Попасть в резонанс

Отечественные ученые предлагают революционный метод обработки нефти

Попасть в резонанс

Казахстанское правительство и парламент до сих пор не могут определиться, сколько баррелей содержится в тонне казахстанской нефти. При принятии бюджета на 2005 год некоторые аналитики настаивали на цифре 7,3 , правительство подстраховалось и опустило планку до 6,3 барреля. Спор принципиальный. Если помножить среднегодовую цену за один баррель на объем годовой добычи казахстанской нефти, итог составит цифру с девятью нулями. Но пока в стране не создан банк качества нефти, подобные расчеты можно отнести к разряду занимательной арифметики. Математический фокус перевода веса в объем упирается во фракционный состав отечественной нефти. В зависимости от месторождения она отличается вязкостью и плотностью. Эти показатели в принципе определяют качество и количество черного золота в одной тонне. Мангышлакская нефть тяжеловата из-за большого содержания парафинов, зато тенгизская по своим физическим свойствам приближена к легким арабским нефтям. Собственно, тенгизская нефть и сподобила некоторых экспертов поднять вопрос об увеличении баррелей в тонне казахстанской нефти.

Товарные свойства нефти определяются рядом показателей: объемом легких фракций, из которых выделяют бензин, керосин и дизельное топливо; содержанием различных химических соединений, например, примеси серы и хлористых солей; вязкостью и температурой застывания. Повышение товарных свойств добываемой нефти - процедура капиталоемкая, но оправданная. Цена на нефть марки Brent на мировом рынке на 15-20% выше, чем нефть сорта Urals. Казахстанский розлив углеводородного сырья на международном нефтяном рынке проходит в ценовом коридоре марки Urals, хотя в республике и есть собственные научно-технические наработки, обещающие поднять сорт, а следовательно, и цену основного экспортного продукта Казахстана. К примеру, метод электромагнитного резонанса. Его автор, казахстанский физик Ильдар Ибрагимов, предполагает, что электромагнитный резонанс значительно продвинет химическую промышленность в целом и нефтяную отрасль в частности.


Ильдар Ибрагимов

Нефть амбарная - нефть товарная

В 1999 году представители одной крупной нефтяной компании предложили Ильдару разработать проект по добыче амбарной нефти. Задача, в общем, сводилась к тому, чтобы загустевшую углеводородную смесь можно было бы выкачивать. Традиционный способ сбора амбарки с поверхности - разжижение с помощью горячего пара - процесс энергоемкий, затратный и фактически неокупаемый.

В Казахстане близ некоторых месторождений нефтяные разливы (амбарная нефть) настолько велики, что их можно сопоставить с озерами с густой углеводородной смесью. Извлечение этой массы - хроническая головная боль нефтяных компаний, которую стимулируют местные "зеленые". Под нетоварной нефтью похоронены тысячи гектаров земли. По некоторым данным, только на казахстанском побережье Каспия амбарной нефти накопилось более 5 млн тонн, что сопоставимо с запасами среднего нефтяного месторождения. По мере испарения легких фракций амбарная нефть по консистенции приближается к пластилину с весьма неприятным и очень вредным запахом, иногда эта масса настолько плотная, что ее можно извлекать экскаваторами. Экологи вынудили компанию-производителя лечить амбарную болезнь. Дабы сократить расходы на утилизацию нефтяных озер, менеджеры компании и решили опробовать казахстанское ноу-хау.

В лабораторию к Ибрагимову привезли образцы амбарной нефти - комья, похожие на битум. После экспериментальных работ, проводившихся в течение года, "амбарку" удалось превратить в товарную нефть, приближенную к марке Brent. Большую часть времени ученый затратил на разработку специальной установки - электромагнитного резонатора. Специалисты не хотели верить, что результат был получен без специальных химических добавок. По словам автора, эффект разработки скрыт в фундаментальных законах физики.

Действовать по науке

- Мы представили молекулу в виде осциллятора, - объясняет Ибрагимов. - Осциллятор - это колебательная система; шарик на пружине - простейший осциллятор. У него определенная частота колебаний. Проблема была в том, что существует описание колебаний простого осциллятора в свободном состоянии, когда совпадают массы колеблющихся частей. Это нас не устраивало, так как в этом случае нам пришлось бы остановиться на разрыве молекулы пополам.

Для описания процесса колебания осциллятора с грузами разной массы ученым пришлось разработать новую математическую модель явления (дополнить основы механики). Для описания механизма передачи энергии также пришлось разрабатывать принципиально новую квантово-механическую матмодель. Энергия подается до тех пор, пока молекула не разрушится в строго заданном месте, потому что для данной массы части молекулы, которая выделяется, и коэффициента жесткости молекулярной связи в точке разрыва характерна абсолютно строгая и точная частота колебаний.

В настоящее время существует несколько методов разрыва внутримолекулярных связей. В термокрекинге энергия передается молекуле через механизм столкновений молекул при тепловом движении - это основной метод нефтепереработки. Ведутся исследования по обработке нефти потоком быстродвижущихся частиц с помощью ускорителей, но в данный момент техническое воплощение этой идеи нерентабельно; обработка ультразвуком тоже носит больше теоретический характер - этот способ менее выгоден, чем термокрекинг. Помимо огромных энергозатрат и мизерного КПД, все эти методы отличаются неконтролируемостью процесса - куда пришлось столкновение молекул или удар частицы, там и произойдет разрыв молекулы.

Углеводороды представляют собой достаточно обширный спектр молекулярных структур - парафины, нафтены, ароматические углеводороды и так далее. Их процентное соотношение и определяет фракционный состав нефтяной смеси. Ибрагимову удалось с помощью электромагнитных колебаний заданных частот изменить молекулярный состав нефтяной смеси. Причем в одном технологическом цикле решается сразу несколько задач: первое - обеспечивается дегидрация, второе - нейтрализуется сера и третье - повышается содержание светлых фракций.

- Мы "амбарку", где вообще не было легких фракций, так как они были изначально испарены, обрабатывали и получали очень неплохую товарную нефть, соответствующую всем требованиям ГОСТа. То есть технология интересная, и у нее есть очень неплохие перспективы развития, - говорит Ильдар Ибрагимов.

Результаты экспериментов запротоколированы Центром экспертизы и стандартизации нефти и нефтепродуктов (ЦЭСН "Аналит"). Правда, достаточно сенсационные результаты не повлияли на коммерческое продвижение метода электромагнитного резонанса. За год нефтяники урегулировали амбарный вопрос с экологами. Про Ибрагимова забыли, даже затраты на проведение экспериментов не компенсировали.

Работать с любой нефтью

- После того как мы провели работы на "амбарке", встал вопрос - а можно ли обрабатывать сырую и товарную нефть, чтобы улучшать ее качество? - объясняет Ибрагимов. - Провели эксперименты на нефтях. Практически на любой нефти заметно улучшение качества. Разбивая парафины, мы делаем нефть более легкой, более жидкой, так как уменьшается ее вязкость, улучшаются ее товарные свойства.

Промышленный образец одного из вариантов электромагнитного резонатора представляет собой металлический пенал размером 24х24 см в высоту и ширину, длиной 40 см. В нем вмонтировано несколько излучателей. Один блок обрабатывает в сутки одну тонну нефти. Причем размещается он непосредственно на трубе, не нужны дополнительные емкости. По предварительным расчетам цена одного блока не превышает 5 тыс. долларов, ресурс работы - не менее двух лет. Количество блоков, необходимых для первичной подготовки нефти, определяется количеством извлекаемой нефти: 100 тонн в сутки - 100 блоков и так далее. По КПД метод резонанса на порядок лучше, чем тепловой. Энергия начинает уходить не на нагрев, а на разрыв внутримолекулярных связей, следовательно, КПД процесса гораздо выше.

С помощью резонаторов, по мнению разработчика, можно обеспечить предварительную подготовку нефти на самом месторождении. Экспериментально доказано, что электромагнитный резонанс обеспечивает дегидрацию нефти. Как дополнительный бонус, резонатор при минимальном времени обработки на несколько процентов повышает содержание легких фракций. Предлагаемая технология, во-первых, значительно сокращает затраты на подготовку нефти, а во-вторых, повышает ее товарные свойства.

- Энергозатраты намного меньше традиционных методов: сколько подается энергии, столько молекулы и воспринимают, никуда она не уходит, так как данный механизм не приводит к увеличению поступательного движения молекул (температуры), - говорит Ибрагимов. - Соединиться обратно молекула фактически не может, потому что мы воздействуем все той же заданной частотой, и молекула опять разрывается в этой же точке. То есть определенной частотой воздействия мы запрещаем определенную связь. И воздействуем до тех пор, пока радикальная связь не соединится с чем-то другим. В таком случае выделившиеся свободные радикалы дополнительно связывают серу. Это побочная задача, которую мы выявили в ходе экспериментов.

НПЗ в миниатюре

Лабораторный агрегат, выполняющий все эти действия, уже собран в железе. Но находится не на нефтяном месторождении, а в гараже у изобретателя. Пробиться со своими идеями в нефтяной сектор Ибрагимову не удается. Кстати, эта сфера не отличается любовью к прогрессу, технологии по нефтедобыче и нефтепереработке развиваются сравнительно медленно. Те же нефтеперерабатывающие заводы работают на технологических принципах позапрошлого века. Путем многостадийного нагрева из нефти поэтапно выделяют фракции. Причем выделить их могут столько, сколько их содержится изначально в нефтяной смеси. Ибрагимов предлагает не только отделять более дешевым способом нефтяные фракции, но и задавать их процентное соотношение.

- На НПЗ фракции разделяют, а мы теоретически можем разорвать внутримолекулярные связи и получить сразу бензин, - объясняет автор разработки. - Для серьезного изменения фракционного состава нефти необходимы экспериментальные работы, деньги. На проведение полного цикла исследований с выделением сопутствующего газа, с определением оптимальной температуры обработки, с определением времени воздействия, длины волн, мощностей обработки на каждую фракцию. Мы знаем, что там есть парафины, есть битумы. И парафины, и битумы необходимо обрабатывать своей частотой, чтобы получить солярку, бензин и керосин. Каждой фракции необходимо подобрать свою частоту. Теоретическая основа полностью построена, есть международные патенты, есть эксперименты - около 10 протоколов. Теперь необходимо провести научные исследования и опытно-конструкторские разработки (НИОКР).

Сейчас Ильдар Ибрагимов ведет переговоры с государственным Инновационным фондом о реализации проекта. Но пока особых результатов достичь не удалось - для частных коммерческих структур новый метод чрезмерно глобален. Технологическая реформа нефтяного сектора по зубам скорее государственным структурам, которым необходимо определять стратегию и тактику недропользования в государстве.

Статьи по теме:
Международный бизнес

Интернет больших вещей

Освоение IoT в промышленности позволит компаниям совершить рывок в производительности

Спецвыпуск

Бремя управлять деньгами

Замедление экономики разводит все дальше банки и реальный сектор

Бизнес и финансы

Номер с дворецким

Карта столичных гостиниц пополнилась новым объектом

Тема недели

От чуда на Хангане — к чуду на Ишиме

Как корейский опыт повышения производительности может пригодиться Казахстану?