Российские ученые собрали самую крупную в мире установку, позволяющую с помощью электрических разрядов эффективно перерабатывать тяжелую нефть и получать при этом продукты, используемые в химической промышленности, сообщили РИА Новости в Российском научном фонде (РНФ).
Запасы тяжелой нефти составляют 70% от мировых. Однако ее переработка сложна из-за высокой плотности и вязкости, большого количества серосодержащих соединений. Современные методы имеют ряд недостатков: они требуют высоких температур и давления, большого количества водорода, а также специального оборудования. При этом для нагрева и поддержания высоких температур необходимо сжигать существенные объемы углеводородного топлива, что приводит к значительным выбросам углекислого газа.

Этого можно избежать, если вместо высокотемпературных установок и печей использовать плазменные реакторы. Они не требуют дорогостоящих катализаторов и водорода, работают на электроэнергии с атомных и гидроэлектростанций, в ходе их работы не выделяется углекислый газ. Например, при плазменном пиролизе нефти под действием электрических разрядов образуются высокореактивные соединения: радикалы и ионы. Они возбуждают молекулы органических соединений в нефти, в результате чего запускаются специфические реакции, приводящие к расщеплению крупных молекул на более мелкие, которые потом могут использоваться во многих химических процессах. Несмотря на достоинства такой обработки нефти, внедрение этого метода в промышленность ограничено небольшими размерами реакторов.
Ученые из Нижегородского государственного технического университета имени Алексеева (НГТУ, Нижний Новгород) собрали установку для плазменного пиролиза нефти. Она состояла из реактора, системы управления и регистрации электрических разрядов, а также системы сбора образующихся газов. Объем реактора составил 300 кубических сантиметров, что в 7,5 раз больше, чем у предыдущих моделей.

Для проверки работоспособности установки исследователи использовали мазут, который заливался между двумя электродами. Авторы показали, что увеличение мощности энергетического воздействия приводит к повышению производительности, энергоэффективности процесса и выходу газообразных продуктов, а также влияет на их количество. Так, в ходе процесса выделялся водород, ацетилен, этилен, метан, а также углеводороды, содержащие от трех до пяти атомов углерода. Все они широко используются в химической промышленности.

К тому же потребление энергии было самым низким, а выход ценных газообразных углеводородов — наиболее высоким. В твердофазных продуктах ученые обнаружили неупорядоченный графит и многослойные углеродные нанотрубки, которые могут использоваться в электронике. Кроме того, твердые продукты содержали атомы серы, кислорода, ванадия и никеля, что делает эти структуры привлекательными для использования в промышленности в качестве ускорителей химических реакций.
«В наших дальнейших работах мы будем пытаться повысить глубину переработки мазута, увеличить производительность и рентабельность плазмохимического пиролиза. Также мы планируем исследовать углеродные наноструктуры для использования их в качестве катализаторов и адсорбентов», — рассказывает руководитель проекта, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник НГТУ Евгений Титов.В исследовании, поддержанном грантом РНФ, также принимали участие ученые из Федерального научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника» РАН, Курчатовского института и Московского физико-технического института.