CC BY
52
УДК 547.314
Вестник СПбГУ. Сер. 4. Т. 2 (60). 2015. Вып. 4
А. М. Добротворский
ПРОФЕССОР АЛЕКСАНДР ФЛАВИАНОВИЧ ДОБРЯНСКИЙ (1889-1965) И СОВРЕМЕННАЯ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА
Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7—9
Статья посвящена памяти профессора Александра Флавиановича Добрянского (1889—1965), крупного учёного, автора важных научно-прикладных исследований по геохимии и переработке горючих ископаемых. Освещается деятельность учёного, связанная с термокаталитической переработкой нефти. Приводятся биографические данные о работе А. Ф. Добрянского на кафедре технической химии химического факультета ЛГУ и на опытном заводе «Химгаз», позже во Всероссийском научно-исследовательском институте нефтехимических процессов (ВНИИНефтехим). Труды А. Ф. Добрянского легли в основу современных технологий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в том числе таких процессов, как каталитический риформинг, каталитический крекинг, гидрокрекинг, пиролиз и др. Дан краткий обзор их использования в России. Обсуждаются современные возможности института химии СПбГУ в части взаимодействия с нефтеперерабатывающей промышленностью. Библиогр. 18 назв. Ил. 6.
Ключевые слова: А. Ф. Добрянский, термокаталитические процессы, нефтепереработка, нефтехимия.
A. M. Dobrotvorskii
PROFESSOR ALEXANDR FLAVIANOVICH DOBRIANSKII (1889-1965) AND MODERN REFINING
St. Petersburg State University, 7—9, Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034, Russian Federation
This report is dedicated to the memory of professor Alexandr Flavianovich Dobrianskii (1889—1965), a prominent scientist, author of important scientific and applied research in the fields of geochemistry and processing of fossil fuels. The report highlights the activities of the scientist associated with the thermocatalytic processing of oil. Information is provided about the work of A. F. Dobryanskii carried out at the Department of Technical Chemistry of Chemical Faculty of the Leningrad State University and at the pilot plant "Khimgaz", and later at the All-Union Scientific Research Institute of Petrochemical Processes (VNIINeftekhim). Works of A. F. Dobryanskii formed the basis of modern technologies in oil refining and petrochemical industries, including processes such as catalytic reforming, catalytic cracking, hydrocracking, py-rolysis, and others. A brief review of their application in Russia is given. Current capabilities of the Institute of Chemistry of the St. Petersburg State University in the view of cooperation with the petroleum refining industry are discussed. Refs 18. Figs 6.
Keywords: A. F. Dobryanskii, thermocatalytic processes, oil refining, petrochemistry.
26 августа 2014 г. исполнилось 125 лет со дня рождения крупного русского учёного, профессора Александра Флавиановича Добрянского. Юбилейная дата была отмечена выходом обширного очерка, в котором приведены основные биографические сведения об этом учёном-химике [1]. Настоящая статья является изложением лекции об А. Ф. Добрянском, прочитанной автором на 48-х чтениях памяти А.Ф.Фаворского (26 марта 2015). В ней неизбежно повторяются известные биографические данные, а также приводятся сведения о современном состоянии технологии процессов промышленной обработки углеводородного сырья, у истоков которых стоял учёный в ряду с замечательной плеядой отечественных и зарубежных специалистов.
За рамки статьи выходит оценка огромного научного вклада А. Ф. Добрянского в области классификации горючих ископаемых, геохимии нефти, переработки сланцев. Рассмотрены только те направления его деятельности, которые связаны с нефтепереработкой. Приведены данные, показывающие, какое развитие получила нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность в нашей стране.
Директор института геологии и геофизики Сибирского отделения АН СССР, академик А. А. Трофимук в своих воспоминаниях пишет об А. Ф. Добрянском: «Нефть мало добыть, её нужно переработать, превратить в нефтепродукты. Начало глубокой переработке сырой нефти положил замечательный учёный-нефтехимик Александр Фла-вианович Добрянский (1889-31/01/1965 гг.). Он окончил Петербургский университет одновременно по двум специальностям — геологии и химии. Первая мировая война явилась для него толчком, определившим направление всей его дальнейшей работы в области химии нефти. Добрянский начал работы на петроградском заводе „Блаугаз" по пиролизу нефти для получения толуола и тринитротолуола, а в 1916 году построил в Баку первый пиролизный завод „Нефтегаз". Профессор Петроградского университета Добрянский издал ряд книг, в которых впервые осветил вопросы технологии нефтепереработки и тем самым внёс неоценимый вклад в развитие мировой нефтеперерабатывающей науки» [2].
К сожалению, остаётся всё меньше людей, кто лично был знаком с Александром Флавиановичем. Немногие коллеги и ученики оставили воспоминания о нём.
А. Ф. Добрянский родился 26 августа 1889 г. в Вильно в семье преподавателя гимназии. После окончания гимназии в 1908 г. он поступил в Санкт-Петербургский университет на естественное отделение физико-математического факультета, которое окончил в 1912 г. по двум группам — геологии и химии, и был оставлен при кафедре академика Алексея Евграфовича Фаворского для подготовки к профессорскому званию [3].
Свою практическую деятельность в области переработки нефти Александр Флавиа-нович начал в 1914 г., когда возникла необходимость получения толуола для изготовления взрывчатых веществ. Уже тогда им выполнены обширные исследования совместно с академиком Сергеем Васильевичем Лебедевым по вопросу пиролиза нефти, на основе которых в 1916 г. был запущен толуоловый завод в Баку. В 1915 он впервые в России выделил из газов, получающихся при пиролизе нефти, изопропиловый и бутиловый спирты.
В 1918 г. Александр Флавианович начал работать преподавателем в Лаборатории технической химии, руководимой академиком В.Е. Тищенко. В этой лаборатории проведена значительная часть исследований по химии нефти, по анализу продуктов её переработки. Здесь же им был разработан метод анализа смеси непредельных газов, получивший признание в лабораториях Союза и за рубежом. Поэтому имя А. Ф. Доб-рянского стало тесно связано с развитием и усовершенствованием аналитических методов нефтяной химии.
Итогом выполненных в лаборатории экспериментальных работ по пиролизу нефти и химической переработке нефтяных газов стала книга «Пирогенетическое разложение нефти» [4], в которой впервые была сформулирована теория образования ароматических углеводородов как продуктов конденсации дивинила с олефинами. В отзыве на эту книгу академик В.Н.Ипатьев писал: «Работа А. Ф. Добрянского о пирогенети-ческом разложении нефти затрагивает очень важный вопрос химической технологии нефти, которая за последнее время получила в особенности большой интерес, так как продукты разложения нефти, ароматические углеводороды, получили широкое применение в технике приготовления взрывчатых веществ. В этой области в русской, а также
в иностранной литературе имеется очень мало материала, и труд А. Ф. Добрянского несомненно принесёт большую пользу для последующих работников в вопросе о пирогенизации нефти» [5].
В 1930 г. при участии А. Ф. Добрянского был основан Всесоюзный институт по переработке сланцев. Александр Флавианович принимал активное участие в его работе, будучи долгое время его научным руководителем. При его участии коллективом сотрудников были разработаны технологические схемы промышленной переработки сланцев с целью получения ценных химических продуктов, необходимых химической промышленности.
В годы войны (1941-1944) Александр Флавианович работал в Баку и Тбилиси в системе Академии наук Азербайджана, а затем Грузии, вёл занятия в Грузинском индустриальном институте на кафедре органической химии. Вернувшись в Ленинград, он продолжал работать заведующим кафедрой в Технологическом институте и директором Всесоюзного исследовательского института по переработке сланцев.
С 1947 по 1963 г. Александр Флавианович работал в Ленинградском университете, заведуя кафедрой технической химии химического факультета. В это время на кафедре были проведены ставшие классическими работы по термокаталитическому превращению углеводородов различных групп.
Одновременно профессор А. Ф. Добрянский проводил работы на опытном заводе «Химгаз», который позже вошёл в состав Всероссийского научно-исследовательского института нефтехимических процессов — ВНИИНефтехим. Здесь были подробно изучены условия получения этилена, пропилена и бутиленов из газов пиролиза нефти, разработан синтез окиси этилена и гликоля, хлоргидрина, хлористого этила и бутила, синтез этилового спирта из этилена, исследованы сульфонефтяные кислоты. Большинство прикладных работ учёного внедрено в промышленность. Портрет А. Ф. Добрянского (рис. 1) многие годы находился в галерее почёта ВНИИНефтехима (первоначальное название ГИВД — Государственный институт высоких давлений), в ряду таких выдающихся учёных, как академики В. Н. Ипатьев, Г. А. Разува-ев, профессора Б. Н. Долгов, А. В. Фрост и др. В 1951 г. А. Ф. Добрянский был избран членом-корреспондентом АН Эстонской ССР. Александр Флавианович являлся автором 17 монографий, 140 научных работ и ряда авторских свидетельств. Он обладал широкой эрудицией не только в области химии, но и в других областях естественно-технических наук. Был горячо любим сотрудниками и учениками.
Немногие воспоминания сохранились о А. Ф. Добрянском как о профессоре университета. Доктор геолого-минералогических наук Светлана Николаевна Белецкая, окончившая химфак ЛГУ в 1953 г., вспоминает: «Знаменитый профессор Александр Фла-вианович Добрянский читал техническую химию. Длинный, худой, носатый, с неизменной трубкой, был очень похож на англичанина, так и хотелось к нему обращаться: „сэр". Он обладал энциклопедическими знаниями, но лекции читал ужасно. Говорил он
Рис. 1. Портрет профессора А. Ф. Добрянского из галереи почёта ВНИИНефтехим
быстро, тихо и совершенно неразборчиво. Сегодня, говорил он, у нас лекция на тему „Вода", поворачивался к доске и всё, в тетрадях одни точки. И только много лет спустя, когда я стала работать в Нефтяном институте, я поняла, как велик вклад Александра Флавиановича в химию нефти... » [6].
Возвращаясь к научно-прикладным работам профессора А. Ф. Добрянского следует снова отметить, что он был одним из тех, кто стоял у истоков создания отечественной нефтепереработки и нефтехимии — сегодня одной из важнейших отраслей нашей промышленности. Мощный рывок в развитии этой отрасли произошёл в начале 60-х годов прошлого века, т. е. ещё при жизни Александра Флавиановича. В настоящее время в России действуют 27 крупных нефтеперерабатывающих заводов, а также десятка нефтехимических предприятий. Суммарная мощность нефтеперерабатывающих заводов превышает 260 млн. тонн в год.
Современные нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) и нефтехимические заводы (НХЗ) представляют гигантские инженерные комплексы, насыщенные сложнейшей техникой и передовыми системами управления. По своей насыщенности реализованными научными и техническими решениями они сопоставимы с атомной энергетикой или авиакосмической отраслью.
Обращает внимание эстетическая сторона архитектуры современных нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, впечатляющая мощь тектоники металлических конструкций, технологических трубопроводов и химической аппаратуры (рис. 2, 3). К сожалению, фотографии не позволяют увидеть красоту технологий и систем управления производствами, которые на современных заводах практически полностью автоматизированы.
Технологические процессы нефтепереработки подразделяются на первичные и вторичные. Первые представлены в основном типовыми установками электрообессолива-ния нефти (ЭЛОУ), в которых осуществляется удаление воды и минеральных солей из сырой нефти, и установками разделения нефти на фракции, кипящие при различных температурах, путём перегонки при атмосферном давлении (установки АТ) или в условиях вакуума (установки АВТ). Наибольшая единичная мощность типовых отечественных установок первичной переработки нефти составляет 6 млн. тонн в год по сырью. В 2013 г. на ОАО «ТАНЕКО» (г. Нижнекамск) введена в эксплуатацию установка ЭЛОУ-АВТ-7 мощностью 7 млн. тонн в год по сырью. Крупные заводы имеют комплекс таких установок, например на ООО «КИНЕФ» таких установок четыре. Их общая производительность определяет годовой объём переработки нефти.
Вторичные процессы переработки нефти связаны с дальнейшим переделом отдельных фракций. Большинство из этих процессов являются термическими или термокаталитическими, что возвращает нас к идеям и исследованиям А. Ф. Добрянского. Перечислим наиболее важные из вторичных процессов.
В процессах гидроочистки нефтяных фракций осуществляется каталитическое удаление (никель-молибденовые и кобальт-молибденовые катализаторы) из них вредных серосодержащих соединений под давлением водорода 1,5-9 МПа, который поглощается в ходе разрушения меркаптанов, при температурах до 400°С. Побочно происходит насыщение непредельных углеводородов, снижение содержания смол, кислородсодержащих соединений, а также гидрокрекинг молекул углеводородов. Гидроочистке подвергаются следующие фракции нефти: бензиновые фракции (прямогонные и каталитического крекинга); керосиновые фракции; дизельное топливо; вакуумный газойль; фракции масел.
В результате гидроочистки получаются либо товарные продукты: керосин, дизельное топливо, масла, либо гидроочищенные фракции, которые используются для
Рис. 2. Установка первичной переработки нефти Московского НПЗ
Рис. 3. ООО «Газпромнефть-Омский НПЗ»
последующего превращения (прямогонный бензин, вакуумный газойль). В России применяются в случае дизельного топлива типовые установки гидроочистки производительностью до 2 млн. тонн в год. В 2012 г. на Омском НПЗ введена в эксплуатацию установка гидроочистки мощностью 3 млн. тонн.
Прямогонный бензин является основным сырьем производства высокооктановых моторных топлив. Необходимые для этого химические превращения осуществляются в процессе каталитического риформинга. В этом каталитическом процессе (алюмопла-тиновый катализатор) при температуре 350-550°С и давлении до 5 МПа протекают десятки химических реакций, основными из которых являются ароматизация нафте-нов и дегидроциклизация алканов Сб-С8, в результате чего образуются ароматические углеводороды: бензол, толуол, небольшое количество ксилолов разного строения и выделяется большое количество водорода. В настоящее время в отечественной промышленности эксплуатируются установки со стационарным и движущимся слоем катализатора мощностью до 1 млн. тонн в год.
Важнейшими технологическими процессами современной нефтепереработки нефти, являются каталитический крекинг и гидрокрекинг. Оба процесса позволяют значительно увеличить глубину переработки нефти (ГПН) — одного их основных показателей эффективности работы нефтеперерабатывающих заводов, который определяется как отношение выхода нефтепродуктов за вычетом мазута и топлива на собственные нужды к объёму переработки. По России этот показатель, хотя и постоянно увеличивается
(в 2013 г. составил 71,5%), но остаётся значительно ниже лучших зарубежных показателей (в США 92%).
Процесс каталитического крекинга заключается в разложении углеводородов, входящих в состав сырья, вакуумного газойля, под воздействием температуры (500-520°С) в присутствии цеолитсодержащего алюмосиликатного катализатора. Целевой продукт каткрекинга — высокооктановый компонент бензина с октановым числом 90 пунктов и более, его выход составляет от 50 до 65% в зависимости от используемого сырья, применяемой технологии и режима. Высокое октановое число обусловлено тем, что при каталитическом крекинге происходит также изомеризация углеводородов. Дополнительно в ходе процесса образуются газы, содержащие пропилен и бутилены, используемые в качестве сырья для нефтехимии, а также лёгкий газойль — компонент дизельных и печных топлив, и тяжелый газойль — сырьё для производства сажи, или компонент мазутов. Мощность современных отечественных установок в среднем составляет от 1,5 до 2,5 млн. тонн в год, однако на заводах ведущих мировых компаний существуют установки мощностью до 4,0 млн. тонн в год.
Гидрокрекинг — процесс, направленный на получение высококачественных керосиновых и дизельных дистиллятов газойля путём крекинга углеводородов исходного сырья в присутствии водорода при давлениях до 30 МПа и температурах от 380 до 450°С и выше. В процесс гидрокрекинга могут вовлекаться прямогонный вакуумный газойль, газойли каталитического крекинга и коксования, побочные продукты масло-блока, мазут, гудрон. Одновременно с крекингом происходит очистка продуктов от серы, насыщение олефинов и ароматических соединений, что обусловливает высокие эксплуатационные и экологические характеристики получаемых топлив. Получаемая бензиновая фракция имеет невысокое октановое число, её тяжёлая часть может служить сырьём риформинга. Установки гидрокрекинга, как правило, строятся большой единичной мощности — 3-4 млн. тонн в год по сырью. В России строительство таких установок началось только в начале 2000-х годов (Ярославль, Пермь, Уфа). На ООО «КИНЕФ» установка гидрокрекинга мазута мощностью 4,9 млн. тонн в год введена в строй в 2013 г.
Помимо перечисленных, на предприятиях нефтепереработки эксплуатируются многие другие технологические установки: изомеризации; алкилирования; висбрекинга; замедленного коксования; производства битумов; газофракционирования; производства серной кислоты и элементарной серы из сероводорода гидроочистки и ряд других.
Отметим, что важнейшей составляющей функционирования нефтеперерабатывающего предприятия является водород (водородсодержащий газ). Он вырабатывается на одних установках (каталитический риформинг) и поглощается на других. До тех пор пока его использование ограничивалось в основном установками гидроочистки, сохранялся общий баланс водорода на заводах, учитывавшийся при их проектировании. С введением в строй многотоннажных установок гидрокрекинга потребовались источники дополнительного водорода. С этой целью установки гидрокрекинга дополняются установками конверсии метана или лёгких углеводородов с водяным паром (паровой риформинг). Процесс осуществляется на никельсодержащих катализаторах при температурах 850-900°С.
Остановимся, наконец, на ещё одном важнейшем процессе нефтехимии — пиролизе, который возвращает нас к трудам А. Ф. Добрянского. Основное назначение этого процесса — получение этилена и пропилена. Сырьём являются газы нефтепереработки, в ряде случаев прямогонный бензин, а также широкая фракция лёгких углеводородов, отбираемая из природного газа. Такими установками оснащено большинство
нефтехимических заводов. Процесс пиролиза осуществляется в специальных реакционных печах при температурах 800-900°С и низких давлениях до 0,1 МПа.
Процессы нефтепереработки и нефтехимии осуществляются при высоких температурах и давлениях, что обусловливает их высокую взрывопожароопасность. По современной классификации эти предприятия относятся к наивысшему, I классу опасности: объекты чрезвычайно высокой опасности [7]. Их эксплуатация неминуемо сопряжена с рисками аварий и отказов производственного оборудования. Поэтому следует кратко остановиться на вопросах обеспечения безопасности этих производств, с которыми в настоящее время наиболее связан.
Случаи крупных аварий являются предметом тщательного многостороннего анализа. Результаты таких исследований с выводами о причинах и рекомендациями по преодолению последствий аварий во многих случаях публикуются в открытой печати. В качестве примеров привёдем объёмный взрыв на установке изомеризации заводе BP Texas City Refinery 13.03.2005 (15 погибших, 180 раненых) из-за несрабатывания предохранительного клапана и объёмный взрыв установки гидроочистки дизельного топлива на заводе Tesoro Refinery в штате Вашингтон, США (7 погибших, большое число раненых) [8, 9].
К сожалению, многочисленные отказы и достаточно крупные аварии происходят и на заводах России. Анализ их причин необходим для обеспечения безопасности производства, а также для корректировки проектно-конструкторских решений, требований к материальному оформлению оборудования, выработки корректирующих и профилактических мероприятий, достижения более высокого уровня надёжности [10].
Анализ причин аварий и отказов оборудования представляет собой комплекс исследований, который опирается на различные технические дисциплины и использует различные виды наблюдения, диагностики, лабораторных методов, технологических и прочностных расчётов [11-13].
Чаще всего инциденты, связанные с выходом из строя оборудования, возникают в результате сложения нескольких критических обстоятельств, каждое из которых может иметь риск ниже допустимого уровня. Причинами отказов могут быть: ошибки в проектировании и конструировании аппаратуры; неправильный выбор конструкционных материалов; невыявленные дефекты изготовления и монтажа оборудования; достижение критического состояния технических устройств, например по коррозионному износу; нарушение технологических режимов эксплуатации; ошибки персонала и др.
Работы в области технической диагностики оборудования нефтеперерабатывающей промышленности включают: анализ технической документации, выполнение неразру-шающего контроля (ультразвукового, рентгенографического и т. д.), проведение лабораторных исследований вырезок металла, выполнение прочностных расчётов. В рамках исследования образцов металла осуществляется полный комплекс механических испытаний, включая кратковременные испытания при низких и высоких температурах, испытания на длительную прочность и др. Для химического анализа металла, продуктов коррозии и технологических отложений применяются методы рентгено-флуоресцентного анализа, рентгенофазового анализа, рентгеновского микроанализа, фотоэлектронной спектроскопии. Для металлографических исследований используется оптическая металлография с автоматизированным комплексом анализа изображений, сканирующая растровая микроскопия, атомно-силовая микроскопия. В выполнении этих исследований участвует Нефтегазовый центр СПбГУ с привлечением имеющихся возможностей ресурсных центров «Нанотехнологии» (электронная микроскопия), «Рентгенодифракционные методы исследования» университета, оборудование ко-
торых не уступает современному мировому уровню, а по ряду направлений является уникальным (рис. 4, 5).
Перегрев коллектора конвертированного газа установки получения водорода ООО «КИНЕФ»
Рис. 4- Пример применения растровой электронной микроскопии (РЭМ) для исследования микроструктуры кремнемарганцевой стали, подвергшейся водородной коррозии:
РЭМ-структура образца металла коллектора печи Н-4101-В: структура металла в объёме стенки (а); структура металла на внутренней стороне стенки в месте перегрева с характерными признаками водородной коррозии (б); данные РЦ «Нанотехнологии» СПбГУ
В заключительной части необходимо сказать о том, какова судьба дела Александра Флавиановича Добрянского в СПбГУ, прежде всего на химическом факультете, ныне Институте химии. К сожалению, в 1965 г. кафедра технической химии была закрыта, и после этого в университете практически прекратились исследования в области нефтехимии. В то же время эти работы продолжались во ВНИИНефтехиме, где в разное время работали многие выпускники химического факультета, часто совмещавшие работу в обоих учреждениях. Химический факультет ЛГУ окончили, кроме самого А. Ф. Добрянского, доктора наук и профессора: Б.Н.Долгов, Н.И.Зеленин, Д. В. Му-шенко, С. К. Огородников, Т. Е. Жеско, А. С.Дыкман, А. М. Добротворский, Ю. Т. Ви-граненко, Б. И. Горовиц, В. П. Боярский; руководители подразделений: Г. Н. Гвоздов-ский, Б. В. Красий, И. И. Сабылин, Т. М. Лестева, Т. Н. Тывина, А. А. Поляков, С. А. Поляков, В. А. Хрусталёв, Б. П. Тарасов, В. Д. Барашкин, В. В. Кашина, Т. Е. Краева. Аспирантуру ВНИИНефтехима окончил проректор СПбГУ по науке С. П. Туник. Сегодня, когда перестал существовать ВНИИНефтехим, закрыта и эта страница истории. Ещё больше разорвалась связь университета и одной из важнейших отраслей промышленности.
Какие же возможности восстановить утраченные связи с промышленностью имеются у университета сегодня, что делается на этом пути? Об одном из возможных путей взаимодействия с отраслью было уже сказано в связи с проблемами технической безопасности. Другие пути, на мой взгляд, связаны с возможностями кафедр физической химии, аналитической химии, химической термодинамики и кинетики, электрохимии, химии высокомолекулярных соединений и, вероятно, других кафедр Института химии.
Один из наиболее известных специалистов ВНИИНефтехима, лауреат Ленинской премии профессор М.С.Немцов в своих воспоминаниях писал: «В первой половине нынешнего века подавляющее большинство химиков-органиков не только недооценивало решающего значения физической химии в органическом синтезе, но даже „принципиально" отказывалось от её использования в своей работе, признавая достоверность
а
б
Сернистые отложения
Рис. 5. Пример применения растровой электронной микроскопии в сочетании с рентгеновским микроанализом (РЭМ+МА) и рентгенофазовым анализом для исследования микроструктуры коррозионного поражения трубы газофракционной установки:
Ачинский НПЗ: а — картограммы химического состава внутренней поверхности
в сечении трубы; б — результаты рентгенофазового анализа, показывающие наличие сульфида железа в продуктах коррозии; данные РЦ «Нанотехнологии» и РЦ «Рентгенодифракционные методы исследования» СПбГУ
лишь прямого эксперимента. И лишь не так давно химики-органики поняли, что без физико-химического анализа в органическом синтезе именно „прямой эксперимент" наименее достоверен и часто приводит к наибольшим ошибкам» [14].
В разное время на кафедре физической химии выполнялись исследования, имеющие прямое отношение к нефтедобыче и переработке нефти [15-18]:
— предсказание фазового поведения сложных флюидных систем (жидких и газовых) в широком интервале температур и давлений, включая интервал давлений и температур, отвечающий условиям залегания и извлечения нефтегазовых смесей;
— расширение возможностей априорного расчёта равновесий жидкость—пар в многокомпонентных системах для оптимизации разделения и очистки веществ методами ректификации и абсорбции;
— разработка молекулярно-термодинамических моделей нано- и микроразмерных молекулярных образований в сырой нефти, определение условий и факторов, определяющих выпадение асфальтенов и смол.
Перечисленные исследования имеют значительный прикладной потенциал, который может служить основой для взаимодействия с промышленностью.
Как уже говорилось, А. Ф. Добрянский внёс значительный вклад в развитие методов анализа состава нефти и нефтепродуктов. В настоящее время кафедра аналитической химии в совокупности с потенциалом ресурсных центров в состоянии решать многие научно-прикладные и методические задачи в этой области. Значение таких разработок постоянно возрастает в связи с ужесточением требований к составу нефтепродуктов, а также к составу проступающей на переработку сырой нефти, в которой в настоящее время содержатся крайне нежелательные коррозионно-активные компоненты, исполь-
зуемые в нефтедобыче для увеличения отдачи пластов. К этой же сфере относятся экологические требования к выбросам в атмосферу и стокам промышленной канализации.
У промышленных предприятий, несмотря на наличие собственных хорошо оснащённых аналитических лабораторий, существует потребность в выполнение ряда сложных комплексных химических анализов в интересах нефтегазового комплекса. В качестве примера можно привести запрос ЗАО «Сибур-Химпром» на анализ состава технологического потока каталитического крекинга по содержанию 20 компонентов: углеводородов и меркаптанов разного состава, аммиака, сероводорода, арсина, окислов азота, хлоридов, Б1, Н^, РЬ в количестве десятков миллионных долей и менее. К сожалению, подобные обращения требуют быстрого ответа и не оставляют времени для разработки необходимых методик, если таковые отсутствуют.
Ещё одно направление для налаживания взаимодействия с предприятиями нефтепереработки — проведение комплексных физико-химических исследований промышленных гетерогенных катализаторов. Такие испытания и исследования, в которых требуется участие многих лабораторий и ресурсных центров университета, могут быть использованы для следующих целей:
— контроль качества поставляемых катализаторов;
— сопоставление свойств катализаторов разных производителей;
— оценка свойств катализаторов после регенерации;
— контроль изменения характеристик катализаторов в процессе длительной эксплуатации;
— совершенствование существующих и разработка новых гетерогенных катализаторов.
В 2013 г. НГЦ СПбГУ выполнил демонстрационные исследования нескольких промышленных и лабораторных образцов катализаторов изомеризации и риформинга, включавшие рентгенофазовый анализ, термогравиметрический анализа, рентгенофо-тоэлектронную спектроскопию, сканирующую электронную микроскопию и рентгеновский микроанализ, ИК-спектроскопию адсорбированных молекул пиридина и СО (рис. 6). Есть перспектива продолжения этих работ, правда, ограниченная отсутствием в Институте химии возможности испытаний катализаторов в тестовых реакциях превращения углеводородов.
Прошло полвека, как ушёл из жизни замечательный учёный-нефтехимик Александр Флавианович Добрянский. Вспоминая о его вкладе в науку, следует сказать, что он был одним из представителей выдающейся плеяды профессоров университета, внёсших
Рис. 6. ИК-спектры адсорбированного СО на носителе катализатора риформинга. Зависимость полос поглощения от степени покрытия поверхности адсорбированным газом: данные проф. А. А. Цыганенко, кафедра фотоники физического факультета СПбГУ
я и Я
ю
р
о с
3
1-4 Ш
0,2
2156
2250
2200 2150
Волновое число, см-1
2100
огромный вклад не только в фундаментальную, но и в прикладную химию, в те её области, которые на многие годы определили развитие отечественной промышленности, стали основой её экономического развития.
Литература
1. Емельянов А. Ю. Александр Флавианович Добрянский (125 лет со дня рождения) // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 4. Физика. Химия. 2015. Т. 2 (60), вып. 1. С. 102-106.
2. Ермоленко В. «Родословная» нефтяных фонтанов. Имена белорусских учёных-геологов вписаны в историю создания нефтегазового комплекса России // Союз. Беларусь-Россия. 2009. № 392.
3. Рембашевский А. Г. Александр Флавианович Добрянский. К 35-летию научно-педагогической деятельности // Журн. прикл. химии. 1947. Т. ХХ, вып. 10. С.917-918.
4. Добрянский А. Ф. Пирогенетическое разложение нефти. Петроград, 1922.
5. ПФА РАН. Ф. 962. Оп. 1. Д. 27.
6. Белецкая С. Н. Эпоха и судьбы. URL: http://memoclub.ru/2014/01/leningrad/ (дата обращения: 23.06.2015).
7. Федеральный закон РФ № 116-ФЗ от 21.07.97. «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (с изменениями на 02.07.2013).
8. Naphtha Hydrotreater E-6600E Failure. Anacortes Refinery, Washington // TOP Investigation Team Report. 2011. P. 1-52.
9. Catastrophic rupture of heat exchanger (seven fatalities) Tesoro Anacortes refinery Anacortes, Washington April 2, 2010 // Report 2010-08-i-wa, May 2014. Р. 1-160.
10. ASM. Handbook. Vol. 11. Failure analysis and prevention. ASM International, 2002. 2909 p.
11. Ulyanov P. G., Usachov D. Yu., Fedorov A. V. et al. Microscopy of carbon steels: Combined AFM and EBSD study // Appl. Surf. Sci. 2013. Vol. 267. P. 216-218.
12. Добротворский А. М., Шевякова Е. П., Масликова Е. И., Михайловский В. Ю. Современные методы выявления причин отказов нефтеперерабатывающего и нефтехимического оборудования // Хи-мич. техника. 2013. № 12. C. 10-15.
13. Добротворский А. М., Шевякова Е. П., Масликова Е. И. и др. Современные методы выявления причин отказов нефтеперерабатывающего и нефтехимического оборудования // Современные подходы к выбору оборудования и материалов при проектировании, эксплуатации и строительстве технологических установок на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях: мат-лы совещания. М.: ООО «НТЦ при Совете главных механиков», 2014. C. 109-121.
14. Немцов М. С. Воспоминания и размышления (записки химика). СПб.: РИО СПбГИПТ, 2006. 96 с.
15. Victorov A. I., Firoozabadi A. Thermodynamic micellization model of asphaltene precipitation from petroleum fluids // AIChE J. 1996. Vol. 42 (6). P. 1753-1764.
16. Victorov A. I., Smirnova N. A. Description of asphaltene polydispersity and precipitation by means of thermodynamic model of self-assembly // FLU PH EQUI. 1999. Vol. 160. P. 471-480.
17. Victorov A. I., Smirnova N. A. Thermodynamic model of petroleum fluids containing polydisperse asphaltene aggregates // Industrial & engineering chemistry research. 1998. Vol. 37 (8). P. 3242-3251.
18. Subbotin O. S., Belosludov V. R., Ikeshoji T. et al. Modeling the self-preservation effect in gas hydrate/ice systems // Materials Transactions. 2007. Vol. 48, N 8. P. 2114-2118.
References
1. Emel'ianov A.Iu. Aleksandr Flavianovich Dobrianskii (125 let so dnia rozhdeniia) [Aleksandr Flavianovich Dobryansky (to 125th anniversary)]. Vestnik of Saint-Petersburg University. Series Jh. Physics. Chemistry, 2015, vol. 2 (60), iss. 1, pp. 102-106. (In Russian)
2. Ermolenko V. "Rodoslovnaia" neftianykh fontanov. Imena belorusskikh uchenykh-geologov vpisany v istoriiu sozdaniia neftegazovogo kompleksa Rossii ["Family tree" of oil fountains. Names of the Belarusian geologists are entered in history of creation of an oil and gas complex of Russia]. Soiuz. Belarus'-Rossiia [Union. Belarus-Russia], 2009, no. 392. (In Russian)
3. Rembashevskii A.G. Aleksandr Flavianovich Dobrianskii. K 35-letiiu nauchno-pedagogicheskoi deia-tel'nosti [Alexander Flavianovich Dobryansky. To the 35 anniversary of scientific and pedagogical activity]. Zhurn. prikl. khimii. [Journal of Applyed Chemistry], 1947, vol. XX, iss. 10, pp. 917-918. (In Russian)
4. Dobrianskii A. F. Pirogeneticheskoe razlozhenie nefti [Pirogenetic decomposition of oil]. Petrograd, 1922. (In Russian)
5. PFA RAN. F. 962. Op. 1. D. 27. (In Russian)
6. Beletskaia S.N. Epokha i sud'by [Era and destinies]. Available at: http://memoclub.ru/2014/01/le-ningrad/ (accessed: 23.06.2015). (In Russian)
7. Federal'nyi zakon RF no. 116-FZ ot 21.07.97. "O promyshlennoi bezopasnosti opasnykh proizvod-stvennykh ob'ektov" (s izmeneniiami na 02.07.2013) [Federal law of the Russian Federation no 116-FZ at 21.07.97. "About industrial safety of hazardous production facilities" (with changes at 02.07.2013)]. (In Russian)
8. Naphtha Hydrotreater E-6600E Failure. Anacortes Refinery, Washington. TOP Investigation Team, Report. 2011, pp. 1-52.
9. Catastrophic rupture of heat exchanger (seven fatalities) Tesoro Anacortes refinery Anacortes, Washington April 2, 2010. Report 2010-08-i-wa,, May 2014. P. 1-160.
10. ASM. Handbook, vol. 11. Failure analysis and prevention. ASM International, 2002. 2909 p.
11. Ulyanov P. G., Usachov D.Yu., Fedorov A.V. et al. Microscopy of carbon steels: Combined AFM and EBSD study. Appl.. Surf. Sci., 2013, vol. 267, pp. 216-218.
12. Dobrotvorskii A. M., Sheviakova E. P., Maslikova E. I., Mikhailovskii V.Iu. Sovremennye metody vyiavleniia prichin otkazov neftepererabatyvaiushchego i neftekhimicheskogo oborudovaniia [Modern methods of identification of causes of failures of the oil processing and petrochemical equipment]. Khimich. tekhnika [Chemical equipment], 2013, no. 12, pp. 10-15. (In Russian)
13. Dobrotvorskii A. M., Sheviakova E. P., Maslikova E. I. et al. Sovremennye metody vyiavleniia prichin otkazov neftepererabatyvaiushchego i neftekhimicheskogo oborudovaniia [Modern methods of identification of causes of failures of the oil processing and petrochemical equipment]. Sovremennye podkhody k vyboru oborudovaniia i materialov pri proektirovanii, ekspluatatsii i stroitel'stve tekhnologicheskikh ustanovok na neftepererabatyvaiushchikh i neftekhimicheskikh predpriiatiiakh [Modern approaches to a choice of the equipment and materials at design, operation and building of technological installations at the oil processing and petrochemical enterprises]. Materialy soveshchaniia [Meeting materials]. Moscow, OOO "NTTs pri Sovete glavnykh mekhanikov", 2014, pp. 109-121. (In Russian)
14. Nemtsov M. S. Vospominaniia i razmyshleniia (zapiski khimika) [Memoirs and reflections (chemist's notes)]. St. Petersburg, RIO SPbGIPT, 2006. 96 p. (In Russian)
15. Victorov A. I., Firoozabadi A. Thermodynamic micellization model of asphaltene precipitation from petroleum fluids. AIChE J., 1996, vol. 42 (6), pp. 1753-1764.
16. Victorov A. I., Smirnova N. A. Description of asphaltene polydispersity and precipitation by means of thermodynamic model of self-assembly. FLU PH EQUI, 1999, vol. 160, pp. 471-480.
17. Victorov A. I., Smirnova N. A. Thermodynamic model of petroleum fluids containing polydisperse asphaltene aggregates. Industrial & engineering chemistry research, 1998, vol. 37 (8), pp. 3242-3251.
18. Subbotin O. S., Belosludov V. R., Ikeshoji T. et al. Modeling the self-preservation effect in gas hydrate/ice systems. Materials Transactions, 2007, vol. 48, no. 8, pp. 2114-2118.
Статья поступила в редакцию 1 июля 2015 г.
Контактная информация
Добротворский Александр Мстиславович — доктор химических наук, профессор; e-mail: [email protected]
Dobrotvorskii Alexandr Mstisllavovich — Doctor of Chemistry, Professor; e-mail: [email protected]
