Трубопроводный транспорт — основа логистики нефтегазовой промышленности России. Протяженность магистральных трубопроводов составляет более 50 тысяч километров, поэтому минимизация энергозатрат при передвижении нефти по ним рассматривается в качестве важнейшей задачи отрасли.
Углеводороды транспортируются с высокими скоростями в режиме турбулентного потока. Жидкость, соприкасающаяся со стенками, движется с непостоянным — пульсирующим — давлением, что приводит к снижению скорости и заметным энергопотерям. Сгладить эти пульсации помогают противотурбулентные присадки, такие как сверхвысокомолекулярные полиальфаолефины — редкий и малодоступный класс полимеров, содержащих в своем составе около миллиона атомов углерода. Эти присадки эффективны даже в крайне малых концентрациях — порядка нескольких миллионных долей. К сожалению, отечественное производство альфаолефинов, из которых получают такие полимеры, не покрывает потребности нефтяной и нефтехимической промышленности, поэтому необходима разработка новых подходов к синтезу противотурбулентных присадок.
Этапы полимеризации этилена до полиальфаолефинов. Источник: Nifant’ev et al. / Polymers, 2022
Ученые из Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН (Москва), Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) и Института органического синтеза имени И. Я. Постовского УрО РАН (Екатеринбург) предложили метод, основанный на использовании этилена — доступного в России продукта — в качестве единственного сырья. Химики сначала синтезировали альфаолефины путем сшивания молекул этилена в цепочки длиной до двенадцати атомов углерода. Затем полученные цепи химически соединяли в полимеры — искомые сверхвысокомолекулярные полиальфаолефины. Обе реакции авторы проводили при помощи высокоэффективных катализаторов собственной разработки.
Ученые сравнили при различных температурах свойства традиционных противотурбулентных присадок с теми, что были получены новым способом. Последние показали высокую эффективность при низких температурах. Так, добавление в смесь углеводородов 15 миллионных долей присадок при комнатной температуре снижало энергопотери при транспортировке нефти на 50%, а при 5°С — до 25%. Более традиционные полигексеновые противотурбулентные присадки при пониженных температурах являются малоэффективными.
«Использование доступного этилена и катализаторов собственной разработки позволяет создать отечественную технологию получения эффективных присадок, не зависящую от поставок зарубежного сырья. Особенная структура синтезированных нами полимеров обеспечивает их повышенную эффективность и при низких температурах», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Илья Нифантьев, доктор химических наук, заведующий лабораторией металлоорганического катализа Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН, профессор кафедры органической химии химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.
