Почему серу сложно удалить из тяжёлой нефти: новое открытие российских химиков

Учёные ФИЦ «Институт катализа СО РАН» выявили ранее неизвестный механизм, который осложняет глубокую очистку тяжёлых нефтяных фракций от серы — одного из ключевых загрязнителей топлива. Исследование показало, что в тяжёлой нефти присутствует скрытый химический цикл, удерживающий серу в системе даже при высокотемпературной переработке, что напрямую влияет на эффективность обессеривания.

Удаление серы — обязательный этап нефтепереработки: современные экологические стандарты, включая Евро-5, допускают не более 10 мг серы на килограмм топлива. Однако тяжёлые нефти остаются особенно сложными для очистки. Как установили исследователи, одну из ключевых ролей в этом процессе играют ванадилпорфириновые комплексы — соединения, которые изначально рассматривались преимущественно как индикаторы происхождения нефти.

С помощью высокотемпературной спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) in situ учёные впервые проследили химические превращения этих комплексов в условиях, близких к промышленной переработке. Эксперимент показал, что при температурах выше 260 °C ванадилпорфирины способны вступать в обратимую реакцию с активными формами серы, временно связывая её в составе тиованадилпорфириновых структур.

Как пояснил старший научный сотрудник Института катализа СО РАН Андрей Чибиряев, в результате формируется своеобразный «серный буфер»: часть серы удерживается в системе и не удаляется окончательно. При охлаждении нефти эти соединения возвращаются в исходное состояние, снова высвобождая серу, что увеличивает её «время оборота» в технологическом процессе и снижает эффективность глубокой очистки.

Особенность выявленного механизма в том, что он протекает без участия катализаторов и подавляется в присутствии воды и кислорода, но усиливается при насыщении нефти сероводородом — условия, типичные для ряда стадий нефтепереработки. Ранее этот процесс не учитывался в моделях гидроочистки и гидродеметаллизации.

По мнению исследователей, открытие принципиально важно для повышения экологичности нефтепродуктов. Учет этого «скрытого» цикла позволит точнее рассчитывать кинетику очистки тяжёлых остатков, снижать выбросы сернистых соединений и приближаться к жёстким экологическим нормативам без чрезмерного усложнения технологий.

В ближайших планах команды — выяснить природу серосодержащих предшественников, которые запускают этот процесс, и оценить, как новые знания можно использовать для совершенствования промышленных схем переработки тяжёлой нефти.