Учёные из Федерального исследовательского центра «Институт катализа Сибирского отделения Российской академии наук» (ИК СО РАН) выявили новый механизм, препятствующий глубокой очистке тяжёлых нефтей от сернистых соединений. Исследование показало, что ванадилпорфириновые комплексы, представляющие собой сложные соединения ванадия с крупномолекулярными органическими структурами, играют ключевую роль в этом феномене. Ранее эти комплексы рассматривались лишь как индикаторы происхождения нефтяного сырья, но новые данные демонстрируют их функциональную значимость в химических реакциях переработки.
Обессеривание является критически важным этапом переработки нефти, особенно в контексте экологического стандарта «Евро-5», который ограничивает содержание серы в автомобильном топливе до 10 миллиграмм на килограмм. Тяжёлые фракции и нефтяные остатки представляют собой значительную проблему для очистки, поскольку часть сероорганических соединений интегрирована в сложную матричную структуру и плохо поддаётся традиционным методам гидроочистки.
Сотрудники ИК СО РАН впервые использовали метод высокотемпературной спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) in situ для демонстрации того, что ванадилпорфирины способны обратимо адсорбировать химически активные формы серы при температурах до 425 градусов Цельсия. В условиях нагрева выше 260 градусов Цельсия ванадилпорфирины трансформируются в тиованадилпорфирины, заменяя кислород на серу. Этот процесс можно охарактеризовать как «серный буфер», где в присутствии воды и кислорода реакция подавляется, а при насыщении нефти сероводородом она усиливается. При охлаждении тиованадилпорфирины возвращаются в исходное состояние ванадилпорфиринов, высвобождая серу, что приводит к циркуляции части серы внутри системы и затрудняет глубокое обессеривание.
Старший научный сотрудник ИК СО РАН Андрей Чибиряев отметил, что этот механизм имеет существенное значение для разработки кинетических моделей переработки тяжёлых нефтей, так как ванадилпорфирины функционируют как внутренние датчики, позволяя отслеживать динамику процессов в реальном времени.
Авторы исследования предполагают, что выявленный механизм может стать основой для усовершенствования процессов переработки и создания катализаторов, способных минимизировать влияние «серного буфера». В перспективе планируется детальное изучение серосодержащих предшественников, которые при нагревании трансформируются в реакционноспособные формы серы.