в тяжелом углеводородном сырье, добыча и переработка которого неуклонно растет. В состав асфальтенов кроме углерода и водорода входят атомы серы, азота, кислорода, металлов, а их молекулы состоят из полициклических ароматических и нафтеноароматических блоков различного размера, а также алкильных фрагментов различной длины и разветвленности.

По информации Дмитрия Корнеева, несмотря на кажущуюся ясность химической природы асфальтенов, существует серьезная научная проблема, заключающаяся в неоднозначности строения и многообразии молекулярных структур асфальтенов, что не позволяет точно и всесторонне их описать в едином, универсальном формате даже с использованием современных физико-химических методов анализа.

«Существует ряд особенностей химической природы асфальтенов, требующих детального изучения не только качественных, но и количественных параметров», - отметил Дмитрий Корнеев, - «Сложившаяся проблема приводит к ряду проблем практического характера, с которыми сталкивается нефтяная отрасль. Это и формирование отложений в технологическом оборудовании, неэффективый теплообмен, потеря сырья и энергии в ходе технологического процесса, а также высокий выход некондиционных побочных продуктов при переработке тяжелых нефтей. Как следствие, снижается эффективность добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья, возрастают экологические риски, а тяжелые нефти как энергетический ресурс используются нерационально».

Кроме того, асфальтены склонны к самоассоциации и образованию надмолекулярных структур – наноагрегатов и кластеров. Это происходит за счет различных межмолекулярных взаимодействий, обусловленных химической природой асфальтеновых молекул, которые имеют в своей структуре крупные полициклические ароматические ядра, высокое содержание гетероатомов и металлов.

«При этом вопрос о ключевых факторах молекулярной структуры асфальтенов, определяющих закономерности процесса их самоассоциации, до сих пор остается открытым», - прокомментировал ученый.

По мнению Дмитрия Сергеевича, это связано со сложностью асфальтеновых молекул, структуру которых невозможно доподлинно и всесторонне описать с использованием современных физико-химических методов анализа.

В свою очередь, результаты проекта позволят разработать селективные ингибиторы ассоциации асфальтеновых молекул для повышения эффективности добычи и переработки тяжелых нефтей. Как правило, исследование состава и структуры асфальтенов проводится непосредственно на асфальтенах, выделенных из нефти, с использованием физико-химических методов анализа. Однако до сих пор такой подход не позволяет количественно определить содержание различных функциональных групп, углеводородных фрагментов в структуре молекул асфальтенов и, следовательно, не дает возможности оценить роль отдельных структурных фрагментов асфальтеновых молекул в образовании надмолекулярных структур.

В своем проекте Дмитрий предлагает оригинальный подход к решению поставленной задачи, заключающийся в создании синтетических асфальтеноподобных веществ на основе деасфальтизированной нефти с добавлением индивидуальных азотсодержащих гетероциклических соединений различной природы, присутствующих в виде фрагментов молекулярной структуры нативных асфальтенов. Посредством набора химических реакций между компонентами реакционной смеси под действием температуры по радикально-цепному механизму будет получен ряд синтетических асфальтеноподобных веществ с различным содержанием в их структуре азотсодержащих функциональных групп и углеводородных фрагментов. Изучение склонности полученных синтезированных веществ к образованию надмолекулярных структур в растворах и реальных нефтяных системах позволит установить качественную и количественную взаимосвязь между молекулярным фрагментом асфальтенов и его ролью при формировании ассоциатов.


«Результаты реализации проекта будут способствовать повышению эффективности добычи и транспортировки тяжелых нефтей, а также глубины их переработки, что приведет к более рациональному использованию углеводородных ресурсов с низкой долей отходов, тем самым будет повышаться уровень экологической безопасности нефтяной промышленности в целом», - отметил ученый.