Введение к работе
Актуальность темы. При современных масштабах переработки и потребления нефти, резкого удорожания ее добычи все более остро стоят вопросы рационального использования входящих в нефть компонентов.
Нефтяные порфирины, представленные в основном ванадил- (Щи никелыгарфиринами (НШ в процессе первичной перегонки нефти концентрируются в нефтяных остатках, которые до сих пор сжигаются в топках тепловых электростанций, при этом оказывая отрицательное воздействие на окружающую среду и аппаратуру, или перерабатываются в дорожные и строительные битумы. В то же время нефтяные металлопор-фирины (МП), обладая широким набором ценных свойств, могут явиться заменителями синтетических металлопорфиринов, уже используемых в ряде областей техники и химической технологии. Хорошим сырьевым источником для выделения порфиринов являются тяжелые нефти, доля которых в нефтепереработке возрастает в последнее время, а также родственные природные объекты (РПО) и их фракции.
Однако, исследования по разработке методов выделения и концентрирования порфиринов из таких объектов и особенно исследования с целью поиска направлений практического использования нефтяных МП немногочисленны и носят не систематический характер. Оценку потенциальных ресурсов порфиринов в нефтях.и РПО, оценку эксплуатационных качеств нефтепродуктов, оценку эффективности методов извлечения порфиринов и, тем более, оценку каталитических свойств концентратов нефтяных порфиринов трудно представить без наличия точных и экспрессных методов количественного анализа порфириновых соединений в перечисленных объектах. Информация о количественном содержании порфиринов имеет важное значение и в геохимической практике. Однако, существующие методы количественного анализа МП в кефтях, РПО и их фракциях требуют больших затрат времени и не отличаются большой точностью.
Поэтому изучение каталитических свойств нативных и модифицированных нефтяных порфиринов, совершенствование методов их количественного анализа, а также разработка эффективных методов выделения и концентрирования порфириновых соединений из нефтей и РПО и поиск на этой основе путей их квалифицированного использования, является актуальной научно-технической задачей.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИХН СО РАН и является составной частью тем: "Иссле-
доваше специфических свойств компонентов нефти с целью изыскания новых направлений их практического использования"(Ы гос. регистрации 01821001986, 1981-1885 гг.) и "Исследование закономерностей изменения состава, строения и свойств компонентов нефтей и газовых конденсатов северных районов Западной Сибири в зависимости от условий залегаши" (N гос.регистрации 01860082142. 1985-1S90 гг.). Цель работы. Разработка методов определения, выделения, концентрирования нефтяных порфиринов и поиск возможных направлений их использования.
Работа включает ресение следующих взаимосвязанных вадач:
Изучение влияния различных факторов (содержания целевого кошю-нента, химической и тершческой модификаций) на каталитическую активность концентратов нефтяных порфиринов в процессах злектро-восстановления кислорода, гащкофазяого окисления сероводорода и селективного гетерогенного восстановления оксидов азота аымнаком;
Изучение природы промежуточных соединений, образующихся в процессе восстановления оксидов азота аымиакоы в присутствии ШЬ и и металлофталоцианиновых (Шд) катализаторов.
Выявление факторов, влияющее на эффективность и селективность выделения ВП органическими растворителями в присутствии добавок хлоридов переходных металлов.
Разработка методов концентрирования нефтяных Щ, продуктов их деыеталлирования и переметаллирования.
Соверівгнствованис метода количественного определений Щ в рашеах спектрофотоыетрического окончания на основе выделения различных ыеталлокошлексов в отдельные фракции непосредственно из анализируемого объекта и- использования метода аналитических добавок.
Разработка штодологии определения содержания Ш в нефтях и РЮ по результатам анализа соответствуювдх металлов.
Научная новизна. Впервые изучены каталитические свойства на-тивных и шдифйцкрованных концентратов нефтяных порфиринов в процессах электровосстановдекия кислорода в щелочной среде, восстановления оксидов азота ашиакоы к жидкофазного окисления сероводорода
Впервые проведено систематическое изучение характера влияния различных факторов на эффективность к селективность выделения Ш из тявглых нефтей к их остаточных фракций органическими растворителями в присутствий добавок хлоридов переходных металлов.
Еаервые проведено изучение характера влияния добавок кисло-родсодераадих соединений ва эффективность и селективность экс-
тракционного выделения дешталлированнык нефтяных порфиринов годной соляной кислотой из их растворов в бензоле.
Установлена возможность концентрирования переыеталлированньп солью кобальта нефтяных порфиринов путем адсорбции МП низкой степени чистоты на углеродном носителе и дальнейшей очистки их с помощь» органических растворителей постепенно возрастающей полярности.
Предлозкевы направления совершенствования методов количественного анализа МП в нефтях и Р1Ю, основанные на выделении раздичньк ызтадлокомллекеов в отдельные Фракции непосредственно из анализируемого объекта с последующим расчетом искомой концентрации как кэ спектров поглощения, так и на основе результатов анализа соответствующих фракций на содержание ванадия и никеля.
Практическая значимость. Разработанная экспресс-методика раздельного определения ШІ и Ш в нефтях, РГО и их фракциях может использоваться в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности для более точной оценки сырьевых ресурсов нефтяных порфиринов и эксплуатационных качеств нефтепродуктов, каталитических свойств порфириновьк концентратов, а также в геохимической практике для установления характера изменения концентрации порфириновых соединения в стратиграфическом и региональном плане с целью реконструкции фациально-генетичес'ких условий среды осадконакопления, выявления корреляций типа нефть-нефть и порода-нефть.
Разработанный метод Бвделения нефтяных ВЛ тяет рассматриваться в качестве элемента технологии очистки тяжелого нефтяного сырья от азотистых (АС), смолисго-аефальтеновых компонентов (САК).
Показана принципиальная возможность использования концентратов нефтяных порфиринов с содержанием 30 X масс, и более, переме-таллированных солями кобальта, для активации катодов первичных источников тока
Показана принципиальная возможность использования переметал-лированніи концентратов нефтяных порфиринов в качестве активного компонента катализаторов очистки отходящих газов промышленных производств от оксидов азота и переработки еероводородеодержащих кислых газов с получением элементной серы.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Направления возможного практического использования натив-ных и модифицированных концентратов нефтяных порфиринов.
-
Способ выделения Ш из остаточных нефтяных фракций с одновременной их очисткой от АС и САК
- б -
-
Способы концентрирования нефтяных горфиринов.
-
Направления совершенствования методов количественного анализа МП в нефгях, РПО и их фракциях.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуэда-лись на IV Всесоюзной конференции по химии и применению порфиринов (Ереван, 1984г.), Совещании по высокомолекулярным соединениям нефти (Томск, 1985г.), Всесоюзной конференции по современным проблемах! химической технологии (Красноярск, 1986г.), Всесоюзной конференции по химии нефти (Томск, 1988г.), Ійждународной конференции по химии нефти (Томск, 1991г.), Всесоюзной конференции по проблемам комплексного освоения природных битумов и высоковязких нефтей (Казань, 1991г.), XIII выездной сессии Всесоюзного семинара по химии порфиринов и их аналогов ,. Самарканд, 1991г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей, тезисы 7 докладов, получено 2 положительных решения по заявкам.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы кз 182 наименований и приложения, включающего описание методов и оборудования для исследования. Работа изложена на 208 страницах машинописного текста и содержит 43 таблицы и 27 рисунков.
