Ученые ТПУ: контроль вредных соединений хлора при добыче нефти и газа может сэкономить миллионы

Ученые Томского политехнического университета разрабатывают физические и методологические основы для создания анализаторов, которые смогут отслеживать уровень вредных хлорорганических соединений в процессе промышленной добычи и транспортировки в трубопроводах нефти и газа. Эти соединения вызывают коррозию оборудования. Анализаторы помогут продлить срок эксплуатации оборудования и сэкономить средства на ремонте. Последние результаты исследования опубликованы в журнале Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy (Q1, IF: 4.831). Работа ведется при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030».

Хлорорганические соединения присутствуют в нефти, нефтепродуктах и химических реагентах. Они вызывают коррозию оборудования и «отравляют» катализаторы. Это приводит к сбою в работе оборудования и пагубно сказывается на работе производств в целом, а в случае трубопроводной транспортировки нефти это может привести к экологической катастрофе при его прорыве и колоссальным убыткам по устранению результатов происшествия.

«Сегодня предприятия нефтяной и нефтегазовой отрасли не используют анализаторы оперативного контроля содержания хлорорганических соединений в нефти, нефтепродуктах и газовом конденсате. Создание подобного прибора могло бы решить сразу несколько проблем: продлить срок эксплуатации дорогостоящего оборудования, сэкономить миллиарды на его ремонте или замене, а также на решении экологических угроз, вызванных порчей оборудования.

Но для качественного решения этой проблемы необходимо понять, что, где, как и по какой методике зондировать, а главное — провести ряд фундаментальных исследований и экспериментов по изучению веществ, которые будет искать отслеживать», — поясняет профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Олег Уленеков .

Будущий анализатор будет направлен на поиск и количественный расчет четырех веществ: дихлорметана, хлороформа, хлорметана и тетрахлорметана. Они будут исследоваться методами спектроскопии высокого разрешения. Они обладают высокой точностью измерений и позволяют получать результат в режиме реального времени. Для получения данных о количественном содержании хлорорганических соединений политехники будут использовать базы данных макропараметров, которая составлялась научным коллективом на протяжении 30 лет.

«Для понимания состава вредной примеси в нефти и регистрации ее количества необходимо знать так называемые параметры эффективных дипольных моментов для колебательно-вращательных полос зондируемых веществ. Это различные характеристики спектра, информация о которых является ключевым моментом разработки прибора. Однако информации о спектрах высокого разрешения трех из четырех заявленных метан-хлоридов в мировой науке нет.

В работе мы основываемся на собственном огромном опыте исследований спектров молекул тех же самых «семейств», которые вел наш научный коллектив на протяжении многих лет. Для этого мы вносим изменения в математическом обеспечении и минимальные модифицируем методы анализа спектров»,

— дополняет Олег Уленеков.

В рамках исследования ученые совместно с коллегами из Германии и Франции проводят высокоточные экспериментальные исследования спектров всех метан-хлоридов: с помощью специальных спектрометров изучают основные полосы поглощения каждой молекулы, определяют их вращательную структуру основных колебательных состояний, а также собственные значения и функции эффективных операторов всех четырех молекул.

Исследование рассчитано на два года. Сначала ученые модифицируют математические модели для исследования энергетической структуры молекул вредных веществ и на их основе усовершенствуют алгоритмы и компьютерные программы, а затем выдадут рекомендации для создания самого устройства определения количественного состава веществ в смесях.