Российские учёные разработали инновационный метод синтеза противотурбулентных присадок — полимеров, снижающих энергопотери при транспортировке нефти. Предложенный подход основан на использовании этилена — доступного в нашей стране сырья. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Polymers.
Трубопроводный транспорт — основа логистики нефтегазовой промышленности России. Протяженность магистральных трубопроводов составляет более 50 тысяч километров, поэтому минимизация энергозатрат при передвижении нефти по ним — одна из важнейших отраслевых задач.
Углеводороды транспортируются на высоких скоростях в режиме турбулентного потока. Жидкость, соприкасающаяся со стенками, движется с непостоянным — пульсирующим — давлением, что приводит к снижению скорости и заметным энергопотерям. Сгладить эти пульсации помогают противотурбулентные присадки, такие как сверхвысокомолекулярные полиальфаолефины — редкий и малодоступный класс полимеров. Эти присадки эффективны даже в крайне малых концентрациях — порядка нескольких миллионных долей. К сожалению, отечественное производство альфаолефинов, из которых получают такие полимеры, не покрывает потребности нефтяной и нефтехимической промышленности, поэтому необходима разработка новых подходов к синтезу противотурбулентных присадок.
Учёные из Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН (Москва), Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) и Института органического синтеза имени И. Я. Постовского УрО РАН (Екатеринбург) предложили метод, основанный на использовании этилена — доступного в России продукта — в качестве единственного сырья. Химики сначала синтезировали альфаолефины путём сшивания молекул этилена в цепочки длиной до двенадцати атомов углерода. Затем полученные цепи химически соединяли в полимеры — искомые сверхвысокомолекулярные полиальфаолефины. Обе реакции авторы проводили при помощи высокоэффективных катализаторов собственной разработки.
Учёные сравнили при различных температурах свойства традиционных противотурбулентных присадок с теми, что были получены новым способом. Последние показали высокую эффективность при низких температурах. Так, добавление в смесь углеводородов пятнадцати миллионных долей присадок при комнатной температуре снижало энергопотери при транспортировке нефти на 50%, а при 5°С — до 25%. Более традиционные полигексеновые противотурбулентные присадки при пониженных температурах малоэффективны.
«Использование доступного этилена и катализаторов собственной разработки позволяет создать отечественную технологию получения эффективных присадок, не зависящую от поставок зарубежного сырья. Особенная структура синтезированных нами полимеров обеспечивает их повышенную эффективность и при низких температурах», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Илья Нифантьев, доктор химических наук, заведующий лабораторией металлоорганического катализа Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН, профессор кафедры органической химии химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.