В Южно-Уральском государственном университете ведется подготовка специалистов в сферах нефтяной, газовой и топливной промышленности кафедрой «Экология и химические технологии» Института естественных и точных наук. О развитии нефтяной индустрии, ее воздействии на окружающую среду и подготовке инженеров-экологов и технологов рассказала кандидат химических наук, доцент кафедры Татьяна Владимировна Варламова.
— Пожалуйста, расскажите, как в настоящее время развивается нефтяная индустрия?
— Продукция нефтепереработки – очень важная составляющая в экономике любого государства, она обеспечивает работу транспорта, теплоэнергетики, энергоснабжение промышленных предприятий, а также является сырьевой базой для химической промышленности, в частности для органического синтеза, производства полимеров и синтетического каучука. Водород, получаемый в процессах нефтепереработки, является сырьем для многотоннажного производства аммиака.
Добыча нефти, начиная с тридцатых годов прошлого столетия неуклонно растет, за исключением двух периодов в 70-е годы прошлого столетия. Прогнозируемое время наступления «пика нефти» — максимального мирового производства нефти, которое было или будет достигнуто, в настоящее время обсуждается среди специалистов. Российские эксперты называют период 2030-2040.
В настоящее время Россия занимает одно из ведущих мест по добыче нефти — входит в первую тройку по объему добычи наряду с Саудовской Аравией и США. По первичной переработке нефти – разделению нефти на фракции атмосферной и вакуумной перегонкой, Россия так же занимает лидирующие позиции, здесь наибольшие объемы производства приходятся на тяжелую и среднюю фракции нефти. Нефтяные компании запада и стран Персидского залива в последнее десятилетие уделяют основное внимание развитию технологии процессов вторичной переработки нефти – высокотемпературной переработке первичных продуктов с участием катализаторов, что позволяет повысить выход легких фракций и, одновременно уменьшить выход дешёвого мазута, а также улучшить характеристики получаемых моторных топлив, масел и других специальных продуктов.
— Какие вопросы в нефтяной отрасли сейчас наиболее актуальны?
— Современные совершенные технологии – это высокоэффективные процессы, рационально и комплексно перерабатывающие сырье и при этом минимально влияющие на окружающую среду, в идеале – это полностью безотходные процессы. Разработка такой технологии невозможна без создания математических моделей процессов. С помощью таких моделей проводится исследование разрабатываемых технологических процессов, а в дальнейшем осуществляется их проектирование и эксплуатация.
Процессы вторичной переработки – это в основном каталитические процессы. Подбор селективных, высокоактивных и износостойких катализаторов, разработка промышленной технологии их получения – это большая и сложная исследовательская задача, над которой работают коллективы ученых и профильные институты. В частности, на нашей кафедре также проводятся работы по получению катализаторов на основе ZrO2-MgO2. Этим занимается научная группа под руководством Вячеслава Викторовича Авдина.
Еще одна современная проблема нефтяной индустрии – ухудшение сырьевой базы. Становится все меньше и меньше нефтяных пластов, и соответственно скважин с хорошей отдачей (дебитом) нефти. Ученые работают над методами добычи трудноизвлекаемой нефти. В середине прошлого столетия придумали интенсифицировать работу скважины гидроразрывом. В дальнейшем этот процесс стали проводить с использованием так называемого «расклинивающего агента» – пропантов. Сначала в качестве пропантов использовали природные материалы, например, кварцевый песок, а потом появились синтетические керамические пропанты с полимерным покрытием. Производство таких пропантов оценивается миллионами тонн в год. Лидер по производству пропантов – США. Технология таких материалов – дешевых, прочных, отвечающих определённым геометрическим и механическим параметрам, является важной исследовательской задачей, к которой «приложила руку» и наша кафедра. Студенты изучают ее в своих дипломных работах. Под руководством профессора Барии Шакировны Дыскиной они работают над исследованием возможности получения пропантов на основе промышленных отходов и разработкой технологии, в том числе из отходов Карабашского медеплавильного комбината.
— К вопросу экологии: какое влияние оказывают предприятия нефтяной сферы на окружающую среду? Как они могут минимизировать ущерб?
— Первая и большая проблема — это разливы нефти и на суше, и на воде. Вторая — выбросы природных углеводородов, которые выделаются из нефти. В процессе переработки нефти они сжигались на факелах. Такой способ несет большие потери: мало того, что уничтожается ценное углеводородное сырье, так это еще и обостряет проблему глобального потепления климата. Еще одна проблема — это выбросы серосодержащих соединений при проведении вторичных процессов. Это неизбежно, потому что все каталитические процессы требуют чистого обессеренного сырья, и это очень усложняет технологию. Для удаления серы проводят гидроочистку — серу, содержащуюся в сырье, превращают в сероводород, который выбрасывается в атмосферу. Раньше с этим веществом предприятия ничего не делали, сейчас уже некоторые компании получают из этого вещества серу элементарную. Например, в Уфе на нефтеперерабатывающем заводе можно увидеть огромные насыпи ярко-желтого или лимонного цвета. Это и есть сера элементарная. Чтобы решить проблему выбросов серосодержащих веществ, нужно организовать работу по их улавливанию и обработке. В этом смысле нефтепереработка и переработка угля имеет много общих черт. Например, на коксохимических заводах значительную часть работы составляет улавливание и переработка летучих продуктов коксования.
Конечно, предприятия стараются минимизировать ущерб, который они наносят окружающей среде. Этому способствует то, что развиваются интегрированные компании. Но в целом негативные воздействия на окружающую среду на предприятиях нефтяной сферы минимизируются в принципе так же как и в любой технологической отрасли — улавливанием и обезвреживанием, а ещё лучше переработкой отходов, установкой надлежащего оборудования и надлежащим, в соответствии с нормативными документами, проведением технологических процессов — то, что называют высокой технологической дисциплиной, автоматизацией контроля и управления технологическими процессами, которая позволит избежать технологических аварий, хорошей обеспеченностью высококвалифицированным кадровым составом.
— Каких специалистов готовят на кафедре?
— На кафедре готовят и инженеров-экологов, и технологов. Это так называемая 18 группа специальностей, которая включает в себя два реализуемых на кафедре направления подготовки: 18.03.01 «Химическая технология» и 18.03.02 «Энерго-, ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии». В соответствии с образовательными стандартами обучающиеся на данном направлении студенты получают естественнонаучную и математическую подготовку, общеинженерную, включая такие курсы как «Общая химическая технология», «Процессы и аппараты химической технологии», «Химические реакторы», «Системы управления химико-технологическими процессами», «Моделирование химико-технологических процессов», а также подготовку по специальным курсам. В частности, химики-технологи слушают лекции по химии и переработке горючих ископаемых – нефти, газа, угля.
— С какими предприятиями нефтяной сферы сотрудничает кафедра?
— Мы много лет сотрудничаем с битумным заводом, который расположен в Красноармейском районе Челябинской области, в направлении улучшения качества битума. Это необходимо для повышения износостойкости дорожных покрытий, улучшения технологических параметров. Студенты пишут работы на такие темы, как разработка технологии производства полимерно-битумных вяжущих материалов, сополимеризация как способ модификации нефтяных дорожных битумов, влияние минерального наполнителя на физико-механические свойства битумно-полимерных мастик, разработка составов нефтяных смесей для внедрения в производство дорожных покрытий. В настоящее время один из студентов-магистров изучает влияние нанотрубок на качество дорожных битумов.