Воздействие высоковольтного электрогидравлического разряда на физико-химические свойства нефти и нефтепродуктов

На правах рукописи

ЖУКОВА Екатерина Михайловна

воздействие высоковольтного

электрогидравлического разряда

на физико-химические свойства

нефти и нефтепродуктов

Специальность: 02.00.04 – Физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Саратов – 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет

им. Н.Г. Чернышевского»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Севостьянов Владимир Петрович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор

Панова Лидия Григорьевна

кандидат технических наук

Акчурин Вячеслав Анверович

Ведущая организация:

Институт нефтехимического синтеза

им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН)

Защита состоится «27» ноября 2008 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.07 при Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, корп. 1, химический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке им. В.А. Артисевич Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.

Автореферат разослан «24» октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Сорокин В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В последние десятилетия в области естественных наук появилось принципиально новое направление научных работ, связанное с изучением воздействия на вещество таких физических факторов как радиация, электромагнитное излучение, ультразвук, плазма, высокое давление, повышенная температура, космический вакуум, гравитация и т.д., как при изолированном, так и при совместном воздействии.

Перечисленные выше действующие факторы часто характеризуются условным термином «химия экстремальных воздействий»1, причем «экстремальность на химическом языке» совершенно логично интерпретировалась проф. Л.Т. Бугаенко (Московский государственный университет, кафедра электрохимии) понятием, которое «…не соответ­ствует математическому и не обозначает ни минималь­ное, ни максимальное воздействия, а скорее необычность, нестандартность воздействия – конец цитаты»2.

Несмотря на различные механизмы передачи энергии молекулам и атомам вещества, общим критерием экстремальности воздействия может служить возникновение промежуточных высокоактивных состояний частиц вещества, что в итоге приводит к качественному изменению микро- и макрохарактеристик обрабатываемого объекта, появлению новых свойств.

Одним из видов комплексного экстремального воздействия является эффект высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда (ВКЭГР)3, который сочетает в себе одновременное воздействие на вещество сильного механического сжатия, мощного ультразвука, жесткого рентгеновского, УФ- и ИК-излучения. Образующиеся в процессе разряда электромагнитные поля также оказывают сильное влияние, как на сам разряд, так и на ионные процессы, протекающие в окружающей его жидкости. Под их воздействием происходят разнообразные физические изменения и химические реакции в обрабатываемом материале.

Открытие и использование высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда в технике относится к середине ХIХ века. Прошедший период невелик с позиции истории, но соответствует периоду больших достижений в науке, стремительного ускорения научно-технического прогресса.

Таким образом, актуальность применения ВКЭГР в химическом материаловедении как экстремального процесса, изменяющего физико-химические свойства веществ, в том числе, нефти и нефтепродуктов, очевидна.

Исходя из сказанного, цель работы состояла в установлении закономерностей изменения физико-химических свойств нефти и нефтепродуктов при воздействии высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда для оптимизации процесса их переработки.

Для достижения поставленной цели в условиях высоковольтного электрогидравлического разряда необходимо решить следующие задачи:

- изучить изменение физико-химических свойств нефти (товарной и отбензиненной) в индивидуальном состоянии, в смеси с мазутом, в условиях барботажа воздухом, в присутствии катализатора и, как результат, увеличить глубину ее переработки;

- на примере природных и искусственных водонефтяных эмульсий изучить механизм электрогидравлического воздействия на их стабильность и возможность разделения на исходные компоненты;

- в системе «нефть-сланцы» оценить эффективность использования нефти в качестве экстрагента органической части сланцев;

- установить механизм изменения состава и физико-химических свойств некоторых компонентов нефти при их гидролизе или глубоком разложении до сажеобразования;

- оптимизировать состав и физико-химические свойства катализаторов переработки нефти за счет получения нано- и мелкодисперсных каталитически активных порошков переходных металлов и их оксидов и равномерного распределения их на неорганических носителях и в полимерных матрицах.

Таким образом, на защиту выносятся следующие основные научные положения:

- закономерности в изменении физико-химических свойств нефти и некоторых нефтепродуктов при различных условиях их обработки высоковольтным электрогидравлическим разрядом, позволяющие направленно интенсифицировать крекинг-процессы;

- механизм влияния электрогидравлической обработки на состав и физико-химические свойства некоторых компонентов нефти, в частности, получение из бензола и декана наноразмерных частиц сажи; при разложении фенола (в системе «фенол-вода-перекись водорода») до элементарного углерода и его оксидов, а из эфиров дикарбоновых кислот – соответствующих кислот;

- увеличение выхода светлых фракций (в системе «нефть-сланцы») под влиянием высоковольтного электрогидравлического разряда при экстрагировании органической части горючих сланцев и последующей ректификации нефтяных экстрактов;

- способы электрогидравлического синтеза и дробления стекло- и металлических порошков переходных металлов и оксидов до нано- и микронного гранулометрического состояния с равномерным распределением их в неорганических и полимерных матрицах для каталитических систем переработки нефти.

Данная работа представляет собой один из первых шагов в указанном выше научном направлении, что, на наш взгляд, делает ее весьма значимой как с теоретической, так и с прикладной точек зрения.

Работа выполнена в рамках инновационного Проекта № 1.1.14.4 «Программное и техническое обеспечение испытательного стенда для моделирования ситуаций в химическом материаловедении» по Мероприятию № 1.1.14 «Создание регионального инновационного научно-образовательного центра «Химия природных и синтетических материалов».

Методы исследований и достоверность полученных результатов основываются на применении:

- реактивов, соответствующих ГОСТам и сертифицированного сырья (нефть, мазут, сланцы и др.);

- комплекса физико-химических методов анализа, которые с необходимой точностью и достоверностью давали не только необходимую информацию, но и дополняли друг друга (ИК- и УФ-спектроскопия, рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализы, дифференциально-термический анализ, Оже-спектроскопия, газовая хроматография, электронная просвечивающая микроскопия, оптические измерения, включая седиментационный анализ, измерение индивидуальных параметров веществ (вязкость, плотность, критические температуры фазовых переходов веществ), определение реологических свойств соединений и композитов;

- компьютерной и вычислительной техники для статистической обработки экспериментальных данных.

Научная новизна работы определяется тем, что в условиях электрогидравлического воздействия впервые:

- системно изучены закономерности влияния высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда на изменение физико-химических свойств и глубины переработки нефти, ее смеси с мазутом с применением NaY-катализаторов, барботажа реакционной смеси воздухом или инертным СО2;

- показано применения нефти, как дешевого экстрагента органической части сланцев в системе «нефть-сланцы»;

- подобраны режимы и предложены механизмы химического превращения и глубокого разложения нефтепродуктов (фенола, декана, бензола, эфиров дикарбоновых кислот) с получением уникальных по физико-химическим свойствам соединений (например, наноразмерной углеродной сажи).

- предложены механизмы электрогидравлического дробления и синтеза каталитически активных нано- и микроразмерных металлических порошков переходных металлов и их оксидов.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты могут быть применены:

- при глубокой массовой переработке нефти и нефтепродуктов;

- в процессе активации каталитических систем на основе переходных и редкоземельных металлов и их оксидов с синтезом наноразмерных частиц и равномерного их распределения в матрице катализаторов;

- при получении наноразмерных частиц углерода для каталитических систем и изделий электронной техники.

- при чтении общих и специальных курсов по Химической технологии, Экстремальным воздействиям в химической технологии в учебных процессах классических и технологических университетов страны.

Апробация работы

Основные положения работы доложены автором на научных конференциях различного уровня: Международной конференции «Техническая химия. От теории к практике» (Пермь, 2008); Международной конференции «Народное хозяйство Западного Казахстана: состояние и перспективы развития» (Уральск, 2004); «Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию факультета защиты растений и агроэкологии Саратовского государственного аграрного университета» (Саратов, 2007); Всероссийской конференции «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии», посвященной 75-летию химического факультета Саратовского государственного университета (Саратов, 2004).

Публикации

Основные результаты работы изложены в 14 публикациях: две статьи в журналах, рекомендованном ВАК РФ при защите кандидатских диссертаций, 7 статей в сборниках научных статей, 3 тезисов докладов, 2 патента РФ.

Объём и структура работы

Диссертация изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 31 таблицу и состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников из 126 наименований.

  1. Вече > Были и Небыли > Шаровые конкреции в дольменах, пирамидах, в природе, планетах

    Документ
    Теория проста, грозы под землей, что приводит к образованию линейных и шаровых молний. Результатом этих процессов служат шаровые и цилиндрические конкреции.
  2. Ш. К. Амерхановой создано научное направление, посвященное систематическому исследованию физико-химических характеристик электродных процессов. Наряду с этим Ш. К. Амерханова занимается разработкой нового, научно обоснов

    Документ
    Ш.К.Амерхановой создано научное направление, посвященное систематическому исследованию физико-химических характеристик электродных процессов. Наряду с этим Ш.
  3. Программа Башкортостан в XXI веке: социально-экономическая, политико-правовая и гуманитарная модель развития. 3 Теоретико-методологические основы стабильного социально-экономического развития рб в долгосрочной перспективе (2)

    Программа
    Проведенное исследование позволило выявить, что оптимизацию территориальной структуры экономики Республики Башкортостан необходимо производить с учетом их народнохозяйственной эффективности в межрегиональном разделении труда (акад.
  4. Абакарова Надежда Магомедгаджиевна Средства выражения побудительной модальности в лакском языке : : диссертация кандидата филологических наук : 10. 02. 02

    Диссертация
    Абакарова Надежда Магомедгаджиевна Средства выражения побудительной модальности в лакском языке : : диссертация кандидата филологических наук : 10.02.
  5. 1 Явление аномально низкого трения (1)

    Документ
    .4. Сплавы с памятью. 3. Молекулярные явления. 3.1. Тепловое расширение вещества. 3.1.1. Сила теплвого расширения. 3.1. . Получение высокого давления.
  6. 1 Явление аномально низкого трения (2)

    Документ
    Вы держите в руках "Указатель физических эффектов и явлений". Это не справочник, потому что он включает в себя лишь незначительную часть огромного колличества эффектов и явлений изученного окружающего нас мира.
  7. Правила техники безопасности на судах морского флота рд 31. 81. 10-91

    Документ
    4. Другие отраслевые нормативные документы по вопросам безопасности труда, подготовленные отделом охраны труда и техники безопасности Департамента морского транспорта, морскими пароходствами, научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими
  8. Правила техники безопасности на судах морского флота (рд 31. 81. 10-75); Извещение по безопасности труда №5-87

    Документ
    Направляю для руководства утвержденные Министерством морского флота и согласованные с отделом охраны труда Совета Федеративного независимого профсоюза работников водного транспорта "Правила техники безопасности на судах морского флота" (РД 31.
  9. Комитет российской федерации по стандартизации, метрологии и сертификации общероссийский классификатор продукции ок 005-93 Издание официальное (2)

    Документ
    Принят и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 30 декабря 1993 г. N 301 с 1 июля 1994 г. на территории Российской Федерации взамен Общесоюзного классификатора промышленной и сельскохозяйственной продукции.

Другие похожие документы..