1. Состояние темы. Падение добычи газа и нефти в РФ, соответствующее сокращение внутренних поставок нефтепродуктов и крайне высокие цены на них для потребителей делают актуальным использование региональных энергетических ресурсов за счет применения ранее законсервированных по политическим и экономическим соображениям «высоких технологий» (Hi-Tech), особенно в условиях предстоящей реструктуризации топливно-энергетического комплекса и МПС. Изношенность основных фондов на газодобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях существенно затрудняет решение этих задач традиционными методами. Все современные методы повышения качества целевых продуктов газопереработки и нефтепереработки в большинстве своем основаны на использовании чрезвычайно капиталоемких каталитических процессов. Анализ тенденций и достижений в развитии методов каталитической переработки газа и нефти показывает, что за последние 10-15 лет значимых изменений в этой области не произошло. Сегодняшний уровень использования традиционных методов катализа в газо и нефтепереработке является максимальным и дальнейшего прогресса в данной области в ближайшей перспективе ожидать не приходится. Не случайно в последнее время исследователи обратили внимание на применение нетрадиционных методов воздействия (механохимия, плазмохимия, различные виды излучений и т.д.) на природный газ, газоконденсаты, нефть и нефтепродукты.

В газовой промышленности, особенно в условиях Сибири и Крайнего Севера актуальными задачами являются методы борьбы с газогидратными отложениями в промысловых трубопроводах и квалифицированная переработка газоконденсата. Как известно, в природном газе находится значительное количество нежелательных примесей, среди которых основной является вода. Наличие воды в газе приводит к ускоренной коррозии газопромыслового оборудования и образованию льда и твердых газогидратов, забивающих клапаны, фасонные части трубопроводов, и, собственно, трубопроводы. Первая из указанных задач решается путем удаления воды адсорбцией гликолями или ее адсорбцией на различных адсорбентах, включая цеолиты. Однако наиболее рациональным для газодобывающих предприятий является введение в газ химических реагентов - низших спиртов, предотвращающих образование льда и газогидратов. Получение низших спиртов основано на каталитическом окислении низших алканов и освоено химической и нефтехимической промышленностью. К сожалению, предприятия, производящие низшие спирты, расположены вдали от основных месторождений газа, поэтому является рациональным размещение малогабаритных установок с производительностью метанола 5-20 тыс.т./год непосредственно на газовых месторождениях. Подобные установки созданы, но их стоимость по технологическим причинам чрезвычайно высока, а эксплуатация возможна только при наличии квалифицированного персонала. В связи с этим будущего у данной технологии, тем более в условиях сокращения запасов природного газа, просто нет.

Вторая задача решается, чаще всего, путем производства из газоконденсата моторного топлива для карбюраторных и дизельных двигателей. Как правило, переработка газоконденсата производится на примитивных малогабаритных установках и топливные фракции, вырабатываемые из газоконденсата, отличаются низким качеством. Бензины обладают низкими октановыми числами и несбалансированным фракционным составом, а дизельные топлива представлены, в основном, летними сортами и также не отвечают требованиям ГОСТ на товарное топливо. Наиболее рациональным способом облагораживания указанных топливных фракций является их каталитическая переработка непосредственно на месторождениях. К сожалению существующие, и промышленно изготавливающиеся малогабаритные каталитические установки в России практически не используются, что опять-таки связано с их высокой стоимостью, неблагоприятными климатическими условиями и необходимостью иметь высококвалифицированных специалистов для их обслуживания. В настоящее время проблему повышения качества моторного топлива пытаются решить путем применения специальных присадок к топливам, либо их компаундированием с «недостающими» углеводородными фракциями. В первом случае можно добиться улучшения одного-двух параметров топлива, но общий уровень моторных свойств практически не меняется, а иногда и снижается. Это приводит к преждевременному износу двигателей. Во втором случае остро встает проблема нерациональных встречных перевозок.

Аналогичные трудности связаны с проблемой утилизации попутного газа на нефтедобывающих предприятиях. В отличие от газодобытчиков, у которых проблемы создают фракции С₅ и выше (газоконденсат), проблемой для нефтяников являются фракции, выкипающие ниже фракций С₅. Хотя данные фракции (попутный газ) фактически представляют собой бытовой газ, несмотря на неудовлетворенность внутреннего рынка в этом виде топлива, затраты на его очистку, компремирование и доставку потребителям в настоящих условиях абсолютно несопоставимы с прибылью. Данное обстоятельство вынуждало и вынуждает отечественных производителей, не взирая на огромные штрафы, сжигать попутный газ с выбросом продуктов его сгорания в атмосферу.

Вышеуказанные проблемы связаны с проблемой переработки нефти на получивших в последние годы широкое распространение малогабаритных нефтеперерабатывающих установках (МНПУ). На большинстве МНПУ, как и в случае переработки газоконденсата, производится атмосферная перегонка углеводородного сырья, за исключением того, что помимо светлых топливных фракций дополнительно вырабатывается мазут (около 50 % от пропущенной нефти). Моторные топлива отличаются низкими потребительскими качествами и требуют облагораживания, аналогично топливу из газоконденсата. Следует отметить, что решения проблем газо и нефтедобывающих предприятий взаимосвязаны и требует новых нетрадиционных подходов.

Наши предприятия в течение ряда лет выполняют фундаментальные и прикладные исследования в области воздействия мощных импульсов электромагнитных полей (МИЭП) на различные неорганические и органические объекты. В частности, были проведены исследования по влиянию МИЭП на фазовые состояния многокомпонентных систем, на ход реакций окисления отдельных классов углеводородов и гетероатомных соединений, а также на поведение жидких многокомпонентных систем. Полученные предварительные результаты показали принципиальную практическую возможность успешного решения вышеуказанных проблем на основе применения МИЭП.

Для успешного достижения цели проекта предполагается:
- изучить закономерности подготовки и оптимизации качества углеводородного сырья с использованием МИЭП;
- изучить закономерности переработки углеводородного сырья и оптимизации процессов получения целевых продуктов заданного качества с использованием МИЭП;
- разработать технологию подготовки и транспорта углеводородного сырья, позволяющую увеличить его категорийность до высшей;
- разработать технологию получения моторных топлив с минимальным использованием каталитических процессов;
- создать производство технологического оборудования и комплектующих изделий для обеспечения технологий подготовки, транспорта и переработки углеводородного сырья;
- создать систему подготовки технического персонала, эксплуатирующего устройства, использующие МИЭП.

2. Наличие научно-технических заделов. Выполнены исследования по влиянию формы и амплитуды МИЭП на индивидуальные органические и элементоорганические соединения, а также на природные углеводороды С₁-С₃₃. Установлено влияние МИЭП на процессы подготовки, транспорта и переработки углеводородного сырья, включая атмосферную перегонку нефти и физико-химические характеристики нефтепродуктов. Найдены оптимальные условия, при которых октановое число (ОЧ) бензиновых фракций нефти и газоконденсата (нафты) может быть увеличено с 49 до 62 по моторному методу (72 пункта по исследовательскому методу). Варьируя плотность и фракционный состав нафты, можно использовать ее в качестве автомобильного топлива. Температура помутнения и застывания дизельной фракции может быть снижена на 5-10 С при одновременном положительном изменении фракционного состава и снижении вязкости. Вязкостно-температурные характеристики нефтяного остатка могут быть изменены в широком диапазоне, а тепловыделение при использовании его в качестве котельного топлива при сжигании в форсуночных тепловых агрегатах увеличено до 80%. Кроме того, установлено, что использование МИЭП существенно изменяет коллоидную структуру нефтяного остатка. Хроматографическими и спектральными методами анализа автобензинов установлено, что воздействие МИЭП на углеводороды обеспечивает протекание в объектах исследования реакций, соответствующих фотохимическим. При этом отмечен эффект ароматизации объектов. Показана возможность протекания реакций разложения метана на углерод и водород и прямого окисления низших алканов в соответствующие спирты.

3. Сопоставление технико-экономических характеристик новой продукции с отечественными и зарубежными аналогами. Предполагается создать оптимальные технологии подготовки, транспорта и переработки нефти и газа. В отличие от существующих способов предлагается использовать МИЭП, формируемых оригинальными устройствами, для процессов предотвращения гидратообразования, деэмульсации и отложений в углеводородных системах. Разработка предлагаемых технологий позволит повысить экономические показатели и безопасность процесса за счет применения бесконтактного метода воздействия на объект. На примере сопоставления экспериментально осуществленного процесса деэмульсации и обессоливания нефти Талаканского месторождения с использованием бесконтактного электрокоалесцентора на основе МИЭП с существующими ЭЛОУ и термохимическим методом было установлено, что капитальные затраты и энергопотребление снизились на порядки.

4. Основные аспекты технологического перевооружения производства. Выбор МИЭП в качестве средства воздействия на углеводородные системы объясняется тем, что устройства для генерации МИЭП производятся нами в течение многих лет и используются в различных отраслях. Основным недостатком всех известных традиционных технологий является невозможность их использования непосредственно в местах нефтегазовых месторождений, что приводит к:
- нерациональному использованию для нужд производства материальных и энергоресурсов;
- большим платежам за загрязнение окружающей среды;
- значительным затратам на вспомогательные и транспортные операции;
- снижению качества моторного топлива.

Предлагаемая в настоящем проекте технология и оборудование основаны на использовании МИЭП в качестве средства воздействия на углеводородные системы, которые воздействует на обрабатываемую углеводородную газовую или жидкую среду в диапазоне частот механических колебаний 1-1х10⁶ Гц при мощности импульса 0,1-150 кВт/см². Особенностью применения данного способа обработки углеводородов является не только обеспечение равномерности распределения мощности по всему сечению потока жидкости и газа, но и характер основных и модулирующих импульсов поля. Конструктивно генератор МИЭП представляет собой соленоид, через полость которого прокачивается обрабатываемая углеводородная система. Высокая плотность энергии позволяет проводить поляризацию атомов и молекул вещества в объеме и, соответственно, регулировать процессы структурообразования за счет разрушения надмолекулярных дисперсных структур. Кроме того, наличие в спектре излучения гармоник с частотами 10⁹-10¹⁴ Гц малой интенсивности («шум»), соответствующих частотам прецессии электронного спина вокруг направления поля, дает возможность молекулам углеводородов вступать между собой в химические реакции, запрещенные по спину, что в свою очередь открывает возможности влиять на их фракционный состав и физико-химические свойства.

Технологическими особенностями и преимуществами применения МИЭП являются:
- возможность гибкого изменения параметров излучения при практически любых параметрах углеводородной системы;
- отсутствие контакта токопроводящих элементов устройств с обрабатываемым материалом, исключающее электрический пробой в углеводородную среду;
- возможность регулирования реологических и физико-химических свойств жидких и газообразных сред;
- возможность осуществления запрещенных по спину химических реакций в процессах нефтепереработки;
- простота конструкции, малая энергоемкость и материалоемкость (в 5-10 раз ниже, чем у известных устройств, используемых для решения вышеуказанных проблем);
- высокая надежность в эксплуатации.

5. Патентоспособность планируемых результатов. Основные принципы, лежащие в основе применения МИЭП ВМ, защищены международными патентами и патентами РФ.

6. Потребности (платежеспособный спрос) в продукции и степень удовлетворения потребительского спроса на внутреннем и внешнем рынках. В мировой практике для предотвращения гидрато и осадкообразования, а также деэмульсации используются, в основном, химические реагенты, в большинстве своем токсичные и малоэффективные. Поэтому спрос на подобные устройства определяется числом действующих в настоящее время установок в области подготовки и транспорта углеводородного сырья.

7. Энерго и ресурсосберегающая эффективность (снижение удельных затрат энергии, топлива, сырья и материалов). Использование МИЭП позволяет снизить энергозатраты на проведение соответствующих технологических процессов на порядок. Устройства, генерирующие МИЭП, отличаются малой материалоемкостью. Так, бесконтактный электрокоалесцентор, использующий МИЭП и предназначенный для обезвоживания и обессоливания водонефтяных эмульсий с производительностью 5 м³/ч имеет массу около 300 кг, в то время как стандартные электрообессоливающие установки имеют массу в десятки тонн.

8. Ожидаемые объемы производства и степень удовлетворения потребительского спроса на внутреннем и внешнем рынках. В настоящее время нет препятствий к обеспечению ожидаемых объемов производства и удовлетворению потребительского спроса. На сегодняшний день только для удовлетворения первоочередных нужд нефтегазового комплекса в Западной Сибири требуется не менее 10 устройств, использующих генераторы МИЭП.